《數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)》電子教案分析課件

數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

培訓(xùn)教程9/21/20231數(shù)控機(jī)床與編程技術(shù)

培訓(xùn)教程8/6/20231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(dòng)編程數(shù)控機(jī)床的操作9/21/20232內(nèi)容數(shù)控機(jī)床的組成8/6/20232課程安排總學(xué)時(shí)：70學(xué)時(shí)，理論54學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)考核：100分=平時(shí)成績(jī)20分+期末考試80分平時(shí)成績(jī)20分：考勤5分+作業(yè)5分+實(shí)驗(yàn)10分期末考試80分：筆試40分+上機(jī)操作40分

9/21/20233課程安排總學(xué)時(shí)：70學(xué)時(shí)，8/6/20233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(dòng)編程獨(dú)立完成零件的編程與加工9/21/20234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)8/6/20234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9/21/20235第一章概論數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/20235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(dòng)裝置輔助控制裝置檢測(cè)反饋裝置機(jī)床本體9/21/20236第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理零程輸數(shù)伺服驅(qū)動(dòng)裝置輔第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理9/21/20237第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/20237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(jì)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(dòng)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(dòng)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(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。9/21/20238第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/20238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(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器；。它是數(shù)控機(jī)床特有的部件。9/21/20239第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理1.操作面板8/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。9/21/202310第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/202310表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表9/21/202311表1控制介質(zhì)和輸入輸出設(shè)備表8/6/202311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(dòng)控制專用接口和規(guī)范（DNC，MAP等）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。9/21/202312第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理3.通訊8/6/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(jì)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(dòng)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(dòng)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(gè)系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。9/21/202313第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/202313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(dòng)裝置和測(cè)量裝置伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸電機(jī)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給電機(jī)測(cè)量裝置位置和速度測(cè)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(dòng)指令：實(shí)現(xiàn)零件加工的成形運(yùn)動(dòng)（速度和位置控制）。主軸運(yùn)動(dòng)指令，實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng)（速度控制）9/21/202314第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/202314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(dòng)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(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號(hào)，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(dòng)作。9/21/202315第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/202315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(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、拖板以及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動(dòng)交換系統(tǒng)工件自動(dòng)交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置等）。9/21/202316第一節(jié)數(shù)控機(jī)床的組成及工作原理8/6/202316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

9/21/202317第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類按加工工藝分類8/6/202317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(dòng)換刀裝置如：車削中心、加工中心其它：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、機(jī)械手（工業(yè)機(jī)器人）、自動(dòng)繪圖機(jī)等9/21/202318第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類

一.按加工工藝分類8/6/202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9/21/202319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8/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(duì)于工件從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的精確定位運(yùn)動(dòng)；對(duì)軌跡不作控制要求；運(yùn)動(dòng)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(cè)量機(jī)。9/21/202320第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類8/6/202320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(gè)進(jìn)給軸同時(shí)諧調(diào)運(yùn)動(dòng)(坐標(biāo)聯(lián)動(dòng))，使工件相對(duì)于刀具按程序規(guī)定的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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。現(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)。9/21/202321第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類8/6/202321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(cè)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(cè)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9/21/202322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8/6/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(jiǎn)單，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電機(jī)，無位置速度反饋9/21/202323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(dòng)及伺服電機(jī)，有角位移、角速度檢測(cè)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊9/21/202324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)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)，有直線位移、速度檢測(cè)裝置，價(jià)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9/21/202325

特點(diǎn)：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動(dòng)及伺服電機(jī)第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類四、按聯(lián)動(dòng)軸數(shù)分2軸聯(lián)動(dòng)（平面曲線）3軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面）5軸聯(lián)動(dòng)及6軸聯(lián)動(dòng)（空間曲面，端銑刀）。

聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。9/21/202326第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的分類8/6/202326五.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(jí)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(dòng)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(dòng)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9/21/202327五.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)型第三節(jié)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)加工精度高對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)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9/21/202328第三節(jié)數(shù)控機(jī)床加工特點(diǎn)加工精度高8/6/202328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(jià)值昂貴，不允許報(bào)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9/21/202329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8/6/第二章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9/21/202330第二章8/6/202330第二章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)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(dòng)及主軸部件數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自動(dòng)換刀裝置其它輔助裝置9/21/202331第二章數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求8/6第一節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求提高機(jī)床的動(dòng)、靜剛度減少機(jī)床的熱變形減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦，提高傳動(dòng)精度提高機(jī)床的壽命和精度保持性自動(dòng)化的機(jī)構(gòu)，宜人的操作性安全防護(hù)和宜人的造型9/21/202332第一節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求提高機(jī)床的動(dòng)、靜剛度8/6第一節(jié)對(duì)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(dòng)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9/21/202333第一節(jié)對(duì)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(dòng)剛度第一節(jié)對(duì)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(jì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)與布局進(jìn)行熱變形補(bǔ)償9/21/202334第一節(jié)對(duì)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8第一節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求三.減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌用滾珠絲杠代替滑動(dòng)絲杠采用無間隙滾珠絲杠傳動(dòng)和無間隙齒輪傳動(dòng)以提高傳動(dòng)精度9/21/202335第一節(jié)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求三.減少運(yùn)動(dòng)副的摩擦8/第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)概述

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

主傳動(dòng)系統(tǒng)的作用：

①傳遞動(dòng)力，傳遞切削加工所需要的動(dòng)力

②傳遞運(yùn)動(dòng)，傳遞切削加工所需要的運(yùn)動(dòng)；

③運(yùn)動(dòng)控制，控制主運(yùn)動(dòng)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(duì)它的運(yùn)動(dòng)精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。9/21/202336第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)概述

數(shù)控機(jī)床對(duì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求動(dòng)力功率高由于對(duì)高效率的要求日益增長(zhǎng)，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(dòng)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

9/21/202337數(shù)控機(jī)床對(duì)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的要求動(dòng)力功率高8/6/202337主傳動(dòng)功率機(jī)床主傳動(dòng)的功率N可根據(jù)切削功率Nc與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)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

9/21/202338主傳動(dòng)功率機(jī)床主傳動(dòng)的功率N可根據(jù)切削功率Nc與主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈調(diào)速范圍寬在主運(yùn)動(dòng)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(shí)往往由于電流的限制，只能進(jìn)行恒扭矩調(diào)速。因?yàn)榧庸ひ恍╇y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。9/21/202339調(diào)速范圍寬在主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中調(diào)速范圍有恒扭矩、恒功率調(diào)速范圍之分調(diào)速范圍寬主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(duì)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

9/21/202340調(diào)速范圍寬主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n(r/min)由數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)變速方式無級(jí)變速分段無級(jí)變速內(nèi)置電動(dòng)機(jī)主軸變速（電主軸）有級(jí)變速（機(jī)械變速）9/21/202341數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)變速方式8/6/202341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(dòng)裝置，下圖為主軸輸出特性曲線

9/21/202342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(dòng)裝置，下圖為主軸9/21/2023438/6/202343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(duì)主軸功能有不同的要求。NC車床車螺紋時(shí)要求有同步控制功能；加工中心為了能進(jìn)行自動(dòng)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(shí)，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9/21/202344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(duì)主軸功能有性能要求高對(duì)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(zhǎng)時(shí)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(dòng)要小；速度響應(yīng)要快，升降速時(shí)間要短；電機(jī)溫升低，振動(dòng)和噪音?。豢煽啃愿?，壽命長(zhǎng)，維護(hù)容易；體積小，重量輕，與機(jī)床聯(lián)接容易9/21/202345性能要求高對(duì)主軸電機(jī)的性能要求如下：8/6/202345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(dòng)轉(zhuǎn)矩輸出的要求，但變速范圍不大，由于是有級(jí)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。

9/21/202346普通電機(jī)—機(jī)械變速系統(tǒng)—主軸部件配置方式該配置變頻器—交流電機(jī)—1～2級(jí)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(duì)齒輪變速后，再通過二聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，且在傳動(dòng)上能滿足轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的輸出要求；調(diào)速范圍及動(dòng)力特性相對(duì)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。

