自動換刀裝置傳動示意圖

1. 自動回轉刀架的工作原理

數控車床上使用的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，根據不同加工對象，可以設計成四方刀架和六角刀架等多種形式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，並按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架在結構上應具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力。由於車削加工精度在很大程度上取決於刀尖位置，對於數控車床來說，加工過程中刀尖位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每一次轉位之後，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.001~0.005）。

數控車床回轉刀架動作的要求是：刀架抬起、刀架轉位、刀架定位和夾緊刀架。為完成上述動作要求，要有相應的機構來實現，下面就以WZD4型刀架（圖1）為例說明其具體結構。

圖1 數控車床方刀架結構

1-電機 2-聯軸器 3-蝸桿軸 4-蝸輪絲杠 5-刀架底座 6-粗定位盤 7-刀架體

8-球頭銷 9-轉位套 10-電刷座 11-發信體 12-螺母 13、14-電刷 15-粗定位銷

該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉位信號由加工程序指定。當換刀指令發出後，小型電機1起動正轉，通過平鍵套筒聯軸器2使蝸桿軸3轉動，從而帶動蝸輪4轉動。刀架體7內孔加工有螺紋，與絲杠連接，蝸輪與絲杠為整體結構。當蝸輪開始轉動時，由於加工在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態，且蝸輪絲杠軸向固定，這時刀架體7抬起。當刀架體抬至一定距離後，端面齒脫開。轉位套9用銷釘與蝸輪絲杠4聯接，隨蝸輪絲杠一同轉動，當端面齒完全脫開，轉位套正好轉過160°（如圖A－A剖示所示），球頭銷8在彈簧力的作用下進入轉位套9的槽中，帶動刀架體轉位。刀架體7轉動時帶著電刷座10轉動，當轉到程序指定的刀號時，定位銷15在彈簧的作用下進入粗定位盤6的槽中進行粗定位，同時電刷13接觸導體使電機1反轉，由於粗定位槽的限制，刀架體7不能轉動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上的端面齒嚙合實現精確定位。電機繼續反轉，此時蝸輪停止轉動，蝸桿軸3自身轉動，當兩端面齒增加到一定夾緊力時，電機1停止轉動。

解碼裝置由發信體11、電刷13、14組成，電刷13負責發信，電刷14負責位置判斷。當刀架定位出現過位或不到位時，可松開螺母12調好發信體11與電刷14的相對位置。

這種刀架在經濟型數控車床及卧式車床的數控化改造中得到廣泛的應用。回轉刀架一般採用液壓缸驅動轉位和定位銷定位，也有採用電動機-馬氏機構轉位和鼠盤定位，以及其它轉位和定位機構。

2. 加工中心電主軸的內部結構及動作原理分析

隨著電氣傳動技術（變頻調速技術、電動機矢量控制技術等）的迅速發展和日趨完善，高速數 控機床主傳動系統的機械結構已得到極大的簡化，基本上取消了帶輪傳動和齒輪傳動。機床主軸由內裝式電動機直接驅動，從而把機床主傳動鏈的長度縮短為零，實現了機床的「零傳動」。這種主軸電動機與機床主軸「合二為一」的傳動結構形式，使主軸部件從機床的傳動系統和整體結構中相對獨立出來，因此可做成「主軸單元」，俗稱「電主軸」(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由於當前電主軸主要採用的是交流高頻電動機，故也稱為「高頻主軸」（High FrequencySpindle)。由於沒有中間傳動環節，有時又稱它為「直接傳動主軸」（Direct Drive Spindle)。

電主軸具有結構緊湊、重量輕、慣性小、振動小、雜訊低、響應快等優點，而且轉速高、功率大，簡化機床設計，易於實現主軸定位，是高速主軸單元中的一種理想結構。 帝益電主軸外觀圖
電主軸軸承採用高速軸承技術，耐磨耐熱，壽命是傳統軸承的幾倍。
產品特性 高轉速、高精度、低噪音、內圈帶鎖口的結構更適合噴霧潤滑。
主要用途 數控機床 ●機電設備 微型電機 ●壓力轉子 步進電機
電主軸是最近正祥幾年舉野搏在數控機床領域出現的將機床主軸與主軸電機融為一體的新技術，它與直線電機技術、高速刀具技術一起，將會把高速加工推向一個新時代。電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件：電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內置編碼器、換刀裝置。

