数控机床机械结构第4章

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第4章数控机床自动换刀装置

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4.2 刀库

统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的
全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全
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4.3 机械手

2. 刀库夹爪刀库夹爪既起着刀套作用，又起着手爪的作用。如图4-19 所示为刀库夹爪图。

4.3.4 机械手结构原理
如图4-20所示，机械手结构及工作原理如下。机械手有两对抓刀爪，分别由液压缸1驱动其动作。当液压缸推动机械手抓刀爪外伸时，抓刀爪上的销轴3在支架上的导向槽2向滑动，使抓刀绕销4摆动，抓刀爪合拢抓住刀具；当液压缸间缩时，支架2上的导向槽迫使抓刀爪张开，放松刀具。由于抓刀动作由机械机构实现，且能自锁，因此工作安全可靠.
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4.3 机械手

4.3.5 机械手的驱动机构
如图4-21所示为机械手的驱动机构。汽缸1通过杆6带动机械手臂升降。当机械手在上边位置时，液压缸4通过齿条2、齿轮3、传动盘5、杆6带动机械手臂回转；当机械手在下边位置时，汔缸7通过齿条9、齿轮8、传动盘5和杆6，带动手臂回转。如图4-22所示为机械手臂和手爪结构图。手臂的两端各有一手爪。刀具被带弹簧1的活动销4紧靠着固定爪5。锁紧销2被弹簧3弹起，使活动销4被锁位，不能后退，这就保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。当手臂在上方位置从裙位置转过750时锁昆锁2被挡块压下，活动锁4就可以活动，使得机械手可以抓住主轴和刀套中的刀具。

第4章点位控制与点位直线控制

• 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以
进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。
• 位置控制：通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速
度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度。一般应用于定位装置，如数控机床、印刷机械等等。
直流伺服电机的控制
调速方式：本驱动器提供三种调速方式
• 内部电位器调速：逆时针旋转驱动器面板上的电位器，电机转速减小，顺时针则转速增大。
• 外部输入调速：
– 通过控制单元（如PLC、单片机等）输入模拟电平信号到“AVI” 端实现调速。调节范围0~10V对应0~3000转。
– 端子内也含有简单的RC滤波电路，因此可以接受PWM信号进行调速控制。
闭环点位控制系统结构（图4-3）
高精度的点位控制系统大多使用测量装置构成闭环控制；伺服系统的执行部件有直流伺服电机、液动机，双向油缸等。
4.1 点位控制与点位／直线切削控制的一般概念
直流伺服电机的控制
+I
Rf
+
U IE
a
-
Tn
G
Ra
If
Uf
-
直流他励电动机的机械特性
n
U
Ke
Ra
Ke
Ia
c
现代数控技术
第1章数控系统概述第2章数控系统控制信号的构成第3章控制信号的输入第4章点位控制与点位/直线控制第5章连续轮廓控制第6章刀具补偿原理第7章加减速控制原理
第8章数控系统的软硬件
现Байду номын сангаас数控技术
第4章点位控制与点位/直线控制

第4章数控机床伺服系统

图4-7 永磁直流伺服电动机
第4章数控机床伺服系统
第4章数控机床伺服系统工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 1 120/9 = 13 齿 3 2 A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 个 3 齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，B 相、C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
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式中：n —转速（r/min）； f —控制脉冲频率，即每秒输入步进电动机的脉冲数；由上式可知：工作台移动的速度由指令脉冲的频率所控制。
第4章数控机床伺服系统特点：
(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
种类：
有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
第4章数控机床伺服系统
计算机数控系统机床 I/O 电路和装置操作面板键盘输入输出设备机床
PLC
计算机数装控置
主轴伺服单元
主轴驱动装置
进给伺服单元测量装置
进给驱动装置
主进辅运给助传控动动制机机机构构构
数控机床的组成
第4章数控机床伺服系统
第4章
数控机床伺服系统
第4章数控机床伺服系统
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第4章数控机床伺服系统
每个步距角对应工作台一个位移值，这个位移值称为脉冲当量。因此，只要控制指令脉冲的数量即可控制工作台移动的位移量。步距角越小，它所达到的位置精度越高，因此实际使用的步进电动机一般都有较小的步距角。步进电动机的转速公式为：n 60 f

数控技术第4章计算机数控系统(1)

位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC）代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关量的控制。分为两类：一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制而专门设计制造的。另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。紧藕合：相同的操作系统松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制的轴数来衡量。

