教案数控（共5篇）（共5篇）
1.教案数控 篇一
《计算机组装与维修》教案 《数控技术》教案
本次课重点介绍有关数控技术和数控机床的基础知识，使学生对本门课有初步的认识并培养学生学习本门课的兴趣。
一、章节题目 第一章 概述
第一节 数控技术的基本概念 第二节 数控机床组成与基本工作原理 第三节 数控机床分类 第四节 数控机床的发展趋势 第二章 数控加工技术
第一节 数控加工程序编制的基本步骤
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中突出数控机床的特点，并注意和普通机床进行比较，使学生对数控机床和数控技术有一个深入的认识。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求 1.掌握数控技术的基本概念 2.掌握数控机床基本工作原理 3.掌握数控机床的基本组成 4.掌握手工编程的基本过程 5.了解数控机床分类和发展趋势 6.了解CAD/CAM混合编程的基本过程
《计算机组装与维修》教案
对于学生来说数控技术是一个新的概念，学生对数控机床及其相 关知识很陌生。在教学过程中在完成基本教学内容的同时，通过和普
《数控技术》教案通机床比较，重点突出了数控机床的基本特点、工作原理及组成，使 学生对数控机床及其相关知识有了初步的认识。复习思考题
1.数控机床与普通机床的区别主要体现在那些方面，二者之间有 哪些共同之处？
2.插补在数控机床加工过程中的作用？
九、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将在上次课的介绍数控机床基本工作原理的基础上，讲解数控加工程序编制的相关知识。
一、章节题目 第二章 数控加工技术
第二节 手工编程时的数控加工工艺处理 第三节 坐标系与编程计算 第三章 数控机床编程 第一节 编程基本概念
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中突出数控机床手工编程时的工艺处理特点和过程，并着重介绍坐标系及编程计算的内容和方法。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
《计算机组装与维修》教案
2.有“回参考点”功能和无“回参考点”功能数控机床建立坐标 系的特点？
3.《数控技术》教案
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
一、章节题目 第三章 数控机床编程 第一节 编程基本概念—功能字 第二节 基本G代码
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，在授课过程中重点介绍功能字含义和基本G代码，并通过实例讲解工艺处理、工序划分、坐标系建立、编程计算、程序的组成和基本结构，消化理解上次课和本次课的相关内容。
三、教学目的与要求 1.掌握功能字的含义
2.掌握代码分组与代码的模态和非模态的含义，了解开机默认代码的含义
3.掌握与坐标系有关的G代码、基本运动G代码、公英制选择、绝对坐标和相对坐标定义G代码、圆弧运动G代码、刀具补偿G代码、螺旋线加工G代码、暂停G代码。
四、本次课的重点、难点 本次课重点： 1.功能字的含义
《计算机组装与维修》教案
4）用直径为6毫米的铣刀加工直径为10毫米的孔，假设加工平面为XOY面，孔位置为（20，30），（60，70）。用相对坐标和绝对坐标编写加工程序，工件厚度10毫米。
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将首先通过实例介绍螺纹孔加工、槽加工、铣孔加工的程序编制方法，进一 如何理解工艺处理和工序划分的意义？
《数控技术》教案步理解工艺处理、工序划分的意义，进一步掌握程序功能字的含义与使用方法，了解程序编制过程中容易出现的问题，进一步理解程序结构，了解螺纹孔加工、槽加工程序编制的特点，为编制复杂加工程序打下基础。另外，本次课将在镗铣类机床普通编程方法的基础上介绍镗铣类机床的特殊编程方法。
一、章节题目 第四章 数控机床编程 第三节 镗铣类机床编程方法
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握数控加工程序基本的编制方法，消化理解前两次课的内容。使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
1.掌握螺纹孔加工、槽加工、铣孔加工程序编制方法 2.掌握常用镗铣类机床编程的特殊代码指令格式和使用方法 3.理解固定循环的含义，掌握常用镗铣加工固定循环的动作过程 4.掌握使用固定循环指令时程序编制的特点 5.掌握子程序编程方法
《计算机组装与维修》教案
作业题
1.利用G81指令编写例4-17的孔加工程序
八、实施情况及分析
本次课按照预定计划完成，效果较好。
本次课将首先向学生介绍车削加工编程特点，在此基础上通过实
例向学生讲解车削加工编程方法。介绍车削加工中常用的简单固定循环指令，并通过实例讲解简单固定循环指令的使用方法。介绍几种复 《数控技术》教案合固定循环指令的格式。
一、章节题目
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握车削加工程序编制方法，使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求 1.掌握数控编程特点
2.掌握使用固定循环指令编程时程序的结构特点
3.掌握端面加工、外圆加工和孔加工的固定循环指令格式 4.能够使用固定循环指令编程
四、本次课的重点和难点 重点：
1.车削加工的特点
2.固定循环指令格式及应用
《计算机组装与维修》教案
四、本次课的重点和难点 重点：
1.复合固定循环指令的格式 2.复合固定循环指令的使用 难点：
1.复合固定循环指令的使用
2.使用复合固定循环指令时程序的结构 《数控技术》教案
七、复习思考题、作业题 思考题：
1.使用复合固定循环指令时程序的结构特点
2.G70复合固定循环指令如何与G71指令配合使用，及二者在程序中的位置。作业题：
1.使用复合固定循环指令编写 加工程序。
八、实施情况与分析
本次课将介绍有关插补原理方面的内容。重点介绍插补在数控加工中的作用、插补算法。
一、章节题目
二、教学方法与辅助手段
本次课的授课方式为讲课，通过实例使学生掌握车削加工程序编制方法，使用多媒体课件及板书配合教学。
三、教学目的与要求
1.认识插补在轮廓加工中的作用
2.数控编程--宏程序教案 篇二
教案
一、组织教学
检查学生出勤情况
二、复习提问
1、画图，椭圆怎么加工
2、举例，一个任意形状的工件，如何在边上倒圆角
三、相关专业理论基础
1、看、画图零件
2、加工工艺分析与编写数控加工工艺卡
3、装夹方法与定位方法的分析
4、华中系统编程规则
5、刀具的选择
6、检验方法与检测技巧
三、课题训练思路
采用综合例题方式，按上述要求逐一分组进行，加工前教师进行加工讲评，对程序验证后进行加工，加工完教师进行总结讲评，指出加工过程中的错误和不合格项。
四、课题内容 用数控加工中心铣床加工出如下图所示零件，材料为铝，毛坯为75*75mm，按图样要求完成零件的加工。
五、新授课
如何使加工中心这种高效自动化机床更好地发挥效益，其关键之一，就是开发和提高数控系统的使用性能。宏程序的应用，是提高数控系统使用性能的有效途径。下面就宏程序的应用。
（一）什么是宏程序？
什么是数控加工宏程序？简单地说，宏程序是一种具有计算能力和决策能力的数控程序。宏程序具有如下些特点： 1．使用了变量或表达式（计算能力），例如：（1）G01X[#3+#5];有表达式#3+#5（2）G00X4F[#1];有变量#1（3）G01Y[50*SIN[#3]];有函数运算
2．使用了程序流程控制（决策能力），例如：（1）WHILE有条件循环命令
（二）用宏程编程有什么好处？
1．宏程序引入了变量和表达式，还有函数功能，具有实时动态计算能力，可以加工非圆曲线，如抛物线、椭圆、双曲线、三角函数曲线等； 2．宏程序可以完成图形一样，尺寸不同的系列零件加工； 3．宏程序可以完成工艺路径一样，位置不同的系列零件加工； 4．宏程序具有一定决策能力，能根据条件选择性地执行某些部分； 5．使用宏程序能极大地简化编程，精简程序。适合于复杂零件加工的编程。
（三）宏变量及宏常量 1．宏变量
先看一段简单的程序： G00X25.0 上面的程序在X轴作一个快速定位。其中数据25.0是固定的，引入变量后可以写成： #1=25.0;#1是一个变量 G00X[#1];#1就是一个变量 宏程序中，用“#”号后面紧跟1~4位数字表示一个变量，如#1，#50，#101，变量有什么用呢？变量可以用来代替程序中的数据，如尺寸、刀补号、G指令编号变量的使用，给程序的设计带来了极大的灵活性。
使用变量前，变量必需带有正确的值。如 #1=25 G01X[#1];表示G01X25 #1=-10;运行过程中可以随时改变#1的值 G01X[#1];表示G01X-10 用变量不仅可以表示坐标，还可以表示G、M、F、D、H、M、X、Y、??等各种代码后的数字。如： #2=3 G[#2]X30;表示G03X30 例1使用了变量的宏子程序。%1000#50=20;先给变量赋值 M98P1001;然后调用子程序 #50=350;重新赋值 M98P1001;再调用子程序 M30 %1001 G91G01X[#50];同样一段程序，#50的值不同，X移动的距离就不同 M99 2．局部变量
编号#0~#49的变量是局部变量。局部变量的作用范围是当前程序（在同一个程序号内）。如果在主程序或不同子程序里，出现了相同名称（编号）的变量，它们不会相互干扰，值也可以不同。例 %100 N10#3=30;主程序中#3为30 M98P101;进入子程序后#3不受影响 #4=#3;#3仍为30，所以#4=30 M30 %101 #4=#3;这里的#3不是主程序中的#3，所以#3=0（没定义），则：#4=0 #3=18;这里使#3的值为18，不会影响主程序中的#3 M993．全局变量
编号#50~#199的变量是全局变量（注：其中#100~#199也是刀补变量）。全局变量的作用范围是整个零件程序。不管是主程序还是子程序，只要名称（编号）相同就是同一个变量，带有相同的值，在某个地方修改它的值，所有其它地方都受影响。例 %100 N10#50=30;先使#50为30 M98P101;进入子程序
#4=#50;#50变为18，所以#4=18 M30 %101 #4=#50;#50的值在子程序里也有效，所以#4=30 #50=18;这里使#50=18，然后返回 M99 为什么要把变量分为局部变量和全局变量？如果只有全局变量，由变量名不能重复，就可能造成变量名不够用；全局变量在任何地方都可以改变它的值，这是它的优点，也是它的缺点。说是优点，是因为参数传递很方便；说是缺点，是因为当一个程序较复杂的时候，一不小心就可能在某个地用了相同的变量名或者改变了它的值，造成程序混乱。局部变量的使用，解决了同名变量冲突的问题，编写子程序时，不需要考虑其它地方是否用过某个变量名。什么时候用全局变量？什么时候用局部变量？在一般情况下，你应优先考虑选用局部变量。局部变量在不同的子程序里，可以重复使用，不会互相干扰。如果一个数据在主程序和
子程序里都要用到，就要考虑用全局变量。用全局变量来保存数据，可以在不同子程序间传递、共享、以及反复利用。
（四）常量 PI：圆周率π
角度用弧度表示：1°对应 PI/180弧度
（五）运算符
1、算数运算符 +-* /
2、条件运算符
EQ(=)NE(≠)GT(>)GE(≥)LT(<)LE(≦)
3、逻辑运算符
AND（与）OR（或）NOT（异或）
（六）函数
SIN[正弦] COS[余弦] TAN[正切] EXP[指数] ATAN[反正切] ABS[绝对值] INT[取整] FIX[上取整] FUP[下取整] SQRT[开方]
（六）循环语句（WHILE语句）(七)宏指令编程
%O0001 #1=20(定义a值)#2=10（定义b值）
#4=5（定义刀具补偿半径R值）#5=0（定义步距角初始值）
G90G54G0X0Y0S1500M3 G43X#1Y#2D01 G01Z-5F30 G01Y0F100 WHILE[#5LE360] G01X[#1*COS[#5*PI/180]]Y-[#2*SIN[#5*PI/180]] #5=#5+2 ENDW GOG40Z100 M30 %
六、结束语
3.数控编程与实践教案23 篇三
第1 章
数控机床概述
一、内容简介
数控机床是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。本章主要讲述数控机床的基本概念和工作原理、数控机床的分类以及数控机床的技术与发展水平等。本章要求理解并掌握数控机床的基本概念和分类，了解数控技术的发展趋势以及以数控机床为基础的自动化生产系统的发展。
重点：
数控机床的基本概念 ； 数控机床的分类
难点：
数控机床的工作过程和技术性能指标、数控机床按运动控制的特点和伺服系统的类型分类。
二、掌握程度
熟悉：数控机床的基本概念与工作原理 掌握：数控机床的组成及特点 了解：数控机床的产生与发展、数控技术的发展趋势以及数控技术在先进制造技术中的作用
三、课程讲述
1.1 数控机床的基本概念
1.1.1什么是机床的数字控制
数控，即数字控制（Numerical Control，NC），在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。用这种控制技术控制的机床就称为“数控机床”（Numerically Controlled Machine Tool）或“NC机床”。
数控机床是一种高效、新型的自动化机床，具有广泛的应用前景。它与普通机床相比具有以下特点：
1．适应性、灵活性好；
