數(shù)控機床的結構概述

第四章數(shù)控機床的結構1第四章4.1數(shù)控機床的組成4.2數(shù)控機床的總體布局形式4.3數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)4.4進給系統(tǒng)的機械傳動結構4.5數(shù)控機床的輔助裝置24.1數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的結構主要由以下幾部分組成：（1）主傳動系統(tǒng)；（2）進給系統(tǒng)；（3）伺服系統(tǒng)；（4）工件實現(xiàn)回轉、定位的裝置；（5）自動換刀裝置；（6）輔助裝置；（7）其它特殊功能裝置。數(shù)控機床的結構要求：精密、高速、高效、抗振、剛度大、間隙小、摩擦因數(shù)小。JCS-018立式鏜銑加工中心機床的外形圖4.2數(shù)控機床的整體布局形式數(shù)控機床的布局根據(jù)工件的工藝分類所需運動及主要技術參數(shù)而確定各部件的相對位置，并保證工件和刀具的相對運動，加工精度，方便操作、調整和維修。機床的布局直接影響機床的結構和使用性能。數(shù)控機床的布局特點多采用機、電、液、氣一體化布局，全封閉或半封閉；機械結構簡化，操作維修方便等。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（1）滿足多刀加工的布局圖具有可編程尾架座雙刀架數(shù)控車床。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（2）滿足換刀要求的布局加工中心都帶有刀庫，刀庫的形式和布局影響機床的布局。圖是一種立式加工中心，刀庫位于機床側面。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（3）滿足多座標聯(lián)動要求的布局一般數(shù)控車床都可實現(xiàn)X、Z方向聯(lián)動。圖為五坐標聯(lián)動的加工中心。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（4）適應快速換刀要求的布局4.2數(shù)控機床的整體布局形式（5）適應多工位加工要求的布局圖示的機床有四個工位，三個工位為加工工位，一個工位為裝卸工件工位，該機床可實現(xiàn)多面加工，因而生產率較高。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（6）適應可換工作臺要求的布局圖為可換工作臺的加工中心，一個工作臺上的零件加工時，另一個工作臺可裝卸工件，使裝卸工件時間和加工時間重合，減少了輔助時間，提高了生產率。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（7）工件不移動的機床布局當工件較大，移動不方便時，可使機床立柱移動。4.2數(shù)控機床的整體布局形式（8）提為高剛度減小熱變形要求的布局4.2數(shù)控機床的整體布局形式（9）立式布局4.2數(shù)控機床的整體布局形式（10）倒立式布局1）水平床身；2）傾斜床身；3）水平床身斜滑板；4）立式床身4.2.1數(shù)控車床的總體布局形式水平床身加工工藝性好，刀架水平放置有利于提高其運動精度，但這種結構床身下部空間小，排屑困難。4.2.1數(shù)控車床的總體布局形式傾斜床身-傾斜滑板，排屑亦較方便，中小規(guī)格的數(shù)控車床其床身的傾斜度以60°，大型的數(shù)控車床采用75°水平床身-傾斜滑板，具有水平床身工藝性好，寬度方向的尺寸小，且排屑方便，是臥式數(shù)控車床的最佳布局形式。4.2.1數(shù)控車床的總體布局形式立式床身自動換刀裝置布置方便，排屑性能好，受熱影響性小，防護方便。但這種結構床身受自重影嚴重，需平衡機構，床身變形對加工精度影響大。4.2.1數(shù)控車床的總體布局形式4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式1）傳統(tǒng)的臥式鏜床形式；2）構架結構雙立柱、Z軸工作臺移動式布局；3）T形床身布局。