数控加工编程及操作 ch01 数控加工系统

1、http:/ http:/ http:/ 数控加工及其特点数控加工及其特点 n1.2 数控机床的工作原理及性能指标数控机床的工作原理及性能指标 n1.3 数控机床的典型机械结构数控机床的典型机械结构 n1.4 数控刀具系统数控刀具系统 n1.5 夹具及对刀工具简介夹具及对刀工具简介 n1.6 数控加工技术的发展数控加工技术的发展 n1.7 实训实训 n1.8 习习 题题 http:/ Control，NC)机床。在数控机床上加工零件时，一般是先编写零机床。在数控机床上加工零件时，一般是先编写零件加工程序单，即用程序规定零件加工的路线和工艺参数件加工程序单，即用程序规定零件加工的路线和工艺参数(

2、如主轴转速、切削速如主轴转速、切削速度等度等)，数控系统根据加工程序自动控制机床的运动，将零件加工出来，区别于，数控系统根据加工程序自动控制机床的运动，将零件加工出来，区别于传统加工方式中的依靠手工操作控制机床运动。传统加工方式中的依靠手工操作控制机床运动。n数控加工经历了半个多世纪的发展，已成为应用于当代各个制造领域的先进制数控加工经历了半个多世纪的发展，已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术的基础。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括造技术的基础。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度。因为加工零件的质量及加工时间是由数控

3、加工质量精度及加工时间误差精度。因为加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的，所以可以稳定加工质量，保持加工零程序决定而不是由机床操作人员决定的，所以可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致；二是可以极大地改善劳动条件。具体地说，数控加工具有如下件质量的一致；二是可以极大地改善劳动条件。具体地说，数控加工具有如下优点。优点。n(1)可以加工具有复杂型面的工件。在数控机床上，所加工零件的形状主要取可以加工具有复杂型面的工件。在数控机床上，所加工零件的形状主要取决于加工程序，因此，只要能编写出程序，无论工件形状多么复杂都能加工。决于加工程序，因此，只要能编写出程序，无论工

4、件形状多么复杂都能加工。http:/ http:/ 数控机床组成及工作原理数控机床组成及工作原理 u1.2.2 数控机床的分类及性能指标数控机床的分类及性能指标 http:/ http:/ 某数控机床整体外形图1操纵面板；2主轴及卡盘；3转塔刀架；4防护窗；5自动排屑装置；6导轨 http:/ http:/ 数控机床组成框图 http:/ 程序输入程序输入n数控程序是以特定代码表示的零件加工工艺过程，程序输入就是把数控数控程序是以特定代码表示的零件加工工艺过程，程序输入就是把数控加工程序通过某种装置和方式输送到数控装置中，最初数控加工程序的加工程序通过某种装置和方式输送到数控装置中，最初数控加

5、工程序的输入是用纸带、磁带及其相应的阅读机实现的，现在普遍应用的是键盘输入是用纸带、磁带及其相应的阅读机实现的，现在普遍应用的是键盘直接输入、磁盘输入、串口以及以太网通信方式直接输入、磁盘输入、串口以及以太网通信方式 输入。输入。n键盘直接输入，就是把编好的数控程序用手工通过键盘输入到数控装置键盘直接输入，就是把编好的数控程序用手工通过键盘输入到数控装置内，这种方法的弊病是效率低、占用机时长、易出错。内，这种方法的弊病是效率低、占用机时长、易出错。n利用串行端口以及以太网通信方式输入数控加工程序正越来越得到广泛利用串行端口以及以太网通信方式输入数控加工程序正越来越得到广泛的应用，它是实现数控机

6、床联网以及计算机集成制造所必需的途径。的应用，它是实现数控机床联网以及计算机集成制造所必需的途径。 http:/ 数控系统数控系统n一般地说，数控系统由操作面板、输入输出接口、数控装置、可编程控制器、伺服驱动系一般地说，数控系统由操作面板、输入输出接口、数控装置、可编程控制器、伺服驱动系统组成。统组成。n(1)操作面板操作面板n一般的数控系统操作面板划分为显示器、一般的数控系统操作面板划分为显示器、NC键盘、功能键、机床控制面板。键盘、功能键、机床控制面板。NC键盘用于键盘用于零件程序的编制、参数输入、零件程序的编制、参数输入、MDI及系统管理操作等；功能键中的每个功能包括不同的操及系统管理操

7、作等；功能键中的每个功能包括不同的操作菜单，采用层次结构；机床控制面板用于直接控制机床的动作或加工过程。有的数控机作菜单，采用层次结构；机床控制面板用于直接控制机床的动作或加工过程。有的数控机床还有床还有“手轮手轮”，它由手摇脉冲发生器、坐标轴选择开关组成。，它由手摇脉冲发生器、坐标轴选择开关组成。n(2)输入输出装置输入输出装置n输入装置可将不同加工信息传递给数控系统计算机的存储单元。在数控机床产生的初期，输入装置可将不同加工信息传递给数控系统计算机的存储单元。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰；目前使用的键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰

8、；目前使用的键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。作。n输出装置指输出系统内部的工作参数输出装置指输出系统内部的工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等断参数等)，一般在机床刚进入工作状态时需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间，一般在机床刚进入工作状态时需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始记录资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。后，再将输出与原始记录资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。n(3)数控装置数控装置n数控装置是数控机床的运算和控制系统，完成所有加工数据的处理、计算工

9、作，最终实现数控装置是数控机床的运算和控制系统，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现对数控机床各功能的指挥工作。一般由输入输出接口、存储器、控制器、运算器及相应的对数控机床各功能的指挥工作。一般由输入输出接口、存储器、控制器、运算器及相应的软件等组成。软件等组成。http:/ system)包括驱动单元和伺服电机，是一种以机械位包括驱动单元和伺服电机，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它是把来自数控装置的脉冲信号经驱动单元放大置或角度作为控制对象的自动控制系统。它是把来自数控装置的脉冲信号经驱动单元放大后给电机，带动机床移动部件的运动，使工作台后给电机，带动机床移动部件的

10、运动，使工作台(或溜板或溜板)精确定位或按规定的轨迹作严格精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，以加工出符合图纸要求的零件。对于数控机床，如果说的相对运动，以加工出符合图纸要求的零件。对于数控机床，如果说CNC装置是数控机床装置是数控机床的的“大脑大脑”，是发布，是发布“命令命令”的的“指挥机构指挥机构”，那么伺服驱动系统便是数控机床的，那么伺服驱动系统便是数控机床的“四四肢肢”，是一种，是一种“执行机构执行机构”，准确地执行由，准确地执行由CNC装置发出的运动命令。如图装置发出的运动命令。如图1.3所示是某所示是某伺服进给驱动单元和伺服电机。伺服进给驱动单元和伺服电机。n数控装置每发出一个

11、脉冲，伺服系统驱动机床运动部件沿某一坐标轴进给一步，产生一定数控装置每发出一个脉冲，伺服系统驱动机床运动部件沿某一坐标轴进给一步，产生一定的位移量，这个位移量称之为脉冲当量。常用的脉冲当量为每脉冲的位移量，这个位移量称之为脉冲当量。常用的脉冲当量为每脉冲0.0010.01mm。显。显然，数控装置发出的脉冲数量决定了机床移动部件的位移量，而单位时间内发出的脉冲数然，数控装置发出的脉冲数量决定了机床移动部件的位移量，而单位时间内发出的脉冲数(即脉冲频率即脉冲频率)则决定了部件的移动速度。则决定了部件的移动速度。 http:/ 伺服进给驱动单元和伺服电机http:/ 机床本体机床本体n数控机床的本体

12、，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。数控机床的本体，包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件。n数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，但也作了许多改动和提高，数控机床是在普通机床的基础上发展起来的，但也作了许多改动和提高，如采用轻巧的滚珠丝杠进行传动，采用滚珠导轨或贴塑导轨消除爬行，如采用轻巧的滚珠丝杠进行传动，采用滚珠导轨或贴塑导轨消除爬行，采用带有刀库及机械手的自动换刀装置来实现自动快速换刀，以及采用采用带有刀库及机械手的自动换刀装置来实现自动快速换刀，以及采用高性能的主轴系统，并努力提高机械结构的动刚度和阻尼精度等。高性能的主轴系统，并努力提高机械结构的动刚度和阻尼精度等。n在机床

13、加工过程中，如何减少切削热量对加工精度的影响是极为关键的在机床加工过程中，如何减少切削热量对加工精度的影响是极为关键的一个问题，对加工精度和速度要求都较高的数控机床来说更是如此。为一个问题，对加工精度和速度要求都较高的数控机床来说更是如此。为了减小热变形，数控机床常采取以下措施：采用热对称结构及热平衡措了减小热变形，数控机床常采取以下措施：采用热对称结构及热平衡措施；对于发热部件施；对于发热部件(如主轴箱、静压导轨液压油等如主轴箱、静压导轨液压油等)采取散热、风冷、液采取散热、风冷、液冷等控制温升；对切削部位采取强冷措施；专门采用热位移补偿，即预冷等控制温升；对切削部位采取强冷措施；专门采用热

14、位移补偿，即预测热变形规律建立数学模型存入计算机，来进行实时补偿。测热变形规律建立数学模型存入计算机，来进行实时补偿。http:/ 编制加工程序。把机床加工过程中所需的全部指令信息，都用数字编制加工程序。把机床加工过程中所需的全部指令信息，都用数字化的代码来表示，由编程人员编制成规定的加工程序，这些指令信息包化的代码来表示，由编程人员编制成规定的加工程序，这些指令信息包括加工过程所需的各种操作括加工过程所需的各种操作(如主轴变速、主轴启动和停止、工件夹紧如主轴变速、主轴启动和停止、工件夹紧与松开、选择刀具与换刀、刀架或工作台转位、进刀与退刀、冷却液开与松开、选择刀具与换刀、刀架或工作台转位、进

