【正文】 床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具交換的裝置此裝置在換刀時(shí)必須首先將用過(guò)的刀具送回刀庫(kù)，然后再?gòu)牡稁?kù)中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不可能同時(shí)進(jìn)行，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)。圖737所示的數(shù)控立式鏜銑床就是采用這類刀具交換方式的實(shí)例。由圖可見(jiàn)，該機(jī)床的格子式刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，然而換刀過(guò)程卻較為復(fù)雜。它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來(lái)完成，因而每交換一次刀具，工作臺(tái)和主軸箱就必須沿著三個(gè)坐標(biāo)軸作兩次來(lái)回的運(yùn)動(dòng)，因而增加了換刀時(shí)間。另外由于刀庫(kù)置于工作臺(tái)上，減少了工作臺(tái)的有效使用面積。圖737 利用刀庫(kù)及機(jī)床本身運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床1工件 2刀具 3主軸 4主軸箱 5刀庫(kù)2. 刀庫(kù)機(jī)械手的刀具交換裝置采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用的最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，而且可以減少換刀時(shí)間。在各種類型的機(jī)械手中，雙臂機(jī)械手集中地體現(xiàn)了以上的優(yōu)點(diǎn)。在刀庫(kù)遠(yuǎn)離機(jī)床主軸的換刀裝置中，除了機(jī)械手以外，還帶有中間搬運(yùn)裝置。雙臂機(jī)械手中最常用的幾種結(jié)構(gòu)如圖738所示，它們分別是鉤手（圖738a）、抱手（圖738b）、伸縮手（圖738c）和叉手（圖738d）。這幾種機(jī)械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等全部動(dòng)作。為了防止刀具掉落，各機(jī)械手的活動(dòng)爪都必須帶有自鎖機(jī)構(gòu)。由于雙臂回轉(zhuǎn)機(jī)械手（圖738a、b、c）的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，而且能夠同時(shí)抓取和裝卸機(jī)床主軸和刀庫(kù)中的刀具，因此換刀時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。圖738 雙臂機(jī)械手常用機(jī)構(gòu)圖739 雙刀庫(kù)機(jī)械手換刀裝置圖739是雙刀庫(kù)機(jī)械手換刀裝置，其特點(diǎn)是用兩個(gè)刀庫(kù)和兩個(gè)單臂機(jī)械手進(jìn)行工作， 因而機(jī)械手的工作行程大為縮短，有效地節(jié)省了換刀時(shí)間。還由于刀庫(kù)分設(shè)兩處使布局較為合理。根據(jù)各類機(jī)床的需要，自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床所使用的刀具的刀柄有圓柱形和圓錐形兩種。為了使機(jī)械手能可靠地抓取刀具，刀柄必須有合理的夾持部分，而且應(yīng)當(dāng)盡可能使刀柄標(biāo)準(zhǔn)化。圖740所示是常用的兩種刀柄結(jié)構(gòu)。V形槽夾持結(jié)構(gòu)（圖740a）適用于圖738的各種機(jī)械手，這是由于機(jī)械手爪的形狀和V形槽能很好的吻合。使刀具能保持準(zhǔn)確的軸向和徑向位置，從而提高了裝刀的重復(fù)精度。法蘭盤夾持結(jié)構(gòu)（740b）適用于鉗式機(jī)械手裝夾，這是由于法蘭盤的兩邊可以同時(shí)伸出鉗口，因此在使用中間輔助機(jī)械手時(shí)能夠方便的將刀具從一個(gè)機(jī)械手傳遞給另一個(gè)機(jī)械手。圖740 刀柄結(jié)構(gòu)a）V型槽式 b）法蘭盤式四、機(jī)械手在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，機(jī)械手的形式也是多種多樣的，常見(jiàn)的有圖741中的幾種形式：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，進(jìn)行自動(dòng)換刀，手臂上只有一個(gè)卡爪，不論在刀庫(kù)上或是在主軸上，均靠這一個(gè)卡爪來(lái)裝刀及卸刀，因此換刀時(shí)間較長(zhǎng)，見(jiàn)圖741a。