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式傳統(tǒng)的臥式鏜床形式，源于早期數(shù)控機床或數(shù)控化改造的機床。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式框架結構雙立柱、Z軸工作臺移動形式，主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式數(shù)控鏜銑床的三種布局方案：（a）主軸立式布置，上下運動，對工件頂面進行加工；（b）主軸臥式布置，加工工作臺上分度工作臺的配合，可加工工件多個側面；（c）在（b）基礎上再增加一個數(shù)控轉臺，可完成工件上更多內容的加工。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式數(shù)控臥式鏜銑床中，（a）、（b）為T形床身布局，工作臺支承于床身，剛度好，工作臺承載能力強；4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式數(shù)控臥式鏜銑床中，(c)、(d)工作臺為十字形布局，（c）主軸箱懸掛于單立柱一側，使立柱受偏載，(d)主軸箱裝在框式立柱中間，對稱布局，受力后變形小，有利于提高加工精度。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式臥式加工中心移動式立柱，工作臺不升降，T形床身。一體式T形床身：剛度好，精度保持性好，但其鑄造和加工工藝性能較差；分離式T形床身：鑄造和加工工藝性能大大改善，但聯(lián)接部位要用定位鍵和專用的的定位銷定位，并用大螺栓緊固以保證剛度和精度。4.2.2臥式數(shù)控鏜銑床、臥式加工中心的總體布局形式臥式加工中心各坐標的的運動可由工作臺移動或主軸移動來完成。右圖為各坐標運動形式不同組合的幾種布局形式：4.2.3立式數(shù)控鏜銑床、立式加工中心的總體布局形式立式數(shù)控鏜銑床、立式加工中心的總體布局形式可分為：工作臺移動式、T形床身、Z軸為立柱移動式和T形床身X、Y、Z3軸均為立柱移動式。與臥式加工中心相比，立式加工中心結構簡單，占地面積小，價格相對便宜。中小型立式加工中心一般采用固定立柱式，將主軸吊在立柱一側。4.2.3立式數(shù)控鏜銑床、立式加工中心的總體布局形式立式加工中心通常有三個直線運動坐標，還可以在工作臺上安放一個第四軸A軸，可以加工螺旋類和圓柱凸輪等零件。下圖為立式加工中心的幾種布局結構：4.3數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)數(shù)控機床和普通機床一樣，要求具有較寬的調速范圍，主傳動系統(tǒng)也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的傳遞，以適應不同的加工要求，并且在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉矩，滿足切削的需要，以獲得最佳的表面加工質量、精度和生產率。4.3.1對數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的要求1）轉速高，功率大；2）調速可靠，可自動無級調速；3）回轉精度高，足夠的剛度、抗振性，熱穩(wěn)定性好；4）動態(tài)響應好，調速運行平穩(wěn)；5）可快速自動換刀；6）主軸定向準停；7）有恒線速度切削功能；8）旋轉軸可聯(lián)動。4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：高剛度機床剛度是指機床抵抗由切削力和其它力引起變形的能力。提高機床的剛度有以下措施：1）提高構件的自身剛度：正確選擇截面形狀和尺寸，合理選擇及布置隔板和肋條；2）提高局部剛度；3）提高接觸剛度；4）選用焊接結構的構件；5）采取補償構件變形的措施。4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：高抗振性1）強迫振動使機床產生強迫振動的內部振源有高速轉動零部件的動態(tài)不平衡力、往復運動件的換向沖擊力、周期變化的切削力等。