9/21/202347變頻器—交流電機(jī)—1～2級(jí)機(jī)械變速—主軸部件配置方式特點(diǎn)：89/21/2023488/6/202348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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(duì)于越來越高的速度的需求，該配置方式已難以滿足9/21/202349交、直流主軸電機(jī)—主軸部件配置方式特點(diǎn)：8/6/20239/21/2023508/6/202350電主軸這種電機(jī)由三個(gè)基本部分組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、速度檢測(cè)元件。空心軸轉(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(jiǎn)單的主運(yùn)動(dòng)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(dòng)、停止的響應(yīng)特性，利于控制振動(dòng)和噪聲。轉(zhuǎn)速高，目前最高可達(dá)200000r/min。它的出現(xiàn)大大簡(jiǎn)化了主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了所謂的“零傳動(dòng)”，因而使傳動(dòng)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(dòng)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。

9/21/202351電主軸這種電機(jī)由三個(gè)基本部分組成：空心軸轉(zhuǎn)子、帶繞組的定子、電主軸結(jié)構(gòu)圖

9/21/202352電主軸結(jié)構(gòu)圖

8/6/202352電主軸外觀圖9/21/202353電主軸外觀圖8/6/202353三位液壓撥叉作用原理圖9/21/202354三位液壓撥叉作用原理圖8/6/202354嚙合式電磁離合器

9/21/202355嚙合式電磁離合器

8/6/202355加工中心典型主軸部件9/21/202356加工中心典型主軸部件8/6/202356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(dòng)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(dòng)；②傳遞運(yùn)動(dòng)及切削加工所需要的動(dòng)力。

機(jī)床對(duì)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(dòng)精度(回轉(zhuǎn)精度、軸向竄動(dòng))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(duì)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(dòng)夾緊裝置。

②主軸的準(zhǔn)停裝置。

③主軸孔的清理裝置等9/21/202357數(shù)控機(jī)床的主軸部件8/6/202357進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置概述

進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)有傳動(dòng)齒輪和同步帶；運(yùn)動(dòng)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(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、軸承等。數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求

減少摩擦阻力提高傳動(dòng)精度和剛度消除傳動(dòng)間隙減小運(yùn)動(dòng)件的慣量9/21/202358進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置概述8/6/202358進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置9/21/202359進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置8/6/202359進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置的要求：由于機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對(duì)執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)動(dòng)精度有重要影響，因此進(jìn)給伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提出了較高的要求，主要有：①摩擦力小，尤其是動(dòng)靜摩擦系數(shù)之差要小，故廣泛采用如滾動(dòng)摩擦等摩擦力較小的傳動(dòng)件及導(dǎo)軌；②傳動(dòng)精度和剛度要高，要求消除傳動(dòng)間隙，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)緊。以增加傳動(dòng)系統(tǒng)剛度；③運(yùn)動(dòng)慣量要小，盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量，以提高響應(yīng)速度。9/21/202360進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置的要求：8/6/20236進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置齒輪傳動(dòng)及齒輪消隙

齒輪傳動(dòng)在伺服進(jìn)給系統(tǒng)中的作用是：改變運(yùn)動(dòng)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(shí)，必然產(chǎn)生齒側(cè)間隙，造成反向運(yùn)動(dòng)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(duì)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(cuò)開，達(dá)到自動(dòng)消除齒側(cè)間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動(dòng)消隙結(jié)構(gòu)。它是將一個(gè)斜齒輪分成兩個(gè)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(huì)錯(cuò)位，分別與寬齒輪1的齒槽左、右側(cè)面貼緊，消除了間隙。9/21/202361進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)裝置齒輪傳動(dòng)及齒輪消隙

齒輪傳動(dòng)在伺服進(jìn)給系統(tǒng)9/21/2023628/6/202362鍵聯(lián)接消隙當(dāng)齒輪與軸聯(lián)接時(shí)，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(gè)鍵灌環(huán)氧樹酯，但不易拆卸維修。9/21/202363鍵聯(lián)接消隙當(dāng)齒輪與軸聯(lián)接時(shí)，鍵兩側(cè)的間隙也必須設(shè)法消除，其措聯(lián)軸節(jié)

