数控机床的结构概述

第四章数控机床的结构1第四章4.1数控机床的组成4.2数控机床的总体布局形式4.3数控机床的主传动系统4.4进给系统的机械传动结构4.5数控机床的辅助装置24.1数控机床的组成数控机床的结构主要由以下几部分组成：（1）主传动系统；（2）进给系统；（3）伺服系统；（4）工件实现回转、定位的装置；（5）自动换刀装置；（6）辅助装置；（7）其它特殊功能装置。数控机床的结构要求：精密、高速、高效、抗振、刚度大、间隙小、摩擦因数小。JCS-018立式镗铣加工中心机床的外形图4.2数控机床的整体布局形式数控机床的布局根据工件的工艺分类所需运动及主要技术参数而确定各部件的相对位置，并保证工件和刀具的相对运动，加工精度，方便操作、调整和维修。机床的布局直接影响机床的结构和使用性能。数控机床的布局特点多采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭；机械结构简化，操作维修方便等。4.2数控机床的整体布局形式（1）满足多刀加工的布局图具有可编程尾架座双刀架数控车床。4.2数控机床的整体布局形式（2）满足换刀要求的布局加工中心都带有刀库，刀库的形式和布局影响机床的布局。图是一种立式加工中心，刀库位于机床侧面。4.2数控机床的整体布局形式（3）满足多座标联动要求的布局一般数控车床都可实现X、Z方向联动。图为五坐标联动的加工中心。4.2数控机床的整体布局形式（4）适应快速换刀要求的布局4.2数控机床的整体布局形式（5）适应多工位加工要求的布局图示的机床有四个工位，三个工位为加工工位，一个工位为装卸工件工位，该机床可实现多面加工，因而生产率较高。4.2数控机床的的整体布局局形式（6）适应可换换工作台要要求的布局局图为可换工工作台的加加工中心，，一个工作作台上的零零件加工时时，另一个个工作台可可装卸工件件，使装卸卸工件时间间和加工时时间重合，，减少了辅辅助时间，，提高了生生产率。4.2数控机床的的整体布局局形式（7）工件不移移动的机床床布局当工件较大大，移动不不方便时，，可使机床床立柱移动动。4.2数控机床的的整体布局局形式（8）提为高刚刚度减小热热变形要求求的布局4.2数控机床的的整体布局局形式（9）立式布局局4.2数控机床的的整体布局局形式（10）倒立式布布局1）水平床身身；2）倾斜床身；；3）水平床身斜斜滑板；4）立式床身4.2.1数控车床的总总体布局形式式水平床身加工工艺性好好，刀架水平平放置有利于于提高其运动动精度，但这这种结构床身身下部空间小小，排屑困难难。4.2.1数控车床的总总体布局形式式倾斜床身-倾斜滑板，排屑亦较方方便，中小规规格的数控车车床其床身的的倾斜度以60°，大型的数控控车床采用75°水平床身-倾斜滑板，具有水平床床身工艺性好好，宽度方向向的尺寸小，，且排屑方便便，是卧式数数控车床的最最佳布局形式式。4.2.1数控车床的总总体布局形式式立式床身自动换刀装置置布置方便，，排屑性能好好，受热影响响性小，防护护方便。但这这种结构床身身受自重影严严重，需平衡衡机构，床身身变形对加工工精度影响大大。4.2.1数控车床的总总体布局形式式4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式1）传统的卧式式镗床形式；；2）构架结构双双立柱、Z轴工作台移动动式布局；3）T形床身布局。。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式传统的卧式镗镗床形式，源源于早期数控控机床或数控控化改造的机机床。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式框架结构双立立柱、Z轴工作台移动动形式，主轴轴箱装在框式式立柱中间，，对称布局，，受力后变形形小，有利于于提高加工精精度。