2.3数控车床卡盘自动夹紧改造教学设计.
数控车床卡盘尾座自动夹紧改造
电气改造及调试
调试运行
❖ 机械、液压、电气部分已改造安装完毕，经过检 查，就可通电试验，观察功能及性能指标，对系 统进行调整，完成改装任务。
机械部件及液压部件
液压原理图
电气改造及调试
❖ 电气改造方面，主要是增加相应的强电和弱电控制电路，数控系统上需要增 加相应的I/和尾座的24伏控制电路图
电气改造及调试 ❖ 液压控制电路
电气改造及调试 ❖ 增加的i/o点
❖ 梯形图
数控机床卡盘尾座改造
Contents
数控机床卡盘尾座改造及方案 机械部件及液压部件 电气改造及调试
数控机床卡盘尾座改造及方案
卡盘尾座改造
方案
机械部件及液压系统
电气改造及调试
数控机床卡盘尾座改造方案
❖ 本次采用液压自动卡盘和液压尾座实现。我们将 本次改造的工作任务分为机械、电气、液压等几 个方面。主轴夹紧改造机械方面需要增加液压自 动夹紧卡盘及相应附件，这是主轴夹紧的最终执 行部件。液压部分需要增加一个液压站。液压站 包括油箱、电动机、叶片泵、电磁阀、调压阀、 溢流阀、压力传感器等。液压站为实现主轴与尾 座夹紧松开功能提供动力源，压力油由此送往主 轴油缸和尾座油缸。
车床夹具课程设计
车床夹具课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解车床夹具的基本概念、分类及功能，掌握其结构组成和工作原理；2. 学生能够描述车床夹具在机械加工中的重要性，了解其在生产实践中的应用；3. 学生掌握车床夹具的安装、调整及使用方法，了解相关安全操作规程。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，分析并解决车床加工中常见的夹紧问题；2. 学生能够根据加工需求，合理选择和使用车床夹具，提高加工效率和加工质量；3. 学生能够运用车床夹具进行简单的零件加工，具备一定的动手操作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械加工领域的兴趣，激发他们学习相关知识的热情；2. 培养学生严谨、细致的学习态度，使他们认识到车床夹具在加工过程中的重要作用；3. 培养学生的团队协作意识，使他们能够在实际操作中互相配合、共同完成任务。
课程性质：本课程为专业技术课程，结合理论教学和实际操作，培养学生的专业技能和实践能力。
学生特点：学生处于中等职业教育阶段，具备一定的机械基础知识和动手能力，对实际操作有较高的兴趣。
教学要求：结合课程内容和学生的学习特点，注重理论与实践相结合，强化操作技能训练，提高学生的实际应用能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动参与、积极思考，培养他们的创新意识和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际工作中，为未来的职业生涯打下坚实基础。
二、教学内容1. 车床夹具概述- 夹具的定义、分类及其在机械加工中的作用；- 车床夹具的组成、结构特点及工作原理。
2. 车床夹具的类型与选用- 常见车床夹具的类型及适用范围；- 根据加工需求选择合适的车床夹具；- 夹具的安装、调整及使用方法。
3. 车床夹具的应用实例- 分析典型零件加工中夹具的应用；- 实际操作演示，让学生了解夹具在加工过程中的作用；- 夹具使用注意事项及安全操作规程。
4. 车床夹具操作技能训练- 设计实践操作环节，让学生动手操作，熟悉夹具的使用；- 培养学生根据加工要求，合理选择和安装夹具的能力；- 提高学生运用夹具进行加工的效率和质量。
车床夹盘改装方案
车床夹盘改装方案1. 背景介绍在车床加工过程中，夹盘是不可或缺的重要设备，它通常用于夹持工件，使之保持稳定。
然而，传统的车床夹盘在某些情况下可能无法满足特定加工需求，因此需要对夹盘进行改装以提升其功能和性能。
2. 改装目标本次改装的目标是提升车床夹盘的稳定性和精度，以适应高精度加工的需求。
具体而言，改装方案包括以下几个方面的优化：•提升夹持力：通过增加夹爪数量或改进夹爪结构，增大夹紧力，确保工件牢固地固定在夹盘上。
•加强刚性：通过重新设计夹盘的结构，增加材料的厚度或加入加强筋等方式，提升夹盘的刚度和抗变形能力。
