數(shù)控技術(shù)5講解

1、2021-6-28數(shù)控機床1 第5章 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu) 5.1 概述 5.2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 5.3 數(shù)控機床的進給系統(tǒng) 5.4 數(shù)控機床的導(dǎo)軌 5.5 自動換刀裝置 5.6 數(shù)控機床的其他常用機構(gòu) 2021-6-28數(shù)控機床2 5.1 概述 一、數(shù)控機床加工的特點一、數(shù)控機床加工的特點 高精度、高自動化、高效率 數(shù)控機床的機械結(jié)構(gòu)，在各方面均要求比普通機床設(shè)計 得更為完善，制造得更為精密。 2021-6-28數(shù)控機床3 二、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點二、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的特點 1.結(jié)構(gòu)剛度高，抗振性能好 如布置加強肋；合理安排布局 等 2.熱穩(wěn)定性較好 采取強制冷卻；盡量使主軸前端受熱影

2、響小 等 3低速運動平穩(wěn)，運動精度較高 降低摩擦；減小間隙等 4滿足人機工程學(xué)的要求 2021-6-28數(shù)控機床4 （a） （b） 圖5-2 布局結(jié)構(gòu)的合理安排 合理地安排機床結(jié)構(gòu)布局,提高剛度 2021-6-28數(shù)控機床5 三、數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的特點三、數(shù)控機床傳動系統(tǒng)的特點 1. 主傳動系統(tǒng)的特點 轉(zhuǎn)速高、功率大； 變速范圍寬（ Rn100 ）； 變速機構(gòu)必須變換迅速可靠； 具有長期精度保證性。 2021-6-28數(shù)控機床6 2. 進給傳動系統(tǒng)的特點進給傳動系統(tǒng)的特點 要求無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度以及具有 適當(dāng)?shù)淖枘岜?，以確保傳動精度和工作平穩(wěn)性。 采取措施： （1)盡量采用貼塑導(dǎo)軌

3、、靜壓導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和滾珠絲杠螺母副等。 （2)盡量減小傳動系統(tǒng)折算到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)動慣量之和。 （3)盡量縮短傳動鏈，并采用預(yù)緊和預(yù)拉伸來提高傳動系統(tǒng)的剛度。 （4)采取多種措施消除傳動間隙，提高跟隨精度。 2021-6-28數(shù)控機床7 5.2 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng)實現(xiàn)主運動的傳動系統(tǒng) 一、主軸的調(diào)速方式 速度最高、功率最大 調(diào)速方案：采用主軸電機后串聯(lián)齒輪有級變速機構(gòu)！ 機床主軸要求的轉(zhuǎn)速范圍Rn100 。 一般直流主電動機的恒功率調(diào)速范圍24； 交流變頻高速電機達(dá)到35。 要求： 調(diào)速范圍大，且有足夠的驅(qū)動功率，并滿足低速大扭矩要求。 2021-6-28數(shù)控機床8 主要調(diào)速方法

4、： a）電機經(jīng)同步齒形帶傳動主軸 降低噪聲和振動 b）電機經(jīng)一對齒輪變速， 再通過二聯(lián)滑移齒輪。 高速和低轉(zhuǎn)矩 場合 小型機床 大中型機床 低速和大轉(zhuǎn)矩 場合 高速 低速 c）兩個電動機分別驅(qū)動主軸 d）內(nèi)裝式主軸電機 2021-6-28數(shù)控機床9 d) 內(nèi)裝式主軸電動機 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣量小，快速響應(yīng)，噪聲??； 缺點：電機的振動和熱量直接影響主軸。 轉(zhuǎn)速10000r/min，最高60000100000r/min. 2021-6-28數(shù)控機床10 二、主軸部件的結(jié)構(gòu)二、主軸部件的結(jié)構(gòu) 1. 主軸的支承與潤滑主軸的支承與潤滑 圖5-5 TND360型數(shù)控車床主軸 設(shè)計時盡量提高主軸部件

