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一、导轨的功用和应满足的基本要求二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整三、导轨的结构类型及特点一、导轨的功用和应满足的基本要求二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整三、导轨的结构类型及特点2.7 机床导轨设计机床导轨设计（一）导轨的功用和分类导轨的功用是承受载荷和导向。（一）导轨的功用和分类导轨的功用是承受载荷和导向。?导轨用于支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。它承受其支承的运动部件和工件（或刀具）的质量及切削力。导轨用于支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。它承受其支承的运动部件和工件（或刀具）的质量及切削力。2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求滚珠丝杠螺母副+滑动导轨滚珠丝杠螺母副+滑动导轨2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求?导轨按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。导轨按运动性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和移置导轨。?主运动导轨副之间相对运动速度较高，主要用于立车花盘，龙门铣刨床、普通刨插床以及拉床、插齿机等的主运动导轨。主运动导轨副之间相对运动速度较高，主要用于立车花盘，龙门铣刨床、普通刨插床以及拉床、插齿机等的主运动导轨。?进给运动导轨副之间的相对运动速度较低，机床中大多数导轨属于进给运动导轨。进给运动导轨副之间的相对运动速度较低，机床中大多数导轨属于进给运动导轨。?移置导轨的功能是调整部件之间的相对位置，在机床工作中没有相对运动，如卧式车床的尾座导轨等。移置导轨的功能是调整部件之间的相对位置，在机床工作中没有相对运动，如卧式车床的尾座导轨等。导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。导轨按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。?滑动导轨又细分为静压滑动导轨、动压滑动导轨和普通滑动导轨。滑动导轨又细分为静压滑动导轨、动压滑动导轨和普通滑动导轨。?静压导轨是液体摩擦，导轨副之间有一层压力油膜，多用于高精度机床进给导轨。静压导轨是液体摩擦，导轨副之间有一层压力油膜，多用于高精度机床进给导轨。?动压导轨也是液体摩擦，与静压导轨的区别仅在于油膜的形成不同。动压导轨也是液体摩擦，与静压导轨的区别仅在于油膜的形成不同。?静压导轨靠液压系统提供压力油膜；静压导轨靠液压系统提供压力油膜；?动压导轨利用滑移速度带动润滑油从大间隙处向狭窄处流动，形成动压油膜；因而动压导轨适用于运动速度较高的主运动导轨。动压导轨利用滑移速度带动润滑油从大间隙处向狭窄处流动，形成动压油膜；因而动压导轨适用于运动速度较高的主运动导轨。2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求?普通滑动导轨为混合摩擦，导轨间有一定动压效应，但由于速度较低，油楔不能隔开导轨面，导轨面仍处于直接接触状态。机床中大多数导轨属于混合摩擦。普通滑动导轨为混合摩擦，导轨间有一定动压效应，但由于速度较低，油楔不能隔开导轨面，导轨面仍处于直接接触状态。机床中大多数导轨属于混合摩擦。?滚动导轨在导轨面间装有滚动元件（绝大多数为钢球），因而是滚动摩擦，广泛应用于数控机床和精密、高精度机床中。滚动导轨在导轨面间装有滚动元件（绝大多数为钢球），因而是滚动摩擦，广泛应用于数控机床和精密、高精度机床中。2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求按受力状态可分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨利用部件质量和载荷，使导轨副在全长上始终保持接触；开式导轨不能承受较大的倾覆力矩，适用于大型机床的水平导轨。当倾覆力矩较大时，为保持导轨副始终接触，需增加辅助导轨副（由压块和床身导轨的下底面按受力状态可分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨利用部件质量和载荷，使导轨副在全长上始终保持接触；开式导轨不能承受较大的倾覆力矩，适用于大型机床的水平导轨。当倾覆力矩较大时，为保持导轨副始终接触，需增加辅助导轨副（由压块和床身导轨的下底面a组成），从而形成闭式导轨。组成），从而形成闭式导轨。压块压块aa2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求（二）导轨应满足的要求（二）导轨应满足的要求?导向精度高。导向精度高。?导向精度主要是指导轨副相对运动时的直线度（直线运动导轨）或圆度（圆周运动导轨）。