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1、第一章 復習與思考題,1-1名詞解釋： 數(shù)字控制、數(shù)控機床、點位控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)、開環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)、半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 1-2. NC機床由哪兒部分組成，試用框圖 表示各部分之間的關系，并簡述各部分的基本功能。 1-3試從控制精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性及經濟性三方面，比較開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)劣？ 1-4從NC系統(tǒng)、聯(lián)動軸數(shù)、伺服系統(tǒng)、機床來看，NC機床各分為幾類，它們各用于什么場合？ 1-5NC機床適用于加工哪些類型零件，不適用于哪些類型的零件，為什么？,第二章,數(shù)控機床的機械 結構,第二章 數(shù)控機床機械結構,對數(shù)控機床機械結構的要求 數(shù)控機床的主傳動及主軸部件 數(shù)控機床的進給運動及
2、傳動機構 自動換刀裝置 其它輔助裝置,第一節(jié) 對數(shù)控機床機械結構的要求,提高機床的動、靜剛度 減少機床的熱變形 減少運動副的摩擦，提高傳動精度 提高機床的壽命和精度保持性 自動化的機構，宜人的操作性 安全防護和宜人的造型,第一節(jié) 對數(shù)控機床機械結構的要求,一. 提高機床的靜、動剛度 合理選擇支承件的結構形式 合理的結構布局 采用補償變形的措施 合理選用構件的材料,第一節(jié) 對數(shù)控機床機械結構的要求,二.減少機床熱變形的措施 減少機內發(fā)熱 改善散熱和隔熱條件 合理設計機床的結構與布局 進行熱變形補償,第一節(jié) 對數(shù)控機床機械結構的要求,三. 減少運動副的摩擦 采用滾動導軌或靜壓導軌 采用貼塑滑動導軌
3、 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,第二節(jié) 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng),數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)概述 主運動系統(tǒng)是指驅動主軸運動的系統(tǒng)，主軸是數(shù)控機床上帶動刀具和工件旋轉，產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。 主傳動系統(tǒng)的作用： 傳遞動力，傳遞切削加工所需要的動力 傳遞運動，傳遞切削加工所需要的運動； 運動控制，控制主運動運行速度的大小、方向和起停。 與進給伺服系統(tǒng)相比，它具有轉速高、傳遞的功率大等特點，是數(shù)控機床的關鍵部件之一，對它的運動精度、剛度、噪聲、溫升、熱變形都有較高的要求。,數(shù)控機床對主運動系統(tǒng)的要求,動力功率高
4、 由于對高效率的要求日益增長，加之刀具材料和技術的進步，大多數(shù)NC機床均要求有足夠高的功率來滿足高速強力切削。一般NC機床的主軸驅動功率在3.7kW250kW之間 調速范圍寬 除了功率方面的要求外，還應使主軸轉速具有足夠大的調整范圍。調速范圍是指最高轉速與最低轉速之比，即Rn=nmax/nmin 控制功能多樣化 性能要求高,主傳動功率,機床主傳動的功率N可根據切削功率Nc與主運動傳動鏈的總效率由下式來確定 N=Nc/ 數(shù)控機床的加工范圍一般都比較大，切削功率可以根據有代表性的加工情況，由其主切削力Pz按下式來確定,調速范圍寬,在主運動系統(tǒng)中調速范圍有恒扭矩、恒功率調速范圍之分，如圖所
5、示，在基本轉速(額定轉速nc )以下是恒轉速調速范圍，通過調整電樞電壓來實現(xiàn)，在nc以上是恒功率調速，通過調磁調速。而且現(xiàn)在恒功率調速范圍盡可能大，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，只能進行恒扭矩調速。因為加工一些難加工材料所需求的轉速范圍相差很大，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大變速范圍的方法已不能滿足要求。,調速范圍寬,主運動為旋轉運動的機床，主軸轉速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)控機床，為了適應切削速度和工件（或刀具）直徑的變化，主軸的最低和最高轉速可根據下式確定,
