《機(jī)床數(shù)控技術(shù)應(yīng)用》課件第6章

6.1概述

6.2數(shù)控機(jī)床的主軸部件

6.3數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)

6.4數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置

6.5數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)第6章數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

1.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要組成

由于數(shù)控機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和CNC技術(shù)的發(fā)展，以及為適應(yīng)高效率生產(chǎn)的需要，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)從初期對(duì)通用機(jī)床局部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，逐步發(fā)展到形成數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)。6.1概述數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由下列各部分組成：

(1)機(jī)床基礎(chǔ)部件，又稱為機(jī)床大件，通常是指床身、底座、立柱、橫梁、滑座和工作臺(tái)等。

(2)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。

(3)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)。

(4)實(shí)現(xiàn)某些部件動(dòng)作的輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動(dòng)、潤滑、冷卻等系統(tǒng)和排屑、防護(hù)等裝置。

(5)刀架或自動(dòng)換刀(ATC)。

(6)工件實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、定位裝置和附件，如數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

(7)特殊功能裝置，如刀具破損監(jiān)控、精度檢測(cè)和監(jiān)控裝置。

(8)各種反饋裝置和元件。

2.數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)

為了保證高精度、高效率的加工，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

(1)高剛度。

由于數(shù)控機(jī)床經(jīng)常在高速和連續(xù)重載切削條件下工作，因此要求機(jī)床的床身、主軸、立柱、工作臺(tái)和刀架等主要部件具有很高的剛度，工作中應(yīng)無變形和振動(dòng)。例如，床身應(yīng)合理布置加強(qiáng)肋，以承受重載與重切削力；工作臺(tái)與溜板應(yīng)具有足夠的剛度，能承受工件重量，并使工作平穩(wěn)；主軸在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)能承受較大的徑向扭矩和軸向推力；立柱在床身上移動(dòng)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，且能承受大的切削力；刀架在切削加工中應(yīng)十分平穩(wěn)而無振動(dòng)。

(2)高靈敏性。

數(shù)控機(jī)床在加工過程中，要求精度比通用機(jī)床高，因而運(yùn)動(dòng)部件應(yīng)具有高靈敏度。導(dǎo)軌部件通常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌等，以減少摩擦力，并使低速運(yùn)動(dòng)時(shí)無爬行現(xiàn)象。由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)滾珠絲杠或靜壓絲杠帶動(dòng)數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)、刀架等部件的移動(dòng)，主軸既要在高剛度、高速下回轉(zhuǎn)，又要具有高靈敏性，因而多數(shù)采用滾動(dòng)軸承或靜壓軸承。

(3)高抗震性。

數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，除了應(yīng)具有高剛度、高靈敏度外，還應(yīng)具有高抗振性，在高速重載下應(yīng)無振動(dòng)，以保證加工工件的高精度和高表面質(zhì)量。

(4)熱變形小。

機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、刀架等運(yùn)動(dòng)部件，在運(yùn)動(dòng)中常易產(chǎn)生熱量，為保證數(shù)控機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)精度，要求機(jī)床的主軸、工作臺(tái)、刀架等運(yùn)動(dòng)部件的發(fā)熱量要小，以防止產(chǎn)生熱變形。為此，立柱一般采用雙臂框式結(jié)構(gòu)，在提高剛度的同時(shí)使零件結(jié)構(gòu)對(duì)稱，防止因熱變形而產(chǎn)生傾斜偏移。通常采用恒溫冷卻裝置，減少主軸軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的熱量。為減少電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱的影響，在電動(dòng)機(jī)上安裝有散熱裝置和熱管消熱裝置。

(5)高精度保持性。

在高速、強(qiáng)力切削下滿載工作時(shí)，為保證機(jī)床長期具有穩(wěn)定的加工精度，要求數(shù)控機(jī)床具有較高的精度保持性。除了應(yīng)正確選擇有關(guān)零件的材料，以防止使用中的變形和快速磨損外，還要求采取一些工藝性措施，如淬火、磨削導(dǎo)軌、粘貼抗磨塑料導(dǎo)軌等，以提高運(yùn)動(dòng)部件的耐磨性。

(6)高可靠性。

數(shù)控機(jī)床應(yīng)能在高負(fù)荷下長時(shí)間無故障地連續(xù)工作，因而對(duì)機(jī)床部件和控制系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求。柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)控機(jī)床可在24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)中實(shí)現(xiàn)無人管理，可靠性顯得更為重要。因此除保證運(yùn)動(dòng)部件不出故障外，頻繁動(dòng)作的刀庫、換刀機(jī)構(gòu)、托盤、工件交換裝置等部件，必須保證能長期而可靠的工作。

(7)工藝復(fù)合化和功能集成化。

所謂“工藝復(fù)合化”，簡(jiǎn)單地說，就是“一次裝夾、多工序加工”?！肮δ芗苫敝饕侵笖?shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)和自動(dòng)托盤交換裝置的功能集成化。隨著數(shù)控機(jī)床向柔性化和無人化發(fā)展，功能集成化的水平更高地體現(xiàn)在工件自動(dòng)定位、機(jī)內(nèi)對(duì)刀、刀具破損監(jiān)控、機(jī)床與工件精度檢測(cè)和補(bǔ)償?shù)裙δ苌稀，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)是高精度、高效率、高自動(dòng)化程度以及智能化、網(wǎng)絡(luò)化。由于生產(chǎn)率發(fā)展的需要，數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，兩者相互促進(jìn)，相互推動(dòng)，發(fā)展了不少不同于普通機(jī)床的、完全新穎的機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件。