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式数控镗铣床的的三种布局方方案：（a）主轴立式布置，上下运运动，对工件件顶面进行加加工；（b）主轴卧式布置，加工工工作台上分度度工作台的配配合，可加工工工件多个侧侧面；（c）在（b）基础上再增增加一个数控转台，可完成工件件上更多内容容的加工。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式数控卧式镗铣铣床中，（a）、（b）为T形床身布局，工作台台支承于床身身，刚度好，，工作台承载载能力强；4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式数控卧式镗铣铣床中，(c)、(d)工作台为十字形布局，（c）主轴箱悬挂挂于单立柱一一侧，使立柱柱受偏载，(d)主轴箱装在框框式立柱中间间，对称布局，受力后变形形小，有利于于提高加工精精度。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式卧式加工中心心移动式立柱，，工作台不升升降，T形床身。一体式T形床身：刚度度好，精度保保持性好，但但其铸造和加加工工艺性能能较差；分离式T形床身：铸造造和加工工艺艺性能大大改改善，但联接接部位要用定定位键和专用用的的定位销销定位，并用用大螺栓紧固固以保证刚度度和精度。4.2.2卧式数控镗铣铣床、卧式加加工中心的总总体布局形式式卧式加工中心心各坐标的的的运动可由工作台移动或或主轴移动来完成。右图图为各坐标运运动形式不同同组合的几种种布局形式：：4.2.3立式数控镗铣铣床、立式加加工中心的总总体布局形式式立式数控镗铣铣床、立式加加工中心的总总体布局形式式可分为：工工作台移动式式、T形床身、Z轴为立柱移动动式和T形床身X、Y、Z3轴均为立柱移移动式。与卧式加工中中心相比，立立式加工中心心结构简单，，占地面积小小，价格相对对便宜。中小小型立式加工工中心一般采采用固定立柱柱式，将主轴轴吊在立柱一一侧。4.2.3立式数控镗铣铣床、立式加加工中心的总总体布局形式式立式加工中心心通常有三个个直线运动坐坐标，还可以以在工作台上上安放一个第第四轴A轴，可以加工工螺旋类和圆圆柱凸轮等零零件。下图为为立式加工中中心的几种布布局结构：4.3数控机床的主主传动系统数控机床和普普通机床一样样，要求具有有较宽的调速速范围，主传传动系统也必必须通过变速速，才能使主主轴获得不同同的传递，以以适应不同的的加工要求，，并且在变速速的同时，还还要求传递一一定的功率和足够的转矩，满足切削的的需要，以获获得最佳的表表面加工质量量、精度和生生产率。4.3.1对数控机床主主传动系统的的要求1）转速高，功功率大；2）调速可靠，，可自动无级级调速；3）回转精度高高，足够的刚刚度、抗振性性，热稳定性性好；4）动态响应好好，调速运行行平稳；5）可快速自动动换刀；6）主轴定向准准停；7）有恒线速度度切削功能；；8）旋转轴可联联动。4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：高刚度机床刚度是指指机床抵抗由由切削力和其其它力引起变变形的能力。。提高机床的的刚度有以下下措施：1）提高构件的的自身刚度：：正确选择截截面形状和尺尺寸，合理选选择及布置隔隔板和肋条；；2）提高局部刚刚度；3）提高接触刚刚度；4）选用焊接结结构的构件；；5）采取补偿构构件变形的措措施。4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：高抗振性1）强迫振动使机床产生强强迫振动的内内部振源有高高速转动零部部件的动态不不平衡力、往往复运动件的的换向冲击力力、周期变化化的切削力等等。2）自激振动这里是指切削削自激振动，，也称颤振。。如图所示。。3）提高机床抗抗振性的措施施(1)减少机床的内内部振源(2)提高静刚度(3)增加构件或结结构的阻尼4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：高的低速运运动平稳性数控机床各坐坐标轴低速进进给运动的平平稳性极大地地影响到零件件的加工精度度。