2）自激振動這里是指切削自激振動，也稱顫振。如圖所示。3）提高機床抗振性的措施(1)減少機床的內部振源(2)提高靜剛度(3)增加構件或結構的阻尼4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：高的低速運動平穩(wěn)性數(shù)控機床各坐標軸低速進給運動的平穩(wěn)性極大地影響到零件的加工精度。在閉環(huán)進給系統(tǒng)中，如圖所示為其進給系統(tǒng)的機械傳動機構，伺服電動機雖勻速旋轉，如果速度較低，則工作臺4可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。機械學中的爬行現(xiàn)象,在滑動摩擦副中從動件在勻速驅動和一定摩擦條件下產生的周期性時停時走或時慢時快的運動現(xiàn)象。爬行是機械振動中自激振動的一種形式。4.3.2主傳動機械結構產生爬行的主要原因1)摩擦副存在著靜、動摩擦系數(shù)不同和當處于邊界或混合摩擦時，動摩擦系數(shù)又隨滑動速度的增加而降低，這就可能使系統(tǒng)具有負阻尼或零阻尼。2)傳動機構的剛度不足。消除爬行的措施1)減少靜、動摩擦系數(shù)之差和改變動摩擦系數(shù)隨速度變化的特性。2)提高傳動系統(tǒng)的傳動剛度。4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：高的定位精度機床工作臺的定位精度受到所有電氣或機械裝置及元件設計和制造精度的綜合影響。在機床使用過程中，定位精度進一步受到負載變化、振動、熱變形、機床導軌和絲杠螺母副的磨損以及數(shù)控裝置元件特性變化等的影響。機械部分的主要影響因素有以下幾項：1）機械傳動部分的誤差；齒輪副的傳動誤差、滾珠絲杠螺母副的傳動誤差2）導軌副的誤差；3）機械傳動部分的受力變形；4）機械傳動部分的熱變形；5）矢動量的來源和消除措施。4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：熱變形對加工精度的影響小數(shù)控機床的熱變形，是影響加工精度的重要因素。引起機床熱變形的熱源主要是機床的內部熱源，如主電動機、進給電動機發(fā)熱，摩擦熱以及切削熱等。減少機床熱變形及其影響的措施是：1）減少機床內部熱源和發(fā)熱量；2）改善散熱和隔熱條件；3）均熱；4）合理設計機床的結構布局，減小熱變形對精度的影響；5）采取熱變形補償措施。4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床機械結構要求：人機關系要求機床應操作方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操作錯誤和故障，這樣不僅能減少工人的疲勞、保證工人和機床的安全，還能提高機床的生產率。防止機床對周圍環(huán)境的污染，是對機床設計和制造提出的一項主要要求。噪聲要低，不僅噪音聲級要達到規(guī)定值以下，而且不能對人耳有強烈的不適感，滲、漏油必須避免。4.3.2主傳動機械結構主軸部件結構：數(shù)控機床的主軸部件，既要滿足精加工時精度較高的要求，又要具備粗加工時高效切削的能力，因此應有更高的動、靜剛度和抵抗變形的能力。主軸部件主要包括主軸、軸承、傳動件和密封件，對于具有自動換刀能力的數(shù)控機床，主軸部件還應有刀具自動裝卸裝置、主軸準停裝置和吹屑裝置等。

4.3.2主傳動機械結構主軸的支承

圖所示為TND360型車床主軸部件。因為主軸在切削時要承受較大的切削力，所以軸徑較大，剛性好。在主軸端部，卡盤靠前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用撥銷傳遞扭矩。主軸為空心軸，通過棒料的直徑可達60mm。前軸承為三個推力角接觸球軸承，前面兩個軸承大口朝向主軸前端，接觸角為25°，以承受軸向切削力；后面軸承大口朝向主軸后端，接觸角為14°，三個軸承的內外圈軸向由軸肩和箱體孔的臺階固定，以承受軸向負荷。后支承由一對背靠背的推力角接觸球軸承組成，只承受徑向載荷，并由后壓套進行預緊.TND360型車床主軸結構1、2-后軸承3-軸承4、5-前軸承4.3.2主傳動機械結構主軸部件的支承：主軸部件是數(shù)控機床的關鍵部件之一，它直接影響機床的加工質量。