6.2.1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)包括主軸電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和主軸組件。與普通機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)相比，數(shù)控機(jī)床在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，這是因?yàn)槠渥兯俟δ苋炕虼蟛糠钟芍鬏S電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速來承擔(dān)，省去了繁雜的齒輪變速機(jī)構(gòu)，有些只有二級(jí)或三級(jí)齒輪變速系統(tǒng)用以擴(kuò)大電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速的范圍。6.2數(shù)控機(jī)床的主軸部件

1．對(duì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

(1)調(diào)速范圍。各種不同的車床對(duì)調(diào)速范圍的要求不同。多用途、通用性大的機(jī)床要求主軸的調(diào)速范圍大，不但有低速大轉(zhuǎn)矩功能，而且還要有較高的速度，如車削加工中心。

(2)熱變形。電動(dòng)機(jī)、主軸及傳動(dòng)件都是熱源。低溫升、小的熱變形是對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)要求的重要指標(biāo)。

(3)主軸的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度。主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)條件下測(cè)量主軸前端和300mm處的徑向和軸向跳動(dòng)值。主軸在工作速度旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量上述兩項(xiàng)精度稱為運(yùn)動(dòng)精度。數(shù)控車床要求有高的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)精度。

(4)主軸的靜剛度和抗震性。由于數(shù)控機(jī)床加工精度較高，主軸的轉(zhuǎn)速又很高，因此對(duì)主軸的靜剛度和抗震性要求較高。主軸的軸徑尺寸、軸承類型及配置方式，軸承預(yù)緊量大小，主軸組件的質(zhì)量分布是否均勻及主軸組件的阻尼等對(duì)主軸組件的靜剛度和抗震性都會(huì)產(chǎn)生影響。

(5)主軸組件的耐磨性。主軸組件必須具有足夠的耐磨性，使之能夠長期保持精度。凡有機(jī)械摩擦的部件，如軸承、錐孔等都應(yīng)有足夠高的硬度，軸承處還應(yīng)有良好的潤滑。

2．?dāng)?shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)配置方式

數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求具有較寬的調(diào)速范圍，以保證在加工時(shí)能選用合理的切削用量，并獲得最佳的表面加工質(zhì)量、精度和生產(chǎn)率。數(shù)控機(jī)床的調(diào)速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作要求。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，目前多采用交流主軸電動(dòng)機(jī)和直流主軸電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，為擴(kuò)大調(diào)速范圍，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩的要求，也經(jīng)常采用齒輪有級(jí)調(diào)速和電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速相結(jié)合的調(diào)速方式。

數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有四種配置方式，如圖6-1所示。

圖6-1數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的四種配置方式(a)齒輪變速;(b)帶傳動(dòng);(c)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng);(d)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

(1)帶有變速齒輪的主傳動(dòng)(見圖6-1(a))。這是大中型數(shù)控機(jī)床較常采用的配置方式，通過少數(shù)幾對(duì)齒輪傳動(dòng)，擴(kuò)大變速范圍。當(dāng)需擴(kuò)大這個(gè)調(diào)速范圍時(shí)常用變速齒數(shù)的辦法來擴(kuò)大調(diào)速范圍，滑動(dòng)齒輪的移位大都采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來實(shí)現(xiàn)。

(2)通過帶傳動(dòng)的主傳動(dòng)(見圖6-1(b))。這種傳動(dòng)主要用在轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)本身的調(diào)速就能夠滿足要求，不用齒輪變速，可以避免由齒輪傳動(dòng)時(shí)所引起的振動(dòng)和噪聲。它適用于對(duì)高速、低轉(zhuǎn)矩特性有要求的主軸。常用的傳動(dòng)帶是同步齒形帶。

(3)用兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)主軸(見圖6-1(c))。這是上述兩種方式的混合傳動(dòng)，具有上述兩種性能，高速時(shí)由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)；低速時(shí)，由另一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過齒輪傳動(dòng)，齒輪起到降速和擴(kuò)大變速范圍的作用，這樣就使恒功率區(qū)增大，擴(kuò)大了變速范圍，避免了低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠且電動(dòng)機(jī)功率不能充分利用的問題。但兩個(gè)電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)工作，這也是一種浪費(fèi)。

(4)內(nèi)裝電動(dòng)機(jī)主軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(見圖6-1(d))。該結(jié)構(gòu)中主軸和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝到一起，省去了電動(dòng)機(jī)和主軸的傳動(dòng)件，主軸只承受扭矩而沒有彎矩。它用于變速范圍不大的高速主軸，但電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸的影響較大，需專門有一套主軸冷卻裝置冷卻。6.2.2主軸部件

主軸是機(jī)床的重要部件，其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性已成為衡量機(jī)床水平的標(biāo)志之一。因此，合理地選擇主軸結(jié)構(gòu)十分重要。數(shù)控機(jī)床的主軸部件一般包括主軸、主軸軸承和傳動(dòng)件等。對(duì)于加工中心，主軸部件還包括刀具自動(dòng)夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和主軸裝刀孔吹凈裝置。

1．主軸軸承的配置形式

數(shù)控機(jī)床主軸軸承主要有以下幾種配置形式：

(1)前支承采用雙列短圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承，后支承采用向心推力球軸承，如圖6-2(a)所示。這種配置形式的主軸剛性好，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，廣泛應(yīng)用于各類數(shù)控機(jī)床的主軸。

圖6-2數(shù)控機(jī)床主軸軸承配置形式(a)前支承采用60°角接觸雙列向心推力球軸承;

