數(shù)控機床機械機構(gòu)課件

1、 第5章 數(shù)控機床機械機構(gòu) 本章內(nèi)容： 5.1 概述 5.2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 5.3 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng) 5.4 自動換刀裝置 5.5 數(shù)控機床的主要輔助裝置 5.6 數(shù)控機床其它進給傳動設(shè)計 5.7 小結(jié) 5.8 思考題與習題 本章教學要求： 本章主要讓學生了解數(shù)控機床對主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)的要求；了解主軸的調(diào)速方法；熟悉主軸部件、滾珠絲杠螺母副、直線電動機、數(shù)控機床的導軌、自動換刀裝置；認識數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、分度工作臺等主要輔助裝置。為學生初步具有設(shè)計機床傳動系統(tǒng)的能力打下基礎(chǔ)。 5.1 概 述 數(shù)控機床主體結(jié)構(gòu)具有的特點 1. 數(shù)控機床多數(shù)采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動

2、系統(tǒng)； 2. 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)具有較高的靜、動態(tài)剛度和阻尼精度，以及較高的耐磨性，而且熱變形??； 3. 數(shù)控機床更多地采用了高效傳動部件，如：滾珠絲杠螺母副、靜壓蝸桿副、塑料導軌、滾動導軌、靜壓導軌等； 4. 數(shù)控機床采用了多主軸、多刀架結(jié)構(gòu)以及刀具與工件的自動夾緊裝置、自動換刀裝置、自動排屑裝置及自動潤滑冷卻裝置等。 5. 為了保證機床精度的穩(wěn)定性、獲得可靠的加工質(zhì)量，數(shù)控機床多采取減小熱變性的措施。 對機床的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)保證以下要求1）提高機床的靜、動剛度 2）減少機床的熱變形 3）減少運動間的摩擦和消除傳動間隙 4）提高機床的壽命和精度保持性 5）減少輔助時間和改善操作性能 6）安全防

3、護和宜人的造型 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運動的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機床上帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運動的運動軸，它往往是數(shù)控機床上單軸功率消耗最大的運動軸。與普通機床一樣數(shù)控機床也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的加工要求。在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩，滿足切削的需要。 5.2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)為了能達到最佳的切削效果，一般都應(yīng)在最佳的切削條件下工作，因此，主軸一般都要求能實現(xiàn)無級變速。要求機床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速、高效的加工需求。為了降低噪聲、減輕發(fā)熱、減少振動，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件。在加工中心上，還必

4、須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動夾緊裝置，以及主軸定向準停裝置，以保證刀具和主軸、刀庫、機械手的正確嚙合。為了擴大機床功能，實現(xiàn)對C軸位置(主軸回轉(zhuǎn)角度)的控制，主軸還需要安裝位置檢測裝置，以便實現(xiàn)對主軸位置的控制。 5.2.1 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)要求數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的變速方式主要有：有級變速（機械變速）無級變速分段無級變速內(nèi)置電動機主軸變速（電主軸）等形式 5.2.2 數(shù)控機床主軸的調(diào)速方法 1有級變速（機械變速） 有級變速僅用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，大多數(shù)數(shù)控機床均采用無級變速或分段無級變速。 圖5-1所示：電機不具備變速功能，通過撥叉控制滑移齒輪嚙合位置實現(xiàn)主軸變速。 圖5-1 有級變速系

5、統(tǒng) 2無級變速 如圖5-2所示，電機經(jīng)同步齒形帶傳動主軸，電機是性能更好的交、直流主軸電機，其優(yōu)點是變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達8000r/min，在傳動上能基本能滿足目前大多數(shù)數(shù)控機床的要求，易于實現(xiàn)豐富的控制功能、其結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，可滿足現(xiàn)在中高檔數(shù)控機床的控制要求。但對于越來越高的速度需求，該配置方式已難以滿足。圖5-2 無級變速傳動結(jié)構(gòu) 主傳動采用無級變速，不僅能在一定的速度范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運動中自動換速。 3分段無級變速 數(shù)控機床在實際生產(chǎn)中，并不需要在整個變速范圍內(nèi)均為恒功率。一般要求在中、高速段為恒功率傳動，在低速段為恒轉(zhuǎn)矩傳動。為了保證數(shù)控機床主軸低速