2．精度高、质量稳定；
3．生产效率高；
4．劳动强度低、劳动条件好；
5．有利于现代化生产与管理；
分布式数字控制（Distributed Numerical Control，DNC）
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）
计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）
6．使用、维护技术要求高。1.1.2数控机床的组成
数控机床的种类很多，但任何一种数控机床主要由控制介质、数控系统、伺服系统和机床主体四部分组成，如图1-1所示。此外数控机床还有许多辅助装置。
图1-1 数控机床的基本组成
1.1.3 数控机床的工作过程
如图1-2所示，数控机床的加工，首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将加工程序输入到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过处理与计算后，发出相应的控制指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而完成零件的加工。
图1-2 数控机床的工作原理
1.1.4 数控机床的技术性能指标 数控机床的精度指标
数控机床的可控轴数与联动轴数 数控机床的运动性能指标 数控系统的技术性能指标 1.2 数控机床的分类
1.2.1 按运动控制的特点分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床
轮廓控制的数控机床
1.2.2 按伺服系统的类型分类 开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床 半闭环控制的数控机床 1.2.3 按工艺方法分类
金属切削类数控机床
金属成型类及特种加工类数控机床 特种加工数控机床
1.2.4 按功能水平分类
通常把数控机床分为高、中、低档三类。数控机床水平的高低主要指它们的主要技术参数，功能指标和关键部件的功能水平等内涵。
另一种分法是将数控机床分为经济型（简易）、普及型（全功能）和高档型数控机床。1.2.5 按加工方式分类
数控机床和加工中心（带刀库的数控机床）。1.3 数控机床的产生与发展及技术水平
1.3.1 数控机床的产生与发展 1.3.2 数控技术的发展趋势
1.3.3 以数控机床为基础的自动化生产系统的发展 柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是由两台以上的数控机床或加工中心、其他加工设备和一套能自动装卸物料的系统等组成，在计算机的控制下进行制造的自动化生产系统。它能根据制造系统任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。其特点是高效率、高柔性及高自动化等。
计算机集成制造系统（CIMS）
计算机集成制造系统是一个集产品设计、制造、经营、管理为一体，以柔性技术、计算机技术、信息技术、自动化技术、现代管理科学为基础的多层次、多结构的复杂系统。它由4个功能分系统和2个支撑分系统构成，即由管理信息系统、产品设计与工艺设计的工程设计自动化系统、制造自动化系统（柔性制造）、服务信息系统等功能分系统，计算机网络系统及数据库系统等支撑系统组成。在CIMS系统中，综合应用了CAD、CAPP（computer aided process planning）、CAM、数控机床、加工中心、物料传输以及计算机信息管理自动化等技术，可把整个工厂的生产活动有机地联系在一起，实现全厂性综合自动化。1.3.4 数控技术在先进制造技术中的作用
1.数控机床成为现代制造业的关键设备，保证了现代制造业向高精度、高速度、高效率、高柔性化的方向发展。
2.数控机床的发展，带动了CAD、CAM、CAE、CAPP、PDM、FMC、FMS、FML、FMF和CIMS的发展。
四、课后习题或作业及答案 无
五、思考题或期末复习题
第2 章
数控加工编程基础
一、内容简介
本章是数控编程的基础，主要讲述了数控编程的基础知识，常用G代码及M代码功能指令，数控机床坐标系，数控程序段与程序格式等。本章要求熟悉数控加工程序格式以及编程步骤，熟记数控机床坐标系的确定方法和右手笛卡尔直角坐标系的应用。
重点：
数控机床的坐标系； 常规加工程序的格式。
难点：
数控机床的坐标系
二、掌握程度
熟悉：数控机床编程的步骤 掌握：数控机床代码编写 了解：自动编程方法
三、课程讲述 2.1 概
述
2.1.1 数控机床编程的目的与步骤
目的：程序编制是数控加工的一项重要工作，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床安全可靠及高效地工作。
内容与步骤：分析被加工零件的零件图，确定加工工艺过程；进行刀具运动轨迹坐标计算；编写程序单；制备控制介质；程序校验和首件试切等。
2.1.2 数控机床程序的编制方法
1．手工编程
从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成。对形状简单的工件，可以使用手工编程。手工编程既经济又及时。但对于几何形状复杂的零件，特别是具有列表曲线、非圆曲线及曲面的零件（如叶片、复杂模具），或者表面的几何元素并不复杂而程序量很大的零件（如复杂的箱体），或者工步复杂的零件，手工编程就难以胜任，因此必须用自动编程的方法。为了缩短生产周期，提高数控机床的利用率，有效解决复杂零件的加工问题，应当使手工编程向自动编程方向发展，但也要看到，手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心的经验都来源于手工编程，二者是相辅相成的。
2．自动编程
自动编程也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机完成。典型的自动编程有人机对话式自动编程及图形交互式自动编程。2.2 字符与代码
2.2.1 字符与代码
字符（Character）：用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。字符是机器能进行存储或传送的记号。字符也是我们所要研究的加工程序的最小组成单位。
加工程序用的字符分四类。一类是字母，它由大写26个英文字母组成。第二类是数字和小数点，它由0～9共10个阿拉伯数字及一个小数点组成。第三类是符号，由正（+）号和负（-）号组成。第四类是功能字符，它由程序开始（结束）符（如“%”）、程序段结束符（如“；”）、跳过任选程序段符（如“/”）等组成。2.2.2 数控机床功能代码
1．准备功能
准备功能（G功能）是使数控机床建立起某种加工方式的指令，如插补、刀具补偿、固定循环等。G功能由地址符G和其后的两位数字组成，从G00~G99共100种功能。
2．辅助功能
辅助功能（M功能）是用于指定主轴的旋转方向、启动、停止、冷却液的开关，工件或刀具的夹紧和松开，刀具的更换等功能。辅助功能字由地址符M和其后的两位数字组成。从M00～M99共100种功能。
2.3 数控机床的坐标系
2.3.1 坐标系及运动方向的规定
目前，国际标准化组织已经统一了标准的坐标系。我国已制订了JB3051-82《数控机床坐标和运动方向的命名》数控标准，它与ISO841等效。
标准的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。直角坐标系X、Y、Z三者的关系及其方向用右手定则判定；围绕X、Y、Z各轴回转的运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋定则确定。
2.3.2 机床坐标轴的确定
确定机床坐标轴时，一般是先确定Z轴，然后再确定X轴和Y轴。
2.3.3 数控机床坐标系的原点与参考点
数控机床坐标系的原点
机床坐标系的原点也称机械原点或零点（M），这个零点是机床固有的点，由生产厂家事先确定，不能随意改变，它是其他坐标系和机床内部参考点的出发点。
不同数控机床坐标系的零点也不同。数控车床的机械零点在主轴前端面的中心上。数控铣床和立式加工中心的机床原点，一般在机床的左前下方。数控机床参考点
参考点R也称基准点，是大多数具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个点，与机床零点有确定的尺寸联系。参考点在各轴以硬件方式用固定的凸块或限位开关实现。机床每次通电后，移动件（刀架或工作台）都要进行返回参考点的操作，数控装置通过移动件（刀架或工作台）返回参考点后确认出机床原点的位置，数控机床也就建立了机床坐标系。2.4 程序段与程序格式
2.4.1 程序段
把程序中出现的英文字母及其字符称为“地址”，如：X、Y、Z、A、B、C、%等；数字0~9（包含小数点、“+”、“-”号）称为“数字”。“地址”和“数字”的组合称为“程序字”，程序字（亦称代码指令）是组成数控加工程序的最基本单位。如N010、G01、X-100、Z200、F0.1等。
程序由若干个程序段组成，程序段是由若干程序字和程序段结束指令构成。如N010 G01 X-100 Z200 F0.1；就是一个程序段。在书写和打印程序段时，每个程序段一般占一行，在屏幕显示程序时也是如此。
2.4.2 程序段格式 可变程序段格式 固定程序段格式
使用分隔符的固定程序段格式 2.4.3 常规加工程序的格式
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第3章
数控加工工艺与图形的数学处理
一、内容简介
本章讲述数控加工工艺与图形数学处理的基本内容与方法，并以典型实例讲述了零件的数控加工工艺分析及其工艺文件的制定。是数控机床编程中的基本内容，为学习后续各章内容打好基础。本章要求理解数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念和基本内容，掌握数控加工工艺分析与图形数学处理的方法，并能熟练地制定数控加工工艺文件。
重点：
数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念；数控加工工艺分析的内容与方法，数控加工工艺文件的制定
难点：
数控加工工艺文件的制定
二、掌握程度
熟悉：数控加工工艺分析
掌握：数控加工工艺文件的制定 了解：图形数学处理的基本概念
三、课程讲述 3.1 数控加工工艺
数控加工工艺分析的重要性
1.对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。
2.在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。
3.在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）和图形（如图形的基点、节点等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。3.1.1 机床的合理选用
数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件
1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。
3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具
和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。
5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。6）需要最短生产周期的急需零件。
3.1.2 数控加工工艺性分析
从数控加工的可能性和方便性两方面分析其工艺性。
• 零件图的尺寸标注应符合编程方便的原则
（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。
• 零件的结构工艺性应符合数控加工的特点
（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。
（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。（3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。
（4）应采用统一的基准定位。
3.1.3 加工方法与加工方案的确定
加工方法的选择
选择原则：保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。
1.结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削。一般小尺寸的箱体孔宜选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。2.考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。3.1.4 工序与工步的划分
数控加工工艺路线设计与普通机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。3.1.5 零件的定位与安装 定位安装的基本原则
1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一。
2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹中加工出全部
待加工面。3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案
