第三章第三节金属切削刀具

数控机床的产生最早出现于二十世纪四十年代初期的美国北密执安的一个小公司，在制造飞机框架和直升机叶片时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径精确地控制

1952年研制成功了世界第一台数控机床———直线插补连续控制的三坐标立式铣床

第三节金属切削机床部件2数控机床结构控制介质以指令的形式记载各种加工信息（工艺、刀具运动等）数控装置核心，接受输入的加工信息，经过本数控装置的编译处理，向伺服系统发送相应的脉冲伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成执行系统，按照指令控制执行部件，按照进给速度和位移动作每个进给运动的部件都配有一个伺服系统机床本体3普通车床加工普通车床的操作4数控车床加工QT200全功能数控车床8位转塔刀台/8位5数控机床与普通机床的区别数控机床是典型的机电一体化产品；其结构与普通机床有许多相似之处，但不是简单地将传统机床配备上数控系统，也不是在传统机床的基础上仅对局部加以改进。传统机床存在的弱点：刚性不足、抗振性差、热变形大、滑动面的摩擦阻力大及传动元件间存在间隙等。数控机床的自动化、高精度、大功率、多功能多工序、高可靠性等推动了其结构的改变。数控机床无论是基础大件、主传动系统、进给传动系统、刀具系统、辅助功能等部件结构，还是整体布局、外部造型等都与传统机床相比有独特的机械结构61）优点具有充分的柔性，只需编制零件程序就能加工新零件·在切削速度和进给的全范围内均可保持精度一致性好·生产周期较短·可以加工形状复杂的零件·易于调整机床，与其它制造方法（如自动机床、自动生产线）相比，所需调整时间较少·操作者有空闲时间，空闲时可照料其它加工操作72）缺点·造价相对较高·维护比较复杂，需专门的维护人员·需高度熟练和经过培训的零件编程人员3)数控机床的加工特点

①工序集中②加工精度高③对加工对象的适应性强④自动化程度高，劳动强度低⑤生产效率高⑥经济效益良好

8适合于数控机床加工的零件1）轮廓形状复杂、加工精度要求高或必须用数学方法解决的复杂曲线、曲面的小批量（100件左右）零件。2）试制中尚需多次改变设计的零件。3）加工工序较多的零件（如箱体类零件、航空附件壳体等）。4）价格昂贵的零件（如飞机大梁）。若加工中出现差错而使此类零件报废，将造成巨大的经济损失。5）要求精密复制的零件。看影片10数控机床的机床本体的组成（1）机床基础件；（2）主传动系统；（3）进给系统；（4）实现某些部件动作和某些辅助功能的装置，如液压、气动、润滑、冷却以及防护、排屑等装置；（5）实现工件回转、分度定位的装置和附件，如回转工作台；（6）刀库、刀架和自动换刀装置（ATC）；（7）自动托盘交换装置（APC）；（8）特殊功能装置，如刀具破损检测、精度检测和监控装置等；（9）为完成自动化控制功能的各种反馈信号装置及元件。11数控机床主传动系统与普通机床比较特点：所选用电机的区别1）转速高，功率大2）变速范围大3）主轴速度的变换迅速可靠1.主传动系统

主传动系统可按不同的特征来分类：

(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。

(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。

(3)按变速的连续性可以分为分级变速传动和无级变速传动。一、传动系统13主传动系统及主轴部件主传动电机已逐步被变频主轴电机和交流调速电机所代替，不再使用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机。由于主轴部件要求实现自动更换刀具或工件，因此主轴上设计有刀具自动夹紧机构。此外还有主轴准停装置。142、进给传动系统