6、時有較大的轉(zhuǎn)矩和主軸的變速范圍盡可能大，有的數(shù)控系統(tǒng)在交流或直流電動機無級變速的基礎(chǔ)上配以齒輪變速，使之成為分段無級變速，如圖5-3 圖5-3 分段無級變速 在小型數(shù)控機床上，或主傳動系統(tǒng)要求振動小、噪聲低的數(shù)控機床，也可采用平帶、V帶、齒形帶以及多楔帶等帶傳動形式形成分段無級變速系統(tǒng)。 在帶有齒輪變速的分段無級變速系統(tǒng)中，有級變速機構(gòu)的變速通常采用液壓撥叉和電磁離合器兩種變速形式。1）液壓撥叉變速機構(gòu)： 液壓變速機構(gòu)的原理和形式可以用圖5-4來說明。 圖5.4 三位液壓撥叉變速機構(gòu)的原理和形式1、5液壓缸 2活塞桿 3撥叉 4套筒 2）電磁離合器變速 電磁離合器能簡化變速機構(gòu)，便于實現(xiàn)自動化

7、操作，它是通過安裝在傳動軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來改變齒輪的傳動路線，實現(xiàn)主軸變速的。 圖5-5是嚙合式電磁離合器（也稱牙嵌式電磁離合器）的結(jié)構(gòu)圖。 4內(nèi)置電動機主軸變速（電主軸） 圖5-6 電主軸 電主軸的出現(xiàn)大大簡化了主運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了所謂的“零傳動”， 它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、動態(tài)特性好等優(yōu)點，并可改善機床的動平衡，避免振動和噪聲，在超高速切削機床上得到了廣泛的應(yīng)用。 數(shù)控機床的主軸部件是數(shù)控機床的重要組成部分之一，包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動零件等。它的回轉(zhuǎn)精度影響工件的加工精度，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度影響加工效率，它的自動變速、準停和換刀影響機床的自動化程

8、度。因此，要求主軸部件具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及部件的耐磨性和精度的保持性。對于自動換刀的數(shù)控機床，為了實現(xiàn)刀具的自動裝卸和夾持，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu)。 5.2.3 數(shù)控機床的主軸部件 機床主軸帶動刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運動，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度。目前，數(shù)控機床主軸的支承配置形式主要有三種,如圖5-7 圖5-7 主軸的常見支承配置形式 1主軸部件的支承與潤滑2常用卡盤結(jié)構(gòu) 圖5-8 液壓驅(qū)動自定心卡盤 數(shù)控車床工件夾緊裝置可采用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤或彈簧夾頭等。為了減少數(shù)控車床裝夾工件的輔助時

9、間，廣泛采用液壓或氣壓動力自定心卡盤。圖5- 8為某數(shù)控車床上采用的一種液壓驅(qū)動動力自定心卡盤3主軸準停裝置 在數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床和以鏜銑為主的加工中心上，為了實現(xiàn)自動換刀，使機械手準確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?；在鏜削加工退刀時，要求刀具向刀尖反方向徑向移動一段距離后才能退出，以免劃傷工件，這都需要主軸具有周向定位功能；另外，一些特殊工藝要求，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進行反倒角等加工時，也要求主軸實現(xiàn)準停，使刀尖停在一個固定的方位上，以便主軸偏移一定尺寸后，使大刀刃能通過前壁小孔進入箱體內(nèi)對大孔進行鏜削，所以在主軸上必須設(shè)有準停裝置。 圖5-9 主