•提高旋转精度：对夹盘的转动轴进行精密加工，采用高精度轴承，提高夹盘的转动精度和稳定性。
•优化重复定位精度：使用高精度的位置检测装置，结合自动控制系统，提升夹盘的重复定位精度。
3. 改装方案3.1 提升夹持力为增大夹紧力，可以在夹盘上增加夹爪的数量，并采用合适的力学原理设计夹爪的结构。
夹爪的形状可以根据工件的特点进行定制，以确保夹持力均匀分布且紧密贴合工件表面。
3.2 加强刚性为提高夹盘的刚性，可以通过采用更厚的材料或增加加强筋来增加夹盘的强度。
材料的选择应考虑到其机械性能和耐磨性能，以满足长时间高速运转的需求。
同时，也可以在夹盘的结构设计中加入局部加强部件，以进一步提升刚性和抗变形能力。
3.3 提高旋转精度为提高夹盘的旋转精度，首先应对夹盘的转动轴进行精密加工，以确保其直径和圆度的精度符合要求。
其次，应选用高精度的轴承，以减小径向和轴向游隙，减小旋转时的轴承摩擦力和振动。
还可以采用液压或气压系统对夹盘进行稳定控制，以进一步提高旋转精度和稳定性。
3.4 优化重复定位精度为提高夹盘的重复定位精度，可以使用高精度的位置检测装置，以实时监测夹盘的位置，并结合自动控制系统进行修正。
该装置可以采用光电编码器、激光干涉仪等高精度传感器，通过与控制系统的协作，实现夹盘位置的高精度控制和修正。
4. 改装效果评估对于每个改装方案的效果进行评估是至关重要的。
数控车床改装课程设计
数控车床改装课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解数控车床的基本结构及其工作原理，掌握改装数控车床的基本步骤和关键技术。
2. 学生能够掌握数控车床编程的基本方法，并针对改装后的车床进行简单零件的加工程序编写。
3. 学生能够了解并掌握数控车床改装后的调试与验收标准。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立完成数控车床的改装设计，并具备分析和解决实际问题的能力。
2. 学生能够运用数控编程软件，针对改装后的车床进行零件程序的编制和调试。
3. 学生能够通过小组合作，完成改装数控车床的调试与验收工作，具备一定的团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到数控技术在实际生产中的应用价值，培养对制造业的兴趣和热爱。
2. 学生在课程学习中，树立安全意识，养成良好的操作习惯，注重生产过程中的环保和资源利用。
3. 学生能够通过课程学习，增强实践能力，培养勇于探索、创新的精神，提高自我成就感。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，结合学生年级特点，注重理论知识与实践操作的结合。
学生特点：学生具备一定的机械基础和数控编程知识，具有较强的动手能力和学习兴趣。
教学要求：教师应结合课程目标和学生学习特点，采用启发式、案例式教学，引导学生主动参与实践，培养其独立思考和解决问题的能力。
同时，注重课程评估，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容1. 数控车床结构及工作原理：回顾数控车床的基本结构，重点讲解改装车床的工作原理及性能优化。
教材章节：第一章 数控车床概述2. 数控车床改装技术：介绍改装数控车床的关键技术，包括硬件设备升级、软件系统优化等。
教材章节：第三章 数控车床改装技术3. 数控编程与加工：结合改装后的数控车床，学习编程方法，进行实际零件的加工程序编写。
教材章节：第二章 数控编程基础、第四章 数控车床加工工艺4. 数控车床调试与验收：讲解改装后的数控车床调试与验收标准，组织学生进行实际操作。
教材章节：第五章 数控车床调试与验收5. 实践教学：安排学生进行数控车床改装设计、编程、调试与验收的实践活动，巩固所学知识。
数控车床液压卡盘上实现轴管内形定位的夹紧方法
１ ． 设 计 思路
我公 司是 制造汽车 轮毂轴 管
的 专 业 厂 家 。 最 近 在 加 工 一 种 外 贸 汽 车 轮 毂 轴 管 时 ，我 们 遇 到 一
尺 寸 要 求 。其 中 要 求 在 大 端 内 形
