金屬切削機床概論模塊六課件

模塊六數(shù)控機床任務(wù)引入任務(wù)分析相關(guān)知識任務(wù)實施知識鏈接學(xué)習小結(jié)生產(chǎn)學(xué)習經(jīng)驗?zāi)K六數(shù)控機床任務(wù)引入任務(wù)引入什么是數(shù)控機床?與傳統(tǒng)加工設(shè)備相比，數(shù)控機床有何特點?適用于加工何種類型的零件?數(shù)控機床由哪幾個部分組成?各部分的基本功能是什么?返回任務(wù)引入什么是數(shù)控機床?與傳統(tǒng)加工設(shè)備相比，數(shù)控機床有何特點任務(wù)分析數(shù)控機床(NumericalControlMachineTools)是指采用數(shù)字形式信息控制的機床。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。本模塊主要學(xué)習有關(guān)數(shù)控機床的知識。返回任務(wù)分析數(shù)控機床(NumericalControlMac相關(guān)知識(一)數(shù)控機床的基本組成及其工作原理

1.數(shù)控機床的基本組成數(shù)控機床通常由加工程序、輸入裝備、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋系統(tǒng)及機床等幾個部分組成。如圖6-1所示是數(shù)控機床的組成框圖。數(shù)控機床的功能強弱主要由數(shù)控系統(tǒng)裝置(GNG)來決定，因此它是數(shù)控機床的核心部分。下一頁返回相關(guān)知識(一)數(shù)控機床的基本組成及其工作原理下一頁返回相關(guān)知識

1)加工程序數(shù)控機床工作時，不需要人工直接去操作機床，而是按數(shù)控加工程序自動執(zhí)行的。其加工程序上存儲有加工零件的全部操作信息。數(shù)控加工程序就是根據(jù)被加工零件圖紙要求的形狀、尺寸、精度、材料及其他技術(shù)要求，確定零件的加工工藝規(guī)程、工藝參數(shù);然后根據(jù)數(shù)控機床編程手冊規(guī)定的格式和代碼編寫加工程序單。對于形狀簡單的零件，通常采用手工編程;對于形狀復(fù)雜的零件，目前大多采用MasterCAM,Pro/Engineer,UG和CATIA等CAD/CAM軟件來實現(xiàn)計算機輔助編程。加工程序可儲存在控制介質(zhì)(也稱信息載體、程序載體)上。數(shù)控機床中，常用的控制介質(zhì)有穿孔紙帶、穿孔卡片、磁帶和磁盤等。上一頁下一頁返回相關(guān)知識1)加工程序上一頁下一頁返回相關(guān)知識加工信息(程序)是以代碼的形式按規(guī)定的格式存儲的。目前國際上通常使用EIA(美國電子工業(yè)協(xié)會)代碼和ISO(國際標準化組織)代碼，我國規(guī)定以ISO代碼作為標準代碼。

2)輸入裝置輸入裝置的作用是將控制介質(zhì)上的有關(guān)加工信息傳遞并存入控制系統(tǒng)內(nèi)。根據(jù)控制介質(zhì)的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。如使用穿孔帶時，配有光電閱讀機;使用磁帶時，配有錄放機;對于軟磁盤，配有磁盤驅(qū)動器和驅(qū)動卡等。有時為了用戶方便，數(shù)控機床可以同時具備集中輸入裝置?，F(xiàn)代數(shù)控機床，還可以通過手動方式(MDI方式)，將零件加工程序，用數(shù)控系統(tǒng)的操作面板上的按鍵，直接鍵入數(shù)控系統(tǒng);或者可以由計算機編程后，用通信方式傳送到數(shù)控系統(tǒng)中。上一頁下一頁返回相關(guān)知識加工信息(程序)是以代碼的形式按規(guī)定的格式存儲的。目相關(guān)知識

3)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心，它主要包括微型計算機(CPU、存儲器、各種I/0接口)、通用輸入/輸出(I/0)外圍設(shè)備(如CRT/LED顯示器、鍵盤、操作控制面板等)及相應(yīng)的軟件。它具有的主要功能有如下幾點。

(1)多軸聯(lián)動、多坐標控制。

(2)實現(xiàn)多種函數(shù)的插補(直線、圓弧、拋物線、螺旋線、極坐標、樣條等)。

(3)多種程序輸入功能以及編輯和修改功能。

(4)信息轉(zhuǎn)換功能:包括EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換，公制/英制轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換、絕對值/增量值轉(zhuǎn)換等。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識3)數(shù)控系統(tǒng)上一頁下一頁返回相關(guān)知識(5)補償功能:刀具半徑補償、刀具長度補償、傳動間隙補償、螺距誤差補償?shù)取?/p>

(6)多種加工方式選擇?？蓪崿F(xiàn)各種加工循環(huán)，重復(fù)加工，凹凸模加工和鏡像加工等。

(7)顯示功能，用數(shù)碼顯示器LED可顯示刀具在各坐標軸上的位置，CRT(陰極射線管)顯示器可顯示字符、軌跡、平面圖形和動態(tài)三維圖形。

(8)自診斷功能。

(9)通信和聯(lián)網(wǎng)功能。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(5)補償功能:刀具半徑補償、刀具長度補償、相關(guān)知識

4)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。它接受數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅(qū)動機床的運動部件，完成指令的規(guī)定運動。伺服系統(tǒng)由伺服電動機以及驅(qū)動控制單元組成。它與數(shù)控機床的進給機械部件構(gòu)成進給伺服系統(tǒng)，一般來說數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)，要有好的快速響應(yīng)性能和高的伺服精度。

5)檢測反饋裝置對于半閉環(huán)、閉環(huán)控制數(shù)控機床，還帶有檢測反饋裝置，其作用是將數(shù)控機床的各坐標軸的位移指令檢測值反饋到機床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實際位移值與設(shè)定值進行比較后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出指令，糾正所產(chǎn)生的誤差。上一頁下一頁返回相關(guān)知識4)伺服系統(tǒng)上一頁下一頁返回相關(guān)知識常用的檢測反饋裝置有測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器、感應(yīng)同步器、光柵、磁性檢測元件、霍爾檢測元件等組成的系統(tǒng)。

6)輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接受數(shù)控裝置輸出的主運動換向、變速、啟停、刀具的選擇和交換，以及其他輔助裝置等指令信號，經(jīng)過必要的編譯、邏輯判別和運算，經(jīng)功率放大后直接驅(qū)動相應(yīng)的電器帶動機床機械部件、液壓氣動等輔助裝置完成指令規(guī)定的動作。此外，還有行程開關(guān)和監(jiān)控檢測等開關(guān)信號也要經(jīng)過輔助控制裝置送到數(shù)控裝置進行處理。上一頁下一頁返回相關(guān)知識常用的檢測反饋裝置有測速發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼相關(guān)知識由于可編程控制器(PLC)具有響應(yīng)快、性能可靠、易于使用、編程和修改，并可直接驅(qū)動機床電器，現(xiàn)已廣泛作為數(shù)控機床的輔助控制裝置。數(shù)控機床所用PLC有內(nèi)裝型和獨立型兩種。內(nèi)裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC硬件電路可與CNC裝置其他電路制作在同一塊印刷板上，也可以作成獨立的電路板。獨立型PLC獨立CNC裝置，本身具有完備的硬、軟件功能，可以獨立完成所規(guī)定的控制任務(wù)。

7)機床機械部件數(shù)控機床的機械部件包括:主運動部件，進給運動執(zhí)行部件如工作臺、拖板及其傳動部件和床身立柱等支撐部件，此外，還有冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。上一頁下一頁返回相關(guān)知識由于可編程控制器(PLC)具有響應(yīng)快、性能可相關(guān)知識對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫，交換刀具的機械手等部件。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但其傳動系統(tǒng)更為簡單，并且數(shù)控機床的靜態(tài)和動態(tài)剛度要求更高，傳動裝置的間隙要求盡可能小，滑動面的摩擦系數(shù)要小，并有恰當?shù)淖枘?，以適應(yīng)對數(shù)控機床高定位精度和良好的控制性能要求，而且其傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。