导向精度主要是指导轨副相对运动时的直线度（直线运动导轨）或圆度（圆周运动导轨）。?影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构形式和装配精度，导轨和支承件的刚度和热变形等。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构形式和装配精度，导轨和支承件的刚度和热变形等。?对于动压导轨和静压导轨，还与油膜刚度有关。对于动压导轨和静压导轨，还与油膜刚度有关。?承载能力大，刚度好。承载能力大，刚度好。?精度保持性好。精度保持性好。?低速运动平稳。低速运动平稳。?结构简单、工艺性好。结构简单、工艺性好。?导轨要求结构简单，易于加工。导轨要求结构简单，易于加工。2.7.1 导轨的功用和应满足的基本要求导轨的功用和应满足的基本要求（一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状矩形导轨矩形导轨具有承载能力大、刚度高、制造简单、检验和维修方便等优点。适用于载荷较大而导向要求略低的机床。具有承载能力大、刚度高、制造简单、检验和维修方便等优点。适用于载荷较大而导向要求略低的机床。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形（一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状三角形导轨三角形导轨 磨损时自动补偿磨损量，不产生间隙。导轨顶角越小，导向性越好，但摩擦力也越大。小顶角用于轻载荷精密机械，大顶角用于大型或重型机床。三角形导轨结构有对称式和不对称式两种。磨损时自动补偿磨损量，不产生间隙。导轨顶角越小，导向性越好，但摩擦力也越大。小顶角用于轻载荷精密机械，大顶角用于大型或重型机床。三角形导轨结构有对称式和不对称式两种。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形（一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状燕尾形导轨燕尾形导轨 承载较大的颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚度较差，加工检验维修都不太方便。适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。承载较大的颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚度较差，加工检验维修都不太方便。适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形（一）直线导轨的截面形状（一）直线导轨的截面形状圆柱形导轨圆柱形导轨 制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和补偿间隙。主要用于承受轴向载荷的导轨，应用较少。制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和补偿间隙。主要用于承受轴向载荷的导轨，应用较少。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形三角形燕尾形圆柱形（二）回转运动导轨的截面形状（二）回转运动导轨的截面形状平面环形导轨平面环形导轨结构简单、制造方便、能承受较大的轴向力，但不能承受径向力，因而必须与主轴联合使用，由主轴来承受径向载荷。结构简单、制造方便、能承受较大的轴向力，但不能承受径向力，因而必须与主轴联合使用，由主轴来承受径向载荷。锥面环形导轨锥面环形导轨除能承受轴向载荷外，还能承受一定的径向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。导向性比平面环形好，但制造较困难。除能承受轴向载荷外，还能承受一定的径向载荷，但不能承受较大的颠覆力矩。导向性比平面环形好，但制造较困难。双锥面导轨双锥面导轨能承受较大的径向力，轴向力和一定的颠覆力矩，制造研磨均较困难。能承受较大的径向力，轴向力和一定的颠覆力矩，制造研磨均较困难。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整平面环形导轨锥面环形导轨双锥面导轨平面环形导轨锥面环形导轨双锥面导轨（三）导轨的组合形式（三）导轨的组合形式双三角形导轨双三角形导轨不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验和维修都不方便。不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工、检验和维修都不方便。双矩形导轨双矩形导轨承载能力大、制造简单。导向方式有两种承载能力大、制造简单。导向方式有两种宽式组合和窄式组合。宽式组合和窄式组合。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整双三角形导轨双三角形导轨宽式双矩形导轨宽式双矩形导轨窄式双矩形导轨窄式双矩形导轨（三）导轨的组合形式（三）导轨的组合形式矩形和三角形导轨的组合矩形和三角形导轨的组合导向性好，刚性高，制造方便，应用最广。