数控车床液压卡盘上实现轴管内形定位 的夹紧方法
● 河 南英威 东风机械 制造有 限公 司 （ 南阳 ４ ７ ３ ０ ０ ０ ） 王 湛
摘要： 本文 介 绍 了一 种 在数 控 车床 上 使 用普 通 液压 卡 盘装 央加 工工 件 时 ， 能够 简单 、 准确 地 实现 使 用工 件 内形 定位 的加 工工 艺
参
籼旺
一
６ ３
时 ，如 果 我 们 能 实 现 以 ７ ３ ｍｍ 基准 圆 为 轴 向 定 位 基 准 ， 使 （ ３ １ ． ７ ±０ ． １ ５ ）Ｉ Ｔ Ｉ ｍ尺 寸 测 量 基
准 与 定 位 基 准相 重 合 ， 同时 在 编
， ４ ７ ３ ｍｍ基准 圆重合 ，即将轴管顶
保 证该 壁 厚 尺 寸 。
管做好 了准备。然后 ，向后退 出
尾 座 顶 尖 ，松 开 轴 管 小 端 ，卸 下
盘 开 关 ，使 液 压 卡 盘 卡 爪 向 外 撑 紧 轴 管 大 端 内 形 ，即 卡 爪Ｂ面 与 定 位 轴 面 分 开 ，从 而 实 现 对 轴
轴管 ，轴 管精 车 外 形 工序 完 成 。 这 种 加 工 工 艺 方 法 实 现 了 壁 厚 尺 寸 测 量 基 准 与 车 削 定 位 基 准
安排 轴管各外 圆在数 控车床上最 后一 次精车完成 。在 精车各外 圆
数控车床盘类零件工装夹具设计
数控车床盘类零件工装夹具设计摘要：随着工业科技的高速发展，当今各行各业对各种产品零件的需求也层出不穷。
在零件的机械加工中单靠传统的常规装夹方式很难满足实际生产中一些零件的加工，因此，必须要为产品零件设计能顺利完成其装夹进行加工且成本低、加工效率高、满足精度要求的夹具。
文章对机床夹具中圆偏心夹紧装置的设计进行了研究分析，以供参考。
关键词：机床夹具；夹紧装置；设计前言机床夹具行业迄今已发展起来，可分为三个阶段。
第一阶段主要由夹具和人的组合来表示。
此时，夹具主要用作人体加速和完善加工过程的简单辅助工具。
在第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁。
夹具的功能发生变化，主要用于工件的定位和夹紧。
人们越来越认识到操作者和机床性能的提高密切相关，因此夹具备受关注;第三阶段是夹具和机床的组合，夹具成为机床的一部分并成为加工不可或缺的工艺设备。
在夹具设计过程中，设计人员主要考虑加工零件定位和夹紧问题。
然而，夹具设计经常遇到一些小问题。
如果这些问题处理不当，会给夹具的使用带来很多不便，甚至影响工件的加工精度。
我们总结了多年来设计夹具时遇到的一些小问题：①清理根部的问题，在设计夹具端面和定位内孔时，会遇到清除根部的问题。
具体定位端面和定位外圆。
当端面和定位外圆被分成两个主体时，不会引起这个问题。
应根据工件的结构确定是否应移除夹具。
如果零件定位内孔的倒角很小或没有倒角，则必须清除根部。
如果零件定位孔的倒角很大或没有孔，则不需要根部，并且接头可以是圆形的。
当定位端面和外圆时，它与上面相同。
②让刀问题，当设计用于盘式工具（例如铣刀，砂轮等）的夹具时，应考虑铣刀或砂轮切削或磨削后铣刀或砂轮的退回位置。
铣刀或砂轮的位置应根据所用铣刀或砂轮的直径确定，并应超过刀具半径。
③更换问题，在设计一系列具有相同或相似结构和不同尺寸的产品零件和夹具时，为了降低生产成本并提高夹具的利用率，夹具通常设计为通用夹具，仅替换一个或几个部分。
1 机床夹具中定位与夹紧的研究1.1工件定位方案机床夹具的组成主要有以下几个部分组成:(1)定位元件，是夹具中确定工件位置的装置，主要的定位结构有支撑钉、V形块等;(2)夹紧装置，该装置是对工件进行夹持，保持工件在加工的时候不发生移动;(3)导向、对刀装置，是保证零件在加工的时候具有正确的位置;(4)夹具体，该装置是夹具的整个基础，是承载各种零件的基座;(5)其他装置，上下料装置、顶出器等。
《机床夹具设计》电子教案 项目二 夹紧装置
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任务 认识基本夹紧机构
• 2)夹紧机构 • 夹紧机构指接受和传递原始作用力使之变为夹紧力并执行夹紧任务的
• 那么，应采用何种方式将其夹紧呢?夹紧时会不会因为夹紧力对工件 的定位产生影响?夹紧时我们要注意什么呢?
