【文章內(nèi)容簡介】 +B′、+C′表示。注意，+X′、+Y′、+Z′之間不符合右手直角笛卡兒定則。由于數(shù)控機床各坐標軸既可以是刀具相對于工件運動，也可以是反之，所以ISO標準規(guī)定：（l）不論機床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運動，或是工件運動、刀具靜止，在確定坐標系時，一律看作是刀具相對靜止的工件運動。（2）機床的直線坐標軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最后按右手定則判定Y軸。（3）坐標軸名（X、Y、Z、A、B、C）不帶“′”的表示刀具運動；帶“′”的表示工件運動，如圖116所示。（4）增大工件與刀具之間距離的方向為坐標軸正方向。2．坐標軸判定的方法和步驟（1）Z軸規(guī)定平行于機床主軸軸線的坐標軸為Z軸。對于有多個主軸或沒有主軸的機床（如刨床），標準規(guī)定垂直于工件裝夾面的軸為Z軸。對于能擺動的主軸，若在擺動范圍內(nèi)僅有一個坐標軸平行主軸軸線，則該軸即為Z軸，若在擺動范圍內(nèi)有多個坐標軸平行主軸軸線，則規(guī)定其中垂直于工件裝夾面的坐標軸為Z軸。規(guī)定刀具遠離工件的方向為Z軸的正方向（+Z）。（2）X軸對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為X軸正方向；對于刀具旋轉(zhuǎn)的立式機床，規(guī)定水平方向為X軸方向，且當從刀具（主軸）向立柱看時，X正向在右邊；對于刀具旋轉(zhuǎn)的臥式機床，規(guī)定水平方向仍為X軸方向，且從刀具（主軸）尾端向工件看時，右手所在方向為X軸正方向。（3）Y軸《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容Y軸垂直于X、Z坐標軸。Y軸的正方向根據(jù)X和Z坐標軸的正方向按照右備注手直角笛卡兒定則來判斷。（4）旋轉(zhuǎn)運動A、B和CA、B和C表示其軸線分別平行于X、Y和Z坐標的旋轉(zhuǎn)運動。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。（5）附加坐標軸的定義如果在X、Y、Z坐標以外，還有平行于它們的坐標，可分別指定為U、V、W。若還有第三組運動，則分別指定為P、Q和R。（6）主軸正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向的關(guān)系主軸正旋轉(zhuǎn)方向從主軸尾端向前端（裝刀具或工件端）看順時針方向旋轉(zhuǎn)為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。對于普通臥式數(shù)控車床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向與C軸正方向相同。對于鉆、鏜、銑、加工中心機床，主軸的正旋轉(zhuǎn)方向為右旋螺紋進入工件的方向，與C軸正方向相反。所以不能誤認為C軸正方向即為主軸正旋轉(zhuǎn)方向。二、機床坐標系與工件坐標系1．機床坐標系與機床原點、機床參考點（1）機床坐標系機床坐標系是機床上固有的坐標系，是用來確定工件坐標系的基本坐標系，是確定刀具（刀架）或工件（工作臺）位置的參考系，并建立在機床原點上。機床坐標系各坐標和運動正方向按前述標準坐標系規(guī)定設(shè)定。（2）機床原點現(xiàn)代數(shù)控機床都有一個基準位置，稱為機床原點，是機床制造商設(shè)置在機床上的一個物理位置，其作用是使機床與控制系統(tǒng)同步，建立測量機床運動坐標的起始點。（3）機床參考點與機床原點相對應的還有一個機床參考點，它也是機床上的一個固定點，通常不同于機床原點。一般來說，加工中心的參考點設(shè)在工作臺位于負極限位置時的一基準點上。2．工件坐標系與工件坐標系原點（1）工件坐標系編程人員在編程時設(shè)定的坐標系，也稱為編程坐標系。（2）工件坐標系原點也稱為工件原點或編程原點，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐標系坐標軸的確定坐標原點選定后，接著就是坐標軸的確定。工件坐標系坐標軸確定的原則為：根據(jù)工件在機床上的安放方向與位置決定Z軸方向，即工件安放在數(shù)控機床上時，工件坐標系的Z軸與機床坐標系Z軸平行，正方向一致，在工件上通常與工件主要定位支撐面垂直；然后，選擇零件尺寸較長方向或切削時的主要進給方向《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容為X軸方向，在機床上安放后，其方位與機床坐標系X軸方位平行，正向一致；過原點與X、Z軸垂直為Y軸，根據(jù)右手定則，確定Y軸的正方向。3．裝夾原點有的機床還有一個重要的原點，即裝夾原點，是工件在機床上安放時的一個重要參考點。