5、的精度、剛度、抗振性和熱變形 承受軸向力 和徑向力 壓套預(yù)緊 2021-6-28數(shù)控機床11 2. 卡盤卡盤 圖5-6 液壓驅(qū)動的自定心卡盤 液壓缸 活塞桿 行程開關(guān) 行程開關(guān) 驅(qū)動爪 卡爪卡盤 2021-6-28數(shù)控機床12 3.刀具自動裝卸裝置刀具自動裝卸裝置 和自動吹屑裝置和自動吹屑裝置 交流電機 通高壓油 壓縮空氣 行程開關(guān)發(fā)信號 2021-6-28數(shù)控機床13 2021-6-28數(shù)控機床14 主軸 刀柄 端面鍵 鍵槽 端面鍵作用周向定位，傳遞扭矩。 2021-6-28數(shù)控機床15 4. 主軸的準(zhǔn)停裝置 目前準(zhǔn)停裝置很多，主要有電器準(zhǔn)停和機械準(zhǔn)停兩種： （1）在主軸上或與主軸有傳動聯(lián)系

6、的傳動軸上安裝位置 編碼器或磁性傳感器，配合主軸調(diào)速電機實現(xiàn)純電器定向準(zhǔn) 停。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，準(zhǔn)?？煽浚瑒幼餮杆倨椒€(wěn)。 當(dāng)主軸停轉(zhuǎn)進行刀具交換時，主軸需停在一個固定不 變的方位上，以保證每次換刀都能準(zhǔn)確對準(zhǔn)端面鍵。 2021-6-28數(shù)控機床16 (1) 電器定向準(zhǔn)停裝置 圖5-8 主軸準(zhǔn)停裝置的工作原理 磁鐵 磁性傳感器 帶輪 厚墊片 傳感器安裝在主軸箱體 對應(yīng)于主軸準(zhǔn)停的位置上 CNC接到主軸停指令， 主軸電機立即降速，保持固定低速， 待3與2對準(zhǔn)時，2發(fā)準(zhǔn)停信號， 控制電機停在規(guī)定的周向位置上。 重復(fù)定位精度1 工作過程： 2021-6-28數(shù)控機床17 （2）V形槽輪定位盤機械準(zhǔn)停裝

7、置 主軸在最后一轉(zhuǎn)時,發(fā)出信號 LS2若無信號，則表明主軸未停 準(zhǔn)，系統(tǒng)再次發(fā)信號定位。 2021-6-28數(shù)控機床18 三、同步帶傳動 利用同步帶的齒形與同步帶輪的輪齒依次相嚙合 來傳遞運動或動力。同步帶傳動能滿足主傳動高速、 大轉(zhuǎn)矩和不打滑的傳動要求。 1. 特點特點 （1) 無相對滑動，傳動精度高； （2) 結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，沒有噪聲，無需潤滑，具有良好的減振 性和使用方便性； （3) 不需要采取特別的張緊措施； （4) 缺點：帶與帶輪的制造工藝比較復(fù)雜，所傳遞的功率不能太大， 傳動帶的使用壽命不太長。 2021-6-28數(shù)控機床19 2. 同步帶的結(jié)構(gòu)同步帶的結(jié)構(gòu) 強力層 帶齒 尼龍

8、 帶背 2021-6-28數(shù)控機床20 3. 帶輪的結(jié)構(gòu)帶輪的結(jié)構(gòu) 圖5-11 同步帶輪的結(jié)構(gòu) 帶輪 擋邊 2021-6-28數(shù)控機床21 5.3 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng) 絲桿螺母副、蝸桿蝸輪副 電機與滾珠絲桿的聯(lián)接結(jié)構(gòu) 齒輪傳動、聯(lián)軸節(jié) 主要內(nèi)容： 電機聯(lián)軸節(jié)（減速齒輪）絲杠螺母副導(dǎo)軌副 工作臺移動 電機聯(lián)軸節(jié)（減速齒輪）蝸桿蝸輪副 回轉(zhuǎn)工作臺或分度工作臺轉(zhuǎn)動 進給傳動鏈： 2021-6-28數(shù)控機床22 5.3 數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng) (2) 減少摩擦阻力 主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌 (3) 減小運動慣量 (4) 消除傳動間隙 主要來自傳動齒輪副、蝸桿副、聯(lián)軸節(jié)、絲杠螺母 副及其支承部件之間