15、刀与退刀、冷却液开关等关等)、机床各部件的动作顺序以及刀具与工件之间的相对位移量等。、机床各部件的动作顺序以及刀具与工件之间的相对位移量等。n(2) 程序输入并校验。把程序输入数控装置后，通过校验运行操作并结程序输入并校验。把程序输入数控装置后，通过校验运行操作并结合刀具轨迹显示功能，对程序进行检查。合刀具轨迹显示功能，对程序进行检查。n(3) 加工零件。通过对机床的正确操作，加工出所需的工件。在此过程加工零件。通过对机床的正确操作，加工出所需的工件。在此过程中，数控装置根据这些指令信息进行运算与处理，不断地发出各种指令，中，数控装置根据这些指令信息进行运算与处理，不断地发出各种指令，控制机床

16、的伺服系统和其他执行元件控制机床的伺服系统和其他执行元件(如电磁铁、液压缸等如电磁铁、液压缸等)动作，自动动作，自动地完成预定的工作。地完成预定的工作。http:/ 数控机床的分类n数控机床种类繁多，主要分类方法如下。数控机床种类繁多，主要分类方法如下。n1)按加工工艺范围分类按加工工艺范围分类n可分为可分为3种。金属切削类：数控车床、数控铣床、数控磨床等；金属成种。金属切削类：数控车床、数控铣床、数控磨床等；金属成型类：型类：数控压力机数控压力机、数控冲床数控冲床、数控折弯机数控折弯机等；特种加工类：等；特种加工类：NC线切线切割机床割机床、NC电火花成型机床电火花成型机床、数控激光切割机数

17、控激光切割机等。等。n2)按机床有无自动换刀装置分类按机床有无自动换刀装置分类n可分为普通数控机床和加工中心。普通数控机床可分为普通数控机床和加工中心。普通数控机床包括数控车床包括数控车床 数控铣床数控铣床、数控磨床等；加工中心包括数控磨床等；加工中心包括立式加工中心立式加工中心(如图如图1.4所示所示)、卧式加工中卧式加工中心、车削加工中心心、车削加工中心(如图如图1.5所示所示)、磨削中心等。加工中心与一般的数、磨削中心等。加工中心与一般的数控机床相比，其主要特点是带有一个容量较大的刀库控机床相比，其主要特点是带有一个容量较大的刀库(可容纳的刀具数可容纳的刀具数量一般为量一般为10120把

18、把)和自动换刀装置。和自动换刀装置。http:/ http:/ 立式加工中心1刀库；2机械手；3主轴；4操作面板；5数控转台；6工件；7排屑桶 http:/ 车削加工中心1动力刀架；2第二主轴；3转塔刀架；4主轴http:/ n闭环控制数控机床闭环控制数控机床(如图如图1.8所示所示)。这类机床采用闭环伺服系统，通常由直流伺服。这类机床采用闭环伺服系统，通常由直流伺服电机电机(或交流伺服电机或交流伺服电机)、变速齿轮、丝杠螺母副和位移检测装置组成。从理论上讲，这类、变速齿轮、丝杠螺母副和位移检测装置组成。从理论上讲，这类机床运动部件的位移精度主要决定于检测装置的检测精度，而与机床传动链的精度无

19、关。机床运动部件的位移精度主要决定于检测装置的检测精度，而与机床传动链的精度无关。n半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床(如图如图1.9所示所示)。这类机床的伺服系统也属于闭环控制的范畴，。这类机床的伺服系统也属于闭环控制的范畴，只是位移检测装置不是装在机床的工作台上，而是装在传动丝杠或伺服电机轴上。由于丝只是位移检测装置不是装在机床的工作台上，而是装在传动丝杠或伺服电机轴上。由于丝杠螺母副等传动机构不在控制环内，它们的误差不能进行校正，因此这种机床的精度不及杠螺母副等传动机构不在控制环内，它们的误差不能进行校正，因此这种机床的精度不及闭环控制数控机床高。闭环控制数控机床高。n混合环控制数控机

20、床。它是将上述三种形式有选择地集中起来，特别适用于大型数混合环控制数控机床。它是将上述三种形式有选择地集中起来，特别适用于大型数控机床，因为大型数控机床需要较高的进给速度和返回速度，又需要相当高的精度，如采控机床，因为大型数控机床需要较高的进给速度和返回速度，又需要相当高的精度，如采用全闭环控制，机床传动链和工作台全置于控制环中，因素十分复杂，难以调试稳定。现用全闭环控制，机床传动链和工作台全置于控制环中，因素十分复杂，难以调试稳定。现在采用半闭环和闭环系统混合控制方式的数控机床越来越多。在采用半闭环和闭环系统混合控制方式的数控机床越来越多。http:/ 开环伺服系统 http:/ 闭环伺服系