由于伺服電機(jī)性能的提高，目前許多場(chǎng)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(duì)傳動(dòng)精度要求較高，因而對(duì)聯(lián)軸節(jié)也提出了較高的要求，主要有無間隙、傳動(dòng)中彈性變形小、高速傳動(dòng)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(gè)錐銷。套筒聯(lián)接尺寸小、轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)。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(shí)，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(gè)對(duì)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(gè)對(duì)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(duì)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。9/21/202364聯(lián)軸節(jié)由于伺服電機(jī)性能的提高，目前許多場(chǎng)合都采用伺服電機(jī)與9/21/2023658/6/202365滾珠絲杠螺母副絲杠螺母副是運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。按絲杠與螺母的摩擦性質(zhì)分類：①滑動(dòng)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(dòng)、迫使螺母（絲杠）軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換成直線運(yùn)動(dòng)。9/21/202366滾珠絲杠螺母副絲杠螺母副是運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，其功用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變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(shí)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(gè)循環(huán)稱為一列，每個(gè)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(gè)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(jiǎn)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。9/21/202367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)9/21/2023688/6/202368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(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。在一個(gè)螺母上沿螺紋周向錯(cuò)開120°，軸向錯(cuò)開（t為導(dǎo)程），裝三個(gè)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。9/21/202369滾珠絲杠螺母副內(nèi)循環(huán)

圖為滾珠內(nèi)循環(huán)方式，它采用圓柱凸鍵滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)

1。傳動(dòng)效率高達(dá)85%～98%，是普通滑動(dòng)絲杠的2～4倍，

2。摩擦阻力小:靜摩擦阻力及動(dòng)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(dòng)精度高，可消除傳動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)；

4。由于效率高，無自鎖能力，故對(duì)于垂直使用的情況，應(yīng)增加自鎖裝置。9/21/202370滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副的特點(diǎn)

8/6/202370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(yàn)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(jí)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(jí)，精密級(jí)數(shù)控機(jī)床選用C級(jí)精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導(dǎo)程誤差對(duì)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(zhǎng)，將直接影響機(jī)床的定位精度。通常需要計(jì)算出絲杠由于溫升產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量，該伸長(zhǎng)量稱為絲杠的方向目標(biāo)。用戶在定購滾珠絲杠時(shí)，必須給出滾珠絲杠的方向目標(biāo)值。9/21/202371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(zhǎng)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(dòng)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(duì)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(dòng)效率低，承載能力低，應(yīng)折中考慮；絲桿長(zhǎng)度L：一般為工作行程+螺母長(zhǎng)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(duì)絲桿工作特性影響較大；當(dāng)前面三項(xiàng)確定后，后兩項(xiàng)也確定了，一般不用用戶考慮。9/21/202372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)尺寸主要滾珠絲杠副的選用驗(yàn)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(yàn)算校核：剛度驗(yàn)算

絲杠屬細(xì)長(zhǎng)桿，受扭矩會(huì)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(dòng)量。剛度驗(yàn)算就是校驗(yàn)絲杠在額定軸向（扭轉(zhuǎn)）載荷作用下，執(zhí)行件的失動(dòng)量。失動(dòng)量的計(jì)算方法如下：

9/21/202373滾珠絲杠副的選用驗(yàn)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)滾珠絲杠副的選用臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算

對(duì)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(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速。因此，只要此時(shí)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(huì)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(jì)算公式進(jìn)行的校核。壽命驗(yàn)算

滾珠絲杠副的壽命，主要是指疲勞壽命。在工程計(jì)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(shí)，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(shí)間或總走行距離來表示?？筛鶕?jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式校核，應(yīng)保證總時(shí)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(dòng)載荷較大的絲杠，以保證

Lt≥20000(h)。

9/21/202374滾珠絲杠副的選用臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)算

對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，滾珠絲滾珠絲杠的支承結(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(duì)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(guó)CINCINNATI10HC臥式加工中心的Z坐標(biāo)（立柱水平方向移動(dòng)）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(gè)接觸角為60°的推力角接觸球軸承，兩個(gè)同向、面對(duì)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(shí)，伺服電機(jī)12帶動(dòng)滾珠絲杠5旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)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(dòng)。9/21/202375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9/21/2023768/6/2023769/21/2023778/6/202377滾珠絲杠的制動(dòng)滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高但不能自鎖，用在垂直傳動(dòng)或高速大慣量場(chǎng)合時(shí)需要制動(dòng)裝置。目前常見的有機(jī)械式和電氣式兩種。

