數(shù)控機床原理結構與維修第章

數(shù)控機床結構與故障檢修第5章回轉工作臺與自動換刀系統(tǒng)學習目的與要求了解機床數(shù)控改造的條件；理解定位銷式、鼠齒盤分度工作臺工作原理和用途；掌握數(shù)控回轉工作臺使用及其結構；了解數(shù)控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點、適用范圍理解回轉刀架換刀裝置、六角同轉刀架；了解換刀裝置、工件交換系統(tǒng)。[學習導引示例]

VMC-15加工中心自動換刀系統(tǒng)

VMC-15加工中心具有可安裝21把刀具的刀庫，其結構簡單，無須機械手交換刀具，可提供可靠快速的刀具交換方式。如圖5-1所示為VMC-15加工中心的刀庫結構示意圖。刀庫自動換刀的動作過程如下：1)主軸上的1號刀裝人刀庫中的1號刀位2）刀庫中的5號刀具裝入主軸圖5--1VMC-15加工中心的刀厙結構不意圖

圖5-1VMC-15加工中心的刀厙結構圖

加工中心常用的回轉工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉工作臺。分度工作臺通常又有定位銷式和鼠齒盤式兩種。分度工作臺的功用只是將工件轉位換面，和自動換刀裝置配合使用，工件一次安裝能實現(xiàn)幾面加工。而數(shù)控回轉工作臺除了分度和轉位的功能之外，還能實現(xiàn)圓周進給運動。5.1回轉工作臺

分度工作臺的分度、轉位和定位工作是按照控制系統(tǒng)的指令自動進行的。分度工作臺只能完成分度運動，而不能實現(xiàn)圓周進給運動。由于結構上的原因，通常分度工作臺的分度運動只限于完成規(guī)定的角度(如45°、60°或90°等)，即在需要分度時，按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，將工作臺及其工件回轉規(guī)定的角度，以改變工件相對于主軸的位置，完成工件各個表面的加工。為滿足分度精度的要求，需要使用專門的定位元件。常用的定位方式有定位銷式、鼠齒盤定位和鋼球定位幾種。

5.1.1定位銷式分度工作臺圖5-2所示為臥式鏜銑床加工中心的定位銷式分度工作臺。這種工作臺的定位分度主要靠定位銷、定位孔來實現(xiàn)?；剞D分度時，工作臺需經(jīng)過（1）松開（2）回轉（3）分度定位（4）夾緊四個過程。

圖5-2定位銷式分度工作臺的結構1一分度工作臺2一錐套3一螺釘4一支座5一消隙油缸6一定位孔襯套7一定位銷8一鎖緊油缸9一大齒輪10一長方形工作臺11一活塞12一彈簧13一油槽14、19、20-軸承15一螺栓16一活塞17一中央液壓缸18一油管21一底座22一擋塊

運作

5.1.2齒盤定位式分度工作臺

1.齒盤定位式分度工作臺工作原理齒盤嚙合、脫開相當于兩齒盤對研過程。2多齒盤的特點①定位精度高，一般為士3’。②承載能力強③適用于多工位分度④結構復雜，制造比較困難，其齒形及形位公差要求很高，對齒盤的研磨工序很費工時，一般要研磨幾十小時以上，因此生產(chǎn)效率低、成本也較高

【實例5-1】THK6370型數(shù)控臥式鏜銑床齒盤定位的分度工作臺有一對分度齒盤、升夾液壓缸、蝸桿副等組成。分度轉位動作包括：工作臺抬起，齒盤脫離嚙合，完成分度前的準備工作（工作臺抬起）；回轉分度，工作臺下降，齒盤重新嚙合，完成定位夾緊。

鼠牙盤式分度工作臺主要由工作臺面、底座、分度液壓缸及鼠牙盤等零件組成，如圖5-4所示。鼠牙盤是保證分度精度的關鍵零件，每個齒盤的端面帶有數(shù)目相同的三角形齒，當兩個齒盤嚙合時，能夠自動確定軸向和徑向的相對位置。鼠牙盤式分度工作臺作分度運動三個步驟：

①分度工作臺抬起②工作臺回轉分度③分度工作臺下降5.1.3鼠牙盤分度工作臺

圖5-4鼠牙盤式分度工作臺1、2、15、16一推桿3一下齒盤4一上齒盤5、13一推力軸承6一活塞7一工作臺8一齒條活塞9一升降液壓缸上腔10一升降液壓缸下腔11一齒輪12一齒圈14、17一擋塊18一分度液壓缸右腔19一分度液壓缸左腔20、21一分度液壓缸進回油管道22、23一升降液壓缸進回油管道三種不同生產(chǎn)類型的生產(chǎn)管理特點5.1.4帶有交換托盤式分度工作臺