4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。3.1.6 数控加工刀具及对刀仪
3.1.7 切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量、进给量。
合理选择切削用量的原则：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
3.1.8 数控加工路线的确定
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。加工路线的确定原则：
1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。2）使数值计算简单，以减少编程工作量。
3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。
此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次刀，还是多次走刀来完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。
3.1.9 工艺文件的制定
零件的加工工艺设计完成后，就应该将有关内容填入各种相应的表格（或卡片）中。以便贯彻执行并将其作为编程和生产前技术准备的依据，这些表格（或卡片）被称为工艺文件。数控加工工艺文件除包括机械加工工艺过程卡、机械加工工艺卡、数控加工工序卡、数控加工刀具卡。另外为方便编程也可以将各工步的加工路线绘成文件形式的加工路线图。
3.2 图形的数学处理
图形的数学处理就是根据零件图样的要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。
图形数学处理的内容主要有三个方面，即基点和节点计算、刀位点轨迹计算和辅助计算。
3.2.1 基点计算
各几何元素间的连接点称为基点。如两直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点，圆弧或直线与二次曲线的切点或交点等。
基点计算方法：根据图纸给定条件，用几何法、解析几何法、三角函数法或用AutoCAD画图求得。
3.2.2 节点计算
在满足允许编程误差的条件下，用若干直线段或圆弧端分割逼近给定的曲线。相邻直线段或圆弧段的交点或切点称为节点。
3.2.3 刀位点轨迹计算
刀位点轨迹计算又称刀具中心轨迹计算，实际就是被加工零件轮廓的等距线计算。
具体求法：首先分别写出零件轮廓曲线各程序段的等距线方程（距离为刀具半径r刀），再求出各相邻程序段等距线的基点或节点坐标，即求解等距线方程的公共解。
3.2.4 零件轮廓为列表曲线的数学处理
列表曲线的数学处理较为复杂，一般的处理方法是根据列表点选择一个或多个插值方程描述（常称为第一次曲线拟合），再根据插值方程采用直线—圆弧插补方法逼近列表曲线或曲面（常称为第二次曲线拟合）。
3.2.5 工件轮廓为简单三坐标立体型面的数值计算 球头铣刀数控加工一般只有3个垂直移动坐标的数控机床上进行，要求刀轴方向始终保持不变（一般为z轴方向），因此要求立体型面在刀轴方向上为单调曲面。为改善切削性能，有益于加工速度的改善和加工表面质量的提高，将加工曲面平坦方向倾斜一定角度。
3.2.6 辅助计算
3.3 典型零件的数控加工工艺分析
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第4 章
数控车床编程
一、内容简介
本章讲述数控车床的编程特点及各编程指令的使用，数控车床的用途、布局、主要参数及其操作，并通过典型实例讲述了数控车削加工程序的编制。
重点：
数控车床的编程特点及各编程指令的使用； 数控车床编程的综合运用。
难点：
车削加工循环；刀具补偿；子程序调用；宏程序
二、掌握程度
了解：数控车床的用途、布局、主要参数及其操作
掌握：数控车床的编程特点及各编程指令的使用，并能熟练地编制数控车削加工程序。熟悉：数控车加工过程
三、课程讲述 4.1 概述
4.1.1 数控车床的用途、布局
数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面、圆锥面、螺纹表面、成形回转体表面等。对于盘类零件可进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔等加工。机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。
4.1.2 数控车床的主要技术参数
1．机床的主要参数
允许最大工件回转直径—— 460mm；
最大切削直径——292mm 最大切削长度——650mm；主轴转速范围 —— 50~2000r/min（无级）床鞍定位精度——X轴：0.015/100mm ；
Z轴：0.025/300mm 床鞍重复定位精度 ——X轴：±0.003mm ；
Z轴：±0.005mm 刀架有效行程
——X轴：215mm ；Z轴：675mm 快速移动速度——X轴：12m/min ；Z轴：16m/min 刀具规格——车刀20mm×20mm；镗刀φ8mm~φ40mm 自动润滑—15分/次；卡盘最大夹紧力—42140N；安装刀具数—12把
尾座套筒行程—— 90mm；主轴电动机功率——11/15kW 进给伺服电动机——X轴：AC 0.6Kw；Z轴：AC 1.0kW 2．数控系统的主要技术规格
控制轴数——2轴（X轴、Z轴，手动方式时仅1轴）联动轴数——2轴
最小输入增量——X轴：0.001mm ；Z轴：0.001mm 最小指令增量——X轴：0.0005mm/P； Z轴：0.001 mm/P 最大编程尺寸—— ±9 999.999mm 程序存储量——256M；程序号—— O+4位数字
此外，还有直线插补功能、全象限圆弧插补功能、进给功能、主轴功能、刀具功能、辅助功能、编程功能、安全功能、键盘式手动数据输入（MDI）功能、通讯功能、CRT数据显示功能、丝杠间隙补偿、螺距误差补偿、刀具半径及位置补偿和故障自诊断功能等。
4.2 数控车削加工程序的编制
4.2.1 数控车床的编程特点
（1）在一个程序段中，可以采用绝对值编程、增量值编程或混合编程。
（2）直径方向用绝对坐标编程时X以直径值表示，用增量坐标编程时以径向实际位移量的2倍值表示，并附上方向符号。
（3）数控装置具备不同形式的固定循环。
（4）本机床具有刀具半径自动补偿功能（G41，G42），可直接按工件轮廓尺寸编程，无需先计算补偿量。（5）不同组G代码可编写在同一程序段内均有效；相同组G代码若编写在同一程序段内，后面的G代码有效。
（6）对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。4.2.2 编程坐标系的设定
1．机床坐标系的建立
机床原点：机床原点为机床上的一个固定点，数控车床一般将其定义在主轴前端面（或卡盘后端面）的中心。
机床坐标系：是以机床原点为坐标原点建立的X、Z轴两维坐标系。Z轴与主轴中心线重合，为纵向进刀方向；X轴与主轴垂直，为横向进刀方向。
机床参考点：是指刀架中心退离距机床原点最远的一个固定点。该位置由设置在机床X向、Z向滑板上的机械挡块通过行程开关来确定。2．编程坐标系（或称工件坐标系）的设定
编程坐标系是用于确定工件几何图形上各几何要素（如点、直线、圆弧等）的位置而建立的坐标系，是编程人员在编程时使用的。编程坐标系的原点就是编程原点。而编程原点是人为设定的。数控车床工件原点一般设在主轴中心线与工件左端面或右端面的交点处。设定编程坐标系的指令格式：
G50 X＿ Z＿ ； 说明：
1）G50表示编程坐标系的设定，X、Z表示编程原点的位置。
2）程序如设该指令，则应在刀具运动指令之前设定。
3）当系统执行该指令后，刀具并不运动，系统根据G50指令中的X、Z值从刀具起始点反向推出编程原点。
4）在G50程序段中，不允许有其他功能指令，但S指令除外，因为G50还有另一种功用（设定恒切削速度）。
4.2.3 常用编程指令的使用
1．快速定位G00 2．直线插补G01 3．圆弧插补G02、G03 4．程序延时（暂停）G04 7．参考点返回检测G27 8．自动返回参考点G28 9．主轴控制G96、G97 11．螺纹车削G32 4.2.4 车削加工循环
1．单一外形固定循环G90、G92、G94 2．复合固定循环指令
这类循环功能用于无法一次走刀即能加工到规定尺寸的场合，主要在粗车和多次走刀车螺纹的情况下使用。如在一根棒料上车削阶梯相差较大的轴，或车削铸、锻件的毛坯余量时都有一些重复进行的动作，且每次走刀的轨迹相差不大。利用复合固定循环指令，只要编出最终走刀路线，给出每次切除的余量深度或循环的次数，机床即可自动地重复切削，直到工件完成为止。4.2.5 刀具补偿功能
由于刀具的安装误差、刀具磨损和刀具刀尖圆弧半径的存在等，因此在数控加工中必须利用刀具补偿功能予以补偿，才能加工出符合图纸要求的零件。此外合理的利用刀具补偿功能还可以简化编程。
刀具功能又称T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能。格式：
T ××
××
刀具号
刀具补偿号
说明：1）刀具号从01~12；刀具补偿号从00 ~16，其中00表示取消某号刀的刀具补偿。
2）通常以同一编号指令刀具号和刀具补偿号，以减少编程时的错误，如T0101表示01号刀调用01补偿号设定的补偿值，其补偿值存在刀具补偿存储器内。1．刀具位置补偿 2．刀尖圆弧半径补偿
3．实现刀尖圆弧半径补偿功能的准备工作 4．刀尖圆弧半径补偿的方向
5．刀具半径补偿的建立或取消指令格式 4.2.6
辅助功能（M功能）
主要控制机床主轴或其他机电装置的动作，还可用于其他辅助动作，如程序暂停、程序结束等。
1．程序停止M00 2．选择停M01 3．程序结束M30、M02 4．主轴旋转指令M03、M04、M05 5．冷却液开关M08、M09 6．调子程序（M98），子程序返回（M99）4.2.7 宏程序简介
所谓宏程序就是把一组数值或变量预先存于一组地址中，当需要时，就用特殊的调用指令调用该变量的地址即可，这些特殊的调用指令就叫宏程序指令，简称宏指令，由宏指令组成的程序叫宏程序。
4.3 数控车床的操作面板及操作简介
4.3.1 操作面板
4.3.2 机床操作简介
1．手动返回机床参考点 2．机床的急停
3．刀具补偿值的输入和修改 4.4 车削加工编程实例
四、课后习题或作业及答案
五、思考题或期末复习题
第5 章
数控铣床编程
一、内容简介
本章讲述数控铣床的编程特点及各编程指令的使用和数控铣床的用途、布局、主要参数及其操作，并通过典型实例讲述了数控铣削加工程序的编制。
重点：
数控铣削编程基础； 数控铣床基本编程方法
难点：
刀具补偿、子程序、计算参数和程序跳转、循环
二、掌握程度
了解：控铣床的用途、布局、主要参数及其操作
掌握：控铣床的编程特点及各编程指令的使用，并能熟练地编制数控铣削加工程序 熟悉：数控铣加工过程
三、课程讲述 5.1 概述
5.1.1 数控铣床的用途、布局
XK5032A是一种可以加工复杂轮廓的中型立式数控铣床，数控系统采用高性能的 西门子SINUMERIK 802D系统。该系统抗干扰性能好、可靠性高、功能强，可实现三轴控制和三轴联动，除可完成复杂的轮廓加工外，还能实现镜像加工、轮廓放大或缩小、钻孔和铣削循环加工等。
5.1.2 数控铣床主要技术参数 1．基本规格
工作台工作面积（长×宽）工作台最大纵向行程 工作台最大横向行程 工作台最大垂直行程 主轴套筒移动距离
主轴端面到工作台面距离 主轴转速范围 主轴转速级数 工作台进给量 纵、横向快进速度
垂向快进速度主电动机功率 机床外形尺寸（长×宽×高）
2．数控系统的主要技术规格 控制轴数 联动轴数 最小设定单位 最小移动单位 最大指令值 定位精度 重复定位精度 程序存储量 5.2 数控铣削编程基础
5.2.1 数控铣床的编程特点
（1）铣削是机械加工中最常用的方法之一，主要包括平面铣削和轮廓铣削。二坐标联动用于加工平面零件轮廓；三坐标及以上的数控铣床用于难度较大的复杂工件的立体轮廓加工。
（2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式。一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补等多种插补功能。
（3）编程时要充分熟悉机床的所有性能和功能。如刀具长度补偿、刀具半径补偿、固定循环、镜像、旋转等功能。
（4）由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程。5.2.2 基本编程功能指令
数控铣床与数控车床的编程功能相似，数控铣床的编程功能指令也分准备功能和辅助功能两大类。以西门子SINUMERIK 802D数控系统为例介绍数控铣床的基本编程功能指令。
1、程序结构
（1）程序名
SINUMERIK 802D数控系统程序名的命名规则是开始的两个符号一般是字母、其后的符号可以是字母、数字或下划线、最多为16个字符，但不得使用分隔符。例如将程序命名为AB001、L10等。
（2）程序段
程序段是由若干字段和结束符组成。段结束符表示程序段结束。在程序编写中进行换行或按输入键可以自动产生段结束符。编程时大写字母和小写字母没有区别。所以在计算机上编写并通过通信方式输入数控系统的程序，字母可以不分大小写。但一般用大写字母。
2、准备功能G
G功能指令是用地址字符G和后面的数字来表示的 3．辅助功能M M功能指令是用地址字M及后面的数字表示的，其书写格式和含义同数控车床。
4．其他功能
（1）F功能
进给速度F是刀具轨迹速度，它是所有移动坐标轴速度的矢量和。G94为进给速度（mm/min）；G95为进给率（mm/r）（只有主轴旋转控制才有意义）。
（2）S功能