在闭环进进给系统中，，如图所示为为其进给系统统的机械传动动机构，伺服服电动机虽匀匀速旋转，如如果速度较低低，则工作台台4可能出现爬行行现象。机械学中的爬爬行现象,在滑动摩擦副副中从动件在在匀速驱动和和一定摩擦条条件下产生的的周期性时停停时走或时慢慢时快的运动动现象。爬行行是机械振动动中自激振动动的一种形式式。4.3.2主传动机械结结构产生爬行的主主要原因1)摩擦副存在着着静、动摩擦擦系数不同和和当处于边界界或混合摩擦擦时，动摩擦擦系数又随滑滑动速度的增增加而降低，，这就可能使使系统具有负负阻尼或零阻阻尼。2)传动机构的刚刚度不足。消除爬行的措措施1)减少静、动摩摩擦系数之差差和改变动摩摩擦系数随速速度变化的特特性。2)提高传动系统统的传动刚度度。4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：高的定位精精度机床工作台的的定位精度受受到所有电气气或机械装置置及元件设计计和制造精度度的综合影响响。在机床使使用过程中，，定位精度进进一步受到负负载变化、振振动、热变形形、机床导轨轨和丝杠螺母母副的磨损以以及数控装置置元件特性变变化等的影响响。机械部分的主主要影响因素素有以下几项项：1）机械传动部部分的误差；；齿轮副的传动动误差、滚珠珠丝杠螺母副副的传动误差差2）导轨副的误误差；3）机械传动部部分的受力变变形；4）机械传动部部分的热变形形；5）矢动量的来来源和消除措措施。4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：热变形对加加工精度的影影响小数控机床的热热变形，是影影响加工精度度的重要因素素。引起机床床热变形的热热源主要是机机床的内部热热源，如主电电动机、进给给电动机发热热，摩擦热以以及切削热等等。减少机床热变变形及其影响响的措施是：：1）减少机床内内部热源和发发热量；2）改善散热和和隔热条件；；3）均热；4）合理设计机机床的结构布布局，减小热热变形对精度度的影响；5）采取热变形形补偿措施。。4.3.2主传动机械结结构数控机床机械械结构要求：：人机关系要要求机床应操作方方便、省力、、容易掌握、、不易发生操操作错误和故故障，这样不不仅能减少工工人的疲劳、、保证工人和和机床的安全全，还能提高高机床的生产产率。防止机机床对周围环环境的污染，，是对机床设设计和制造提提出的一项主主要要求。噪噪声要低，不不仅噪音声级级要达到规定定值以下，而而且不能对人人耳有强烈的的不适感，渗渗、漏油必须须避免。4.3.2主传动机械结结构主轴部件结构构：数控机床的主主轴部件，既既要满足精加加工时精度较较高的要求，，又要具备粗粗加工时高效效切削的能力力，因此应有有更高的动、、静刚度和抵抵抗变形的能能力。主轴部部件主要包括括主轴、轴承、、传动件和密密封件，对于具有自自动换刀能力力的数控机床床，主轴部件件还应有刀具自动装卸卸装置、主轴轴准停装置和和吹屑装置等等。4.3.2主传动机械结结构主轴的支承图所示为TND360型车床主轴部部件。因为主主轴在切削时时要承受较大大的切削力，，所以轴径较较大，刚性好好。在主轴端部，，卡盘靠前端端的短圆锥面面和凸缘端面面定位，用拨拨销传递扭矩矩。主轴为空心轴，通过棒料的的直径可达60mm。前轴承为三个个推力角接触触球轴承，前前面两个轴承承大口朝向主主轴前端，接接触角为25°，以承受轴向向切削力；后后面轴承大口口朝向主轴后后端，接触角角为14°，三个轴承的的内外圈轴向向由轴肩和箱箱体孔的台阶阶固定，以承承受轴向负荷荷。后支承由一对对背靠背的推推力角接触球球轴承组成，，只承受径向向载荷，并由由后压套进行行预紧.TND360型车床主轴结结构1、2-后轴承3-轴承4、5-前轴承4.3.2主传动机械结结构主轴部件的支支承：主轴部件是数数控机床的关关键部件之一一，它直接影影响机床的加加工质量。