主軸部件包括主軸的支承、安裝在主軸上的傳動零件等。常用主軸軸承：1）錐孔雙列圓柱滾子軸承2）雙列推力角接觸球軸承3）雙列圓錐滾子軸承4）帶凸肩的雙列圓錐滾子軸承4.3.2主傳動機械結構動力卡盤為了減少輔助時間和勞動強度，并適應自動化和半自動化加工的需要，數(shù)控車床多采用動力卡盤裝夾工件，目前使用較多的是自動定心液壓動力卡盤。該卡盤主要由引油導套、液壓缸和卡盤三部分組成。動力卡盤液壓缸結構圖1-引油導套2-液壓缸體3-活塞4-法蘭盤4.3.2主傳動機械結構自動夾緊裝置在帶有刀庫的數(shù)控機床中，為了實現(xiàn)刀具的自動裝卸，主軸內設有刀具自動夾緊裝置。圖示為自動換刀數(shù)控銑鏜床的主軸部件，其主軸前端的7：24錐最孔用于裝夾錐柄刀具或刀桿。主軸的端面鍵可用于傳遞刀具的扭矩，也可用于刀具的周向定位。刀具夾緊時，蝶形彈簧11通過拉桿7，雙瓣卡爪5，在套筒14的作用下，將刀柄的尾端拉緊。當換刀時，在主軸上端油缸的上腔A通入壓力油，活塞12的端部推動拉桿7向下移動，同時壓縮蝶形彈簧11，當拉桿7下移到使雙瓣卡爪5的下端移出套筒14時，在彈簧6的作用下，卡爪張開，噴氣頭13將刀柄頂松，刀具即可由機械手拔除。待機械手將新刀裝入后，油缸10的下腔通入壓力油，活塞12向上移，蝶形彈簧伸長將拉桿7和雙瓣卡爪5拉著向上，雙瓣卡爪5重新進入套筒14，將刀柄拉緊?；钊?2移動的二個極限位置都有相應的行程開關（LS1，LS2）作用，作為刀具松開和夾緊的回答信號。數(shù)控銑鏜床的主軸部件1-調整半環(huán)；2-3182120型錐孔雙列圓柱滾子軸承；3-2268120型雙向向心球軸承；4、9-調整環(huán)；5-雙瓣卡爪；6-彈簧；7-拉桿；8-46115型向心推力球軸承；10-油缸；11-碟型彈簧；12-活塞；13-噴氣頭；14-套筒4.3.2主傳動機械結構刀桿尾部的拉緊結構，除主軸部件中的卡爪式以外，還有圖(a)所示的彈簧夾頭結構，它有拉力放大作用，可用較小的液壓推力產生較大的拉緊力。圖(b)所示為鋼球拉緊結構。刀桿尾部拉緊結構4.3.2主傳動機械結構數(shù)控機床的主軸準停裝置：自動換刀時，刀柄上的鍵槽要對準主軸的端面鍵。為此，主軸每次停轉必須準確地停在某一固定位置上。這種使主軸停在某一固定位置上的裝置稱為主軸準停裝置。1）機械控制的主軸準停裝置2）電氣控制的主軸準停裝置4.3.2主傳動機械結構電氣控制的主軸準停裝置當機床停車換刀時，數(shù)控裝置發(fā)出主軸停轉指令，主軸電機立即降速。當主軸以很低的轉速回轉確定的轉時，永久磁鐵對準磁傳感器，磁傳感器發(fā)出準停信號。該信號經放大，由定向電路使主軸電機準確地停止在一定位置，從而實現(xiàn)主軸的準停。準停精度可達±1°4.3.3主軸調速方式數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的變速機構：1）變速齒輪主傳動系統(tǒng)；2）皮帶傳動主傳動系統(tǒng)；3）電機直接驅動的主傳動系統(tǒng)；4）電主軸傳動4.3.3主軸調速方式變速齒輪主傳動系統(tǒng)：特點：分段無級變速系統(tǒng)，保證低速時能傳遞較大的扭矩適用范圍：是大、中型數(shù)控機床常采用的配置。目前的加工中心大都采用這種變速方式。4.3.3主軸調速方式皮帶傳動的主傳動系統(tǒng)：同步帶傳動方式：同步帶（也稱齒形帶）主要應用在轉速較高、變速范圍不大的機床，它適用于高速、低轉矩特性有要求的主軸。4.3.3主軸調速方式關于同步帶：帶內采用了承載后無彈性伸長的材料作強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、動帶輪作無相對滑動的同步傳動。4.3.3主軸調速方式同步帶傳動特點：1）傳動帶多用同步齒形帶；2)避免了齒輪傳動引起的振動和噪聲；3)能在一定程度上滿足轉速與扭矩的輸出要求；4)調速范圍受電機調速范圍的限制。同步帶傳動具有如下優(yōu)點：無滑動，傳動比準確；傳動效率高，可達98%以上；傳動平穩(wěn)，噪聲?。痪S修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。