《數(shù)控機(jī)床及編程技術(shù)》電子教案-2003

數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

培訓(xùn)教程2/7/20231內(nèi)容數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控車床編程數(shù)控銑床編程數(shù)控加工中心編程自動編程數(shù)控機(jī)床的操作2/7/20232課程安排總學(xué)時：70學(xué)時，理論54學(xué)時實(shí)驗16學(xué)時考核：100分=平時成績20分+期末考試80分平時成績20分：考勤5分+作業(yè)5分+實(shí)驗10分期末考試80分：筆試40分+上機(jī)操作40分

2/7/20233課程基本要求掌握數(shù)控機(jī)床的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)掌握數(shù)控車床的手工編程掌握數(shù)控銑床的手工編程掌握數(shù)控機(jī)床的基本操作，能夠獨(dú)立完成零件的編程與加工了解加工中心的編程與操作掌握Master-CAM零件造型及后置處理方法，能通過自動編程獨(dú)立完成零件的編程與加工2/7/20234第一章概論數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床加工的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍2/7/20235第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理零件加工程序程序載體輸入裝置數(shù)控裝置伺服驅(qū)動裝置輔助控制裝置檢測反饋裝置機(jī)床本體2/7/20236第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2/7/20237第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理CNC裝置(CNC單元)

CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部件。組成：計算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。2/7/20238第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理1.操作面板操作面板的是操作人員與機(jī)床數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具。組成：按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；。它是數(shù)控機(jī)床特有的部件。2/7/20239第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理2.控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備控制介質(zhì)記錄零件加工程序的媒介輸入輸出設(shè)備

CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。即將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。2/7/202310表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表2/7/202311第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理3.通訊

現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通訊方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：串行通訊（RS-232等串口）、自動控制專用接口和規(guī)范（DNC，MAP等）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。2/7/202312第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理4.CNC裝置(CNC單元)CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的核心部件。組成：計算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通訊接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件。作用：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件(伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等)，所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。2/7/202313第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理伺服單元、驅(qū)動裝置和測量裝置伺服單元和驅(qū)動裝置主軸伺服驅(qū)動裝置和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動裝置和進(jìn)給電機(jī)測量裝置位置和速度測量裝置。以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。作用保證靈敏、準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令：進(jìn)給運(yùn)動指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）2/7/202314第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理PLC(ProgrammableLogicController)、機(jī)床I/O電路和裝置PLC：用于控制機(jī)床順序動作，完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的開關(guān)量I/O控制，它由硬件和軟件組成；機(jī)床I/O電路和裝置：實(shí)現(xiàn)開關(guān)量I/O控制的執(zhí)行部件，即由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等電器組成的邏輯電路；功能：接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)開關(guān)動作接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。2/7/202315第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理7.機(jī)床機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的主體，是實(shí)現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。組成：由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。2/7/202316第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類按加工工藝分類按控制系統(tǒng)的功能水平分類按伺服裝置的功能水平分類按數(shù)控機(jī)床的檔次分類

2/7/202317第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

一.按加工工藝分類普通數(shù)控機(jī)床：如：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控鉆床等等加工中心：帶刀庫和自動換刀裝置如：車削中心、加工中心其它：三坐標(biāo)測量機(jī)、機(jī)械手（工業(yè)機(jī)器人）、自動繪圖機(jī)等2/7/202318第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

二.按控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)分類點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床點(diǎn)位-直線控制的數(shù)控機(jī)床輪廓控制的數(shù)控機(jī)床2/7/202319第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類二、按控制功能分類1.點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)刀具相對于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動；對軌跡不作控制要求；運(yùn)動過程中不進(jìn)行任何加工。適用范圍：數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床和數(shù)控測量機(jī)。2/7/202320第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

二、按控制功能分類2.輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)具有控制幾個進(jìn)給軸同時諧調(diào)運(yùn)動(坐標(biāo)聯(lián)動)，使工件相對于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動，在運(yùn)動過程中進(jìn)行連續(xù)切削加工的數(shù)控系統(tǒng)。適用范圍：數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等用于加工曲線和曲面零件的機(jī)床?，F(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床基本上都是裝備的這種數(shù)控系統(tǒng)。2/7/202321第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

三.按伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)分類按數(shù)控系統(tǒng)的進(jìn)給伺服子系統(tǒng)有無位置測量裝置可分為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)和閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，在閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中根據(jù)位置測量裝置安裝的位置又可分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床2/7/202322第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，步進(jìn)驅(qū)動、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋2/7/202323第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

半閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床

特點(diǎn)：精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊2/7/202324

特點(diǎn)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)，有直線位移、速度檢測裝置，價格貴，調(diào)試?yán)щy第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床2/7/202325第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類四、按聯(lián)動軸數(shù)分2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面，端銑刀）。

聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。2/7/202326五.按控制系統(tǒng)的功能水平分類控制系統(tǒng)功能高檔中檔低檔（經(jīng)濟(jì)型）主軸功能無級變速、C軸功能機(jī)械變速分辯率0.1μm1μm10μm進(jìn)給速度15~100m/min15~24m/min8~15m/min伺服驅(qū)動閉環(huán)半閉環(huán)開環(huán)電機(jī)交、直流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)動軸數(shù)2~4軸或2~5軸2~3軸通信功能MAP，聯(lián)網(wǎng)功能RS232C、RS485無顯示功能三維圖形彩顯CRT圖形顯示數(shù)碼或CRT字符內(nèi)裝PLC有有無主CPU32位或64位16位或32位8位2/7/202327第三節(jié)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)加工精度高對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)自動化程度高，勞動強(qiáng)度低生產(chǎn)效率高良好的經(jīng)濟(jì)效益有利于現(xiàn)代化管理2/7/202328第四節(jié)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍多品種小批量生產(chǎn)的零件形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件需要頻繁改型的零件價值昂貴，不允許報費(fèi)的關(guān)鍵零件需要最少周期的急需零件批量較大精度要求高的零件2/7/202329第二章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2/7/202330第二章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求數(shù)控機(jī)床的主傳動及主軸部件數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動及傳動機(jī)構(gòu)自動換刀裝置其它輔助裝置2/7/202331第一節(jié)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求提高機(jī)床的動、靜剛度減少機(jī)床的熱變形減少運(yùn)動副的摩擦，提高傳動精度提高機(jī)床的壽命和精度保持性自動化的機(jī)構(gòu)，宜人的操作性安全防護(hù)和宜人的造型2/7/202332第一節(jié)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求一.提高機(jī)床的靜、動剛度合理選擇支承件的結(jié)構(gòu)形式合理的結(jié)構(gòu)布局采用補(bǔ)償變形的措施合理選用構(gòu)件的材料2/7/202333第一節(jié)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求二.減少機(jī)床熱變形的措施減少機(jī)內(nèi)發(fā)熱改善散熱和隔熱條件合理設(shè)計機(jī)床的結(jié)構(gòu)與布局進(jìn)行熱變形補(bǔ)償2/7/202334第一節(jié)對數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求三.減少運(yùn)動副的摩擦采用滾動導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌采用貼塑滑動導(dǎo)軌用滾珠絲杠代替滑動絲杠采用無間隙滾珠絲杠傳動和無間隙齒輪傳動以提高傳動精度2/7/202335第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動系統(tǒng)概述

主運(yùn)動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運(yùn)動的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機(jī)床上帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生切削運(yùn)動的運(yùn)動軸，它往往是數(shù)控機(jī)床上單軸功率消耗最大的運(yùn)動軸。

主傳動系統(tǒng)的作用：

①傳遞動力，傳遞切削加工所需要的動力

②傳遞運(yùn)動，傳遞切削加工所需要的運(yùn)動；

③運(yùn)動控制，控制主運(yùn)動運(yùn)行速度的大小、方向和起停。

與進(jìn)給伺服系統(tǒng)相比，它具有轉(zhuǎn)速高、傳遞的功率大等特點(diǎn)，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件之一，對它的運(yùn)動精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。2/7/202336數(shù)控機(jī)床對主運(yùn)動系統(tǒng)的要求動力功率高由于對高效率的要求日益增長，加之刀具材料和技術(shù)的進(jìn)步，大多數(shù)NC機(jī)床均要求有足夠高的功率來滿足高速強(qiáng)力切削。一般NC機(jī)床的主軸驅(qū)動功率在3.7kW～250kW之間調(diào)速范圍寬除了功率方面的要求外，還應(yīng)使主軸轉(zhuǎn)速具有足夠大的調(diào)整范圍。調(diào)速范圍是指最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，即Rn=nmax/nmin控制功能多樣化性能要求高