(b)前支承采用高精度雙列向心推力球軸承;(c)前支承采用雙列圓錐滾子軸承

(2)前支承采用高精度雙列向心推力球軸承，如圖6-2(b)所示。該種配置形式的承載能力小，適應(yīng)于高速、輕載和精密的數(shù)控機(jī)床主軸。

(3)前支承采用雙列圓錐滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承，如圖6-2(c)所示。這種配置的承載能力強(qiáng)，安裝和調(diào)整方便，但主軸的轉(zhuǎn)速不能太高，適用于中等精度、低速和重載的數(shù)控機(jī)床。在主軸的結(jié)構(gòu)上必須處理好卡盤或刀具的安裝、主軸的卸荷、主軸軸承的定位、間隙調(diào)整、

主軸部件的潤滑和密封等問題，對(duì)于某些立式數(shù)控加工中心，還必須處理好主軸部件的平衡問題。

對(duì)于數(shù)控鏜銑床主軸，主軸上還必須設(shè)計(jì)刀具裝卸、主軸準(zhǔn)停和主軸孔內(nèi)的切屑清除裝置。

2．主軸端部的結(jié)構(gòu)形狀

主軸端部是指主軸前端，它的形狀取決于機(jī)床的類型、安裝夾具或刀具的形式，

并應(yīng)保證夾具或刀具安裝可靠，裝卸方便，具有較高的定位精度和連接剛度，同時(shí)也能傳遞足夠的扭矩。軸端結(jié)構(gòu)應(yīng)使懸伸長度盡量短，以便于提高主軸剛度。由于刀具、卡盤或夾具已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，機(jī)床的主軸端部結(jié)構(gòu)形狀和尺寸也已標(biāo)準(zhǔn)化。圖6-3給出了機(jī)床常用的主軸端部結(jié)構(gòu)。圖中，(a)為車床主軸端部，卡盤靠前端的短圓錐面和凸緣端面定位，用拔銷傳遞扭矩，卡盤裝有固定螺栓，卡盤裝于主軸端部時(shí)，螺栓從凸緣上的孔中穿過，轉(zhuǎn)動(dòng)快卸卡板將數(shù)個(gè)螺栓同時(shí)卡住，再擰緊螺母將卡盤固牢在主軸端部。主軸為空心前端有莫氏錐度孔，用以安裝頂尖或心軸；(b)為銑、鏜類機(jī)床的主軸端部，銑刀或刀桿在前端7∶24的錐孔內(nèi)定位，并用拉桿從主軸后端拉緊，而且由前端的端面鍵傳遞扭矩;(c)為外圓磨床砂輪主軸的端部;(d)為內(nèi)圓磨床砂輪主軸端部;(e)為鉆床與普通鏜床主軸端部，刀桿或刀具由莫氏錐孔定位，用錐孔后端第一扁孔傳遞扭矩，第二個(gè)扁孔用以拆卸刀具。但在數(shù)控鏜床上要使用(b)的形式，因?yàn)椋?∶24的錐孔沒有自鎖作用，便于自動(dòng)換刀時(shí)拔出刀具。

圖6-3常用的主軸軸端結(jié)構(gòu)

3．主軸的準(zhǔn)停裝置

主軸準(zhǔn)停功能又稱為主軸定位功能，即當(dāng)主軸停止時(shí)，控制其停于固定位置，這是自動(dòng)換刀所必需的功能。在自動(dòng)換刀的鏜銑加工中心上，切削的轉(zhuǎn)矩通常是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位于圓周上特定角度的功能，如圖6-4所示。當(dāng)加工階梯孔或精鏜孔后退刀時(shí)，為防止刀具與小階梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面必須先讓刀，再退刀，而要讓刀刀具必須具有準(zhǔn)停功能，如圖6-5所示。

主軸準(zhǔn)停功能分為機(jī)械準(zhǔn)停和電氣準(zhǔn)停。

圖6-4主軸準(zhǔn)停換刀示意圖圖6-5主軸準(zhǔn)停鏜背孔示意圖

6.3.1數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)承擔(dān)了數(shù)控機(jī)床各直線坐標(biāo)軸、回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的定位和切削進(jìn)給。無論是點(diǎn)位控制、直線控制還是輪廓控制，進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性直接影響被加工工件的最后輪廓精度和加工精度。為此，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足下列要求：6.3數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)

(1)傳動(dòng)精度高。

從機(jī)械結(jié)構(gòu)方面考慮，進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度主要取決于傳動(dòng)間隙和傳動(dòng)件的精度。傳動(dòng)間隙主要來自于傳動(dòng)齒輪副、絲杠螺母副之間，因此進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中廣泛采用施加預(yù)緊力或其他消除間隙的措施?？s短傳動(dòng)鏈及采用高精度的傳動(dòng)裝置，也可提高傳動(dòng)精度。

(2)摩擦阻力小。

為了提高數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能，必須減小運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦阻力和動(dòng)、靜摩擦力之差。欲滿足上述要求，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副，滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌和塑料導(dǎo)軌。

(3)運(yùn)動(dòng)部件慣量小。

運(yùn)動(dòng)部件的慣量對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)和制動(dòng)特性都有影響。因此，在滿足部件強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、減小旋轉(zhuǎn)零件的直徑，以降低其慣量。6.3.2導(dǎo)軌

機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)之一，也是機(jī)床的重要部件之一。機(jī)床加工精度和使用壽命在很大程度上取決于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌則有更高的要求。如在高速進(jìn)給時(shí)不振動(dòng)，低速進(jìn)給時(shí)不爬行，具有很高的靈敏度，能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性要高，精度保持性要好等。目前，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床使用的導(dǎo)軌，從類型上仍分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌三種，但在材料和結(jié)構(gòu)上已發(fā)生了質(zhì)的變化，不同于普通機(jī)床的導(dǎo)軌。