備注第四節(jié)插補原理及與加工精度和加工效率的關(guān)系一、數(shù)控加工軌跡控制原理——插補原理插補的任務就是要根據(jù)進給速度的要求，完成在輪廓起點和終點之間的中間點的坐標值計算。目前常用的插補方法有兩類：脈沖增量插補法和數(shù)據(jù)采樣插補法。（一）脈沖增量插補脈沖增量插補是模擬硬件插補的原理，把計算機每次插補運算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進給脈沖進給，以驅(qū)動工作臺運動。計算機每發(fā)出一個脈沖，工作臺移動一個基本長度單位（脈沖當量），并且每次插補的結(jié)果僅產(chǎn)生一個行程增量，每進給一步（一個脈沖當量），計算機就要進行一次插補運算，進給速度受計算機插補速度的限制，因此很難滿足現(xiàn)代數(shù)控機床高速度的要求。（二）數(shù)據(jù)采樣插補法數(shù)據(jù)采樣插補原理是將加工一段直線或圓弧的時間劃分為若干相等的插補周期，每經(jīng)過一個插補周期就進行一次插補計算，算出在該插補周期內(nèi)各坐標軸的進給量，邊計算邊加工，若干次插補周期后完成一個曲線段的加工，即從曲線段的起點走到終點。數(shù)據(jù)采樣插補是根據(jù)用戶程序的進給速度，將給定輪廓曲線分割為每一插補周期的進給段，即輪廓步長。每一個插補周期，執(zhí)行一次插補運算，計算出下一個插補點（動點）坐標，從而計算出下一周期各個坐標的進給量，如DX、DY等，進而得出下一插補點的指令位置。插補周期可以等于采樣周期，也可以是采樣周期的整倍數(shù)。對于直線插補，動點在一個插補周期內(nèi)運動的直線段與給定直線重合。對于圓弧插補，動點在一個插補周期內(nèi)運動的直線段以弦線（或切線、割線）逼近圓弧。圓弧插補常用弦線逼近的方法。如圖125所示，用弦線逼近圓弧，會產(chǎn)生逼近誤差er。設(shè)d為在一個插補周期內(nèi)逼近弦所對應的圓心角、r為圓弧半徑，則d246。230。er=r231。1cos247。（114）2248。232。230。d246。將上式中的cos231。247。用冪級數(shù)展開，得232。2248?！稊?shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容d246。230。er=r231。1cos247。2248。232。2236。249。252。(d2)4239。233。(d2)239。=r237。1234。1+L253。2!4!239。235。239。238。234。254。備注=d28r（115）設(shè)T為插補周期，F(xiàn)為刀具進給速度，則進給步長（或插補步長）l為 l=TF 用進給步長l代替弦長，有d187。lr=TFr將上式代入式（115），得l21(TF) er==（116）8r8r式（116）反映了逼近誤差er與插補周期T、進給速度F和圓弧半徑r的關(guān)系。根據(jù)式116，可以得到一個關(guān)系式：l163。8er允r（117）式中er允——輪廓曲線允許的逼近誤差；r——圓弧半徑；l——輪廓步長，即單位時間（插補周期）內(nèi)的進給量。二、插補原理、進給速度與加工精度和加工效率的關(guān)系從式116可以看出，逼近誤差與進給速度、插補周期的平方成正比，與圓弧半徑成反比。較小的插補周期，可以在小半徑圓弧插補時允許較大的進給速度。從另一角度講，進給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補周期越短，逼近誤差就越小。對于一個確定的數(shù)控系統(tǒng)，插補周期一般是固定的，插補周期確定之后，一定的圓弧半徑，應有與之對應的最大進給速度限定，以保證逼近誤差er不超過允許值。對脈沖增量插補，進給速度越快，則脈沖當量值越大，加工誤差也就越大，插補周期越短，插補精度越高；進給速度越快，插補精度越低，但效率越高。當加工精度要求很高（如微米級）時，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進給速度的快慢將影響工件的形狀精度，同時自然影響加工效率。第五節(jié)當今國際數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢1．高速切削 2．高精度加工 3．復合化加工 4．控制智能化《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（l）加工過程自適應控制技術(shù)（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇（3）故障自診斷功能（4）智能化交流伺服驅(qū)動裝置 5．互聯(lián)網(wǎng)絡化6．