机械制造系统自动化培训课程课件.ppt

1、1机械制造自动化技术机械制造自动化技术2本课程的主要内容本课程的主要内容第一章第一章 机械制造自动化技术概述机械制造自动化技术概述第二章第二章机械制造系统自动化机械制造系统自动化第三章第三章制造过程自动化控制系统制造过程自动化控制系统第四章第四章 物料传输自动化物料传输自动化第五章第五章 自动化检测与监控系统自动化检测与监控系统第六章第六章 装配自动化装配自动化第七章第七章 轿车换挡器半自动装配系统的设计实例轿车换挡器半自动装配系统的设计实例3 机械制造设备自动化概述 切削加工自动化 金属板材成形加工自动化 机械制造自动线第二章第二章 机械制造系统自动化机械制造系统自动化42.1制造设备自动化

2、制造设备自动化意义、方法与分类意义、方法与分类 制造设备自动化的概念：是指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。p 高效：生产率要达到一定高的水平；p 精密：加工精度高（精度稳定性高），成品可以达到完全互装配，不必再分组选配；p 可靠：设备故障率低，除班间休息之外可以达到常年不停生产，利用班间休息时间计划换刀；p 集中工序：在一台设备或一个自动化加工系统中完成一个工件由毛坯到总装前的全部工序；p 柔性：适应产品的更换。52.1制造设备自动化意义与分类制造设备自动化意义与分类制造设备的加工过程自动化辅助时间生产率改善工人的劳动条件

3、减轻工人的劳动强度。1、制造设备自动化的意义6l制造设备的自动化制造设备的自动化是是零件整个机械零件整个机械加工工艺过程自动化加工工艺过程自动化的基本问题之一，的基本问题之一，是机械制造厂实现是机械制造厂实现零件加工自动化的基础零件加工自动化的基础。单台制造设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序单台制造设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械制造业更进一步向前动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械

4、制造业更进一步向前发展的基础。发展的基础。72-2-意义、方法和分类意义、方法和分类2、制造设备自动化的方法制造设备自动化装卸工件自动化加工过程自动化机床加工循环自动化其它一些辅助动作自动化8p实现制造设备自动化的途径主要有：对于现有设备（通用）进行自动化改装，以实现单机自动化条件：被改造的机床必须具有足够的精度和刚度自动化机构和控制系统必须稳定可靠改装工作量小 设计、制造、采用专用或专门的自动化加工设备采用数控加工设备92-2-意义、方法和分类意义、方法和分类 全（半）自动单机 组合机床 自动线 CNC（计算机数控机床）FMC（柔性制造单元）3、自动化加工设备分类102-2单机工作自动化l实

5、现单机自动化的方法l采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化l采用组合机床实现单机自动化l采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化11 普通机床普通机床的的工作行程运动工作行程运动是由是由机床来完机床来完成成的，但的，但空行程运动空行程运动的全部或大部分则的全部或大部分则必必须由工人来操作须由工人来操作，此外工人还需根据工件，此外工人还需根据工件加工工艺加工工艺的要求，发出相应的操作指令，的要求，发出相应的操作指令，加工出所需加工出所需形状和尺寸形状和尺寸的工件，这类机床的工件，这类机床必须在必须在工人看管操作下才能完成加工过程工人看管操作下才能完成加工过程。12l 如机床能自动完成所有工作

6、行程和空行程运动，并能根据加工工艺要求，自动地控制各运动的先后顺序，以及控制各运动部件的位移量或运动轨迹，即在没有工人直接参与的情况下，自动地按规定的程序进行动作，完成整个加工循环，这样的机床，称为自动化机床。flash132.2.1实现单机自动化的方法实现单机自动化的方法l采用采用通用自动化通用自动化或或半自动化半自动化机床机床实现单机实现单机自动化自动化l采用采用组合机床组合机床实现单机自动化实现单机自动化l采用采用专用机床专用机床实现单机自动化实现单机自动化l采用采用通用机床通用机床进行自动化改装进行自动化改装实现单机自实现单机自动化动化14自动化机床有自动化机床有自动自动和和半自动半自