4.3.3主軸調速方式電動機直接驅動的主傳動系統(tǒng)：電動機軸與主軸用聯(lián)軸器同軸連接。這種方式大大簡化了主軸箱體和主軸結構，有效地提高了主軸組件的剛性。4.3.3主軸調速方式機床主軸的功率轉矩特性主軸所傳遞的功率或轉矩與轉速之間的關系，稱為主軸的功率或轉矩特性，如圖所示。4.3.3主軸調速方式直流和交流調速電動機的功率轉矩特性機床上常用的無級變速動力源為直流或交流調速電動機。圖為直流和交流電動機的功率轉矩特性。4.3.3主軸調速方式特點：1）簡化了主軸結構，提高了主軸組件的傳動剛度；2）主軸輸出轉矩??；3）電動機的發(fā)熱對主軸精度影響較大4.3.3主軸調速方式電主軸傳動系統(tǒng)：近年來出現(xiàn)了內裝主軸電動機，其轉子和主軸合二為一。使主軸部件結構更緊湊，質量小，慣性小，可提高啟動、停止的響應特性。但主軸輸出轉矩小。4.4進給系統(tǒng)的機械傳動結構進給傳動系統(tǒng)：數(shù)控機床進給系統(tǒng)的機械傳動機構，是指將電動機的旋轉運動傳遞給工作臺或刀架以實現(xiàn)進給運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪傳動副、絲杠螺母副(或蝸桿蝸輪副)及其支承部件等。4.4.1進給系統(tǒng)的組成進給系統(tǒng)包括以下部件：1）引導和支撐執(zhí)行部件的導軌；2）絲杠螺母副；3）渦輪蝸桿副；4）齒輪齒條副；5）齒輪或齒鏈副及其支撐部件。4.4.2對進給系統(tǒng)的性能要求1）提高傳動精度和剛度，消除傳動間隙；2）減小摩擦阻力；3）減小運動部件慣量；4）系統(tǒng)要有適度阻尼。4.4.3滾珠絲杠螺母副滾珠絲桿的結構：4.4.3滾珠絲杠螺母副滾珠絲桿的參數(shù)：4.4.3滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副的支承和制動方式(1)支承方式滾珠絲杠常用推力軸承支座，以提高軸向剛度。(2)制動方式由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用，為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。4.4.3滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副的支承和制動方式(1)支承方式滾珠絲杠常用推力軸承支座，以提高軸向剛度。(2)制動方式由于滾珠絲杠副的傳動效率高，無自鎖作用，為防止因自重下降，故必須裝有制動裝置。4.4.3滾珠絲桿螺母副滾珠絲桿螺母的優(yōu)、劣：優(yōu)：1）傳動效率高；2）摩擦力小，傳動靈敏；3）使用壽命長；4）經預緊可消除軸向間隙；5）軸向運動精度高，反向運動無空行程。劣：1）成本高；2）不能自鎖。4.4.4導軌副機床導軌的功用：機床導軌的功用是起導向及支承作用，即保證運動部件在外力的作用下(運動部件本身的重量、工件重量、切削力及牽引力等)能準確地沿著一定方向的運動。在導軌副中，與運動部件聯(lián)成一體的運動一方叫做動導軌，與支承件聯(lián)成一體固定不動的一方為支承導軌，動導軌對于支承導軌通常是只有一個自由度的直線運動或回轉運動。4.4.4導軌副對導軌的要求：1)導向精度導向精度是指運動導軌沿支承導軌運動時，直線運動導軌的直線性及圓周運動導軌的真圓性，以及導軌同其它運動件之間相互位置的準確性。2)剛度表示導軌在承受動靜載荷下抵抗變形的能力。3)耐磨性導軌的不均勻磨損，破壞導軌的導向精度從而影響機床的加工精度。4)低速平穩(wěn)性當運動導軌作低速運動或微量移動時，應保證導軌運動平穩(wěn)，不產生爬行現(xiàn)象。5)結構工藝性在可能的情況下，設計時應盡量使導軌結構簡單，便于制造、調整和維護。4.4.4導軌副導軌基本類型及特點：導軌按工作性質可分為主運動導軌、進給運動導軌；按運動軌跡可分為直線運動和圓周運動導軌；按受力情況可分為開式導軌和閉式導軌，如圖所示；按摩擦性質可分為滑動導軌和滾動導軌。4.4.4導軌副按照摩擦形式滑動導軌按其表面摩擦形式又可分為：1)液體靜壓導軌；2)液體動壓導軌；3)混合摩擦導軌4.4.4導軌副數(shù)控機床常用的滑動導軌4.4.4導軌副貼塑導軌是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動摩擦導軌。