导向性好，刚性高，制造方便，应用最广。矩形和燕尾形导轨的组合矩形和燕尾形导轨的组合能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整矩形和三角形导轨的组合矩形和三角形导轨的组合压块压块aa（四）导轨间隙的调整导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响：间隙过大，会影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此要保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。导轨间隙常用（四）导轨间隙的调整导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响：间隙过大，会影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此要保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。导轨间隙常用压板、镶条压板、镶条来调整。来调整。压板压板用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。用来调整导轨面的间隙和承受颠覆力矩。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整磨或刮压板改变垫片厚度用螺钉调整平镶条厚度磨或刮压板改变垫片厚度用螺钉调整平镶条厚度（四）导轨间隙的调整常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。（四）导轨间隙的调整常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整a)b)c)图3-33 导轨副的平镶条及间隙调整方法a)矩形平镶条b)平行四边形平镶条c)梯形平镶条（四）导轨间隙的调整常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。（四）导轨间隙的调整常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。2.7.2 导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整斜镶条斜镶条1、滑动导轨、滑动导轨滑动导轨滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和形式等有关。速度较高的主运动导轨，应合理设计油沟型式和尺寸，选择合适粘度的润滑油，以产生较好的动压效果。具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的摩擦速度、润滑油粘度、导轨面的油沟尺寸和形式等有关。速度较高的主运动导轨，应合理设计油沟型式和尺寸，选择合适粘度的润滑油，以产生较好的动压效果。优点优点是结构简单、制造方便和抗振性好。是结构简单、制造方便和抗振性好。缺点缺点是磨损快。是磨损快。2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点2、静压导轨工作原理与静压轴承相似，液压系统产生的压力油形成承载油膜。静压导轨按结构形式分为开式和闭式两大类。、静压导轨工作原理与静压轴承相似，液压系统产生的压力油形成承载油膜。静压导轨按结构形式分为开式和闭式两大类。2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点开式静压导轨开式静压导轨2、静压导轨、静压导轨2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点闭式静压导轨闭式静压导轨可调节流阀可调节流阀导轨导轨3、卸荷导轨卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大、重型机床来说，工作台和工件的质量很大，导轨面上的摩擦阻力很大，常用卸荷导轨。导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。、卸荷导轨卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大、重型机床来说，工作台和工件的质量很大，导轨面上的摩擦阻力很大，常用卸荷导轨。导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点4、滚动导轨与滑动导轨相比，特点如下：优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近。缺点是抗振性差，但可以通过预紧方式提高；结构复杂，成本高。、滚动导轨与滑动导轨相比，特点如下：优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近。缺点是抗振性差，但可以通过预紧方式提高；结构复杂，成本高。