電主軸所融合的技術
高速軸承技術
電主軸通常採用動靜壓軸承、復合陶瓷軸承或電磁懸浮軸承。 動靜壓軸承具有很高的剛度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工質量、延長刀脊宏具壽命、降低加工成本，這種軸承壽命多半無限長。 復合陶瓷軸承目前在電主軸單元中應用較多，這種軸承滾動體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標准化程度高，對機床結構改動小，易於維護。 電磁懸浮軸承高速性能好，精度高，容易實現診斷和在線監控，但是由於電磁測控系統復雜，這種軸承價格十分昂貴，而且長期居高不下，至今沒有得到廣泛應用。
高速電機技術
電主軸是電動機與主軸融合在一起的產物，電動機的轉子即為主軸的旋轉部分，理論上可以把電主軸看作一台高速電動機。關鍵技術是高速度下的動平衡；
潤滑
電主軸的潤滑一般採用定時定量油氣潤滑；也可以採用脂潤滑，但相應的速度要打折扣。所謂定時，就是每隔一定的時間間隔注一次油。所謂定量，就是通過一個叫定量閥的器件，精確地控制每次潤滑油的油量。而油氣潤滑，指的是潤滑油在壓縮空氣的攜帶下，被吹入陶瓷軸承。油量控制很重要，太少，起不到潤滑作用；太多，在軸承高速旋轉時會因油的阻力而發熱。
冷卻裝置
為了盡快給高速運行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。
內置脈沖編碼器
為了實現自動換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內置一脈沖編碼器，以實現准確的相角控制以及與進給的配合。
自動換刀裝置
為了應用於加工中心，電主軸配備了自動換刀裝置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
高速刀具的裝卡方式
廣為熟悉的BT、ISO刀具，已被實踐證明不適合於高速加工。這種情況下出現了HSK、SKI等高速刀具。
高頻變頻裝置
要實現電主軸每分鍾幾萬甚至十幾萬轉的轉速，必須用一高頻變頻裝置來驅動電主軸的內置高速電動機，變頻器的輸出頻率必須達到上千或幾千赫茲.

結構示意圖見：http://ke..com/image/509b9fcbab4a85bd53664f76
外觀圖見：http://ke..com/image/e49cf911d2794586a6ef3f73

