【正文】 螺紋切削和主軸每轉進給量是通過主軸脈沖編碼器來實現(xiàn)。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)及主軸箱結構（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伺服電動機驅動，經(jīng)l：1的帶傳動帶動主軸旋轉，使主軸在 24~2400r/min的轉速范圍內(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，提高了主軸精度，減少齒輪傳動躁聲的影響，結構簡單，維修方便。（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，其主軸必須設計有刀具的自動夾緊機構。為滿足主軸這一功能而設計的裝置稱為主軸準停裝置或稱主軸定向裝置。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。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軸線的漂移，提高旋轉精度。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。（3）圓錐滾子軸承，圖26c。（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。（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構配置形式有下面三種：（l）圖26a結構配置形式是現(xiàn)代數(shù)控機床主軸結構中剛性最好的一種。（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、結構、配置、精度直接影響主軸組件的工作性能。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。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。2．無滑動，傳動比準確。掌握這些結構對于正確合理使用數(shù)控機床是非常必要的。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，是自動化制造技術的發(fā)展方向。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。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。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。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。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的關系。254。238。253。1234。(d2)239。(d2)4239。249。232。1cos247。230。2248。247。d246。232。1cos247。230。如圖125所示，用弦線逼近圓弧，會產(chǎn)生逼近誤差er。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。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)。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。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。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。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。（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。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定的坐標系，也稱為編程坐標系。（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。機床坐標系各坐標和運動正方向按前述標準坐標系規(guī)定設定。所以不能誤認為C軸正方向即為主軸正旋轉方向。對于普通臥式數(shù)控車床，主軸的正旋轉方向與C軸正方向相同。若還有第三組運動，則分別指定為P、Q和R。A、B和C的正方向可按右手螺旋定則確定。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。（2）X軸對于工件旋轉的機床，X軸的方向是在工件的徑向上，且平行于橫滑座，刀具離開工件旋轉中心的方向為X軸正方向；對于刀具旋轉的立式機床，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。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。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。（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。