7、动之分。之分。两者的区别在于：两者的区别在于：自动机床自动机床在一个在一个工作循环结束后工作循环结束后，能，能自动卸下自动卸下加工完的工件，加工完的工件，装装上上待加工的坯件，并继续进行同样的工作循环，直至装在机床上的待加工的坯件，并继续进行同样的工作循环，直至装在机床上的一批一批坯件坯件加工完为止；加工完为止；半自动机床半自动机床能自动地完成能自动地完成除上料和卸工件以外除上料和卸工件以外的一切的一切切削和辅助运切削和辅助运动动的机床。的机床。需人工装卸自动循环的实现；需人工装卸自动循环的实现；2.2.2 采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化15p特点：特点：提高劳动生产率，减轻工人的

8、劳动强度，而且还可保证工件提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，而且还可保证工件质量稳定，精度一致性好。此外，机床自动化还能减少设备数量，缩减质量稳定，精度一致性好。此外，机床自动化还能减少设备数量，缩减生产面积，减少在制品数量。生产面积，减少在制品数量。p自动化机床所需自动化机床所需机构机构：它具有能代替它具有能代替手工操作手工操作的各种的各种自动化空行程自动化空行程机构机构；它具有能代替它具有能代替工人控制机床工人控制机床工作过程的工作过程的自动自动控制系统控制系统。16自动化单机的控制方式及适用范围自动化单机的控制方式及适用范围 凸轮式 特点：用专门设计制造的凸轮或靠模控制刀具的运动轨迹，

9、并利用凸轮轴使多个不同运动能协同动作。适用范围：少品种，大批量 应用机床：单轴纵切自动车床、仿形车床 品种变换程度：每月一次到数次17自动化单机的控制方式及适用范围自动化单机的控制方式及适用范围 非凸轮式 特点：用电气、电气伺服、液压、丝杠副等非凸轮机构控制刀具的运动轨迹及多个不同运动的协同动作。适用范围：多品种，中批量 应用机床：卧式多轴自动车床、单轴转塔自动车床、立式多轴半自动车床、多刀半自动车床 品种变换程度：一日一次18自动化单机的控制方式及适用范围自动化单机的控制方式及适用范围 数字控制式 特点：用数字形式控制刀具或机构的运动轨迹及多个数控坐标轴之间的必要联动。适用范围：多品种，中小

10、批量 应用机床：各种数控机床 品种变换程度：一日数次19车削自动化设备分类车削自动化设备分类 自动化程度：自动加工棒料毛坯半自动加工件料毛坯 主轴数目：多轴多个主轴同时夹持多个工件旋转，多把刀具同时加工，生产效率高，但主轴转位时存在定位误差单轴单根主轴 20车削自动化设备分类车削自动化设备分类 主轴放置形式：卧式加工棒料毛坯立式加工直径大而重的件料毛坯 工艺方法：横切刀具只作横向进给，加工形状简单、尺寸较小的销轴类零件纵切加工盘套类和细长的阶梯轴类零件 21车削自动化设备分类车削自动化设备分类 加工方式：平行多把刀具同时加工，加工表面形状比较简单的零件顺序加工形状复杂、需要多把刀具轮流进行加工

11、的零件（大多具有内孔或螺纹）22(1)机床的用途、总布局与工作循环机床的用途、总布局与工作循环）用途：用途：主要用于主要用于大批大量生产中大批大量生产中，加工，加工形状比较复杂形状比较复杂、需用多把、需用多把刀具顺序地进行加工的工件刀具顺序地进行加工的工件。可进行。可进行车削工作，钻、扩、铰孔，攻、车削工作，钻、扩、铰孔，攻、套内外螺纹以及切断套内外螺纹以及切断等。还可通过安装各种特殊附件，以进行等。还可通过安装各种特殊附件，以进行车螺车螺纹、铣槽和钻横孔纹、铣槽和钻横孔等工作。一般只能加工冷拨等工作。一般只能加工冷拨棒料棒料。2、单轴转塔自动车床23）总布局：总布局：l 前刀架：前刀架：用于

12、成形车削和滚花等；用于成形车削和滚花等；l 后刀架：后刀架：用于切槽、倒角等；用于切槽、倒角等；l 上刀架：上刀架：用于切断等；用于切断等；l 转塔刀架：转塔刀架：用于完成档料、车内外圆、钻孔、扩孔、铰孔、攻内螺纹、用于完成档料、车内外圆、钻孔、扩孔、铰孔、攻内螺纹、套外螺丝等。套外螺丝等。24）工作循环：）工作循环：送料和夹料送料和夹料 各刀架顺序工作，按加工工艺要求依次加工工件各表面。各刀架顺序工作，按加工工艺要求依次加工工件各表面。p转塔刀架的运动循环：转塔刀架的运动循环：快速趋近工件（快进）快速趋近工件（快进）工作进给（工进）工作进给（工进）快速退快速退回（快退）回（快退）转塔转位；其