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(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪有所分工，一個(gè)卡爪只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)的任務(wù)。另一個(gè)卡爪則執(zhí)行由刀庫(kù)取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，其換刀時(shí)間較上述單爪回轉(zhuǎn)式機(jī)械手要少，見(jiàn)圖741b。3. 雙臂回轉(zhuǎn)式機(jī)械手這種機(jī)械手的兩臂各有一個(gè)卡爪，兩個(gè)卡爪可同時(shí)抓取刀庫(kù)及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180o后又同時(shí)將刀具放回刀庫(kù)及裝入主軸。換刀時(shí)間較以上兩種單臂機(jī)械手均短，是最常用的一種形式。圖741c右邊的一種機(jī)械手在抓取或?qū)⒌毒咚腿氲稁?kù)及主軸時(shí)，兩臂可伸縮。圖741 各種形式的機(jī)械手a） 單臂單爪回轉(zhuǎn)式 b）單臂雙爪回轉(zhuǎn)式 c）雙臂回轉(zhuǎn)式 d）雙機(jī)械手e）雙臂往復(fù)交叉式 f）雙臂端面夾緊式4. 雙機(jī)械手這種機(jī)械手相當(dāng)于兩個(gè)單臂單爪機(jī)械手，互相配合起來(lái)進(jìn)行自動(dòng)換刀。其中一個(gè)機(jī)械手從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)機(jī)械手由刀庫(kù)取出“新刀”裝入機(jī)床主軸，見(jiàn)圖741d。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(dòng)，并交叉成一定角度。一個(gè)手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫(kù)，另一個(gè)手臂由刀庫(kù)取出“新刀”裝入機(jī)床主軸。整個(gè)機(jī)械手可沿某導(dǎo)軌直線移動(dòng)或繞某個(gè)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與主軸間的運(yùn)刀工作，見(jiàn)圖741e。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以抓取刀具，這種機(jī)械手則夾緊刀柄的兩個(gè)端面，見(jiàn)圖741f。第五節(jié) 數(shù)控機(jī)床的輔助裝置一、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的功用有兩個(gè)：一是使工作臺(tái)進(jìn)行圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，二是工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)。它按照控制系統(tǒng)的指令，在需要時(shí)分別完成上述運(yùn)動(dòng)。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，從外形看來(lái)和通用機(jī)床的分度工作臺(tái)沒(méi)有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點(diǎn)。用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是由傳動(dòng)系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。當(dāng)接到控制系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)指令后，首先要把蝸輪松開(kāi)，然后開(kāi)動(dòng)電液脈沖馬達(dá)，按照指令脈沖來(lái)確定工作臺(tái)回轉(zhuǎn)的方向、速度、角度大小以及回轉(zhuǎn)過(guò)程中速度的變化等參數(shù)。當(dāng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)完畢后，再把蝸輪夾緊。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的定位精度完全由控制系統(tǒng)決定。因此，對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，要求它的傳動(dòng)系統(tǒng)中沒(méi)有間隙，否則在反向回轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生傳動(dòng)誤差，影響定位精度?