1．滑動(dòng)導(dǎo)軌

1)滑動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)

圖6-6為滑動(dòng)導(dǎo)軌的常見截面形狀，主要有矩形、三角形、燕尾槽形和圓柱形。矩形導(dǎo)軌(見圖6-6(a))承載能力大、制造簡(jiǎn)單，水平和垂直方向上的位置精度互不相關(guān)，側(cè)面間隙不能自動(dòng)補(bǔ)償，必須設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。三角形導(dǎo)軌(見圖6-6(b))的三角形截面有兩個(gè)導(dǎo)向面，同時(shí)控制垂直方向和水平方向的導(dǎo)向精度。這種導(dǎo)軌在載荷的作用下能自行補(bǔ)償而消除間隙，其導(dǎo)向精度較其他導(dǎo)軌高。燕尾槽形導(dǎo)軌(見圖6-6(c))的高度值最小，能承受顛覆力矩，其摩擦阻力也較大。圓柱形導(dǎo)軌(見圖6-6(d))制造容易，磨損后調(diào)整間隙較困難。以上截面形狀的導(dǎo)軌有凸形和凹形兩類。凹形導(dǎo)軌容易存油，但也容易積存切削和塵粒，因此適用于防護(hù)良好的環(huán)境。凸形導(dǎo)軌需要良好的潤滑條件。

圖6-6滑動(dòng)導(dǎo)軌截面形狀(a)矩形；(b)三角形；(c)燕尾槽形；(d)圓柱形直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組成，不同的組合形式可滿足各類機(jī)床的工作要求。數(shù)控機(jī)床上，滑動(dòng)導(dǎo)軌的形狀主要為三角形矩形式和矩形矩形式，只有少部分結(jié)構(gòu)采用燕尾槽式。

2)滑動(dòng)導(dǎo)軌的材料

傳統(tǒng)的鑄鐵—鑄鐵滑動(dòng)導(dǎo)軌，除經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床外，在其他數(shù)控機(jī)床上已不采用，取而代之的是鑄鐵—塑料或鑲鋼—塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌具有剛度好，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差值小，在油潤滑狀態(tài)下其摩擦系數(shù)約為0.06，無爬行，減振性好等特點(diǎn)，其形式主要有塑料導(dǎo)軌板和塑料導(dǎo)軌軟帶兩種。軟帶是以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)而成的。軟帶應(yīng)粘貼在機(jī)床導(dǎo)軌副的短導(dǎo)軌面上。由于塑料導(dǎo)軌軟帶較軟，容易被硬物刮傷，

因此應(yīng)用時(shí)要有良好的密封防護(hù)措施。

2．滾動(dòng)導(dǎo)軌

滾動(dòng)導(dǎo)軌具有摩擦系數(shù)低(一般是0.003左右)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差小，幾乎不受運(yùn)動(dòng)速度變化的影響，定位精度和靈敏度高，精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)；但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗震性比滑動(dòng)導(dǎo)軌差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)雜物也較為敏感，需要良好的防護(hù)。數(shù)控機(jī)床常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌有兩種:單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。

1)單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌

圖6-7是單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)。這種滾動(dòng)導(dǎo)軌由導(dǎo)軌體、滑塊、滾珠、保持器、端蓋等組成。當(dāng)滑塊沿軌道移動(dòng)時(shí)，滾珠在軌道和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動(dòng)，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從負(fù)荷區(qū)移到非負(fù)荷區(qū)，然后繼續(xù)滾動(dòng)回到負(fù)荷區(qū)，不斷地循環(huán)，從而把導(dǎo)軌體和滑塊之間的移動(dòng)變成了滾珠的滾動(dòng)。為防止灰塵和臟物進(jìn)入導(dǎo)軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊?；瑝K上還有潤滑油注油杯。

圖6-7單元式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

2)滾動(dòng)導(dǎo)軌塊

滾動(dòng)導(dǎo)軌塊用滾動(dòng)體進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)，滾動(dòng)體為滾珠或滾柱，承載能力和剛度都比直線滾動(dòng)導(dǎo)軌高，但摩擦系數(shù)略大，多用于中等負(fù)荷導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌塊由專業(yè)廠家生產(chǎn)，有各種規(guī)格、形式供用戶選用。圖6-8為滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6-8滾動(dòng)導(dǎo)軌塊結(jié)構(gòu)

3．液體靜壓導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面間通入壓力油，使運(yùn)動(dòng)件浮起。工作過程中，導(dǎo)軌面上的油腔中的油壓能隨著外加負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，以平衡外加負(fù)載，保證導(dǎo)軌面間始終處于純液體摩擦狀態(tài)。

靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)極小，約為0.0005，功率消耗少。由于導(dǎo)軌工作在液體摩擦狀態(tài)，故導(dǎo)軌不會(huì)磨損，因而導(dǎo)軌的精度保持性好，壽命長。油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好，導(dǎo)軌運(yùn)行平穩(wěn)，既無爬行，也不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并需要一套過濾精度高的液壓裝置，制造成本較高。

目前，靜壓導(dǎo)軌較多地應(yīng)用在大型、重型數(shù)控機(jī)床上。6.3.3傳動(dòng)齒輪間隙消除機(jī)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中的減速齒輪，除了本身要求很高的運(yùn)動(dòng)精度和工作平穩(wěn)性以外，還需盡可能消除傳動(dòng)副間的傳動(dòng)間隙。否則，齒側(cè)間隙會(huì)造成進(jìn)給系統(tǒng)每次反向運(yùn)動(dòng)滯后于指令信號(hào)，丟失指令脈沖并產(chǎn)生反向死區(qū)，對(duì)于加工精度影響很大。因此必須采用各種方法減小或消除齒輪傳動(dòng)間隙。