13、在一个自动工作循环中，转塔转塔转位；其在一个自动工作循环中，转塔刀架可完成六次工作循环。刀架可完成六次工作循环。p前、后、上刀架的工作循环：前、后、上刀架的工作循环：快进快进工进工进快退；加工一个工快退；加工一个工件，它们只能完成一次工作循环。件，它们只能完成一次工作循环。切断和接料切断和接料25）所需运动）所需运动l工作行程运动工作行程运动主轴旋转主运动，前、后、上刀架横向进给运动，转主轴旋转主运动，前、后、上刀架横向进给运动，转塔刀架纵向进给运动；塔刀架纵向进给运动；l空行程运动空行程运动前、后、上刀架横向前、后、上刀架横向快进和快退运动快进和快退运动，转塔刀架纵向，转塔刀架纵向快快进、快

14、退运动进、快退运动，送料和夹料运动，接料运动，以及操纵控制运动等。，送料和夹料运动，接料运动，以及操纵控制运动等。262.2.3采用采用组合机床组合机床 实现单机自动化实现单机自动化 组合机床组合机床是以是以已经已经系列化系列化、标准化标准化的的通用部通用部件件为基础，配以为基础，配以按工件特定形状和加工工艺按工件特定形状和加工工艺设计的设计的专用部件和专用部件和夹具夹具，组成的，组成的半自动半自动或或自动专用机床自动专用机床。组合机床既保留专用机床的结构简单、生产效率高等优组合机床既保留专用机床的结构简单、生产效率高等优点，又像通用机床那样具有部件通用化、可调整改装以适应点，又像通用机床那样

15、具有部件通用化、可调整改装以适应不同结构尺寸的工件加工等特点。不同结构尺寸的工件加工等特点。27p组合机床的组成组合机床的组成 组合机床的通用部件按其所起作用的不同一般分为下面五类：组合机床的通用部件按其所起作用的不同一般分为下面五类：（1 1）动力部件）动力部件 是用于传递动力是用于传递动力 实现工作运动、为刀具提供主运动和进给实现工作运动、为刀具提供主运动和进给运动运动。如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。（2 2）支承部件）支承部件 如底座、立柱等。如底座、立柱等。（3 3）输送部件）输送部件 如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。如多工位的工作台

16、、回转工作台和回转鼓轮等。（4 4）控制部件）控制部件 如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。（5 5）辅助部件）辅助部件 如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。28 根据加工零件形状及工艺要求，组合机床根据加工零件形状及工艺要求，组合机床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设计制造的孔距、孔数不同而设计制造的多轴箱多轴箱，以及，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制造的制造的夹具夹具等。等。29 组合机床的

17、组成 侧底座立柱底座立柱多轴箱动力箱滑台中间底座夹具30p组合机床加工方式组合机床加工方式 组合机床组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式加工的方式。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。

18、加工时，组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不工件一般不旋转旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。面等。31p组合机床的配置型式组合机床的配置型式 1.1.单工位组合机床单工位组合机床 这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。2.2.多工位组合机床多工位组合机床 这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工

19、。这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。32p组合机床的特点及应用范围组合机床的特点及应用范围 1.1.组合机床的特点组合机床的特点 组合机床与组合机床与通用机床或一般专用机床通用机床或一般专用机床相比，主要有如下相比，主要有如下优点优点：1)设计和制造的周期短。设计和制造的周期短。2)对产品变化或更新有较强的适应性。对产品变化或更新有较强的适应性。3)具有较高的工作可靠性。具有较高的工作可靠性。4)工序集中，生产效率高。工序集中，生产效率高。5)机床的维护和修理都比较方便。机床的维护和修理都比较方便。33组合机床的缺点：组合机床的缺点：1）在机床改装时，少量）在机床改装时，少量专用

20、部件和零件专用部件和零件不能重复利用，因此有一定不能重复利用，因此有一定的损失。的损失。2）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。2.2.组合机床的应用范围组合机床的应用范围 组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、仪器仪表壳体等仪器仪表壳体等）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来越多地采用组合机床加工。越多地采用组合机床加工。34组合机床未来的发展组合机床未来的发展：l