計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，縮寫為CIMS）一般認為CIMS應由下列六個子系統(tǒng)組成：（1）計算機輔助經(jīng)營和生產(chǎn)管理系統(tǒng)；（2）計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計／制造等開發(fā)工程系統(tǒng)；（3）自動化制造加工系統(tǒng)；（4）計算機輔助儲運系統(tǒng)；（5）全廠質(zhì)量控制系統(tǒng)；（6）數(shù)據(jù)庫與通信系統(tǒng)。計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展可以實現(xiàn)整個機械制造廠的全盤自動化，成為自動化工廠或無人化工廠，是自動化制造技術(shù)的發(fā)展方向。備注第二篇：《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案2《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容備注第二章數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)第一節(jié) 數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)特點一、數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)的組成主要由以下幾部分組成：1．機床基礎(chǔ)部件，如床身、立柱、工作臺等； 2．主傳動系統(tǒng)； 3．進給傳動系統(tǒng)；4．實現(xiàn)某些動作和輔助功能的系統(tǒng)和裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統(tǒng)及排屑、防護裝置和刀架、自動換刀裝置；5．工件實現(xiàn)回轉(zhuǎn)、定位的裝置及附件，如數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺； 6．特殊功能裝置，如監(jiān)控裝置、加工過程圖形顯示、精度檢測等。掌握這些結(jié)構(gòu)對于正確合理使用數(shù)控機床是非常必要的。二、數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點為了保證高精度、高效率的加工，數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)應具有以下特點： 1．高剛度和高抗振性 2．高靈敏度 3．熱變形小 4．高精度保持性 5．高可靠性6．工藝復合化和功能集成化第二節(jié) 數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)一、數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)特點1．主軸轉(zhuǎn)速高、調(diào)速范圍寬并實現(xiàn)無級調(diào)速 2．主軸部件具有較大的剛度和較高的精度 3．良好的抗振性和熱穩(wěn)定性4．為實現(xiàn)刀具的快速或自動裝卸，數(shù)控機床主軸具有特有的刀具安裝結(jié)構(gòu)二、數(shù)控機床主軸的傳動方式（一）齒輪傳動方式（圖21a）（二）帶傳動方式（圖21b）同步齒形帶傳動具有如下優(yōu)點：《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容1．傳動效率高，可達98％以上。2．無滑動，傳動比準確。3．傳動平穩(wěn)，噪聲小。4．使用范圍較廣，速度可達50m/s，速比可達10左右，傳遞功率由幾瓦至數(shù)千瓦。5．維修保養(yǎng)方便，不需要潤滑。6．安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。（三）調(diào)速電動機直接驅(qū)動主軸傳動方式（圖21c）備注三、主軸組件主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成了主軸組件。（一）數(shù)控機床的主軸支承主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結(jié)構(gòu)、配置、精度直接影響主軸組件的工作性能。1．主軸軸承類型數(shù)控機床主軸經(jīng)常采用滾動軸承和滑動軸承兩類軸承。（1）滾動軸承（2）滑動軸承 2．主軸軸承的配置典型的主軸軸承的結(jié)構(gòu)配置形式有下面三種：（l）圖26a結(jié)構(gòu)配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機床主軸結(jié)構(gòu)中剛性最好的一種。它使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強力切削的要求，所以目前各類數(shù)控機床的主軸普遍采用這種配置形式。