主主轴部件包括括主轴的支承承、安装在主主轴上的传动动零件等。常用主轴轴承承：1）锥孔双列圆圆柱滚子轴承承2）双列推力角角接触球轴承承3）双列圆锥滚滚子轴承4）带凸肩的双双列圆锥滚子子轴承4.3.2主传动机械结结构动力卡盘为了减少辅助助时间和劳动动强度，并适适应自动化和和半自动化加加工的需要，，数控车床多多采用动力卡卡盘装夹工件件，目前使用用较多的是自自动定心液压压动力卡盘。。该卡盘主要要由引油导套套、液压缸和和卡盘三部分分组成。动力卡盘液压压缸结构图1-引油导套2-液压缸体3-活塞4-法兰盘4.3.2主传动机械结结构自动夹紧装置置在带有刀库的的数控机床中中，为了实现现刀具的自动动装卸，主轴轴内设有刀具具自动夹紧装装置。图示为自动换换刀数控铣镗镗床的主轴部部件，其主轴轴前端的7：24锥最孔用于装装夹锥柄刀具具或刀杆。主主轴的端面键键可用于传递递刀具的扭矩矩，也可用于于刀具的周向向定位。刀具夹紧时，，蝶形弹簧11通过拉杆7，双瓣卡爪5，在套筒14的作用下，将将刀柄的尾端端拉紧。当换刀时，在在主轴上端油油缸的上腔A通入压力油，，活塞12的端部推动拉拉杆7向下移动，同同时压缩蝶形形弹簧11，当拉杆7下移到使双瓣瓣卡爪5的下端移出套套筒14时，在弹簧6的作用下，卡卡爪张开，喷喷气头13将刀柄顶松，，刀具即可由由机械手拔除。待机械手将新新刀装入后，，油缸10的下腔通入压压力油，活塞塞12向上移，蝶形形弹簧伸长将将拉杆7和双瓣卡爪5拉着向上，双双瓣卡爪5重新进入套筒筒14，将刀柄拉紧紧。活塞12移动的二个极极限位置都有有相应的行程程开关（LS1，LS2）作用，作为为刀具松开和和夹紧的回答答信号。数控铣镗床的的主轴部件1-调整半环；2-3182120型锥孔双列圆圆柱滚子轴承承；3-2268120型双向向心球球轴承；4、9-调整环；5-双瓣卡爪；6-弹簧；7-拉杆；8-46115型向心推力球球轴承；10-油缸；11-碟型弹簧；12-活塞；13-喷气头；14-套筒4.3.2主传动机械结结构刀杆尾部的拉拉紧结构，除主轴部件中中的卡爪式以以外，还有图图(a)所示的弹簧夹夹头结构，它它有拉力放大大作用，可用用较小的液压压推力产生较较大的拉紧力力。图(b)所示为钢球拉拉紧结构。刀杆尾部拉紧紧结构4.3.2主传动机械结结构数控机床的主主轴准停装置置：自动换刀时，，刀柄上的键键槽要对准主主轴的端面键键。为此，主主轴每次停转转必须准确地地停在某一固固定位置上。。这种使主轴轴停在某一固固定位置上的的装置称为主主轴准停装置置。1）机械控制的的主轴准停装装置2）电气控制的的主轴准停装装置4.3.2主传动机械结结构电气控制的主主轴准停装置置当机床停车换换刀时，数控控装置发出主主轴停转指令令，主轴电机机立即降速。。当主轴以很很低的转速回回转确定的转转时，永久磁磁铁对准磁传传感器，磁传传感器发出准准停信号。该该信号经放大大，由定向电电路使主轴电电机准确地停停止在一定位位置，从而实实现主轴的准准停。准停精精度可达±1°°4.3.3主轴轴调调速速方方式式数控控机机床床主主传传动动系系统统的的变变速速机机构构：：1）变变速速齿齿轮轮主主传传动动系系统统；；2）皮皮带带传传动动主主传传动动系系统统；；3）电电机机直直接接驱驱动动的的主主传传动动系系统统；；4）电电主主轴轴传传动动4.3.3主轴轴调调速速方方式式变速速齿齿轮轮主主传传动动系系统统：：特点点：：分分段段无无级级变变速速系系统统，，保保证证低低速速时时能能传传递递较较大大的的扭扭矩矩适用用范范围围：：是是大大、、中中型型数数控控机机床床常常采采用用的的配配置置。。目目前前的的加加工工中中心心大大都都采采用用这这种种变变速速方方式式。。4.3.3主轴轴调调速速方方式式皮带带传传动动的的主主传传动动系系统统：：同步带传动动方方式式：：同步步带带（（也也称称齿齿形形带带））主要要应应用用在在转转速速较较高高、、变变速速范范围围不不大大的的机机床床，，它它适适用用于于高高速速、、低低转转矩矩特特性性有有要要求求的的主主轴轴。。