21、采用调速电动机采用调速电动机和和滚珠丝杠滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；等传动，以简化结构、缩短生产节拍；l采用采用数字控制系统数字控制系统和和 可换主轴箱可换主轴箱 或转塔式主轴箱或转塔式主轴箱、夹具、夹具自动更换系统自动更换系统，以提高工艺可调性；以提高工艺可调性；l 纳入柔性制造系统等。纳入柔性制造系统等。35主要用来带动各种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。1滑台 2动力箱 3多轴箱 4铣削头 5镗车头 6钻削头 p组合机床的几种通用部件（一）动力滑台 1.动力滑台的功用362.滑台的典型工作循环滑台的典型工作循环SQ 快进 SW 工进 SR 快退 a)一次

22、工作进给循环b)二次工作进给循环372.滑台的典型工作循环滑台的典型工作循环c)超越工作进给循环 d)双向工作进给循环 382.滑台的典型工作循环滑台的典型工作循环 e)分级工作进给循环 39 组合机床动力滑台液压系统 液压动力滑台由液压缸驱动，在电气和机械装置的配合下可以完成各种自动工作循环。l组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进 一工进二工进死挡铁停留快退停止。40 （二）动力箱齿轮传动动力箱的结构 1动力箱箱体 2驱动轴 3齿轮 动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置,与动力滑台和主轴箱配套使用由动力滑台实现进给运动。41 （三）单轴

23、头 顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况 钻削头 b)攻螺纹头 c)镗削头 d)镗车头 e)铣削头 f)多轴可调头 a)1主运动传动装置 2单轴头头体 42 （四）回转工作台 回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。齿盘定位式液压回转工作台的结构原理 结构示意 b)液压传动原理 1台面 2上齿盘 3下齿盘 4底座 5压紧液压缸 6牙嵌离合器 7齿轮 8齿条液压缸 9、10电磁阀 43 组合机床自动线某一组合机床自动线的组成示意图。图19-12 组合机床自动线 1中央操纵台 2工件输送装置 3转位台 4翻转台 5液压站 6排屑装置 44数控机床运动系统：主运动系统实现机

24、床主轴运动；进给运动系统实现机床工作台的直线运动与转动；换刀运动实现加工中心更换刀具连续加工所需的运动。2.3数控机床及加工中心数控机床及加工中心452.3.1数控机床主运动系统数控机床主运动系统功用：功用：传递动力：传递动力：传递切削加工所需要的动力传递切削加工所需要的动力 传递运动：传递运动：传递切削加工所需要的运动传递切削加工所需要的运动 运动控制：运动控制：控制主运动的大小方向开停控制主运动的大小方向开停 组成：组成：动力源：动力源：电机电机 传动系统：传动系统：定比传动机构、变速装置定比传动机构、变速装置 运动控制装置运动控制装置:离合器、制动器等离合器、制动器等 执行件：执行件：主

25、轴主轴 46 主轴转速更高；变速范围更宽；10010000 提供的动力更强。一般NC 机床的主轴驱动功率在 3.7 kw250kw 之 间。1.数控机床的主运动系统性能要求：主运动的自动变速、准停；C轴控制；同步速度控制。2.数控机床的主运动系统功能：2.3.1数控机床主运动系统数控机床主运动系统47与普通机床相比较，数控机床的主传动系统具有如下特点：与普通机床相比较，数控机床的主传动系统具有如下特点：(1)(1)采用直流或交流主轴电动机采用直流或交流主轴电动机 现代数控机床的主传动电动机一般采用现代数控机床的主传动电动机一般采用直流或交流主轴电动机直流或交流主轴电动机。这种。这种电动机调速范

26、围广，电动机调速范围广，可实现可实现无级调速无级调速，因此，因此主轴箱结构简化。主轴箱结构简化。（2 2）转速高、功率大、变速范围广）转速高、功率大、变速范围广 数控机床适应性强，适合加工单件、小批量和形状复杂工件，为了数控机床适应性强，适合加工单件、小批量和形状复杂工件，为了适应各种不同材料的加工以及各种不同的加工方法，数控机床的主传动适应各种不同材料的加工以及各种不同的加工方法，数控机床的主传动系统要有较宽的系统要有较宽的转速范围转速范围及相应的及相应的输出力矩输出力矩，以保证加工时能选用合理，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。的切削用量，从而获得