21、统 http:/ 半闭环伺服系统 http:/ 数控机床的主要性能指标n1)数控机床的精度指标数控机床的精度指标 n定位精度：是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。定位误差：定位精度：是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度。定位误差：移动部件实际位置与理想位置之间的误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等误差。定移动部件实际位置与理想位置之间的误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等误差。定位误差直接影响零件加工的位置精度。位误差直接影响零件加工的位置精度。n重复定位精度：是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件

22、，所得到的连重复定位精度：是指在同一台数控机床上，应用相同程序相同代码加工一批零件，所得到的连续结果的一致程度。它是一项非常重要的性能指标。续结果的一致程度。它是一项非常重要的性能指标。n2)分辨度与脉冲当量分辨度与脉冲当量 n分辨度：是可以控制的最小位移增量，即数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移分辨度：是可以控制的最小位移增量，即数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，一般称为脉冲当量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。目前：动量，一般称为脉冲当量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。目前：n普通数控机床的脉冲当量一般采用普通数控

23、机床的脉冲当量一般采用0.001mm；n简易数控机床的脉冲当量一般采用简易数控机床的脉冲当量一般采用0.01mm；n精密或超精密数控机床的脉冲当量采用精密或超精密数控机床的脉冲当量采用0.0001mm。n3)数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数与联动轴数n数控机床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。世界上最高级的数控装置的可控轴数已数控机床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目。世界上最高级的数控装置的可控轴数已达到达到31轴，我国目前最高数控装置的可控轴数为轴，我国目前最高数控装置的可控轴数为9轴。轴。n数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一

24、点的坐标数目。世界上最高级数控机床的联动轴数是指机床数控装置控制的坐标轴同时达到空间某一点的坐标数目。世界上最高级的数控装置的联动轴数已达到的数控装置的联动轴数已达到24轴，我国目前达到的可联动轴数为轴，我国目前达到的可联动轴数为9轴联动。轴联动。http:/ 三轴联动的数控机床 http:/ 五轴联动的数控机床 http:/ 数控机床主传动系统数控机床主传动系统 u1.3.2 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统 u1.3.3 数控机床的自动换刀装置数控机床的自动换刀装置 http:/ http:/ 数控机床主传动系统的特点数控机床主传动系统的特点n(1) 主轴转速高、调速范围宽并实

25、现无级调速。这样能使数控机床进行主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速。这样能使数控机床进行大功率切削和高速切削，实现高效率加工。通常，数控机床比同类型普大功率切削和高速切削，实现高效率加工。通常，数控机床比同类型普通机床主轴最高转速高出两倍通机床主轴最高转速高出两倍 左右。左右。n(2) 主轴部件具有较大的刚度和较高的精度。因为数控机床的加工通常主轴部件具有较大的刚度和较高的精度。因为数控机床的加工通常一次装夹要完成全部或绝大部分切削加工，包括粗加工和精加工。同时，一次装夹要完成全部或绝大部分切削加工，包括粗加工和精加工。同时，数控机床要能够适应为提高效率的强力切削。数控机床要能够适应为提高效

26、率的强力切削。n(3) 良好的抗振性和热稳定性。主轴部件要有较高的固有频率，较好的良好的抗振性和热稳定性。主轴部件要有较高的固有频率，较好的动平衡，且要保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑。动平衡，且要保持合适的配合间隙，并要进行循环润滑。n(4) 为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装结构。主轴上设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清结构。主轴上设计有刀具自动装卸、主轴定向停止和主轴孔内的切屑清除装置。除装置。 http:/ 数控机床主轴的传动方式数控机床主轴的传动方式 n(1) 齿轮传动方式，如图齿轮

27、传动方式，如图1.12(a)所示。大、中型数控机床多采用此方所示。大、中型数控机床多采用此方式。它通过几对齿轮降速，确保低速时的扭矩，以满足主轴输出扭矩特式。它通过几对齿轮降速，确保低速时的扭矩，以满足主轴输出扭矩特性的要求。性的要求。n有一部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要有一部分小型数控机床也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。的扭矩。n(2) 带传动方式，如图带传动方式，如图1.12(b)所示。带传动主要应用在小型数控机床所示。带传动主要应用在小型数控机床上，可克服齿轮传动时引起振动和噪声的缺点，它只能适用于低扭矩特上，可克服齿轮传动时引起振动和噪声的