9、，應(yīng)施加預(yù)緊力或采取消隙結(jié)構(gòu)。 一、設(shè)計要求： (1) 提高傳動精度和剛度. 取決于絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度。 2021-6-28數(shù)控機床23 二、滾珠絲杠螺母副 結(jié)構(gòu)原理如圖 2021-6-28數(shù)控機床24 二、滾珠絲杠螺母副 1)摩擦損失小，傳動效率高，可達(dá)85%98% 2)絲桿螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，剛度； 3)摩擦阻力??； 1、特點： 4)缺點:不能自鎖，運動有可逆性。 旋轉(zhuǎn)運動直線運動；直線運動旋轉(zhuǎn)運動。 因此絲杠垂直安裝使用時，必須增加制動裝置。 2021-6-28數(shù)控機床25 2、滾珠絲紅螺母副的循環(huán)方式 其結(jié)構(gòu)簡單；返回滾道長，易發(fā)生滾珠堵塞；剛性差，

10、易磨損，噪聲大 1）外循環(huán) 在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸 2.5圈或3.5圈 2021-6-28數(shù)控機床26 2）內(nèi)循環(huán) 在循環(huán)過程中始終與絲杠保持接觸 其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā) 生滾珠堵塞，摩擦損失也小。 反向器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。 圓柱凸鍵反向器 周向錯開120, 軸向錯開4/3導(dǎo)程 通常裝3個反向器 2021-6-28數(shù)控機床27 3、滾珠絲桿螺母副的預(yù)緊方法 預(yù)緊方法有三種： 1）雙螺母墊片式 2）雙螺母螺紋式 3）雙螺母齒差式 基本原理都是使兩個螺母產(chǎn)生相對軸向位移，使?jié)L 珠呈輕微過盈狀態(tài)緊壓在兩螺母滾道的不同側(cè)面上,以消 除它們之間的間隙和施

11、加預(yù)緊力。 2021-6-28數(shù)控機床28 2021-6-28數(shù)控機床29 1）雙螺母墊片式 結(jié)構(gòu)簡單可靠、剛性好，但調(diào)整較費時間，且不能 在工作中隨意調(diào)整。 2021-6-28數(shù)控機床30 2）雙螺母螺紋式 結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、調(diào)整方便，故應(yīng)用較廣泛。但 調(diào)整位移量不易精確控制。 2021-6-28數(shù)控機床31 3）雙螺母齒差式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但調(diào)整準(zhǔn)確可靠，精度高。 兩個外齒輪Z1和Z2相差一個齒, 同向各轉(zhuǎn)過一個齒時軸向位移量: 內(nèi)齒圈 2021-6-28數(shù)控機床32 4、滾珠絲杠螺母副的支承型式 螺母座的孔與螺母之間必須有良好的配合，保證 孔與端面的垂直度，螺母座宜增添加強筋，加大螺母 座

12、和機床結(jié)合面的接觸面積。 為提高螺母支承的軸向剛度，應(yīng)合理選擇滾動軸 承及其支承方式。常用的支承方式有下列幾種： 2021-6-28數(shù)控機床33 (a)一端裝止推軸承 (c)一端裝止推軸承， 另一端裝向心球軸承 (b) 固定端兩側(cè)面裝止推軸承 (d)兩端裝止推軸承及向心軸軸承 止推軸承 遠(yuǎn)離熱源 承載能力小，軸向剛度 低，僅適應(yīng)于短絲杠 施加預(yù)緊拉力，剛度。對 熱伸長較敏感。 適合于長絲杠 可使熱變形軸承的預(yù)緊力 適合于載荷較大的場合 2021-6-28數(shù)控機床34 (a)一端裝止推軸承 承載能力小，軸向剛度低，僅適應(yīng)于短絲杠。如數(shù)控機床的調(diào)整環(huán)節(jié) 或升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標(biāo)中。 (c)一端