(1)分类：机械进给系统,液压进给系统,电伺服进给系统电伺服进给系统（有无反馈）1）、开环控制系统（OpenLoopControl）不带位置反馈的控制系统。一般用功率步进电动机、电液脉冲马达（由步进电动机和液压扭矩放大器组成）作为执行元件。特点：

a、结构简单，运行工作稳定，调试、维修方便，价格低廉。

b、精度较低（取决于步进电动机以及传动机构的精度。

c、应用于精度要求不高的经济型数控系统中。15172）闭环控制（CloseLoopControl）数控机床这类系统的位置检测装置安装在机床工作台上，将工作台的实际位置检测出来并与CNC装置的指令进行比较，用差值进行控制，如上图结构。特点：·可矫正全部传动环节造成的误差，精度很高；（取决于检测装置的精度）不稳定因素多，调试困难；用于高精度设备的控制。如：镗、铣床，超精车床，磨床等；18闭环伺服系统203）半闭环控制系统（Semi-ClosedLoopControl）这类系统位置检测装置安装在电动机或丝杠轴端，通过角位移的测量间接得出机床工作台的实际位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。以交、直流伺服电机作为驱动元件。特点：

·可矫正部分环节造成的误差，精度比开环的高；

·反馈过程中不稳定因素少，调试较方便，稳定性好；

·机械环节（反向间隙、丝杠螺距累积误差）等通过数控系统的参数设置进行补偿，以提高其精度。2122按联动轴数分，2轴联动（平面曲线）3轴联动（空间曲面，球头刀）4轴联动（空间曲面）5轴联动及6轴联动（空间曲面）。联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。伺服驱动部件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。(2)电气伺服进给系统驱动部件(3)电伺服进给传动系中的机械传动部件机械传动部件主要指齿轮(或同步齿轮带)和丝杠螺母传动副。电气伺服进给系统中，运动部件的移动是靠脉冲信号来控制，要求运动部件动作灵敏、低惯量、定位精度好，具有适宜的阻尼比及传动机构不能有反向间隙。253、对进给系统机械传动部件要求

包括齿轮传动副（或蜗杆蜗轮副）、丝杠螺母副等及其支承部件（轴承座等）

1.高传动刚度2.抗振性3.低摩擦4.低惯量5.无间隙由于进给系统传动精度、灵敏性和稳定性将直接影响被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度，因此，为减少摩擦阻力，进给系统普遍采用滚珠丝杠螺母副和滚动导轨。图3-7滚珠丝杠螺母副的结构

1—密封环2、3—回珠器4—丝杠5—螺母6—滚珠27滚珠丝杠螺母副工作原理和特点滚珠丝杠螺母副由于在丝杠和螺母之间放入了滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，因而大大地减小了摩擦阻力，提高了传动效率。图为滚珠丝杠螺母副的结构示意图。丝杠１和螺母２上均有圆弧型面的螺旋槽，将它们装在一起便形成了螺旋滚道，滚珠在其间既自转又循环滚动。

滚珠丝杠螺母副示意图

１-丝杠;２-螺母;３-滚珠28滚珠丝杠螺母副与普通丝杠螺母副比具有优点：（1）传动效率高，摩擦损失小。（2）运动平稳无爬行。（3）传动精度高，反向时无空程。（4）磨损小。（5）运动具有可逆性。滚珠丝杠螺母副的缺点：（1）由于结构复杂，故制造成本高。（2）由于不能自锁，特别是在用作垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降。当向下驱动部件时，由于部件的自重和惯性，当传动切断时，不能立即停止运动，必须增加制动装置。图3-8采用双向推力圆柱滚子轴承的支承方式图3-9采用角接触球轴承的支承方式

主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。二、主轴部件31主轴部件32

各类机床的主轴组件都要保证主轴在一定的载荷与转速下

能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转

并能在其额定寿命期内稳定地保持这种性能。

(1)旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。

(2)刚度主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义。

(3)抗振性主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。

(4)温升和热变形主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。1.主轴部件应满足的基本要求34

（1）旋转精度是机床的一项主要精度指标指机床在无载荷、手动或低速转动的条件下，主轴前端安装刀具或工件的基准面上所测得的径向跳动、端面跳动和轴向窜动值35（2）静刚度主轴组件静刚度——主轴刚度。指主轴抵抗外力引起变形的能力。在主轴工作前端施加一个作用力下时，F与主轴在F作用方向上所产生的变形Y之比，即（单位为N/μm）