6、數(shù)控機床的主傳動變速方式,無級變速 分段無級變速 內置電動機主軸變速（電主軸） 有級變速（機械變速）,現(xiàn)代數(shù)控機床均采用交流主軸電機及交流變頻驅動裝置，下圖為主軸輸出特性曲線,控制功能多樣化,由于NC機床的種類繁多，不同的機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； 加工中心為了能進行自動換刀需要主軸準停功能； NC車床和NC磨床在進行端面加工時，為了保證端面加工的粗糙度要求，要求接觸點處的線速度為恒值，需要恒線速切削功能； 還有些NC機床有C軸控制功能,性能要求高,對主軸電機的性能要求如下： 電機抗過載能力強，要求有較長時間(130min)和較大倍數(shù)的抗過載能力； 在斷
7、續(xù)負載下，電機轉速波動要??； 速度響應要快，升降速時間要短； 電機溫升低，振動和噪音??； 可靠性高，壽命長，維護容易； 體積小，重量輕，與機床聯(lián)接容易,普通電機機械變速系統(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動轉矩輸出的要求，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，而且該配置的結構較復雜，所以現(xiàn)在僅有少數(shù)經濟型數(shù)控機床采用該配置，其他已很少采用。,變頻器交流電機12級機械變速主軸部件配置方式,特點： 變頻電機經一對齒輪變速后，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速。 優(yōu)點是能夠滿足各種切削運動的轉矩輸出，且具有大范圍的速度變化
8、能力； 具有結構簡單、安裝調試方便，且在傳動上能滿足轉速與轉矩的輸出要求； 調速范圍及動力特性相對于交、直流主軸電機系統(tǒng)而言要差一些； 主要用于經濟型或中低檔數(shù)控機床上。,,交、直流主軸電機 主軸部件配置方式,特點： 電機經同步齒形帶傳動主軸 電機是性能更好的交、直流主軸電機，變速范圍寬，最高轉速可達 8000 r/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 結構簡單、安裝調試方便，可滿足現(xiàn)在中高檔數(shù)控機床的控制要求 對于越來越高的速度的需求， 該配置方式已難以滿足,,電主軸,這種電機由三個基本部分組成：空心軸轉子、帶繞組的定子、速度檢測元件?？招妮S轉子，它既
9、是電機的轉子，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，它和其他電機相似。這種電機構成了較簡單的主運動部 件。 它不僅可以使轉速提高，若在其內應用較先進的軸承（如陶瓷軸承、磁懸浮軸承等）而且可使主軸部件結構緊湊、重量輕、慣量小，可提高啟動、停止的響應特性，利于控制振動和噪聲。轉速高，目前最高可達200000 r/min。它的出現(xiàn)大大簡化了主運動系統(tǒng)結構，實現(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，在高速數(shù)控機床大量采用。 在目前也存在著一些缺點，主要是電機運轉產生的振動和熱量將直接影響到主軸，因此，主軸組件的整機平衡、溫度控制和冷卻是內裝式主軸電機的關鍵
10、問題。,電主軸結構圖,電主軸外觀圖,三位液壓撥叉作用原理圖,嚙合式電磁離合器,加工中心典型主軸部件,數(shù)控機床的主軸部件,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：夾持工件或刀具實現(xiàn)切削運動；傳遞運動及切削加工所需要的動力。 機床對其主軸部件的主要要求有： 主軸的精度要高。精度包括運動精度(回轉精度、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)。 部件的結構剛度和抗振性。 運轉溫升不能太高以及較好的熱穩(wěn)定性。 部件的耐磨性和精度保持能力。對數(shù)控機床除上述要求外，在機械結構方面還應有： 刀具的自動夾緊裝置。 主軸的準停裝置。 主軸孔的
11、清理裝置等,進給傳動系統(tǒng)裝置,概述 進給系統(tǒng)機械傳動結構是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構。它主要由傳動機構、運動變換機構、導向機構、執(zhí)行件組成。如下圖所示。其中常用的傳動機構有傳動齒輪和同步帶； 運動變換機構有絲杠螺母副、蝸桿齒條副、齒輪齒條副等；導向機構有滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌、軸承等。 數(shù)控機床對進給運動的要求 減少摩擦阻力 提高傳動精度和剛度 消除傳動間隙 減小運動件的慣量,進給傳動系統(tǒng)裝置,進給傳動系統(tǒng)裝置,對進給傳動系統(tǒng)裝置的要求： 由于機械傳動結構的剛性、制造精度、摩擦阻尼特性等，對執(zhí)行件運動特性和運動精度有重要影響，
12、因此進給伺服系統(tǒng)對機械傳動機構提出了較高的要求，主要有： 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軌； 傳動精度和剛度要高，要求消除傳動間隙，并進行適當?shù)念A緊。以增加傳動系統(tǒng)剛度； 運動慣量要小，盡可能減小運動部件質量，以提高響應速度。,進給傳動系統(tǒng)裝置,齒輪傳動及齒輪消隙齒輪傳動在伺服進給系統(tǒng)中的作用是：改變運動方向、降速、增大扭矩、適應不同絲杠螺距和不同脈沖當量的配比等。當在伺服電機和絲杠之間安裝齒輪（直齒、斜齒、錐齒等）時，必然產生齒側間隙，造成反向運動的死區(qū)，必須設法消除。目前消除齒側間隙普遍采用雙片齒輪結構，如下圖（a），將一對齒輪中的大齒輪