2/7/202337主傳動功率機(jī)床主傳動的功率N可根據(jù)切削功率Nc與主運(yùn)動傳動鏈的總效率η由下式來確定N=Nc/η數(shù)控機(jī)床的加工范圍一般都比較大，切削功率可以根據(jù)有代表性的加工情況，由其主切削力Pz按下式來確定

2/7/202338調(diào)速范圍寬在主運(yùn)動系統(tǒng)中調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分，如圖所示，在基本轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速nc)以下是恒轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍，通過調(diào)整電樞電壓來實(shí)現(xiàn)，在nc以上是恒功率調(diào)速，通過調(diào)磁調(diào)速。而且現(xiàn)在恒功率調(diào)速范圍盡可能大，以便在盡可能低的速度下，利用其全功率(在低速時往往由于電流的限制，只能進(jìn)行恒扭矩調(diào)速。因為加工一些難加工材料所需求的轉(zhuǎn)速范圍相差很大，例如，鈦需要低速加工，而鋁合金材料卻需要高速加工，而采用齒輪變速箱擴(kuò)大變速范圍的方法已不能滿足要求。2/7/202339調(diào)速范圍寬主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)由切削速度v(m/min)和工件或刀具的直徑d(mm)來確定

對于數(shù)控機(jī)床，為了適應(yīng)切削速度和工件（或刀具）直徑的變化，主軸的最低和最高轉(zhuǎn)速可根據(jù)下式確定

2/7/202340數(shù)控機(jī)床的主傳動變速方式無級變速分段無級變速內(nèi)置電動機(jī)主軸變速（電主軸）有級變速（機(jī)械變速）2/7/202341現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床均采用交流主軸電機(jī)及交流變頻驅(qū)動裝置，下圖為主軸輸出特性曲線

2/7/2023422/7/202343控制功能多樣化由于NC機(jī)床的種類繁多，不同的機(jī)床對主軸功能有不同的要求。NC車床車螺紋時要求有同步控制功能；加工中心為了能進(jìn)行自動換刀需要主軸準(zhǔn)停功能；NC車床和NC磨床在進(jìn)行端面加工時，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點(diǎn)處的線速度為恒值，需要恒線速切削功能；還有些NC機(jī)床有C軸控制功能2/7/202344性能要求高對主軸電機(jī)的性能要求如下：電機(jī)抗過載能力強(qiáng)，要求有較長時間(1～30min)和較大倍數(shù)的抗過載能力；在斷續(xù)負(fù)載下，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動要??；速度響應(yīng)要快，升降速時間要短；電機(jī)溫升低，振動和噪音?。豢煽啃愿?，壽命長，維護(hù)容易；體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易2/7/202345普通電機(jī)—機(jī)械變速系統(tǒng)—主軸部件配置方式該配置方式是一種傳統(tǒng)的配置方式，它能夠滿足各種切削運(yùn)動轉(zhuǎn)矩輸出的要求，但變速范圍不大，由于是有級變速使切削速度的選擇受到限制，而且該配置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以現(xiàn)在僅有少數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床采用該配置，其他已很少采用。

2/7/202346變頻器—交流電機(jī)—1～2級機(jī)械變速—主軸部件配置方式特點(diǎn)：變頻電機(jī)經(jīng)一對齒輪變速后，再通過二聯(lián)滑移齒輪傳動主軸，使主軸獲得高速段和低速段轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)是能夠滿足各種切削運(yùn)動的轉(zhuǎn)矩輸出，且具有大范圍的速度變化能力；具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，且在傳動上能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求；調(diào)速范圍及動力特性相對于交、直流主軸電機(jī)系統(tǒng)而言要差一些；主要用于經(jīng)濟(jì)型或中低檔數(shù)控機(jī)床上。

2/7/2023472/7/202348交、直流主軸電機(jī)—主軸部件配置方式特點(diǎn)：電機(jī)經(jīng)同步齒形帶傳動主軸電機(jī)是性能更好的交、直流主軸電機(jī)，變速范圍寬，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000r/min在傳動上能基本能滿足目前大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的要求，易于實(shí)現(xiàn)豐富的控制功能結(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(jī)床的控制要求對于越來越高的速度的需求，該配置方式已難以滿足2/7/2023492/7/202350電主軸這種電機(jī)由三個基本部分組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測元件?？招妮S轉(zhuǎn)子，它既是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，也是主軸，中間是空心的，用于裝夾刀具或工件；帶繞組的定子，它和其他電機(jī)相似。這種電機(jī)構(gòu)成了較簡單的主運(yùn)動部件。它不僅可以使轉(zhuǎn)速提高，若在其內(nèi)應(yīng)用較先進(jìn)的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）而且可使主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000r/min。它的出現(xiàn)大大簡化了主運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動”，因而使傳動精度大大提高，由于它具有上述特點(diǎn)，在高速數(shù)控機(jī)床大量采用。在目前也存在著一些缺點(diǎn)，主要是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機(jī)平衡、溫度控制和冷卻是內(nèi)裝式主軸電機(jī)的關(guān)鍵問題。

2/7/202351電主軸結(jié)構(gòu)圖

2/7/202352電主軸外觀圖2/7/202353三位液壓撥叉作用原理圖2/7/202354嚙合式電磁離合器

2/7/202355加工中心典型主軸部件2/7/202356數(shù)控機(jī)床的主軸部件組成：主軸部件由主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件及裝夾刀具或工件的附件組成。

主要作用：①夾持工件或刀具實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動；②傳遞運(yùn)動及切削加工所需要的動力。

機(jī)床對其主軸部件的主要要求有：

①主軸的精度要高。精度包括運(yùn)動精度(回轉(zhuǎn)精度、軸向竄動)和安裝刀具或夾持工件的夾具的定位精度(軸向、徑向)。

②部件的結(jié)構(gòu)剛度和抗振性。

③運(yùn)轉(zhuǎn)溫升不能太高以及較好的熱穩(wěn)定性。

④部件的耐磨性和精度保持能力。

對數(shù)控機(jī)床除上述要求外，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面還應(yīng)有：

①刀具的自動夾緊裝置。

②主軸的準(zhǔn)停裝置。

③主軸孔的清理裝置等2/7/202357進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置概述

進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)成形加工運(yùn)動所需的運(yùn)動及動力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由傳動機(jī)構(gòu)、運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行件組成。如下圖所示。其中常用的傳動機(jī)構(gòu)有傳動齒輪和同步帶；運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)有絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給運(yùn)動的要求

減少摩擦阻力提高傳動精度和剛度消除傳動間隙減小運(yùn)動件的慣量2/7/202358進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置2/7/202359進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置對進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置的要求：由于機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對執(zhí)行件運(yùn)動特性和運(yùn)動精度有重要影響，因此進(jìn)給伺服系統(tǒng)對機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提出了較高的要求，主要有：①摩擦力小，尤其是動靜摩擦系數(shù)之差要小，故廣泛采用如滾動摩擦等摩擦力較小的傳動件及導(dǎo)軌；②傳動精度和剛度要高，要求消除傳動間隙，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊。以增加傳動系統(tǒng)剛度；③運(yùn)動慣量要小，盡可能減小運(yùn)動部件質(zhì)量，以提高響應(yīng)速度。2/7/202360進(jìn)給傳動系統(tǒng)裝置齒輪傳動及齒輪消隙