K=F／Y

36扭转刚度在主轴工作端的静扭矩T的作用下，主轴工作端产生扭转角θL为扭矩T的作用距离，扭转刚度

Kt=TL/θN·m2／rad一般保证了主轴刚度的主轴，则扭转刚度基本上也能保证。对承受扭矩为主的主轴（如立钻），则对扭转刚度应给予足够的重视。37（3）主轴组件的振动抗振性：指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。抗振性差：工作时容易发生振动影响工件的表面质量，限制机床生产率降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命发出噪声影响工作环境等38（4）温升和热变形主轴组件工作时，由于摩擦等而发热，产生了温升。温升使主轴组件因热膨胀而变形，称为热变形。39热变形会使主轴旋转轴线与机床其它部件间的相对位置发生变化，影响加工精度；热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态恶化；热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴与轴承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，影响轴承的正常工作，加速磨损，严重时甚至发生轴承抱轴现象。40轴承的温升与转速有关主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温升为：高精度机床810°C

精密机床和数控机床1520°C

普通机床3040°C

滚动轴承温度不得超过70°C

滑动轴承温度不得超过60°C

对特别精密的机床则不得超过室温10°C2.主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。42（1）齿轮传动（2）带传动（3）电动机直接驱动主传动要求较大的调速范围1.带有变速齿轮的主传动（图a）2.通过带传动的主传动（图b）

3.由伺服电动机直接驱动的主传动（图c）

多数机床的主轴采用前、后两个支承。这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度。为提高主轴部件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。为提高刚度和抗振性，有的机床主轴采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承；也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。(1)主轴的支承形式3.主轴部件结构44主轴的支承形式——前后两个支承

前支承采用圆锥孔双列圆柱滚子轴承和双向推力角接触球轴承组合，后支承采用成对角接触球轴承（a）

前轴承采用高精度角接触球轴承，后支承的球轴承具有较好的高速性能（b）双列圆锥滚子轴承和单列圆锥滚子轴承（c）

主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等。主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。(2)主轴的构造46主轴的构造——空心阶梯轴(3)主轴的材料和热处理

主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。普通机床主轴可选用中碳钢(如45钢)，调质处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴颈或定心锥面等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。只有载荷大和有冲击时、或精密机床需要减小热处理后的变形时、或有其它特殊要求时，才考虑选用合金钢。当支承为滑动轴承，则轴颈也需淬硬，以提高耐磨性。

45、合金钢。调质、淬火48（4）主轴轴承主轴支承的选用主轴支承一般应根据主轴转速、承载能力、回转精度等性能选用。中小型机床：多采用滚动轴承。重型机床：多采用液体静压轴承高精度机床：多采用气体静压轴承超高速机床（2~10×104rpm）：多采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。主轴轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、结构、配置方式、安装调整、润滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。图3-13典型的主轴轴承a)、b)双列短圆柱滚子轴承c)双列空心圆锥滚子轴承d)单列空心圆锥滚子轴承e)圆锥轴承f)双列圆锥轴承g)双向推力角接触球轴承h)角接触球轴承1、4—内圈2—外圈3—隔套50数控机床常用滚动轴承的结构形式如图51机床支承件是指主机大件如床身、立柱、横梁和工作台，采用焊接结构和合理的结构形式，相互固定连接成机床的基础和框架。在减轻机床自重的条件下，获得了高结构刚度和抗振性，改善了动态特性，保证了数控机床在主运动功率比同类型普通机床大得多的情况下，能进行稳定的切削。三、机床支承件1.支承件应满足的基本要求

1)应具有足够的刚度和较高的刚度—质量比。

2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。

3)热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。

4)排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。

2.支承件的结构

(1)箱形类支承件在三个方向的尺寸都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。

(2)板块类支承件在两个方向的尺寸比第三个方向大得多，如工作台、刀架等。

(3)梁类支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。54

目前生产实际中对支承件的设计，首先依靠类比的方法和经验，同时运用理论作直观综合分析，进行初步设计，然后制作模型作实验分析或运用有限元法检验和修改设计。（1）无论什么截形，都是空心的比实心的刚度大，所以支承件都是中空形式，（2）适当减小壁厚，加大外廓尺寸可提高刚度。（3）支承件受扭矩为主的用圆形截面，受弯矩为主的用矩形截面，既受弯矩又受扭矩的用方形截面。（4）封闭截面的刚度远比不封闭的大，所以支承件尽可能采用封闭截面，但是由于受使用要求（如排屑等），不可能完全封闭，此时刚度的削弱用其他措施弥补。55合理选择支承件的结构形式