准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度进给倍率

主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却泵的通和断、刀库的起停等。刀具功能：T指令，选择刀具。字符和图形显示功能：显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。自诊断功能：故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方向上的速度，进给速度处理要根据合成速度计算出各坐标方向的分速度。此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行自动加减速处理。
5、插补计算插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程

基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软件的过程。通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要求的位臵。

数控机床习题有答案

数控机床习题(第一章)1填空题（1）数控机床一般由控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置和各种辅助装置组成。

（2）数控机床采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。

（3）突破传统机床结构的最新一代的数控机床是并联机床。

（4）自适应控制技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。

2选择题（1）一般数控钻、镗床属于（ C ）（A）直线控制数控机床（B）轮廓控制数控机床（C）点位控制数控机床（D）曲面控制数控机床（2）（ D ）是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节（A）控制介质（B）数控装置（C）输出装置（D）伺服系统（3）适合于加工形状特别复杂（曲面叶轮）、精度要求较高的零件的数控机床是（ A ）（A）加工中心（B）数控铣床（C）数控车床（D）数控线切割机床（4）闭环控制系统的位置检测装置装在（ D ）（A）传动丝杠上（B）伺服电动机轴上（C）数控装置上（D）机床移动部件上（5）根据控制运动方式的不同，数控机床可分为（B ）（A）开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床（B）点位控制数控机床、直线控制数控机床和轮廓控制数控机床（C）经济型数控机床、普及型数控机床和高档型数控机床（D）NC机床和CNC机床3 判断题（1）通常一台数控机床的联动轴数一般会大于或等于可控轴数。

（×）（2）数控机床是通过程序来控制的。

（√）（3）数控机床只用于金属切削类加工。

（×）（4）数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。

（√）（5）机床本体是数控机床的机械结构实体，是用于完成各种切割加工的机械部分。

（√）4 简答题（1）简述数控机床的发展趋势。

P91、高速度与高精度化2、多功能化3、智能化4、高的可靠性（2）简述数控机床各基本组成部分的作用。

《数控加工工艺课程设计指导书》课件第4章

4.2 数控工序的设计
一、数控加工工艺性分析 1．零件图上的尺寸标注零件图上的尺寸标注应该适应数控加工的特点，在数控
加工零件图上，最好以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法不仅便于编程，而且有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。对于图4-2(a)所示的局部分散标注图样，最好将其标注方法改为如图4-2(b)所示，这是因为数控机床的定位精度和重复定位精度很高，不会因累积误差而破坏零件的使用性。
图4-4为分别对应图4-3所示缺陷进行处理后的结果。
图4-4 缺陷处理结果示例
3．零件结构的工艺性第三章介绍的有关零件结构工艺性的问题，在数控加工的工艺分析中都应该引起重视。但由于数控加工有其自身的特点，因而对零件结构的工艺性提出了更高的要求。 (1) 在数控加工中，应尽量少用或不用成形刀具。如图 4-5中的三类槽型，对于普通机床(车床或磨床)加工而言，a 型的工艺性最好，b型次之，c型最差。因为b型和c型槽的刀具制造困难，切削抗力比较大，刀具磨损后不易重磨。如果是数控机床加工，则c型工艺性最好，b型次之，a型又最差。因为a型槽在数控机床上加工时仍要用成形切糟刀切削，不能充分利用数控加工的走刀特点，b型和c型槽则可用通用的外圆刀具加工(如图4-6所示)。
图4-5 普通机床上用成形刀具加工沟槽
图4-6 数控机床对不同槽型的加工
(2) 内孔有复杂型面应尽量让普通的刀具一次走刀成形。一般情况下，车削内孔中的型面比车削外圆和端面上的型面更加困难。因此，当内孔有复杂型面的设计要求时，更要注意数控车削的走刀特点，尽量让普通的刀具一次走刀成形。如图4-7所示，在圆弧上端出口处，由于没有安排一段45° 的斜线而是以圆弧与端面直接相交，导致零件的数控车削工艺性极差，难以加工。在分析零件结构工艺性时，对某些细小部位也要注意，否则也有可能给数控加工带来问题。