1．直齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的消除

1)偏心套調(diào)整法

圖6-9是偏心軸套式消除傳動(dòng)間隙結(jié)構(gòu)。電機(jī)1通過偏心套2安裝在殼體上。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套2使電機(jī)中心軸線的位置向上，而從動(dòng)齒輪軸線位置固定不變，所以兩嚙合齒輪的中心距減小，從而消除了齒側(cè)間隙。

2)墊片調(diào)整法

圖6-10是用軸向墊片來消除間隙的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)嚙合著的齒輪1和2的節(jié)圓直徑沿齒寬方向制成略帶錐度形式，使其齒厚沿軸線方向逐漸變厚。裝配時(shí)，兩齒輪按齒厚相反變化走向嚙合。改變調(diào)整墊片3的厚度，使兩齒輪沿軸線方向產(chǎn)生相對(duì)位移，從而消除間隙。

圖6-9偏心套調(diào)整圖圖6-10軸向墊片調(diào)整上述兩種方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能傳遞較大的動(dòng)力，但齒輪磨損后不能自動(dòng)消除間隙。

圖6-11雙片薄齒輪錯(cuò)齒消除間隙結(jié)構(gòu)

3)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法

圖6-11為雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。在一對(duì)嚙合的齒輪中，其中一個(gè)是寬齒輪(圖中未示出)，另一個(gè)由兩薄片齒輪組成。薄片齒輪1和2上各開有周向圓弧槽，并在兩齒輪的槽內(nèi)各壓配有安裝彈簧4的短圓柱3。在彈簧4的作用下使齒輪1和2錯(cuò)位，分別與寬齒輪的齒槽左右側(cè)貼緊，從而消除了齒側(cè)間隙，但彈簧4的張力必須足以克服驅(qū)動(dòng)扭矩。由于齒輪1和2的軸向圓弧槽及彈簧的尺寸都不能太大，故這種結(jié)構(gòu)不宜傳遞扭矩，僅用于讀數(shù)裝置。

2．斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)間隙的消除

1)墊片調(diào)整法

如圖6-12所示，寬齒輪同時(shí)與兩個(gè)相同齒數(shù)的薄片斜齒輪嚙合，薄片斜齒輪通過平鍵與軸連接，相互間不能轉(zhuǎn)動(dòng)。通過調(diào)整薄片斜齒輪之間墊片的厚度，然后擰緊螺母，使它們的螺旋齒產(chǎn)生錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒槽左右兩齒面貼緊消除齒側(cè)間隙。

2)軸向壓簧調(diào)整法

圖6-13為軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法，原理同1)，其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，達(dá)到無間隙傳動(dòng)，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。

圖6-12墊片調(diào)整間隙法圖6-13軸向壓簧調(diào)整間隙法

3．圓錐齒輪傳動(dòng)間隙的消除

錐齒輪傳動(dòng)間隙可以采用軸向壓簧調(diào)整法消除，如圖6-14所示，兩個(gè)錐齒輪相互嚙合。

在其中一個(gè)錐齒輪的傳動(dòng)軸上裝有壓簧，調(diào)整螺母可改變壓簧的彈力。錐齒輪在彈力的作用下沿軸向移動(dòng)，從而達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。

圖6-14軸向壓簧消除間隙結(jié)構(gòu)6.3.4滾珠絲杠螺母副

1．滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)和工作原理

滾珠絲杠螺母副是實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置。圖6-15是滾珠絲杠傳動(dòng)原理圖，其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當(dāng)把它們套裝在一起時(shí)形成螺旋通道，并且滾道內(nèi)填滿滾珠。

當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動(dòng)，按照滾珠返回的方式不同可以分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式兩種。內(nèi)循環(huán)式(見圖6-15(a))帶有反向器，返回的滾珠經(jīng)過反向器和絲杠外圓返回。外循環(huán)式(見圖6-15(b))的螺母旋轉(zhuǎn)槽的兩端由回珠管連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以做周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。

圖6-15滾珠絲杠傳動(dòng)原理圖(a)內(nèi)循環(huán)方式；(b)外循環(huán)方式滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列。每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈。外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈、3.5圈等幾種，剩下的半圈作回珠用。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副的每個(gè)螺母有1列2.5圈、1列3.5圈、2列1.5圈、2列2.5圈，種類很多。

在傳動(dòng)時(shí)，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動(dòng)摩擦，所以具有下述特點(diǎn)：摩擦損失小，傳動(dòng)效率高，滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率可達(dá)92%～96%，是普通絲杠傳動(dòng)的3～4倍；傳動(dòng)靈敏，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)無爬行，滾珠絲杠螺母副滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動(dòng)摩擦，其動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相等，并且很小，移動(dòng)精度和定位精度高；使用壽命長；軸向剛度高，滾珠絲杠螺母副可以完全消除間隙傳動(dòng)，并可預(yù)緊，因此具有較高的軸向剛度；具有傳動(dòng)的可逆性，既可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，也可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；不能實(shí)現(xiàn)自鎖，當(dāng)用于垂直位置時(shí)，必須加有制動(dòng)裝置；制造工藝復(fù)雜，成本高。