S功能指令表示数控铣床主轴的转速，单位为r/min。主轴的旋转方向和停止转动通过M指令（M3主轴顺时针转动；M4主轴逆时针转动；M5主轴停止转动）来实现，如编程M3 S1000表示主轴顺时针转动，转速为1000r/min。
（3）T功能
T功能指令表示选择刀具，用T1~T32表示，如T2表示选用2号刀具。5.3 数控铣床基本编程方法 5.3.1 坐标轴运动
1．快速移动指令G0
快速移动指令G0用于快速定位刀具，模态有效。
2．直线插补G
1本指令使刀具以直线插补方式从起始点移动到目标点，并以F编程的进给速度运行。
3．圆弧插补G2、GG2指令表示在指定平面顺时针插补；G3指令表示在指定平面逆时针插补。平面指定指令与圆弧插补指令的关系见图5-11所示。
5.3.2 倒圆和倒角
在一个轮廓拐角处可以插入倒角或倒圆，指令CHF=…或者RND=…与加工拐角的轴运动指令（G1、G2、G3）一起写入到程序段中，只在当前平面中执行该功能。
5.3.3 刀具补偿 本系统具有刀具长度补偿和半径补偿功能，刀具的有关参数被单独输入到一专门的数据区，包括刀具长度及半径的基本尺寸、刀具磨损尺寸和类型等参数。在程序中只要调用所需的刀具号及其补偿参数，控制器就利用这些参数执行所要求的轨迹补偿，就能加工出满足要求的工件。
5.3.4 子程序
（1）用子程序编写经常重复进行的加工，比如某一确定的轮廓形状。子程序的结构与主程序的结构相同，在子程序中最后一个程序段用M02指令结束程序运行，也可以用RET指令结束子程序，但RET指令要求占用一个独立的程序段。
（2）子程序名可以自由选择，其方法与主程序中程序名的选取方法一样，但扩展名不同，主程序的扩展名为“.MPF”，在输入程序名时系统能自动生成扩展名，而子程序的扩展名“.SPF”必须与子程序名一起输入。
（3）在子程序中，还可以使用地址字符L，其后面的值可以有7位（只能为整数），地址字符L之后的0均有意义，不能省略。
（4）在一个程序中（主程序或子程序）可以直接利用程序名调用子程序。子程序调用要求占用一个独立的程序段。如果要求多次连续地执行某一子程序，则在编程时必须在所调用子程序的程序名后的地址P下写入调用次数，最大调用次数可达9999（P1~P9999）。
（5）在子程序中可以改变模态有效的G功能，比如G90到G91的变换。在返回调用程序时要注意检查一下所有模态有效的功能指令，并按照要求进行调整；对于R参数也需同样注意，不要无意识地用上级程序界面中所使用的计算参数R来修改下级程序界面的计算参数。（6）本系统子程序嵌套最多为四级 5.3.5 计算参数和程序跳转
要使一个NC程序不仅仅适用于特定数值下的一次加工，或者必须要计算出数值的情况，这两种情况均可以使用计算参数。你可以在程序运行时由控制器计算或设定所需要的数值；也可以通过操作面板设定参数数值。如果参数已经赋值，则它们可以在程序中对由变量确定的地址进行赋值。
在加工非圆曲面时，系统没有定义指令，这就需要借助计算参数R，并应用程序跳转等手段来完成曲面的加工。5.3.6 循环
循环是指用于特定加工过程的工艺子程序，比如用于钻孔、镗孔、铰孔、攻丝、排列孔加工、凹槽切削和坯料切削等，只要改变参数就可以使这些循环应用于各种具体加工过程，可大大减少编程工作量。
5.4 数控铣床的操作面板及操作简介
5.4.1．操作面板简介
5.4.2 机床操作简介 5.5 铣削加工编程实例
四、课后习题或作业及答案
4.数控编程与实训教案 篇四
课题凸台零件的加工
授课日期2008-04-22授课班级数高071
教学目标通过对凸台加工项目的实施，提高学生对已学的G01、G02、G03、G41、G42等编程指令综合应用的能力。
教学重点项目计划的制定、组织和实施。
能力目标
1、专业能力：识图、精度分析、工艺编制、计算与编程等能力。
2、方法能力：通过小组工作的方式、感受一般数控加工的工作流程，学会表达解决 问题的过程和方法。
3、社会能力：培养学生实际工作能力，以及与同伴合作交流意识和展示表达能力。
教学难点项目计划的制定、项目的实施
课型理论实践一体化教学课教学方法项目教学法 教具数控铣床、计算机、投影仪、图纸、实验材料、测量工具
教学内容及教学过程（含时间分配）
一．项目下达和项目介绍----------------------教师（5分钟）二．项目计划----------------------学生（15分钟）三．项目计划的展
示----------------------学生（10分钟）四．计划调整----------------------学生（5分钟）五．项目的实施----------------------学生（30分钟）
六．项目成果的展示----------------------师生（12分钟）七．项目评价----------------------师生（8分钟）八．教师小
结----------------------教师（5分钟）
课后记
根据授课进程，本班学生经过近7周的学习后，要求具备对已学编程指令知识综合应用能力，通过小组协作方式完成“凸台零件”的加工。本次教学采用“项目教学法”教学，通过该项目的实施，提高学生工艺分析、编程、加工的能力；提高学生解决问题，分析问题的能力、提高学生的团队意识和协作能力。
步骤一：教师根据教学计划向学生下达项目书。
步骤二：学生按照项目书拟定项目计划。
步骤三：学生展示项目计划。
步骤四：修订项目计划。
步骤五：学生按照确定的计划书实施项目。
步骤六：项目成果的展示。
步骤七：项目评价。
步骤八：老师小结。
5.《数控加工工艺及设备》教案2 篇五
内
容
备
注
第二章
数控机床机械结构
第一节 数控机床机械结构特点
一、数控机床机械结构的组成
主要由以下几部分组成：
1．机床基础部件，如床身、立柱、工作台等； 2．主传动系统； 3．进给传动系统；
4．实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置；
5．工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台； 6．特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。掌握这些结构对于正确合理使用数控机床是非常必要的。
二、数控机床的结构特点
为了保证高精度、高效率的加工，数控机床的结构应具有以下特点： 1．高刚度和高抗振性 2．高灵敏度 3．热变形小 4．高精度保持性 5．高可靠性
6．工艺复合化和功能集成化
第二节 数控机床的主传动系统一、数控机床的主传动系统特点
1．主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速 2．主轴部件具有较大的刚度和较高的精度 3．良好的抗振性和热稳定性
4．为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装结构
二、数控机床主轴的传动方式
（一）齿轮传动方式（图2-1a）
（二）带传动方式（图2-1b）
同步齿形带传动具有如下优点：
《数控加工工艺及设备》教案
内
容
1．传动效率高，可达98％以上。2．无滑动，传动比准确。3．传动平稳，噪声小。
4．使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦。
5．维修保养方便，不需要润滑。
6．安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。
（三）调速电动机直接驱动主轴传动方式（图2-1c）
备
注
三、主轴组件
主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成了主轴组件。
（一）数控机床的主轴支承
主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度直接影响主轴组件的工作性能。
1．主轴轴承类型
数控机床主轴经常采用滚动轴承和滑动轴承两类轴承。（1）滚动轴承（2）滑动轴承 2．主轴轴承的配置
典型的主轴轴承的结构配置形式有下面三种：
（l）图2-6a结构配置形式是现代数控机床主轴结构中刚性最好的一种。它使主轴的综合刚度得到大幅度提高，可以满足强力切削的要求，所以目前各类数控机床的主轴普遍采用这种配置形式。
（2）前支承采用3个超精密级角接触球轴承组合方式，具有较好的高速性能。后支承结构有采用2个角接触球轴承支承的，如图2-6b，也有用一个圆柱滚子轴承支承的。
（3）圆锥滚子轴承，图2-6c。这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较大的动载荷，安装与调整性能好，但是这种轴承配置方式限制了主轴的最高转速和精度，所以仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。
3．主轴轴承的装配
采用选配定向法进行装配，可提高主轴组件的精度。装配时尽可能使主轴定位内孔与主轴轴颈的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反，这样可使装配后的偏心量减小。
4．滚动轴承的间隙与预紧
将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降。轴承所需的预紧量与轴承精度、类型和工作条件等因素有关。
（二）主轴准停功能
《数控加工工艺及设备》教案
内
容
机床的切削扭矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保征刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置。主轴准停装置是加工中心换刀过程中所要求的特别装置，为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。
（三）主轴上刀具自动夹紧和切屑清除
加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。刀杆采用7：24的锥柄，这种锥柄既有利于定心，也为松夹带来了方便。
备
注
第三节 数控机床主传动系统应用
一、SSCK20/500数控车床主传动系统及主轴箱结构
（一）主传动系统
SSCK20/500数控车床的主传动系统由功率为11kw的AC伺服电动机驱动，经l：1的带传动带动主轴旋转，使主轴在 24~2400r/min的转速范围内实现无级调速，主轴箱内省去了齿轮传动变速机构，提高了主轴精度，减少齿轮传动躁声的影响，结构简单，维修方便。改变电机旋转方向，可以得到相应的主轴正、反转，主轴停车是由电机制动来实现。螺纹切削和主轴每转进给量是通过主轴脉冲编码器来实现。
（二）主轴箱结构
交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴。主轴有前后两个支承，前支承采用预加负荷的超精密级角接触球轴承组成，三个一组，其中两个轴承用来承受向后的推力，另一个用于承受向前推力。主轴的后支承采用圆柱滚子轴承，用来承受较大的径向载荷。前支承轴承的间隙用螺母来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用轴承的支承刚性好，前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速重载的需要。
二、JCS－018A加工中心主传动系统及主轴箱结构
（一）主运动传动系统
主轴电动机采用的是FANUC AC电动机。主轴电动机在45~4500r／min转速范围通过一对1：2同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.5~2250r／min转速范围内可以实现无级调速。
（二）主轴箱结构 1．主轴结构
主轴的前支承4配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷。前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。后支承6为一对小口相对应的角接触球轴承，它们只
《数控加工工艺及设备》教案
内
容
承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承座和配置形式，能满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。
2．刀具的自动夹紧机构
它主要由拉杆
7、拉杆端部的四个钢球
3、碟形弹簧
8、活塞
10、液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）2被松开，机械手即拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手把下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。
3．主轴准停装置
JCS－018A加工中心采用的是主轴电气式准停装置，即用磁力传感器检测定向。在主轴上安装一个发磁体，使之与主轴一起旋转，在距离发磁体外1~2mm处固定一个磁传感器。磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接，当主轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。
备
注
第四节 数控机床进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的要求