第4章数控铣削外轮廓、凸模的加工

一数控铣削加工工艺设计入门
立式数控铣床
数控铣床按主轴布置分类
立式数控铣床是数控铣床中最常见的一种，应用范围最广，主轴轴线垂直于工作台面，以X、Y、Z三轴联动居多，如下图（a）所示。主运动由主轴完成，主轴除完成主运动外，还能沿垂直方向上下移动加工工件。小型立式数控铣床X、Y、Z三轴的移动一般由工作台完成，主运动由主轴完成，与普通立式升降台铣床相似。大型立式数控铣床，由于需要考虑扩大行程，缩小占地面积和刚性等技术问题，多采用龙门架移动式，其主轴可以在龙门架的横向与垂直溜板上运动，而工作台则沿床身作纵向运动，如下图（b）所示。立式数控铣床可增加数控转盘（分度盘）来实现四、五轴联动加工，扩大使用功能，如下图（c）所示。
数控立式铣床、加工中心上铣削零件的加工工艺与编程
• 能力目标：1.会根据零件结构选择数控铣床； • 2.会数控铣削零件图形的数学处理； • 3.会对数控铣削零件图进行数控铣削加工工艺性分析，包括：分析零件图纸技术要求，检查零件图的完整性和正确性，分析零件的结构工艺性，分析零件毛坯的工艺性； • 4.会拟定数控铣削零件的加工工艺路线,包括：选择数控铣削平面与平面轮廓加工方法,划分加工阶段, 会划分加工工序, 确定加工顺序,确定加工路线； • 5.会根据数控铣削零件加工工艺熟练选用整体式数控铣削刀具与机夹可转位铣削刀具； • 6.会根据数控铣削常用夹具用途来正确选择夹具和装夹方案； • 7.会选择合适的切削用量； • 8.会编制数控铣削加工工艺文件。
4坐标联动数控铣床：机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其其中一个轴作数控摆角联动加工
5坐标联动数控铣床：机床主轴可以绕X、Y、Z三个坐标轴和其其中两个轴作数控摆角联动加工

第四章_车削加工、车床、车刀

整体式
焊接式
机夹式
可转位式
图4-4 目前数控车削刀具主要采用机夹可转位刀具。
硬质合金涂层刀片
金属陶瓷螺纹车刀切断和切槽刀片片刀片硬质合金刀片
图4-5
图4-6
图4-7 可转位车刀组成 1.刀片 2.刀垫 3.卡簧 4.杠杆 5.弹簧 6.螺钉 7.刀柄
图4.8 可转位车刀的结构返回目录
图4-13
• 3）在两顶尖之间顶两头装夹
对于长度尺寸较大或加工工序较多、同轴度要求比较高且需要调头加工的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹（如图4-14）。其前顶尖为普通顶尖，装在主轴孔内，并随主轴一起转动，后顶尖为活顶尖装在尾架套筒内。两顶尖装夹工件方便，不需找正，装夹精度高，但必须先在工件两端面钻出中心孔，工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间，通过拨盘和卡箍随主轴一起转动（如图4-15）。 • 如下图所示： •
• 4) 用卡盘和顶尖一夹一顶装夹 • 用两顶尖装夹工件虽然精度高，但刚性较差。因此，车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑（如图4-16）。为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移，必须在卡盘内装一限位支承（注：限位支承比夹持工件直径稍小，通常采用圆盘料或隔套）或利用工件的台阶面限位（如下图所示），这样比较安全，能承受较大的轴向切削力，且安装刚性好，轴向定位准确，因此应用比较广泛。
定心夹紧车床夹具
1）弹簧夹头 2）液性塑料夹头
1）弹簧夹头利用弹性筒夹的弹性变形将工件夹紧。（如图4-20所示）可实现定心夹紧，定心精度一般可达0.02---0.05mm.
图4-20
2）液性塑料弹性夹头
1—夹具体 2—薄壁套筒