13、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，達到自動消除齒側間隙的目的。圖（b）為斜齒輪傳動消隙結構。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、右側面貼緊，消除了間隙。,鍵聯(lián)接消隙,當齒輪與軸聯(lián)接時，鍵兩側的間隙也必須設法消除，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。,聯(lián)軸節(jié),由于伺服電機性能的提高，目前許多場合都采用伺服電機與絲杠直接相聯(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
14、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)的結構形式。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，適于負載較小的傳動。圖（e）是現(xiàn)在廣泛采用的直接聯(lián)接電機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)的左半部裝在電機軸上，當擰緊螺釘2時，件3和件6相互靠近，擠壓內錐環(huán)4、外錐環(huán)5，使外錐環(huán)內徑縮小，內錐環(huán)外徑脹大，使件6與電機軸1形成無鍵聯(lián)接。右半部也同樣形成無鍵聯(lián)接
15、。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，且與電機軸和絲杠都無鍵聯(lián)接。,滾珠絲杠螺母副,絲杠螺母副是運動變換機構，其功用是將旋轉運動變換成直線運動。按絲杠與螺母的摩擦性質分類：滑動絲杠螺母副，主要用于舊機床的數(shù)控化改造、經濟型數(shù)控機床等； 滾珠絲杠螺母副，廣泛用于中、高檔數(shù)控機床； 靜壓絲杠螺母副，主要用于高精度數(shù)控機床、重型機床。 工作原理絲杠（螺母）旋
16、轉，滾珠在封閉滾道內沿滾道滾動、迫使螺母（絲杠）軸向移動，從而實現(xiàn)將旋轉運動變換成直線運動。,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循環(huán)。滾珠絲杠螺母副的每個循環(huán)稱為一列，每個導程稱為一圈。 外循環(huán)下圖為常用的一種外循環(huán)方式，這種結構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，作為滾珠的進口與出口。再用弧形銅管插入進口和出口內，形成滾珠返回通道，由彎管的端部來引導滾珠；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、應用廣泛，但螺母徑向尺寸較大，因用
17、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 ，12列。,滾珠絲杠螺母副,內循環(huán) 圖為滾珠內循環(huán)方式，它采用圓柱凸鍵反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器的圓柱部分嵌入螺母內，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為導程），裝三個反向器，形成三圈滾珠循環(huán)。內循環(huán)螺母結構緊湊，定位可靠，剛性好，不易磨損，反回滾道短，不易產生滾珠堵塞，摩擦損失小。缺點是結構復雜、制造較困難。 內循環(huán)的工作圈數(shù)是3列。,滾珠絲杠螺母副,滾珠絲杠螺母副的特點 1。傳動效率高達85%98%，是普通滑動絲
18、杠的24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，應增加自鎖裝置。,滾珠絲杠副的選用,選用要點應該根據機床的精度要求來選用滾珠絲杠副的精度，根據機床的載荷來選定絲杠的直徑，并且要驗算絲杠扭轉剛度、壓曲剛度、臨界轉速與工作壽命等。 精度等級的選擇滾珠絲杠副的精度將直接影響數(shù)控機床各坐標軸的定位精度。普通精度的數(shù)控機床，一般可選用D級，精密級數(shù)控機床選用C級精度的滾珠絲杠副。絲杠精度中的導程誤差對機床定位精度影響最明顯。而絲杠在運
19、轉中由于溫升引起的絲杠伸長，將直接影響機床的定位精度。通常需要計算出絲杠由于溫升產生的伸長量，該伸長量稱為絲杠的方向目標。用戶在定購滾珠絲杠時，必須給出滾珠絲杠的方向目標值。,滾珠絲杠副的選用,結構尺寸的選擇滾珠絲杠副的結構尺寸主要有：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，直徑大、承載能力和剛度越大，但直徑大轉動慣量也隨之增加，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，但通常應大