13、裝止推軸承，另一端裝向心球軸承 適合于滾珠絲杠較長時。 為了減少絲杠熱變形的影響，止推軸承的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離熱源(如液 壓馬達(dá))及絲杠上的常用段。 (b) 兩端裝止推軸承 將止推軸承裝在該珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊 拉力，有助于提高傳動剛度。但這種安裝方式對熱伸長較為敏感。 (d)兩端裝止推軸承及向心球軸承 為了提高剛度，絲杠兩端采用雙重支承，如止推軸承和向心球軸承， 并施加預(yù)緊拉力。這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù) 緊力，但設(shè)計時要注意提高止推軸承的承載能力和支架剛度。 2021-6-28數(shù)控機床35 5、滾珠絲杠的預(yù)拉伸 滾珠絲杠螺母副預(yù)緊后摩擦力加大，絲杠溫度升高, 受熱伸長.

14、 將使絲杠的導(dǎo)程加大，影響機床的定位精度。 為了補償絲杠的受熱伸長，可以對絲杠進行預(yù)拉伸。 通常預(yù)拉伸量應(yīng)略大于正常工作條件下絲杠的熱伸長量。 采用預(yù)拉伸安裝的絲杠達(dá)到熱平衡之后，一部分預(yù)拉伸量被 熱伸長量抵消，提高了定位精度。 2021-6-28數(shù)控機床36 預(yù)拉伸方法 圖5-19 滾珠絲杠的預(yù)拉伸方法 1,7支座；2軸；3,6推力球軸承和滾針軸承；4調(diào)整套； 5靜圈 ；8螺母；9壓蓋 2021-6-28數(shù)控機床37 6、滾珠絲杠螺母副的制動、冷卻、潤滑及密封 滾珠絲杠螺母副傳動效率很高，但不能自鎖，用 在垂直傳動或水平放置的高速大慣量傳動中，必須裝 有制動裝置。 為了減少絲杠的受熱變形，可

15、以將絲杠制成空心， 在支承法蘭處通入恒溫油進行強迫冷卻循環(huán)。 滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進行潤滑， 同時要采用防塵密封裝置。如用接觸式或非接觸密封 圈，螺旋式彈簧鋼帶，或折疊式塑性人造革防護罩。 2021-6-28數(shù)控機床38 CINCINNATI 臥式加工中心Z坐標(biāo)的滾珠絲杠螺母副 行程800mm 2021-6-28數(shù)控機床39 CINCINNATI 臥式加工中心 Y坐標(biāo)的滾珠絲杠螺母副 液壓制動器 實現(xiàn)主軸箱和刀庫在立柱上 的升降運動，行程1000mm 工作時 通高壓油 2021-6-28數(shù)控機床40 三、靜壓絲桿螺母副簡介 在絲杠和螺母的螺紋之間保持一定厚度，且具有 一定剛度的壓力

16、油膜。 2021-6-28數(shù)控機床41 特點： 摩擦系數(shù)很小，僅為0.0005(滾珠絲杠為0.0020.005) 。 油膜層可以吸振，提高了運動的平穩(wěn)性，有利于散熱和減 少熱變形。 油膜層具有一定剛度、大大減小了反向間隙，同時油膜層 介于螺母與絲杠之間，對絲杠的誤差有“均化”作用； 承載能力與供油壓力成正比，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 要有一套供油系統(tǒng)，而且對油的清潔度要求較高。 2021-6-28數(shù)控機床42 四、直線電動機進給系統(tǒng)四、直線電動機進給系統(tǒng) 圖5-20 直線電動機進給系統(tǒng)外觀 1-導(dǎo)軌； 2-次級； 3-初級； 4-檢測系統(tǒng) 定子 轉(zhuǎn)子 一般采用“短初級、動初級”結(jié)構(gòu)！ 2021-6-28數(shù)