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）不論機床的具體結構是工件靜止、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。與+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向相應用帶“′”的+X′、+Y′、+Z′、+A′、+B′、+C′表示。基本坐標軸為X、Y、Z并構成直角坐標系，相應每個坐標軸的旋轉坐標分別為A、B、C。而數(shù)控編程就是將制定的數(shù)控加工工藝內(nèi)容程序化。2．數(shù)控編程即把零件的工藝過程、工藝參數(shù)及其它輔助動作，按動作順序和數(shù)控機床規(guī)定的指令、格式，編成加工程序，再記錄于控制介質(zhì)即程序載體（磁盤等），輸入數(shù)控裝置，從而指揮機床加工并根據(jù)加工結果加以修正的過程。（二）數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝過程的主要內(nèi)容（1）選擇并確定進行數(shù)控加工的內(nèi)容；（2）對零件圖紙進行數(shù)控加工的工藝分析；（3）零件圖形的數(shù)學處理及編程尺寸設定值的確定；（4）數(shù)控加工工藝方案的制定；（5）工步、進給路線的確定；（6）選擇數(shù)控機床的類型；（7）刀具、夾具、量具的選擇和設計；（8）切削參數(shù)的確定；（9）加工程序的編寫、校驗與修改；（10）首件試加工與現(xiàn)場問題處理；（11）數(shù)控加工工藝技術文件的定型與歸檔。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結。數(shù)控加工原理就是將預先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過譯碼、刀補處理、插補計算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實現(xiàn)零件《數(shù)控加工工藝及設備》教案內(nèi)容 的自動化加工。后者是指在數(shù)控機床運行過程中，以CNC內(nèi)部和機床各行程開關、傳感器、按鈕、繼電器等開關信號狀態(tài)為條件，并按預先規(guī)定的邏輯關系對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運行等進行的控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期DT定時運行，它將由各種線形（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進給速度F，實時計算出各個進給軸在DT內(nèi)的位移指令（DXDY?），并送給進給伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)成形運動。刀補處理就是完成這種轉換的處理程序。它主要包括：X、Y、Z等坐標值，進給速度，主軸轉速，G代碼，M代碼，刀具號，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標志的存放順序和格式。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進行相應的運算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調(diào)，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，自動完成零件的加工。在以上各個領域的進步推動下，尤其是計算機技術的飛速發(fā)展下，數(shù)控加工技術正從深度、廣度上對機械加工技術進行革命性的變革。備注第二節(jié)數(shù)控加工原理與數(shù)控加工工藝概述數(shù)控加工是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序（簡稱為數(shù)控程序），輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件的加工。11．自診斷功能是指CNC系統(tǒng)防止故障發(fā)生及故障診斷、故障定位和防止故障擴大的功能。10．人機對話功能在CNC裝置中配有單色或彩色陰極射線管，俗稱顯示器（CRT），通過軟件可實現(xiàn)字符和圖形的顯示，以方便用戶操作和使用。刀具壽命是指總計切削時間，當某刀具的時間壽命到期時，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具。9．刀具管理功能是實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理及刀具選擇功能。7．宏程序功能通過編輯子程序中的變量來改變刀具路徑和刀具位置的功能。6．進給功能是指數(shù)控系統(tǒng)對進給速度的控制功能。（4）C軸控制——實現(xiàn)主軸周向任意位置的控制功能。（2）恒線速度控制——實現(xiàn)刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。5．主軸功能是指數(shù)控系統(tǒng)對切削速度的控制功能。（3）智能補償功能外界干擾產(chǎn)生的隨機誤差，可采用人工智能、專家系統(tǒng)等方法建立模型，實施智能補償。該功能由G指令或T指令實現(xiàn)。在數(shù)控加工中，有些加工內(nèi)容如鉆孔、鏜孔、攻螺紋等，所做的動作需要循環(huán)且十分典型，數(shù)控系統(tǒng)預先將這些循環(huán)動作用G代碼進行定義，在加工時使用這類G代碼，可大大簡化編程工作量，此即固定循環(huán)功能。