27、最佳的生产率、加工精度和表面质量。（3 3）主轴变速迅速可靠）主轴变速迅速可靠 数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构变速机构必须适应自动操作的要求必须适应自动操作的要求。由于数控机床主传动系统采用了可实现无级。由于数控机床主传动系统采用了可实现无级调速的电动机，调速的电动机，机械变档一般又采用液压缸机械变档一般又采用液压缸推动滑移齿轮实现，因此变推动滑移齿轮实现，因此变速稳定可靠。速稳定可靠。（4 4）主轴部件性能好）主轴部件性能好 主轴部件直接装夹刀具对工件进行切削加工，对加工质量及刀具主轴部件直接装夹刀具对工件进行切削加工，对加工

28、质量及刀具寿命有很大影响，并且在加工过程中不进行人工调整，因此寿命有很大影响，并且在加工过程中不进行人工调整，因此主轴部件必主轴部件必须具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性。须具有良好的回转精度、结构刚度、抗振性、热稳定性、耐磨性。3、数控机床主传动系统的特点数控机床主传动系统的特点481)带有变速齿轮的主传动系统带有变速齿轮的主传动系统（分段无级变速）（分段无级变速）数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。数控机床在实际生产中，并不需要在整个变速范围内均为恒功率。一般要求在中、一般要求在中、高速段为恒功率传动，高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动在低速

29、段为恒转矩传动。为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能为了确保数控机床主轴低速时有较大的转矩和主轴的变速范围尽可能大，有的数控机床大，有的数控机床在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速在交流或直流电动机无级变速的基础上配以齿轮变速，即解决电机驱动和主轴传动功率的匹配问题，使之成为即解决电机驱动和主轴传动功率的匹配问题，使之成为分段无级变速分段无级变速。2.3.1.1 主传动系统的配置方式根据数控机床的类型与大小，其主传动主要有以下四种形式。494、主传动系统的配置方式、主传动系统的配置方式l这种传动主要应用在这种传动主要应用在大、中型数控机床大、中型数控机床l通过

30、使用双联滑移齿轮实现二级变速。通过使用双联滑移齿轮实现二级变速。常用的变速操纵方式：液压拨叉 电磁离合器 50例：例：TND360型数控车床型数控车床作用：作用：慢速对刀和慢速对刀和手动调整机床手动调整机床51电磁离合器变速电磁离合器变速电磁离合器能简化变速机构，便于实现自动化操作，它是通过安装在传动轴上的离合器的吸合和分离的不同组合来改变齿轮的传动路线，实现主轴变速的。52电磁离合器种类：电磁离合器种类：摩擦片式摩擦片式 牙嵌式两种牙嵌式两种l无滑环摩擦片式电磁离合器无滑环摩擦片式电磁离合器特点：特点：可在运转中变速、具有可在运转中变速、具有过载保护功能，但尺寸大、过载保护功能，但尺寸大、摩

31、擦发热大。摩擦发热大。53牙嵌式电磁离合器牙嵌式电磁离合器特点：特点：传递扭矩大、尺寸小，传递扭矩大、尺寸小，传动比准确，可用于内联传动比准确，可用于内联系传动链中。系传动链中。542)带有定比传动的主传动系统带有定比传动的主传动系统 主轴电动机经过定比传动传递给主轴。主轴电动机经过定比传动传递给主轴。定比传动多定比传动多采用带（同步齿形带和三角带）传动采用带（同步齿形带和三角带）传动，也有采用齿轮传动，也有采用齿轮传动的。的。适用于高速、低转距特性的主轴适用于高速、低转距特性的主轴，电动机本身的调速就能够满足要求，电动机本身的调速就能够满足要求，且带传动平稳，且带传动平稳，可可避免避免齿轮传

32、动时引起的齿轮传动时引起的振动与噪声振动与噪声。这种传动主要应用在这种传动主要应用在转速高、变速范围不大转速高、变速范围不大的的数控车床和中、小型加数控车床和中、小型加工中心。工中心。55多楔带：多楔带：兼有兼有v带和平带的优点，既有平带柔软、带和平带的优点，既有平带柔软、强韧的特点，又有强韧的特点，又有v带紧凑、高效等优点。带紧凑、高效等优点。56同步带同步带是是利用利用带齿带齿与与带轮带轮的啮合同步传动力的啮合同步传动力的一种新的一种新型传动带。型传动带。不仅具有带传动的特点，适用于大中心距不仅具有带传动的特点，适用于大中心距传递，传递，而且又而且又具有齿轮传动和链传动的特点具有齿轮传动和