【實例5-2】ZHS-K630型臥式加工中心帶有交換托盤式分度工作臺圖5-5帶有托盤交換的分度工作臺1一活塞體2、5、16一液壓閥3、4、8、9一油腔6、7一鼠齒盤10一托板11一液壓缸12一定位銷13—工作臺體14一齒圈15一齒輪分度工作原理：上下齒盤相嚙合，可準確地定位，實現(xiàn)了工作臺的分度。回轉分度工作臺根據(jù)編程命令可以正轉，也可以反轉，由于該齒盤有360個，故最小分度單位為1°。分度工作臺上的兩個托盤是用來交換工件的。

數(shù)控回轉工作臺的主要作用是按照控制裝置的信號或指令作回轉分度或連續(xù)回轉進給運動，以使數(shù)控機床完成指定的加工工序，如完成圓周進給運動，進行各種圓弧加工或曲面加工，它也可以進行分度工作。數(shù)控回轉工作臺分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。5.2.1開環(huán)數(shù)控回轉工作當轉臺做圓周分度運動時，先分度回轉再夾緊蝸輪，以保證定位的可靠，并提高承受負載的能由于數(shù)控轉臺是根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖信號來控制轉位角度，沒有其他的定位元件。因此，對開環(huán)數(shù)控轉臺的傳動精度要求高，傳動間隙應盡量小。數(shù)控轉臺設有零點。

5．2數(shù)控回轉工作臺

【實例5-3】JCS-013型自動換刀數(shù)控鏜銑床的數(shù)控回轉工作臺JCS—0l3數(shù)控回轉臺由傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。數(shù)控回轉工作臺通過移動雙螺距漸厚蝸桿的軸向位置來調節(jié)間隙，消除蝸桿副傳動間隙；設有零點，使工作臺準確地停在零點位置上；可作任意角度的回轉和分度。

5.2.2閉環(huán)數(shù)控回轉工作臺圖5-10數(shù)控回轉工作臺1一電液脈沖馬達2、4一齒輪3一偏心環(huán)5一楔形拉緊銷6一壓塊7一螺母8一鎖緊螺釘9一蝸桿l0一蝸輪11一調整套12、13一夾緊瓦14一夾緊液壓缸15一活塞16一彈簧17一鋼球18一光柵19一撞塊20一感應塊

5.3刀架換刀裝置

5.3.1自動換刀裝置的形式表5-1自動換刀裝置的形式5.3.2刀具的選擇方式1．順序選擇刀具刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內，也可以按加工順序放人下一個刀座內。2．任意選擇刀具這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可以任意存放。每把刀具(或刀座)都編上代碼，自動換刀時，刀庫旋轉，每把刀具(或刀座)都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。任意選擇法主要有三種編碼方式：(1)刀具編碼方式(2)刀座編碼方式(3)編碼附件方式

5.3.3回轉刀架換刀裝置回轉刀架換刀裝置是一種簡單的自動換刀裝置，常用于數(shù)控車床。1．四方刀架換刀裝置：WZD4型刀架具體結構，如圖5-13所示。2．六角同轉刀架其換刀的過程為刀架抬起、刀架轉位、刀架壓緊、轉位液壓缸復位等幾個步驟。圖5-13數(shù)控車床方刀架結構1一電動機．2一聯(lián)軸器3一蝸桿軸4一蝸輪絲杠5一刀架底座6一粗定位盤7一刀架體8一球頭銷9一轉位套10一電刷座11一發(fā)信體12一螺母13、14一電刷15一定位銷【實例5-4】CK3263系列數(shù)控車床回轉刀架

學生研讀CK3263系列數(shù)控車床回轉刀架結構與以下刀架內容比較各自特點及其結果。5.3.4多主軸轉塔頭換刀裝置(1)脫開主軸(2)轉塔頭抬起(3)轉塔頭轉位(4)轉塔頭定位壓緊(5)主軸傳動5.3.5排刀式刀架特點是，在使用上刀具布置和機床調整都較方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具。1．鼓(盤)式刀庫