对进给系统中的传动装置和元件要求具有高的寿命，高的刚度，无传动间隙，高的灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力较小，耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙，因此在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反向运动时仍然由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。
数控机床进给传动系统的机电部件主要有伺服电动机及检测元件、联轴节、减速机构（齿轮副和带轮）、滚珠丝杠螺母副（或齿轮齿条副）、丝杠轴承、运动部件（工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁和立柱）等。
二、导轨
导轨是用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动的。与支承件连成一体固定不动的导轨称为支承导轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。
（一）导轨的类型和要求 1．导轨的类型
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按运动部件的运动轨迹，导轨可分为直线运动导轨和圆周运动导轨。按导轨接合面的摩擦性，导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨又可分为普通滑动导轨和塑料滑动导轨。而静压导轨根据介质的不同又可分为液压导轨和气压导轨。
2．导轨的要求（1）高的导向精度
导向精度保证部件运动轨迹的准确性。导向精度受导轨的结构形状、组合方式、制造精度和导轨间隙调整等因素的影响。
（2）良好的耐磨性
耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持。耐磨性一般受导轨副的材料、硬度、润滑和载荷的影响。
（3）足够的刚度
在载荷作用下，导轨的刚度高则保持形状不变的能力好。刚度受导轨结构和尺寸的影响。
（4）具有低速运动的平稳性
运动部件在导轨上低速移动时，不应发生“爬行”的现象。造成“爬行”的主要因素有摩擦的性质、润滑条件和传动系统的刚度等。
（二）滑动导轨 1．滑动导轨的结构
滑动导轨的常见截面形状有矩形、三角形、燕尾槽形和圆柱形。
矩形导轨（图2-12a）承载能力大，制造简单，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相关。侧面间隙不能自动补偿，必须设置间隙调整机构。三角形导轨（图2-12b）的三角形截面有两个导向面，同时控制垂直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下能自行补偿而消除间隙，导向精度较其他导轨高。燕尾槽导轨（图2-12c）的高度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。圆柱形导轨（图2-12d）制造容易，磨损后调整间隙较困难。以上截面形状的导轨有凸形（图2-12上图）和凹形（图2-12下图）两类。凹形导轨容易存油，但也容易积存切屑和尘粒，因此适用于防护良好的环境。凸形导轨需要良好的润滑条件。
直线运动导轨一般由两条导轨组成，不同的组合形式可满足各类机床的工作要求。数控机床上滑动导轨的形状主要为三角形一矩形式和矩形一矩形式，只有少部分结构采用燕尾式。
2．滑动导轨的材料
导轨材料主要有铸铁、钢、塑料以及有色金属。目前常采用一种导轨材料为金属和塑料的滑动导轨，称为塑料导轨（贴塑导轨），它具有刚度好，动、静摩擦系数差值小，在油润滑状态下其摩擦系数约为0.06，耐磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的8~10倍，无爬行，减振性好。其形式主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种。软带是以聚四氟乙烯为基材，添加青铜粉、二硫化铝和石墨的高分子复合材料。软带应粘贴在机床导轨副的短导轨面上，如图2-13所示，圆形导
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轨应粘贴在下导轨面上。塑料导轨软带有各种厚度规格，长与宽由用户自行裁剪，粘贴方法比较固定。由于塑料导轨软带较软，容易被硬物刮伤，因此应用时要有良好的密封防护措施。塑料导轨在机床上的应用形式如图2-14所示。
（三）滚动导轨
滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦，滚动导轨的摩擦系数小，而且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易。因此它低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，对脏物也较为敏感，需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨有直线滚动导轨和滚动导轨块两种。
1．直线滚动导轨
直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它主要由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负荷区运动到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区。这样不断循环，把滚动体和滑块之间的移动变成滚珠的滚动。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨滚道。
2．滚动导轨块
滚动导轨块用滚动体进行循环运动，滚动体为滚珠或滚柱，承载能力和刚度都比直线滚动导轨高，但摩擦系数略大。它多用于中等载荷的导轨，使用时有专业生产厂家提供各种规格、形式供用户选择。
（四）液体静压导轨
静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦系数极小（约为0.0005），功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好。这种导轨的运行很平稳，既无爬行也不会产生振动。但静压导轨结构复杂，并需要有一套过滤效果良好的液压装置，制造成本较高。目前静压导轨一般应用在大型、重型数控机床上。
静压导轨按导轨的形式可分为开式和闭式两种，数控机床上常采用闭式静压导轨。静压导轨按供油方式又可分为恒压（即定压）供油和恒流（即定量）供油两种。
（五）导轨的润滑与防护
导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两者均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方式。如直线滚动导轨滑块上配有润滑油注油杯，只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑。
导轨面上应有可靠的防护装置。常用的防护装置有刮板式、卷帘式和伸缩式
备
注
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等，数控机床上大多采用伸缩式防护罩。这些装置结构简单，由专门厂家制造。
备
注
三、滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。
（一）滚珠丝杠螺母副的特点
其工作原理是：在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式二种。内循环式带有反向器，如图2-17a，返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆返回。外循环式如图2-17b所示，其螺母旋转槽的两端由回珠管连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。
钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈。外循环每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等几种，剩下的半圈作回珠。外循环滚珠丝杠螺母副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。
在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有下述特点： 1．摩擦损失小，传动效率高
滚珠丝杠副的传动效率可达92％~98％，是普通丝杠传动的3~4倍。2．传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行
滚珠丝杠螺母副滚珠与丝杠和螺母是滚动摩擦，其动、静摩擦系数基本相等，并且很小,移动精度和定位精度高。
3．使用寿命长
滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60~62HRC，表面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。
4．轴向刚度高
滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙传动，并可预紧，因此具有较高的轴向刚度。同时，反向时无空程死区，反向定位精度高。
5．具有传动的可逆性
既可以将旋转运动转化为直线运动，也可以把直线运动转化为旋转运动。因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以现在被各类中、小型数控机床普遍采用。6．不能实现自锁
由于其摩擦系数小不能自锁，当用于垂直位置时，为防止因突然停断电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。
7．制造工艺复杂成本高
滚珠丝杠和螺母的材料、热处理和加工要求相当于滚动轴承，螺旋滚道必须磨削，制造成本高。目前已由专门厂集中生产，其规格、型号已标准化和系列化，这样，不仅提高了滚珠丝杠螺母副的产品质量，而且也降低了生产成本，使滚珠
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丝杠螺母副得到广泛的应用。
（二）滚珠丝杠螺母副间隙的调整
轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。通常采用双螺母预紧的办法解决，预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。而用双螺母加预紧力调整后，基本上能消除轴向间隙。利用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：
1．预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的轴向位移，预紧力太小不能起到消除间隙的作用。但预紧力也不宜过大，过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。
2．要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式等。
（1）图2-18是双螺母垫片预紧方式结构，通过调整垫片的厚度使左右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。
（2）图2-19是双螺母螺纹预紧方式结构，用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧。
（3）图2-20是双螺母齿差预紧方式结构，在两个螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿，即z1z21。两个内齿圈3和4与外齿轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿。使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目地。间隙消除量△可用下式简便地计算出：
（2-1）
式中
n —— 螺母在同一方向转过的齿数；
t —— 滚珠丝杠的导程；
z1,z2——齿轮的齿数。
ntz1z2备
注
nz1zt 例如，当z1=101，z2=100，t=5mm时，如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴向位移量为=5/（100×101）≈0.0005mm，若间隙量为0.002mm，n=0.002×100×101/5=4。则相应的两螺母沿同方向转过4个齿即可消除。
（三）滚珠丝杠螺母副的结构形式
接螺旋滚道法向截面形状分单圆弧型和双圆弧型；按滚珠循环方式分内循环式和外循环式；按消除轴向间隙和调整预紧方式的不同分为垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式三种；按用途分为定位滚珠丝杠副（P类）、传动滚珠丝
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杠副（T类）两类，数控机床进给运动采用P类。
国内生产的滚珠丝杠螺母副螺旋滚道法向截形有两种：单圆弧型和双圆弧型，见图2-21。在螺纹滚道法向剖面内，滚珠与滚道接触点法线与丝杠轴线的垂直线夹角称接触角，理想接触角等于45°。
1．单圆弧型