4.3.3主轴轴调调速速方方式式关于于同同步步带带：：带内内采采用用了了承承载载后后无无弹弹性性伸伸长长的的材材料料作作强强力力层层，，以以保保持持带带的的节节距距不不变变，，使使主主、、动动带带轮轮作作无无相相对对滑滑动动的的同同步步传传动动。。4.3.3主轴轴调调速速方方式式同步步带带传传动动特特点点：：1）传传动动带带多多用用同同步步齿齿形形带带；；2)避免免了了齿齿轮轮传传动动引引起起的的振振动动和和噪噪声声；；3)能在在一一定定程程度度上上满满足足转转速速与与扭扭矩矩的的输输出出要要求求；；4)调速速范范围围受受电电机机调调速速范范围围的的限限制制。。同步步带带传传动动具具有有如如下下优优点点：：无滑滑动动，，传传动动比比准准确确；；传传动动效效率率高高，，可可达达98%以上上；；传传动动平平稳稳，，噪噪声声小小；；维维修修保保养养方方便便，，不不需需要要润润滑滑。。4.3.3主轴轴调调速速方方式式电动动机机直直接接驱驱动动的的主主传传动动系系统统：：电动动机机轴轴与与主主轴轴用用联联轴轴器器同同轴轴连连接接。。这这种种方方式式大大大大简简化化了了主主轴轴箱箱体体和和主主轴轴结结构构，，有有效效地地提提高高了了主主轴轴组组件件的的刚刚性性。。4.3.3主轴轴调调速速方方式式机床床主主轴轴的的功功率率转转矩矩特特性性主轴所传递递的功率或或转矩与转转速之间的的关系，称称为主轴的的功率或转转矩特性，，如图所示示。4.3.3主轴调速方方式直流和交流流调速电动动机的功率率转矩特性性机床上常用用的无级变变速动力源源为直流或或交流调速速电动机。。图为直流流和交流电电动机的功功率转矩特特性。4.3.3主轴调速方方式特点：1）简化了主主轴结构，，提高了主主轴组件的的传动刚度度；2）主轴输出出转矩小；；3）电动机的的发热对主主轴精度影影响较大4.3.3主轴调速方方式电主轴传动动系统：近年来出现现了内装主主轴电动机机，其转子子和主轴合合二为一。。使主轴部部件结构更更紧凑，质质量小，惯惯性小，可可提高启动动、停止的的响应特性性。但主轴轴输出转矩矩小。4.4进给系统的的机械传动动结构进给传动系系统：数控机床进进给系统的的机械传动动机构，是是指将电动动机的旋转转运动传递递给工作台台或刀架以以实现进给给运动的整整个机械传传动链，包包括齿轮传传动副、丝丝杠螺母副副(或蜗杆蜗轮轮副)及其支承部部件等。4.4.1进给系统的的组成进给系统包包括以下部部件：1）引导和支支撑执行部部件的导轨轨；2）丝杠螺母母副；3）涡轮蜗杆杆副；4）齿轮齿条条副；5）齿轮或齿齿链副及其其支撑部件件。4.4.2对进给系统统的性能要要求1）提高传动动精度和刚刚度，消除除传动间隙隙；2）减小摩擦擦阻力；3）减小运动动部件惯量量；4）系统要有有适度阻尼尼。4.4.3滚珠丝杠螺螺母副滚珠丝杆的的结构：4.4.3滚珠丝杠螺螺母副滚珠丝杆的的参数：4.4.3滚珠丝杠螺螺母副滚珠丝杠副副的支承和和制动方式式(1)支承方式滚滚珠丝杠杠常用推力力轴承支座座，以提高高轴向刚度度。(2)制动方式由由于滚珠珠丝杠副的的传动效率率高，无自自锁作用，，为防止因因自重下降降，故必须须装有制动动装置。4.4.3滚珠丝杠螺螺母副滚珠丝杠副副的支承和和制动方式式(1)支承方式滚滚珠丝杠杠常用推力力轴承支座座，以提高高轴向刚度度。(2)制动方式由由于滚珠珠丝杠副的的传动效率率高，无自自锁作用，，为防止因因自重下降降，故必须须装有制动动装置。4.4.3滚珠丝杆螺螺母副滚珠丝杆螺螺母的优、、劣：优：1）传动效率率高；2）摩擦力小小，传动灵灵敏；3）使用寿命命长；4）经预紧可可消除轴向向间隙；5）轴向运动动精度高，，反向运动动无空行程程。劣：1）成本高；；2）不能自锁锁。4.4.4导轨副机床导轨的的功用：机床导轨的的功用是起起导向及支承作用，即保保证运动部部件在外力力的作用下下(运动部件本本身的重量量、工件重重量、切削削力及牵引引力等)能准确地沿沿着一定方方向的运动动。