齒輪傳動在伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的作用是：改變運(yùn)動方向、降速、增大扭矩、適應(yīng)不同絲杠螺距和不同脈沖當(dāng)量的配比等。當(dāng)在伺服電機(jī)和絲杠之間安裝齒輪（直齒、斜齒、錐齒等）時，必然產(chǎn)生齒側(cè)間隙，造成反向運(yùn)動的死區(qū)，必須設(shè)法消除。目前消除齒側(cè)間隙普遍采用雙片齒輪結(jié)構(gòu)，如下圖（a），將一對齒輪中的大齒輪分成1、2兩部分，并分別與螺釘3、8固定，再將彈簧4與3、8聯(lián)接起來，這樣齒輪的1、2兩部分的齒輪自然錯開，達(dá)到自動消除齒側(cè)間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動消隙結(jié)構(gòu)。它是將一個斜齒輪分成兩個薄片3、4，且在其中加一墊片2，改變墊片2的厚度，薄片3、4的螺旋線就會錯位，分別與寬齒輪1的齒槽左、右側(cè)面貼緊，消除了間隙。2/7/2023612/7/202362鍵聯(lián)接消隙當(dāng)齒輪與軸聯(lián)接時，鍵兩側(cè)的間隙也必須設(shè)法消除，其措施如下圖。圖（a）為雙鍵消除間隙，用緊定螺釘頂緊。圖（b）將其中一個鍵灌環(huán)氧樹酯，但不易拆卸維修。2/7/202363聯(lián)軸節(jié)

由于伺服電機(jī)性能的提高，目前許多場合都采用伺服電機(jī)與絲杠直接相聯(lián)，由于伺服系統(tǒng)對傳動精度要求較高，因而對聯(lián)軸節(jié)也提出了較高的要求，主要有無間隙、傳動中彈性變形小、高速傳動平穩(wěn)、穩(wěn)定可靠等。圖是較典型的聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)形式。

圖（a）用錐銷聯(lián)接，為防止振松，用螺母加彈簧墊圈鎖緊。圖（b）將錐銷放在側(cè)邊，故可承受較大的剪切力。圖（c）為套筒中心線上互為90°的兩個錐銷。套筒聯(lián)接尺寸小、轉(zhuǎn)動慣量小。圖（d）為十字滑塊聯(lián)軸節(jié)，接頭槽口需研配，適于負(fù)載較小的傳動。圖（e）是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機(jī)軸和絲杠的彈性無鍵聯(lián)軸節(jié)。這種聯(lián)軸節(jié)的工作原理是：聯(lián)軸節(jié)的左半部裝在電機(jī)軸上，當(dāng)擰緊螺釘2時，件3和件6相互靠近，擠壓內(nèi)錐環(huán)4、外錐環(huán)5，使外錐環(huán)內(nèi)徑縮小，內(nèi)錐環(huán)外徑脹大，使件6與電機(jī)軸1形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接。左半部通過彈性鋼片組8兩個對角孔與螺栓10、球面墊圈7、9相聯(lián)。圖中表明球面墊圈9與右半部件16沒有任何聯(lián)接關(guān)系。同樣，彈簧鋼片組8的另兩個對角孔，通過球面墊圈17、18、螺栓19與右半部的件16聯(lián)接，墊圈18與件6也沒有任何聯(lián)接關(guān)系。這樣依靠彈性鋼片組對角聯(lián)接（即彈性）傳遞扭矩，且與電機(jī)軸和絲杠都無鍵聯(lián)接。2/7/2023642/7/202365滾珠絲杠螺母副絲杠螺母副是運(yùn)動變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分類：①滑動絲杠螺母副，主要用于舊機(jī)床的數(shù)控化改造、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床等；②滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數(shù)控機(jī)床；③靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機(jī)床、重型機(jī)床。工作原理

絲杠（螺母）旋轉(zhuǎn)，滾珠在封閉滾道內(nèi)沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換成直線運(yùn)動。2/7/202366滾珠絲杠螺母副滾珠循環(huán)方式

滾珠絲杠螺母副的滾珠循環(huán)方式常用的有兩種：滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱內(nèi)循環(huán)。滾珠絲杠螺母副的每個循環(huán)稱為一列，每個導(dǎo)程稱為一圈。外循環(huán)

下圖為常用的一種外循環(huán)方式，這種結(jié)構(gòu)是在螺母體上軸向相隔2.5圈或3.5圈螺紋處鉆兩個孔與螺旋槽相切，作為滾珠的進(jìn)口與出口。再用弧形銅管插入進(jìn)口和出口內(nèi)，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導(dǎo)滾珠；這種彎管由兩半合成，采用沖壓件，工藝性好。

外循環(huán)方式制造工藝簡單、應(yīng)用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用彎管端部作擋珠器，故剛性差、易磨損，噪音較大。外循環(huán)的工作圈數(shù)是2.5圈或3.5圈，1～2列。2/7/2023672/7/202368滾珠絲杠螺母副內(nèi)循環(huán)

圖為滾珠內(nèi)循環(huán)方式，它采用圓柱凸鍵反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開有反向槽2，反向槽靠圓柱外圓面及其上端的凸鍵1定位，以保持對準(zhǔn)螺紋滾道方向。在一個螺母上沿螺紋周向錯開120°，軸向錯開（t為導(dǎo)程），裝三個反向器，形成三圈滾珠循環(huán)。內(nèi)循環(huán)螺母結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產(chǎn)生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較困難。內(nèi)循環(huán)的工作圈數(shù)是3列。2/7/202369滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)

1。傳動效率高達(dá)85%～98%，是普通滑動絲杠的2～4倍，

2。摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小，采用它是提高進(jìn)給系統(tǒng)靈敏度、定位精度和防止爬行的有效措施之一；

3。傳動精度高，可消除傳動間隙，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動；

4。由于效率高，無自鎖能力，故對于垂直使用的情況，應(yīng)增加自鎖裝置。2/7/202370滾珠絲杠副的選用選用要點(diǎn)

應(yīng)該根據(jù)機(jī)床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據(jù)機(jī)床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度、壓曲剛度、臨界轉(zhuǎn)速與工作壽命等。精度等級的選擇

滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機(jī)床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機(jī)床選用C級精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度影響最明顯。而絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機(jī)床的定位精度。通常需要計算出絲杠由于溫升產(chǎn)生的伸長量，該伸長量稱為絲杠的方向目標(biāo)。用戶在定購滾珠絲杠時，必須給出滾珠絲杠的方向目標(biāo)值。2/7/202371滾珠絲杠副的選用結(jié)構(gòu)尺寸的選擇

滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)尺寸主要有：絲杠的名義直徑D0、螺距t、長度L、滾珠直徑d0等，尤其是名義直徑與剛度直接相關(guān)，直徑大、承載能力和剛度越大，但直徑大轉(zhuǎn)動慣量也隨之增加，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。有關(guān)資料推薦：名義直徑D0對于小型加工中心采用32、40（mm），中型加工中心選用40、50(mm)，大型加工中心采用50、63(mm)的滾珠絲杠，但通常應(yīng)大于L/30--L/35；螺距t：t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動效率低，承載能力低，應(yīng)折中考慮；絲桿長度L：一般為工作行程+螺母長度+（5～10）；滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0=0.6t；滾珠的工作圈數(shù)、列數(shù)和工作滾珠總數(shù)對絲桿工作特性影響較大；當(dāng)前面三項確定后，后兩項也確定了，一般不用用戶考慮。2/7/202372滾珠絲杠副的選用驗算

當(dāng)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(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度、臨界轉(zhuǎn)速和壽命的驗算校核：剛度驗算

絲杠屬細(xì)長桿，受扭矩會引起扭轉(zhuǎn)變形，從而“吃掉”若干輸入的位置指令，致使執(zhí)行間的輸出不到位，這些被“吃掉”的輸入稱為失動量。剛度驗算就是校驗絲杠在額定軸向（扭轉(zhuǎn)）載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。失動量的計算方法如下：

2/7/202373滾珠絲杠副的選用臨界轉(zhuǎn)速驗算

對于數(shù)控機(jī)床來說，滾珠絲杠的最高轉(zhuǎn)速是指快速移動時的轉(zhuǎn)速。因此，只要此時的轉(zhuǎn)速不超過臨界轉(zhuǎn)速就可以了。應(yīng)校核絲杠軸的轉(zhuǎn)速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導(dǎo)致強(qiáng)迫共振，影響機(jī)床正常工作。應(yīng)根據(jù)有關(guān)計算公式進(jìn)行的校核。壽命驗算

滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計算中，采用"額定疲勞壽命"這一概念，它指一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠，在相同條件下回轉(zhuǎn)時，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)。也可用總回轉(zhuǎn)時間或總走行距離來表示?？筛鶕?jù)有關(guān)經(jīng)驗公式校核，應(yīng)保證總時間壽命Lt≥20000(h)。如果不能滿足這一條件，而且軸向載荷已由工作要求所決定不能減小，則只有選取直徑較大，即額定動載荷較大的絲杠，以保證