2.數(shù)控機床的工作原理使用機床加工零件時，通常都需要對機床的各種動作進行控制，一是控制動作的先后次序，二是控制機床各運動部件的位移量。采用普通機床加工時，這種開車、停車、走刀、換向、主軸變速和開關(guān)切削液等操作都是由人工直接控制的。上一頁下一頁返回相關(guān)知識對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫，交換刀相關(guān)知識采用自動機床和仿形機床加工時，上述操作和運動參數(shù)則是通過設(shè)計好的凸輪、靠模和擋塊等裝置以模擬量的形式來控制的，它們雖能加工比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、靠模制造精度的影響，而且工序準備時間也很長。采用數(shù)控機床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程，制造出任意復(fù)雜的零件，如圖6-2所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識采用自動機床和仿形機床加工時，上述操作和運動參數(shù)則是相關(guān)知識從圖6-2可以看出，數(shù)控加工過程總體上可分為數(shù)控程序編制和機床加工控制兩大部分。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)一般都能按照數(shù)字程序指令控制機床實現(xiàn)主軸自動啟停、換向和變速，能自動控制進給速度、方向和加工路線，進行加工，能選擇刀具并根據(jù)刀具尺寸調(diào)整吃刀量及行走軌跡，能完成加工中所需要的各種輔助動作。(二)數(shù)控機床的特點與分類數(shù)控加工是一種可編程的柔性加工方法其設(shè)備費用相對較高，故數(shù)控加工主要應(yīng)用于加工零件比較復(fù)雜、精度要求較高，以及產(chǎn)品更換頻繁、生產(chǎn)周期要求短的場合。

1.數(shù)控機床的特點上一頁下一頁返回相關(guān)知識從圖6-2可以看出，數(shù)控加工過程總體上可分相關(guān)知識數(shù)控機床是實現(xiàn)柔性自動化的重要的設(shè)備，與普通機床相比，數(shù)控機床具有如下特點。

1)適應(yīng)性強用數(shù)控機床加工零件，當產(chǎn)品改型時只需重新制作信息載體或重新編制手動輸入程序，就能實現(xiàn)對新零件的加工。它不同于普通機床，不需要制作、更換工夾具和模具，更不需要重新調(diào)整機床。為單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的方便。因而生產(chǎn)準備時間短，靈活性強。

2)加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控系統(tǒng)每輸出一個脈沖，機床移動部件的位移量稱為脈沖當量，數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.001mm，高精度的數(shù)控機床可達0.0001mm，其運動分辨率遠高于普通機床。上一頁下一頁返回相關(guān)知識數(shù)控機床是實現(xiàn)柔性自動化的重要的設(shè)備，與普相關(guān)知識另外，數(shù)控機床具有位置檢測裝置，可將移動部件實際位移量或絲杠、伺服電動機的轉(zhuǎn)角反饋到數(shù)控系統(tǒng)，并進行補償。因此，可獲得比機床本身精度還高的加工精度。數(shù)控機床加工零件的質(zhì)量由機床保證，無人為操作誤差的影響，所以同一批零件的尺寸一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。

3)自動化程度高，勞動強度低數(shù)控機床對工件的加工是按事先編好的程序自動完成的，工件加工過程中不需要人的干預(yù)，加工完畢后自動停車，使操作者的勞動強度與緊張程度大為減輕。加上數(shù)控機床一般都具有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置，操作者的勞動條件也大為改善。上一頁下一頁返回相關(guān)知識另外，數(shù)控機床具有位置檢測裝置，可將移動部件實際位移相關(guān)知識

4)生產(chǎn)效率高工件加工所需要的時間主要包括切削時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床能有效地減少這部分時間。數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速和進給量的變化范圍比普通機床大，使它能選用最有利的切削用量;由于數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)剛性好，能使用大切削用量的強力切削，提高了機床的切削效率節(jié)省了切削時間，數(shù)控機床的移動部件空行程運動速度快，工件裝夾時間短，輔助功能比普通機床少。對某些復(fù)雜零件的加工，如果采用帶有自動換刀裝置的數(shù)控加工中心，可實現(xiàn)在一次裝夾下進行多工序的連續(xù)加工，減少了半成品的周轉(zhuǎn)時間，生產(chǎn)率的提高更為明顯。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識4)生產(chǎn)效率高上一頁下一頁返回相關(guān)知識5)具有加工復(fù)雜形狀零件的能力能完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜零件加工。例如，采用二軸聯(lián)動或二軸以上聯(lián)動的數(shù)控機床，可加工母線為曲線的旋轉(zhuǎn)體曲面零件、凸輪零件和各種復(fù)雜空間曲面類零件。

6)有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化用數(shù)控機床加工零件，能準確計算出零件的加工工時，并有效地簡化檢驗、工裝和半成品的管理工作，減少因誤操作造成廢品和損壞刀具的可能性。有利于生產(chǎn)管理水平的提高，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。上一頁下一頁返回相關(guān)知識5)具有加工復(fù)雜形狀零件的能力上一頁下一頁返相關(guān)知識

7)數(shù)控機床價格高，維修較難數(shù)控機床配有數(shù)控裝置或計算機，機床加工精度受切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱多的影響，其設(shè)計要求比通用機床更嚴格，制造要求更精密，因此制造成本較高。數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)較復(fù)雜，一些元件、部件的精度較高，以及一些進口機床的技術(shù)開發(fā)受到條件的限制，因此，數(shù)控機床的調(diào)試和維修都較困難。

2.數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的分類方法很多，通常從以下不同角度進行分類。

1)按工藝用途分類目前，數(shù)控機床的品種規(guī)格已達500多種，按其工藝用途可以劃分為以下四大類。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識7)數(shù)控機床價格高，維修較難上一頁下一頁返回相關(guān)知識(1)金屬切削類。它又可分為兩類:①普通數(shù)控機床。包括數(shù)控車床，數(shù)控鉆床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床和數(shù)控鎖床等。②數(shù)控加工中心。圖6-3和6-4所示分別為立式加工中心、臥式加工中心的外觀圖。立式加工中心最適宜加工高度方向尺寸相對較小的工件，一般情況下，除底部加工中心不能加工外，其余五個面都可以用不同的刀具進行輪廓和表面加工。臥式加工中心適宜加工有多個加工面的大型零件或高度尺寸較大的零件。(2)金屬成型類。指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數(shù)控機床。常用有數(shù)控折彎機、數(shù)控沖剪機、數(shù)控彎管機、數(shù)控壓力機及數(shù)控旋壓機等。這類機床起步晚，但目前發(fā)展很快。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識(1)金屬切削類。它又可分為兩類:①普通數(shù)控機床。包相關(guān)知識(3)特種加工類。主要有數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成型機、數(shù)控激光與火焰切割機等。

(4)測量、繪圖類。主要有數(shù)控繪圖機、數(shù)控三坐標測量機、數(shù)控對刀儀等。

2)按控制運動的方式分類

(1)點位控制機床。它的特點是刀具相對工件的移動過程中，不進行切削加工，對定位過程中的運動軌跡沒有嚴格要求，只要求從一坐標點到另一坐標點的精確定位。如數(shù)控坐標鎖床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機和數(shù)控測量機等都采用此類系統(tǒng)。它如圖6-5(a)所示，這類機床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對位置精度，而其加工切削過程還得靠手工控制機械運動來進行。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)特種加工類。主要有數(shù)控電火花線切割機、相關(guān)知識(2)直線控制機床。這類控制系統(tǒng)的特點是除了控制起點與終點之間的準確位置外，而且要求刀具由一點到另一點之間的運動軌跡為一條直線，并能控制位移的速度，因為這類數(shù)控機床的刀具在移動過程中要進行切削加工。直線控制系統(tǒng)的刀具切削路徑只沿著平行于某一坐標軸方向運動，或者沿著與坐標軸成一定角度的斜線方向進行直線切削加工。如圖6-5(b)所示。采用這類控制系統(tǒng)的機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床等。同時具有點位控制功能和直線控制功能的點位/直線控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用在數(shù)控鎖銑床、加工中心機床上。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)直線控制機床。這類控制系統(tǒng)的特點是除了控制起點相關(guān)知識

(3)輪廓控制機床。它又稱連續(xù)控制機床。其特點是能夠同時對兩個或兩個以上的坐標軸進行連續(xù)控制。加工時不僅要控制起點和終點位置，而且要控制兩點之間每一點的位置和速度，使機床加工出符合圖紙要求的復(fù)雜形狀(任意形狀的曲線或曲面)的零件。它要求數(shù)控機床的輔助功能比較齊全。CNC裝置一般都具有直線插補和圓弧插補功能。如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控加工中心、數(shù)控電加工機床、數(shù)控繪圖機等都采用此類控制系統(tǒng)。這類數(shù)控機床絕大多數(shù)具有兩坐標或兩坐標以上的聯(lián)動功能，不僅有刀具半徑補償、刀具長度補償功能，而且還具有機床軸向運動誤差補償，絲杠、齒輪的間隙補償?shù)纫幌盗泄δ?，如圖6-5(c)所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)輪廓控制機床。它又稱連續(xù)控制機床。其特點是能相關(guān)知識

3)按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同分類按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同，數(shù)控機床可分為開環(huán)伺服系統(tǒng)型、閉環(huán)伺服系統(tǒng)型和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)型。