28、缺点，它只能适用于低扭矩特性要求。性要求。n数控机床上较多应用的是多楔带，如图数控机床上较多应用的是多楔带，如图1.13所示，又称复合三角带，它所示，又称复合三角带，它能够满足主传动要求的高速、大转矩和不打滑的要求。多楔带安装时需能够满足主传动要求的高速、大转矩和不打滑的要求。多楔带安装时需较大的张紧力，使得主轴和电动机承受较大的径向负载，这是多楔带的较大的张紧力，使得主轴和电动机承受较大的径向负载，这是多楔带的一大缺点。一大缺点。http:/ 数控机床主传动方式 http:/ 5MS型号的多楔带 http:/ 数控机床进给传动系统的结构特点数控机床进给传动系统的结构特点n(1) 采用低摩擦阻

29、力、耐磨性好，精度保持性好的塑料导轨、滚动导轨、采用低摩擦阻力、耐磨性好，精度保持性好的塑料导轨、滚动导轨、静压导轨。尽量实现高速进给时不振动、低速进给时不爬行、能在重载静压导轨。尽量实现高速进给时不振动、低速进给时不爬行、能在重载下长期连续工作，并有高的导向精度和足够的刚度。下长期连续工作，并有高的导向精度和足够的刚度。n液体静压导轨液体静压导轨(简称静压导轨简称静压导轨)是机床上经常使用的一种静压导轨。静压是机床上经常使用的一种静压导轨。静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。摩擦导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。摩擦系数极小，功率消耗少。这种

30、导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，系数极小，功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。但是它的制造成本较高。目前静压导轨一般应用在大型、重型寿命长。但是它的制造成本较高。目前静压导轨一般应用在大型、重型数控机床上。数控机床上。n(2) 平稳、无间隙的传动。广泛应用滚珠丝杠螺母副传动机构。各种机平稳、无间隙的传动。广泛应用滚珠丝杠螺母副传动机构。各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除其传动间械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除其传动间隙。隙。http:/ 滚珠丝杠螺母副传动结构滚珠丝杠螺母副传动结构n(1) 滚珠丝杠螺母副的特点滚珠

31、丝杠螺母副的特点n摩擦损失小，传动效率高；摩擦损失小，传动效率高；n传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行；传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行；n使用寿命长；使用寿命长；n轴向刚度高；轴向刚度高；n具有传动的可逆性，不能实现自锁；具有传动的可逆性，不能实现自锁；n制造工艺复杂，成本高。制造工艺复杂，成本高。http:/ Tool Changer，ATC)。自。自动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安动换刀装置可帮助数控机床节省辅助时间，并满足在一次安装中完成多工序、多工步加工要求。装中完成多工序、多工步加工要求。n数控机床对自动换刀装置的要求是：换刀迅速、时间短，重数控机床对自动换刀装置

32、的要求是：换刀迅速、时间短，重复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳复定位精度高，刀具储存量足够，所占空间位置小，工作稳定可靠。定可靠。http:/ 自动换刀装置的形式自动换刀装置的形式n根据其组成结构可分为：回转刀架式、转塔式和带刀库式。根据其组成结构可分为：回转刀架式、转塔式和带刀库式。n(1)回转刀架自动换刀装置。其结构类似普通车床上的回转刀架，刀架可设计回转刀架自动换刀装置。其结构类似普通车床上的回转刀架，刀架可设计为四方形、六角形或其他形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。回转刀架为四方形、六角形或其他形式，由数控系统发出指令进行回转换刀。回转刀架在结构上必须有良好的强

33、度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。每一次转位之后具有尽可能高的重复定位精度。n(2)转塔式自动换刀装置。各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，转塔式自动换刀装置。各主轴头预先装好所需刀具，依次转至加工位置，接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹接通主运动，带动刀具旋转。该方式的优点是省去了自动松夹、装卸刀具、夹紧及刀具搬动等一系列的复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠性，其紧及刀具搬动等一系列的复杂操作，缩短了换刀时间，提高了换刀可靠

34、性，其缺点是主轴部件的刚性差，且主轴的数目不可能太多。缺点是主轴部件的刚性差，且主轴的数目不可能太多。n(3)带刀库的自动换刀装置。将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进带刀库的自动换刀装置。将加工中所需刀具分别装于标准刀柄，在机外进行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由刀具交换装置完成刀库和主轴之间的行尺寸调整之后按一定方式放入刀库，由刀具交换装置完成刀库和主轴之间的刀具交换。带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，主刀具交换。带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱和转塔主轴头相比较，主轴部件有足够刚度，因而能够满足各种精密加工的要求。轴部件有足够刚度，因而能够满足各种精密加

35、工的要求。http:/ 刀具交换的方式刀具交换的方式n刀具交换的方式通常分为两种。刀具交换的方式通常分为两种。n(1)无机械手交换刀具方式：它是依靠刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的。优无机械手交换刀具方式：它是依靠刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的。优点是结构简单，成本低，换刀的可靠性较高。缺点是刀库因结构所限容量不多。这种换刀点是结构简单，成本低，换刀的可靠性较高。缺点是刀库因结构所限容量不多。这种换刀系统多为中、小型加工中心采用。系统多为中、小型加工中心采用。n(2)带机械手交换刀具方式：如图带机械手交换刀具方式：如图1.17所示，它是依靠机械手实现换刀动作的，当主轴所示，它是依