，F(xiàn)以JCS013型自動(dòng)換刀數(shù)控臥式鏜銑床的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為例介紹如下，見(jiàn)圖742。圖742 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)1電液脈沖馬達(dá) 2偏心環(huán) 3主動(dòng)齒輪 4從動(dòng)齒輪 5銷釘 6鎖緊瓦 7套筒8螺釘 9絲杠 10蝸桿 11蝸輪 113夾緊瓦 14液壓缸 15活塞 16彈簧17鋼球 18底座 19光柵 21軸承數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由電液脈沖馬達(dá)1驅(qū)動(dòng)，在它的軸上裝有主動(dòng)齒輪3（z1=22）,它與從動(dòng)齒輪4（z2=66）相嚙合，齒的側(cè)隙靠調(diào)整偏心環(huán)2來(lái)消除。從動(dòng)齒輪4與蝸桿10用楔形的拉緊銷釘5來(lái)連接，這種連接方式能消除軸與套的配合間隙。蝸桿10系雙螺距式，即相鄰齒的厚度是不同。因此，可用軸向移動(dòng)蝸桿的方法來(lái)消除蝸桿10和蝸輪11的齒側(cè)間隙。調(diào)整時(shí)，先松開(kāi)殼體螺母套筒7上的鎖緊螺釘8，使鎖緊瓦6把絲杠9放松，然后轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠9，它便和蝸桿10同時(shí)在殼體螺母套筒7中作軸向移動(dòng)，消除齒向間隙。調(diào)整完畢后，再擰緊鎖緊螺釘8，把鎖緊瓦6壓緊在絲杠9上，使其不能再作轉(zhuǎn)動(dòng)。蝸桿10的兩端裝有雙列滾針軸承作徑向支承，右端裝有兩只止推軸承承受軸向力，左端可以自由伸縮，保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。蝸輪11下部的內(nèi)、外兩面均裝有加緊瓦12和13。當(dāng)蝸輪11不回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的底座18內(nèi)均布有八個(gè)液壓缸14，其上腔進(jìn)壓力油時(shí)，活塞15下行，通過(guò)鋼球17，撐開(kāi)加緊瓦12和13，把蝸輪11夾緊。當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)需要回轉(zhuǎn)時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，使液壓缸上腔油液流回油箱。由于彈簧16恢復(fù)力的作用，把鋼球17抬起，加緊瓦12和13就不夾緊蝸輪11，然后由電液脈沖馬達(dá)1通過(guò)傳動(dòng)裝置，使蝸輪11和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)一起按照控制指令作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)的導(dǎo)軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承21和雙列圓柱滾子軸承20保持準(zhǔn)確的回轉(zhuǎn)中心。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)有零點(diǎn)，當(dāng)它作返零控制時(shí)，先用擋塊碰撞限位開(kāi)關(guān)（圖中未示出），使工作臺(tái)由快速變?yōu)槁倩剞D(zhuǎn)，然后在無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的作用下，使工作臺(tái)準(zhǔn)確的停在零位。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可作任意角度的回轉(zhuǎn)或分度，由光柵19進(jìn)行讀數(shù)控制。光柵19沿其圓周上有21600條刻線，通過(guò)6倍頻線路，刻度的分辨能力為10s。這種數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其定位精度主要取決于蝸桿蝸輪副的運(yùn)動(dòng)精度，雖然采用高精度的五級(jí)蝸桿蝸輪副，并用雙螺距蝸桿實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，但還不能滿足機(jī)床的定位精度（177。10s）。因此，需要在實(shí)際測(cè)量工作臺(tái)靜態(tài)定位誤差之后，確定需要補(bǔ)償?shù)慕嵌任恢煤脱a(bǔ)償脈沖的符號(hào)（正向或反向），記憶在補(bǔ)償回路中，由數(shù)控裝置進(jìn)行誤差補(bǔ)償。