(1)開環(huán)伺服系統(tǒng)。這種控制方式不帶位置測量元件。數(shù)控裝置根據(jù)信息載體上的指令信號，經(jīng)控制運算發(fā)出指令脈沖，使伺服驅(qū)動元件轉(zhuǎn)過一定的角度，并通過傳動齒輪、滾珠絲杠螺母副，使執(zhí)行機構(gòu)(如工作臺)移動或轉(zhuǎn)動。圖6-6為開環(huán)控制系統(tǒng)的框圖。這種控制方式?jīng)]有來自位置測量元件的反饋信號，對執(zhí)行機構(gòu)的動作情況不進行檢查，指令流向為單向，因此被稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。上一頁下一頁返回相關(guān)知識3)按機床所用進給伺服系統(tǒng)不同分類上一頁下一頁返回相關(guān)知識步進電動機伺服系統(tǒng)是最典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)簡單，調(diào)試維修方便，工作穩(wěn)定，成本較低。由于開環(huán)系統(tǒng)的精度主要取決于伺服元件和機床傳動元件的精度、剛度和動態(tài)特性，因此控制精度較低。目前在國內(nèi)多用于經(jīng)濟型數(shù)控機床，以及對舊機床的改造。

(2)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)不是直接測量工作臺的位移量，而是通過旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼盤或分解器等角位移測量元件，測量伺服機構(gòu)中電動機或絲杠的轉(zhuǎn)角，來間接測量工作臺的位移。這種系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母副和工作臺均在反饋環(huán)路之外，其傳動誤差等仍會影響工作臺的位置精度，故稱為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖6一7為半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。上一頁下一頁返回相關(guān)知識步進電動機伺服系統(tǒng)是最典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。這種控制相關(guān)知識半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，由于角位移測量元件比直線位移測量元件結(jié)構(gòu)簡單，因此裝有精密滾珠絲杠螺母副和精密齒輪的半閉環(huán)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。目前已經(jīng)把角位移測量元件與伺服電動機設(shè)計成一個部件，使用起來十分方便。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的加工精度雖然沒有閉環(huán)系統(tǒng)高，但是由于采用了高分辨率的測量元件，這種控制方式仍可獲得比較滿意的精度和速度。系統(tǒng)調(diào)試比閉環(huán)系統(tǒng)方便，穩(wěn)定性好，成本也比閉環(huán)系統(tǒng)低，目前，大多數(shù)數(shù)控機床采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

(3)閉環(huán)伺服系統(tǒng)。這是一種自動控制系統(tǒng)，其中包含功率放大和反饋，使輸出變量的值響應(yīng)輸入變量的值。上一頁下一頁返回相關(guān)知識半閉環(huán)伺服系統(tǒng)介于開環(huán)和閉環(huán)之間，由于角位移測量元相關(guān)知識數(shù)控裝置發(fā)出指令脈沖后，當指令值送到位置比較電路時，此時若工作臺沒有移動，即沒有位置反饋信號時，指令值使伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，經(jīng)過齒輪、滾珠絲杠螺母副等傳動元件帶動機床工作臺移動。裝在機床工作臺上的位置測量元件，測出工作臺的實際位移量，最后，反饋到數(shù)控裝置的比較器中與指令信號進行比較，并用比較后的差值進行控制。若兩者存在差值，經(jīng)放大器放大后，再控制伺服驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至差值為零時，工作臺才停止移動，這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)伺服系統(tǒng)。圖6-8為閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的優(yōu)點是精度高、速度快。主要用在精度要求較高的數(shù)控鎖銑床、數(shù)控超精車床、數(shù)控超精鎖床等機床上。上一頁下一頁返回相關(guān)知識數(shù)控裝置發(fā)出指令脈沖后，當指令值送到位置比較電路時，相關(guān)知識近些年出現(xiàn)了一種采用混合控制的數(shù)控機床，它是將上述3種形式有選擇地集中起來，特別適用于大型數(shù)控機床，因為大型數(shù)控機床需要較高的進給速度和返回速度，又需要相當高的精度，如采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全置于控制環(huán)中，十分復(fù)雜，難以調(diào)試穩(wěn)定。現(xiàn)在采用半閉環(huán)和閉環(huán)混合控制方式的數(shù)控機床越來越多。

4)按數(shù)控系統(tǒng)功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)功能水平不同，數(shù)控機床可分為低、中、高三擋。這種分類方式，在我國使用廣泛。低、中、高擋的界線是相對的，不同時期的劃分標準有所不同。就目前的發(fā)展水平來看，數(shù)控系統(tǒng)可以根據(jù)表6.1的一些功能和指標進行區(qū)分。上一頁下一頁返回相關(guān)知識近些年出現(xiàn)了一種采用混合控制的數(shù)控機床，它是將上述相關(guān)知識其中，中、高擋一般稱為全功能數(shù)控或標準型數(shù)控。另外，在我國還有經(jīng)濟型數(shù)控機床的提法。經(jīng)濟型數(shù)控機床屬于低擋數(shù)控機床，是由單片機和步進電機組成的數(shù)控系統(tǒng)，或其他功能簡單、價格低的數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟型數(shù)控機床主要用于車床、線切割機床以及舊機床改造等。

(三)數(shù)控機床的主要性能指標

1.數(shù)控機床的精度指標

1)定位精度和重復(fù)定位精度定位精度是指數(shù)控機床工作臺等移動部件實際運動位置與指令位置的一致程度，其不一致的差量即為定位誤差。引起定位誤差的因素包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)及導(dǎo)軌誤差等。定位誤差直接影響加工零件的尺寸精度。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識其中，中、高擋一般稱為全功能數(shù)控或標準型數(shù)控。另外，相關(guān)知識重復(fù)定位精度是指在相同操作方法和條件下，多次完成規(guī)定操作后得到結(jié)果的一致程度。重復(fù)定位精度一般是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它會影響批量加工零件的一致性，是一項非常重要的性能指標。一般數(shù)控機床的定位精度為0.018mm，重復(fù)定位精度為0.008mm2)分辨率與脈沖當量分辨率是指可以分辨的最小位移間隔。對測量系統(tǒng)來講，分辨率是可以測量的最小位移量;對控制系統(tǒng)來講，分辨率是可以控制的最小位移量。脈沖當量是指數(shù)控裝置每發(fā)出一個脈沖信號，機床移動部件所產(chǎn)生的位移量。脈沖當量是設(shè)計數(shù)控機床的原始數(shù)據(jù)之一，其數(shù)值大小決定數(shù)控機床的加工精度和表面質(zhì)量。上一頁下一頁返回相關(guān)知識重復(fù)定位精度是指在相同操作方法和條件下，多相關(guān)知識目前，簡易數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.01mm;普通數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.001mm;精密或超精密數(shù)控機床的脈沖當量為0.0001mm脈沖當量越小，數(shù)控機床的加工精度和表面質(zhì)量越高。

3)分度精度分度精度是指分度工作臺在分度時，實際回轉(zhuǎn)角度與指令回轉(zhuǎn)角度的差值。分度精度即影響零件加工部位在空間的角度位置，也影響孔系加工的同軸度等。

2.數(shù)控機床的運動性能指標數(shù)控機床的運動性能指標主要包括主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、坐標行程、擺角范圍、刀庫容量及換刀時間等。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識目前，簡易數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.01mm;相關(guān)知識1)主軸轉(zhuǎn)速數(shù)控機床主軸一般采用直流或交流電動機驅(qū)動，選用高速精密軸承支承，具有較寬的調(diào)速范圍和較高的回轉(zhuǎn)精度、剛度及抗振性。目前，數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速已普遍達到50000一10000r/min甚至更高，高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速最高可達100000r/min，這對提高零件加工質(zhì)量和各種小孔加工極為有利。

2)進給速度進給速度是影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和刀具壽命的主要因素，它受數(shù)控裝置的運算速度、機床動態(tài)特性及剛度等因素限制。目前，數(shù)控機床的進給速度可達10一30m/min，不加工時的快進速度可達20一100m/min上一頁下一頁返回相關(guān)知識1)主軸轉(zhuǎn)速上一頁下一頁返回相關(guān)知識3)坐標行程數(shù)控機床X,Y,Z坐標軸的行程大小構(gòu)成數(shù)控機床的空間加工范圍，即加工零件的大小。坐標行程是直接體現(xiàn)機床加工能力的指標參數(shù)。數(shù)控機床有最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長度和最大車削直徑的指標參數(shù);數(shù)控銑床有工作臺尺寸和工作臺行程等指標參數(shù)。

4)刀庫容量和換刀時間刀庫容量和換刀時間對數(shù)控機床的生產(chǎn)效率有直接影響。刀庫容量是指刀架位數(shù)或刀庫能存放刀具的數(shù)量，目前常見的小型加工中心的刀庫容量為16一60把，大型加工中心可達100把以上。換刀時間指將正在使用的刀具與裝在刀庫上的下一工序需用的刀具交換所需要的時間，目前國內(nèi)數(shù)控機床一般換刀時間為5一10s，國外數(shù)控機床換刀時間僅為2一3s.上一頁下一頁返回相關(guān)知識3)坐標行程上一頁下一頁返回相關(guān)知識5)擺角范圍具有擺角坐標的數(shù)控機床，其擺角大小也直接影響加工零件空間部位的能力。然而擺角太大會造成機床的剛度下降，給機床設(shè)計帶來困難。