33、链传动的特点，能够能够保保证准确的传动比证准确的传动比。57 用两个电动机分别驱动的主传动系统用两个电动机分别驱动的主传动系统 l高速时电动机通过带传动使主轴旋转，传动平稳。高速时电动机通过带传动使主轴旋转，传动平稳。l 低速时，另一个电动机通过二级齿轮降速，扩大变速范围，使恒功低速时，另一个电动机通过二级齿轮降速，扩大变速范围，使恒功率区增大，率区增大，克服了低速时转距不够且电动机功率不能充分利用的缺陷，克服了低速时转距不够且电动机功率不能充分利用的缺陷，但结构较为复杂。但结构较为复杂。58593)调速电机直接驱动主轴传动调速电机直接驱动主轴传动 数控机床数控机床 采用采用直流或交流主轴伺服

34、电动机直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现无级变速直接驱动主轴实现无级变速。电动机与主轴通过联轴器连接。电动机与主轴通过联轴器连接。交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换交流主轴电动机及交流变频驱动装置（笼型感应交流电动机配置矢量变换变频调速系统），由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，且性能变频调速系统），由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前已达到直流驱动系统的水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。应用较为广泛。60 精密联轴器连接：精密联轴器连接：结构紧凑、传动效率高，

35、但主轴的转速和扭矩与结构紧凑、传动效率高，但主轴的转速和扭矩与电机完全一致，低速性能的改善是其广泛应用的关键。电机完全一致，低速性能的改善是其广泛应用的关键。614)、电主轴电主轴 主轴与电机制成一体，主轴与电机制成一体，电动机转子轴即为机床主轴电动机转子轴即为机床主轴。电主轴组成：电主轴组成：空心轴转子、带绕组的定子、空心轴转子、带绕组的定子、速度检测元件。速度检测元件。62优点：优点：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。大高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。大大简化了主运动系统结构，实现了所谓大简化了主

36、运动系统结构，实现了所谓 “零传动零传动”，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点缺点:电机运转产生的振动和热量将直接影响到主电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件的整机轴，因此，主轴组件的整机平衡平衡、温度控制和、温度控制和冷却冷却是内装式主轴电机的关键问题。是内装式主轴电机的关键问题。63机床主轴的几种结构形式机床主轴的几种结构形式 机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，机床主轴的端部一般用于安装刀具、夹持工件或夹具。在结构上，应能保证定位准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够应能保证定位

37、准确、安装可靠、连接牢固、装卸方便，并能传递足够的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。的扭矩。目前，主轴端部的结构形状都已标准化。64机床主轴的几种结构形式机床主轴的几种结构形式（a）数控车床主轴端部 （b）铣、镗类机床主轴端部 （c）外圆磨床砂轮主轴端部 （d）内圆磨床砂轮主轴端部（e）钻床与普通镗床锤杆端部 （f）数控镗床主轴端部65 当主轴停止时，控制其停于固定位置（定位于圆周上特定角度）称为当主轴停止时，控制其停于固定位置（定位于圆周上特定角度）称为“主轴准停主轴准停”、“主轴定位主轴定位”、“主轴定向主轴定向”准停指令：准停指令：M19或或M06p主轴定向的用途主轴定向的用途加

38、工中心自动换刀加工中心自动换刀精镗后退刀精镗后退刀背镗背镗车床上工件定位车床上工件定位2.3.1.2主轴典型控制功能主轴典型控制功能1.主轴准停装置66 在自动换刀的在自动换刀的数控加工中心数控加工中心上，由于刀具装在主轴上，上，由于刀具装在主轴上，切削时切削转矩切削时切削转矩不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，不可能仅靠锥孔的摩擦力来传递，通常是通过刀杆的端面键来传递的通常是通过刀杆的端面键来传递的，因此在主轴前端设置一个端面键，当刀具装入主轴时，因此在主轴前端设置一个端面键，当刀具装入主轴时，刀柄上的键槽必刀柄上的键槽必须与端面键对准须与端面键对准，才能顺利换刀；，才能顺利换刀；这就要求主轴具有