二、分度工作臺(tái) 數(shù)控機(jī)床（主要是鉆床、鏜床和銑鏜床）的分度工作臺(tái)與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)不同，它只能完成分度運(yùn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺(tái)的分度運(yùn)動(dòng)只限于某些規(guī)定的角度（如90o、60o或45o等）。機(jī)床上的分度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它本身很難保證工作臺(tái)分度的高精度要求，因此常需要定位機(jī)構(gòu)和分度機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起，并由夾緊裝置保證機(jī)床工作時(shí)的安全可靠。1. 定位銷式分度工作臺(tái)這種工作臺(tái)的定位分度主要靠定位銷和定位孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。定位銷之間的分布角度為45o，因此工作臺(tái)只能作二、四、八等分的分度運(yùn)動(dòng)。這種分度方式的分度精度主要由定位銷和定位孔的尺寸精度及位置精度決定，最高可達(dá)177。5“。定位銷和定位孔襯套的制造精度和裝配精度都要求很高，且均需具有很高的硬度，以提高耐磨性，保證足夠的使用壽命。圖743為THK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控臥式銑鏜床的分度工作臺(tái)結(jié)構(gòu)。圖743 定位銷式分度工作臺(tái)2. 齒盤式分度工作臺(tái)齒盤式分度工作臺(tái)是數(shù)控機(jī)床和其他加工設(shè)備中應(yīng)用很廣的一種分度裝置。它既可以作為機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)附件，用T形螺釘緊固在機(jī)床工作臺(tái)上使用，也可以和數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。齒盤分度機(jī)構(gòu)的向心多齒嚙合，應(yīng)用了誤差平均原理，因而能夠獲得較高的分度精度和定心精度（分度精度為177。～177。3s）。圖744 分度工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)現(xiàn)介紹Z65258型轉(zhuǎn)塔式坐標(biāo)臥式鉆床的齒盤分度工作臺(tái)，圖744為分度工作臺(tái)的液壓系統(tǒng)圖，圖745為分度工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。圖745 齒盤式分度工作臺(tái)1分度工作臺(tái) 118管道 17活塞 10軸承 7齒盤 223推桿 11內(nèi)齒輪 12外齒輪 13下腔 14上腔 16左腔 19右腔 20擋鐵 21擋塊齒盤式分度工作臺(tái)主要由工作臺(tái)、底座、壓緊液壓缸、分度液壓缸和一對(duì)齒盤等零件組成。齒盤是保證分度精度的關(guān)鍵零件，每個(gè)齒盤的端面均加工有數(shù)目相同的三角形齒（z=120或180），兩個(gè)齒盤嚙合時(shí)，能自動(dòng)確定周向和徑向的相對(duì)位置。齒盤式分度工作臺(tái)分度運(yùn)動(dòng)時(shí)，其工作過(guò)程分為四個(gè)步驟：（1）分度工作臺(tái)上升，齒盤脫離嚙合。當(dāng)需要分度時(shí)，數(shù)控裝置發(fā)出分度指令（也可用手壓按鈕進(jìn)行手動(dòng)分度）。這時(shí)，二位三通電磁換向閥A的電磁鐵通電，分度工作臺(tái)1中央的差動(dòng)式壓緊液壓缸下腔13從管道4進(jìn)壓力油，于是活塞3向上移動(dòng)，液壓缸上腔14的油液經(jīng)管道電磁閥A再進(jìn)入液壓缸下腔13，形成差動(dòng)?；钊?上移時(shí)，通過(guò)推力軸承5使分度工作臺(tái)1也向上抬起，齒盤6和7脫離嚙合（上齒盤6固定在工作臺(tái)1上，下齒盤7固定在底座上）。同時(shí)，固定在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸下端的推力軸承10和內(nèi)齒輪11也向上與外齒輪12嚙合，完成了分度前的準(zhǔn)備。（2）工作臺(tái)回轉(zhuǎn)分度。當(dāng)分度工作臺(tái)1向上抬起時(shí)，推桿8在彈簧作用下也同時(shí)抬起，推桿9向右移動(dòng)，于是微動(dòng)開(kāi)關(guān)D的觸頭松開(kāi)，使二位四通電磁換向閥的電磁鐵通電，壓力油從管道15進(jìn)入分度液壓缸左腔16，于是齒條活塞17向右移動(dòng)，右腔19中油液經(jīng)管道1節(jié)流閥流回油箱。當(dāng)齒條活塞17向右移動(dòng)時(shí)，與它嚙合的外齒輪12便作逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，由于外齒輪12與內(nèi)齒輪11已經(jīng)嚙合，分度工作臺(tái)也隨著一起回轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。