（2）前支承采用3個超精密級角接觸球軸承組合方式，具有較好的高速性能。后支承結(jié)構(gòu)有采用2個角接觸球軸承支承的，如圖26b，也有用一個圓柱滾子軸承支承的。（3）圓錐滾子軸承，圖26c。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較大的動載荷，安裝與調(diào)整性能好，但是這種軸承配置方式限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度，所以僅適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床主軸。3．主軸軸承的裝配采用選配定向法進行裝配，可提高主軸組件的精度。裝配時盡可能使主軸定位內(nèi)孔與主軸軸頸的偏心量和軸承內(nèi)圈與滾道的偏心量接近，并使其方向相反，這樣可使裝配后的偏心量減小。4．滾動軸承的間隙與預緊將滾動軸承進行適當預緊，使?jié)L動體與內(nèi)外圈滾道在接觸處產(chǎn)生預變形，使受載后承載的滾動體數(shù)量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)軸線的漂移，提高旋轉(zhuǎn)精度。若過盈量太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降。軸承所需的預緊量與軸承精度、類型和工作條件等因素有關(guān)。（二）主軸準停功能《數(shù)控加工工藝及設(shè)備》教案內(nèi)容機床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來傳遞，每次機械手自動裝取刀具時，必須保征刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計的裝置稱為主軸準停裝置或稱主軸定向裝置。主軸準停裝置是加工中心換刀過程中所要求的特別裝置，為了將主軸準確地停在某一固定位置上，以便在該處進行換刀等動作，這就要求主軸定向控制。（三）主軸上刀具自動夾緊和切屑清除加工中心為了實現(xiàn)刀具在主軸內(nèi)的自動裝卸，其主軸必須設(shè)計有刀具的自動夾緊機構(gòu)。刀桿采用7：24的錐柄，這種錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。備注第三節(jié) 數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)應用一、SSCK20/500數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)（一）主傳動系統(tǒng)SSCK20/500數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)由功率為11kw的AC伺服電動機驅(qū)動，經(jīng)l：1的帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，使主軸在 24~2400r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，主軸箱內(nèi)省去了齒輪傳動變速機構(gòu)，提高了主軸精度，減少齒輪傳動躁聲的影響，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。改變電機旋轉(zhuǎn)方向，可以得到相應的主軸正、反轉(zhuǎn)，主軸停車是由電機制動來實現(xiàn)。螺紋切削和主軸每轉(zhuǎn)進給量是通過主軸脈沖編碼器來實現(xiàn)。（二）主軸箱結(jié)構(gòu)交流主軸電動機通過帶輪把運動傳給主軸。主軸有前后兩個支承，前支承采用預加負荷的超精密級角接觸球軸承組成，三個一組，其中兩個軸承用來承受向后的推力，另一個用于承受向前推力。主軸的后支承采用圓柱滾子軸承，用來承受較大的徑向載荷。前支承軸承的間隙用螺母來調(diào)整。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用軸承的支承剛性好，前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉(zhuǎn)速高。主軸所采用的支承結(jié)構(gòu)適宜高速重載的需要。二、JCS－018A加工中心主傳動系統(tǒng)及主軸箱結(jié)構(gòu)（一）主運動傳動系統(tǒng)主軸電動機采用的是FANUC AC電動機。主軸電動機在45~4500r／min轉(zhuǎn)速范圍通過一對1：2同步帶輪將運動傳給主軸，~2250r／min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以實現(xiàn)無級調(diào)速。（二）主軸箱結(jié)構(gòu) 1．主軸結(jié)構(gòu)主