17、控機床43 直線電動機的特點直線電動機的特點 電磁力直接作用于工作臺上，沒有機械滯后或齒輪周期誤 差，工作精度完全取決于反饋系統(tǒng)的檢測精度； 直線電動機上裝配全數(shù)字伺服系統(tǒng)，在任何速度下都能實 現(xiàn)非常平穩(wěn)的進給運動。 動力傳動過程中沒有低效率的中介傳動部件，能達(dá)到較高 效率，可獲得很好的動態(tài)剛度； 不需要定期維護，也沒有行程限制，可以使用多段拼接技 術(shù)來滿足超長行程機床的要求。 只能采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2021-6-28數(shù)控機床44 五、齒輪傳動裝置及其間隙消除五、齒輪傳動裝置及其間隙消除 1. 齒輪傳動的間隙消除 由于傳動齒輪副存在間隙，在開環(huán)系統(tǒng)中會造成進給運動的 位移值滯后于指令值。在

18、閉環(huán)系統(tǒng)中，滯后量雖可得到補償，但 反向時會使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。 消除間隙方法： (1) 剛性調(diào)整法 結(jié)構(gòu)簡單,傳動剛度大,調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補償 (2) 柔性調(diào)整法 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向尺寸大、傳動剛度低，同時，傳動平穩(wěn) 性也差。 2021-6-28數(shù)控機床45 2021-6-28數(shù)控機床46 (1) 剛性調(diào)整法偏心套調(diào)整法 調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距 偏心套 2021-6-28數(shù)控機床47 (1) 剛性調(diào)整法軸向墊片調(diào)整法 ctgt 周向齒側(cè)間隙 t 只有一個薄齒輪承受載荷 2021-6-28數(shù)控機床48 (2) 柔性調(diào)整法軸向彈簧調(diào)整法 2021-6-28數(shù)控機床49 (2) 柔性調(diào)

19、整法周向彈簧調(diào)整法 2021-6-28數(shù)控機床50 圖5-27 雙厚齒輪傳動間隙的消除 2齒輪齒條傳動的間隙消除齒輪齒條傳動的間隙消除 應(yīng)用于大型數(shù)控機床 長齒條 進給傳入 軸向位移 2021-6-28數(shù)控機床51 3雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的間隙消除雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪的間隙消除 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺獲得較大的減速比 圖5-28 雙導(dǎo)程蝸桿的齒形 蝸桿 蝸輪 s1 s2 t左 t右 尺厚逐漸增厚 改變蝸桿軸向位置以消除間隙 2021-6-28數(shù)控機床52 特點： 嚙合間隙可以調(diào)整得很小，對提高數(shù)控轉(zhuǎn)臺的 分度精度非常有利； 通過蝸桿的軸向位移來調(diào)整嚙合的側(cè)隙，調(diào)整 時不會改變它們的中心距，有利于保持蝸輪副 的精度

20、； 采用修磨調(diào)整環(huán)的方法來控制蝸桿的軸向移動 量，故調(diào)整準(zhǔn)確，方便可靠； (4) 缺點：加工比較麻煩。 2021-6-28數(shù)控機床53 六、軸上零件聯(lián)接的間隙消除六、軸上零件聯(lián)接的間隙消除 1、鍵聯(lián)結(jié)間隙消除 2021-6-28數(shù)控機床54 2.電機直聯(lián)滾珠絲桿結(jié)構(gòu) 錐銷+螺母+墊圈 受剪能力小 套筒尺寸小， 轉(zhuǎn)動慣量小 接頭槽口研配 承受負(fù)載小 2021-6-28數(shù)控機床55 3.電機直聯(lián)撓性聯(lián)軸節(jié) 電機軸 絲桿 電機軸與絲桿分別與聯(lián)軸節(jié)的左右形成無鍵連接 2021-6-28數(shù)控機床56 5.4 數(shù)控機床的導(dǎo)軌 對導(dǎo)軌的基本要求： (1)有一定的導(dǎo)向精度 (2)有良好的精度保持性 (3)有足