20、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，應折中考慮； 絲桿長度L：一般為工作行程+螺母長度+（510）；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；當前面三項確定后，后兩項也確定了，一般不用用戶考慮。,滾珠絲杠副的選用,驗算當有關結構參數(shù)選定后，還應根據有關規(guī)范進行扭轉剛度、臨界轉速和壽命的驗算校核： 剛度驗算絲杠屬細長桿，受扭矩會引起扭轉變形，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
21、絲杠在額定軸向（扭轉）載荷作用下，執(zhí)行件的失動量。失動量的計算方法如下：,滾珠絲杠副的選用,臨界轉速驗算 對于數(shù)控機床來說，滾珠絲杠的最高轉速是指快速移動時的轉速。因此，只要此時的轉速不超過臨界轉速就可以了。應校核絲杠軸的轉速與絲杠自身的自振頻率是否接近，如果很接近，會導致強迫共振，影響機床正常工作。應根據有關計算公式進行的校核。 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，在相同條件下回轉時，其中90%不發(fā)生疲勞剝落的情況下運轉的總轉數(shù)。也可用總回轉時間或總走行距離來表示?？筛鶕嘘P經驗公式校核，應保證總時間壽命
22、Lt20 000(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Lt20000(h)。,滾珠絲杠的支承結構,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，如何從利用支撐結構來提高滾珠絲桿的軸向剛度是至關重要的。美國CINCINNATI 10HC臥式加工中心的Z坐標（立柱水平方向移動）的滾珠絲杠支承采用一端固定，一端自由的結構形式如圖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，加上預緊，軸向剛度和承載能力都很高。該固定
23、端連同伺服電機都安裝在支架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12帶動滾珠絲杠5旋轉，并推動支架和重達5噸的立柱1（包括主軸箱和刀庫）沿Z 方向運動。,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內部。圖為FANUC公司伺服電機帶制動器的示意圖。機床工作時，在制動器線圈7電磁力的作用下，使齒輪8與內齒輪9脫開，彈簧受壓縮，當停機或停電時，電磁鐵失電，在彈簧恢復力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為
24、一體，故與電機軸聯(lián)接的絲杠得到制動，這種電磁制動器裝在電機殼內，與電機形成一體化的結構。,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滿足以下要求： 滾珠絲杠螺母副相對工作臺不能有軸向竄動； 螺母座孔中心應與絲杠安裝軸線同心； 滾珠絲杠螺母副中心線應平行于相應的導軌; 能方便地進行間隙調整、預緊和預拉伸。 預緊 滾珠絲杠螺母副的預緊是使兩個螺母產生軸向位移（相離或靠近），以消除它們之間的間隙并施加預緊力，預緊目的是消除運動間隙,提高運動精度及傳動剛度。,滾珠絲杠副的軸向間隙的消除和預緊,軸向間隙：指絲杠和螺母無相對轉動時，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。除了
25、結構本身的游隙之外，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 齒差式調整,雙螺母消隙特點：調整方便，不能精確調整,修磨墊片消隙,齒差式調整螺距P左螺母齒數(shù)Z1右螺母齒數(shù)Z2同向各轉一個齒調整量為：=P（1/Z1-1/Z2）特點：能精確調整間隙,數(shù)控機床的導軌,對數(shù)控機床導軌的要求： 摩擦系數(shù)小、運動平穩(wěn)、噪聲低、傳動靈活、精度高 常用導軌類型： 滾動導軌：滾動導軌塊 直線滾動導軌 靜壓導軌： 滑動導軌：貼塑導軌,數(shù)控機床的導軌,直線滾動導軌,數(shù)控機床的導軌,貼塑導
26、軌：,數(shù)控機床的導軌,靜壓導軌,第四節(jié) 刀具、刀庫及自動換刀裝置,數(shù)控機床對刀具的要求 數(shù)控機床所用刀具的材料及其選擇 數(shù)控機床用刀具類型 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,數(shù)控機床對刀具的要求,適應高速切削要求。高速度、大進給是數(shù)控加工的特點，數(shù)控機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。為適應數(shù)控機床加工的高精度和自動換刀的要求，刀具及其裝夾結構也必須有很高的精度，以保證它在機床上的安裝精度和重復定位精度。 可靠的斷屑及排屑措施 刀具的調整、更換方便、快速而且精確 符合標