10、軸準停換刀 圖5-10 磁傳感器準停 目前，主軸準停裝置很多，主要分為機械式和電氣式兩種。 4主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置 在加工中心上，為了實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，除了要保證刀具在主軸上正確定位之外，還必須設(shè)計自動夾緊裝置。 圖5-11為自動換刀數(shù)控立式鏜銑床（JCS-018）的主軸部件結(jié)構(gòu)圖 圖5-11 JCS-018加工中心的主軸部件 5.3.1 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)要求 1）提高傳動精度和剛度 2）減少各運動零件的慣量 3）減少運動件的摩擦阻力 4）響應(yīng)速度快 5）較強的過載能力 6）穩(wěn)定性好，壽命長 7）使用維護方便 5.3 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)1滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)組成 滾珠絲杠由

11、絲杠、螺母、滾珠和滾珠返回裝置四部分組成。按照滾珠的循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副分成內(nèi)循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩大類（見圖5-12）。 圖5.12 滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式 5.3.2 滾珠絲杠螺母副 (1) 傳動效率高、摩擦損失小。 (2) 運動靈敏，低速時無爬行。 (3) 傳動精度高，剛性好。 (4) 滾珠絲杠螺母副的磨損很小，使用壽命長。 (5) 無自鎖能力，具有傳動的可逆性，故對于垂直使用的絲杠，由于重力的作用，當傳動切斷時不能立即停止運動，應(yīng)增加自鎖裝置。(6) 滾珠絲杠螺母副制造工藝復雜，滾珠絲杠和螺母的材料，熱處理和加工要求與滾動軸承相同，且螺旋滾道必須磨削，因而制造成本高。 2. 滾珠

12、絲杠螺母副的特點3. 滾珠絲杠螺母副的選擇 滾珠絲杠螺母杠的選擇包括其精度選擇、尺寸規(guī)格(包括導程與公稱直徑)、支承方式等幾個方面的內(nèi)容。 應(yīng)該根據(jù)機床的精度要求來選用滾珠絲杠螺母副的精度，根據(jù)機床的載荷來選定滾珠絲杠的直徑。 在加工中心的設(shè)計中一般按額定動載荷來確定滾珠絲杠螺母副的尺寸規(guī)格，對細長而又承受壓縮載荷的滾珠絲杠作壓桿穩(wěn)定性核算；對轉(zhuǎn)速高，支承距離大的滾珠絲杠螺母副作臨界轉(zhuǎn)速校核；對精度要求高的滾珠絲杠作剛度校核；對數(shù)控機床，需核算其轉(zhuǎn)動慣量；對全閉環(huán)系統(tǒng)，需核算其諧振頻率。 精度等級的選擇 滾珠絲杠螺母副的精度將直接影響數(shù)控機床各坐標軸的定位精度。滾珠絲杠螺母副按精度分為四種類型

13、，見表5-1。 精度等級應(yīng)用范圍代號名稱P普通級普通機床B標準級一般數(shù)控機床J精密級精密機床、精密數(shù)控機床、加工中心、儀表機床C超精密級精密機床、精密數(shù)控機床、儀表機床、高精度加工中心表5-1滾珠絲杠螺母副的精度等級和應(yīng)用范圍 2) 結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：名義直徑D0螺距t 絲杠長度L 滾珠直徑d0滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠總數(shù)等尤其是名義直徑與剛度直接相關(guān)，直徑越大，承載能力和剛度越大，但直徑大轉(zhuǎn)動慣量也會隨之增加，使系統(tǒng)的靈敏度降低。所以，一般是在兼顧二者的情況下選取最佳直徑。 3) 驗算 當有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)選定后，還應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范進行扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速和壽命的驗