電氣方式制動(dòng)是采用電磁制動(dòng)器，而且這種制動(dòng)器就做在電機(jī)內(nèi)部。圖為FANUC公司伺服電機(jī)帶制動(dòng)器的示意圖。機(jī)床工作時(shí)，在制動(dòng)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(shí)，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(dòng)，這種電磁制動(dòng)器裝在電機(jī)殼內(nèi)，與電機(jī)形成一體化的結(jié)構(gòu)。9/21/202378滾珠絲杠的制動(dòng)滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率高但不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(shí)首先應(yīng)滿足以下要求：①滾珠絲杠螺母副相對(duì)工作臺(tái)不能有軸向竄動(dòng)；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(gè)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(dòng)間隙,提高運(yùn)動(dòng)精度及傳動(dòng)剛度。9/21/202379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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間最大軸向竄動(dòng)。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(dòng)。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9/21/202380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(duì)雙螺母消隙

特點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)整9/21/202381雙螺母消隙

特點(diǎn)：調(diào)整方便，不能精確調(diào)修磨墊片消隙9/21/202382修磨墊片消隙8/6/202382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(gè)齒調(diào)整量為：

△=P（1/Z1-1/Z2）

特點(diǎn)：能精確調(diào)整間隙9/21/202383齒差式調(diào)整

螺距P

左螺母齒數(shù)Z1

右螺母齒數(shù)Z2

同向數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌對(duì)數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求：

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

滾動(dòng)導(dǎo)軌：滾動(dòng)導(dǎo)軌塊直線滾動(dòng)導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌：滑動(dòng)導(dǎo)軌：貼塑導(dǎo)軌9/21/202384數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌對(duì)數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的要求：8/6/202384數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

9/21/202385數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌直線滾動(dòng)導(dǎo)軌8/6/202385數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌：9/21/202386數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌貼塑導(dǎo)軌：8/6/202386數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌9/21/202387數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌8/6/202387第四節(jié)刀具、刀庫及自動(dòng)換刀裝置數(shù)控機(jī)床對(duì)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(dòng)換刀系統(tǒng)的組成原理刀庫與刀具管理刀具交換裝置9/21/202388第四節(jié)刀具、刀庫及自動(dòng)換刀裝置數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具的要求8/數(shù)控機(jī)床對(duì)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(dòng)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9/21/202389數(shù)控機(jī)床對(duì)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(dòng)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。9/21/202390數(shù)控機(jī)床刀具材料的性能、種類刀具材料的性能8/6/20239數(shù)控車床所用刀具9/21/202391數(shù)控車床所用刀具8/6/202391數(shù)控車床所用刀具9/21/202392數(shù)控車床所用刀具8/6/202392數(shù)控鏜銑床所用刀具9/21/202393數(shù)控鏜銑床所用刀具8/6/202393自動(dòng)換刀裝置概述

自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，刀具儲(chǔ)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(shí)也應(yīng)具有較好的剛性，沖擊、振動(dòng)及噪聲小，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠等特點(diǎn)。組成：自動(dòng)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(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等部分組成。

9/21/202394自動(dòng)換刀裝置概述

自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)該滿足換刀時(shí)換刀方式：分為兩大類

由刀庫和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換。用這種形式交換刀具時(shí)，主軸上用過的刀具送回刀庫和從刀庫中取出新刀，這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)，換刀動(dòng)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。9/21/202395換刀方式：分為兩大類

由刀庫和主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換。用刀具必須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國(guó)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(dòng)夾具內(nèi)，再裝入標(biāo)準(zhǔn)刀柄內(nèi)。圓柱形刀柄在使用時(shí)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(dòng)補(bǔ)償。而錐柄稍有磨損也不會(huì)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(dòng)作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對(duì)準(zhǔn)主軸上的驅(qū)動(dòng)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(dòng)爪要有鎖緊裝置，以防止刀具在換刀過程中轉(zhuǎn)動(dòng)或脫落。9/21/202396刀具必須裝在標(biāo)準(zhǔn)的刀柄內(nèi)，我國(guó)TSG刀具系統(tǒng)規(guī)定了刀柄標(biāo)準(zhǔn)，柄式夾持：