3.數(shù)控機床的可控軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)數(shù)控機床的可控軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置能夠控制的坐標軸數(shù)目。一般數(shù)控機床可控軸數(shù)和數(shù)控裝置的運算處理能力、運算速度及內(nèi)存容量等有關(guān)。機床上的運動越多，可控軸數(shù)就越多，功能就越強，機床的復(fù)雜程度和技術(shù)含量也就越高。目前，世界上的數(shù)控裝置的可控制軸數(shù)最高已達到40軸，我國數(shù)控裝置的最高可控軸數(shù)為9軸。上一頁下一頁返回相關(guān)知識5)擺角范圍上一頁下一頁返回相關(guān)知識數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置控制的坐標軸同時達到空間某一點的坐標數(shù)目。目前有兩軸聯(lián)動、三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動和五軸聯(lián)動(如圖6-9所示)等。三軸聯(lián)動的數(shù)控機床通常是X,Y,Z三個直線坐標聯(lián)動，可以加工空間復(fù)雜曲面，多用于數(shù)控銑床;四軸或五軸聯(lián)動是指同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸以及與一個或者兩個圍繞這些直線坐標軸旋轉(zhuǎn)的坐標軸，可以加工葉輪和螺旋槳等零件;而兩軸半聯(lián)動是特指可控軸數(shù)為三軸，而聯(lián)動軸數(shù)為兩軸的數(shù)控機床。上一頁下一頁返回相關(guān)知識數(shù)控機床的聯(lián)動軸數(shù)是指機床數(shù)控裝置控制的坐標軸同時相關(guān)知識(四)數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機床，其加工過程中的動作順序、運動部件的坐標位置及輔助功能，都是通過數(shù)字信息自動控制的，操作者在加工過程中無法干預(yù)，不能像在普通機床上加工零件那樣，對機床本身的結(jié)構(gòu)和裝配的薄弱環(huán)節(jié)進行人為補償，所以數(shù)控機床幾乎在任何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。為滿足高精度、高效率、高自動化程度的要求，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨立體系，在這一結(jié)構(gòu)的完善過程中，數(shù)控機床出現(xiàn)了不少完全新穎的結(jié)構(gòu)及元件。與普通機床相比，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)有許多特點。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(四)數(shù)控機床的典型機械結(jié)構(gòu)上一頁下一頁返回相關(guān)知識1.數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)包括主軸電動機、傳動系統(tǒng)和主軸組件。與普通機床的主傳動系統(tǒng)相比，數(shù)控機床在結(jié)構(gòu)上比較簡單。這是因為變速功能全部或大部分由主軸電動機的無級調(diào)速來實現(xiàn)，省去了繁雜的齒輪變速機構(gòu)，有些用二級或三級齒輪變速系統(tǒng)來擴大電動機無級調(diào)速的范圍。

1)對主軸驅(qū)動的要求數(shù)控機床的主軸驅(qū)動是指產(chǎn)生主切削運動的傳動，它是數(shù)控機床的重要組成部分之一。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的主軸驅(qū)動已不能滿足要求，現(xiàn)代數(shù)控機床對主軸驅(qū)動提出了更高的要求。上一頁下一頁返回相關(guān)知識1.數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)上一頁下一頁返回相關(guān)知識

(1)數(shù)控機床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍并盡可能實現(xiàn)無級變速。為適應(yīng)各種工序和不同材料加工的要求，需要較寬的變速范圍，且要求在整個速度范圍內(nèi)均能夠提供切削所需的功率或扭矩。特別是對于具有自動換刀裝置的加工中心，為適應(yīng)各種刀具、各種材料的加工，對主軸的調(diào)速范圍要求更高。

(2)轉(zhuǎn)速高，功率大。它能使數(shù)控機床進行大功率切削和高速切削，實現(xiàn)高效率加工。

(3)較高的回轉(zhuǎn)精度和良好的動態(tài)響應(yīng)性能。應(yīng)減少傳動鏈，提高主軸部件剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性，變速時自動加減速時間應(yīng)短,調(diào)速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。應(yīng)能對主軸負載進行檢測控制，有過載報警功能。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(1)數(shù)控機床主傳動要有較寬的調(diào)速范圍并盡可相關(guān)知識

(4)有旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動功能。要求主軸能與其他進給軸同時實現(xiàn)聯(lián)動控制，如在車螺紋、攻絲等加工時，主軸轉(zhuǎn)速與直線坐標軸進給速度之間應(yīng)保持一定的聯(lián)動關(guān)系。

(5)具有恒線速切削功能。如利用車床和磨床進行工件端面加工時，為了保證端面加工時粗糙度的一致性，要求刀具切削的線速度為恒定值，這就要求主軸轉(zhuǎn)速能隨著車削直徑的改變而自動變化。

(6)主軸準?？刂乒δ?。在加工中心上自動換刀時或執(zhí)行某些特定的加工動作時，要求主軸需停在一個固定不變的方位上，這就需要主軸有高精度的準?？刂乒δ?。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識(4)有旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動功能。要求主軸能與其他進給相關(guān)知識2)主軸調(diào)速方法數(shù)控機床的主軸調(diào)速是按照控制指令自動執(zhí)行的，為了能同時滿足對主傳動的調(diào)速和輸出扭矩的要求，數(shù)控機床常用機電結(jié)合的方法，即同時采用電動機和機械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴大調(diào)速范圍。

(1)電動機調(diào)速。用于主軸驅(qū)動的調(diào)速電動機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。①直流電動機主軸調(diào)速。通常在數(shù)控機床中，為擴大調(diào)速范圍，對直流主軸電動機的調(diào)速，采用改變電樞電壓(降壓調(diào)速)或改變勵磁電流(弱磁調(diào)速)的方法實現(xiàn)無級調(diào)速，降壓調(diào)速可獲得恒轉(zhuǎn)矩，弱磁調(diào)速可獲得恒功率輸出。上一頁下一頁返回相關(guān)知識2)主軸調(diào)速方法上一頁下一頁返回相關(guān)知識②交流電動機主軸調(diào)速。大多數(shù)交流進給伺服電動機采用永磁式同步電動機，但主軸交流電動機則多采用鼠籠式感應(yīng)電動機，這是因為受永磁體的限制，永磁同步電動機的容量不允許做得太大，而且其成本也很高。另外，數(shù)控機床主軸驅(qū)動系統(tǒng)不必像進給系統(tǒng)那樣，需要如此高的動態(tài)性能和調(diào)速范圍。鼠籠式感應(yīng)電動機其結(jié)構(gòu)簡單、便宜、可靠，配上矢量變換控制的主軸驅(qū)動裝置則完全可以滿足數(shù)控機床主軸的要求。交流電動機目前廣泛采用矢量控制的變頻調(diào)速方法，變頻器應(yīng)同時有調(diào)頻兼調(diào)壓的功能以適應(yīng)負載特性的要求。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識②交流電動機主軸調(diào)速。大多數(shù)交流進給伺服電動機采用相關(guān)知識(2)機械齒輪變速。采用電動機無級調(diào)速，使主軸齒輪箱的結(jié)構(gòu)大大簡化，但其低速段輸出扭矩常常無法滿足機床強力切削的要求。如單純片面追求無級調(diào)速，勢必要增大主軸電動機的功率，從而使主軸電動機與驅(qū)動裝置的體積、質(zhì)量及成本大大增加。因此數(shù)控機床常采用1一4擋齒輪變速與無級調(diào)速相結(jié)合的方式，即所謂分段無級變速。采用機械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴大了調(diào)速范圍。

3)主軸驅(qū)動方式數(shù)控機床的主軸驅(qū)動及其控制方式主要有四種配置方式，如圖6-10所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)機械齒輪變速。采用電動機無級調(diào)速，使主軸齒輪箱相關(guān)知識