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¡ 4.2.1 刀库的类型 ¡ 刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按程序指
令把将要用的刀具准确地送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。刀库的储存量一般在8~64把范围内，多的可达100~200把。 ¡ 1. 鼓（盘）式刀库 ¡ 在盘式刀库结构中，刀具可以沿主轴轴向、径向、斜向安放，刀具轴向安装的结构最为紧凑。但为了换刀时刀具与主轴同向，有的刀库中的刀具需在换刀位置作900翻转。
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数控机床机械结构第4章
4.1 ATC刀具自动换刀装置
¡ 2. 任选刀具 ¡ 这种方法根据程序指令的要求任意选择所需要的刀具，刀具
在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可以任意存放。每把刀具都编上代码，自动换刀时，刀库旋转，每间刀具都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该把刀具被选中，刀库将刀具送到换刀位置，等待机械手来抓取。任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀甚至可重复使用。因此，刀具数量比顺序选刀的刀具可以少一些，刀库也相应的小一些。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ （2）非固定型格子盒式刀库 ¡ 可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成，可直线运动，
刀匣可以从刀库中垂直提出。
¡ 4.2.2 刀库的容量
¡ 刀库的容量首先要考虑加工工艺的分析的需要。一般情况下，并不是刀库中的刀具越多越好，太大的容量会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀过程时间增长。例如，立式加工中心的主要工艺为钻、铣。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 在恨库容量较大时，为在存取方便的同时保持结构紧凑，可采取弹仓式结构，目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时，也有安装在单独的地基上，以隔离刀库转动造成的振动。
¡ 盘式刀库的刀具轴线与鼓轴线平等刀具环行排列，分径向、轴向两种取刀方式，其刀座结构不同。这种鼓式刀库结构简单应用较多，适用于刀库容量较小的情况。为增加刀库空间利用率，可采用双环或多环排列刀具的形式。但鼓直径增大，转动惯量就增加，选刀时间也较长。如图4-6（a）、（b）所示为鼓式刀库。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 刀库是自动换刀装置的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大的影响。刀库中的刀具的定位机构是用来保证要倒换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。根据刀库所需要的容量和取刀的方式，可以将刀库设计成多种形式。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 同时液压缸12前腔的高压油通定位V形块14使圆盘13定位，以便换刀装置换刀。这种方法，装置比较简单，总体布局比较紧凑，但圆盘直径较大，转动惯量大，且由于刀库离主轴较远，因此，要采用中间援装置来换刀。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 统计了15000种工件，按成组技术分析，各种加工刀具所必需的刀具数的结果是：4把刀的容量就可以完成95%左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70%的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70~以上的工件钻削工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，所得结果是80%的工件完成全部加工任务所需的刀具数在40种以下，所以一般的中小型立式加工中心配14~30把刀具的刀库就能够满足70%~95%的工件加工需要。
数控机床机械结构第4章
2020/11/21
数控机床机械结构第4章
4.1 ATC刀具自动换刀装置
¡ 4.1 ATC刀具自动换刀装置的基本要求
¡ 为完成对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置。自动换刀装置应当满足的基本要求为： ①刀具换刀时间短且换刀可靠
¡ ②刀具重复定位精度高 ¡ ③足够的刀具储存量 ¡ ④刀库占地面积小
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数控机床机械结构第4章
4.1 ATC刀具自动换刀装置
¡ 4.1.2刀具的选择方式
¡ 按数控装置的刀具选择指令，从刀库中将所需要的刀具转换到取刀位置，称为自动选刀。在刀库中，选择刀具通常采用两种方法。
¡ 1. 顺序选刀 ¡ 在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求集资插入刀
库的刀套中，顺序不能不差错，加工时按顺序调刀称为顺序选刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工指较大、工件品种数量较少的中小型自动换刀数按机床。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 2. 链式刀库 ¡ 如图4-7所示为链式刀库，通常刀具容量比盘式的要大，结
构也比较灵活和紧凑，常为轴向换刀。链环可根据机床的布局配置成各种形状，也可将换刀位置刀座突出以利于换刀。另外还可以采用加长链带方式加大刀库的容量，也可采用链带折叠加绕的方式提高空间利用率，在要求刀具容量很大时还可以采用多条链带结构。 ¡ 3. 格子盒式刀库 ¡ （1）固定型格子盒式刀库 ¡ 刀具分几排直线排列，由纵横向移动的取刀机械手完成选刀运动，将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上，由换刀机械手交换刀具。由于刀具排列密集，空间利用率高，刀库容量大。
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数控机床机械结构第4章
4.2 刀库
¡ 4.2.3 刀库结构
¡ 1. 圆盘式刀库的结构 ¡ 如图4-9（a）、（b）所示为圆盘式刀库的结构图，可容纳40
把刀具，如图4-9（a）为刀库的驱动装置，由液压马达驱动，通过蜗杆4蜗轮5、端齿离合器2和3带动与圆盘13相连的轴1转动。如图4-9（b）所示，圆盘13上均匀分布40个刀座9，其外侧边缘上有相应的40个刀座编码板8。在刀库的下方装有固定不动的刀座号读取装置7。当圆盘13转动时，刀座号板8依次经过刀座号读取装置，并读出各刀座的编号，与输入指令相比较，当找到所要求的刀座号时，即发出信号，液压缸6右腔进入高压油，使端齿离合器2和3脱开，使圆盘13处于浮动状态。