36、靠机械手实现换刀动作的，当主轴上的刀具完成一个工步后，机械手把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀上的刀具完成一个工步后，机械手把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴以便继续进行加工。其优点是换刀时间短，主轴刚度好，加工具从刀库中取出来装入主轴以便继续进行加工。其优点是换刀时间短，主轴刚度好，加工区空间大。机械手换刀是目前最为常见的一种换刀方式。区空间大。机械手换刀是目前最为常见的一种换刀方式。n刀库形式按结构可分为：圆盘式，如图刀库形式按结构可分为：圆盘式，如图1.18(a)图图1.18(d)所示，它结构简单，容量小，所示，它结构简单，容量小，适于

37、中小型加工中心；链式，如图适于中小型加工中心；链式，如图1.18(e)所示，这种刀库容量较大，一般能装所示，这种刀库容量较大，一般能装30120把刀具，适于大型加工中心；箱格式刀库，如图把刀具，适于大型加工中心；箱格式刀库，如图1.18(f)所示，刀具容量大，适于单元式所示，刀具容量大，适于单元式加工中心。加工中心。n数控刀具系统在数控加工中具有极其重要的意义，正确选择和使用与数控机床相匹配的刀数控刀具系统在数控加工中具有极其重要的意义，正确选择和使用与数控机床相匹配的刀具系统是充分发挥机床的功能和优势、保证加工精度以及控制加工成本的关键。数控加工具系统是充分发挥机床的功能和优势、保证加工精度

38、以及控制加工成本的关键。数控加工用夹具基本上沿用了传统加工的装夹方式，只是在自动化水平、精度和速度等方面有所提用夹具基本上沿用了传统加工的装夹方式，只是在自动化水平、精度和速度等方面有所提高。高。 http:/ 机械手交换刀具方式的数控加工中心http:/ 不同结构形式的刀库 http:/ 数控刀具的特点数控刀具的特点 u1.4.2 数控刀具的分类数控刀具的分类 http:/ 刀柄的强度要高、刚性要好。刀柄的强度要高、刚性要好。n(2) 刀片或刀具的热变形小，耐磨性要好。刀片或刀具的热变形小，耐磨性要好。n(3) 刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床刀具应具有较高的精度，

39、包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度。n(4) 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除。n(5) 刀具应便于调整、互换，以减少换刀调整时间。刀具应便于调整、互换，以减少换刀调整时间。n(6) 刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，以利于编程和刀具管刀片及刀柄高度的通用化、规格化、系列化，以利于编程和刀具管理。理。 http:/ 从结构上分从结构上分n整体式、镶嵌式、特殊型式整体式、镶嵌式、特殊型式(如减震式刀具、内冷式刀具等如减震式刀具、内

40、冷式刀具等)。镶嵌式又可分为焊接式和机。镶嵌式又可分为焊接式和机夹式，机夹式根据刀体结构不同还可分为可转位和不转位。目前数控刀具主要采用机夹式夹式，机夹式根据刀体结构不同还可分为可转位和不转位。目前数控刀具主要采用机夹式可转位刀具。可转位刀具。n硬质合金可转位刀片的国家标准采用了硬质合金可转位刀片的国家标准采用了ISO国际标准。为适应我国的国情还在国际标准规国际标准。为适应我国的国情还在国际标准规定的定的9个号位之后，加一短横线，用一个字母和一位数字表示刀片断屑槽形式和宽度。因个号位之后，加一短横线，用一个字母和一位数字表示刀片断屑槽形式和宽度。因此，我国可转位刀片的型号，共用此，我国可转位刀

41、片的型号，共用10个号位的内容来表示刀片主要参数的特征。例如，个号位的内容来表示刀片主要参数的特征。例如，刀片标记刀片标记“T N U M 16 04 08 E R A2”所表示的含义如下。所表示的含义如下。nT：刀片形状：刀片形状正三角形；正三角形；nN：后角：后角0；nU：尺寸偏差等级：尺寸偏差等级U级；级；nM：刀片类型：刀片类型M型型(单面断屑槽，紧固方式：有圆形中心孔单面断屑槽，紧固方式：有圆形中心孔)；n16：刀刃长度：刀刃长度主切削刃尺寸整数表示，圆刀片用直径表示；主切削刃尺寸整数表示，圆刀片用直径表示；n04：刀片厚度：刀片厚度4.76mm；n08：刀尖圆弧半径：刀尖圆弧半径0