3．多種函數(shù)插補功能和固定循環(huán)功能插補功能是指數(shù)控系統(tǒng)進行零件表面（平面或空間曲面）加工軌跡插補運算的功能。CNC系統(tǒng)的控制進給軸有：移動軸和回轉軸，基本軸和附加軸。《數(shù)控加工工藝及設備》教案內(nèi)容A=Qj+3Sj備注()maxQj3Sj()min（113）3．切削精度的項目及檢驗機床的切削精度是一項綜合精度指標，它不僅反映了機床的幾何精度和定位精度，同時還反映了試件的材料、環(huán)境溫度、刀具性能以及切削條件等各種因素造成的誤差。實質(zhì)上是該坐標軸上一個特殊點的重復定位精度。誤差越大，則定位精度和重復定位精度也越差。和Sj175。一般情況下，重復定位精度是正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是反映軸運動精度穩(wěn)定性的最基本指標。)((Xjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情況下，實際加工的某一坐標軸任意兩點間的距離誤差大約為該軸雙向定位精度的2倍。min（18）ujjmaxjjminb(175。maxXj173。=Xj173。3S175。3S173。+3S175。+3S173。3S175。正、負方向趨近目標位置時的定位精度如下：)A175。2（17）定位精度A可分為單向定位精度Au和雙向定位精度Ab二種。(Xi=1ij175。))2（16）Sj175。(Xi=1nnij173。為備注Sj173。（15）n次單向趨近目標位置Pj時的標準偏差Sj173。《數(shù)控加工工藝及設備》教案內(nèi)容Bj=Xj173。Xi=1ij175。Xi=1nnij173。=n Xj175。的值。備注n次單向趨近目標位置Pj時，可得到單向平均位置偏差Xj173。=Pij175。=Pij173。（l）直線運動定位精度是指數(shù)控機床的移動部件沿某一坐標軸運動時實際值與給定值的接近程度，其誤差稱為直線運動定位誤差。2．定位精度的項目及檢驗數(shù)控機床定位精度是指機床各運動部件在數(shù)控裝置的控制下空載運動所能達到的位置準確程度。以臥式加工中心為例，主要有以下各項：（1）X、Y、Z坐標的相互垂直度；（2）工作臺面的平面度；（3）X軸和Z軸移動工作臺面的平行度；（4）主軸回轉軸心線對工作臺面的平行度；（5）主軸在X、Y、Z各軸方向移動的直線度；（6）X軸移動工作臺邊界定位基準面的平行度；（7）工作臺中心線到邊界定位器基準面之間的距離精度；（8）主軸軸向跳動；（9）主軸孔徑向跳動。1．主要幾何精度項目及檢驗《數(shù)控加工工藝及設備》教案內(nèi)容數(shù)控機床的幾何精度是綜合反映機床的關鍵零部件及其組裝后的幾何形位誤差的指標。（3）平均有效度A 如果把MTBF看作設備正常工作的時間，把MTTR看作設備不能工作的時間，那么正常工作時間與總時間之比稱為設備的平均有效度A，即A=平均無故障時間MTBF =平均無故障時間+故障平均修復時間MTBF+MTTR平均有效度反映了設備提供正確使用的能力，是衡量設備可靠性的一個重要指標。（2）平均修復時間MTTR（Mean time to restore。另外，還有換刀速度和工作臺交換速度，它們也是影響生產(chǎn)效率的性能指標。最大加速度是反映主軸速度提速能力的性能指標，也是加工效率的重要指標。脈沖當量越小，數(shù)控機床的加工精度和加工表面質(zhì)量越高。數(shù)控裝置每發(fā)出一個脈沖信號，反映到機床移動部件上的移動量，通常稱為脈沖當量。2．性能指標（1）分辨率與脈沖當量分辨率是指兩個相鄰的分散細節(jié)之間可以分辨的最小間隔。（6）刀庫容量是指刀庫能存放加工所需刀具的數(shù)量，它反映該機床能加工工序內(nèi)容的多少。聯(lián)動軸數(shù)是指數(shù)控機床同時控制多個進給軸，使它們按規(guī)定的路線和進給速度所確定的規(guī)律運動的進給軸數(shù)目。（5）控制軸數(shù)和聯(lián)動軸數(shù)數(shù)控機床的控制軸數(shù)通常是指機床數(shù)控裝置能夠控制的進給軸數(shù)。（3）承載能力它反映該機床能加工零件的最大重量。擺角范圍是指擺角坐標軸可控的擺角區(qū)間，也反映該機床的加工空間。除上述通用輔助裝置外，還有對刀儀、自動排屑器、物料儲運及上下料裝置等。2．數(shù)控機床的主要輔助裝置數(shù)控機床的輔助裝置是一個完整的機器或裝置，其作用是完成配合機床對零件加工的輔助工作。如數(shù)控裝配機、數(shù)控測量機、機器人等。如數(shù)控電火花線切割機床，數(shù)控電火花成型機床，帶有自動換電極功能的“電加工中心”，數(shù)控激光切割機床，數(shù)控激光熱處理機床，數(shù)控激光板料成型機床，數(shù)控等離子切割機等。如數(shù)控折彎機、數(shù)控沖床、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。比如，在數(shù)控磨床中不僅有數(shù)控外圓磨床，數(shù)控內(nèi)圓磨床，集可磨外圓、內(nèi)圓于一機的數(shù)控萬能磨床，數(shù)控平面磨床，數(shù)控坐標磨床，數(shù)控工具磨床，數(shù)控無心磨床，數(shù)控齒輪磨床，還有專用或專門化的數(shù)控軸承磨床，數(shù)控外螺紋磨床，數(shù)控內(nèi)螺紋磨床，數(shù)控雙端面磨床，數(shù)控凸輪軸磨床，數(shù)控曲軸磨床，能自動換砂