在盤式刀庫結構中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放，刀具軸向安裝的結構最為緊湊。盤式刀庫的刀具軸線與鼓(圓盤)軸線平行，刀具環(huán)行排列，分徑向、軸向兩種取刀方式，其刀座(刀套)結構不同。這種鼓式刀庫結構簡單，應用較多，適用于刀庫容量較小的情況。

5．4刀庫自動換刀系統(tǒng)圖5-21鼓(盤)式刀庫2．鏈式刀庫

鏈式刀庫容量比盤式的要大，結構也比較靈活和緊湊，常為軸向換刀。鏈環(huán)可根據(jù)機床的布局配置成各種形狀，也可將換刀位置刀座突出以利于換刀。一般當?shù)毒邤?shù)量在30～120把時，多采用鏈式刀庫。

(1)刀庫結構主動鏈輪由伺服電動機通過蝸輪減速裝置驅動(根據(jù)需要，還可經(jīng)過齒輪副傳動)。確保刀套準確地停在換刀位置上采取定位盤準停等三種方式。

(2)刀庫的轉位刀庫轉位機構由伺服電動機通過消隙齒輪帶動蝸桿，通過蝸輪使刀庫轉動。

3．格子盒式刀庫①固定型格子盒式刀庫②非固定型格子盒式刀庫5.4康.2毅刀具交曲換機構/1．利用比刀庫與機狼床主軸的薦相對運動怎實現(xiàn)刀具以交換2．采下用機械蒙手進行絲式刀具交炕換最常見的導有如圖5激-30所夏示的五種階機械手的粒形式：(a)冶單臂半單爪回絞轉式機熟械手(夜b)渴單臂雙牢爪擺動鹿式機械貴手(c換)單臂病雙爪回轉怖式機械請手(迫d)雙機械手歷(e)杜雙臂往復妻交叉式機社械手(f)雙臂端讓面夾緊瞞機械手圖5-3屋0機械貧手的形式5.4.最3機械吸手結構原勇理1．機械掉手的形式①單臂雙傅爪式機械螞手：圖5泳-32所厲示，通過選活塞的運趁動帶動齒杠條齒輪傳陷動來實現(xiàn)蠅。這種機滋械手換刀講動作可靠對，換刀時倒間短。缺肅點是刀柄仆精度要求兔高，結構追復雜，②單臂霧雙爪且蛋手臂回竊轉軸與譜主軸成幸45°制的機械南手【實例5猛-5】J嚼CS01道3臥式加鑰工中心雙名臂單爪交璃叉型機械案手圖5-3勾2這種機械肺手的自動正換刀過程飄，如圖5新-34所奔示。圖5-陣35府鉗形袍機械手辰手爪麗圖5教-36執(zhí)刀斗庫夾爪1一手臂僻2一鎖銷亂3一止退其銷4一彈遇簧訂1一鎖省銷2賺一頂銷子3一彈拾簧5一支點脹軸6一手張爪7一鍵西8一螺釘凡4既一支點軸朝5一手爪博6一擋銷2．手邊爪形式葡(1)違鉗形笨手的杠銷桿手爪竊（圖5唉-35控）(票2)括刀庫夾碼爪（圖側5-3施6)3．機械似手結構原三理：機械墓手有兩對燃抓刀爪，繭分別由液影壓缸驅動續(xù)其動作。4．機述械手的戶驅動機女構：氣旬缸通過徹桿帶動畜機械手迎臂升降梳?！緦嵗?畫-7】狠JCS梢-018已A加工中駝心的自動主換刀裝置1．自動盾換刀工作虹過程(圖召5-43濾)①刀套悔轉90直°②機軟械手轉縣75°③刀具松申開竟④機械胳手拔刀⑤交換兩菠刀具位闖置⑥讀機械手紡插刀茅⑦刀具歲夾緊⑧胡液壓缸撈復位府⑨機勇械手反拳轉75杜°，回紫到原始球位置。晉⑩蓋刀套帶今著刀具炮向上翻圈轉90施°，為戒下一次違選刀做估準備。2．機弄械手傳機動過程機械手享的拔刀只、插刀張動作大賀都由油蒙缸完成純。根據(jù)骨結構要畢求可以閑采取“慚油缸動秩、活塞收固定”孫或“活漢塞動、王油缸固辭定’’瘡的結構咱形式。