42、.8mm；nE：刃口形状：刃口形状E型；型；nR：切削方向：切削方向右切；右切；nA2：断屑槽型与宽度：断屑槽型与宽度A型，宽度型，宽度2mm。 http:/ 从制造所采用的材料上分从制造所采用的材料上分n(1) 高速钢刀具。高速钢刀具。n(2) 硬质合金刀具。目前，硬质合金刀具使用最普遍，涂层硬质合金刀硬质合金刀具。目前，硬质合金刀具使用最普遍，涂层硬质合金刀片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶蚀、耐反应的物质，片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶蚀、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。常见的涂层材料有使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。常见

43、的涂层材料有TiC、TiN、TiCN、Al2O3等陶瓷材料。图等陶瓷材料。图1.19为硬质合金涂层刀片。为硬质合金涂层刀片。n(3) 陶瓷刀具。高温强度好，多用于高速连续切削。陶瓷刀具。高温强度好，多用于高速连续切削。n(4) 立方氮化硼刀具。超高速加工的首选刀具材料。立方氮化硼刀具。超高速加工的首选刀具材料。n(5) 金刚石刀具。金刚石刀具适用于高效地加工有色金属和非金屑材料。金刚石刀具。金刚石刀具适用于高效地加工有色金属和非金屑材料。n材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。材料的韧性则材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低。是高速

44、钢最高，金刚石最低。http:/ 硬质合金涂层刀片 http:/ 从切削工艺上分从切削工艺上分n(1)车削刀具。数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具，如图车削刀具。数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具，如图1.20(a)、图、图1.20(e)所示。机夹可所示。机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。转位刀具的刀片和刀体都有标准，刀片材料采用硬质合金、涂层硬质合金以及高速钢。n数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具、外螺纹刀具、内圆刀具、内螺纹刀具、切断刀具、孔加工刀具

45、刀具(包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等包括中心孔钻头、镗刀、丝锥等)。n机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉、螺钉压板、杠销或楔块等结构。n(2)钻削刀具，如图钻削刀具，如图1.20(f)所示，分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。所示，分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔等。n钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。因此它的结构和连接形式有钻削刀具可用于数控车床、车削中心，又可用于数控镗铣床和加工中心。因此它的结构和连接形式有多种。有直柄、直柄螺钉紧定、锥柄、螺纹连接、模块式连接多种。有直柄、直柄螺钉

46、紧定、锥柄、螺纹连接、模块式连接(圆锥或圆柱连接圆锥或圆柱连接)等多种。等多种。n(3)镗削刀具，如图镗削刀具，如图1.20(g)所示，分粗镗、精镗等刀具。所示，分粗镗、精镗等刀具。n(4)铣削刀具，分面铣、立铣、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀等刀具。铣削刀具，分面铣、立铣、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀等刀具。n面铣刀面铣刀(也叫端铣刀，如图也叫端铣刀，如图1.20(h)所示所示)：面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切：面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为削刃。面铣刀多制成套式镶

47、齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。n立铣刀：立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可立铣刀：立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式同时进行切削，也可单独进行切削。结构有整体式(如图如图 1.20(i)所示所示)和机夹式和机夹式(如图如图1.20(b)、图、图1.20(c)、图、图1.20(d)所示所示)等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。等，高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料。n模具铣刀：模具铣刀由立铣刀发展而来，可

48、分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣模具铣刀：模具铣刀由立铣刀发展而来，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分常用高速刀三种。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分常用高速钢或硬质合金材料制造。钢或硬质合金材料制造。 http:/ 按刀具系统分按刀具系统分n现在数控机床的刀具已不是普通机床的现在数控机床的刀具已不是普通机床的“一机一刀一机一刀”模式，而是多种不同类型的刀具轮换使用，自动换刀。模式，而是多种不同类型的刀具轮换使用，自动换刀。“刀具刀具”已已

49、发展成发展成“数控工具系统数控工具系统”，不同的刀具类型和刀柄的结合构成一个品种规格齐全的刀具系统，供用户选择和组合使用，不同的刀具类型和刀柄的结合构成一个品种规格齐全的刀具系统，供用户选择和组合使用，目前的数控工具形成了两大系统：镗铣类工具系统、车削工具系统。目前的数控工具形成了两大系统：镗铣类工具系统、车削工具系统。n数控镗铣类工具系统一般由与机床连接的锥柄、延伸部分的连杆和工作部分的刀具组成。它们经组合后可以完成钻孔、数控镗铣类工具系统一般由与机床连接的锥柄、延伸部分的连杆和工作部分的刀具组成。它们经组合后可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等加工工艺。连接主轴刀柄与主轴孔一般是锥度为

50、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹等加工工艺。连接主轴刀柄与主轴孔一般是锥度为7 24的锥面。镗铣类工具系统分为整体的锥面。镗铣类工具系统分为整体式结构和模块式结构两大类。式结构和模块式结构两大类。n(1)整体式结构整体式结构n它的特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部，如图它的特点是将锥柄和接杆连成一体，不同品种和规格的工作部分都必须带有与机床相连的柄部，如图1.21所示。其优点所示。其优点是结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等。我国是结构简单，使用方便、可靠，更换迅速等。我国TSG工具系统就属于整体式结构的工具系统。如图工具系统就属于整体式结构的工具系统。如图