分度運(yùn)動(dòng)的速度，可由回油管道18中的節(jié)流閥控制。當(dāng)外齒輪12開(kāi)始回轉(zhuǎn)時(shí)，其上的擋塊21就離開(kāi)推桿22，微動(dòng)開(kāi)關(guān)C的觸頭松開(kāi)，通過(guò)互鎖電路，使電磁閥的電磁鐵不準(zhǔn)通電，始終保持工作臺(tái)處于抬升狀態(tài)。按設(shè)計(jì)要求，當(dāng)齒條活塞17移動(dòng)113mm時(shí)，工作臺(tái)回轉(zhuǎn)90o，回轉(zhuǎn)角度的近似值由微動(dòng)開(kāi)關(guān)和擋鐵20控制。（3）分度工作臺(tái)下降，并定位壓緊。當(dāng)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)90o位置附近，其上的擋鐵20壓推桿23，微動(dòng)開(kāi)關(guān)E的觸頭被壓緊，使電磁閥A的電磁鐵斷電，壓緊液壓缸上腔14從管道2進(jìn)壓力油，下腔13中的油從管道4經(jīng)節(jié)流閥回油箱，活塞3帶動(dòng)分度工作臺(tái)下降，上、下齒盤在新的位置重新嚙合，并定位夾緊。管道4中的節(jié)流閥用來(lái)限制工作臺(tái)的下降速度，保護(hù)齒面不受沖擊。（4）分度齒條活塞退回。當(dāng)分度工作臺(tái)下降時(shí)，推桿8受壓，使推桿9左移，于是微動(dòng)開(kāi)關(guān)D的觸頭被壓緊，使電磁換向閥B的電磁鐵斷電，壓力油從管道18進(jìn)入分度液壓缸右腔19，齒條活塞17左移，左腔16的油液從管道15流回油箱。齒條活塞17左移時(shí)，帶動(dòng)外齒輪12作順時(shí)針回轉(zhuǎn)，但因工作臺(tái)下降時(shí)，內(nèi)齒輪11也同時(shí)下降與外齒輪12脫開(kāi)，故工作臺(tái)保持靜止?fàn)顟B(tài)。外齒輪12作順時(shí)針回轉(zhuǎn)90o時(shí)，其上擋塊21又壓推桿22，微動(dòng)開(kāi)關(guān)C的觸頭又被壓緊，外齒輪12就停止轉(zhuǎn)動(dòng)而回到原始位置。而擋鐵20離開(kāi)推桿23，微動(dòng)開(kāi)關(guān)E的觸頭又被松開(kāi)，通過(guò)自保電路保證電磁換向閥A的電磁鐵斷電，工作臺(tái)始終處于壓緊狀態(tài)。齒盤式分度工作臺(tái)和其他分度工作臺(tái)相比，具有重復(fù)定位精度高、定位剛性好和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。齒盤接觸面大、磨損小和壽命長(zhǎng)，而且隨著使用時(shí)間的延續(xù)，定位精度還有進(jìn)一步提高的趨勢(shì)。因此，目前除廣泛用于數(shù)控機(jī)床外，還用在各種加工和測(cè)量裝置中。它的缺點(diǎn)是齒盤的制造精度要求很高，需要某些專用加工設(shè)備，尤其是最后一道兩齒盤的齒面對(duì)研工序，通常要花費(fèi)數(shù)十小時(shí)。此外，它不能進(jìn)行任意角度的分度運(yùn)動(dòng)。三、排屑裝置1．排屑裝置在數(shù)控機(jī)床上的作用數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展，使機(jī)械加工的效率大大提高，在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)控機(jī)床的金屬切削量大大高于普通機(jī)床，而工件上的多余金屬在變成切屑后所占的空間將成倍加大。這些切屑堆占加工區(qū)域，如果不及時(shí)排除，必將會(huì)覆蓋或纏繞在工件和刀具上，使自動(dòng)加工無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。此外，灼熱的切屑向機(jī)床或工件散發(fā)的熱量，會(huì)使機(jī)床或工件產(chǎn)生變形，影響加工精度。因此，迅速而有效地排除切屑，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工而言是十分重要的，而排屑裝置正是完成這項(xiàng)工作的一種數(shù)控機(jī)床的必備附屬裝置。排屑裝置的主要工作是將切屑從加工區(qū)域排出數(shù)控機(jī)床之外。在數(shù)控車床和磨床上的切屑中往往混合著切削液，排屑裝置從其中分離出切屑，并將它們送入切屑收集箱（車）內(nèi)，而切削液則被回收到冷卻液箱。數(shù)控銑床、加工中心和數(shù)控鏜銑床的工件安裝在工作臺(tái)上，切屑不能直接落入排屑裝置，故往往需要采用大流量冷卻液沖刷，或壓縮空氣吹掃等方法使切屑進(jìn)入排屑槽，然后再回收切削液并排出切屑。排屑裝置是一種具有獨(dú)立功能的部件，它的工作可靠性和自動(dòng)化程度，隨著數(shù)控