39、准确定位于圆周上这就要求主轴具有准确定位于圆周上特定角度的功能。特定角度的功能。1）、为什么加工中心要有主轴准停？主轴准停是实现ATC(Auto tool changing)过程的重要环节672）加工精密坐标孔 在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在在加工精密的坐标孔时，由于每次都能在主轴的固定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主主轴的固定圆周位置换刀，故能保证刀尖与主轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺轴相对位置的一致性，从而减少被加工孔的尺寸分散度寸分散度（提高刀具重复定位精度），这是主轴定向这是主轴定向准停装置带来的好处之一。准停装置带来的好处之一。683）、精镗孔后退刀）、精镗孔后退刀(F

40、ineboring)当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯当加工阶梯孔或精镗孔后退刀时，为防止刀具与小阶梯孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，再退刀。采用孔碰撞或拉毛已精加工的孔表面，必须先让刀，再退刀。采用主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（X轴或轴或Y轴上），轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖离开工件表面进行退刀。以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖离开工件表面进行退刀。694）、背镗）、背镗（Counterboring）通过小孔镗大孔，主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位通过小孔镗大孔，主轴准停控制，使刀尖停在一个固定位置（置（X轴或轴

41、或Y轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖能轴上），以便主轴偏移一定尺寸后，使刀尖能通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。通过前壁小孔进入箱体内对大孔进行镗削。705)、车床上工件定位、车床上工件定位 当在车削中心上加工工件规定部位上的当在车削中心上加工工件规定部位上的 槽、孔或要求主轴槽、孔或要求主轴定向停止后以便装卸、检测工件时，必须具有主轴定向停止定向停止后以便装卸、检测工件时，必须具有主轴定向停止或或C 轴功能，即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。轴功能，即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。71u 主轴准停控制的实现方式p机械式准停装置：1-无触点开关 2-感应块 3-凸轮定位盘（

42、主轴）4-定位液压缸 5-定向滚轮 6-定位活塞 M19 主轴减速无触点开关发信号主电机停转，惯性空转延时继电器延时0.20.4秒后活塞在电磁阀作用下，将滚轮推入V型槽，同时行程开关LS2发出应答信号准停结束可以进行换刀等动作。72p电气式准停装置：1-主轴 2-同步带 3-主轴电动机 4-永久磁铁 5-磁传感器l 磁力传感器准停装置 1）利用磁力传感器检产生准停信号。2）利用主轴上光电脉冲产生准停信号。73l当主轴转动或停止时，接收到数控装置发来的准停开关信号当主轴转动或停止时，接收到数控装置发来的准停开关信号量量主轴立即减速或加速至某一准停速度。主轴立即减速或加速至某一准停速度。l主轴到达

43、准停速度且准停位置到达时主轴到达准停速度且准停位置到达时(即磁发体与磁传感器即磁发体与磁传感器对准对准)主轴立即减速至某一爬行速度。主轴立即减速至某一爬行速度。l然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作然后当磁传感器信号出现时，主轴驱动立即进入磁传感器作为反馈元件的位置闭环控制为反馈元件的位置闭环控制 目标位置为准停位置。目标位置为准停位置。l准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置准停完成后，主轴驱动装置输出准停完成信号给数控装置 从而可进行自动换刀从而可进行自动换刀(ATC)或其他动作。或其他动作。磁传感器准停步骤为：74l编码器准停编码器准停装置装置（Electro

44、nicorientation）利用装在主轴上的编码器作为检测元件，通过它们输出利用装在主轴上的编码器作为检测元件，通过它们输出的反馈信号，使主轴准确地停在规定的位置上。的反馈信号，使主轴准确地停在规定的位置上。7576例M03S1000/主轴以1000rmin正转M19/主轴准停于缺省位置M19S100/主轴准停转至100处S1000/主轴再次以1000rmin正转M19S200/主轴准停至200处 772.C轴控制与同步速度控制对应Z轴的回转轴（即绕主轴回转）为C轴。车削中心的主传动系统与数控车床基本相同，只是增加了控制主轴回转角度的C 轴坐标功能、以实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置