(1)帶有變速齒輪的主傳動。這是大、中型數(shù)控機床采用較多的一種變速方式。如圖6-10(a)所示。它采用少數(shù)幾對齒輪降速，使主軸實現(xiàn)分段無級變速，擴大了輸出轉(zhuǎn)矩，以滿足主軸低速時對輸出扭矩的要求。一部分小型數(shù)控機床也采用此種傳動方式以獲得強力切削時所需要的扭矩。其特點有如下幾點。①在帶有齒輪變速的分段無級變速系統(tǒng)中，主軸的正、反向啟動與停止、制動是由電動機實現(xiàn)的，主軸變速則由電動機無級變速與齒輪有級變速相配合來實現(xiàn)。②變擋時，滑移齒輪的位移大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動齒輪來實現(xiàn)。這種配置適合于大中型機床，確保主軸低速時輸出大扭矩、高速時輸出恒功率特性的要求。另外一部分小型數(shù)控機床也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需的扭矩。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(1)帶有變速齒輪的主傳動。這是大、中型數(shù)控機床采相關(guān)知識(2)帶傳動的主傳動。如圖6-10(b)所示。帶傳動主要應(yīng)用在小型數(shù)控機床上，可克服齒輪傳動時引起振動和噪聲的缺點，它只能適用于低扭矩特性的要求。數(shù)控機床上常用的有多楔帶和同步齒形帶。多楔帶如圖6-11(a)所示，它能夠滿足主傳動要求的高速、大轉(zhuǎn)矩和不打滑。但多楔帶安裝時需較大的張緊力，使得主軸和電動機承受較大的徑向負載。同步齒形帶的結(jié)構(gòu)如圖6-11(b)所示，它的工作面及帶輪外圓均制成齒形，通過帶齒與輪齒相嵌合，做無相對滑動的嚙合傳動。按齒形不同又可分為梯形齒同步帶(如圖6-12(a))和圓弧齒同步帶(如圖6-12(b))兩種。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)帶傳動的主傳動。如圖6-10(b)所示。帶相關(guān)知識其中梯形齒多用在轉(zhuǎn)速不高或小功率動力傳動中，而圓弧齒多用在數(shù)控加工中心等要求較高的數(shù)控機床主運動傳動系統(tǒng)中。同步齒形帶采用受載后無彈性變形的材料作強力層，其強度高，厚度小，質(zhì)量輕。同步帶的特點有:①傳動效率高，可達99%以上;②無滑動，傳動比準確;③傳動平穩(wěn)，噪聲小;④使用范圍較廣，速度可達50m/s，速比可達10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦;⑤維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。不足之處是，同步帶安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復(fù)雜，成本較高。同步帶主要在小型數(shù)控機床和數(shù)控車床上使用。該傳動方式傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、安裝調(diào)試方便，避免了齒輪傳動引起的振動和噪聲。只適用于低扭矩特性要求的主軸，調(diào)速范圍比(恒功率調(diào)速范圍與恒扭矩調(diào)速范圍之比)受電動機調(diào)速范圍比的約束。上一頁下一頁返回相關(guān)知識其中梯形齒多用在轉(zhuǎn)速不高或小功率動力傳動中，而圓弧齒相關(guān)知識

(3)用兩個電動機分別驅(qū)動主軸。如圖6-10(c)所示。高速時，通過皮帶直接驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn);低速時，另一個電動機通過齒輪傳動驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)。

(4)調(diào)速電動機直接驅(qū)動主軸。如圖6-10(d)所示，這種主傳動是由電動機直接驅(qū)動主軸，即電動機的轉(zhuǎn)子直接裝在主軸上，因而大大簡化了主軸箱體與主軸的結(jié)構(gòu)，有效地提高主軸剛度。但主軸輸出扭矩小，電機的發(fā)熱對主軸精度影響較較大。如圖6-13所示。隨著電氣傳動技術(shù)(變頻調(diào)速技術(shù)、電動機矢量控制技術(shù)等)的迅速發(fā)展和日趨完善，高速數(shù)控機床主傳動的機械結(jié)構(gòu)已得到極大的簡化，取消了帶傳動和齒輪傳動，機床主軸由內(nèi)裝式電動機直接驅(qū)動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現(xiàn)了機床主運動的“零傳動”，稱為“主軸單元”或“電主軸”。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)用兩個電動機分別驅(qū)動主軸。如圖6-10相關(guān)知識電主軸，如圖6-14所示，是一種智能型功能部件，不但轉(zhuǎn)速高、功率大，還有一系列控制主軸溫升與振動等機床運行參數(shù)的功能，以確保其高速運轉(zhuǎn)的可靠性與安全。近年來，出現(xiàn)了一種新式的內(nèi)裝電動機主軸，即主軸與電動機轉(zhuǎn)子合為一體。其優(yōu)點是主軸組件結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，慣量小，可提高啟動、停止的響應(yīng)特性，并利于控制振動和噪聲。缺點是電動機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量易使主軸產(chǎn)生熱變形。因此，溫度控制和冷卻是使用內(nèi)裝電動機主軸的關(guān)鍵問題。日本研制的立式加工中心主軸組件，其內(nèi)裝電動機最高轉(zhuǎn)速可達20000r/min.上一頁下一頁返回相關(guān)知識電主軸，如圖6-14所示，是一種智能型功能部件，不相關(guān)知識4)主傳動的機械結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的主軸部件一般包括主軸、主軸軸承和傳動件等。對于加工中心，主軸部件還包括刀具自動夾緊裝置、主軸準停裝置和主軸孔的切屑消除裝置。(1)主軸軸承的配置形式。目前主軸軸承的配置形式主要有三種，如圖6-15所示。①前支承采用雙列圓柱滾子軸承和雙列60°角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承，如圖6-15(a)所示。此種配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高，可以滿足強力切削的要求，因此普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床的主軸中。上一頁下一頁返回相關(guān)知識4)主傳動的機械結(jié)構(gòu)上一頁下一頁返回相關(guān)知識②采用高精度雙列角接觸球軸承，如圖6-15(b)所示。角接觸球軸承具有良好的高速性能，主軸最高轉(zhuǎn)速可達4000r/min，但它的承載能力小，因而適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床主軸。在加工中心的主軸中，為了提高承載能力，有時應(yīng)用3個或4個角接觸球軸承組合的前支承，并用隔套實現(xiàn)預(yù)緊。③采用雙列和單列圓錐軸承，如圖6-15(c)所示。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較強的動載荷，安裝與調(diào)整性能好。但這種軸承配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，因此適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床主軸。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識②采用高精度雙列角接觸球軸承，如圖6-15相關(guān)知識隨著材料工業(yè)的發(fā)展，在數(shù)控機床主軸中有使用陶瓷滾珠軸承的趨勢。這種軸承的特點是:滾珠質(zhì)量輕，離心力小，動摩擦力矩小;因溫升引起的熱膨脹小，使主軸的預(yù)緊力穩(wěn)定;彈性變形量小，剛度高，壽命長。缺點是成本較高。在主軸的結(jié)構(gòu)上，要處理好卡盤或刀具的裝夾、主軸的卸荷、主軸軸承的定位和間隙的調(diào)整、主軸組件的潤滑和密封以及工藝上的一系列問題。為了盡可能減少主軸組件溫升引起的熱變形對機床工作精度的影響，通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸組件的熱量帶走，使主軸組件和箱體保持恒定的溫度。在某些數(shù)控銑鎖床上采用專用的制冷裝置，比較理想地實現(xiàn)了溫度控制。上一頁下一頁返回相關(guān)知識隨著材料工業(yè)的發(fā)展，在數(shù)控機床主軸中有使用陶瓷滾珠軸相關(guān)知識近年來，某些數(shù)控機床的主軸軸承采用高級油脂潤滑，每加一次油脂可以使用7年一10年，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護保養(yǎng)簡單。但需防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮式密封方式。對于數(shù)控車床主軸，因為在它的兩端安裝著動力卡盤和夾緊液壓缸，主軸剛度必須進一步提高，并應(yīng)設(shè)計合理的聯(lián)結(jié)端，以改善動力卡盤與主軸端部的連接剛度。