刀柄前端有V形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國(guó)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(dòng)爪1組成，活動(dòng)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(dòng)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(dòng)爪1，以便抓刀或松刀時(shí)手爪從刀柄V形槽中退出。9/21/202397柄式夾持：

刀柄前端有V形槽，供機(jī)械手夾持用，目前我國(guó)數(shù)控機(jī)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(shí)，可以很方便地從一個(gè)機(jī)械手過渡到另一個(gè)輔助機(jī)械手上去，如圖（b）所示。法蘭盤式夾持方式、換刀動(dòng)作較多，不如柄式夾持方式應(yīng)用廣泛。9/21/202398法蘭盤式夾持

法蘭盤式夾持，也稱徑向夾持或碟式夾持，如圖所示以EV-810A立式加工中心為例，來說明自動(dòng)換刀系統(tǒng)的工作原理。該自動(dòng)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(dòng)換刀動(dòng)作過程簡(jiǎn)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(shí)機(jī)械手順時(shí)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(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具后，機(jī)械手下降，同時(shí)拔出主軸上和刀庫上的刀具。

刀具位置交換：機(jī)械手順時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)75°：待主軸上自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具后，機(jī)械手逆時(shí)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(dòng)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(dòng)作，這些動(dòng)作由氣壓系統(tǒng)來控制完成。這種自動(dòng)換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換刀可靠，換刀動(dòng)作也少，得到了廣泛應(yīng)用。

9/21/202399以EV-810A立式加工中心為例，來說明自動(dòng)換刀系統(tǒng)的工作原刀套下轉(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(shí)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(dòng)作流程9/21/2023100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)降稁臁Ｃ芗偷墓牡稁旎蚋褡邮降稁祀m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(shí)，多采用鏈?zhǔn)降稁?/p>

9/21/2023101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)奖P式刀庫9/21/2023102盤式刀庫8/6/2023102鏈?zhǔn)降稁?/21/2023103鏈?zhǔn)降稁?/6/2023103自動(dòng)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(shí)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(gè)刀座內(nèi)。

特點(diǎn)：不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也較簡(jiǎn)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(shí)必須十分謹(jǐn)慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會(huì)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(duì)每把刀進(jìn)行編碼刀座編碼方式：永久性編碼、臨時(shí)性編碼（鑰匙編碼）方式任意選刀：軟件選刀9/21/2023104自動(dòng)換刀的選刀方式順序選刀8/6/2023104軟件選刀方式

ATC（自動(dòng)換刀）控制和刀號(hào)數(shù)據(jù)表9/21/2023105軟件選刀方式

ATC（自動(dòng)換刀）控制和刀號(hào)數(shù)據(jù)表8/6/2刀具識(shí)別與換刀

1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號(hào)可任意設(shè)定

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

3。計(jì)算機(jī)通過查刀具表識(shí)別刀具

4。換刀時(shí)，通過軟件修改刀具表，使相應(yīng)刀具表中的刀號(hào)與交換后的刀號(hào)一致。9/21/2023106刀具識(shí)別與換刀

1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號(hào)可任意9/21/20231078/6/2023107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(jì)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(dòng)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9/21/2023108刀具交換裝置的形式回轉(zhuǎn)刀架換刀

回轉(zhuǎn)刀架9/21/20231098/6/2023109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(chǎng)合。9/21/2023110更換主軸換刀

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸剛性差，適更換主軸箱換刀9/21/2023111更換主軸箱換刀8/6/2023111更換刀庫換刀9/21/2023112更換刀庫換刀8/6/2023112帶刀庫的自動(dòng)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(dòng)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(tái)上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個(gè)獨(dú)立部件裝在機(jī)床之外。

特點(diǎn)：帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)，整個(gè)換刀過程比較復(fù)雜。換刀時(shí)，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(dòng)作較多，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。

9/21/2023113帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)