2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点4、滚动导轨、滚动导轨1）滚动导轨的类型）滚动导轨的类型按滚动体分类：滚珠、滚柱、滚针按滚动体分类：滚珠、滚柱、滚针2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点滚珠滚柱滚针滚珠滚柱滚针4、滚动导轨、滚动导轨2）直线滚动导轨副的工作原理）直线滚动导轨副的工作原理2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点4545图3-39 直线滚动导轨原理图AAAA132451支承导轨 2滚珠 3滑座 4回珠孔 5挡球板滚珠滚珠安装孔安装孔安装孔安装孔导轨（通过安装孔用螺栓固定在床身上）导轨（通过安装孔用螺栓固定在床身上）滑块（通过安装孔用螺栓固定在移动部件上）滑块（通过安装孔用螺栓固定在移动部件上）2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点4、滚动导轨、滚动导轨4）预紧）预紧方法是靠螺钉、垫块或斜块移动导轨来实现预紧。方法是靠螺钉、垫块或斜块移动导轨来实现预紧。2.7.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点图3-41 滚柱导轨块的预紧11斜镶条 2滚柱导轨块 3动导轨32一、机床刀架和自动换刀装置、类型和应满足的基本要求二、机床的几种典型刀架三、机床刀架及其转位、定位机构设计一、机床刀架和自动换刀装置、类型和应满足的基本要求二、机床的几种典型刀架三、机床刀架及其转位、定位机构设计四、带有刀库的自动换刀装置四、带有刀库的自动换刀装置2.8 机床刀架设计五、刀具编码和识别装置机床刀架设计五、刀具编码和识别装置（一）机床刀架和自动换刀装置的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作。刀库和机械手组成的自动换刀装置，成为加工中心的主要特征。（一）机床刀架和自动换刀装置的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作。刀库和机械手组成的自动换刀装置，成为加工中心的主要特征。2.8.1 机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求（二）机床刀架和自动换刀装置的类型（二）机床刀架和自动换刀装置的类型?按安装刀具的数目分：单刀架和多刀架按安装刀具的数目分：单刀架和多刀架?按结构形式分：方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等按结构形式分：方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等?按驱动刀架转位的动力分：手动转位刀架和自动转位刀架按驱动刀架转位的动力分：手动转位刀架和自动转位刀架（三）机床刀架应满足的要求（三）机床刀架应满足的要求?满足工艺过程所提出的要求；满足工艺过程所提出的要求；?在刀架、刀库上牢固地安装刀具，精确调整刀具位置；在刀架、刀库上牢固地安装刀具，精确调整刀具位置；?刀架、刀库、换刀机械手都应有足够的刚度；刀架、刀库、换刀机械手都应有足够的刚度；?可靠性高；可靠性高；?刀架和自动换刀装置的换刀时间尽量短，提高生产率；刀架和自动换刀装置的换刀时间尽量短，提高生产率；?操作方便和安全。操作方便和安全。2.8.1 机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求机床刀架和自动换刀装置的功能、类型和应满足的要求（一）回转刀架回转刀架式换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持着各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架可在回转轴的径向和轴向安装刀具。（一）回转刀架回转刀架式换刀是一种简单的自动换刀装置。在回转刀架各刀座安装或夹持着各种不同用途的刀具，通过回转刀架的转位实现换刀。回转刀架可在回转轴的径向和轴向安装刀具。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架回转刀架回转刀架（一）回转刀架（一）回转刀架 图示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。图示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。n转位合开弹簧安全离合器蜗轮副螺母下齿盘上齿盘电动机端齿盘定位刀架内装信号盘2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架（一）回转刀架回转刀架和其上的刀具布置大致有以下几种类型：（一）回转刀架回转刀架和其上的刀具布置大致有以下几种类型：（1）单回转刀架：外圆类、内孔类刀具混合放置。）单回转刀架：外圆类、内孔类刀具混合放置。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架（2）双回转刀架：分别布置外圆和内孔类刀具。上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。）双回转刀架：分别布置外圆和内孔类刀具。