14、算。(1) 扭轉(zhuǎn)剛度驗算。 滾珠絲杠在軸向力的作用下伸長或縮短，受扭矩作用會引起扭轉(zhuǎn)變形，這將引起絲杠的導程發(fā)生變化，從而影響其傳動精度及定位精度，因此滾珠絲杠應(yīng)驗算滿載時的變形量。 (2) 臨界轉(zhuǎn)速驗算。 絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率如果很接近，會導致強迫共振，影響機床正常工作。 (3) 壽命驗算。 滾珠絲杠螺母副的壽命可根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗公式校核，應(yīng)保證總時間壽命Lt20000h。 4. 滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)圖5.13 滾珠絲杠在機床上的支承形式 (a)一端裝推力軸承 (b)一端裝推力軸承，另一端裝深溝球軸承 (c)兩端裝推力軸承 (d)兩端裝推力軸承及深溝球軸承 5. 滾珠絲杠的制動 滾珠絲

15、杠螺母副的傳動效率高但不能自鎖，需要設(shè)置制動裝置(特別是用在垂直傳動或高速大慣量場合時)。最見的制動方式是電氣電磁方式，即采用電磁制動器 圖5.14 電磁制動器示意圖1旋轉(zhuǎn)變壓器 2測速發(fā)電機轉(zhuǎn)子 3測速發(fā)電機定子 4電刷5永久磁鐵 6伺服電動機轉(zhuǎn)子 7電磁線圈 8外齒輪 9內(nèi)齒輪 6. 滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除和預(yù)緊 目前常用的雙螺母預(yù)緊結(jié)構(gòu)形式有以下三種。1) 用鎖緊螺母預(yù)緊 圖5.15 螺紋調(diào)間隙式滾珠絲杠螺母副1圓螺母 2鎖緊螺母 2) 修磨墊片調(diào)間隙 圖5.16 墊片調(diào)隙式滾珠絲杠螺母副3) 齒差式調(diào)整 圖5.17 齒差調(diào)隙式滾珠絲杠螺母副1、5螺母 2滾珠 3套筒 4絲杠 6內(nèi)

16、齒圈5.3.3 直線電動機進給系統(tǒng)與滾珠絲杠傳動相比，直線電動機進給系統(tǒng)具有以下特點:(1) 速度快、加減速過程短。 (2) 精度高。 (3) 傳動剛度高。 (4) 高速響應(yīng)性。 (5) 行程長度不受限制。 (6) 運行時效率高、噪聲小。 (7) 寬的速度范圍。 圖5.18 直線電動機進給系統(tǒng)1導軌系統(tǒng) 2籠型繞組二次側(cè) 3三相繞組一次側(cè) 4直線行程測量系統(tǒng) 5.3.4 數(shù)控機床的導軌 導軌質(zhì)量對機床的剛度、加工精度和使用壽命都有很大的影響，現(xiàn)代數(shù)控機床采用的導軌主要有塑料滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。1. 對導軌的基本要求(1) 導向精度高。導向精度主要是指運動部件沿導軌運動時的直線度或圓度

17、。(2) 足夠的剛度。導軌要有足夠的剛度，保證在靜載荷作用下不產(chǎn)生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導向精度。(3) 良好的摩擦特性。動導軌沿支承導軌面長期運行會引起導軌的不均勻磨損，破壞導軌的導向精度，從而影響機床的加工精度。 (4) 低速運動的平穩(wěn)性。進給運動的爬行，會降低工件精度，故要求導軌低速運動平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對高精度機床尤其重要。(5) 阻尼特性好(高速時不振動)。(6) 結(jié)構(gòu)工藝性好。 塑料導軌2. 塑料滑動導軌 塑料滑動導軌具有摩擦因數(shù)低，且動、靜摩擦因數(shù)差值??；減振性好，具有良好的阻尼性；耐磨性好，有自潤滑作用；結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、成本低等特點。 塑料滑動導軌分為注