Lt≥20000(h)。

2/7/202374滾珠絲杠的支承結(jié)構(gòu)滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷主要來自于臥式絲杠的自重。由于滾珠絲杠的軸向剛度對位移精度的影響很大，因此，如何從利用支撐結(jié)構(gòu)來提高滾珠絲桿的軸向剛度是至關(guān)重要的。

美國CINCINNATI10HC臥式加工中心的Z坐標(biāo)（立柱水平方向移動）的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結(jié)構(gòu)形式如圖5-19（a），固定端采用四個接觸角為60°的推力角接觸球軸承，兩個同向、面對面安裝，加上預(yù)緊，軸向剛度和承載能力都很高。該固定端連同伺服電機(jī)都安裝在支架2上。絲杠的另一端自由懸伸，滾珠絲杠螺母4固定在底座3上?？梢暈橐环N輔助支承。工作時，伺服電機(jī)12帶動滾珠絲杠5旋轉(zhuǎn)，并推動支架和重達(dá)5噸的立柱1（包括主軸箱和刀庫）沿Z方向運(yùn)動。2/7/2023752/7/2023762/7/202377滾珠絲杠的制動滾珠絲杠副的傳動效率高但不能自鎖，用在垂直傳動或高速大慣量場合時需要制動裝置。目前常見的有機(jī)械式和電氣式兩種。

電氣方式制動是采用電磁制動器，而且這種制動器就做在電機(jī)內(nèi)部。圖為FANUC公司伺服電機(jī)帶制動器的示意圖。機(jī)床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當(dāng)停機(jī)或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機(jī)端蓋為一體，故與電機(jī)軸聯(lián)接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機(jī)殼內(nèi)，與電機(jī)形成一體化的結(jié)構(gòu)。2/7/202378滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的安裝

一般要求

滾珠絲杠螺母副在安裝時首先應(yīng)滿足以下要求：①滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動；②螺母座孔中心應(yīng)與絲杠安裝軸線同心；③滾珠絲杠螺母副中心線應(yīng)平行于相應(yīng)的導(dǎo)軌;④能方便地進(jìn)行間隙調(diào)整、預(yù)緊和預(yù)拉伸。

預(yù)緊

滾珠絲杠螺母副的預(yù)緊是使兩個螺母產(chǎn)生軸向位移（相離或靠近），以消除它們之間的間隙并施加預(yù)緊力，預(yù)緊目的是消除運(yùn)動間隙,提高運(yùn)動精度及傳動剛度。2/7/202379滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預(yù)緊軸向間隙：指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動。預(yù)緊消隙的方法：1修磨墊片厚度2用鎖緊螺母消隙3齒差式調(diào)整2/7/202380雙螺母消隙

特點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)整2/7/202381修磨墊片消隙2/7/202382齒差式調(diào)整

螺距P

左螺母齒數(shù)Z1

右螺母齒數(shù)Z2

同向各轉(zhuǎn)一個齒調(diào)整量為：

△=P（1/Z1-1/Z2）

特點(diǎn)：能精確調(diào)整間隙2/7/202383數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌對數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求：

摩擦系數(shù)小、運(yùn)動平穩(wěn)、噪聲低、傳動靈活、精度高常用導(dǎo)軌類型：

滾動導(dǎo)軌：滾動導(dǎo)軌塊直線滾動導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌：滑動導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌2/7/202384數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌

2/7/202385數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌：2/7/202386數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌2/7/202387第四節(jié)刀具、刀庫及自動換刀裝置數(shù)控機(jī)床對刀具的要求數(shù)控機(jī)床所用刀具的材料及其選擇數(shù)控機(jī)床用刀具類型自動換刀系統(tǒng)的組成原理刀庫與刀具管理刀具交換裝置2/7/202388數(shù)控機(jī)床對刀具的要求適應(yīng)高速切削要求。高速度、大進(jìn)給是數(shù)控加工的特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床的刀具必須具有良好的切削性能。高的可靠性較高的尺寸耐用度。刀具在兩次調(diào)整之間所能加工出合格零件的數(shù)量，稱為刀具的尺寸耐用度。高精度。為適應(yīng)數(shù)控機(jī)床加工的高精度和自動換刀的要求，刀具及其裝夾結(jié)構(gòu)也必須有很高的精度，以保證它在機(jī)床上的安裝精度和重復(fù)定位精度?？煽康臄嘈技芭判即胧┑毒叩恼{(diào)整、更換方便、快速而且精確符合標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化及復(fù)合化2/7/202389數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類刀具材料的性能較高的硬度和耐磨性。刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高耐磨性就越好。足夠的強(qiáng)度和韌性。以抵抗切削過程中的沖擊和振動較高的耐熱性。是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性和強(qiáng)度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志較好的導(dǎo)熱性刀具材料的種類高速鋼：通用型高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼硬質(zhì)合金：硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性都很高，其切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍；但抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性較差。涂層刀具：涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物。陶瓷刀具：陶瓷刀具材料是在陶瓷基體上重添加各種碳化物、氮化物、硼化物和氧、氮化物等并按一定生產(chǎn)工藝制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性等獨(dú)特的優(yōu)越性，在高速切削范圍以及加工某些難加工材料，特別是加熱切削法方面，包括涂層刀具在內(nèi)的任何高速鋼和硬質(zhì)合金刀具都無法與之相比。2/7/202390數(shù)控車床所用刀具2/7/202391數(shù)控車床所用刀具2/7/202392數(shù)控鏜銑床所用刀具2/7/202393自動換刀裝置概述

自動換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿足換刀時間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具儲存數(shù)量足夠，結(jié)構(gòu)緊湊，便于制造、維修、調(diào)整，應(yīng)有防屑、防塵裝置，布局應(yīng)合理等要求。同時也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。組成：自動換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)(如機(jī)械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等部分組成。

2/7/202394換刀方式：分為兩大類

由刀庫和主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具交換。用這種形式交換刀具時，主軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個動作不能同時進(jìn)行，選刀和換刀由數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時間長，換刀動作也較多。由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換。

由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機(jī)械手也有多種形式。2/7/202395刀具必須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國TSG刀具系統(tǒng)規(guī)定了刀柄標(biāo)準(zhǔn)，有直柄及7∶24錐度的錐柄兩類。分別用于圓柱形主軸孔及圓錐形主軸孔其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機(jī)械手抓取部位，1為鍵槽，用于傳遞切削扭矩，4為螺孔，用以安裝可調(diào)節(jié)拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應(yīng)先在調(diào)刀儀上調(diào)整好，才可裝入刀庫中。絲錐、鉸刀要先裝在浮動夾具內(nèi)，再裝入標(biāo)準(zhǔn)刀柄內(nèi)。圓柱形刀柄在使用時需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，圓柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補(bǔ)償。而錐柄稍有磨損也不會過分影響刀具的安裝精度。在換刀過程中，由于機(jī)械手抓住刀柄要作快速回轉(zhuǎn)，拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動鍵。因此，機(jī)械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當(dāng)?shù)膴A緊力，其活動爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉(zhuǎn)動或脫落。2/7/202396柄式夾持：

刀柄前端有V形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國數(shù)控機(jī)床較多采用這種夾持方式。如圖所示為機(jī)械手手掌結(jié)構(gòu)示意圖。由固定爪7及活動爪1組成，活動爪1可繞軸2回轉(zhuǎn)，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支靠在擋銷3上，調(diào)整螺栓5以保持手掌適當(dāng)?shù)膴A緊力，鎖緊銷4使活

動爪1牢固夾持刀柄，防止刀具在交換過程中松脫。鎖緊銷4要軸向壓進(jìn)，放松活動爪1，以便抓刀或松刀時手爪從刀柄V形槽中退出。2/7/202397法蘭盤式夾持