上刀架的回转轴与主轴平行，用于装外圆类刀具；下刀架的回转轴与主轴垂直，用于装内孔类刀具。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架（3）双排回转刀架：外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面。回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。）双排回转刀架：外圆类、内孔类刀具分别布置在刀架的一侧面。回转刀架的回转轴与主轴倾斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和内孔。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架?回转刀架的工位数最多可达回转刀架的工位数最多可达20多个，但最常用的是多个，但最常用的是8、10、12和和16工位工位4种。工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。种。工位数越多，刀间夹角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生干涉的可能性就越大，因此在刀架布刀时要给予考虑，避免发生干涉现象。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架(二）转塔刀架二）转塔刀架?数控机床的转塔刀架上装有主轴头，转塔转动时更换主轴头实现自动换刀。在转塔各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。数控机床的转塔刀架上装有主轴头，转塔转动时更换主轴头实现自动换刀。在转塔各个主轴头上，预先安装有各工序所需的旋转刀具。图示为数控钻镗铣床，其可绕水平轴转位的转塔自动换刀装置上装有图示为数控钻镗铣床，其可绕水平轴转位的转塔自动换刀装置上装有8把刀具，但只有处于最下端把刀具，但只有处于最下端“工作位置工作位置”上的主轴与主传动链接通并转动。待该工步加工完毕，转塔按照指令转过一个或几个位置，待完成自动换刀后，再进入下一步的加工。上的主轴与主传动链接通并转动。待该工步加工完毕，转塔按照指令转过一个或几个位置，待完成自动换刀后，再进入下一步的加工。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架（三）数控车床采用的排刀式刀架（三）数控车床采用的排刀式刀架 在排刀式刀架上，各种不同的刀具排列夹持在一个快换台板上，此台板安装在车削中心的刀架上，刀架能够沿在排刀式刀架上，各种不同的刀具排列夹持在一个快换台板上，此台板安装在车削中心的刀架上，刀架能够沿X和和Z两个方向移动，使刀具可实现横向、纵向及曲线走刀。换刀时，只需按程序控制使台板沿两个方向移动，使刀具可实现横向、纵向及曲线走刀。换刀时，只需按程序控制使台板沿X方向移动一个刀位，让下一把刀具进入切削位置即可。方向移动一个刀位，让下一把刀具进入切削位置即可。台板上还可安装带动力头的动力刀具，可以用来钻偏心孔、铣槽、攻丝等。当需要变换加工零件时，可以在机床外预先将一组刀具按工艺要求排列到另一块台板上，停机时能很快地换上台板，即可加工另一种工件。台板上还可安装带动力头的动力刀具，可以用来钻偏心孔、铣槽、攻丝等。当需要变换加工零件时，可以在机床外预先将一组刀具按工艺要求排列到另一块台板上，停机时能很快地换上台板，即可加工另一种工件。这种刀架特点这种刀架特点是：结构简单，换刀动作简洁迅速是：结构简单，换刀动作简洁迅速，但它只适合于小规格的机床，但它只适合于小规格的机床，用于加工小直径棒料，加工直径一般小于，用于加工小直径棒料，加工直径一般小于100mm。2.8.2 机床的几种典型刀架机床的几种典型刀架排刀式刀架排刀式刀架（一）机床刀架的转位结构设计（一）机床刀架的转位结构设计?液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构?圆柱凸轮步进式转位机构圆柱凸轮步进式转位机构?伺服电动驱动的刀架转位（二）定位机构设计伺服电动驱动的刀架转位（二）定位机构设计?刀架的定位机构多采用锥销定位和端面齿盘定位。刀架的定位机构多采用锥销定位和端面齿盘定位。?定位的特点是定位精度高、重复定位精度好，定位刚性好，承载能力大。定位的特点是定位精度高、重复定位精度好，定位刚性好，承载能力大。2.8.3 机床刀架及其转位、定位机构设计机床刀架及其转位、定位机构设计（一）数控车床自动换刀装置数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘。（一）数控车床自动换刀装置数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置（一）数控车床自动换刀装置（一）数控车床自动换刀装置2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置（二）加工中心自动换刀装置（二）加工中心自动换刀装置 加工中心有立式、卧式、龙门式等几种。加工中心有立式、卧式、龙门式等几种。加工中心上刀库类型有鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。