在导轨轨副中，与与运动部件件联成一体体的运动一一方叫做动导轨，与支承件件联成一体体固定不动动的一方为为支承导轨，动导轨对对于支承导导轨通常是是只有一个个自由度的的直线运动动或回转运运动。4.4.4导轨副对导轨的要要求：1)导向精度导导向精度度是指运动动导轨沿支支承导轨运运动时，直直线运动导导轨的直线线性及圆周周运动导轨轨的真圆性性，以及导导轨同其它它运动件之之间相互位位置的准确确性。2)刚度表示示导轨在承承受动静载载荷下抵抗抗变形的能能力。3)耐磨性导导轨的不均均匀磨损，，破坏导轨轨的导向精精度从而影影响机床的的加工精度度。4)低速平稳性性当运动动导轨作低低速运动或或微量移动动时，应保保证导轨运运动平稳，，不产生爬爬行现象。。5)结构工艺性性在可能能的情况下下，设计时时应尽量使使导轨结构构简单，便便于制造、、调整和维维护。4.4.4导轨副导轨基本类类型及特点点：导轨按工作作性质可分分为主运动动导轨、进进给运动导导轨；按运运动轨迹可可分为直线线运动和圆圆周运动导导轨；按受受力情况可可分为开式式导轨和闭闭式导轨，，如图所示示；按摩擦擦性质可分分为滑动导导轨和滚动动导轨。4.4.4导轨副按照摩擦形形式滑动导轨按按其表面摩摩擦形式又又可分为：：1)液体静压导导轨；2)液体动压导导轨；3)混合摩擦导导轨4.4.4导轨副数控机床常常用的滑动动导轨4.4.4导轨副贴塑导轨是是一种金属属对塑料的的摩擦形式式，属滑动动摩擦导轨轨。4.4.4导轨副滚动导轨1．滚动导轨轨块(1)滚动导轨块块结构特点点如图所所示。4.4.4导轨副图是标准滚滚动导轨块块的结构图图。4.4.4导轨副(2)滚动导轨块块的安装滚滚动导轨块块一般在镶镶钢导轨条条上滚动。。如图所示示。4.4.4导轨副(3)滚动导轨块块的调整滚滚动导轨轨块安装时时应能调整整。图是楔楔铁调整机机构。4.4.4导轨副直线滚动导导轨(1)直线滚动导导轨的特点点直线滚滚动导轨副副是由一根根长导轨轴轴和一个或或几个滑块块组成，滑滑块内有四四组滚珠或或滚柱。(2)直线滚动导导轨的安装装特点直直线滚动导导轨通常是是两条成对对使用，可可以水平安安装，也可可以竖直或或倾斜安装装。有时也也可以多个个导轨平行行安装，当当长度不够够时可以多多根接长安安装。4.5数控机床的的辅助装置置数控机床的的辅助装置置主要由自自动换刀机机构、润滑滑系统、冷冷却系统和和排屑装置置等7部分组组成。。4.5.1自动换换刀机机构1）什么么是自自动换换刀装装置：：储备一一定数数量的的刀具具并完完成刀刀具的的自动动交换换功能能的装装置ATC：AutomaticToolChanger2）为什什么需需要自自动换换刀装装置：：缩短非非切削削时间间，提提高生生产率率，可可使非非切削削时间间减少少到20％～30％；“工序序集中中”，，扩大大数控控机床床工艺艺范围围，减减少设设备占占地面面积；；提高加加工精精度；；4.5.1自动换换刀机机构自动换换刀装装置类类型4.5.1自动换换刀机机构转塔式式自动动换刀刀装置置转塔式式自动动换刀刀装置置又分分回转刀刀架式式和转塔头头式二种。。回转转刀架架式用用于各各种数数控车车床和和车削削中心心机床床。转转塔头头式多多用于于数控控钻、、镗、、铣床床。4.5.1自动换换刀机机构1）回转转刀架架换刀刀回转刀刀架换换刀是是一种种简单单的自自动换换刀装装置。。在回回转刀刀架各各刀座座安装装或夹夹持各各种不不同用用途的的刀具具，通通过回回转刀刀架的的转位位实现现换刀刀。4.5.1自动换换刀机机构2）转塔塔头换换刀使用旋旋转刀刀具的的数控控机床床采用用转塔塔转位位更换换主轴轴头，，在转转塔的的各主主轴头头上根根据加加工的的工序序预先先安装装所用用刀具具，转转塔依依次转转位，，就可可实现现自动动换刀刀。4.5.1自动换换刀机机构带刀库库的自自动换换刀装装置刀库式式自动动换刀刀装置置是由由刀库和刀具交交换装装置组成。。