法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示在刀柄的前端有供機(jī)械手夾持用的法蘭盤，圖中所示為采用帶洼形肩面的法蘭盤供機(jī)械手夾持用。圖（a）上圖為松開狀態(tài)，下圖為夾持狀態(tài)。采用法蘭盤式夾持的突出優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)采用中間搬運(yùn)裝置時，可以很方便地從一個機(jī)械手過渡到另一個輔助機(jī)械手上去，如圖（b）所示。法蘭盤式夾持方式、換刀動作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛。2/7/202398以EV-810A立式加工中心為例，來說明自動換刀系統(tǒng)的工作原理。該自動換刀系統(tǒng)由盤式刀庫和刀具交換裝置組成。刀庫安裝在機(jī)床立柱的左側(cè)，刀庫容量為24把刀具，換刀機(jī)械手安裝在刀庫和主軸之間。機(jī)械手將刀具從刀庫中取出送至機(jī)床主軸上，然后將用過的刀具送回刀庫。其自動換刀動作過程簡述如下：

刀套下轉(zhuǎn)90°：如圖所示，刀庫位于立柱左側(cè)，刀具軸線在刀庫中的安裝方向在換刀前與主軸垂直，刀庫將待換刀具5送到換刀位置，刀套4連同刀具5向下翻轉(zhuǎn)90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

機(jī)械手轉(zhuǎn)75°：下圖所示K向視圖為機(jī)械手的原始位置，換刀時機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

機(jī)械手拔刀：待主軸上自動夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具后，機(jī)械手下降，同時拔出主軸上和刀庫上的刀具。

刀具位置交換：機(jī)械手順時針轉(zhuǎn)180°，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

機(jī)械手插刀：機(jī)械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中。

機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)75°：待主軸上自動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具后，機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)75°，回到原始位置。

刀套上轉(zhuǎn)90°：刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉(zhuǎn)90°，準(zhǔn)備下一次選刀。

該機(jī)床使用回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手換刀。在自動換刀過程中，機(jī)械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫上的刀具、插刀和復(fù)位等動作，這些動作由氣壓系統(tǒng)來控制完成。這種自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，換刀可靠，換刀動作也少，得到了廣泛應(yīng)用。

2/7/202399刀套下轉(zhuǎn)90°機(jī)械手轉(zhuǎn)75°

機(jī)械手拔刀刀具位置交換機(jī)械手逆時針轉(zhuǎn)75°刀套上轉(zhuǎn)90°主軸Z向定位、準(zhǔn)停刀臂式換刀動作流程2/7/2023100刀庫和刀具管理

刀庫類型：數(shù)控機(jī)床上普遍采用盤式刀庫和鏈?zhǔn)降稁?。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結(jié)構(gòu)的限制，很少用于單機(jī)加工中心。密集型的固定刀庫目前多用于FMS中的集中供刀系統(tǒng)。

盤式刀庫：盤式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫

鏈?zhǔn)降稁欤阂话愕毒邤?shù)量在30～120把時，多采用鏈?zhǔn)降稁?/p>

2/7/2023101盤式刀庫2/7/2023102鏈?zhǔn)降稁?/7/2023103自動換刀的選刀方式順序選刀將刀具按預(yù)定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。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)。

特點(diǎn)：不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復(fù)使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。這種方式現(xiàn)在已很少采用。刀具編碼方式：采用特殊的刀柄結(jié)構(gòu)，對每把刀進(jìn)行編碼刀座編碼方式：永久性編碼、臨時性編碼（鑰匙編碼）方式任意選刀：軟件選刀2/7/2023104軟件選刀方式

ATC（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表2/7/2023105刀具識別與換刀

1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號可任意設(shè)定

2。刀具表中刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)始終與刀具在刀庫中的實(shí)際位置對應(yīng)

3。計算機(jī)通過查刀具表識別刀具

4。換刀時，通過軟件修改刀具表，使相應(yīng)刀具表中的刀號與交換后的刀號一致。2/7/20231062/7/2023107刀具交換裝置的形式

回轉(zhuǎn)刀架換刀

回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？稍O(shè)計成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具。

換刀流程如下：更換主軸換刀更換主軸箱換刀更換刀庫換刀帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)刀架抬起刀架轉(zhuǎn)位刀架壓緊轉(zhuǎn)位油缸復(fù)位2/7/20231082/7/2023109更換主軸換刀

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸剛性差，適應(yīng)切削力不大的場合。2/7/2023110更換主軸箱換刀2/7/2023111更換刀庫換刀2/7/2023112帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)

這類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。

刀庫可裝在機(jī)床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。

特點(diǎn)：帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，整個換刀過程比較復(fù)雜。換刀時，根據(jù)選刀指令先在刀庫上選刀，由刀具交換裝置從刀庫和主軸上取出刀具，進(jìn)行刀具交換。這種換刀裝置和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比，由于機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，在結(jié)構(gòu)上可以增強(qiáng)主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀庫，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的多工序加工，從而提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時間較長。

2/7/2023113工作臺快速向右移動刀庫空刀座對準(zhǔn)主軸主軸箱下降、主軸松刀主軸箱上升、刀庫回轉(zhuǎn)主軸箱下降，主軸插刀主軸箱上升機(jī)床工作臺快速向左返回工件復(fù)位1。刀庫裝在工作臺上2/7/20231142。刀庫裝在立柱上

工件上某一工序加工完，主軸準(zhǔn)停，主軸箱返回?fù)Q刀點(diǎn)準(zhǔn)備換刀，刀庫上的“新刀”按預(yù)定指令轉(zhuǎn)到換刀位置上。

機(jī)械手由圖(a)的原始位置逆時針回轉(zhuǎn)90°，到圖（b）的位置，機(jī)械手的兩卡爪同時抓住刀庫中的“新刀”4與主軸中的“舊刀”3。

機(jī)械手沿軸向同時將刀具從主軸與刀庫中拔出，圖（c）。

機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)180",把"新刀"轉(zhuǎn)到主軸處，"舊刀"轉(zhuǎn)到刀庫的換刀位置，圖（d）。

機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r裝入主軸及刀庫中，圖（e）。

機(jī)械手順時針回轉(zhuǎn)90°，恢復(fù)原始水平位置，圖（f）。

這種換刀裝置換刀時間較短，刀庫可儲存較多的刀具，適用于加工較復(fù)雜的工件。2/7/20231152/7/20231163。刀庫裝在主軸箱上

如圖所示為刀庫2裝在主軸箱上方，刀庫中刀具軸線與機(jī)床主軸軸線相差90°，不能用一個機(jī)械手1直接換刀。需通過刀具回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3先將刀具翻轉(zhuǎn)90°，使其軸線與主軸軸線平行，再由機(jī)械手一端卡爪抓取回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的刀具，另一端卡爪抓取主軸4上的刀具5，實(shí)現(xiàn)刀具的相互交換，從主軸上卸下的刀具只能由機(jī)械手送至刀具的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，然后反轉(zhuǎn)90°送回刀庫。2/7/20231174。刀庫獨(dú)立裝在機(jī)床之外

刀庫的容量大、刀具較重或機(jī)床總體布局等原因，刀庫也可作為一個獨(dú)立部件，裝在機(jī)床之外。如圖所示，鏈?zhǔn)降稁熘糜跈C(jī)床左側(cè)，通過機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的交換。

2/7/2023118刀庫遠(yuǎn)離機(jī)床

這種換刀系統(tǒng)常常要附加運(yùn)輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運(yùn)輸。機(jī)床左側(cè)的鏈?zhǔn)降稁煊伤呐诺舵溄M成，雙臂式交叉機(jī)械手要在四排刀鏈的任一排刀鏈上選擇所需的刀具，所以機(jī)械手必需上下移動，并可停在四個換刀位置上取刀。為了能在刀庫及主軸上裝卸刀具，機(jī)械手回轉(zhuǎn)架可回轉(zhuǎn)180°，裝刀手與卸刀手還必沿本身導(dǎo)軌作直線往復(fù)運(yùn)動，以裝卸刀具。2/7/2023119第三章數(shù)控加工編程什么是數(shù)控加工編程數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)數(shù)控銑床編程數(shù)控車床編程數(shù)控加工中心編程

2/7/2023120什么是數(shù)控加工編程這是一個鉆孔程序的實(shí)例，程序如下：

P0001；程序名

N10T01M06S1000M03；選擇刀具，啟動主軸

N20G54G90G00Z10；建立工件原點(diǎn)，快移

N30G81G99X20Y40Z2I-15F80；鉆孔循環(huán)