加工中心上刀库类型有鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。换刀机械手分为单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。换刀机械手分为单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置盘式刀库链式刀库盘式刀库链式刀库刀库类型刀库类型2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置斗笠式刀库结构斗笠式刀库结构汽缸刀盘电机机架（固定在机床立柱上）刀夹刀盘移动导轨分度轮自动换刀装置自动换刀装置2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置链式刀库结构链式刀库结构链轮链轮链条兼刀套链条兼刀套张紧轮张紧轮导轮导轮2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置箱型刀库线型刀库箱型刀库线型刀库2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置JCS013加工中心自动换刀装置加工中心自动换刀装置2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置（三）链式刀库的构成链式刀库有一个主动链轮，带动装有刀套的链条。（三）链式刀库的构成链式刀库有一个主动链轮，带动装有刀套的链条。采用采用采用采用SKSK型悬挂式链条的链式型悬挂式链条的链式型悬挂式链条的链式型悬挂式链条的链式刀库的各种布局形式刀库的各种布局形式刀库的各种布局形式刀库的各种布局形式2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置链式刀库结构链式刀库结构刀套刀套刀柄刀套链条支撑板2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置（三）链式刀库的构成刀库的准停需要采取的措施：定位盘准停由液压缸推动的定位销，插入定位盘的定位槽内，以实现刀套的准停。这种准停方式的优点：（三）链式刀库的构成刀库的准停需要采取的措施：定位盘准停由液压缸推动的定位销，插入定位盘的定位槽内，以实现刀套的准停。这种准停方式的优点：a.能有效地消除传动链反向间隙的影响；能有效地消除传动链反向间隙的影响；b.保护传动链，使其免受换刀的撞击力；保护传动链，使其免受换刀的撞击力；c.驱动电动机可不用制动自锁装置。驱动电动机可不用制动自锁装置。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置常见的机械手形式常见的机械手形式2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置（四）换刀机械手（四）换刀机械手1）单臂单爪回转式机械手可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。1）单臂单爪回转式机械手可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置2）单臂双爪摆动式机械手手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取下2）单臂双爪摆动式机械手手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴上取下“旧刀旧刀”送回刀库的任务，另一个夹爪则执行由刀库取出送回刀库的任务，另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短。送到主轴的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置3）单臂双爪回转式机械手手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180后又同时将刀具放回刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。图右边的一种机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。3）单臂双爪回转式机械手手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180后又同时将刀具放回刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均短，是最常用的一种形式。图右边的一种机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置4）双机械手相当于两个单臂单爪机械手，相互配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下4）双机械手相当于两个单臂单爪机械手，相互配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀旧刀”送回刀库；另一个机械手由刀库中取出送回刀库；另一个机械手由刀库中取出“新刀新刀”装入机床主轴。