自动换刀装置传动示意图

1. 自动回转刀架的工作原理

数控车床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，根据不同加工对象，可以设计成四方刀架和六角刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。

回转刀架在结构上应具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀尖位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每一次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001~0.005）。

数控车床回转刀架动作的要求是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧刀架。为完成上述动作要求，要有相应的机构来实现，下面就以WZD4型刀架（图1）为例说明其具体结构。

图1 数控车床方刀架结构

1-电机 2-联轴器 3-蜗杆轴 4-蜗轮丝杠 5-刀架底座 6-粗定位盘 7-刀架体

8-球头销 9-转位套 10-电刷座 11-发信体 12-螺母 13、14-电刷 15-粗定位销

该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。当换刀指令发出后，小型电机1起动正转，通过平键套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动蜗轮4转动。刀架体7内孔加工有螺纹，与丝杠连接，蜗轮与丝杠为整体结构。当蜗轮开始转动时，由于加工在刀架底座5和刀架体7上的端面齿处在啮合状态，且蜗轮丝杠轴向固定，这时刀架体7抬起。当刀架体抬至一定距离后，端面齿脱开。转位套9用销钉与蜗轮丝杠4联接，随蜗轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开，转位套正好转过160°（如图A－A剖示所示），球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的槽中，带动刀架体转位。刀架体7转动时带着电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，定位销15在弹簧的作用下进入粗定位盘6的槽中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电机1反转，由于粗定位槽的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮合实现精确定位。电机继续反转，此时蜗轮停止转动，蜗杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电机1停止转动。

译码装置由发信体11、电刷13、14组成，电刷13负责发信，电刷14负责位置判断。当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12调好发信体11与电刷14的相对位置。

这种刀架在经济型数控车床及卧式车床的数控化改造中得到广泛的应用。回转刀架一般采用液压缸驱动转位和定位销定位，也有采用电动机-马氏机构转位和鼠盘定位，以及其它转位和定位机构。

2. 加工中心电主轴的内部结构及动作原理分析

随着电气传动技术（变频调速技术、电动机矢量控制技术等）的迅速发展和日趋完善，高速数 控机床主传动系统的机械结构已得到极大的简化，基本上取消了带轮传动和齿轮传动。机床主轴由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(ElectricSpindle,Motor Spindle)。由于当前电主轴主要采用的是交流高频电动机，故也称为“高频主轴”（High FrequencySpindle)。由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”（Direct Drive Spindle)。

电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，而且转速高、功率大，简化机床设计，易于实现主轴定位，是高速主轴单元中的一种理想结构。 帝益电主轴外观图
电主轴轴承采用高速轴承技术，耐磨耐热，寿命是传统轴承的几倍。
产品特性 高转速、高精度、低噪音、内圈带锁口的结构更适合喷雾润滑。
主要用途 数控机床 ●机电设备 微型电机 ●压力转子 步进电机
电主轴是最近正祥几年举野搏在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置。

电主轴所融合的技术
高速轴承技术
电主轴通常采用动静压轴承、复合陶瓷轴承或电磁悬浮轴承。 动静压轴承具有很高的刚度和阻尼，能大幅度提高加工效率、加工质量、延长刀脊宏具寿命、降低加工成本，这种轴承寿命多半无限长。 复合陶瓷轴承目前在电主轴单元中应用较多，这种轴承滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承套圈仍为钢圈，标准化程度高，对机床结构改动小，易于维护。 电磁悬浮轴承高速性能好，精度高，容易实现诊断和在线监控，但是由于电磁测控系统复杂，这种轴承价格十分昂贵，而且长期居高不下，至今没有得到广泛应用。
高速电机技术
电主轴是电动机与主轴融合在一起的产物，电动机的转子即为主轴的旋转部分，理论上可以把电主轴看作一台高速电动机。关键技术是高速度下的动平衡；
润滑
电主轴的润滑一般采用定时定量油气润滑；也可以采用脂润滑，但相应的速度要打折扣。所谓定时，就是每隔一定的时间间隔注一次油。所谓定量，就是通过一个叫定量阀的器件，精确地控制每次润滑油的油量。而油气润滑，指的是润滑油在压缩空气的携带下，被吹入陶瓷轴承。油量控制很重要，太少，起不到润滑作用；太多，在轴承高速旋转时会因油的阻力而发热。
冷却装置
为了尽快给高速运行的电主轴散热，通常对电主轴的外壁通以循环冷却剂，冷却装置的作用是保持冷却剂的温度。
内置脉冲编码器
为了实现自动换刀以及刚性攻螺纹，电主轴内置一脉冲编码器，以实现准确的相角控制以及与进给的配合。
自动换刀装置
为了应用于加工中心，电主轴配备了自动换刀装置，包括碟形簧、拉刀油缸等；
高速刀具的装卡方式
广为熟悉的BT、ISO刀具，已被实践证明不适合于高速加工。这种情况下出现了HSK、SKI等高速刀具。
高频变频装置
要实现电主轴每分钟几万甚至十几万转的转速，必须用一高频变频装置来驱动电主轴的内置高速电动机，变频器的输出频率必须达到上千或几千赫兹.