如图2-21a所示。滚道半径R稍大于滚珠半径rb，取比值：R/rb=1.02~1.12，常取1.04或1.1。接触角随初始间隙和轴向截荷大小而变化。当增大后，轴向刚度、传动效率随之增大。为保证=45°，必须严格控制径向间隙。这种截面形状滚道形状简单，用成形砂轮磨削可得到较高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采用双螺母结构。
2．双圆弧型
如图2-21b所示。滚道由半径R稍大于滚珠半径rb的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零，接触角=45°是恒定的。比值：R/rb也常取1.02~1.12，并也常取1.04或1.1。这种截形滚道接触稳定，但加工较复杂。消除轴向间隙和调整预紧，不仅可以采用双螺母结构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。另外两圆弧交接处有一小沟槽，可容纳润滑油和脏物，这对工作有利。
（四）滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号 1．滚珠丝杠螺母副的主要参数
（1）公称直径dm：即滚珠丝杠的名义直径（图2-22）。.滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径，是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，dm越大，承载能力和刚度越大，有的资料推荐滚珠丝杠螺母副的名义直径应大于丝杠工作长度的 1/30。数控机床常用进给丝杠的名义直径dm为30mm至80mm。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的名义直径系列为：6，8，10，12，16，20，25，30，40，50，60，80，100，120，125，160及200 mm。
（2）导程L0：丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量要求有关。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。精度要求高时，应将导程取小一些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。但为了使滚珠丝杠具有一定的承载能力，滚珠直径又不能太小。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。若丝杠副的名义直径不变，导程减小则螺旋升角也变小，传动效率降低。因此在满足机床加工精度的条件下，导程应尽可能取得大些。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的导程为 1，2，2.5，3，4，5，6，10，12，16，20，25，30，40 mm。应尽量选用2.5，5，10，20，40 mm。
此外还有接触角、丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e 以及滚道圆弧半径R等参数。
备
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2．精度等级
根据JB3162.2—91滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1、2、3、4、5、7和10七个精度等级。一级精度最高，其余依次逐级递减，一般动力传动可选用4、5、7级精度，数控机床和精密机械可选用2、3级精度，精密仪器、仪表机床、螺纹磨床可选用1、2级精度。滚珠丝杠螺母副精度直接影响定位精度，承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的重要指标，选用时要予以考虑。
3．滚珠丝杠螺母副代号的标注
根据JB3162.2—91滚珠丝杠副代号的标注方法如图2-23a所示。采用汉语拼音字母、数字及汉字结合标注法，标注示例如图2-23b 所示。例如：CDM6012-3.5-P4LH它表示外循环插管式，垫片预紧，回珠管埋入式，公称直径为60mm，导程为12mm，螺纹旋向为左旋，负荷钢球圈数为3.5圈，定位滚珠丝杠，精度等级为4级。滚珠丝杠副的特征代号见表2-1。
（五）滚珠丝杠螺母副的支承
滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。此外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。滚珠丝杠两端常用支承形式如图2-24所示。图2-24a是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，它适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。图2-24b是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与图2-24a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。图2-24c是两端固定的支承形式，这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式高约4倍，固有频率比一端固定的高，可预拉伸，在它的一端装有蝶形弹簧和调整螺母，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。
（六）滚珠丝杠螺母副的密封与润滑 1．密封
通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。密封圈有接触式和非接触式两种，装在滚珠螺母的两端。防护套可防止尘土及杂质进入滚珠丝杠，影响其传动精度。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套管以及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。近年来还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。
2．润滑
使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。
（七）滚珠丝杠螺母副的选择方法
备
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1．滚珠丝杠螺母副结构的选择
可根据防尘、防护条件以及对调隙及预紧的要求选择适当的结构形式。例如：允许间隙存在（如垂直运动）时，可选用具有单圆弧型螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；如果必须有预紧，并在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。
2．滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择
选用滚珠丝杠螺母副时主要选择丝杠的公称直径和导程。公称直径应根据轴向最大工作载荷，按滚珠丝杠副的尺寸系列选择。在允许的情况下螺纹长度要尽量短。导程（或螺距）应按承载能力、传动精度及传动速度选取。当要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。
3．滚珠丝杠螺母副的选择步骤
在选用滚珠丝杠螺母副时，必须知道实际的工作条件，包括最大工作载荷（或平均工作载荷、最大载荷作用下的使用寿命、丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）、丝杠的转速（或平均转速）、滚道的硬度及丝杠的工作状况等，然后按下列步骤进行选择：
（1）最大的工作载荷；
（2）最大动载荷。对于静态或低速运转的滚珠丝杠，需考虑另一种失效形式—滚珠接触面上的塑性变形，即最大静载荷是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷；
（3）刚度的验算；
（4）压杆稳定性核算。另外，滚珠丝杠在轴向力的作用下将伸长或缩短，在扭矩的作用下将产生扭转而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精度及定位精度，故应验算满载时的预紧量。
备
注
四、传动齿轮间隙消除机构
（一）直齿圆柱齿轮传动间隙的调整 l．偏心套调整
如图2-25所示偏心轴套消除传动间隙结构。电动机1是用偏心套2与箱体连接的，通过转动偏心套2的位置就能调整两啮合齿轮中心距，从而消除齿侧间隙。其结构非常简单，常用于电动机与丝杠之间齿轮传动。
2．垫片调整
如图2-26所示，在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时只需改变垫片3的厚度，使齿轮2作轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。
3．双齿轮错齿调整
如图2-27所示，两个相同齿数的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。可作相对回转运动的齿轮1、2套装在一起。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，《数控加工工艺及设备》教案
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并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱3，在弹簧4的作用下使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。无论正向或反向旋转都分别只有一个齿轮承受扭矩，因此承载能力受到限制，设计时必须计算弹簧4的拉力，使它能克服最大扭矩。
（二）斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除 1．轴向垫片调整
如图2-28所示，宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮啮合，薄片齿轮通过平键与轴联结，相互间不能转动。通过调整薄片齿轮之间垫片厚度的增减量，然后拧紧螺母，这时它们的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿槽左右两齿面贴紧消除了齿侧间隙。垫片厚度的增减量t和齿侧间隙的关系可由下式算出：
tctg
（2-2）
式中——斜齿轮的螺旋角；
——齿侧间隙； t——垫片厚度的增减量。
备
注
2．轴向压簧调整
如图2-29所示，轴向压簧调整齿轮齿侧间隙的原理与轴垫片法是一样的。但用弹簧压紧
能自动补偿齿侧间隙，达到无间隙传动。弹簧弹力要用调整螺母达到适当的值。过大会使齿轮磨损加快，降低使用寿命；过小达不到消除齿侧间隙的作用。
（三）圆锥齿轮传动间隙的消除
1．周向压簧调整
如图2-30所示，将大锥齿轮加工成1和2两部分，齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8，内圈2的端面上的三个凸爪4，套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。为了安装方便，螺钉5将内外齿圈相对固定，安装完毕后即刻卸去。
2．轴向压簧调整
如图2-31所示，两个锥齿轮相互啮合。在其中一个锥齿轮的传动轴上装有压簧，调整螺母可改变压簧的弹力。锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的。
五、回转进给系统
数控机床靠回转工作台实现圆周进给运动。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功能各不相同，分度工作台只是将工件分度转位，实现分别加工工件的各个表面的目的，给零件的加工尤其是箱体类零件的加工带来了很大的方便。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还能实现圆周进给运动。
1．分度工作台
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分度工作台是按照数控系统的指令，在需要分度时工作台连同工件按规定的角度回转，有时也可采用手动分度。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动，并且它的分度运动只能完成一定的回转度数如 90°、60°或45°等。
鼠牙盘式分度工作台其结构如图2-32 所示，它主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，在每个齿盘的端面有相同数目的三角形齿。当两个齿盘啮合时，就能自动确定周向和径向的相对位置。
（1）工作台抬起，鼠齿盘脱离啮合
机床需要进行分度时，数控装置发出指令→电磁铁控制液压阀使压力油经孔23进入到工作台7中央的夹紧液压缸下腔10→推动活塞6向上移动→经推力轴承5和13将工作台7抬起→内齿轮12向上套入齿轮11→上下两个鼠齿盘4和3脱离啮合，完成分度前的准备工作。
（2）回转分度
当工作台7上升时，推杆2在弹簧力的作用下向上移动→使推杆1向右移动→微动开关S2复位→使压力油经油孔21进入分度油缸左腔19→推动齿条活塞8向右移动→齿轮11作逆时针方向转动→与齿轮11相啮合的内齿轮12转动→分度台也转过相应的角度。回转角度的大小由微动开关和挡块17决定，开始回转时，挡块14离开推杆15使微动开关S1复位，通过电路互锁，始终保持工作台处于上升位置。