18、塑導軌和貼塑導軌，導軌上的塑料常采用聚四氟乙烯導軌軟帶和環(huán)氧樹脂耐磨涂料。 3. 滾動導軌滾動導軌的特點：摩擦因數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)差別小。其啟動阻力小，能微量準確移動，低速運動平穩(wěn)，無爬行，因而運動靈活，定位精度高。通過預(yù)緊可以提高剛度和抗振性，承受較大的沖擊和振動，壽命長，是適合數(shù)控機床進給系統(tǒng)應(yīng)用的比較理想的導軌元件。常用的滾動導軌：有滾動導軌塊和直線滾動導軌兩種。(1) 滾動導軌塊。是一種圓柱滾動體作循環(huán)運動的標準結(jié)構(gòu)導軌元件，其結(jié)構(gòu)如圖5.20所示。特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝，它的行程取決于支承件導軌平面的長度。缺點是導軌制造成本高，抗振性能欠佳。 圖5.19 滾動導軌塊的結(jié)

19、構(gòu) (2) 直線滾動導軌：直線滾動導軌結(jié)構(gòu)如圖5.21所示，主要由導軌塊、滑塊、滾珠、保持架、端蓋等組成。由于它將支承導軌和運動導軌組合在一起，作為獨立的標準導軌副部件由專門生產(chǎn)廠家制造，故又稱單元式滾動導軌。 圖5.20 直線滾動導軌的結(jié)構(gòu)1壓緊圈 2支承塊 3密封板 4承載鋼珠列5反向鋼珠列 6加油嘴 7側(cè)板 8導軌 9保持器 4. 液體靜壓導軌 液體靜壓導軌是將具有一定壓力的油液，經(jīng)節(jié)流器輸送到導軌面上的油腔中，形成承載油膜，將相互接觸的導軌表面隔開，實現(xiàn)液體摩擦。這種導軌的摩擦因數(shù)小(一般為0.0010.005)，機械效率高，能長期保持導軌的導向精度；承載油膜有良好的吸振性，低速時不易

20、產(chǎn)生爬行，所以在機床上得到日益廣泛的應(yīng)用。這種導軌的缺點是結(jié)構(gòu)復雜，且需備置一套專門的供油系統(tǒng)，制造成本較高。按承載方式的不同，液體靜壓導軌可分為開式和閉式兩種。圖5.21(a)為開式液體靜壓導軌工作原理圖 ，圖5.21(b)為閉式液體靜壓導軌工作原理圖 圖5.21 液壓靜壓導軌工作原理圖 5.4 自動換刀裝置 自動換刀裝置中，實現(xiàn)刀庫與主軸間傳遞和裝卸刀具的裝置為刀具交換裝置。常見的自動換刀裝置主要有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、更換主軸箱換刀和帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)等幾種形式見表5-2。表5-2 自動換刀裝置的主要類型、特點及適用范圍5.4.1 數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架 數(shù)控車床的回轉(zhuǎn)刀架是一種最

21、簡單的自動換刀裝置。根據(jù)加工對象的不同，它可設(shè)計成四方刀架、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式，相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令回轉(zhuǎn)、換刀。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等?；剞D(zhuǎn)刀架按其工作原理分為若干類型，如圖5.22所示。圖5.22(a)為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，圖5.22(b)為利用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架 ，圖5.22(c)所示為凸臺棘爪式刀架，圖5.22(d)所示為電磁式刀架，圖5.22(e)所示為液壓式刀架，。 圖5.22 回轉(zhuǎn)刀架5.4.2 加工中心自動換刀裝置 加工中心是在普通數(shù)控機床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置及刀庫，并帶有自動

22、分度回轉(zhuǎn)工作臺或主軸箱(可自動改變角度)及其他輔助功能，從而使工件在一次裝夾后，可以連續(xù)、自動完成多個平面或多個角度位置的鉆、擴、鉸、鏜、攻螺紋、銑削等工序的加工，工序高度集中的設(shè)備。加工中心自動換刀裝置的功能是通過機械手完成刀具的自動更換，它應(yīng)當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠等要求。 1）直線刀庫：刀具在刀庫中直線排列、結(jié)構(gòu)簡單，存放刀具的數(shù)量有限(一般8把12把) 2) 圓盤刀庫：存刀量少則6把8把，多則50把60把，其有多種形式。 3) 鏈式刀庫：這種刀庫刀座固定在鏈節(jié)上，常用的有單排鏈式刀庫，如圖5.23(a)所示，一般存刀量小于30把，個別達60把。4) 其他