结构示意图见：http://ke..com/image/509b9fcbab4a85bd53664f76
外观图见：http://ke..com/image/e49cf911d2794586a6ef3f73

3. 数控基本知识

1.简述立式数控加工中心机床和数控车床的机械的组成结构及其部件，并且简要说明各组成部件的作用。加工中心：基础部件（承受静载荷以及加工时产生的切削负载）；主轴部件（功率输出部件）；进给机构；数控系统（控制中心）；自动换刀系统（减少加工时间）；辅助装置（对加工效率、精度等起保障作用） 车床：控制系统；床身组件（床鞍、主轴箱、刀架、尾座等）；传动系统（滚珠丝杆）；辅助装置 2.说明数控机床与普通机床结构上的不同，为什么？ 1）普通机床有变速箱，数控机床无变速箱2）普通机床有一个电机，而数控机床每个轴一个电机3）机床结构不同4）传动系统不同3.框图描述一下数控系统的基本构成，并且说明其主要作用是什么？（进行刀具和工件间相对运动的控制）构成：I/O装置—数控装置—驱动控制装置（机床电器、PLC）—机床4.用框图描述一下伺服控制系统的基本构成。（见附图）作用：接受来自CNC装置的进给脉冲，经变换和放大，再驱动格加工坐标轴，按指令脉冲运动，进给伺服系统是数控装置和机床机械传动部件间的联系环节。5.简述三相异步交流电机的基本结构，绘出其速度-扭矩特性图。结构：定子（外壳、定子铁芯）；转子（转子铁芯、转子绕组）；端盖；风扇6.简述直流电机的基本结构，绘出其速度-扭矩特性图，与三相异步交流电机相比，直流电机-交流电机的优缺点各是什么？结构：定子（机座、主磁极、换向极、电刷装置）；转子（电枢铁芯、电枢绕组、换向器）。直流（优）电势波形较好，对电磁干扰的影响小；直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑；直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。（缺）由于存在换向器，其制造复杂，价格较高。7.简述PWM变流技术实现的原理。冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。8.简述数控系统控制时加/减速控制的目的。为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡。9.什么叫插补？ 插补：在已知特征点之间插入中间点的密化过程。/ 实际目的：根据有限的信息完成“数据密化”的工作，从而让数控系统根据这些坐标值控制刀具或工件的运动，实现数控加工。10.简述在数控系统控制时位置环增益高/低所影响的因素是什么？位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节。位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度。一是位置测量元件的精度与CNC系统脉冲当量的匹配问题，二是位置环增益系数Kv值的正确设定与调节11.简述光栅检测和感应同步器检测的基本原理。光栅固定在机床活动部件上（工作台），读数头装在机床固定部件上，并且两者相互平行放置，在光源的照射下形成明暗相见的莫尔条纹。通过光敏元件将莫尔条纹的光信号转换为电信号，由驱动线路计算光栅移动的位移。感应同步器：定尺和滑尺平行安装，两个绕组中任一绕组加上激励电压时，由于电磁感应，在定尺绕组上会感应出相同频率的感应电压，通过对感应电压测量，可以精确地测出位移量。12.简述无刷直流电机的结构，与直流电机的区别。结构：主定子；主转子；传感器定子；传感器转子；电子换向开关电路。区别：直流电机是最常见和成本最低的小型电机，并且广泛用于各种应用。无刷直流电机宣称能提供更高可靠性以及更低噪声和成本，以电子组件和传感器取代电刷，调速系统容易使用。

4. 机械手为什么要用气缸

气缸的好处是
1、安抄装设计方便，哪里袭需要那里装，不考虑配合、公差等。可以把机件紧凑化。
2、与机械相比，气缸可以很轻松的实现直线、摆动、加持、吸附等动作。
3、气缸的速度、力量很容易调节。
4、与液压相比。气缸干净、速度快、体积小。
用弹簧结构，还是需要驱动力的，终究在机械、电力、气动、液压中选择。

5. 数控机床刀具夹紧放松原理是什么

机床里有液压油缸，刀具松刀是通过液压油缸来完成，而夹紧是靠主轴内部的蝶形弹簧来实现。

加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）。

机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础。

(5)自动换刀装置传动示意图扩展阅读：

数控机床的加工精度一般可达0.05—0.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量（一般为0.001MM），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

数控机床加工前是经调整好后，输入程序并启动，机床就能有自动连续地进行加工，直至加工结束。

操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检验等工作，劳动强度大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是结合起来，既清洁，又安全。

6. 关于液压系统的计算问题!~高手请进!~

25*1000*9.8/（0.12*0.12/4*3.14）/1000000=21.6MPa
先把吨换算成牛除于有效面积等于Pa,在换算成MPa
考虑油路和阀的勋耗用31.5PMa的液压泵就可以了。