N40X40Y60；鉆第二孔

N50X60Y40；鉆第三孔

N60X40Y20；鉆第四孔

N70G80G00Z50M05M30；結(jié)束鉆孔，程序結(jié)束2/7/2023121程序格式：

P××××

N10T××M06S××××F××M03

N20G54G90G00X-Y-Z-M08

N30……

…

…

N100……M09

N110M30/M02

注：

程序段由若干個指令字組成，如M03，X10等

每個指令字由地址符和數(shù)字組成如G54，G——地址符

2/7/2023122程序內(nèi)容：

程序的編號；如：P0001工件的原點(diǎn)（編程原點(diǎn)）；如：G54FST指令，即：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、刀具指令主軸啟動、換刀；如：M03，M06刀具的引進(jìn)、退出（快進(jìn)、快退）；如：G00Z10刀具的運(yùn)動軌跡；如：G01，G02冷卻液的開停；如：M08，M09程序結(jié)束；如M02，M302/7/2023123編程步驟確定加工工藝節(jié)點(diǎn)位置計算熟悉零件圖用機(jī)床識別的代碼編程圖形模擬首件試切修改，完成2/7/2023124工藝分析與數(shù)值計算分析零件加工工藝：確定加工機(jī)床、刀具與夾具；

確定零件加工的工藝線路、工步順序；

切削用量（f、s、t）等工藝參數(shù)；數(shù)值計算：根據(jù)圖紙尺寸及工藝線路的要求：選定工件坐標(biāo)系

計算零件輪廓和刀具運(yùn)動軌跡的坐標(biāo)值；

將坐標(biāo)值按NC機(jī)床規(guī)定編程單位（脈沖當(dāng)量）換算為相應(yīng)的編程尺寸。

2/7/2023125坐標(biāo)系建立的原則刀具相對于靜止的工件而運(yùn)動的原則標(biāo)準(zhǔn)右手直角坐標(biāo)系，用X、Y、Z表示直線運(yùn)動的三個方向Z軸正方向為刀具遠(yuǎn)離工件的方向用A、B、C表示分別繞X、Y、Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，符合右手螺旋定則平行于X、Y、Z坐標(biāo)軸的符加軸為U、V、W及P、Q、R2/7/2023126如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系1.先確定Z軸：⑴.主運(yùn)動軸為Z軸⑵.多個主軸時，垂直于工件裝夾平面的為主要主軸，平行于該軸方向的為Z軸⑶.無主軸時，垂直于工件裝夾平面的方向為Z軸⑷.刀具遠(yuǎn)離工件的方向為Z軸正方向2.再確定X軸：主軸（Z軸）帶工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如車床1.X軸分布在徑向，平行于橫向滑座2.刀具遠(yuǎn)離主軸中心線的方向為正向主軸（Z軸）帶刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，如銑、鉆、鏜床1.X軸是水平的，平行于工件的裝夾平面2.立式：主軸垂直布置,由主軸向立柱看，X軸的正方向指向右3.臥式：主軸水平布置,由主軸向工件看，X軸的正方向指向右3.最后按右手定則確定Y軸2/7/2023127銑床坐標(biāo)軸的分布2/7/2023128車床坐標(biāo)軸的分布2/7/2023129雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系對ZZ軸軸線在豎直方向且為雙立柱的數(shù)控機(jī)床(如：龍門機(jī)床)，規(guī)定由刀具向左立柱看時，X坐標(biāo)的正方向指向右邊。參見右圖。2/7/2023130機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系，機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)也稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)在機(jī)床經(jīng)過設(shè)計制造和調(diào)整后這個原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。數(shù)控裝置上電時并不知道機(jī)床零點(diǎn)每個坐標(biāo)軸的機(jī)械行程是由最大和最小限位開關(guān)來限定的。機(jī)床參考點(diǎn)：機(jī)床上已知的確定的點(diǎn)。為了正確地在機(jī)床工作時建立機(jī)床坐標(biāo)系通常在每個坐標(biāo)軸的移動范圍內(nèi)設(shè)置一個機(jī)床參考點(diǎn)作為測量起點(diǎn)，機(jī)床起動時通常要進(jìn)行機(jī)動或手動回參考點(diǎn)以建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)可以與機(jī)床零點(diǎn)重合也可以不重合通過參數(shù)指定機(jī)床參考點(diǎn)到機(jī)床零點(diǎn)的距離。機(jī)床回到了參考點(diǎn)位置也就知道了該坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置找到所有坐標(biāo)軸的參考點(diǎn)CNC就建立起了機(jī)床坐標(biāo)系。2/7/2023131工件坐標(biāo)系、編程原點(diǎn)和對刀點(diǎn)工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點(diǎn)為原點(diǎn)稱編程原點(diǎn)或工件原。工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)選擇要盡量滿足編程簡單、尺寸換算少、引起的加工誤差小等條件，一般情況下以坐標(biāo)式尺寸標(biāo)注的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)點(diǎn)；對稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在對稱中心線或圓心上；Z軸的程序原點(diǎn)通常選在工件的上表面。對刀點(diǎn)是零件程序加工的起始點(diǎn)，對刀的目的是確定工件原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置。對刀點(diǎn)可與程序原點(diǎn)重合也可在任何便于對刀之處，但該點(diǎn)與程序原點(diǎn)之間必須有確定的坐標(biāo)聯(lián)系?？梢酝ㄟ^CNC將相對于程序原點(diǎn)的任意點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對于機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)。加工開始時要設(shè)置工件坐標(biāo)系，用G92指令可建立工件坐標(biāo)系。用G54~G59指令可選擇工件坐標(biāo)系。2/7/2023132數(shù)控銑床（加工中心）的坐標(biāo)系及尺寸傳遞關(guān)系刀位點(diǎn)通過刀具尺寸（R、L）及刀具磨損補(bǔ)償值（I、K）到刀柄相關(guān)點(diǎn)T刀柄（與主軸刀具相關(guān)點(diǎn)T主軸相重合），此點(diǎn)通過訪問機(jī)床參考點(diǎn)建立了坐標(biāo)尺寸關(guān)系，從機(jī)床原點(diǎn)通過G54-G59（或G92）得到了工件原點(diǎn)。2/7/2023133絕對坐標(biāo)編程和相對坐標(biāo)編程定義

絕對坐標(biāo)編程：工件所有點(diǎn)的坐標(biāo)值基于某一坐標(biāo)系（機(jī)床或工件）零點(diǎn)計量的編程方式相對坐標(biāo)編程：運(yùn)動軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值是相對于起點(diǎn)計量的編程方式（增量坐標(biāo)編程）。圖中A、B兩點(diǎn)的編程值在絕對坐標(biāo)編程中為：A（10，20）、B（25，50），在相對坐標(biāo)編程中：A（0，0）、B（15，30）

2/7/2023134程序代碼準(zhǔn)備功能G代碼功能：規(guī)定機(jī)床運(yùn)動線型、坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、暫停等操作。

組成：G后帶二位數(shù)字組成，共有100種（G00～G99）。有模態(tài)（續(xù)效）指令與非模態(tài)指令之分。

示例：G01，G03，G41，G91，G04，G18，G54等。輔助功能M代碼功能：控制機(jī)床及其輔助裝置的通斷的指令。如開、停冷卻泵；主軸正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)；程序結(jié)束等。

組成：M后帶二位數(shù)字組成，共有100種（M00～M99）。有模態(tài)（續(xù)效）指令與非模態(tài)指令之分。

示例：M02，M03，M08等2/7/2023135程序代碼FST功能代碼：F：進(jìn)給速度，單位：mm/min,mm/rS：主軸轉(zhuǎn)速,單位：r/minT、D指令：指定刀具號和刀具長度、半徑存放寄存器號指令。

組成：T、D后跟兩位數(shù)字，如T11、D02等。其中數(shù)字分別表示存放在庫中的刀具號和刀具長度、半徑補(bǔ)償寄存器號。

模態(tài)代碼：代碼一經(jīng)定義，其功能一直保持有效，直到被相應(yīng)的代碼取消或被同組的代碼所取代。尺寸指令

指定的刀具沿坐標(biāo)軸移動方向和目標(biāo)位置的指令X、Y、Z、U、V、W指令指定沿直線坐標(biāo)軸移動方向和目標(biāo)位置指令。

組成：后帶符號的數(shù)字組成。如X100、Y-340等，其中數(shù)字表示沿由字母指定的坐標(biāo)軸運(yùn)動的目標(biāo)位置值,符號表示運(yùn)動的方向。