23、刀庫 ：如格子箱式刀庫，此種刀庫容量較大，可以使整箱刀庫與機外進行交換。 1. 刀庫的種類 圖5.23 鏈式刀庫2. 換刀方式圖5.24 無機械手換刀結(jié)構(gòu)示意圖刀具的交換方式很多，一般可分為兩大類。1) 無機械手換刀 無機械手的換刀系統(tǒng)一般是采用把刀庫放在機床主軸可以運動到的位置，或整個刀庫(或某一刀位)能移動到主軸箱可以到達的位置，同時，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時，由主軸運動到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。圖5.24為某立式數(shù)控鏜銑床無機械手換刀結(jié)構(gòu)示意圖 2) 機械手換刀 在加工中心中采用機械手進行刀具交換的方式應(yīng)用最為廣泛，這是因為機械手換刀裝

24、置所需的換刀時間短，換刀動作靈活。圖5.25為TH5632自動換刀過程。 圖5.25 TH5632自動換刀過程 圖5.26 雙臂機械手的常見結(jié)構(gòu)形式 常用的選刀方式主要有順序選刀和任意選刀兩種，任意選刀又分為刀具編碼選刀、刀座編碼選刀和記憶式選刀三種。1) 順序選刀方式 順序選刀是在加工之前，將刀具按預(yù)定的加工工藝先后順序依次插入刀庫的刀座中，加工時按順序選刀。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個刀座內(nèi)。但加工不同的工件時必須重新調(diào)整刀具順序，因而操作十分煩瑣；而且同一工件、不同工序加工時，刀具也不能重復使用。由于該方式不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制簡單，工作可靠，因此，此種方

25、式適合加工批量較大、工件品種數(shù)量較少的中、小型自動換刀數(shù)控機床。3. 刀具的選擇方式2) 刀具編碼選刀方式 這種方式是采用一種特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，對每把刀具按照二進制原理進行編碼。換刀時通過編碼識別裝置在刀庫中識別所需的刀具。刀具編碼的識別方式主要有以下兩種。(1) 接觸式刀具識別。圖5.27為接觸式刀具識別裝置示意圖。 (2) 非接觸式刀具識別。常用的有磁性識別和光電識別法。如圖5.28所示為一種磁性識別裝置示意圖。 圖5.27 接觸式刀具識別裝置示意圖圖5.28 非接觸式刀具識別裝置示意圖3) 刀座編碼選刀方式 刀座編碼選刀方式是對刀庫中的刀座進行編碼，并將與刀座編碼對應(yīng)的刀具放入刀座中，換刀

26、時根據(jù)刀座的編碼進行選刀。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，刀柄結(jié)構(gòu)大為簡化。 刀座編碼選刀方式分為永久性編碼選刀方式和臨時性編碼選刀方式。 4) 記憶式選刀方式 目前，絕大多數(shù)采用加工中心記憶式選刀方式。它取消了傳統(tǒng)的編碼環(huán)和識別裝置，利用軟件構(gòu)制一個模擬刀庫數(shù)據(jù)表，其長度和表內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)與刀庫的刀座數(shù)及刀具號對應(yīng)，選刀時數(shù)控裝置根據(jù)數(shù)據(jù)表中記錄的目標刀具位置，控制刀庫旋轉(zhuǎn)，將選中的刀具送到取刀位置，用過的刀具可以任意存放，由軟件記住其存放的位置，因此具有方便靈活的特點。 為了擴大機床的工藝范圍，數(shù)控機床除了具有直線進給功能外，還應(yīng)具有繞X、Y、Z軸圓周進給或分度的功能。常用的回轉(zhuǎn)工作臺