這類換刀裝置由刀庫、選工作臺(tái)快速向右移動(dòng)刀庫空刀座對(duì)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(tái)快速向左返回工件復(fù)位1。刀庫裝在工作臺(tái)上9/21/2023114工作臺(tái)快速向右移動(dòng)刀庫空刀座對(duì)準(zhǔn)主軸主軸箱下降、主軸松刀主軸2。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(shí)針回轉(zhuǎn)90°，到圖（b）的位置，機(jī)械手的兩卡爪同時(shí)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(shí)將刀具從主軸與刀庫中拔出，圖（c）。

機(jī)械手順時(shí)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(shí)裝入主軸及刀庫中，圖（e）。

機(jī)械手順時(shí)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(shí)間較短，刀庫可儲(chǔ)存較多的刀具，適用于加工較復(fù)雜的工件。9/21/20231152。刀庫裝在立柱上

工件上某一工序加工完，主軸準(zhǔn)停9/21/20231168/6/20231163。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(gè)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。9/21/20231173。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4。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(gè)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。

9/21/20231184。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)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(dòng)，并可停在四個(gè)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(dòng)，以裝卸刀具。9/21/2023119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(shí)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

9/21/2023120第三章數(shù)控加工編程什么是數(shù)控加工編程8/6/20231什么是數(shù)控加工編程這是一個(gè)鉆孔程序的實(shí)例，程序如下：

P0001；程序名

N10T01M06S1000M03；選擇刀具，啟動(dòng)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9/21/2023121什么是數(shù)控加工編程這是一個(gè)鉆孔程序的實(shí)例，程序如下：

P00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(gè)指令字組成，如M03，X10等

每個(gè)指令字由地址符和數(shù)字組成如G54，G——地址符

9/21/2023122程序格式：

P××××

N10T×程序內(nèi)容：

程序的編號(hào)；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(dòng)、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(dòng)軌跡；如：G01，G02冷卻液的開停；如：M08，M09程序結(jié)束；如M02，M309/21/2023123程序內(nèi)容：

程序的編號(hào)；如：P00018/6/2023123編程步驟確定加工工藝節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算熟悉零件圖用機(jī)床識(shí)別的代碼編程圖形模擬首件試切修改，完成9/21/2023124編程步驟確定加工工藝節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算熟悉零件圖用機(jī)床識(shí)別的代碼編工藝分析與數(shù)值計(jì)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(jì)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(jì)算零件輪廓和刀具運(yùn)動(dòng)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。

9/21/2023125工藝分析與數(shù)值計(jì)算分析零件加工工藝：8/6/2023125坐標(biāo)系建立的原則刀具相對(duì)于靜止的工件而運(yùn)動(dòng)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(dòng)的三個(gè)方向Z軸正方向?yàn)榈毒哌h(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(dòng)，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、R9/21/2023126坐標(biāo)系建立的原則刀具相對(duì)于靜止的工件而運(yùn)動(dòng)的原則8/6/20如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系1.先確定Z軸：⑴.主運(yùn)動(dòng)軸為Z軸⑵.多個(gè)主軸時(shí)，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(shí)，垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆軸⑷.刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閆軸正方向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?yàn)檎蛑鬏S（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9/21/2023127如何確定機(jī)床的坐標(biāo)系1.先確定Z軸：8/6/2023127銑床坐標(biāo)軸的分布9/21/2023128銑床坐標(biāo)軸的分布8/6/2023128車床坐標(biāo)軸的分布9/21/2023129車床坐標(biāo)軸的分布8/6/2023129雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系對(duì)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(shí)，X坐標(biāo)的正方向指向右邊。參見右圖。9/21/2023130雙立柱龍門銑床的坐標(biāo)系對(duì)ZZ軸軸線在豎直方向且為雙立柱的數(shù)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(jì)制造和調(diào)整后這個(gè)原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。數(shù)控裝置上電時(shí)并不知道機(jī)床零點(diǎn)每個(gè)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(shí)建立機(jī)床坐標(biāo)系通常在每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)作為測(cè)量起點(diǎn)，機(jī)床起動(dòng)時(shí)通常要進(jìn)行機(jī)動(dòng)或手動(dòng)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。9/21/2023131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)系工件坐標(biāo)系、編程原點(diǎn)和對(duì)刀點(diǎn)工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)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(jiǎn)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(duì)稱零件或以同心圓為主的零件，編程原點(diǎn)應(yīng)選在對(duì)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(duì)刀點(diǎn)是零件程序加工的起始點(diǎn)，對(duì)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(duì)刀點(diǎn)可與程序原點(diǎn)重合也可在任何便于對(duì)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(duì)于程序原點(diǎn)的任意點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系的坐標(biāo)。加工開始時(shí)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。9/21/2023132工件坐標(biāo)系、編程原點(diǎn)和對(duì)刀點(diǎn)工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)使用數(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)。9/21/2023133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8/絕對(duì)坐標(biāo)編程和相對(duì)坐標(biāo)編程定義