装入机床主轴。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置5）双臂往复交叉式机械手两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下5）双臂往复交叉式机械手两手臂可以往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀旧刀”送回刀库，另一个机械手由刀库中取出送回刀库，另一个机械手由刀库中取出“新刀新刀”装入主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的换刀运动。装入主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的换刀运动。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置6）双臂端面夹紧式机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面。6）双臂端面夹紧式机械手只是在夹紧部位上与前几种不同。前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面。2.8.4 带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置1、编码方式刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式、编码方式刀具编码方式、刀座编码方式、编码附件方式2.8.5 刀具编码和识别装置刀具编码和识别装置刀座识别装置刀座编码块拉杆销紧螺母编码环刀柄刀具编码刀座编码刀具编码刀座编码代码突起弹性接触片钥匙代码凹凸处弹性接触片钥匙代码凹凸处炭刷炭刷代码突起导向突起编码钥匙编码钥匙2、刀具（刀套）识别装置、刀具（刀套）识别装置?接触式刀具识别装置接触式刀具识别装置2.8.5 刀具编码和识别装置刀具编码和识别装置编码环刀具识别装置触针刀柄010112、刀具（刀套）识别装置、刀具（刀套）识别装置?非接触式刀具识别装置非接触式刀具识别装置?非接触式磁性识别非接触式磁性识别?光导纤维刀具识别装置光导纤维刀具识别装置2.8.5 刀具编码和识别装置刀具编码和识别装置次线圈检测线圈二次线圈0110101010投光射出面受光入射面阅读方向(a)(b)编码环刀具识别装置刀柄111非接触式磁性识别光导纤维刀具识别非接触式磁性识别光导纤维刀具识别?利用利用PLC（可编程控制器）实现随机换刀（可编程控制器）实现随机换刀一、概述二、机床的时间控制三、机床的程序控制一、概述二、机床的时间控制三、机床的程序控制2.9 机床控制系统设计四、机床的数字控制五、误差自动补偿系统六、自适应控制系统机床控制系统设计四、机床的数字控制五、误差自动补偿系统六、自适应控制系统1、机床控制系统的功能在自动化机床上能够自动进行工件的装卸；自动进行工件的定位、夹紧和松开；控制切削液、排屑等辅助装置的工作；实现刀具的自动安装、调整、夹紧和更换；控制主运动和各进给运动的速度和方向；实现刀架或工作台的路径控制；对被加工零件的尺寸进行在线或离线测量，进行误差自动补偿，从而保证加工精度。1、机床控制系统的功能在自动化机床上能够自动进行工件的装卸；自动进行工件的定位、夹紧和松开；控制切削液、排屑等辅助装置的工作；实现刀具的自动安装、调整、夹紧和更换；控制主运动和各进给运动的速度和方向；实现刀架或工作台的路径控制；对被加工零件的尺寸进行在线或离线测量，进行误差自动补偿，从而保证加工精度。2.9.1 概述概述2、机床控制系统应满足的要求节省辅助时间；缩短加工时间；提高劳动生产率；提高机床的使用率；改善加工质量。、机床控制系统应满足的要求节省辅助时间；缩短加工时间；提高劳动生产率；提高机床的使用率；改善加工质量。2.9.1 概述概述3、机床控制系统的分类、机床控制系统的分类?按自动化程度分类按自动化程度分类?手动控制系统手动控制系统?机动控制系统机动控制系统?半自动控制系统半自动控制系统?自动控制系统自动控制系统?按控制系统分类按控制系统分类?开环、半闭环和闭环控制系统开环、半闭环和闭环控制系统?按控制方式和内容进行分类按控制方式和内容进行分类?时间、程序、数字、误差补偿和自适应控制时间、程序、数字、误差补偿和自适应控制2.9.1 概述概述时间控制是按时间顺序发出控制机床各工件部件动作的指令，属于开环控制。通常采用凸轮机构。按机床辅助运动控制方式的不同，有三种形式：时间控制是按时间顺序发出控制机床各工件部件动作的指令，属于开环控制。通常采用凸轮机构。按机床辅助运动控制方式的不同，有三种形式：1）不变速的单一分配轴控制系统结构简单，但机床的生产效率低。）不变速的单一分配轴控制系统结构简单，但机床的生产效率低。2）变速的单一分配轴控制系统提高了机床的生产率，但结构复杂一些。）变速的单一分配轴控制系统提高了机床的生产率，但结构复杂一些。3）分配轴和辅轴轮流控制的系统适用于一个加工循环时间内需要重复进行多次同样辅助控制的自动机床上。）分配轴和辅轴轮流控制的系统适用于一个加工循环时间内需要重复进行多次同样辅助控制的自动机床上。