27、有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺兩種。 分度工作臺的功能是將工件轉(zhuǎn)位換面，完成分度運動，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序。 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺除了用來進行各種圓弧加工或與直線進給聯(lián)動進行曲面加工外，還可實現(xiàn)精確的自動分度工作。 5.5 數(shù)控機床的主要輔助裝置 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺是數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床、加工中心等數(shù)控機床不可缺少的重要部件，其作用時按照控制裝置的信號或指令作回轉(zhuǎn)分度或連續(xù)回轉(zhuǎn)進給運動，以使數(shù)控機床能完成指定的加工工序。其外形和分度工作臺十分相似，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻具有數(shù)控進給驅(qū)動機構(gòu)的許多特點。數(shù)控分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。5.5.1 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺圖5.29 開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)

28、工作臺結(jié)構(gòu)圖 1) 開環(huán)數(shù)控 開環(huán)數(shù)控由步進電動機驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)如圖5.29所示。 步進電動機3經(jīng)過齒輪2、齒輪6、蝸桿4和蝸輪15實現(xiàn)圓周進給運動。齒輪2和齒輪6的嚙合間隙是靠調(diào)整偏心環(huán)1來消除的。 2) 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)與開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件(圓光柵或感應(yīng)同步器)。 圖5.30所示為閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)圖。直流伺服電動機15通過減速齒輪14、16及蝸桿蝸輪副12、13帶動工作臺1回轉(zhuǎn)，工作臺的轉(zhuǎn)角位置用圓光柵9測量。 圖5.30 閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)圖 5.5.2 分度工作臺 分度工作臺的分度、轉(zhuǎn)位和定

29、位工作，按照控制系統(tǒng)的指令自動地進行，通常分度運動只限于某些規(guī)定的角度(45、60、90、180等)，但實現(xiàn)工作臺轉(zhuǎn)位的機構(gòu)都很難達到分度精度的要求，所以要有專門的定位元件來保證。常用的定位元件有插銷定位、反靠定位、齒盤定位和鋼球定位等幾種。 圖5.31為某自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床分度工作臺的結(jié)構(gòu)圖，是采用齒盤(也稱為端面多齒盤、多齒盤、鼠齒盤)定位的分度工作臺。 圖5.31 齒盤定位分度工作臺 5.6 數(shù)控機床其他進給傳動設(shè)計 數(shù)控機床中，無論是開環(huán)還是閉環(huán)伺服進給系統(tǒng)，為了達到前述提出的要求，機械傳動裝置的設(shè)計中應(yīng)盡量采用低摩擦的傳動副，如滾珠絲杠等，以減小摩擦力；通過選用最佳降速比來減小慣

30、量；采用預(yù)緊的辦法來提高傳動剛度；采用消隙的辦法來減小反向死區(qū)誤差等。 下面從機械傳動的角度對數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的主要傳動裝置進行扼要介紹。 齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置幾乎都離不開齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個： 一是將高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服電動機(如步進電動機、直流或交流伺服電動機等)的輸出，改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸出； 另一個是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。此外，對開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的精度。 1. 齒輪傳動裝置 在步進電動機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)中(圖5.32)，步進電動機至絲杠間設(shè)有齒輪傳動裝置，其速比決定于系統(tǒng)的脈沖當量、步進電動機步矩角及滾珠絲杠導程，其運動平衡方程式為 圖5.32 開環(huán)系統(tǒng)絲杠傳動 速比可如下公式計算：1) 速比的確定(2) 閉環(huán)系統(tǒng)。對于閉環(huán)系統(tǒng)，執(zhí)行件的位置決定于反饋檢測裝置，與運動速度無直接關(guān)系，其速比主要是由驅(qū)動電動機的額定轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩與機床要求的進給速度或負載轉(zhuǎn)矩決定的，所以可對它進行適當?shù)恼{(diào)整。 在驅(qū)動電動機至絲杠的總降速比一定的情況下，若嚙合對數(shù)及各級速比選擇不當，將會增加折算到電動機軸上的總慣量，從而增大電動機