(2)主軸的自動裝夾和切屑消除裝置。在帶有刀庫的自動換刀數(shù)控機床中，為實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自動夾緊機構(gòu)。自動換刀立式銑鎖床主軸的刀具夾緊機構(gòu)如圖6-16所示。刀夾1以錐度為7:24的錐柄在主軸3前端的錐孔中定位，并通過擰緊在錐柄尾部的拉釘2拉緊在錐孔中。上一頁下一頁返回相關(guān)知識近年來，某些數(shù)控機床的主軸軸承采用高級油脂潤滑，每加相關(guān)知識夾緊刀夾時，液壓缸上腔接通回油，彈簧11推活塞6上移，處于圖示位置，拉桿4在蝶形彈簧5作用下向上移動;由于此時裝在拉桿前端徑向孔中的鋼球12,進入主軸孔中直徑較小d2處，如圖6-16所示，被迫徑向收攏而卡進拉釘2的環(huán)形凹槽內(nèi)，因而刀桿被拉桿拉緊，依靠摩擦力緊固在主軸上。切削扭矩則由端面鍵13傳遞。換刀前需將刀夾松開時，壓力油進入液壓缸上腔，活塞6推動拉桿4向下移動，蝶形彈簧被壓縮;當鋼球12隨拉桿一起下移至進入主軸孔直徑較大的d。處時，它就不再能約束拉釘?shù)念^部，緊接著拉桿前端內(nèi)孔的臺肩端面a碰到拉釘，把刀夾頂松。此時行程開關(guān)10發(fā)出信號，換刀機械手隨即將刀夾取下。上一頁下一頁返回相關(guān)知識夾緊刀夾時，液壓缸上腔接通回油，彈簧11推活塞6上移相關(guān)知識與此同時，壓縮空氣由管接頭9經(jīng)活塞和拉桿的中心通孔吹入主軸裝刀孔內(nèi)，把切屑或臟物清除十凈，以保證刀具的安裝精度。機械手把新刀裝上主軸后，液壓缸7接通回油，蝶形彈簧又拉緊刀夾。刀夾拉緊后，行程開關(guān)g發(fā)出信號。自動清除主軸孔中切屑和灰塵是換刀操作中的一個不容忽視的問題。如果在主軸錐孔中掉進了切屑或其他污物，在拉緊刀桿時，主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至使刀桿發(fā)生偏斜，破壞了刀具的正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報廢。為了保持主軸錐孔的清潔，常用壓縮空氣吹屑。如圖6-16所示的活塞6的中心鉆有壓縮空氣通道，當活塞向左移動時，壓縮空氣經(jīng)拉桿4吹出，將主軸錐孔清理十凈。噴氣頭中的噴氣小孔要有合理的噴射角度，并均勻分布，以提高其吹屑效果。上一頁下一頁返回相關(guān)知識與此同時，壓縮空氣由管接頭9經(jīng)活塞和拉桿的中心通孔吹相關(guān)知識

(3)主軸準停裝置。加工中心的主軸部件上設(shè)有準停裝置，其作用是使主軸每次都準確地停在固定不變的周向位置上，以保證自動換刀時主軸上的端面鍵能對準刀柄上的鍵槽，同時使每次裝刀時刀柄與主軸的相對位置不變，提高刀具的重復(fù)安裝精度，從而可提高孔加工時孔徑的一致性。目前，主軸準停裝置很多，主要分為機械式和電氣式兩種。JCS一018加工中心采用電氣準停裝置，其原理如圖6-17所示。在帶動主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個厚墊片4,墊片上裝有一個體積很小的永久磁鐵3，在主軸箱箱體的對應(yīng)于主軸準停的位置上，裝有磁傳感器2。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)主軸準停裝置。加工中心的主軸部件上設(shè)有準停裝相關(guān)知識當機床需要停車換刀時，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令，主軸電動機立即降速，在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈、永久磁鐵3對準磁傳感器2時，磁傳感器發(fā)出準停信號，該信號經(jīng)放大后，由定向電路控制主軸電動機停在規(guī)定的周向位置上。

2.數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)的主要組成部分，它將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部件的直線移動或回轉(zhuǎn)運動。數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)主要包括減速裝置、絲杠螺母副及導(dǎo)向元件等。進給傳動系統(tǒng)是保證刀具與工件相對位置的重要部件，被加工工件的輪廓精度和位置精度都受到進給運動的傳動精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。上一頁下一頁返回相關(guān)知識當機床需要停車換刀時，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)的指令，主相關(guān)知識

1)數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的性能特點

(1)運動件的摩擦阻力小。進給傳動系統(tǒng)的摩擦阻力一方面會降低傳動效率，產(chǎn)生摩擦熱;另一方面還直接影響系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性;動、靜摩擦阻力之差會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，因此必須有效地減少運動件之間的摩擦阻力。進給系統(tǒng)中的摩擦阻力主要來自絲杠螺母副和導(dǎo)軌，所以，改善絲杠和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)是降低摩擦阻力的目標之一。在數(shù)控機床進給系統(tǒng)中，普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌等高效執(zhí)行部件來減小摩擦阻力，提高運動精度，避免低速爬行現(xiàn)象。上一頁下一頁返回相關(guān)知識1)數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的性能特點上一頁下一頁返回相關(guān)知識

(2)傳動系統(tǒng)的精度和剛度高。一般來說，數(shù)控機床直線運動的定位精度和分辨率都要達到微米級，回轉(zhuǎn)運動的定位精度要達到角秒級。伺服電機的驅(qū)動力矩很大(特別是啟動、制動時的力矩)，如果傳動部件的剛度不足，必然會使傳動部件產(chǎn)生變形，影響定位精度、動態(tài)穩(wěn)定性和快速響應(yīng)特性。因此必須提高進給系統(tǒng)的精度和剛度。進給系統(tǒng)傳動的精度和剛度，主要取決于絲杠螺母副、蝸桿螺母副及其支承結(jié)構(gòu)的剛度。加大滾珠絲杠的直徑，對滾珠絲杠螺母副、蝸桿螺母副、支承部件進行預(yù)緊，對滾珠絲杠進行預(yù)拉伸等，都是提高系統(tǒng)剛度的有效措施。此外，在傳動鏈中設(shè)置減速齒輪，可以減小脈沖當量，從系統(tǒng)設(shè)計的角度分析可以提高傳動精度，消除傳動間隙。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)傳動系統(tǒng)的精度和剛度高。一般來說，數(shù)控相關(guān)知識

(3)減小運動部件慣性，產(chǎn)生適當阻尼。進給系統(tǒng)中傳動元件的慣量對伺服機構(gòu)的啟動和制動特性都有直接影響，尤其是高速運轉(zhuǎn)的零件，其慣性的影響更大。因此，在滿足部件強度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小執(zhí)行部件的質(zhì)量、直徑，合理配置零件的結(jié)構(gòu)，以減小運動部件的慣量，提高快速性。另外，系統(tǒng)中還應(yīng)產(chǎn)生適當?shù)淖枘?，盡管阻尼會降低伺服驅(qū)動系統(tǒng)的快速響應(yīng)特性，但也是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的。

2)滾珠絲杠螺母副傳動結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)運動與直線運動相互轉(zhuǎn)換的新型理想傳動裝置，在數(shù)控機床上得到廣泛的使用。它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件，以減少摩擦，如圖6-18所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)減小運動部件慣性，產(chǎn)生適當阻尼。進給系統(tǒng)中傳相關(guān)知識圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當絲杠回轉(zhuǎn)時，滾珠相對于螺母上的滾道滾動，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動。滾珠絲杠螺母副的特點有如下幾點。

(1)傳動效率高，摩擦損失小。傳動效率可達o.92一o.96，比常規(guī)的滑動絲杠螺母副效率提高3一4倍，因此伺服電機所需傳動轉(zhuǎn)矩小。

(2)靈敏度高，傳動平穩(wěn)。滾珠絲杠螺母副的動、靜摩擦因數(shù)相差極小，無論是靜止、低速還是高速，摩擦阻力幾乎不變。因此傳動靈敏，隨動性高，不易產(chǎn)生爬行。上一頁下一頁返回相關(guān)知識圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個圓弧形的相關(guān)知識

(3)磨損小，使用壽命長。使用壽命主要取決于材料表面的抗疲勞強度。滾珠絲杠螺母副制造精度高，其循環(huán)運動比滾動軸承低，所以磨損小，精度保持性好，使用壽命長。

(4)運動具有可逆性，反向定位精度高。不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可將直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，通過預(yù)緊消除軸向間隙，保證反向無空回死區(qū)，從而提高軸向剛度和反向定位精度。

(5)制造工藝復(fù)雜，成本高。螺旋槽需要加工成弧形，且對精度和表面粗糙度要求很高，螺旋滾道必須磨削，因此制造工藝復(fù)雜，成本高。

(6)不能自鎖。滾珠絲杠螺母副摩擦阻力小，運動具有可逆性，因而不能自鎖，為了避免系統(tǒng)慣性或垂直安裝時對運動可能造成的影響，因此需要附加制動機構(gòu)。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)磨損小，使用壽命長。使用壽命主要取決于相關(guān)知識

3.數(shù)控機床的自動換刀裝置為完成對零件的多工序加工而設(shè)置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置(AutomaticToolChanger,ATG。自動換刀裝置應(yīng)當具備換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小和安全可靠等特性。自動換刀裝置是加工中心區(qū)別于其他數(shù)控機床的特征結(jié)構(gòu)。自動換刀裝置具有根據(jù)工藝要求自動更換所需刀具的功能，即自動換刀(ATG)機能。各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的類型、工藝范圍和使用刀具的種類和數(shù)量。上一頁下一頁返回相關(guān)知識3.數(shù)控機床的自動換刀裝置上一頁下一頁返回相關(guān)知識