4.4.4導軌副滾動導軌1．滾動導軌塊(1)滾動導軌塊結構特點如圖所示。4.4.4導軌副圖是標準滾動導軌塊的結構圖。4.4.4導軌副(2)滾動導軌塊的安裝滾動導軌塊一般在鑲鋼導軌條上滾動。如圖所示。4.4.4導軌副(3)滾動導軌塊的調整滾動導軌塊安裝時應能調整。圖是楔鐵調整機構。4.4.4導軌副直線滾動導軌(1)直線滾動導軌的特點直線滾動導軌副是由一根長導軌軸和一個或幾個滑塊組成，滑塊內有四組滾珠或滾柱。(2)直線滾動導軌的安裝特點直線滾動導軌通常是兩條成對使用，可以水平安裝，也可以豎直或傾斜安裝。有時也可以多個導軌平行安裝，當長度不夠時可以多根接長安裝。4.5數(shù)控機床的輔助裝置數(shù)控機床的輔助裝置主要由自動換刀機構、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和排屑裝置等7部分組成。4.5.1自動換刀機構1）什么是自動換刀裝置：儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換功能的裝置ATC：AutomaticToolChanger2）為什么需要自動換刀裝置：縮短非切削時間，提高生產率，可使非切削時間減少到20％～30％；“工序集中”，擴大數(shù)控機床工藝范圍，減少設備占地面積；提高加工精度；4.5.1自動換刀機構自動換刀裝置類型4.5.1自動換刀機構轉塔式自動換刀裝置轉塔式自動換刀裝置又分回轉刀架式和轉塔頭式二種?；剞D刀架式用于各種數(shù)控車床和車削中心機床。轉塔頭式多用于數(shù)控鉆、鏜、銑床。4.5.1自動換刀機構1）回轉刀架換刀回轉刀架換刀是一種簡單的自動換刀裝置。在回轉刀架各刀座安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過回轉刀架的轉位實現(xiàn)換刀。4.5.1自動換刀機構2）轉塔頭換刀使用旋轉刀具的數(shù)控機床采用轉塔轉位更換主軸頭，在轉塔的各主軸頭上根據(jù)加工的工序預先安裝所用刀具，轉塔依次轉位，就可實現(xiàn)自動換刀。4.5.1自動換刀機構帶刀庫的自動換刀裝置刀庫式自動換刀裝置是由刀庫和刀具交換裝置組成。在具有刀庫的加工中心上，其換刀方式又可按有、無機械手分為：有機械手換刀和無機械手換刀兩類。4.5.1自動換刀機構刀庫刀庫是一個儲存加工所需的各種刀具的倉庫，加工中心的換刀位置都是設計成固定的，對應刀庫上某一固定刀位，刀庫要具備運送刀具，作分度運動達到換刀位置及準確定位的功能，才能使換刀可靠。1）盤形刀庫2）鏈式刀庫3）格子式刀庫4.5.1自動換刀機構1）盤形刀庫單盤形刀庫4.5.1自動換刀機構4.5.1自動換刀機構1）盤形刀庫多盤形刀庫4.5.1自動換刀機構2）鏈式刀庫4.5.1自動換刀機構2）鏈式刀庫4.5.1自動換刀機構3）格子式刀庫4.5.1自動換刀機構刀庫選刀方式刀庫選刀方式有順序選擇和任意選擇二種。1)順序選刀方式刀庫中的刀具位置嚴格按所需加工零件的加工順序排列。2)任意選刀方式工作原理是在刀庫上安裝位置檢測裝置，只要將刀具號和刀庫地址對應記憶在數(shù)控系統(tǒng)的存儲器中，刀庫分度、刀具交換的同時每次改變存儲器的內容來控制換刀裝置。4.5.1自動換刀機構刀具交換裝置刀庫交換裝置是實現(xiàn)刀庫和機床主軸（刀架）之間傳遞和卸刀的裝置?？砂从?、無機械手分為：無機械手換刀和有機械手換刀兩類。無機械手換刀一般都是利用刀庫與機床主軸的相對運動，實現(xiàn)刀具交換。換刀時必須先將用過的刀具送回刀具，再進行取新刀。兩過程時間不可重疊。4.5.1自動換刀機構無機械手的換刀系統(tǒng)圖示為一種臥式加工中心無機械手換刀系統(tǒng)的換刀過程。a.主軸定向準停b.主軸箱上升c.刀庫右移d.刀庫旋轉e.換刀f.主軸箱下降4.5.1自動換刀機構有機械手的換刀系統(tǒng)有機械手的換刀系統(tǒng)它由刀庫、機械手(有的加工中心還有運刀裝置)結合共同完成自動刀具交換的，也是在加工中心上用得最為普遍的，比無機械手的換刀系統(tǒng)更靈活，其換刀時間可縮短到2s以下。要求換刀機械手迅速可靠、準確協(xié)調。