（3）工作台下降，完成定位夹紧图
当工作台转到预定位置附近，挡块17通过16使微动开关S3工作。压力油经油孔22进入到压紧液压缸上腔9→活塞6带动工作台7下降→上鼠齿盘4与下鼠齿盘3在新的位置重新啮合并定位压紧。为了保护鼠齿盘齿面不受冲击，液压缸下腔10的回油经节流阀可限制工作台的下降速度。
（4）复位为下次分度作准备
当分度工作台下降时，推杆2和1启动微动开关S2→分度液压缸右腔18进压力油→活塞齿条8退回→齿轮11顺时针转动→挡块17、14回到原位，为下次分度作准备。
鼠齿盘式分度工作台具有刚性好，承载能力强，重复定位精度高，分度精度高，能自动定心，结构简单等特点。鼠齿盘制造精度要求高，它分度的度数只能是鼠齿盘齿数的整数倍。这种工作台不仅可与数控机床做成一体，也可作为附件使用，广泛应用于各种加工和测量装置中。
2．数控回转工作台
为了实现任意角度分度，并在切削过程中能够实现回转，采用了数控回转工作台。它主要用于数控镗铣床。从外形上看与分度工作台没有多大差别，但在内部结构和功能上则有较大的不同。
如图2-33所示，由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成了数控回转工作台。它由伺服电动机1驱动，经齿轮2和4带动蜗杆
9、蜗轮10使工作台回转。通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙。为了消除轴与套的配合间
备
注
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隙，通过楔形拉紧圆柱销5（A—A剖面）来连接齿轮4与蜗杆9。蜗杆9采用螺距渐厚蜗杆，蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚，这种蜗杆的左右两侧具有不同的导程。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍能保持正确的啮合。通过移动蜗杆的轴向位置来调节间隙，实现无间隙传动。
当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部装有八对夹紧块12及13，并在底座上均布着八个小液压缸14，夹紧液压缸14的上腔通入压力油，使活塞向下运动，通过钢球17撑开夹紧块12及13，将蜗轮夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，夹紧液压缸14上腔的油流回油箱，钢球17在弹簧16的作用下向上抬起，夹紧块12和13松开蜗轮，这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动。
数控回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承及双列圆柱滚子轴承保持回转中心的准确。为消除累积误差，数控回转工作台设有零点，当它作回零运动时首先由安装在蜗轮上的挡块碰撞限位开关，使工作台减速，然后通过感应块和无触点开关的作用使工作台准确停在零点位置上。分度角度位置通常由角度反馈元件圆光栅18反馈给数控系统。
数控回转工作台可作任意角度的回转和分度，因此能够达到较高的分度精度。
备
注
第五节
数控机床进给传动系统应用
一、MJ-50数控车床进给传动系统
（一）特点
数控车床的进给运动是把伺服电动机的旋转运动转化为刀架和滑板X、Z轴的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.00lmm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度并防止爬行。另外，消除丝杠螺母副的配合间隙和丝杠两端的轴承间隙，也有利于提高传动精度。
数控车床的进给系统采用伺服电动机驱动，经同步带轮传动到滚珠丝杠上，滚珠丝杠螺母带动刀架或滑板移动，所以刀架或滑板的快速移动和进给运动均为同一传动路线。
（二）X轴进给系统传动装置
图2-34是MJ-50数控车床 X轴进给传动装置的结构简图。如图a所示，功率为0.9kw的AC伺服电动机15经20：24同步带轮 14和 10以及同步带 12带动滚珠丝杠6回转，滚珠丝杠螺距为6mm，其上螺母7带动刀架21（图2-34b所示）沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动。电动机轴与同步带轮14用键13连接。滚珠丝杠有前后两个支承。前支承3由三个角接触球轴承组成，其中一个轴承大口向前两个轴承大口向后，分别承受双向的轴向载荷。前支承的轴承由螺母2进行预紧。其后支承9为一对角接触球轴承，轴承大口相背放置，由螺母11进行预紧。这种丝杠两端固定的支承形式，其结构和工艺都较复杂，可以
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保证和提高丝杠的轴向刚度。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图中5和8是缓冲块，在出现意外碰撞时起保护作用。
A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座 4用螺钉20固定在滑板上。滑板导轨如B-B剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。
图2-34b中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。
因为滑板顶面导轨与水平面倾斜30°，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁。
备
注
二、JCS-018A加工中心机床进给传动系统及传动装置
JCS-018A机床的 X、Y、Z三个轴各有一套进给系统，分别由三台功率为1.4kw的脉宽调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠旋转。三个轴的进给速度均为1~400mm/min，快移速度X、Y轴为14 m/min，Z轴为10 m/min。为了保证各轴的进给传动系统有较高的传动精度，电动机轴和滚珠丝杠之间均采用了锥环无键连接和高精度十字联轴器的连接结构。以Z轴进给装置为例，分析电动机轴与滚珠丝杠之间的连接结构。图2-35为Z轴进给装置中电动机与丝杠连接的局部视图。如图中所示，l为直流伺服电动机，2为电动机轴，7为滚珠丝杠。电动机轴与轴套3之间采用的锥环4无键连接结构。锥面相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉时，外锥环向外膨胀，内锥环受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轮与轴套连接在一起。这种连接方式无需在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，可以实现无间隙传动，而且对中性较好，传递动力平稳，加工工艺性好，安装与维修方便。选用锥环对数的多少，取决于所传递扭矩的大小。
高精度十字联轴器由三件组成，其中与电动机轴连接的轴套3的端面有与中心对称的凸键，与丝杠连接的轴套6上开有与中心对称的端面键槽，中间一件联轴节5的两端面上分别有与中心对称且互相垂直的凸键和键槽，它们分别与件3和件6相配合，用来传递运动和扭矩。为了保证十字联轴节的传动精度，在装配时凸键与凹键的径向配合面要经过配研，以便消除反向间隙和传递动力平稳。由于主轴箱垂直运动，为防止滚珠丝杠因不能自锁而使主轴箱下滑，所以Z轴电动机带有制动器。
第六节
自动换刀装置自动换刀装置应当满足的基本要求： 1．刀具换刀时间短且换刀可靠； 2．刀具重复定位精度高；
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3．足够的刀具储存量； 4．刀库占地面积小。
备
注
一、自动换刀装置的形式
根据其组成结构，自动换刀装置可分为回转刀架式、转塔式、带刀库式三种形式，下面作分别介绍。
（一）回转刀架自动换刀装置
数控机床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据不同的适用对象，刀架可设计为四方形、六角形或其它形式。回转刀架可分别安装四把、六把以及更多的刀具，并按数控装置发出的脉冲指令回转、换刀。
CK7815型数控车床采用 BA200L刀架，最多可以有 24个分度位置，机床可选用 12位、8位刀盘。其工作循环是：刀架接收数控装置的指令→松开→转到指令要求的位置→夹紧→发出转位结束的信号。按照这个规律就可以分析各种结构刀架的工作过程。
图2-36中，当电动机11通电时，尾部的电磁制动器30ms以后松开，电动机开始转动，通过齿轮10、9、8带动蜗杆7旋转，从而使蜗轮5转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使得轴6沿轴向向左移动，因为刀架1与轴
6、活动鼠牙盘2是固定在一起的，所以刀盘和鼠牙盘也向左移动，鼠牙盘2和3脱开。在轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，蜗轮转到一定角度与蜗轮固定在一起的圆盘14上的凸起便碰到滑块4，蜗轮便通过轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2、3结合定位，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，以保证鼠牙盘之间有一定的压紧力。最后电动机断电，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号。刀架的选位由刷形选位器进行选位。松开、夹紧位置检测则由微动开关12实行。整个刀架是一个纯电器系统，结构简单。
（二）转塔式自动换刀装置
在带有旋转刀具的数控机床中，转塔刀架上装有主轴头，主轴头通常有卧式和立式两种，常用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀，它是一种比较简单的换刀方式，各个主轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转刀具，当收到换刀指令时，各主轴头依次的转到加工位置，并接通主运动使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。如图2-37数控钻镗铣床，它是装有8把刀具且绕水平轴转位的转塔式自动换刀装置。
（三）带刀库的自动换刀装置
带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具换刀机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。
刀具的交换方式通常分为机械手交换刀具和由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换即无机械手交换刀具两种。刀具的交换方式及它们的具体结构直接影响机床的工作效率和可靠性。
1．无机械手交换刀具方式
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无机械手的换刀系统一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。换刀时，由主轴运动到刀库上的换刀位置，利用主轴直接取走或放回刀具。
2．带机械手交换刀具方式
采用机械手进行刀具交换方式在加工中心中应用最为广泛。机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行加工的功能部件。
图2-39a是单臂单爪回转式机械手，带一个夹爪的手臂可自由回转，装刀卸刀均靠这个夹爪进行，因此，换刀时间较长。
图2-39b是单臂双爪摆动式机械手，手臂上的一个夹爪只完成从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，而另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较单爪回转式机械手要短。
图2-39c是双臂回转式机械手，手臂两端各有一个夹爪，能够同时完成抓刀→拔刀→回转→插刀→返回等一系列动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都带有自锁机构。由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可进一步缩短，是最常用的一种形式。图右边的机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库主轴时，其两臂可伸缩。
图2-39d是双机械手，相当于两个单臂单爪机械手，它们相互配合完成自动换刀动作。
图2-39e是双臂往复交叉式机械手。这种机械手的两臂可以进行往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库中取出“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动作。
图2-39f是双臂端面夹紧式机械手。它的特点是靠夹紧刀柄的两个端面来抓取刀具，而其它机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面抓取刀具。
备
注
二、刀库
刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。
1．刀库的类型