21、夠的剛度 (4)有良好的摩擦特性 機床上的運動部件都是沿著它的床身、立柱、橫梁 等零件上的導(dǎo)軌而運動，導(dǎo)軌起導(dǎo)向和支承作用。 數(shù)控機床常用的導(dǎo)軌類型： 貼塑導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌 2021-6-28數(shù)控機床57 1、貼塑導(dǎo)軌 塑料軟帶應(yīng)貼在短導(dǎo)軌面上 在金屬導(dǎo)軌的一個滑動面上貼一層抗磨塑料軟帶。 聚四氟乙烯+合金粉+氧化物 塑料導(dǎo)軌多與鑄鐵導(dǎo)軌或淬硬鋼導(dǎo)軌相配使用。 目前應(yīng)用較廣為填充聚四氟乙烯軟帶材料。例如美國Shamban公司的得爾 賽(Turcite-B)塑料導(dǎo)軌軟帶及我國的TF軟帶。 2021-6-28數(shù)控機床58 特點及應(yīng)用： 摩擦系數(shù)小(0.040.06)，且動、靜摩擦系數(shù)差值小

22、，能防 止低速爬行現(xiàn)象； 耐磨性好，抗撕傷能力強； 加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低，并有良好 的自潤滑性和抗振性。 貼塑導(dǎo)軌適用于經(jīng)濟型數(shù)控機床、其他各種類型機 床導(dǎo)軌以及在舊機床修理和數(shù)控化改裝中。 2021-6-28數(shù)控機床59 2、滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌支承塊 2021-6-28數(shù)控機床60 2、滾動導(dǎo)軌 特點： 摩擦系數(shù)小（0.00250.005)，動、靜摩擦力相差甚微； 運動輕便靈活，所需功率小， 摩擦發(fā)熱小，磨損小， 精度保持性好，低速運動平穩(wěn)，移動精度和定位精度都 較高。 但滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，抗震性差。 滾動導(dǎo)軌的滾動體，可采用滾珠、滾柱、滾針。 2021-6-2

23、8數(shù)控機床61 直線滾動導(dǎo)軌，由4列滾珠組成，分別配置在導(dǎo)軌的兩個肩部。 可以承受任意方向(上、下、左、右)的載荷、顛覆力矩和側(cè)向力。 滾動導(dǎo)軌組件 2021-6-28數(shù)控機床62 3、靜壓導(dǎo)軌 只能承受垂直方向的負(fù)載 還能承受較大的顛覆力矩， 導(dǎo)軌剛度也較高 2021-6-28數(shù)控機床63 3、靜壓導(dǎo)軌 不產(chǎn)生磨損，精度保持性好。 同時摩擦系數(shù)也極低(0.0005)，使驅(qū)動功率大大降低； 其運動不受速度和負(fù)載的限制，低速無爬行，承載能力大， 剛度好； 油液有吸振作用，抗振性好導(dǎo)軌摩擦發(fā)熱也小。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要有供油系統(tǒng)，油的清潔度要求高。 特點： 2021-6-28數(shù)控機床64 5.5 自動換

24、刀裝置 自動換刀裝置的功能就是儲備一定數(shù)量的刀具并完成 刀具的自動交換。 它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、刀具 儲存量足夠、結(jié)構(gòu)緊湊及安全可靠等要求。 60年代末出現(xiàn)了帶有自動換刀裝置的數(shù)控機床，即“加工 中心”（MC）。 2021-6-28數(shù)控機床65 一、自動換刀裝置的基本形式 回轉(zhuǎn)刀架換刀 更換主軸換刀 更換主軸箱換刀 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 刀庫與主軸同方向 刀庫與立式主軸在空間相差90 刀庫與臥式主軸同方向 雙主軸換刀系統(tǒng) 交換形式： l 由刀庫和主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換 l 由機械手進行刀具交換 2021-6-28數(shù)控機床66 回轉(zhuǎn)刀架換刀 2021-6-28數(shù)控機床67