圖5-徑43慎自動埋換刀過愁程示意誓圖1一機泰械手；奧2一刀尚庫；3處一主軸醬；4一刀套始；5一刀肌具圖5-漆44殺JC溪S一0榮18A揀刀庫結劣構簡圖1一電兄動機拋2一逼十字聯(lián)叉軸節(jié)屢3一數(shù)蝸輪汗4一層蝸桿駁5一令汽缸害6一芝活塞桿根7堵一撥叉8一螺哀桿移9一位疏置開關亦1鼻0一定家位開關腎1牌1一滾求子爛12一擴銷軸聯(lián)13房誠一刀套蒜4努一刀盤圖5-4顫5所示為英本機床盤悲式刀庫的椅結構簡圖四。如圖5絕-44區(qū)(a城)所示沫，當數(shù)底控系統(tǒng)鏡發(fā)出換禮刀指令端后，直字流伺服框電動機示1接通陷，其運受動經(jīng)過雙十字聯(lián)澆軸節(jié)2腦、蝸桿百4、蝸她輪3傳乏到如圖夢5-4次4(嚼b)所旋示的刀鋼盤.3．刀茂庫結構【實例抵5-7歪】帶撥刀庫自粘動換刀陵系統(tǒng)實候例TH6掙350惹臥式加鈔工中心錢的自動通換刀系隙統(tǒng)由鏈藝式刀庫抓和換刀葛機械手驗組成1．刀庫該機床的勒鏈式方刀殊庫置于機稼床左側，拉通過地腳衣螺釘及調牢整裝置，灶使刀庫與茶機床的相請對位置能刻保持準確眼的換刀。收刀庫存茂刀數(shù)有3猾0、40會、60把體三種。圖牲5-46習刀庫的結曬構：(面1)刀誰具鎖緊裝漿置(2)冰刀庫回螺零(3杏)手動麥換刀裝置圖5-譜46鴿刀庫部移分傳動躬結構1一刀套負2一頓聯(lián)接板斬3一鏈界條4恩一鏈條張?zhí)司o裝置吃5一伺貼服電動機6一聯(lián)斑軸器黨7一魔蝸桿封8一臺蝸輪捐9、掌10利一齒輪囑1隙1一鏈孫輪1)編棉刀號末鉆頭為0割0、鏜刀塘為05、香銑刀為1觀5、鉸刀陰為45。2)裝禿刀具撲00號刀興裝上主軸琴，05、鼓15、彈45號分稍別裝人刀軍庫0、2厲9、2猛8三個位欠置，如圖弦5-48白所示。3)將煌刀號輸入橫刀套地址貨和主軸上寺的刀號地滾址，見表解5-2。4)起嚴動機床進遞行加工，滋機床執(zhí)行點鉆孔程序損后接到M教06指令農(nóng)，便進行認換刀。換刀后，頭主軸上0佩0到了0議號刀套上韻，0號刀晶套上的0哲5號刀換亞到了主軸脊上.2．刀巧具的選陜擇方式圖5-4炸8刀具燦在刀庫和私主軸上的顏位置(鉆遙孔)該機床核的選刀暈方式為競任意選走刀。刀濫具號和磨刀庫上名的存刀等位置地賭址對應針地記憶羨在計算耕機存儲漁器內或聚可編程燒序控制它器的存勸儲器內找。設有僵一工件番需4把企刀具進疾行鉆、傷鏜、銑臨、鉸加輛工，選淋刀過程前如下：5)歸機床在毯執(zhí)行鏜濟孔程序浩后接到析T15眉指令，嘆刀庫便午將裝有離15號濫刀的2飼9號刀猛套旋轉愉到換刀約位置，堤再接到竟M06嫂指令，邁便進行岡換刀。曠換刀后評主軸上蛛的05裙號刀到適29號伶刀套上希，2何9號刀眉套上的炎15號垂刀換到鵝主軸上雙。6)炒機床在穩(wěn)執(zhí)行銑逼削加工屠程序后皮接到T費45指瓦令，刀枕庫便將輔有45納號刀的彈刀套2昆8旋轉飄到換刀房誠位置，故再接到暗M06失指令，愈便進行局換刀。明換刀后擊主軸上脈的15鏟號刀換挺到為2踏8號刀開套上，起28號奮刀套上旋的45英號刀換鬧到了主輕軸上。3．機械怖手該機床猴采用回墓轉式雙助臂機械漆手(郊1)挽機械手討手臂的鼓回轉逮(恨2)帥機械手眉座的轉哲向表5-2刀套地址筆和刀號表5.5真輔醬助機構5.5.肆1工件交俗換系統(tǒng)和暢FMC的膚工件交換夾裝置1.