按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构
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也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。
另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等
备
注
多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。
2．刀库的容量
确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件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％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。
3．刀库的选刀方式
目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种
顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。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批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。
随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套
二、刀库
刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。
1．刀库的类型
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按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。
另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等
备
注
多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。
2．刀库的容量
确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件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％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。
3．刀库的选刀方式
目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种
顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。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批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。
随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具
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上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套编码的方式，一把刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。
刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。
备
注
三、实例
这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程
（1）刀套下转90°
本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。
（2）机械手转75°
如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。
（3）刀具松开
机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。
（4）机械手拔刀
机械手下降，同时拔出两把刀具。
（5）交换两刀具位置
机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。
（6）机械手插刀
机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧
刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位
液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机械手无动作。
（9）机械手反转75°
机械手反转75°，回到原始位置。
（10）刀套上转 90°
刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程
本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸
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固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。
3．刀库结构
图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节
2、蜗杆
4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。
刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。
备
注
第七节
辅助装置
一、数控机床的液压和气动系统
1．数控机床中的液压和气动装置功能
液压和气动装置在数控机床中一般完成如下辅助功能
（1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动以及刀具的松开和拉紧动作。
（2）主轴的自动松开、夹紧。
（3）机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮的拨叉挂档等。（4）机床的润滑、冷却、防护罩、门的自动开关。（5）工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作等。
（6）机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡、刀库机械手的平衡等。
2．数控机床中的液压装置
图2-48所示为数控车床液压系统原理图。液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4MPa，由压力表显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。机床的卡盘夹紧与松开、夹盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回动作都是由液压系统驱动的，数控系统的PC控制液压系统中各电磁阀电磁铁的动作。
2位四通电磁阀1控制主轴卡盘的夹紧与松开，电磁阀2控制卡盘的高压夹紧与低压夹紧的转换。当卡盘处于正卡（也称外卡）且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调整，由压力表12显示卡盘压力。系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。
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这时液压缸左腔的油液经阀1（左位）直接回油箱。反之，系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。这时液压缸右腔的油液经阀1（右位）直接回油箱。当卡盘处于正卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7来调整。系统压力油经减压阀7→电磁阀2（右位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，卡盘夹紧。反之，系统压力油经减压阀7→电磁2（右位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，卡盘松开。也可对刀架转位、刀盘松开夹紧及尾座套筒动作的控制进行分析。
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注
二、排屑装置
1．排屑装置在数控机床中的作用
切屑占用加工区域，如果不及时清除必然会覆盖或缠绕在工件和刀具上，使自动加工无法继续进行。此外，炽热的切屑向机床或工件散发热量，使机床或工件产生变形，影响加工的精度。因此迅速、有效地排除切屑对数控机床加工来说十分重要，而排屑装置正是完成该工作的必备附属装置。排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外。
2．排屑装置的种类
（1）平板链式排屑装置，图2-49a。该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上而被带出机床。这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。在车床上使用时多与机床的冷却液箱合为一体，以简化机床结构。
（2）刮板式排屑装置，图2-49b。该装置的传动原理与平板链式的基本相同，只是链板不同，它的链板带有刮板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。但因负载大而需采用较大功率的驱动电动机。
（3）螺旋式排屑装置，图2-49c。该装置采用电动机，经减速装置驱动安装在沟槽中的长螺旋杆。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即被螺旋杆推动而连续向前运动，最终排入切屑收集箱中。螺旋式排屑装置占用空间小，适于安装在机床与立柱间空隙狭小的位置上，而且它结构简单，排屑性能良好。但这种装置只适于沿水平或小角度倾斜直线方向排运切屑，不能大角度倾斜、提升或转向排屑。
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编码的方式，一把刀具只对应一
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个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。
刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。
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三、实例
这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程
（1）刀套下转90°
本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。
（2）机械手转75°
如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。
（3）刀具松开
机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。
（4）机械手拔刀
机械手下降，同时拔出两把刀具。
（5）交换两刀具位置
机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。
（6）机械手插刀
机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧
刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位
液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机
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械手无动作。
（9）机械手反转75°
机械手反转75°，回到原始位置。
（10）刀套上转 90°
刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程
本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。
3．刀库结构
图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节
2、蜗杆
4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。
刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。
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