2．滾珠絲杠螺母副間隙的調(diào)整方法

滾珠絲杠的傳動(dòng)間隙是軸向間隙。為了保證反向傳動(dòng)精度和軸向剛度，必須消除軸向間隙。消除間隙的方法常采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個(gè)螺母的相對(duì)軸向位移，使兩個(gè)滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上。用這種方法預(yù)緊消除軸向間隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力不宜過大，預(yù)緊力過大會(huì)使空載力矩增加，從而降低傳動(dòng)效率，縮短使用壽命。

此外還要消除絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙。

常用的雙螺母絲杠消除間隙的方法有以下幾種。

1)墊片調(diào)整間隙法

如圖6-16-所示，調(diào)整墊片厚度使左、右兩螺母產(chǎn)生方向相反的位移，并使兩個(gè)螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個(gè)相反的側(cè)面上，即可消除間隙和產(chǎn)生預(yù)緊力。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好，但調(diào)整不便，滾道有磨損時(shí)不能隨時(shí)消除間隙和進(jìn)行預(yù)緊。

2)螺紋調(diào)整間隙法

如圖6-17所示，左、右螺母和螺母座上加工有鍵槽，采用平鍵連接，使螺母在螺母座內(nèi)可以軸向滑移而不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整時(shí)，只要擰動(dòng)圓螺母使螺母沿軸向移動(dòng)一定距離，就可以改變兩螺母的間距，即可消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力。調(diào)整完畢后，用圓螺母將其鎖緊，可以防止在工作中螺母松動(dòng)。這種調(diào)整方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)整預(yù)緊量不能控制。

圖6-16墊片調(diào)整間隙法圖6-17螺紋調(diào)整間隙法

3)齒差調(diào)整間隙法

1—左齒；2—右齒；

3—左螺母端面；4—右螺母端面

圖6-18齒差調(diào)隙式如圖6-18所示，在左、右兩個(gè)螺母的凸緣上各加工有圓柱外齒輪，分別與左右內(nèi)齒圈相嚙合，兩內(nèi)齒圈分別緊固在螺母座的左、右端面上，所以左、右螺母不能轉(zhuǎn)動(dòng)。兩螺母凸緣齒輪的齒數(shù)不相等，相差一個(gè)齒。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒圈，讓兩個(gè)螺母相對(duì)于螺母座同方向都轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒，然后再插入內(nèi)齒圈并緊固在螺母座上，則兩個(gè)螺母便產(chǎn)生相對(duì)角位移，使兩螺母軸向間距改變，實(shí)現(xiàn)消除間隙和預(yù)緊。這種調(diào)整方法能精確調(diào)整預(yù)緊量，調(diào)整方便、可靠，但結(jié)構(gòu)尺寸較大，多用于高精度的傳動(dòng)。

數(shù)控機(jī)床為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，壓縮非切削時(shí)間，已逐步發(fā)展為在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾完成多任務(wù)工序或全部工序的加工。為完成對(duì)工件的多任務(wù)、多工序加工而設(shè)置的存儲(chǔ)及更換刀具的裝置稱為自動(dòng)換刀裝置(AutomaticToolChanger，ATC)，它是加工中心上必不可少的部分。6.4數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置為了相應(yīng)降低整機(jī)的價(jià)格，用戶應(yīng)在滿足使用條件的前提下，盡量選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和可靠性高的ATC。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求：刀具換刀時(shí)間短且換刀可靠、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)存量、刀庫占地面積小。6.4.1自動(dòng)換刀裝置的形式

根據(jù)數(shù)控機(jī)床的形式、工藝范圍不同，自動(dòng)換刀裝置的形式也不同，主要有以下幾種。

1．回轉(zhuǎn)刀架自動(dòng)換刀裝置

數(shù)控機(jī)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。根據(jù)不同的適用對(duì)象，刀架可設(shè)計(jì)為四方形、六角形或其他形式。回轉(zhuǎn)刀架可分別安裝四把、六把以及更多的刀具，并按數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖指令回轉(zhuǎn)、換刀。圖6-19為CK7815型數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，其工作原理如下：當(dāng)電動(dòng)機(jī)11通電時(shí)，尾部的電磁制動(dòng)器在30ms以后松開，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪10、9、8帶動(dòng)蝸桿7旋轉(zhuǎn)，從而使蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸輪內(nèi)孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。這時(shí)軸6不能回轉(zhuǎn)，當(dāng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得軸6沿軸向向左移動(dòng)，因?yàn)榈都?與軸6、活動(dòng)鼠牙盤2是固定在一起的，所以刀盤和鼠牙盤也向左移動(dòng)，鼠牙盤2和3脫開。在軸6上有兩個(gè)對(duì)稱槽，內(nèi)裝滑塊4，在鼠牙盤脫開后，蝸輪轉(zhuǎn)到一定角度與蝸輪固定在一起的圓盤14上的凸起便碰到滑塊4，蝸輪便通過14上的凸塊帶動(dòng)滑塊4，連同軸6、刀盤一起進(jìn)行轉(zhuǎn)位。當(dāng)轉(zhuǎn)到要求位置之后，刷形選位器發(fā)出信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，圓盤14上的凸塊與滑塊脫離，不再帶動(dòng)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪與軸6上的螺紋使軸6右移，鼠牙盤2、3結(jié)合定位，電磁制動(dòng)器通電，維持電動(dòng)機(jī)軸上的反轉(zhuǎn)力矩，以保證鼠牙盤之間有一定的壓緊力。最后電動(dòng)機(jī)斷電，同時(shí)軸6右端的小軸13壓下微動(dòng)開關(guān)12，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。刀架的選位由刷形選位器進(jìn)行選位。松開、夾緊位置檢測(cè)則由微動(dòng)開關(guān)12實(shí)行。