在具具有刀刀库的的加工工中心心上，，其换换刀方方式又又可按按有、、无机机械手手分为为：有有机械械手换换刀和和无机机械手手换刀刀两类类。4.5.1自动换换刀机机构刀库刀库是是一个个储存存加工工所需需的各各种刀刀具的的仓库库，加加工中中心的的换刀刀位置置都是是设计计成固固定的的，对对应刀刀库上上某一一固定定刀位位，刀刀库要要具备备运送送刀具具，作作分度度运动动达到到换刀刀位置置及准准确定定位的的功能能，才才能使使换刀刀可靠靠。1）盘形形刀库库2）链式式刀库库3）格子子式刀刀库4.5.1自动换换刀机机构1）盘形形刀库库单盘形形刀库库4.5.1自动换换刀机机构4.5.1自动换换刀机机构1）盘形形刀库库多盘形形刀库库4.5.1自动换换刀机机构2）链式式刀库库4.5.1自动换换刀机机构2）链式式刀库库4.5.1自动换换刀机机构3）格子子式刀刀库4.5.1自动换换刀机机构刀库选选刀方方式刀库选选刀方方式有有顺序序选择择和任任意选选择二二种。。1)顺序选选刀方方式刀刀库库中的的刀具具位置置严格格按所所需加加工零零件的的加工工顺序序排列列。2)任意选选刀方方式工工作作原理理是在在刀库库上安安装位位置检检测装装置，，只要要将刀刀具号号和刀刀库地地址对对应记记忆在在数控控系统统的存存储器器中，，刀库库分度度、刀刀具交交换的的同时时每次次改变变存储储器的的内容容来控控制换换刀装装置。。4.5.1自动换换刀机机构刀具交交换装装置刀库交交换装装置是是实现现刀库库和机机床主主轴（（刀架架）之之间传传递和和卸刀刀的装装置。。可按有有、无无机械械手分分为：：无机机械手手换刀刀和有有机械械手换换刀两两类。。无机械械手换换刀一一般都都是利利用刀刀库与与机床床主轴轴的相相对运运动，，实现现刀具具交换换。换换刀时时必须须先将将用过过的刀刀具送送回刀刀具，，再进进行取取新刀刀。两两过程程时间间不可可重叠叠。4.5.1自动换换刀机机构无机械械手的的换刀刀系统统图示为为一种种卧式式加工工中心心无机机械手手换刀刀系统统的换换刀过过程。。a.主轴定定向准准停b.主轴箱箱上升升c.刀库右右移d.刀库旋旋转e.换刀f.主轴箱箱下降降4.5.1自动换换刀机机构有机械械手的的换刀刀系统统有机械械手的的换刀刀系统统它由由刀库库、机机械手手(有的加加工中中心还还有运运刀装装置)结合共共同完完成自自动刀刀具交交换的的，也也是在在加工工中心心上用用得最最为普普遍的的，比比无机机械手手的换换刀系系统更更灵活活，其其换刀刀时间间可缩缩短到到2s以下。。要求换换刀机机械手手迅速速可靠靠、准准确协协调。。4.5.1自动换换刀机机构有机械械手的的换刀刀过程程a.抓刀b.松刀c.拔刀d.换刀e.插刀f.归刀4.5.1自动换换刀机机构机械手手机械手手的结结构形形式是是多种种多样样的，，因此此换刀刀运动动也有有所不不同。。常见见的有有机械械手：：单臂单单爪回回转式式机械械手；；单臂双双爪回回转式式机械械手；；双臂回回转式式机械械手；；双机械械手；；双臂往往复交交叉式式机械械手；；双臂端端面夹夹紧式式机械械手手抓有有：钩钩手、、抱手手、手手指、、杈手手等。。4.5.1自动换换刀机机构三种单单臂机机械手手的示示意图图。4.5.1自动换换刀机机构三双臂臂种机机械手手示意意图。。4.5.1自动换换刀机机构经济型型数控控车床床方刀刀架经济型型数控控车床床方刀刀架是是在普普通车车床四四方刀刀架的的基础础上发发展的的一种种自动动换刀刀装置置，其其功能能和普普通四四方刀刀架一一样，，有四四个刀刀位，，能装装夹4把不同同功能能的刀刀具，，方刀刀架回回转时时，刀刀具交交换一一个刀刀位，，但方方刀架架的回回转和和刀位位号的的选择择是由由加工程程序指指令控控制。换刀刀时方方刀架架的动动作顺顺序是是：刀刀架抬起、刀架架转位、刀架架定位和夹紧刀架。。为完完成上上述动动作要要求，，要有有相应应的机机构来来实现现。