25、 更換主軸換刀 2021-6-28數(shù)控機床68 更換主軸箱換刀 1、刀庫與主軸同方向 小型臥式加工中心刀庫 帶刀庫的自動換刀系統(tǒng) 刀庫整體移動 缺點: 刀庫旋轉(zhuǎn)時間與 加工時間不重合！ 2021-6-28數(shù)控機床70 2021-6-28數(shù)控機床71 2、刀庫與立式主軸在空間相差90 小型立式加工中心刀庫 2021-6-28數(shù)控機床72 鉤刀機械手換刀一次所需的基本動作 抓刀 拔刀 交換刀 插刀 復(fù)位 2021-6-28數(shù)控機床73 3、刀庫與臥式主軸同方向 裝刀手 卸刀手 大型臥式加工中心刀庫 PLC控制機械手的開關(guān)量順序控制 T46 主軸上刀具T05 將要換上的刀具T09 再選擇T46 手架

26、既可旋轉(zhuǎn) 又可上下移動 滑座可帶動手 架前伸和后退 優(yōu)點: 刀庫選刀時間與 加工時間重合 T09 2021-6-28數(shù)控機床75 2021-6-28數(shù)控機床76 4、帶刀庫的雙主軸換刀系統(tǒng) 2021-6-28數(shù)控機床77 二、刀庫 根據(jù)刀庫存放刀具的數(shù)目和取刀方式，刀庫可設(shè)計成多 種形式。常見的有： 單盤式刀庫存放的刀具數(shù)目一般為1540把， 結(jié)構(gòu)簡單，取刀也很方便，因此應(yīng)用廣泛. 2021-6-28數(shù)控機床78 結(jié)構(gòu)十分緊湊，在相同的空間內(nèi)，它的刀庫 容量最大，但選刀和取刀的動作較復(fù)雜。 刺謂式刀庫 鏈?zhǔn)降稁?單排鏈?zhǔn)降稁?可容納45把刀具 多排鏈?zhǔn)降稁?可容納60把刀具 加長鏈條的鏈?zhǔn)降稁?/p>

27、，采用增加 支承鏈輪數(shù)目的方法，使鏈條折 疊回繞，增加了刀庫的儲存量 2021-6-28數(shù)控機床80 q 設(shè)計刀庫時應(yīng)考慮的主要問題 合理確定刀庫儲存量 盡量縮短選刀時間 刀庫運動速度應(yīng)適宜 要求刀庫運行平穩(wěn) 刀座在刀庫中的排列問題 其他 如夾持可靠，刀庫防塵、防屑及安全防護等 2021-6-28數(shù)控機床81 三、選刀方式 按數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要 的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置自動選刀 通常采用： 順序選擇刀具 任意選擇刀具 2021-6-28數(shù)控機床82 1、順序選擇刀具 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

28、工順序放入下一個刀座內(nèi)。 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。 裝刀時必須十分謹(jǐn)慎。 2021-6-28數(shù)控機床83 2、任意選擇刀具 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 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(zhuǎn)，每把 刀具(或刀座)都經(jīng)過“刀具識別裝置”接受識別。當(dāng)某把刀具的 代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫將刀具 送到換刀位置，等待機械手來抓取。 優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關(guān)，相同的 刀具可重復(fù)使用。 2021-6-28數(shù)控機床84 任意選擇法主要有三種

29、編碼方式： 刀具編碼方式 刀座編碼方式 編碼附件方式 2021-6-28數(shù)控機床85 （1）刀具編碼方式 1-刀柄 2-編碼環(huán) 3-鎖緊螺母 4-拉桿 大直徑的為二進制的“1”，小直徑的為“0”。 2021-6-28數(shù)控機床86 （1）刀具編碼方式 編碼環(huán)既可以是整體的, 也可由圓環(huán)組裝而成。大直徑的為二進制的 “1”，小直徑的為“0”。 例如:由六個大小直徑的圓環(huán)便可組成能區(qū)別63(26163)種刀具。 通常全部為0的代碼不許使用，以免與刀座中沒有刀具的狀況相混淆。 也可采用二-八進制編碼來表示。六個編碼環(huán)相當(dāng)八進制的二位。 若所有的編碼環(huán)都是凸的，其號碼(111111)2， (77)8，