整個(gè)刀架是一個(gè)純電器系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

圖6-19數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架

2．轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置

在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床中，轉(zhuǎn)塔刀具上裝有主軸頭。主軸頭通常有臥式和立式兩種，常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。它是一種比較簡(jiǎn)單的換刀方式，各個(gè)主軸頭上預(yù)先裝有各工序加工所需要的旋轉(zhuǎn)刀具，當(dāng)收到換刀指令時(shí)，各主軸頭依次轉(zhuǎn)到加工位置，

并接通主運(yùn)動(dòng)使相應(yīng)的主軸帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，而其他處于不加工位置上的主軸都與主運(yùn)動(dòng)脫開，如圖6-20所示為轉(zhuǎn)塔頭式自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，它有裝八把刀具且繞水平軸轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀裝置。轉(zhuǎn)塔式換刀裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是省去了自動(dòng)松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作，從而減少了換刀時(shí)間，提高了換刀的可靠性。但是，由于結(jié)構(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸部件的剛性差且主軸的數(shù)目不可能太多。因此，它通常只適用于工序較少、精度要求不太高的數(shù)控鉆床。

圖6-20轉(zhuǎn)塔頭式自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床

3．帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置

帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)由刀庫和刀具換刀機(jī)構(gòu)組成。目前，大量使用的是帶有刀庫的自動(dòng)換刀裝置，與轉(zhuǎn)塔式換刀裝置不同，由于有了刀庫，加工中心只需要一個(gè)夾持刀具進(jìn)行切削的主軸。另外，刀庫可以存放數(shù)量很多的刀具，可進(jìn)行復(fù)雜零件的多任務(wù)工序加工，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。這種帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控鉆床、加工中心等機(jī)床。在刀庫式自動(dòng)換刀裝置中，為了傳遞刀庫與機(jī)床主軸之間的刀具并實(shí)現(xiàn)刀具裝卸的裝置稱為刀具的交換裝置。刀具的交換方式通常分為兩種：機(jī)械手交換刀具和由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的工作效率和可靠性。

1)無機(jī)械手交換刀具方式

無機(jī)械手的換刀系統(tǒng)一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運(yùn)動(dòng)到的位置，同時(shí)，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時(shí)，由主軸運(yùn)動(dòng)到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。圖6-21是一種臥式加工中心無機(jī)械手換刀系統(tǒng)的換刀過程。

圖6-21無機(jī)械手換刀過程(a)主軸定位；(b)松開刀具夾緊裝置；(c)拔出刀具；(d)轉(zhuǎn)位、清潔；(e)夾緊刀具；(f)主軸回原位

(1)如圖6-21(a)所示，主軸準(zhǔn)確定位，主軸箱上升。

(2)如圖6-21(b)所示，當(dāng)主軸箱上升到頂部換刀位置時(shí)，刀具進(jìn)入刀庫的交換位置并固定，主軸上的刀具自動(dòng)夾緊裝置松開。

(3)如圖6-21(c)所示，刀庫前移從主軸孔中將需要更換的刀具拔出來。

(4)如圖6-21(d)所示，刀庫轉(zhuǎn)位，根據(jù)程序指令將下一步加工所需要的刀具前移到換刀的位置，同時(shí)主軸孔的清潔裝置將主軸上的刀具孔清潔干凈。

(5)如圖6-21(e)所示，刀庫后退將所選用的刀具插入主軸孔內(nèi)，主軸上的刀具夾緊裝置把刀具夾緊。

(6)如圖6-21(f)所示，主軸箱下降回落到工作位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的工作。

無機(jī)械手換刀系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性較高；缺點(diǎn)是換刀時(shí)間長，刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。

2)帶機(jī)械手交換刀具方式

采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換方式在加工中心中應(yīng)用最為廣泛。

機(jī)械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。由于不同的加工中心所使用的換刀機(jī)械手也不盡相同。從手臂的類型來看，有單臂、雙臂機(jī)械手，最常用的有如圖6-22所示的幾種結(jié)構(gòu)形式。

(1)圖6-22(a)是單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，帶一個(gè)夾爪的手臂可自由回轉(zhuǎn)，裝刀卸刀均靠這個(gè)夾爪進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長。

(2)圖6-22(b)是單臂雙爪擺動(dòng)式機(jī)械手，手臂上的一個(gè)夾爪只完成從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，而另一個(gè)夾爪則執(zhí)行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要短。

(3)圖6-22(c)是雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手，手臂兩端各有一個(gè)夾爪，能夠同時(shí)完成“抓刀→拔刀→回轉(zhuǎn)→插刀→返回”等一系列動(dòng)作。為了防止刀具掉落，各機(jī)械手的活動(dòng)爪都帶有自鎖機(jī)構(gòu)。由于雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時(shí)間可進(jìn)一步縮短，是最常用的一種形式。(c)圖右邊的機(jī)械手在抓取刀具或?qū)⒌毒咚腿氲稁熘鬏S時(shí)，其兩臂可伸縮。

(4)圖6-22(d)是雙機(jī)械手，相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，它們相互配合完成自動(dòng)換刀動(dòng)作。

(5)圖6-22(e)是雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手。這種機(jī)械手的兩臂可以進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并交叉成一定的角度。一個(gè)手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個(gè)手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸，整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或圍繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫與主軸間的換刀動(dòng)作。

(6)圖6-22(f)是雙臂端面夾緊式機(jī)械手。它的特點(diǎn)是靠夾緊刀柄的兩個(gè)端面來抓取刀具，而其他機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面抓取刀具。

圖6-22雙臂機(jī)械手結(jié)構(gòu)

