【文章內容簡介】 壓缸及活塞桿工作 )密封元件 .......................................................................... 39 5 機械手液壓控制系統(tǒng)設計 ........................................................................................................... 40 液壓系統(tǒng)圖的擬定 ............................................................................................................. 40 液壓控制元件選用 ............................................................................................................. 41 結 論 ............................................................................................................................................. 44 參考文獻 ......................................................................................................................................... 45 致 謝 ............................................................................................................................................. 46 1 緒 論 數(shù)控技術的基本概念 數(shù)控 技術是利用數(shù)字化的信息對 機床 運動及加工過程進行控制的一種方法。用數(shù)控技術實施加工控制的機床，或者說裝備了 數(shù)控系統(tǒng) 的機床稱為數(shù)控 (NC)機床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、 可編程控制器 、主軸驅動器及進給 裝置等部分。 我國數(shù)控技術的發(fā)展概況 回顧數(shù)控技術的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段，六代的發(fā)展歷程。第一個階段叫做 NC 階段，經(jīng)歷了電子管、晶體管、和小規(guī)模集成電路三代。自 1970 年開始小型計算機開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進入了第二個階段，叫做 CNC 階段，成為第四代數(shù)控系統(tǒng)：從 1974 年微處理器開始用于數(shù)控系統(tǒng)即發(fā)展到第五代。經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)從性能到可靠性都得到了根本性的提高。實際上從 20 世紀末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代 — — 開放式數(shù)控系統(tǒng)將代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 數(shù)控機床的組成及特點 一、 數(shù)控機床的組成 以一臺三坐標數(shù)控銑床為例 ,它是由 X、 Y、 Z 三個坐標來實現(xiàn)刀具和工件間的相對運動的立式數(shù)控銑床 .它包括信息輸入 ,運算控制 (數(shù)控裝置 ),伺服驅動及檢測反饋 ,機床本體 ,機電接口等部分 。 二、 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床上一種新型的自動化機床 ,它具有廣泛的通用性和很高的自動化程度 .數(shù)控機床是實現(xiàn)柔性自動化的關鍵設備 ,是柔性自動生產(chǎn)線的基本單元 .數(shù)控機床在如下一些零件的加工中 ,更能顯示出它的優(yōu) 越性 ,它們是 :① 小批量而又輪番生產(chǎn)的零件 ； ② 幾何形狀復雜的零件 ； ③ 在加工過程中必須進行多種工序加工零件 ； ④ 切削余量大的零件 ； ⑤ 必須嚴格控制公差 (即公差帶范圍很小 )的零件 ； ⑥ 工藝設計會經(jīng)常變化的零件 ； ⑦ 加工過程中的錯誤會造成嚴重浪費的貴重零件 ； ⑧ 需全部檢測的零件等等 。 （一） 按運動控制的特點分類 ● 點位控制數(shù)控機床 對于一些加工孔用的數(shù)控機床 ,如數(shù)控鉆床 ,數(shù)控銑床 ,數(shù)控鏜床 ,數(shù)控沖床 ,三坐標測量機 ,印刷電路板鉆床等 。 ● 直線控制數(shù)控機床 直線控制的數(shù)控機床是指控制機床工作臺或刀具以要求的進給速度 ,沿著平 行于坐標軸的方向精心直線移動和切削加工 .如數(shù)控車床、某些數(shù)控鏜銑床和加工中心等 。 ● 輪廓控制的數(shù)控機床 可以加工斜線、曲線、曲面的數(shù)控機床 ,如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等 （二） 按伺服系統(tǒng)的類型分類 ● 開環(huán)控制的數(shù)控機床 該類機床沒有位置檢測反饋裝置 ,數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號流向是單向的 ,精度主要決定于驅動元件和電機的性能 。 ● 閉環(huán)控制的數(shù)控機床 該類機床數(shù)控裝置中插補器發(fā)出的位置指令信號與工作臺上檢測到的實際位置反饋信號進行比較 ,根據(jù)其差值不斷控制運動 ,進行誤差修正 ,直到差值為零停止運動 。 數(shù)控 技術的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著計算機技術的發(fā)展，小型計算機應用于數(shù)控機床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機數(shù)控 (CNC)。 80 年代末，我國還在一定范圍內探索實施 CIM，且取得了一些有益的經(jīng)驗和教益。 90 年代我國加強了自主知識產(chǎn)權數(shù)控系統(tǒng)的研制工作，而且取得了一定成效 ,如在五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、高精度車床數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)字仿形系統(tǒng)、中低檔數(shù)控系統(tǒng)等方面都取得了較好的成果。實際上從 20 世紀末期直到今天，在生產(chǎn)中使用的數(shù)控系統(tǒng)大部分都是第五代數(shù)控系統(tǒng)。但第五代數(shù)控系統(tǒng)以及以前各代都是一種專用封閉的系統(tǒng)，而第六代—— 開放式數(shù)控系統(tǒng)將 代表著數(shù)控系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，將在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 加工中心的概況 加工中心的定義 加工中心 (Machining Center)是由機械設備和數(shù)控組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床 。 加工中心的組成 從主體上看，加工中心主要由以下幾部分組成： （ 1） 基礎部件 基礎部件是加工中心的基礎結構，它主要由床身，工作臺，立柱三部分組成。這三部分不僅要承受加工中心的靜載荷，還要承受切削加工時產(chǎn)生的動載荷。所以要求加工中心的三大部件必須要有足夠的剛度，因此它們是鑄造而成的 。 （ 2） 主軸部件 主軸部件是 由主軸電機，主軸箱，主軸。主軸軸承等部件組成，主軸是加工中心切削加工的功率輸出部件。它的啟動，停止，變速，變向等動作均是由數(shù)控系統(tǒng)控制的。主軸的旋轉精度和定位的準確性，是影響加工中心加工精度的重要因素。 （ 3） 數(shù)控系統(tǒng) 加工中心的數(shù)控系統(tǒng)由 CNC 裝置、可編程序控制器和伺服系統(tǒng)以及面板操作系統(tǒng)組成，它是執(zhí)行順序控制動作和加工過程的控制中心。 CNC 裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過程是根據(jù)輸入的信息進行數(shù)據(jù)處理、插補運算，獲得理想的運動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的零件。 （ 4） 自動換刀系統(tǒng) 換刀系統(tǒng)主要由刀庫和換 刀機械手組成，如需要進行換刀時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機械手從刀庫中取出所需要的刀具裝入主軸孔內，然后再把換下來的刀具放入刀庫。 （ 5） 輔助裝置 包括潤滑、冷卻、防護、排屑、渡壓、氣動和檢測系統(tǒng)等部分。這部分雖然不直接參與切削運動，但是也是加工中心不可缺少的部分。對加工中心的加工精度、加工效率和可靠性起著保障作用。 換刀機械手的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著世界制造業(yè)向中國轉移，我國對機床的需求量大增。同時，經(jīng)過多年的努力，我國數(shù)控機床的開發(fā)水平也有了很大進步，數(shù)控機床的品種和質量均比以往有所提高，部分機床制造主導廠還開發(fā) 出具有相當水平的數(shù)控設備。但是，通過有關部門給出的資料，只要作進一步的分析與了解，我們就會發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)數(shù)控機床在消費量的臺數(shù)中雖占有一半（ 55%）以上，但它們多是些技術水平較低、價格相對便宜的普通產(chǎn)品，如數(shù)控車床、數(shù)控銑鏜床和線切數(shù)機床等，高、中檔數(shù)控產(chǎn)品則較少，而且這些產(chǎn)品的核心技術或功能部件，如 加工中心換刀機械手 、全功能的數(shù)控伺服系統(tǒng)，高速電主軸，數(shù)控刀架乃至高速安全防護裝置等，還多是由中外合資企業(yè)提供或是從國外進口的 [1]。這也說明由于技術發(fā)展的不平衡，在多種條件制約下，目前我國數(shù)控機床的整件技術水平與 國際先進水平相比還有一定距離，部分高性能、高速、高精度的數(shù)控機床仍需要依靠海外進口。 