30、(63)10。 2021-6-28數(shù)控機床87 （2）刀座編碼方式 圓盤形刀庫的刀座編碼裝置 1-刀座編碼塊 2-刀座識別裝置 2021-6-28數(shù)控機床88 （2）刀座編碼方式 對每個刀座都進行編碼，刀具也編號，并將刀具放到與 其號碼相符刀座中。換刀時刀庫旋轉(zhuǎn)，使各個刀座依次經(jīng)過刀 具識別裝置，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫便停止旋轉(zhuǎn)。 由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結(jié)構(gòu)大 為簡化。 刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在 較適當(dāng)?shù)奈恢谩?但用過的刀具必須放回原來的刀座中；刀具可以重復(fù)使用 2021-6-28數(shù)控機床89 （3）編碼附件方式 先給各刀具都附上一把表示該刀具

31、號的編碼鑰匙， 當(dāng)把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進刀座 旁邊的鑰匙孔中，把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，即給刀座 也編上了號碼。 編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼 桿和編碼盤等。 識別裝置可以通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰 匙旁邊刀座中的刀具。 編碼鑰匙 2021-6-28數(shù)控機床90 編碼鑰匙 除導(dǎo)向突起外，共有16個凸出或凹下的位置 即216165535種凹凸組合。 臨時性編碼，用過的刀具不必放回原來的刀座中。 彈簧接觸片 炭刷 凸起 插入鑰匙孔后 順時針旋轉(zhuǎn)90 2021-6-28數(shù)控機床91 四、刀具(刀座)識別裝置 1、接觸式刀具識別裝置 2、非接觸式刀具識別裝置 3

32、、利用PLC(可編程邏輯控制器)實現(xiàn)隨機換刀 常用的有： 2021-6-28數(shù)控機床92 1、接觸式刀具識別裝置 1-刀柄 2-刀具識別裝置 3-觸針 4-編碼環(huán) 2021-6-28數(shù)控機床93 1、接觸式刀具識別裝置 在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)4，在刀庫附近固定一刀具識 別裝置2，從中伸出幾個觸針3。每個觸針與一個繼電器相聯(lián)，當(dāng)編碼 環(huán)是大直徑時與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“l(fā)”。當(dāng)編碼環(huán)是小 直徑時，其數(shù)碼為“0”。當(dāng)各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致 時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。 接觸式刀具識別裝置的結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用較廣，特別適應(yīng)于空間位置 較小的刀具編碼

33、。 但由于觸針有磨損，故壽命較短，可靠性較差，且難于快速選刀。 2021-6-28數(shù)控機床94 2、非接觸式刀具識別裝置 沒有機械直接接觸，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng) 速度快，適應(yīng)于高速、換刀頻繁的工作場合。 常用的有磁性識別和光電識別法。 2021-6-28數(shù)控機床95 v 磁性識別法 1-刀柄 2-導(dǎo)磁材料編碼環(huán) 3-非接觸式識別裝置 4-非導(dǎo)磁材料編碼環(huán) 5-一次線圈 6-檢測線圈 7-二次線圈 刀柄1上裝有非導(dǎo)磁材料編碼環(huán)4和導(dǎo)磁材料編碼環(huán)2（編碼環(huán)的直 徑相等），與編碼環(huán)相對應(yīng)的有一組檢測線圈6組成非接觸式識別裝置 3。在檢測線圈6的一次線圈5中輸入交流電壓時，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料， 則磁感應(yīng)較強，在二次線圈7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。 2021-6-28數(shù)控機床96 v利用PLC(可編程控制器)實現(xiàn)隨機換刀 刀庫上的刀具能與主軸上的刀具任意地直接交換， 即隨機換刀。 主軸上換來的新刀號及還回刀庫上的刀具號，均 在PLC內(nèi)部相應(yīng)地存儲單元記憶。 主要由軟件完成選刀，從而消除了由于識刀裝置 的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。 2021-6-28數(shù)控機床97 刀具自動控制(ATC) 存放主軸上