2.9.2 机床的时间控制机床的时间控制2.9.2 机床的时间控制机床的时间控制自动进刀机构自动进刀机构凸轮机构在自动和半自动机床中的应用较为广泛，特别是在数控技术广泛应用于金属加工机床之前，自动和半自动机床中的运动控制主要是由凸轮机构实现的。当圆柱凸轮凸轮机构在自动和半自动机床中的应用较为广泛，特别是在数控技术广泛应用于金属加工机床之前，自动和半自动机床中的运动控制主要是由凸轮机构实现的。当圆柱凸轮1连续转动时，其凹槽的侧面迫使从动件连续转动时，其凹槽的侧面迫使从动件2绕绕A点作往复摆动，又通过扇形齿轮与齿条的啮合传动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。自动刀架的运动规律由圆柱凸轮凹槽曲线的形状所确定。点作往复摆动，又通过扇形齿轮与齿条的啮合传动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。自动刀架的运动规律由圆柱凸轮凹槽曲线的形状所确定。1、固定程序控制系统控制系统的程序是固定不变的，用于专用机床的程序控制。、固定程序控制系统控制系统的程序是固定不变的，用于专用机床的程序控制。2、插销板可变程序控制系统结构简单、工作可靠、制造成本低且易于掌握，但适用于工作循环内程序不太复杂，需控制的执行器官不太多的场合。、插销板可变程序控制系统结构简单、工作可靠、制造成本低且易于掌握，但适用于工作循环内程序不太复杂，需控制的执行器官不太多的场合。2.9.3 机床的程序控制机床的程序控制3、可编程控制系统可编程控制系统是一台可进行数字逻辑运算的电子计算机，专为工业应用而设计的。具有“面向控制过程和实际问题”的工程化语言。体积小、功能强、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等。主要应用于替代传统的继电器控制系统，以提高系统的可靠性；自动化程度较高机床的工作程序和逻辑控制。3、可编程控制系统可编程控制系统是一台可进行数字逻辑运算的电子计算机，专为工业应用而设计的。具有“面向控制过程和实际问题”的工程化语言。体积小、功能强、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等。主要应用于替代传统的继电器控制系统，以提高系统的可靠性；自动化程度较高机床的工作程序和逻辑控制。2.9.3 机床的程序控制机床的程序控制数控系统经历了分离式晶体管式、小规模集成电路式、大规模集成电路式、小型计算机式、超大规模集成电路式和微型工业计算机式数控系统等六代的演变。总体发展趋势：数控系统经历了分离式晶体管式、小规模集成电路式、大规模集成电路式、小型计算机式、超大规模集成电路式和微型工业计算机式数控系统等六代的演变。总体发展趋势：?数控装置由数控装置由NC向向CNC发展；发展；?广泛采用广泛采用32位位CPU组成多微处理器系统；组成多微处理器系统；?提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，满足不同类型数控机床的需要；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，满足不同类型数控机床的需要；?驱动装置向交流、数字化方向发展；驱动装置向交流、数字化方向发展；?CNC装置向人工智能方向发展；装置向人工智能方向发展；?采用新型的自动编程系统；采用新型的自动编程系统；?增强通信功能；增强通信功能；?可靠性不断提高。可靠性不断提高。2.9.4 机床的数字控制机床的数字控制1、机床数字控制的基本原理、机床数字控制的基本原理?需要控制的内容：刀架或（和）工作台的运动轨迹以及工作指令。需要控制的内容：刀架或（和）工作台的运动轨迹以及工作指令。?插值运算：直线插值和圆弧插值。插值运算：直线插值和圆弧插值。2.9.4 机床的数字控制机床的数字控制2、数控机床运动部件的伺服驱动系统伺服驱动系统、数控机床运动部件的伺服驱动系统伺服驱动系统-用于控制主轴的转角（数控车床）、进给部件的移动距离，进给位置控制（数控坐标镗床）或轨迹控制（数控铣床）。用于控制主轴的转角（数控车床）、进给部件的移动距离，进给位置控制（数控坐标镗床）或轨迹控制（数控铣床）。1）开环伺服驱动系统工作台的移动距离取决于数控装置发出的步进信号数。）开环伺服驱动系统工作台的移动距离取决于数控装置发出的步进信号数。2.9.4 机床的数字控制机床的数字控制步 进 电 动 机工 作 台图 2-14 开 环 伺 服 系 统2）闭环控制系统运动精度主要取决于检测装置的精度，可以消除整个系统的传动误差和失动。所用电动机有直流、交流伺服电动机。特点是运行精度高，调试维修困难，成本高，用于精密型数控机床上。）闭环控制系统运动精度主要取决于检测装置的精度，可以消除整个系统的传动误差和失动。所用电动机有直流、交流伺服电动机。特点是运行精度高，调试维修困难，成本高，用于精密型数控机床上。3）半闭环控制系统位置反馈装置采用角位移传感器。精度介于开环和闭环之间。）半闭环控制系统位置反馈装置采用角位移传感器。精度介于开环和闭环之间。2.9.4 机床的数字控制机床的数字控制工作台伺服电动机反馈装置接数控装置图2-15 半闭环伺服系统传动系统图工作台伺服
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