1)自動換刀裝置的形式自動換刀裝置主要由刀庫、機械手和驅(qū)動機構(gòu)等部件組成的一套獨立、完整的裝置。當需換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，由機械手(或通過別的方式)將刀具從刀庫取出裝入主軸中。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結(jié)構(gòu)、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，由電機、液壓或氣動機構(gòu)驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。當機構(gòu)中裝入接觸式傳感器，還可實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量。根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，自動換刀裝置可分為:排式刀架式、回轉(zhuǎn)刀架式、轉(zhuǎn)塔式和帶刀庫式。上一頁下一頁返回相關(guān)知識1)自動換刀裝置的形式上一頁下一頁返回相關(guān)知識

(1)排式刀架自動換刀裝置。如圖6-19所示，它一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。當一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點:刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便;可根據(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;換刀迅速省時，有助于提高機床的生產(chǎn)效率。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(1)排式刀架自動換刀裝置。如圖6-19所示，它一相關(guān)知識

(2)回轉(zhuǎn)刀架自動換刀裝置。如圖6-20所示，數(shù)控車床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，根據(jù)不同加工對象，可以設(shè)計成四方刀架和六角刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著4把、6把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀尖位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每一次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度(一般為0.001一0.005)。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)回轉(zhuǎn)刀架自動換刀裝置。如圖6-20所示，數(shù)控相關(guān)知識

(3)轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置。一般數(shù)控機床常采用轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置。如數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架，數(shù)控鉆鎖床的多軸轉(zhuǎn)塔頭等。在轉(zhuǎn)塔的各個主軸頭上，預(yù)先安裝有各工序所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當發(fā)出換刀指令時，各種主軸頭依次地轉(zhuǎn)到加工位置，并接通主運動，使相應(yīng)的主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不同加工位置的主軸都與主運動脫開，如圖6-21所示。轉(zhuǎn)塔式換刀方式的主要優(yōu)點在于省去了自動松夾、卸刀、裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復(fù)雜的操作，縮短了換刀時間，提高了換刀可靠性，它適用于工序較少，精度要求不高的數(shù)控機床。(4)帶刀庫的自動換刀裝置。如圖6-22所示，它是目前鎖銑加工中心機床上應(yīng)用最為廣泛的一種自動換刀裝置，由刀庫、選刀機構(gòu)、刀具交換機構(gòu)、自動裝卸機構(gòu)等組成。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(3)轉(zhuǎn)塔式自動換刀裝置。一般數(shù)控機床常采用轉(zhuǎn)塔式相關(guān)知識它的整個換刀過程較復(fù)雜，首先把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預(yù)調(diào)后，按一定的方式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中進行選刀，并由機械手從刀庫和主軸上取出刀具，或直接通過主軸以及刀庫的配合運動來取刀;然后，進行刀具交換，再將新刀具裝入主軸，把舊刀具放回刀庫。存放刀具的刀庫具有較大的容量，它既可以安裝在主軸箱的側(cè)面或上方，也可以作為獨立部件安裝在機床以外。帶刀庫的自動換刀裝置與轉(zhuǎn)塔主軸頭比較，有以下優(yōu)點:主軸的結(jié)構(gòu)剛性好，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(fù)雜零件的多工序加工，從而提高了機床的適應(yīng)性和加工效率。缺點是:需要增加刀具的自動夾緊、放松機構(gòu)、刀庫運動及定位機構(gòu)，還要有清潔刀柄及刀孔、刀座的裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜;換刀過程動作多、換刀時間長，影響換刀工作可靠性的因素也較多。上一頁下一頁返回相關(guān)知識它的整個換刀過程較復(fù)雜，首先把加工過程中需要使用的全相關(guān)知識

2)換刀方式換刀的方式通常有兩種。

(1)無機械手換刀方式。無機械手換刀方式是依靠刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換的。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，換刀的可靠性較高。缺點是刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多，且刀庫旋轉(zhuǎn)換刀時，機床不工作，因而影響到機床的生產(chǎn)效率。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。例如XH754型的臥式加工中心，換刀采用的是主軸移動式，如圖6-23所示。其換刀動作可分解為:①主軸準停，主軸箱沿Y軸上升。這時刀庫上刀位的空擋正對著交換位置，裝卡刀具的卡爪打開，如圖6-23(a)所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識2)換刀方式上一頁下一頁返回相關(guān)知識②主軸箱上升到極限位置，被更換的刀具刀桿進入刀庫空刀位，即被刀具定位卡爪鉗住，與此同時，主軸內(nèi)刀桿自動夾緊裝置放松刀具，如圖6-23(b)所示。③刀庫伸出，從主軸錐孔中將刀拔出，如圖6-23(c)所示。④刀庫轉(zhuǎn)位，按照程序指令要求，將選好的刀具轉(zhuǎn)到最下面的位置，同時，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈，如圖6-23(d)所示。⑤刀庫退回，同時將新刀插入主軸錐孔，主軸內(nèi)刀具夾緊裝置將刀桿拉緊，如圖6-23(e)所示。⑥主軸下降到加工位置并啟動，開始下一步的加工，如圖6-23(f)所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識②主軸箱上升到極限位置，被更換的刀具刀桿進入相關(guān)知識

圖6-24所示是目前在XH713,XH714,XH715等中小型立式加工中心上廣泛采用的刀庫移動—主軸升降式換刀方式。其換刀過程為:①分度:由低速力矩電機驅(qū)動，通過槽輪機構(gòu)實現(xiàn)刀庫刀盤的分度運動，將刀盤上接受刀具的空刀座轉(zhuǎn)到換刀所需的預(yù)定位置，如圖6-24(a)所示。②接刀:氣缸活塞桿推出，將刀盤接受刀具的空刀座送至主軸下方并卡住刀柄定位槽，如圖6-24(b)所示。③卸刀:主軸松刀，銑頭上移至第一參考點，刀具留在空刀座內(nèi)，如圖6-24(c)所示。④再分度:再次通過分度運動，將刀盤上選頂?shù)牡毒咿D(zhuǎn)到主軸正下方，如圖6-24(d)所示。

上一頁下一頁返回相關(guān)知識圖6-24所示是目前在XH713,XH714相關(guān)知識⑤裝刀:銑頭下移，主軸夾刀，刀庫氣缸活塞桿縮回，刀盤復(fù)位，完成換刀動作，如圖6一24(e),(f)所示。

(2)帶機械手換刀方式。帶機械手換刀方式是依靠機械手實現(xiàn)換刀動作的，當主軸上的刀具完成一個工步后，機械手把這一工步刀具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝入主軸以便繼續(xù)進行加工。其優(yōu)點是換刀時間短，主軸剛度好，加工區(qū)空間大。機械手換刀是目前最為常見的一種換刀方式。對帶機械手換刀的立式加工中心(如XHIK716，其換刀動作如圖6-25所示，可分解如下:上一頁下一頁返回相關(guān)知識⑤裝刀:銑頭下移，主軸夾刀，刀庫氣缸活塞桿縮回，刀盤相關(guān)知識①主軸箱回到最高處(Z坐標零點)，同時實現(xiàn)“主軸準?！薄＜粗鬏S停止回轉(zhuǎn)并準確停止在一個固定不變的角度方位上，保證主軸端面的鍵也在一個固定的方位，使刀柄上的鍵槽能恰好對正端面鍵。②機械手抓住主軸上和刀庫上的刀具，如圖6-25(a)所示。③活塞桿推動機械手下行，從主軸和刀庫上取出刀具，如圖6-25(b)所示。④機械手回轉(zhuǎn)1800，交換刀具位置，如圖6-25(c)所示。⑤將更換后的刀具裝入主軸和刀庫，如圖6-25(d所示。上一頁下一頁返回相關(guān)知識①主軸箱回到最高處(Z坐標零點)，同時實現(xiàn)“相關(guān)知識⑥機械手放開主軸和刀庫上的刀具后復(fù)位。限位開關(guān)發(fā)出“換刀完畢”的信號，主軸自由，可以開始加工或使其他程序動作。

3)刀庫在自動換刀裝置中，刀庫是最主要的部件之一，它是用來儲存加工刀具及輔助工具的地方。根據(jù)刀庫容量和取刀方式，刀庫有如下幾種形式。

(1)鼓輪(盤)式刀庫，如圖6-26所示。它是中小型加工中心上較常用的一種刀庫形式，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單。由于刀具環(huán)形排列，空間利用率低，因此出現(xiàn)了采用在盤中雙環(huán)或多環(huán)排列，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑過大，轉(zhuǎn)動慣量也很大，選刀時間也較長。因此鼓輪(盤)式刀庫一般用于刀具容量較少的刀庫，在鉆削中心上應(yīng)用較多。上一頁下一頁返回相關(guān)知識⑥機械手放開主軸和刀庫上的刀具后復(fù)位。限位開關(guān)發(fā)出相關(guān)知識

