【文章內(nèi)容簡介】 壓缸及活塞桿工作 )密封元件 .......................................................................... 39 5 機(jī)械手液壓控制系統(tǒng)設(shè)計 ........................................................................................................... 40 液壓系統(tǒng)圖的擬定 ............................................................................................................. 40 液壓控制元件選用 ............................................................................................................. 41 結(jié) 論 ............................................................................................................................................. 44 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 45 致 謝 ............................................................................................................................................. 46 1 緒 論 數(shù)控技術(shù)的基本概念 數(shù)控 技術(shù)是利用數(shù)字化的信息對 機(jī)床 運(yùn)動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了 數(shù)控系統(tǒng) 的機(jī)床稱為數(shù)控 (NC)機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、 可編程控制器 、主軸驅(qū)動器及進(jìn)給 裝置等部分。 我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展概況 回顧數(shù)控技術(shù)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(jī)開始用于數(shù)控系統(tǒng)就進(jìn)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(shí)際上從 20 世紀(jì)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(jī)床的組成及特點(diǎn) 一、 數(shù)控機(jī)床的組成 以一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床為例 ,它是由 X、 Y、 Z 三個坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)刀具和工件間的相對運(yùn)動的立式數(shù)控銑床 .它包括信息輸入 ,運(yùn)算控制 (數(shù)控裝置 ),伺服驅(qū)動及檢測反饋 ,機(jī)床本體 ,機(jī)電接口等部分 。 二、 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 數(shù)控機(jī)床上一種新型的自動化機(jī)床 ,它具有廣泛的通用性和很高的自動化程度 .數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性自動化的關(guān)鍵設(shè)備 ,是柔性自動生產(chǎn)線的基本單元 .數(shù)控機(jī)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(fù)雜的零件 ； ③ 在加工過程中必須進(jìn)行多種工序加工零件 ； ④ 切削余量大的零件 ； ⑤ 必須嚴(yán)格控制公差 (即公差帶范圍很小 )的零件 ； ⑥ 工藝設(shè)計會經(jīng)常變化的零件 ； ⑦ 加工過程中的錯誤會造成嚴(yán)重浪費(fèi)的貴重零件 ； ⑧ 需全部檢測的零件等等 。 （一） 按運(yùn)動控制的特點(diǎn)分類 ● 點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 對于一些加工孔用的數(shù)控機(jī)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(biāo)測量機(jī) ,印刷電路板鉆床等 。 ● 直線控制數(shù)控機(jī)床 直線控制的數(shù)控機(jī)床是指控制機(jī)床工作臺或刀具以要求的進(jìn)給速度 ,沿著平 行于坐標(biāo)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(jī)床 可以加工斜線、曲線、曲面的數(shù)控機(jī)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(jī)床 該類機(jī)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(qū)動元件和電機(jī)的性能 。 ● 閉環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床 該類機(jī)床數(shù)控裝置中插補(bǔ)器發(fā)出的位置指令信號與工作臺上檢測到的實(shí)際位置反饋信號進(jìn)行比較 ,根據(jù)其差值不斷控制運(yùn)動 ,進(jìn)行誤差修正 ,直到差值為零停止運(yùn)動 。 數(shù)控 技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計算機(jī)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，由此組成的數(shù)控系統(tǒng)稱為計算機(jī)數(shù)控 (CNC)。 80 年代末，我國還在一定范圍內(nèi)探索實(shí)施 CIM，且取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)和教益。 90 年代我國加強(qiáng)了自主知識產(chǎn)權(quán)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(shí)際上從 20 世紀(jì)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(jī)械設(shè)備和數(shù)控組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機(jī)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(chǔ)部件 基礎(chǔ)部件是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，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(jī)，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(zhuǎn)精度和定位的準(zhǔn)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算，獲得理想的運(yùn)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(jī)械手組成，如需要進(jìn)行換刀時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由機(jī)械手從刀庫中取出所需要的刀具裝入主軸孔內(nèi)，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(hù)、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(yùn)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(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，隨著世界制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移，我國對機(jī)床的需求量大增。