支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身封闭整体箱形结构563、支承件的材料支承件采用铸铁、钢板或型钢焊接

——增加刚度、减轻重量、提高抗振性铸件:容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩擦力大,阻尼系数大,振动的衰减性能好,成本低.铸件的周期较长,需做木型模,易产生缩孔、气泡等缺陷。常用HT200焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻20%-50%，省去制模和浇注，生产周期短，不易出现废品

支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土等。58人造大理石床身（混凝土聚合物）采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料——不常移动的大型机械的机身。脆性大，耐腐蚀性差。59

采用封砂床身结构在铸件中不清除砂芯，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料——提高机床结构的抗振性60天然大理石床身导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支承导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。四、机床导轨导轨是进给系统的重要环节，是机床的基本结构的要素之一，机床的加工精度和使用寿命很大程度上决定于机床导轨的质量，而数控机床对于导轨有着更高的要求：如高速进给时不振动，低速进给时不爬行，有高的灵敏度,能在重载下长期连续工作，耐磨性高，精度保持性要好。

1.导轨应满足的主要技术要求

(1)导向精度导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。

(2)承载能力大，刚度好根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。

(3)精度保持性好精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料(或磨粒)磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。

(4)低速运动平稳当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。64对导轨的基本要求即：

高速进给时不振动，低速进给时不爬行；有高的灵敏度，能在重载下长期连续工作；耐磨性要高，精度保持性要好等2.导轨的截面形状和组合形式图3-16导轨的截面形状a)矩形导轨b)三角形导轨c)燕尾形导轨d)圆柱形导轨3.导轨的结构类型及特点(1)滑动导轨

(2)静压导轨

(3)滚动导轨(4)卸荷导轨67

滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点,在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨或注塑导轨1、滑动导轨注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨这是一种金属对塑料的摩擦形式，属滑动摩擦导轨。导轨--滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑动面为淬火磨削面。软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物的高分子复合材料。塑料导轨刚度好，动、静摩擦系数差值小，耐磨性好，无爬行，减振性好。(图)粘帖时，先用清洗剂（如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯）彻底清洗被粘贴导轨面，切不可用酒精或汽油，因为它们会在被清洗表面留下一层薄膜，不利于粘结。清洗后用干净的白色擦布反复擦拭，直到擦不出污迹为止。然后将配套的胶粘剂（如101、212、502等）用油灰刀分别涂在软带和导轨粘结面上，为了保证粘结可靠，被贴导轨面应沿纵向涂抹，而塑料软带的粘结面沿横向涂抹。粘贴时，从一端向另一端缓慢挤压，以利赶跑气泡，粘贴后在导轨面上施加一定压力加以固化。(图)为保证粘结剂充分扩散和硬化，室温下，加压固化时间应为24h以上。粘贴好的导轨面还要进行精加工，如开油槽、刮研磨削、研磨等。注意在局部修整时，切不可用砂纸，以防砂粒脱落嵌进塑料导轨中，破坏导轨。局部修整时，要用刮刀。与粘贴导轨配对的金属导轨，硬度在160HBS以上，表面粗糙度在Ra3.2um-Ra0.8um。有时为了使其对软带起定位作用，导轨粘贴面加工成0.5-lmm深的凹槽。732、滚动导轨

在导轨工作面间放入滚珠、滚柱或滚针等滚动体，使导轨面间成为滚动摩擦，可以大大降低摩擦系数，提高运动灵敏度。

滚动导轨的特点：优点摩擦系数小，为0.0025—0.005mm；动、静摩擦系数很接近；精度保持性好；低速运动时，不易出现爬行现象，定位精度高。缺点是结构较复杂，制造较困难，成本较高；滚动导轨对脏物较敏感，必须要有良好的防护装置。747576直线滚动导轨