4.5.2工件自自动交交换所谓工工件交交换，，即在在加工工第一一个工工件时时，开开始安安装调调整第第二个个工件件，第第一个个工件件加工工完后后，第第二个个工件件进入入加工工区，，从而而使工工件的的安装调调整时时间与与加工工时间间重合合，达到到进一一步提提高加加工效效率的的目的的。常见的的工件件自动动交换换系统统有以以下几几种：：交换换工作作台、、托盘盘交换换装置置、装装卸料料机器器人、、有轨轨小车车、无无轨小小车等等。4.5.2工件自自动交交换配有托托盘交交换系系统构构成的的FMC图示由由加工工中心心和托托盘交交换系系统构构成的的FMC。托盘盘上装装夹有有工件件，当当工件件加工工完毕毕后，，托盘盘转位位，加加工另另一个个新工工件，，托盘盘支撑撑在圆圆柱环环形导导轨上上，由由内侧侧的环环链拖拖动而而回转转，链链轮由由电动动机驱驱动。。托盘盘的选选定和和停位位，由由可编编程控控制器器来实实现。。一般般的FMC，托盘盘数在在5个以上上。4.5.3液压与与气动动系统统气压系系统与与液压压系统统的比比较：：1)空气取取之不不竭而而不易易堵塞塞；处处理方方便；；泄漏漏不会会严重重地影影响工工作，，不污污染环环境；；2)空气粘粘性很很小，，宜于于远距距离传传输及及控制制；3)工作压压力低低，可可降低低对气气动元元件的的材料料和制制造精精度要要求；；4)对开环环控制制系统统，它它相对对液压压传动动而言言有动动作迅迅速、、响应应快的的优点点；5)维护简简便，，使用用安全全，没没有防防火、、防爆爆问题题。4.5.3液压与气动动系统气压系统与与电气、液液压系统比比较有以下下缺点：1)气动装置的的信号传递递速度限制制在声速范范围之内，，所以它的的工作频率率和响应速速度远不如如电子装置置，并且信信号要产生生较大失真真和延误，，也不便于于构成十分分复杂的回回路。但这这个缺点对对工业生产产过程不会会造成困难难；2)空气的压缩缩性远大于于液压油的的压缩性，，精度较低；3)气压传动的的效率比液压传动动还要低，且噪声较较大；4)工作压力较较低，不易易获得大的的推力。气气压输出动动力不如液液压传动大大。4.5.3液压与气动动系统液压传动系系统：液压传动系系统的基本本框图如图图所示。4.5.3液压与气动动系统1）液压泵液压泵将机机械能转变变成液压能能，有齿轮轮泵、叶片片泵、柱塞塞泵等类型型。液压泵泵的工作原原理是利用用容积大小小的变化吸吸油和压油油。2）液压马达达执行元件液液压马达将将液压能转转换成机械械能，利用用液压能驱驱动机械对对象运动。。液压马达达与液压泵泵的结构相相类似，工工作原理是是互逆的。。3）液压缸液压缸是应应用最广的的执行液压压件，与液液压马达类类似，也是是将液压能能转换成机机械能，它它实现机械械对象的往往复运动。。4）控制阀液压传动是是通过控制制阀调节控控制的，控控制阀分为为方向控制制阀、压力力控制阀和和流量控制制阀；此外外，还有比比例控制阀阀、逻辑阀阀、伺服阀阀等。4.5.4润滑系统5)液压转矩放放大器6）液压系统统液压系统由由液压泵站站、高压油油路和低压压油路组成成7）液压卡盘盘液压卡盘用用螺钉安装装于主轴前前端，回转转液压缸用用螺钉通过过接套安装装在主轴后后端4.5.3液压与气动动系统气压传动系系统：气压传动系系统是以压压缩空气来来传递动力力的。图为为基本组成成示意图。。4.5.3液压与气动动系统1）气源(气压发生装装置)空气压缩机机是气源的的核心设备备，它将原原动机输出出的机械能能转换成空空气的压力力能。选择择空气压缩缩机的主要要性能指标标是工作压压力和额定定排气量均均应大于气气动系统的的工作压力力和所需的的自由空气气消耗量。。2）气缸气缸是应用最最广泛的气动动执行元件，，它将空气的的压力能转换换为机械能，，以此驱动负负载运动。4.5.3液压与气动系系统3）气马达气马达有叶片片式转动马达达、叶片式摆摆动马达、活活塞式气马达达等类型。4）控制阀气压传动的控控制元件主要要是控制阀。。气压阀与液液压阀类似，，也主要分为为压力控制阀阀、流量控制制阀和方向控控制阀。其中中，压力控制制阀又分为