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任务 认识基本夹紧机构
• 二、相关知识
• 1.夹紧机构的概念及原理 • 图2一1一1所示为工件在加工时装夹机构示意图。 • 夹紧装置的种类很多，但其结构一般由两部分组成。 • 1)动力装置 • 夹紧力的来源，一是人力，二是某种装置所产生的力。能产生力的装
项目二 夹紧装置
• 任务 认识基本夹紧机构
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任务 认识基本夹紧机构
• 一、提出工作任务
• 项目一中我们主要研究了工件在夹具中的定位问题，目的在于确定工 件的定位方法和保证必要的定位精度，当其要求都达到时是否就可以 加工了呢?当然不能!即使工件的定位问题解决得再好，那也只是完成 了工件装夹任务的前一半，仍无法进行加工。如任务1中图1一1一1 所示的几个待加工工件，只有对工件实行夹紧，才能完成加工任务， 此时才完成了工件在夹具中装夹的全部任务。
紧时会破坏定位。 • 2)夹紧力应指向主要定位基面 • 如图2-1 -5所示，对工件只施加一个夹紧力，或施加几个方向相同的
夹紧力时，夹紧力的方向应尽可能朝向主要基准面。
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任务 认识基本夹紧机构
• 3)夹紧力的方向应有利于减小夹紧力 • 如图2-1 -6所示，夹紧力Fw与切削力F、重力G方向的关系，图2• 1 -6 (a)三力同向，所施夹紧力为最小，工件加工时不会因夹紧力太
2.3数控车床卡盘自动夹紧改造教学设计.
能根据任务要求设 扣 4 分
1 电路设计
计电路
2）设计电路不正确，每处
扣5分
1）元件安装不合要求，每 能正确使用工具和
处扣 2 分 2 接 线 仪表,按照电路图接
2）接线不规范，每处扣 1 线
分
1）程序编制不规范，每处
PMC 程序编 能 根 据 控 制 要 求 按
3
扣2分
制
照流程编制 PMC 程序
2）程序错误，每处扣 5 分
图 2-9 液压电机主电路图 图 2-10 卡盘和尾座控制电路图
图 2-11 液压电机控制电路 液压卡盘、尾座涉及到的 I/O 信号
表 2-1 增加的 i/o 点
根据卡盘、尾座控制要求及定义的 I/O 点，增加卡盘尾座控制梯形图程序
5)控制软件的设计 软件编写采用了点按钮启停控制模式，卡盘与尾座控制完全相同，因此程序编写很 简单，从实现液压动作控制看，完全可以满足卡盘与尾座动作要求；如果要从安全可靠 角度分析，卡盘液压部分可以增加双压控制及压力检测，同时与主轴实现互锁控制，对 液回路及梯形图改进。 6)调试 顺序程序的输入、调试 系统运行 机械液压安装和电气设计连接完成后，经过检查就可以通电试验了，这些工作做完 以后，卡盘尾座升级改造工作就完成了。 4．项目实训操作 项目实训操作过程流程图如下图 2 所示。 根据课堂讨论学习后，组内合理分工协作完成项目要求
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教学 目标
教
案
数控机床卡盘尾座改造
学时
安排
6H
知识目标：理解掌握液压卡盘、尾座结构特点 掌握卡盘、尾座改造基本电气设计方法及液压控制的基本知识 掌握卡盘、尾座改造 PMC 程序设计
能力目标：掌握卡盘、尾座的装调维修 掌握机床电气、液压回路安装调试