(2)鏈式刀庫，如圖6-27所示。它是大型加工中心上較常用的一種刀庫形式，適用于刀庫容量較大的場合。鏈式刀庫多為軸向取刀，在傳動鏈條上有許多刀座，在刀座上裝夾各種刀具，鏈條由鏈輪驅(qū)動，鏈條的長度取決于刀具的數(shù)量。

(3)格子盒式刀庫，如圖6-28所示。格子盒式結(jié)構(gòu)的刀庫，為減少換刀時間，換刀機械手通常利用前一把刀具加工工件的時間，預(yù)先取出要更換的刀具(所配數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具備該項功能)。刀庫占地面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，在相同的空間內(nèi)可以容納的刀具數(shù)目較多。但由于它的選刀和取刀動作復(fù)雜，現(xiàn)已較少用于單機加工中心，多用于FMS(柔性制造系統(tǒng))的集中供刀系統(tǒng)。上一頁下一頁返回相關(guān)知識(2)鏈式刀庫，如圖6-27所示。它是大型加相關(guān)知識數(shù)控刀具系統(tǒng)在數(shù)控加工中具有極其重要的意義，正確選擇和使用與數(shù)控機床相匹配的刀具系統(tǒng)充分發(fā)揮機床的功能和優(yōu)勢、保證加工精度以及控制加工成本的關(guān)鍵。數(shù)控加工用夾具基本上沿用了傳統(tǒng)加工的裝夾方式，只是在自動化水平、精度和速度等方面有所提高。上一頁返回相關(guān)知識數(shù)控刀具系統(tǒng)在數(shù)控加工中具有極其重要的意義任務(wù)實施數(shù)控機床結(jié)構(gòu)組成及工作原理實驗

1.實驗?zāi)康?/p>

(1)了解常見數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心及電加工機床結(jié)構(gòu)、組成及工作原理。

(2)了解數(shù)控機床各組成部分的作用及工作過程。

(3)了解數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心及電加工機床的特點及主要作用。

2.實驗儀器設(shè)備、工具量具及材料設(shè)備裝置:CK0625數(shù)控車床、XKA714數(shù)控銑床、TH5640A加工中心、K012625型數(shù)控線切割各一臺。下一頁返回任務(wù)實施數(shù)控機床結(jié)構(gòu)組成及工作原理實驗下一頁返回任務(wù)實施工具量具:卡尺、外圓車刀、端面車刀、立銑刀。材料:Φ25一Φ

35尼龍棒、石蠟塊。

3.實驗內(nèi)容及要求

(1)實驗指導(dǎo)老師演示數(shù)控車床加工過程，介紹數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)、組成及工作過程，使學(xué)生了解數(shù)控車床組成、工作原理、加工特點。

(2)實驗指導(dǎo)老師演示數(shù)控銑床加工過程，介紹數(shù)控銑床的結(jié)構(gòu)、組成及工作過程，使學(xué)生了解數(shù)控銑床組成、工作原理、加工特點。

(3)實驗指導(dǎo)老師演示數(shù)控線切割加工過程，介紹其的結(jié)構(gòu)、組成及工作過程，使學(xué)生了解數(shù)控線切割機床的組成、工作原理、加工特點。上一頁下一頁返回任務(wù)實施工具量具:卡尺、外圓車刀、端面車刀、立銑刀。任務(wù)實施

(4)實驗指導(dǎo)老師演示數(shù)控電火花加工過程，介紹其結(jié)構(gòu)、組成及工作過程，使學(xué)生了解數(shù)控電火花機床組成、工作原理、加工特點。

4.注意事項

(1)嚴格遵守實驗規(guī)章制度及設(shè)備操作規(guī)程。

(2)嚴禁在不了解機床操作的情況下擅自操作設(shè)備，防止發(fā)生意外。上一頁返回任務(wù)實施(4)實驗指導(dǎo)老師演示數(shù)控電火花加工過程，介紹其結(jié)知識鏈接數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)這些先進制造技術(shù)的基礎(chǔ)，而數(shù)控技術(shù)水平高低和數(shù)控設(shè)備擁有量是體現(xiàn)國家綜合國力水平、衡量國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一。一、現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

21世紀是知識經(jīng)濟新時代，制造業(yè)作為我國新世紀的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)將面臨著劇大的挑戰(zhàn)和經(jīng)歷一場深刻的技術(shù)變革。下一頁返回知識鏈接數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展下一頁返回知識鏈接在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的先進制造技術(shù)代表了制造技術(shù)發(fā)展的前沿，對制造業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大影響。當前先進制造技術(shù)的發(fā)展大致有以下幾個特點。

1.信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合隨著信息技術(shù)向制造技術(shù)的注入和融合，促進著制造技術(shù)的不斷發(fā)展。它使制造技術(shù)的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。促進了加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)的柔性化、智能化，整個制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。相繼出現(xiàn)的各種先進制造模式，如CIMS,并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造等，均以信息技術(shù)的發(fā)展為支撐。上一頁下一頁返回知識鏈接在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的先進制造技術(shù)代表了制知識鏈接

2.計算機輔助設(shè)計、輔助制造、輔助工程分析(GAD/GAM/GAE)制造信息的數(shù)字化，將實現(xiàn)CAD/LAPP/CAM/CAE的一體化，使產(chǎn)品向無圖紙制造方向發(fā)展。在發(fā)達國家的大型企業(yè)中，已廣泛使用CAD/CAM，實現(xiàn)100%數(shù)字化設(shè)計。將數(shù)字化技術(shù)注入產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，提高了企業(yè)產(chǎn)品自主開發(fā)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，同時也提高了企業(yè)對市場的應(yīng)變能力和快速響應(yīng)能力。通過局域網(wǎng)實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部并行工程，通過Internet建立跨地區(qū)的虛擬企業(yè)，實現(xiàn)資源共享，優(yōu)化配置，也使制造業(yè)向互聯(lián)網(wǎng)輔助制造方向發(fā)展。

3.加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展上一頁下一頁返回知識鏈接2.計算機輔助設(shè)計、輔助制造、輔助工程分析(GAD知識鏈接

(1)超精密加工技術(shù)。超精密加工技術(shù)是為了獲得被加工件的形狀、尺寸精度和表面粗糙度均優(yōu)于亞微米級的一門高新技術(shù)。超精加工技術(shù)的加工精度由紅外波段向可見光和不可見光的紫外波段趨進，目前加工精度達到0.025um，表面粗糙度達0.045um，已進入納米級加工時代。美國為了適應(yīng)航空、航天等尖端技術(shù)的發(fā)展，已研制出多種數(shù)控超精密加工車床，最大的加工直徑可達1.63m,定位精度為28納米(10-9m).(2)超高速切削。目前鋁合金超高速切削的切削速度已超過1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金為300m/min,欽合金200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工。上一頁下一頁返回知識鏈接(1)超精密加工技術(shù)。超精密加工技術(shù)是為了獲得知識鏈接現(xiàn)代數(shù)控機床主軸的最高轉(zhuǎn)速可達到10000-20000r/min，采用高速內(nèi)裝式主軸電動機后，使主軸直接與電動機連接成一體，可將主軸轉(zhuǎn)速提高到40000一SOOOOr/min(3)新一代制造裝備的發(fā)展。市場竟爭和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，如“并聯(lián)析架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機床”(或俗稱“六腿”機床)，突破了傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)方案，采用可以伸縮的六個“腿”連接定平臺和動平臺，每個“腿”均由各自的伺服電動機和精密滾珠絲杠驅(qū)動，控制這六條“腿”的伸縮就可以控制裝有主軸頭的動平臺的空間位置和姿勢，滿足刀具運動軌跡的要求。上一頁下一頁返回知識鏈接現(xiàn)代數(shù)控機床主軸的最高轉(zhuǎn)速可達到10000-20知識鏈接

4.工藝研究由“經(jīng)驗”走向“定量分析”先進制造技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是通過計算機技術(shù)和模擬技術(shù)的應(yīng)用，使工藝研究由“經(jīng)驗判斷”走向“定量分析”，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。

5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)(VirtualRealityTechnology)主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個部分。虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(SoftPrototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(HardPrototype)進行試驗，對其性能和可制造性進行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本。上一頁下一頁返回知識鏈接4.工藝研究由“經(jīng)驗”走向“定量分析”上一頁知識鏈接虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟實體。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)上的非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。二、數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展隨著先進生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，要求現(xiàn)代數(shù)控機床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完善的功能方向發(fā)展。上一頁下一頁返回知識鏈接虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公知識鏈接

1.高速度、高精度化高速化是指數(shù)控機床的高速切削和高速插補進給，目標是在保證加工精度的前提下，提高加工速度。這不僅要求數(shù)控系統(tǒng)的處理速度快，同時還要求數(shù)控機床具有大功率和大轉(zhuǎn)矩的高速主軸、高速進給電動機、高性能的刀具、穩(wěn)定的高頻動態(tài)剛度。高精度包括高進給分辨率、高定位精度