同時，經(jīng)過多年的努力，我國數(shù)控機(jī)床的開發(fā)水平也有了很大進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的品種和質(zhì)量均比以往有所提高，部分機(jī)床制造主導(dǎo)廠還開發(fā) 出具有相當(dāng)水平的數(shù)控設(shè)備。但是，通過有關(guān)部門給出的資料，只要作進(jìn)一步的分析與了解，我們就會發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在消費(fèi)量的臺數(shù)中雖占有一半（ 55%）以上，但它們多是些技術(shù)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(jī)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(shù)或功能部件，如 加工中心換刀機(jī)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(hù)裝置等，還多是由中外合資企業(yè)提供或是從國外進(jìn)口的 [1]。這也說明由于技術(shù)發(fā)展的不平衡，在多種條件制約下，目前我國數(shù)控機(jī)床的整件技術(shù)水平與 國際先進(jìn)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(jī)床仍需要依靠海外進(jìn)口。 功能部件技術(shù)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(jī)床整機(jī)的技術(shù)水平和性能，也制約著主機(jī)的發(fā)展速度。而 換刀機(jī)械手 則是加工中心穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵功能部件。它的快速、準(zhǔn)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(jī)械手 ，就不可能有集中工序進(jìn)行加工的加工中心。有資料顯示，刀庫和機(jī)械手的故障率約占整機(jī)故障率的 25%[1]。所以說， 換刀機(jī)械手 的性能、質(zhì)量直接影響著數(shù)控機(jī)床整機(jī)的 性能、質(zhì)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(jìn)行多工序加工的一種功能較全的數(shù)字控制機(jī)床，也是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了 一個國家設(shè)計、制造的水平，是判斷企業(yè)技術(shù)能力和工藝水平標(biāo)志的一個方面 [2]。加工中心中實(shí)現(xiàn)刀庫和機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)組成。作為自動換刀裝置，它需要滿足 換刀迅速、時間短，重復(fù)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(diǎn) [3]。 換刀裝置中刀具的交換形式及它們的具體結(jié)構(gòu)對機(jī)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(jī)械手換刀方式和有機(jī)械手換刀方式兩大類。無機(jī)械手換刀方式一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運(yùn)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(jī)械手換刀方式是由刀庫和機(jī)床主軸的相對運(yùn)動實(shí)現(xiàn)刀具的交換的，這種方式結(jié)構(gòu)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(jī)械手換刀方式，因 為有機(jī)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(jī)械手?jǐn)?shù)量和換刀形式比較隨意，換刀時間比較短，應(yīng)用廣泛 [4]。換刀機(jī)械手的形式有單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等，而常用雙臂式機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)形式又分為鉤手、抱手、伸縮手和叉手等 [2]。 加工中心換刀機(jī)械手作為數(shù)控機(jī)床的一個重要的功能部件，它在國內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床制造領(lǐng)域中已受到廣泛的重視。目前，在國外 BT40 的換刀時間已達(dá)到 秒， BT50的換刀時間也達(dá)到了 秒左右，國內(nèi)也出現(xiàn)了立、臥兩用凸輪式換刀機(jī)械手和用于五軸聯(lián)動的換刀機(jī)械 手的研究。 加工中心換刀機(jī)械手的主要任務(wù)是，完全模擬人手的換刀動作，給機(jī)床主軸與彈簧夾頭提供相對轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)夾緊、放松刀具的動作。機(jī)械手應(yīng)具備足夠的轉(zhuǎn)矩，同時還應(yīng)使機(jī)械手具備結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小的特點(diǎn)，以適應(yīng)不同類型機(jī)床的換刀空間 [4]。隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對加工中心換刀機(jī)械手的需求量會越來越大。 換刀機(jī)械手的類型 自動換刀裝置由刀庫、換刀機(jī)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(jī)床中，機(jī)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(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)械手的手臂 可以回轉(zhuǎn)不同的角度來進(jìn)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(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)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(wù)，另一個卡爪則執(zhí)行由刀庫取出 “新刀 ”送到主軸的任務(wù)。 其換刀時間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少，如圖 21b 所示。 （ 3） 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手 這種機(jī)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(zhuǎn) 180176。后又同時將刀具放回刀庫及裝入主軸。這種 機(jī)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(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁旒爸鬏S上，兩臂可伸縮。 （ 4） 雙機(jī)械手 這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個單臂單爪機(jī)械手，它們互相配合進(jìn)行自動換刀。其中一個機(jī)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(jī)床主軸，圖21d 所示。 （ 5） 雙臂往復(fù)交叉式機(jī)械手 這種機(jī)械手的兩手臂可以往復(fù)運(yùn)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(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)由刀庫與主 軸間的運(yùn)刀工作，如圖 21e 所示。 （ 6） 雙臂端面夾緊式機(jī)械手 這種機(jī)械手只是在夾緊部位上與前幾種不同。前幾種機(jī)械手均靠夾緊刀柄的外圓表面來抓取刀具，這種機(jī)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(jī)械手形式，動作簡單。 圖 21 機(jī)械手的形式 機(jī)械手設(shè)計的目的及意義 本設(shè)計主要是