45、控制下实现C轴与进给轴（Z轴或X轴）联动进行插补控制，可以实现任意曲线的加工。如：实现圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻丝及非圆柱或圆锥的异形回转表面等加工。lC轴控制与同步速度控制的功能：78 a）在圆柱面或端面上铣槽 b)在圆柱面上铣螺旋槽 c）在端面上铣螺旋槽 d)铣直线或平面 加工这些表面需要哪些轴运动？联动？79由进给伺服电机 控制主轴的回转位置（转角）；由主轴电机实现，此时主轴的位置（角度)由装于主轴上（不是主轴电机）上的高分辨率编码器检测，主轴作为进给伺服轴工作。lC轴的控制方式：80lC 轴回转或分度：轴回转或分度：采用可啮合采用可啮合和脱开的和脱开的精密蜗轮副结构精密蜗

46、轮副结构，由伺服电机由伺服电机8驱动蜗杆驱动蜗杆4及及主轴上的蜗轮主轴上的蜗轮9实现分度。实现分度。当机床处于铣削和钻削状态当机床处于铣削和钻削状态时，时，即主轴需通过即主轴需通过C 轴回轴回转或分度时，蜗杆与蜗轮啮转或分度时，蜗杆与蜗轮啮合。合。l该蜗杆该蜗杆蜗轮副由液压缸驱蜗轮副由液压缸驱动完成。动完成。lC轴的分度精度轴的分度精度由一个脉冲编由一个脉冲编码器来保证，分度精度为码器来保证，分度精度为0.01度。度。81 工作台是数控机床的重要部件，为了提高数控机床的生产效率，扩大工作台是数控机床的重要部件，为了提高数控机床的生产效率，扩大其工艺范围，对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴其工艺

47、范围，对于数控机床的进给运动除了沿坐标轴X、Y、Z三个方三个方向的直线进给运动之外，还常常需要有分度运动和圆周进给运动。向的直线进给运动之外，还常常需要有分度运动和圆周进给运动。回转工作台作用回转工作台作用:回转工作台可以与回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲三个坐标轴联动，从而加工出各种曲面和曲线等复杂的形状。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备线等复杂的形状。回转工作台对于自动换刀多工序的加工中心是必备的部件。的部件。2.3.1数控机床的回转工作台数控机床的回转工作台822.4刀具自动化刀具自动化 刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无论是普通机床，

48、还刀具是金属切削加工中不可缺少的工具之一，无论是普通机床，还是先进的数控机床、加工中心机床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才是先进的数控机床、加工中心机床以及柔性制造系统，都必须通过刀具才能完成切削加工。能完成切削加工。刀具自动化：刀具自动化：是加工设备在切削过程中是加工设备在切削过程中自动完成自动完成选刀、换刀、对刀、走选刀、换刀、对刀、走刀刀等工作过程。等工作过程。832.自动化刀具的类型及选用自动化刀具的类型及选用类型：类型：分为分为标准刀具标准刀具和和专用刀具专用刀具两大类。两大类。l在以在以自动生产线自动生产线为代表的为代表的刚性自动化生产刚性自动化生产中，应尽可能中，应尽可能提高刀

49、具的专用提高刀具的专用化程度化程度，以取得最佳的效益。，以取得最佳的效益。l 在以在以数控机床、加工中心数控机床、加工中心为主体构成的为主体构成的柔性自动化加工系统中柔性自动化加工系统中，为了，为了提高加工的适应性，同时考虑到提高加工的适应性，同时考虑到加工设备的刀库容量有限加工设备的刀库容量有限，应，应尽量减少尽量减少使用专用刀具使用专用刀具，而，而选用通用标准刀具选用通用标准刀具、刀具标准组合件或模块式刀具刀具标准组合件或模块式刀具。84p常用的种类：常用的种类：可转位车刀、高速钢麻可转位车刀、高速钢麻花钻、机夹扁钻、扩孔花钻、机夹扁钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铣钻、铰刀、镗刀、立铣刀、面铣

50、刀、丝锥和各刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具等种复合刀具等 85p刀具的选用要考虑的因素有：刀具的选用要考虑的因素有：l刀具的使用条件；刀具的使用条件；l被加工工件材料与尺寸；被加工工件材料与尺寸；l刀具的断屑情况；刀具的断屑情况；l刀具和刀片的生产供应；刀具和刀片的生产供应；l刀具的结构型式。刀具的结构型式。86p刀具的选用原则如下：刀具的选用原则如下：1）为了）为了提高刀具的耐用度和可靠性提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成的刀具。长寿命的刀具材料制成的刀具。2）应选用机夹可转位刀具的结构应选用机夹可转位刀具的结构。3）为