功能部件技術水平的高低、性能的優(yōu)劣以及整體的社會配套水平，都直接決定和影響著數(shù)控機床整機的技術水平和性能，也制約著主機的發(fā)展速度。而 換刀機械手 則是加工中心穩(wěn)定可靠運行的關鍵功能部件。它的快速、準確的換刀程序是影響加工中心發(fā)揮高效、可靠的加工性能的重要因素。沒有 換刀機械手 ，就不可能有集中工序進行加工的加工中心。有資料顯示，刀庫和機械手的故障率約占整機故障率的 25%[1]。所以說， 換刀機械手 的性能、質量直接影響著數(shù)控機床整機的 性能、質量和品種的發(fā)展。 加工中心是備有刀庫，并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的一種功能較全的數(shù)字控制機床，也是典型的集高新技術于一體的機械加工設備，它的發(fā)展代表了 一個國家設計、制造的水平，是判斷企業(yè)技術能力和工藝水平標志的一個方面 [2]。加工中心中實現(xiàn)刀庫和機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為自動換刀裝置，它的功能是儲備一定數(shù)量的刀具并完成刀具的自動交換。自動換刀裝置可幫助數(shù)控機床節(jié)省輔助時間，并滿足在一次安裝中完成多工序、工步加工要求。它由存放刀具的刀庫和換刀機構組成。作為自動換刀裝置，它需要滿足 換刀迅速、時間短，重復定位精度高，刀具儲存量足夠，所占空間位置小，工作穩(wěn)定可靠等特點 [3]。 換刀裝置中刀具的交換形式及它們的具體結構對機床的工作效率和工作可靠性有著直接影響。加工中心的自動換刀形式可分為無機械手換刀方式和有機械手換刀方式兩大類。無機械手換刀方式一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運動到的位置，同時，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。無機械手換刀方式是由刀庫和機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具的交換的，這種方式結構簡單，但換刀時間要長。目前，加工中心的自動換刀裝置大都采用有機械手換刀方式，因 為有機械手換刀裝置在刀庫的配置、與主軸的相對位置及刀具數(shù)量確定上都比較靈活，機械手數(shù)量和換刀形式比較隨意，換刀時間比較短，應用廣泛 [4]。換刀機械手的形式有單臂式、雙臂式、回轉式和軌道式等，而常用雙臂式機械手的手爪結構形式又分為鉤手、抱手、伸縮手和叉手等 [2]。 加工中心換刀機械手作為數(shù)控機床的一個重要的功能部件，它在國內外的數(shù)控機床制造領域中已受到廣泛的重視。目前，在國外 BT40 的換刀時間已達到 秒， BT50的換刀時間也達到了 秒左右，國內也出現(xiàn)了立、臥兩用凸輪式換刀機械手和用于五軸聯(lián)動的換刀機械 手的研究。 加工中心換刀機械手的主要任務是，完全模擬人手的換刀動作，給機床主軸與彈簧夾頭提供相對轉動實現(xiàn)夾緊、放松刀具的動作。機械手應具備足夠的轉矩，同時還應使機械手具備結構緊湊、占據(jù)空間小的特點，以適應不同類型機床的換刀空間 [4]。隨著機械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對加工中心換刀機械手的需求量會越來越大。 換刀機械手的類型 自動換刀裝置由刀庫、換刀機械手、刀具傳送裝置、刀具編碼裝置、識刀器等五個部分組成。在自動換刀數(shù)控機床中，機械手的形式也是多種多樣，常見的有以下形式。 （ 1） 單臂單爪回轉式機械手 這種機械手的手臂 可以回轉不同的角度來進行自動換刀，其手臂上只有一個卡爪，不論在刀庫上或是在主軸上，均靠這個卡爪來裝刀及卸刀，因此換刀時間較長，如圖21a 所示。 （ 2） 單臂雙爪回轉式機械手 這種機械手的手臂上有兩個卡爪，兩個卡爪有所分工。一個卡爪只執(zhí)行從主軸上取下 “舊刀 ”送回刀庫的任務，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出 “新刀 ”送到主軸的任務。 其換刀時間較上述單爪回轉式機械手要少，如圖 21b 所示。 （ 3） 雙臂回轉式機械手 這種機械手的兩臂上各有一個卡爪，兩個卡爪可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉 180176。后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種 機械手換刀時間較以上兩種單械手均短，是最常用的一種形式。圖 21c 右邊的機械手在抓取或將刀具送入刀庫及主軸上，兩臂可伸縮。 （ 4） 雙機械手 這種機械手相當于兩個單臂單爪機械手，它們互相配合進行自動換刀。其中一個機械手從主軸上取下 “舊刀 ”送回刀庫，另一個由刀庫中取出 “新刀 ”裝入機床主軸，圖21d 所示。 （ 5） 雙臂往復交叉式機械手 這種機械手的兩手臂可以往復運動，并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下 “舊刀 ”送回刀庫，另一個手臂由刀庫中取出 “新刀 ”裝入主軸。整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現(xiàn)由刀庫與主 軸間的運刀工作，如圖 21e 所示。 （ 6） 雙臂端面夾緊式機械手 這種機械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓取刀具，這種機械手則是靠夾緊刀柄的兩個端面來抓取的，如圖 21f 所示。最常用的一種換刀機械手形式，動作簡單。 圖 21 機械手的形式 機械手設計的目的及意義 本設計主要是