组成：导轨体1,滑块7、滚珠4、保持器3、端盖6等

777879⒊静压导轨

在导轨工作面间通入具有一定压强的润滑油，使运动件浮起，导轨面间充满润滑油形成的油膜，因而始终处于纯液体摩擦状态。静压导轨优点：由于导轨面处于纯液体摩擦状态，摩擦系数极低，约为0.0005mm，因而驱动功率大大降低，低速运动时无爬行现象。导轨面不易磨损，精度保持性好。由于油膜有吸振作用，因而抗振性好、运动平稳。缺点是静压导轨结构复杂，而且需要一套过滤效果良好的供油系统，制造和调整都较困难，成本高。4、卸荷导轨降低导轨面的压力—卸荷方式有机械、液压等卸荷导轨并不象静压导轨一样浮起.一般卸荷70%左右,即还有30%左右的重量是压在导轨上的液压或气压是利用压力分担、减轻载荷或重量机械卸荷就是利用滚动方式，分担、减轻滑动时所承受的载荷为了提高数控机床的定位精度和运动平稳性，目前普遍使用滚动导轨、静压导轨、塑料导轨。塑料导轨因其良好的动、静摩擦特性和耐磨性大有取代滚动导轨之势。82五、数控回转工作台和分度工作台

数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用机床的分度工作台十分相似，但其内部结构却具有数控进给驱动机构的许多特点。功能:使工作台作连续回转进给，以完成切削工作，同时能完成00－3600围内的任意角度的分度。作用:既能作为数控机床的一个回转坐标轴，用于加工各种圆弧或与直线坐标轴联动加工曲面，又能作为分度头完成工件的转位换面。实现：由于数控回转工作台的功能要求连续回转进给并与其他坐标轴联动，因此采用伺服驱动系统来实现回转、分度和定位类型：有开环数控回转工作台和闭环数控回转工作台。8384回转工作台1、作用：实现绕X、Y、Z轴的圆周进给运动

2、种类：数控回转工作台、数控分度工作台数控回转工作台85分度工作台

数控机床（主要是钻床、镗床和镗铣床）的分度工作台与数控回转工作台不同，它只能完成分度运动，而不能实现圆周进给。由于结构上的原因，通常分度工作台的分度运动只限于某些规定的角度，如900、600或450等。

功能:是完成回转分度运动，即在需要分度时，将工作台及其工件回转一定角度。作用:在加工中自动完成工件的转位换面，实现工件一次安装完成几个面的加工。86数控分度头

1.机床刀架自动换刀装置应满足的要求

1)满足工艺过程所提出的要求。

2)在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。

3)刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚度。

4)可靠性高。

5)刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。

6)操作方便和安全。六、机床刀架和自动换刀装置

2.机床刀架和自动换刀装置的类型按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架，例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力不同可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。891、自动换刀装置(ATC)

自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。自动换刀装置的形式回转刀架换刀装置（常用于数控车床）多主轴转塔头换刀装置（常用于数控镗铣床）带刀库的自动换刀装置

自动换刀装置90回转刀架换刀91自动换刀装置自动换刀装置刀库机械手作用——交换主轴与刀库中的刀（工）具92对自动换刀装置的基本要求换刀时间短刀具重复定位精度高有足够的刀具贮存量刀库占地面积小及安全可靠自动换刀装置的形式回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统93盘式刀库鼓轮式刀库：结构简单、紧凑、应用广链式刀库：刀库容量大刀库形式2、刀库的形式94盘式刀库a）径向取刀形式

b）轴向取刀形式

c）径向布置形式

d）角度布置形式95盘式刀库96链式刀库链式刀库97链式特点：结构紧凑，刀库容量大，可充分利用空间，通常为轴向取刀，位置精度较低，适用于刀库容量大的场合。983、换刀过程加工中心机床工作时换刀的过程分那几个步骤？