(a)單臂單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手；(b)單臂雙爪擺動(dòng)式機(jī)械手；(c)雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手；(d)雙機(jī)械手；(e)雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手；(f)雙臂端面夾緊式機(jī)械手6.4.2刀庫

刀庫是加工中心自動(dòng)換刀裝置中最主要的部件之一，其容量、布局及具體結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)有很大影響。

1．刀庫的類型

按刀庫的結(jié)構(gòu)形式可分為圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁旌拖湫偷稁臁A盤式刀庫見圖6-23，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用也較多。但因刀具采用單環(huán)排列，空間利用率低，因此出現(xiàn)了將刀具在盤中采用雙環(huán)或多環(huán)排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴(kuò)大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也增大，選刀時(shí)間也增長，所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈?zhǔn)降稁烊鐖D6-24所示，它適用于刀庫容量較大的場(chǎng)合。鏈的形狀可以根據(jù)機(jī)床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當(dāng)需要增加鏈?zhǔn)降稁斓牡毒呷萘繒r(shí)，只需增加鏈條的長度，在一定范圍內(nèi)，無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數(shù)量為30～120把時(shí)都采用鏈?zhǔn)降稁?。箱型刀庫的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，有箱型和線型兩種，如圖6-25和圖6-26-所示。箱型刀庫一般容量比較大，刀庫的空間利用率較高，換刀時(shí)間較長，往往用于加工單元式加工中心。線型刀庫容量小，一般在十幾把刀左右，多用于自動(dòng)換刀的數(shù)控車床，數(shù)控鉆床也有采用。

圖6-23圓盤式刀庫圖6-24鏈?zhǔn)降稁?a)單環(huán)鏈?zhǔn)剑?b)多環(huán)鏈?zhǔn)?/p>

圖6-25箱型刀庫圖6-26線型刀庫另外，按設(shè)置部位的不同，刀庫可以分為頂置式、側(cè)置式、懸掛式和落地式等多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫(簡(jiǎn)稱刀庫)和主軸箱刀庫。

2．刀庫的容量

所謂刀庫的容量，是指刀庫能存放的刀具數(shù)量。確定刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。

對(duì)若干種工件進(jìn)行分析表明，各種加工所必需的刀具數(shù)量是：4把銑刀可完成工件95%左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70%的鉆削工藝，因此14把刀的容量就可完成70%以上工件的鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數(shù)目統(tǒng)計(jì)，則80%的工件(中等尺寸，一般復(fù)雜程度)完成全部加工任務(wù)所需的刀具數(shù)為40種以下。所以對(duì)于一般的中、小型立式加工中心，配有14～40把刀具的刀庫就能夠滿足70%～95%的工件加工需要。

3．刀具的選擇方式

目前，刀具的選擇方式主要有順序選刀方式、固定地址選刀方式和任意選刀方式。

(1)順序選刀方式。

選用刀具按順序進(jìn)行，在每次換刀時(shí)，刀庫轉(zhuǎn)過一個(gè)刀具的位置。這種選刀方式的控制過程簡(jiǎn)單，但要求加工前嚴(yán)格按加工順序?qū)⒏鞯毒唔槾尾迦氲蹲２捎庙樞蜻x刀方式時(shí)，為某一工件準(zhǔn)備的刀具不能用于其他工件的加工。

(2)固定地址選刀方式，

又稱為刀座編碼方式。這種方式對(duì)刀庫的刀座進(jìn)行編碼，并將與刀座編碼相對(duì)應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，然后根據(jù)刀座的編碼選取刀具。該方式可使刀柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，但刀具不能任意排放，一定要插入對(duì)應(yīng)的刀座中。與順序選擇方式相比較，刀座編碼方式的刀具在加工過程中可以重復(fù)使用。

(3)任意選刀方式，

又稱為刀具編碼方式，刀具的編碼直接編在刀柄上，供選刀時(shí)識(shí)別，而與刀座無關(guān)。刀具可以放入刀庫中的任一刀座，在換刀時(shí)可以把卸下的刀具就近安放。這種方法簡(jiǎn)化了加工前的刀具準(zhǔn)備工作，也減少了選刀失誤的可能性，是目前采用較多的一種方式。

刀庫選刀方式一般采用就近移動(dòng)原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據(jù)程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時(shí)，都要向距離換刀最近的方向移動(dòng)，以節(jié)省選刀時(shí)間。

為了擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的工藝范圍，提高生產(chǎn)效率，數(shù)控機(jī)床除了沿坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之外，常常還需要有繞X、Y、Z軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來實(shí)現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)除了用于進(jìn)行各種圓弧加工與曲面加工外，還可以實(shí)現(xiàn)精確地自動(dòng)分度。對(duì)于加工中心，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已經(jīng)成為一個(gè)不可或缺的部件。

數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。6.5數(shù)控機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)6.5.1分度工作臺(tái)

分度工作臺(tái)是按照數(shù)控系統(tǒng)的指令，在需要分度時(shí)，工作臺(tái)連同工件按規(guī)定的角度回轉(zhuǎn)，

有時(shí)也可采用手動(dòng)分度。分度工作臺(tái)只能夠完成分度運(yùn)動(dòng)，而不能實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)，并且它的分度運(yùn)動(dòng)只能回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度(如90°、6-0°或45°等)。

數(shù)控機(jī)床中，分度工作臺(tái)按定位機(jī)構(gòu)不同，分為定位銷式和鼠齒盤式。

鼠齒盤式分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖6-27所示，它主要由工作臺(tái)面底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤等零件組成。鼠牙盤是保證分度精度的關(guān)