27、準化、模塊化、通用化及復合化,數(shù)控機床刀具材料的性能、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、耐磨性和強度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要標志 較好的導熱性 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 硬質合金：硬質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合金刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高
28、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工藝制成的。它具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學穩(wěn)定性等獨特的優(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，包括涂層刀具在內的任何高速鋼和硬質合金刀具都無法與之相比。,數(shù)控車床所用刀具,數(shù)控車床所用刀具,,數(shù)控鏜銑床所用刀具,自動換刀裝置,概述 自動換刀系統(tǒng)應該滿足換刀時間短，刀具重復定位精度高，刀具儲存數(shù)量足夠，結構緊湊，便于制造、維修、調整，應有防屑、防塵裝置，布局應合理等要求。同時也應具有較好的剛性，沖擊、振動及噪聲小，運轉安全可靠等特點。 組成：自
29、動換刀系統(tǒng)由刀庫、選刀機構、刀具交換機構(如機械手)、刀具在主軸上的自動裝卸機構等部分組成。,換刀方式：分為兩大類由刀庫和主軸的相對運動實現(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。,由機械手進行刀具交換。 由于刀庫及刀具交換方式的不同，換刀機械手也有多種形式。,刀具必須裝在標準的刀柄內，我國TSG刀具系統(tǒng)規(guī)定了刀柄標準，有直柄及724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構如下圖所示。圖中3為刀柄定位及夾持部位，2為機械手抓取部位，1為鍵槽 ，用于傳
30、遞切削扭矩，4為螺孔，用以安裝可調節(jié)拉桿，供拉緊刀柄用。刀具的軸向尺寸和徑向尺寸應先在調刀儀上調整好，才可裝入刀庫中。絲錐、鉸刀要先裝在浮動夾具內，再裝入標準刀柄內。圓柱形刀柄在使用時需在軸向和徑向夾緊，因而主軸結構復雜，圓柱柄安裝精度高，但磨損后不能自動補償。 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，由于機械手抓住刀柄要作快速回轉，拔、插刀具的動作，還要保證刀柄鍵槽的角度位置對準主軸上的驅動鍵。因此，機械手的夾持部分要十分可靠，并保證有適當?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動或脫落。,柄式夾持：刀柄前端有V形槽，供機械手夾持用，目前我國數(shù)控機床較多采用
31、這種夾持方式。如圖所示為機械手手掌結構示意圖。由固定爪7及活動爪1組成，活動爪1可繞軸2回轉，其一端在彈簧柱塞6的作用下，支靠在擋銷3上，調整螺栓5以保持手掌適當?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，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。,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)點是：當采用中間搬運裝置時，可以很方便地從一個機械手過渡到另一個輔助機械手上去，如圖（
32、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用廣泛。,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。刀庫安裝在機床立柱的左側，刀庫容量為24把刀具，換刀機械手安裝在刀庫和主軸之間。機械手將刀具從刀庫中取出送至機床主軸上，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90：如圖所示，刀庫位于立柱左側，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90，使刀具軸線與主軸軸線平行。機械手轉75：下圖所示K向視圖為機械手的原始位置，換刀時機械手順時針轉7
33、5，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。機械手拔刀：待主軸上自動夾緊機構松開刀具后，機械手下降，同時拔出主軸上和刀庫上的刀具。刀具位置交換：機械手順時針轉180，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。機械手插刀：機械手上升，分別將刀具插入主軸錐孔和刀庫刀套中。機械手逆時針轉75：待主軸上自動夾緊機構夾緊刀具后，機械手逆時針轉75，回到原始位置。刀套上轉90：刀套帶著換回的舊刀具向上翻轉90，準備下一次選刀。該機床使用回轉式單臂雙手機械手換刀。在自動換刀過程中，機械手要完成抓刀、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)結構簡單，換刀可靠，換刀動作