（1）装刀：刀具装入刀库；

（2）选刀：根据程序指令，从刀库中选出指定刀具的操作称为自动选刀，常用选刀方式有顺序选刀和随意选刀；

（3）换刀：通过机械手（自动换刀机构）和数控系统的有关控制指令实现刀库刀具和主轴上的刀具的交换。99选刀方式顺序选刀方式(早期)任选方式：记忆式,跟踪刀具就近换刀(现在)换刀方式机械手换刀刀库—主轴运动换刀选刀和换刀方式：1001)主轴箱回参考点，主轴准停。2)机械手抓刀（主轴上和刀库上）3)取刀：

活塞杆推动机械手下行。4)交换刀具位置：机械手回转180°。5)装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。4、机械手换刀动作过程101102

车床类机床的运动特征是：主运动为主轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成。

车床加工所使用的刀具主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。

车床的种类很多，按用途和结构的不同有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车床以及各种专门化车床等。其中卧式车床是应用最广泛的一种。第四节常见的金属切削机床一、车床

磨床是用磨料磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行切削加工的机床。它们是由于精加工和硬表面加工的需要而发展起来的，目前也有少数应用于粗加工的高效磨床。为了适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床(如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)、研磨床、其它磨床(如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等)。

看影片二、磨床

钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头进行钻孔。在车床上钻孔时，工件旋转，刀具作进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向移动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工。如：加工箱体、机架等零件上的孔。除钻孔外在钻床上还可完成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。钻床的主参数是最大钻孔直径。根据用途和结构的不同，钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。三、钻床铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。通常铣削的主运动是铣刀的旋转，工件或铣刀的移动为进给运动，这有利于采用高速切削，其生产率比刨床高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。

铣床的主要类型有升降台式铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床以及近年来发展起来的数控铣床等。四、铣床107常见数控机床

1．数控车床

数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求。108

图为广州机床厂生产的CJK6146型经济型数控车床。该机床主轴转速为14～1600r/min，刀架工位数为4，主电机功率为7.5kW；切削进给速度：X方向为3m/min，Z方向为6m/min。图1-5为沈阳机床股份有限公司生产的CKH6116型数控车床。该机床主轴转速为500～4000r/min，加工精度为IT7～IT6。109图1-4CJK6146型经济型数控车床

110图1-5CKH6116型数控车床

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对数控车床可以采用不同的分类方法进行分类。

1)按主轴配置形式分按主轴配置形式分，可将数控车床分为卧式和立式两大类，其中数控卧式车床有水平导轨和斜置导轨两种形式。

2)按刀架数量分按刀架数量分，可将数控车床分为单刀架和双刀架两类。单刀架数控车床多采用水平导轨，两坐标控制；双刀架数控车床多采用斜置导轨，四坐标控制。

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3)按数控车床控制系统和机械结构的档次分按数控车床控制系统和机械结构的档次分，可分为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。车削中心是在数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床，可以在一次装夹中完成回转体零件的所有加工工序，包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻孔和攻螺纹等工序。113

车削中心除具有一般二轴联动数控车床的所有功能之外，其转塔刀架上装有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续回转运动和进行精确分度的C轴功能，该轴能与X轴或Z轴联动。有的车削中心还具有Y轴，X、Y、Z轴交叉构成三维空间，可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和螺纹加工等。114

2．数控铣床与加工中心

数控铣床和加工中心都能够进行铣削、钻削、镗削及攻螺纹等加工，它们在结构、工艺和编程等方面有许多相似之处。全功能数控铣床与加工中心比较，区别主要在于数控铣床没有自动换刀装置，只能手动换刀，而加工中心具有刀具库和自动换刀装置，可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时通过换刀指令，由ATC(自动换刀装置)自动换刀。115图1-6XK5025型经济型数控铣床

116图1-7XH714A型立式加工中心

加工中心1958年，美国的卡尼-特雷克（K&T）公司首次把铣、钻、镗集中于一台数控机床上，通过自动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。至今40多年来，出现了各种类型的加工中心，其外形结构各异，但从总体来看，不外乎由以下几大部分组成。基础部件由床身、立柱和工作台等大件组成。主轴部件由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。118加工中心是高效、高精度数控机床,工件在一次装夹中便可自动完成多道工序的加工.

是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平，成为现代机床发展的主流和方向。1、加工中心组成加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。119x-y