3. 數控基本知識

1.簡述立式數控加工中心機床和數控車床的機械的組成結構及其部件，並且簡要說明各組成部件的作用。加工中心：基礎部件（承受靜載荷以及加工時產生的切削負載）；主軸部件（功率輸出部件）；進給機構；數控系統（控制中心）；自動換刀系統（減少加工時間）；輔助裝置（對加工效率、精度等起保障作用） 車床：控制系統；床身組件（床鞍、主軸箱、刀架、尾座等）；傳動系統（滾珠絲桿）；輔助裝置 2.說明數控機床與普通機床結構上的不同，為什麼？ 1）普通機床有變速箱，數控機床無變速箱2）普通機床有一個電機，而數控機床每個軸一個電機3）機床結構不同4）傳動系統不同3.框圖描述一下數控系統的基本構成，並且說明其主要作用是什麼？（進行刀具和工件間相對運動的控制）構成：I/O裝置—數控裝置—驅動控制裝置（機床電器、PLC）—機床4.用框圖描述一下伺服控制系統的基本構成。（見附圖）作用：接受來自CNC裝置的進給脈沖，經變換和放大，再驅動格加工坐標軸，按指令脈沖運動，進給伺服系統是數控裝置和機床機械傳動部件間的聯系環節。5.簡述三相非同步交流電機的基本結構，繪出其速度-扭矩特性圖。結構：定子（外殼、定子鐵芯）；轉子（轉子鐵芯、轉子繞組）；端蓋；風扇6.簡述直流電機的基本結構，繪出其速度-扭矩特性圖，與三相非同步交流電機相比，直流電機-交流電機的優缺點各是什麼？結構：定子（機座、主磁極、換向極、電刷裝置）；轉子（電樞鐵芯、電樞繞組、換向器）。直流（優）電勢波形較好，對電磁干擾的影響小；直流電動機的調速范圍寬廣，調速特性平滑；直流電動機過載能力較強，熱動和制動轉矩較大。（缺）由於存在換向器，其製造復雜，價格較高。7.簡述PWM變流技術實現的原理。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。8.簡述數控系統控制時加/減速控制的目的。為了保證機床在起動或停止時不產生沖擊、失步、超程或振盪。9.什麼叫插補？ 插補：在已知特徵點之間插入中間點的密化過程。/ 實際目的：根據有限的信息完成「數據密化」的工作，從而讓數控系統根據這些坐標值控制刀具或工件的運動，實現數控加工。10.簡述在數控系統控制時位置環增益高/低所影響的因素是什麼？位置環是控制各坐標軸按指令位置精確定位的控制環節。位置環將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。一是位置測量元件的精度與CNC系統脈沖當量的匹配問題，二是位置環增益系數Kv值的正確設定與調節11.簡述光柵檢測和感應同步器檢測的基本原理。光柵固定在機床活動部件上（工作台），讀數頭裝在機床固定部件上，並且兩者相互平行放置，在光源的照射下形成明暗相見的莫爾條紋。通過光敏元件將莫爾條紋的光信號轉換為電信號，由驅動線路計算光柵移動的位移。感應同步器：定尺和滑尺平行安裝，兩個繞組中任一繞組加上激勵電壓時，由於電磁感應，在定尺繞組上會感應出相同頻率的感應電壓，通過對感應電壓測量，可以精確地測出位移量。12.簡述無刷直流電機的結構，與直流電機的區別。結構：主定子；主轉子；感測器定子；感測器轉子；電子換向開關電路。區別：直流電機是最常見和成本最低的小型電機，並且廣泛用於各種應用。無刷直流電機宣稱能提供更高可靠性以及更低雜訊和成本，以電子組件和感測器取代電刷，調速系統容易使用。

4. 機械手為什麼要用氣缸

氣缸的好處是
1、安抄裝設計方便，哪裡襲需要那裡裝，不考慮配合、公差等。可以把機件緊湊化。
2、與機械相比，氣缸可以很輕松的實現直線、擺動、加持、吸附等動作。
3、氣缸的速度、力量很容易調節。
4、與液壓相比。氣缸干凈、速度快、體積小。
用彈簧結構，還是需要驅動力的，終究在機械、電力、氣動、液壓中選擇。

5. 數控機床刀具夾緊放鬆原理是什麼

機床里有液壓油缸，刀具松刀是通過液壓油缸來完成，而夾緊是靠主軸內部的蝶形彈簧來實現。

加工零件改變時，一般只需要更改數控程序，可節省生產准備時間；機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產率高（一般為普通機床的3~5倍）。

機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；有利於生產管理的現代化。數控機床使用數字信息與標准代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設計、製造及管理一體化奠定了基礎。

(5)自動換刀裝置傳動示意圖擴展閱讀：

數控機床的加工精度一般可達0.05—0.1MM，數控機床是按數字信號形式控制的，數控裝置每輸出一脈沖信號，則機床移動部件移動一具脈沖當量（一般為0.001MM），而且機床進給傳動鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數控裝置進行曲補償，因此，數控機床定位精度比較高。

數控機床加工前是經調整好後，輸入程序並啟動，機床就能有自動連續地進行加工，直至加工結束。

操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具准備、加工狀態的觀測、零件的檢驗等工作，勞動強度大降低，機床操作者的勞動趨於智力型工作。另外，機床一般是結合起來，既清潔，又安全。

6. 關於液壓系統的計算問題!~高手請進!~

25*1000*9.8/（0.12*0.12/4*3.14）/1000000=21.6MPa
先把噸換算成牛除於有效面積等於Pa,在換算成MPa
考慮油路和閥的勛耗用31.5PMa的液壓泵就可以了。