34、也少，得到了廣泛應用。,刀套下轉90,機械手轉75,機械手拔刀,刀具位置交換,機械手逆時針轉75,刀套上轉90,主軸Z向定位、準停,,,,,,,刀臂式換刀動作流程,刀庫和刀具管理刀庫類型：數(shù)控機床上普遍采用盤式刀庫和鏈式刀庫。密集型的鼓刀庫或格子式刀庫雖然占地面積小，但由于結構的限制，很少用于單機加工中心。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式刀庫：一般刀具數(shù)量在30120把時，多采用鏈式刀庫,盤式刀庫,鏈式刀庫,自動換刀的選刀方式,順序選刀 將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
35、來的刀座內，也可以按加工順序放入下一個刀座內。 特點：不需要刀具識別裝置，驅動控制也較簡單，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，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產生嚴重的后果。這種方式現(xiàn)在已很少采用。 刀具編碼方式：采用特殊的刀柄結構，對每把刀進行編碼 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,軟件選刀方式ATC（自動換刀）控制和刀號數(shù)據表,刀具識別與換刀1。刀具在刀庫中任意放置，刀具編號可任意設定2。刀具表中刀具號與刀套號的對應關系應始
36、終與刀具在刀庫中的實際位置對應3。計算機通過查刀具表識別刀具4。換刀時，通過軟件修改刀具表，使相應刀具表中的刀號與交換后的刀號一致。,刀具交換裝置的形式,回轉刀架換刀 回轉刀架換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？稍O計成四方、六方刀架或圓盤式軸向裝刀刀架，并相應地安裝四把、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,刀架轉位,刀架壓緊,轉位油缸復位,,,,更換主軸換刀特點：結構復雜，主軸剛性差，適應切削力不大的場合。,更換主軸箱換刀,更換刀庫換刀,帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 這類換刀裝置由刀庫、選刀機構、刀具交換機構及刀具在主軸
37、上的自動裝卸機構等四部分組成，應用最廣泛。 刀庫可裝在機床的工作臺上、立柱上或主軸箱上，也可作為一個獨立部件裝在機床之外。特點：帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)，整個換刀過程比較復雜。換刀時，根據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，進行刀具交換。這種換刀裝置和轉塔主軸頭相比，由于機床主軸箱內只有一根主軸，在結構上可以增強主軸的剛性，有利于精密加工和重切削加工；可采用大容量的刀庫，以實現(xiàn)復雜零件的多工序加工，從而提高了機床的適應性和加工效率。但換刀過程的動作較多，換刀時間較長。,工作臺快速向右移動,刀庫空刀座對準主軸,主軸箱下降、主軸松刀,主軸箱上升、刀庫回轉,主軸箱下降，主軸
38、插刀,主軸箱上升,機床工作臺快速向左返回,工件復位,,,,,,,,1。刀庫裝在工作臺上,2。刀庫裝在立柱上 工件上某一工序加工完，主軸準停，主軸箱返回換刀點準備換刀，刀庫上的“新刀”按預定指令轉到換刀位置上。 機械手由圖 (a)的原始位置逆時針回轉90，到圖（b）的位置，機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。 機械手沿軸向同時將刀具從主軸與刀庫中拔出，圖（c）。 機械手順時針回轉180,把新刀轉到主軸處，舊刀轉到刀庫的換刀位置，圖（d）。 機械手沿軸向將刀具同時裝入主軸及刀庫中，圖（e）。 機械手順時針回轉90，恢復原始水平位置，圖（f）。 這種換刀裝置換刀時間較短
39、，刀庫可儲存較多的刀具，適用于加工較復雜的工件。,3。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床主軸軸線相差90，不能用一個機械手1直接換刀。需通過刀具回轉機構3先將刀具翻轉90，使其軸線與主軸軸線平行，再由機械手一端卡爪抓取回轉機構上的刀具，另一端卡爪抓取主軸4上的刀具5，實現(xiàn)刀具的相互交換，從主軸上卸下的刀具只能由機械手送至刀具的回轉機構中，然后反轉90送回刀庫。,4。刀庫獨立裝在機床之外 刀庫的容量大、刀具較重或機床總體布局等原因，刀庫也可作為一個獨立部件，裝在機床之外。如圖所示，鏈式刀庫置于機床左側，通過機械手實現(xiàn)刀具的交換。,刀庫遠離機床 這種換刀系統(tǒng)常常要附加運輸裝置，來完成刀庫與主軸之間刀具的運輸。機床左側的鏈式刀庫由四排刀鏈組成，雙臂式交叉機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，機械手回轉架可回轉180，裝刀手與卸刀手還必沿本身導軌作直線往復運動，以裝卸刀具。,
《機械結構》PPT課件.ppt