單位：mm、μm（公制）或inch（英制）。視用戶選定的編程單位而定。

2/7/2023136程序代碼A、B、C指令

指定沿回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸移動方向和目標(biāo)位置指令

組成：后帶符號的數(shù)字組成。如A100、C-340等，其中數(shù)字表示沿由字母指定的坐標(biāo)軸運(yùn)動的目標(biāo)位置值,符號表示運(yùn)動的方向。

單位：度°、弧度。視用戶選定的編程單位而定。I、J、K、R指令

圓弧插補(bǔ)圓心位置和半徑指定指令

組成：后帶符號的數(shù)字組成。如I10、J-34、R30等，其中帶符號數(shù)字表示圓心位置和半徑值。

單位：mm、μm（米制）或in（英制）。視用戶選定的編程單位而定。2/7/2023137程序代碼子程序名和子程序調(diào)用指令

用于給子程序命名和在主程序中調(diào)用該子程序，該指令的標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，不同系統(tǒng)有不同的規(guī)定。

組成：

①子程序名指令地址符（字母或符號，如O、%等）后帶若干數(shù)字組成；

②子程序調(diào)用指令地址符+調(diào)用子程序名部分+調(diào)用次數(shù)部分。

示例：M98P08L12（FANUC、華中數(shù)控系統(tǒng)）程序段標(biāo)號，程序段結(jié)束字符以及變量

組成：

①程序段標(biāo)號指令地址符N后帶若干數(shù)字組成；

②程序段結(jié)束指令每一個程序段都應(yīng)有結(jié)束符，它是數(shù)控系統(tǒng)編譯程序的標(biāo)志。常用的有：“*”、“；”、“LF”、“NL”、“CR”等，視具體數(shù)控系統(tǒng)而定。

③變量：為簡化編程有些系統(tǒng)還允許采用變量編程，從而可簡化編程。它由地址符（字母或符號如#、R等）后帶若干數(shù)字組成；2/7/2023138數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)程序的組成

一個完整的數(shù)控加工程序由程序名、程序體和程序結(jié)束三部分組成,程序名

程序名是一個程序必需的標(biāo)識符。

組成：由地址符后帶若干位數(shù)字組成。地址符常見的有：“%”、“O”、“P”等，視具體數(shù)控系統(tǒng)而定。

示例：國產(chǎn)華中I型系統(tǒng)“%”，日本FANUC系統(tǒng)“O”。后面所帶的數(shù)字一般為4～8位。如：%2000程序體

它表示數(shù)控加工要完成的全部動作，是整個程序的核心。

組成：它由許多程序段組成，每個程序段由一個或多個指令構(gòu)成。程序結(jié)束

它是以程序結(jié)束指令M02或M30，結(jié)束整個程序的運(yùn)行。2/7/2023139數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)程序段的格式定義：程序段中指令的排列順序和書寫規(guī)則，不同的數(shù)控系統(tǒng)往往有不同的程序段格式。

目前廣泛采用地址符可變程序段格式（字地址程序段格式）。2/7/2023140數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)地址符可變程序段格式的特點(diǎn)：

程序段中的每個指令均以字母（地址符）開始，其后再跟數(shù)字或無符號的數(shù)字。

指令字在程序段中的順序沒有嚴(yán)格的規(guī)定，即可以任意順序的書寫；

上段相同的摸態(tài)指令（包括G、M、F、S及尺寸指令等）可以省略不寫。

2/7/2023141數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)主程序、子程序

有時被加工零件上，有多個形狀和尺寸都相同的部位，若按通常的方法編程，則有一定量的連續(xù)程序段在幾處完全重復(fù)的出現(xiàn)，則可以將這些重復(fù)的程序串，單獨(dú)抽出來按一定格式做成一個稱為子程序的獨(dú)立的單元，在原程序中相應(yīng)位置使用子程序調(diào)用指令即可，這一部分程序稱為主程序。2/7/2023142數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)工序、工步劃分的原則1。保證精度的原則工序集中，粗精加工一次裝夾下完成，先粗后精對箱體零件，先面后孔加工孔時，先定中心，再鉆孔冷卻液噴淋，減少熱變形2。提高生產(chǎn)效率的原則減少換刀次數(shù)減少空行程數(shù)控機(jī)床對刀具的要求：強(qiáng)度、剛度好、耐用度高、尺寸穩(wěn)定、排屑性能好、安裝調(diào)整方便2/7/2023143數(shù)控加工工藝分析選擇合適的對刀點(diǎn)

對刀點(diǎn)（起刀點(diǎn)）：確定刀具與工件相對位置的點(diǎn)。

對刀點(diǎn)可以是工件或夾具上的點(diǎn)，或者與它們相關(guān)的易于測量的點(diǎn)。如圖所示的對刀點(diǎn)，當(dāng)該工件安裝到機(jī)床上以后，可通過該點(diǎn)采用“對刀”的辦法來確定它和刀具的相對位置，或者說確定機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對關(guān)系。2/7/2023144數(shù)控加工工藝分析刀位點(diǎn)：用于確定刀具在機(jī)床坐標(biāo)系中位置的刀具上的特定點(diǎn)。2/7/2023145數(shù)控加工工藝分析對刀：就是使“對刀點(diǎn)”與“刀位點(diǎn)”重合的操作。

該操作是工件加工前必需的步驟，即在加工前采用手動的辦法，移動刀具或工件，使刀具的刀位點(diǎn)與共建的對刀點(diǎn)重合。選擇對刀點(diǎn)的原則：

①選在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，或與之相關(guān)的位置上，以保證工件的加工精度。

②選在對刀方便，便于測量的地方，以保證對刀的準(zhǔn)確性。

③選在便于坐標(biāo)計算的地方，以簡化和方便加工程序的編制。2/7/2023146數(shù)控加工工藝分析加工線路的確定

加工線路是指加工過程中刀具相對于工件的運(yùn)動軌跡。對于不同的加工方法，有不同的考慮原則，簡述如下：孔類加工（鉆孔、鏜孔）：

由于孔的加工屬于點(diǎn)位控制，在設(shè)計加工線路時，要考慮孔的位置精度，即對位精度要求較高的孔，應(yīng)該考慮采用單邊定位的方法；另外，在滿足精度要求的前提下，盡可能減少空行程，即要盡量使運(yùn)動路線總和為最短。車削或銑削：

在采用這類加工工藝時，首先其加工線路的切入（出）段，應(yīng)盡量從切向切入（出），以避免由于徑向切入（出）時，刀具改變方向時速度的減慢，造成該處零件表面加工質(zhì)量的降低。另外，設(shè)計的加工線路應(yīng)考慮盡量減少程序段，應(yīng)有利于工藝處理。2/7/2023147數(shù)控加工工藝分析如下圖，在銑削帶島槽型零件時，為了避免刀具多次嵌入式切入，應(yīng)正確選擇加工路線。下圖為加工槽型零件，內(nèi)部有兩個島不加工，圖中列出了兩種不同的加工路線：圖中（a）為行切法，刀具沿著與坐標(biāo)軸線平行（或成一定角度）的方向作往復(fù)運(yùn)動，除在開始下刀點(diǎn)有嵌入式切入以外，在兩個島周圍有多處嵌入式切入，虛線兩端表示刀具抬刀和下刀。圖中（b）為環(huán)切加工法，采用這種方式加工可以減少嵌入式切入點(diǎn)，可以避免圖a的現(xiàn)象，因此選用圖（b）的加工路線為佳。2/7/2023148數(shù)控加工工藝分析空間曲面的加工

對空間曲面的加工除考慮盡量減少加工線路外，還應(yīng)考慮加工方法對零件表面粗糙度的影響以及加工過程中零件的受力變形對加工精度的影響。例如下面的曲面有三種加工方法：從減少加工線路和提高零件表面粗糙度考慮，方法C最好，但受到零件長度的限制；對于方法A和B，從加工線路的長度來看，兩種方法差不多，但從加工過程中零件的受力情況來看，方法A要優(yōu)于方法B，因為對于方法B當(dāng)?shù)毒叩搅慵虚g進(jìn)行縱向加工時，零件可能會由于受力讓刀而影響加工精度。加工線路的選擇應(yīng)遵從的原則：

①盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程以提高生產(chǎn)率；

②保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；

③保證零件的工藝要求；④利于簡化數(shù)值計算，減少程序段的數(shù)目和程序編制的工作量。2/7/2023149數(shù)控加工工藝分析程序編制中的誤差

數(shù)控加工誤差是由多種因素造成的，包括控制系統(tǒng)誤差、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)誤差、零件定位誤差、對刀誤差以及編程誤差，其中影響較大的是進(jìn)給誤差和定位誤差，因此允許的編程誤差較小。通常為零件公差的10%～20%。一般數(shù)控機(jī)床，只具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的功能。對于非圓曲線，只能用直線段或圓弧段來逼近零件輪廓，造成編程誤差。如圖所示。如果已知允許的編程逼近誤差δ，則可以用弦高差法求出各點(diǎn)弦長L1，L2，L3等。允許弦長l可由下式求出，式中：l=AB弦長，δ＝mn允許逼近誤差，ρ＝曲線A點(diǎn)處的曲率半徑。2/7/2023150數(shù)控加工工藝分析對于曲面加工，當(dāng)用行切法加工時，還應(yīng)正確選取行距，以保證加工表面的粗糙度要求。如圖采用球頭刀加工曲面F，刀具01從點(diǎn)A移動行距AB到02的點(diǎn)B時，稱為行距S，產(chǎn)生殘留區(qū)域，其高度為H。假定曲面在A點(diǎn)處的曲率半徑ρ(＝OA)，球頭刀的半徑為r,則可根據(jù)允許的殘留高度H，求出編程中的加工行距的允許值S，計算公式如下：2/7/2023151數(shù)控加工方法平面孔系零件的加工方法

這類零件的孔通常都有形狀精度和位置精度（由數(shù)控機(jī)床保證）、尺寸精度（由刀具尺寸和數(shù)數(shù)控機(jī)床精度保證）的要求較高的零件，采用數(shù)控鉆床或數(shù)控銑床、加工中心中的鏜削功能加工。旋轉(zhuǎn)體類零件的加工方法

對旋轉(zhuǎn)體類零件采用數(shù)控車床或數(shù)控磨床加工。在車削零件時，毛坯多為棒料或鍛坯，加工余量較大且不均勻，因此在規(guī)劃其加工方案時，應(yīng)重點(diǎn)考慮合理選擇粗車的加工線路。2/7/2023152數(shù)控加工方法對較難加工部位，要特別注意選擇合理的加工方案，例如圖(a)為陀螺轉(zhuǎn)子示意圖，其全部表面均采用數(shù)控車床加工，通常是先加工左邊部分，再掉頭加工右邊部分，其中右邊（圖(a)中用紅色圓圈框起來的部分）為較難加工部位，其局部放大圖如圖(b、c)所示，該部分為一喇叭口形，既深又窄，常用“小腳刀”加工，刀頭半徑一般在0.3mm左右，強(qiáng)度極差。若采用圖(b)方法按矩形走刀線路加工，當(dāng)處在軸向進(jìn)刀時，成為不自由切削，切削力會陡增而且排屑不暢，極易引起崩刃。此時可采用圖(c)方法按斜線走刀線路加工，由于沒有單獨(dú)的軸向進(jìn)刀，切削條件大為改善，而且程序段數(shù)還可減少一半。實(shí)踐證明，這種方案是行之有效的加工方法。2/7/2023153數(shù)控加工方法平面輪廓零件的加工方法：

這類零件常用銑床加工。在編程時則應(yīng)注意，為保證加工平滑，在加工線路中應(yīng)增加切入和切出程序段，若加工的輪廓曲線是數(shù)控機(jī)床所不具備插補(bǔ)功能的曲線時，則應(yīng)先采用數(shù)控機(jī)床所具備的插補(bǔ)線型（直線、圓?。┤ケ平摿慵妮喞?。

2/7/2023154數(shù)控加工方法空間輪廓表面的加工方法

空間輪廓表面的加工可根據(jù)曲面形狀、機(jī)床功能、刀具形狀以及零件的精度要求，有不同加工方法：

三軸兩聯(lián)動加工——“行切法”。

以X、Y、Z軸中任意兩軸作插補(bǔ)運(yùn)動，另一軸（軸）作周期性進(jìn)給。這時一般采用球頭或指狀銑刀，在可能的條件下，球半徑應(yīng)盡可能選擇大一些，以提高零件表面光潔度。該方法加工的表面光潔度較差。

2/7/2023155數(shù)控加工方法三軸聯(lián)動加工

下圖為內(nèi)循環(huán)滾珠螺母的回珠器示意圖。其滾道母線SS'為空間曲線，可用空間直線去逼近，因此，可在具有空間直線插補(bǔ)功能的三軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，但由于編程計算復(fù)雜，宜采用自動編程。2/7/2023156數(shù)控加工方法四軸聯(lián)動加工方法

如右圖所示的飛機(jī)大梁，其加工面為直紋扭曲面，若采用三坐標(biāo)聯(lián)動加工，則只能用球頭刀，不僅效率低，而且加工表面粗糙，為此可采用如圖所示的圓柱銑刀周邊切削方式在四軸聯(lián)動機(jī)床上進(jìn)行加工，再加工過程中，除了X、Y軸聯(lián)動形成大梁的基線，為了保證刀具與工件型面在全長上始終貼合，同時刀具還應(yīng)作B軸擺動（繞Y軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動），由于擺動運(yùn)動，則需直線移動座標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償，即可能進(jìn)行X、Y、Z三個方向的補(bǔ)償，所以需四軸聯(lián)動。由于計算較復(fù)雜，故一般采用自動編程。2/7/2023157數(shù)控加工方法五軸聯(lián)動加工：

螺旋槳是典型零件，一般采用端銑刀加工，為了保證端銑刀的端面加工處的曲面的切平面重合，銑刀除了需要三個移動軸（X、Y、Z）外，還應(yīng)作與螺旋角、后傾角相對應(yīng)的擺動運(yùn)動。并且還要作相應(yīng)的附加補(bǔ)償運(yùn)動（擺動中與銑刀的刀位點(diǎn)不重合）。

綜上所述，葉面的加工需要五軸（X、Y、Z、A、B）聯(lián)動，這種編程只能采用自動編程系統(tǒng)。2/7/2023158數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)升降速曲線注意：在升降速的過渡過程，伺服系統(tǒng)的剛度較差，當(dāng)對運(yùn)動距離要求嚴(yán)格時，此時刀具就不能接觸工件進(jìn)行切削2/7/2023159工藝上應(yīng)注意的幾個問題刀具引入、退出距離：2~10mm加工螺紋時引入距離：3P（P-螺距）退出距離：2P銑削輪廓時應(yīng)切向切入，切向切出，

避免法向切入法向切出

設(shè)計合理的切入、切出輔助輪廓選擇合理的加工路徑以減少空行程，如：行切、環(huán)切、先行切再環(huán)切等2/7/2023160圓孔銑削過渡圓弧切入切出2/7/2023161零件程序的結(jié)構(gòu)2/7/2023162指令字的格式一個指令字是由地址符(指令字符)和帶符號如定義尺寸的字或不帶符號如準(zhǔn)備功能字G代碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組成的。2/7/20231632/7/2023164程序段格式2/7/2023165程序的一般結(jié)構(gòu)一個零件程序必須包括起始符和結(jié)束符一個零件程序是按程序段的輸入順序執(zhí)行的而不是按程序段號的順序執(zhí)行的，但書寫程序時建議按升序書寫程序段號華中世紀(jì)星數(shù)控裝置HNC-21M的程序結(jié)構(gòu)程序起始符%(或O)，符%(或O)后跟程序號程序結(jié)束M02或M30注釋符括號()內(nèi)或分號后的內(nèi)容為注釋文字2/7/2023166輔助功能M代碼輔助功能由地址字M和其后的一或兩位數(shù)字組成，主要用于控制零件程序的走向以及機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動作。M功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式非模態(tài)M功能(當(dāng)段有效代碼)只在書寫了該代碼的程序段有效模態(tài)M功能(續(xù)效代碼)：一組可相互注銷的M功能，這些功能在被同一組的另一個功能注銷前一直有效。M功能還可分為前作用M功能和后作用M功能二類前作用M功能在程序段編制的軸