貌工件交玻換系統(tǒng)H400竟教學型加販工中心工炒作臺交換從系統(tǒng)可分竊為工作臺悅抬起、交抓換、夾緊毯三個過程灣。2.咬柔性制響造單元仿(FM詳C)的鐵工件交脈換裝置【實例返5-9阻】具增有托板環(huán)交換工膀作站的瞎柔性制圈造系統(tǒng)般(FM下S)圖5-5單9柔性制浙造系統(tǒng)(耐FMS)寶由4臺球ZHS-就K63加蛇工中心組聰成。圖5-貿(mào)59燈FM貌S(柔阻性制造散系統(tǒng))1一機床濤2一沾可交換托適板3抽一托板運不輸4蜓一托板站5.5.云2排資屑裝置排屑裝僅置的作溪用是將扭切屑從捐加工區(qū)坑域排出輔數(shù)控機客床之外檢.圖5-60排屑裝評置主要雪有三種耽。(a)平砌板鏈式排長屑裝置:聞切屑用卵鏈帶帶出壇機床,能匪排除各種會形狀的切閥屑(b)皮刮板式面排屑裝坦置:帶餡有刮板臘鏈板。坡用于輸污送各種前材料的哪短小切盜屑。(c)潑螺旋式績排屑裝夏置:溝匙槽中的夏切屑即崖由螺旋羅桿推動恥連續(xù)向茄前運動優(yōu)，最終宵排入切外屑收集刷箱。圖5-6蠢0排絮屑裝置(a)蹲平板鏈懸式禿(b)攤刮板式季(奪c)螺半旋式為了避免闊由于操作辱、編程出基錯，使機至床進給坐話標軸發(fā)生欄碰撞而損卡壞機床、惠刀具、工隊件等，一索般在數(shù)控脈機床進給晨電動機與巷絲杠連接縱之間裝有賣過載離合匯器。當機艘床發(fā)生碰衡撞過載時別，它能自滲動脫開并竟切斷伺服府驅動電源厭。數(shù)控機床替的超程限培位保護一駁般有硬限姓位和軟限彩位兩種雙艙重保護。崖硬限位靠催行程開關諒碰撞機械停撞塊后，球自動切斷浮進給驅動伙電源。數(shù)控機床廊開機工作作前首先必鉛須回機床踐參考點，甩以建立機打床坐標系呢。為此，活數(shù)控機床棟上的行程而開關分為紐奉超程限位旨開關與回菊參考點開喚關兩類。5.5.簡3過載羊保護、超閥程限位和滲回機床參輩考點裝置5.5爬自動換幟刀裝置的傍常見故障時與維修1.矩刀庫及廢換刀機董械手的犧維護(1)述嚴禁把超階重、超長萍的刀具裝俘入刀庫，億防止在機孔械手換刀治時掉刀或叢刀具與工宿件、夾具嫁等發(fā)生碰勝撞。(2)取順序選刀褲方式必須圖注意刀具洲放置在刀泥庫中的順猴序要正確羞。其他選澆刀方式也螺要注意所紅換刀具是謊否與所需回刀具一致帶，防止換立錯刀具導距致事故發(fā)晶生。(3)狐用手動方撈式往刀庫幟上裝刀時側，要確保宰裝到位、閑裝牢靠。壤檢查刀座因上的鎖緊啦是否可靠嚷。(4)截經(jīng)常測檢查刀冤庫的回打零位置舞是否正櫻確，檢社查機床去主軸回準換刀點仁位置是賊否到位貴，并及堅時調整蛇．否則罰不能完嚴成換刀籌動作。(5)校要注鬧意保持砌刀具刀權柄和刀忍套的清魄潔。(6)料開機時．促應先使刀滲庫和機械圖手空運行盜，檢查各鈔部分工作逝是否正常并，特別是產(chǎn)各行程開禍關和電磁放閥能否正愛常動作。圣檢查機械套手液壓系譽統(tǒng)的壓力乒是否正常盈，刀具在星機械手上褲鎖緊是否總可靠，發(fā)喇現(xiàn)不正常穴時應及時數(shù)處理。(1)怎刀庫寨不能轉迎動或轉音動不到違位。1基）刀庫省不能轉汽動的可福能原因努有：連椅接電動早機軸與裝蝸桿軸脆的聯(lián)軸梳器松動懂等息2）煉刀庫轉日動不到羨位的可證能原因麗有：電棒機轉動筆故障；麻傳動機喊構誤差攝。(2)征刀套不能廟夾緊刀具求?？赡茉蚴堑短姿紊系恼{整捉螺母松動霜，