素质目标：本项目以分组进行，锻炼同学们竞争、合作、领导、服从等方面 的素质，培养学生掌握工作的过程和方法 通过基于工作过程的教学模式，培养学生分析问题、解决问题的 能力
4 液压控制 液压回路及安装
1）回路设计不正确扣 5 分 2）安装不合格每处扣 2 分
能根据接线、程序和 1）卡盘、尾座动作不正确，
5 调 试 参数设置，正确进行 扣 10 分
现场调试
2）调试失败，扣 20 分
备注
注：表格内黑体字格式为（黑体，小四号，1.25 倍行距，居中）
数控机床卡盘尾座自动夹紧改造
50
根据接线图合理接线，根据液压控制回路正确安装液压
6
50
部件
7 根据控制要求编写 PMC 程序 8 联机调试
重点 100
难点
9 总结控制系统设计流程，并对教和学进行评价
30
（二）教学方法
为发挥学生的主体作用，激发学习兴趣，培养职业技能，养成职业素养，做到“理实一体、学 做合一”，本节课采用理实一体教学法，运用多媒体演示、实践操作、讨论、讲解等多种教学方法来 达成目标。
9.活塞 10. .回转油缸 11.分油器 12 车床主轴 13.斜碶滑块
（3）液压部件及原理
图 2-7 液压尾座结构示意图
1.油缸 2.尾座心轴 3 顶尖 4.工件
液压部分需要增加一个液压站，液压站包括油箱、电动机、叶片泵、电磁阀、调压阀、溢流阀、
压力传感器等。
图 2-7 电磁换向阀及组件
，工作位置交换，讨论交流及提问
项目任务
PMC I/0点分配 PMC梯形图设计
编译
N
编译通
过？
Y
液压控制设计 电气接线图设计 液压回路安装接线
检查无
系统联调
查找原因
调试成
N
功？
Y
任务完成
5．课程总结评价 师生共同讨论，归纳总结本节课的学习要点，学会归纳总结的方法。为有效解决课 时有限性与专业问题无限性的矛盾，将拓展迁移的内容主要放到课外，充分挖掘学生的 潜力，促进学生的专业学习和能力发展。教师布置任务拓展作业，讲解作业要求，指导 学习方法。
图 2-9 液压电机主电路图 图 2-10 卡盘和尾座控制电路图
图 2-11 液压电机控制电路 液压卡盘、尾座涉及到的 I/O 信号
表 2-1 增加的 i/o 点
根据卡盘、尾座控制要求及定义的 I/O 点，增加卡盘尾座控制梯形图程序
5)控制软件的设计 软件编写采用了点按钮启停控制模式，卡盘与尾座控制完全相同，因此程序编写很 简单，从实现液压动作控制看，完全可以满足卡盘与尾座动作要求；如果要从安全可靠 角度分析，卡盘液压部分可以增加双压控制及压力检测，同时与主轴实现互锁控制，对 液回路及梯形图改进。 6)调试 顺序程序的输入、调试 系统运行 机械液压安装和电气设计连接完成后，经过检查就可以通电试验了，这些工作做完 以后，卡盘尾座升级改造工作就完成了。 4．项目实训操作 项目实训操作过程流程图如下图 2 所示。 根据课堂讨论学习后，组内合理分工协作完成项目要求
能根据任务要求设 扣 4 分
1 电路设计
计电路
2）设计电路不正确，每处
扣5分
1）元件安装不合要求，每 能正确使用工具和
处扣 2 分 2 接 线 仪表,按照电路图接
2）接线不规范，每处扣 1 线
分
1）程序编制不规范，每处
PMC 程序编 能 根 据 控 制 要 求 按
3
扣2分
制
照流程编制 PMC 程序
2）程序错误，每处扣 5 分
重点 难点
重点：卡盘、尾座结构及装调 难点：卡盘、尾座故障诊断及梯形图编制
参考 资料
考核 与评价
经济型数控机床系统设计[M].北京：机械工业出版社 机床数控改造设计与实例.北京机械工业出版社[M] FANUC 系统装调维修 数控机床故障诊断与维修