絕對(duì)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(jì)量的編程方式相對(duì)坐標(biāo)編程：運(yùn)動(dòng)軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值是相對(duì)于起點(diǎn)計(jì)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(duì)坐標(biāo)編程中為：A（10，20）、B（25，50），在相對(duì)坐標(biāo)編程中：A（0，0）、B（15，30）

9/21/2023134絕對(duì)坐標(biāo)編程和相對(duì)坐標(biāo)編程定義絕對(duì)坐標(biāo)編程：工件所有點(diǎn)的坐程序代碼準(zhǔn)備功能G代碼功能：規(guī)定機(jī)床運(yùn)動(dòng)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9/21/2023135程序代碼準(zhǔn)備功能G代碼8/6/2023135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(hào)和刀具長(zhǎng)度、半徑存放寄存器號(hào)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(hào)和刀具長(zhǎng)度、半徑補(bǔ)償寄存器號(hào)。

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(dòng)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(dòng)方向和目標(biāo)位置指令。

組成：后帶符號(hào)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(dòng)的目標(biāo)位置值,符號(hào)表示運(yùn)動(dòng)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。

9/21/2023136程序代碼FST功能代碼：8/6/2023136程序代碼A、B、C指令

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

組成：后帶符號(hào)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(dòng)的目標(biāo)位置值,符號(hào)表示運(yùn)動(dòng)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(hào)的數(shù)字組成。如I10、J-34、R30等，其中帶符號(hào)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。9/21/2023137程序代碼A、B、C指令

指定沿回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸移動(dòng)方向和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(hào)，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(hào)，程序段結(jié)束字符以及變量

組成：

①程序段標(biāo)號(hào)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(gè)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(jiǎn)化編程有些系統(tǒng)還允許采用變量編程，從而可簡(jiǎn)化編程。它由地址符（字母或符號(hào)如#、R等）后帶若干數(shù)字組成；9/21/2023138程序代碼子程序名和子程序調(diào)用指令

用于數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)程序的組成

一個(gè)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(gè)程序必需的標(biāo)識(shí)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(guó)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(dòng)作，是整個(gè)程序的核心。

組成：它由許多程序段組成，每個(gè)程序段由一個(gè)或多個(gè)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(gè)程序的運(yùn)行。9/21/2023139數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)程序的組成

一個(gè)完整的數(shù)控加工程序由數(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）。9/21/2023140數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)程序段的格式8/6/2023140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(gè)指令均以字母（地址符）開始，其后再跟數(shù)字或無符號(hào)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。

9/21/2023141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)：

程數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)主程序、子程序

有時(shí)被加工零件上，有多個(gè)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(gè)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。9/21/2023142數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)主程序、子程序

有時(shí)被加工零件上，有數(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(duì)箱體零件，先面后孔加工孔時(shí)，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(duì)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9/21/2023143數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)工序、工步劃分的原則8/6/2023143數(shù)控加工工藝分析選擇合適的對(duì)刀點(diǎn)

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

對(duì)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(cè)量的點(diǎn)。如圖所示的對(duì)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(duì)刀”的辦法來確定它和刀具的相對(duì)位置，或者說確定機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系。9/21/2023144數(shù)控加工工藝分析選擇合適的對(duì)刀點(diǎn)

對(duì)刀點(diǎn)（起刀點(diǎn)）：確定數(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)。9/21/2023145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)系中位置的刀具數(shù)控加工