4.5.1自動換刀機構有機械手的換刀過程a.抓刀b.松刀c.拔刀d.換刀e.插刀f.歸刀4.5.1自動換刀機構機械手機械手的結構形式是多種多樣的，因此換刀運動也有所不同。常見的有機械手：單臂單爪回轉式機械手；單臂雙爪回轉式機械手；雙臂回轉式機械手；雙機械手；雙臂往復交叉式機械手；雙臂端面夾緊式機械手手抓有：鉤手、抱手、手指、杈手等。4.5.1自動換刀機構三種單臂機械手的示意圖。4.5.1自動換刀機構三雙臂種機械手示意圖。4.5.1自動換刀機構經濟型數(shù)控車床方刀架經濟型數(shù)控車床方刀架是在普通車床四方刀架的基礎上發(fā)展的一種自動換刀裝置，其功能和普通四方刀架一樣，有四個刀位，能裝夾4把不同功能的刀具，方刀架回轉時，刀具交換一個刀位，但方刀架的回轉和刀位號的選擇是由加工程序指令控制。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和夾緊刀架。為完成上述動作要求，要有相應的機構來實現(xiàn)。4.5.2工件自動交換所謂工件交換，即在加工第一個工件時，開始安裝調整第二個工件，第一個工件加工完后，第二個工件進入加工區(qū)，從而使工件的安裝調整時間與加工時間重合，達到進一步提高加工效率的目的。常見的工件自動交換系統(tǒng)有以下幾種：交換工作臺、托盤交換裝置、裝卸料機器人、有軌小車、無軌小車等。4.5.2工件自動交換配有托盤交換系統(tǒng)構成的FMC圖示由加工中心和托盤交換系統(tǒng)構成的FMC。托盤上裝夾有工件，當工件加工完畢后，托盤轉位，加工另一個新工件，托盤支撐在圓柱環(huán)形導軌上，由內側的環(huán)鏈拖動而回轉，鏈輪由電動機驅動。托盤的選定和停位，由可編程控制器來實現(xiàn)。一般的FMC，托盤數(shù)在5個以上。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的比較：1)空氣取之不竭而不易堵塞；處理方便；泄漏不會嚴重地影響工作，不污染環(huán)境；2)空氣粘性很小，宜于遠距離傳輸及控制；3)工作壓力低，可降低對氣動元件的材料和制造精度要求；4)對開環(huán)控制系統(tǒng)，它相對液壓傳動而言有動作迅速、響應快的優(yōu)點；5)維護簡便，使用安全，沒有防火、防爆問題。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)氣壓系統(tǒng)與電氣、液壓系統(tǒng)比較有以下缺點：1)氣動裝置的信號傳遞速度限制在聲速范圍之內，所以它的工作頻率和響應速度遠不如電子裝置，并且信號要產生較大失真和延誤，也不便于構成十分復雜的回路。但這個缺點對工業(yè)生產過程不會造成困難；2)空氣的壓縮性遠大于液壓油的壓縮性，精度較低；3)氣壓傳動的效率比液壓傳動還要低，且噪聲較大；4)工作壓力較低，不易獲得大的推力。氣壓輸出動力不如液壓傳動大。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)：液壓傳動系統(tǒng)的基本框圖如圖所示。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)

1）液壓泵液壓泵將機械能轉變成液壓能，有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵等類型。液壓泵的工作原理是利用容積大小的變化吸油和壓油。2）液壓馬達執(zhí)行元件液壓馬達將液壓能轉換成機械能，利用液壓能驅動機械對象運動。液壓馬達與液壓泵的結構相類似，工作原理是互逆的。3）液壓缸液壓缸是應用最廣的執(zhí)行液壓件，與液壓馬達類似，也是將液壓能轉換成機械能，它實現(xiàn)機械對象的往復運動。4）控制閥液壓傳動是通過控制閥調節(jié)控制的，控制閥分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥；此外，還有比例控制閥、邏輯閥、伺服閥等。