序 主要内容
号
考核要求
评分标准
1）画图不符合标准，每处
一、教学内容与教学方法
（一）教学内容
为达到教学目标的要求，根据学生现有状况和实训设备条件，设定如下表所示的教学内容。
序号
教学内容
重/难点
学时分配(M)
1 项目任务分析与解读
重点
20
2 液压卡盘、尾座结构及特点
重点
30
3 液压卡盘、尾座拆装
难点
50
4 PMC 的 I/O 地址分配
30
5 设计液压卡盘、尾座改装的电气原理图及液压控制回路 难点
图 2-1 液压站
图 2-2 液压三抓卡盘
液压尾座主要是油缸带动尾座套筒做直线运动，通过顶尖顶紧工件。
图 2-3 液压尾座
（2）液压卡盘结构及原理（三爪）
图 2-4 液压卡盘附件
图 2-5 安装好的液压缸和尾座
图 2-6 液压卡盘结构示意图
1．动力卡盘 2.工件 3.卡盘座 4.联接螺母 5.连接盘 6.拉杆 7.过度法兰 8.活塞干
加了工人的劳动强度，所以将主轴及尾座由手动装夹方式改为自动装夹方式很有必要。 主轴与尾座的自动夹紧从动力源上分为气动与液压两种，本次采用液压自动卡盘和液压 尾座实现。我们将本次改造的工作任务分为机械、电气、液压等几个方面。
2．任务讨论与分析 项目任务分解：液压卡盘、尾座结构原理及拆装方法，液压系统设计安装及控制线 路改装，控制梯形图编制，最后是连接安装调试。 3．知识讲解 （1）液压卡盘、尾座简介 改装液压卡盘，就是利用一个液压工作站提供工作动力，连接回转油缸完成伸缩动 作，从而控制液压卡盘的夹紧与松开，电路进行系统连接，实现系统控制和人工控制两 种方式并用。
（4）液压卡盘、尾座安装安装 主轴夹紧部分还需要增加油缸及连接轴，这是执行元件。油缸通过连接轴带动卡盘 活塞前后运动，再通过斜面机构使滑块产生横向运动，控制卡爪的张开与夹紧。先将油 缸与连接轴组装好，将同步带齿轮，油缸安装法兰安装好，连接主轴电机皮带，将油缸 与安装法兰连接好，将卡盘安装好。调整好主轴电机的位置。机械方面的改造就完成了。 尾座的自动夹紧功能，主要是油缸带动尾座套筒做直线运动，通过顶尖顶紧工件。 改造时，需要将原尾座机体进行加工，制作与机体配合的套筒与连接件，购买能够满足 要求的油缸，把机体与套筒、油缸组装好之后，将其连进液压回路。 （5）电气控制部分改造：电气控制部分改造分两步，线路改造和控制梯形图的编 写。 在电气方面，需要增加相应的控制线路，数控系统同样也必须增加相应的 I/O 点并 修改梯形图。 1)电气部分，增加油泵电机主电路电路及卡盘、尾座控制电路，同时增加油泵电机 控制电路，以下为改装后的原理接线图。
二、教学过程
（一）教学准备
1．学生分组 全班学生 40 人，按学号将学生分成 8 组，每组 5 人，组内合理分工。 2．实训设备准备
（二）教学实施
1．课题导入 数控车床液压自动化改造，顾名思义，就是指对数控车床进行一定的改装，从而达 到提高设备的加工效率和自动化程度的目的，包括改装液压卡盘、液压尾座。一般我们 所说的数控车床液压自动化改造是指数控车床改装液压卡盘、液压尾座。卡盘是应用最 广泛的卧式车床夹具，有各种不同结构的卡盘，如手动、气动、电动及液压卡盘，它靠 背面法兰盘上的螺纹直接装在车床主轴上，用来夹撑轴类，盘类，套类零件。尾台是数 控车床的一个简单部件，顶尖与尾台套筒间以锥孔连接，尾台套筒通过液压缸带动顶尖 一起移动。目前我国各机床厂生产的数控车床中，主轴夹紧与尾座顶紧部分多采用手动 方式。但是在大批量，短工时的生产加工中，采用手动装夹方式导致效率较低，并且增