51、1.22所示是所示是TSG工工具系统，选用时一定要按图示进行配置。不同结构、尺寸的工具用不同的代码表示。具系统，选用时一定要按图示进行配置。不同结构、尺寸的工具用不同的代码表示。 n(2)模块式结构模块式结构n镗铣类模块式工具系统是把整体式刀具分解成柄部镗铣类模块式工具系统是把整体式刀具分解成柄部(主柄模块主柄模块)、中间连接块、中间连接块(连接模块连接模块)、工作头部、工作头部(工作模块工作模块)三个主要三个主要部分，然后通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、强度、刚性的前提下，将这三部分连接成整体，如图部分，然后通过各种连接结构，在保证刀杆连接精度、强度、刚性的前提下，将这三部分连接成整体

52、，如图1.23所示。所示。n这种工具系统可以用不同规格的中间连接块，组成各种用途的模块工具系统，既灵活、方便，又大大减少了工具的储备。这种工具系统可以用不同规格的中间连接块，组成各种用途的模块工具系统，既灵活、方便，又大大减少了工具的储备。我国生产的我国生产的TMG10、TMG21工具系统就属于模块式结构工具系统，该工具系统应用广泛，是加工中心使用的基本工具。工具系统就属于模块式结构工具系统，该工具系统应用广泛，是加工中心使用的基本工具。n数控车削工具系统的构成和结构，与机床刀架的形式、刀具类型及刀具是否需要动力驱动等因素有关。数控车床常采用数控车削工具系统的构成和结构，与机床刀架的形式、刀具

53、类型及刀具是否需要动力驱动等因素有关。数控车床常采用立式或卧式转塔刀架作为刀库，刀库容量一般为立式或卧式转塔刀架作为刀库，刀库容量一般为48把刀具，常按加工工艺顺序布置，由程序控制实现自动换刀。其特把刀具，常按加工工艺顺序布置，由程序控制实现自动换刀。其特点是结构简单，换刀快速，每次换刀仅需点是结构简单，换刀快速，每次换刀仅需l2s。如图。如图1.24所示为数控车削加工用工具系统的一般结构体系。德国所示为数控车削加工用工具系统的一般结构体系。德国DIN 69880工具系统属于此类系统。工具系统属于此类系统。http:/ 整体式数控刀具结构 http:/ TSG工具系统http:/ 模块式工具系

54、统的组成http:/ 数控车削加工工具系统的一般结构体系 http:/ 数控机床的夹具数控机床的夹具 u1.5.2 数控机床的对刀工具数控机床的对刀工具 http:/ http:/ 夹具的类型n夹具是由定位元件、夹紧装置、连接元件、对刀或导向元件、夹具体、夹具是由定位元件、夹紧装置、连接元件、对刀或导向元件、夹具体、其他装置等组成的。按其通用性可分为通用夹具和专用夹具。按其动力其他装置等组成的。按其通用性可分为通用夹具和专用夹具。按其动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具等。按源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具等。按其使用机床可分为车床夹具、铣床夹具

55、、钻床夹具、磨床夹具等。其使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具等。http:/ 数控加工夹具的特点n作为机床夹具，首先要满足机械加工时对工件的装夹要求。同时，数控加工的夹具还有它作为机床夹具，首先要满足机械加工时对工件的装夹要求。同时，数控加工的夹具还有它本身的特点。本身的特点。n(1)数控加工适用于多品种、中小批量生产，为了能够装夹不同尺寸、不同形状的多品数控加工适用于多品种、中小批量生产，为了能够装夹不同尺寸、不同形状的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，即经过适当调整就可以夹持多种形状和尺寸的种工件，数控加工的夹具应具有柔性，即经过适当调整就可以夹持多种形状和尺寸的 工

56、件。工件。n(2)传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀问题。n(3)为适应数控加工的高效率，从结构上要力求装卸工件迅速方便，同时，数控加工夹为适应数控加工的高效率，从结构上要力求装卸工件迅速方便，同时，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。n(4)夹具本

57、身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。夹具本身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。n(5)为适应数控多面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，为适应数控多面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。n(6)夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。以满足数控加工的精度要求和安全生产。屑积留。以满足数控加工的精度要求和安全生产。n(7)对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等。作用在工件的中空区域等。n(8)尽可能在一次装夹中进行多个表面的多工序加工，减少零件的重新装夹次数。尽可能在一次装夹中进行多个表面的多工序加工，减少零件的重新装夹次数。http:/ http:/ 数控系统的发展数控系统的发展 u1.6.2 数控机床的发展数控机床的发展 http:/ http:/ 式式小型计算机式小型计算机式超大规模集成电路超大规模集成电路微机式的数控系统。微机式