4.5.4潤滑系統(tǒng)5)液壓轉矩放大器6）液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)由液壓泵站、高壓油路和低壓油路組成7）液壓卡盤液壓卡盤用螺釘安裝于主軸前端，回轉液壓缸用螺釘通過接套安裝在主軸后端4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)氣壓傳動系統(tǒng)：氣壓傳動系統(tǒng)是以壓縮空氣來傳遞動力的。圖為基本組成示意圖。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)1）氣源(氣壓發(fā)生裝置)空氣壓縮機是氣源的核心設備，它將原動機輸出的機械能轉換成空氣的壓力能。選擇空氣壓縮機的主要性能指標是工作壓力和額定排氣量均應大于氣動系統(tǒng)的工作壓力和所需的自由空氣消耗量。2）氣缸氣缸是應用最廣泛的氣動執(zhí)行元件，它將空氣的壓力能轉換為機械能，以此驅動負載運動。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)3）氣馬達氣馬達有葉片式轉動馬達、葉片式擺動馬達、活塞式氣馬達等類型。4）控制閥氣壓傳動的控制元件主要是控制閥。氣壓閥與液壓閥類似，也主要分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。其中，壓力控制閥又分為調壓閥、減壓閥、溢流閥和順序閥等。5）氣動輔助元件氣動輔助元件主要有空氣濾清器、油霧器、消聲器等?？諝鉃V清器用于凈化氣動系統(tǒng)中的空氣，油霧器用于對氣動系統(tǒng)潤滑，而消聲器用于降低氣動系統(tǒng)的噪聲。4.5.3液壓與氣動系統(tǒng)

6）氣動裝置數(shù)控機床的氣動裝置主要用于刀具檢測、主軸孔切屑的清理、卡盤吹氣以及自動門開關等，它由外接氣源與回路的各元件組成。4.5.4潤滑系統(tǒng)1）機床潤滑系統(tǒng)的特點機床潤滑系統(tǒng)在機床整機中占有十分重要的位置，其設計、調試和維修保養(yǎng)，對于提高機床加工精度、延長機床使用壽命等都有闐十分重要的作用?，F(xiàn)代機床導軌、絲桿等滑動副的潤滑，基本上都是采用集中潤滑系統(tǒng)。2）機床潤滑系統(tǒng)的分類遞進式潤滑系統(tǒng)；單線組尼式潤滑系統(tǒng)；容積式潤滑系統(tǒng)4.5.5冷卻系統(tǒng)數(shù)控機床的冷卻系統(tǒng)主要用于在切削過程中冷卻刀具與工件，同時也起到沖屑作用。為達到好的冷卻效果，冷卻泵打出的切削液通過刀具或主軸前的噴嘴直接沖向刀具與工件的切削發(fā)熱處。4.5.6排屑裝置1）排屑裝置在數(shù)控機床上的作用排屑裝置的主要工作是收集機床產生的各種金屬和非金屬廢屑，并將廢屑傳輸?shù)绞占嚿系臋C器?？梢耘c過濾水箱配合用，將各種冷卻液回收利用。使切屑落入排屑裝置的常用方法：斜置床面，利用重力原理使切屑自動的掉入排屑槽中；利用大量冷卻液沖刷，強迫切屑進入排屑區(qū)；利用壓縮空氣吹掃，使切屑掉入排屑槽中。4.5.6排屑裝置1）平板鏈式排屑裝置該裝置以滾動鏈輪牽引鋼制平板鏈帶在封閉箱中運轉,加工中的切屑落到鏈帶上，經過提升廢屑中的世削液分離出來，切屑排出機床，落入存屑箱。這種裝置能排除各種形狀的切屑，適應性強，各類機床都能采用。在車床上使用時多與機床切削液箱全為一體，以簡化機床結構。2刮板式排悄裝置該裝置傳動原理與平板鏈式的基本相同，只是鏈板不同，它帶有刮板鏈板。這種裝置常用于輸送各種材料的短小切屑，排屑能力較強；因其負載大，故需采用較大功率的驅動電動機。4.5.6排屑裝置3）螺旋式排屑裝置該裝置是采用電動機經減速裝置驅動安裝在溝槽中的一根長螺旋桿進行驅動的。螺旋桿轉動時，溝槽中的切屑即由螺旋桿推動連續(xù)向前運動，最終排入切屑收集箱。螺旋桿有兩種形式，一種是用扁形鋼條卷成螺旋彈簧狀，另一種是在軸上焊上螺旋形鋼板。這種裝置占據(jù)空間小，適于安裝在機床與立柱與立柱間空隙狹小的位置上。螺旋式排屑結構簡單，排屑性能良好，但只適合沿水平或小角度傾斜、提升或轉向排屑。4)磁性板式排屑裝置5)磁性輥式排屑裝置4.5.6排屑裝置常見的幾種排屑裝置：4.5.7過載保護、超程限位和回機床參考點裝置數(shù)控機床過載保護是指機床拖動電動機的過載保護。當機床發(fā)生過載(如機械傳動部分卡堵，切削進給量過大)時拖動電動機的定子電流將會增大，造成電動機異常發(fā)熱，若這種情況持