《機床數(shù)控技術(shù)》-許德章 習(xí)題及答案 第七章答案

第七章數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)7-1數(shù)控機床在機械結(jié)構(gòu)方面有哪些主要特點?答：數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計已形成自己的獨立體系，其主要結(jié)構(gòu)特點有：靜、動剛度高?？拐裥院脽岱€(wěn)定性好靈敏度高自動化程度高、操作方便7-2數(shù)控機床的主軸軸承配置有哪些方式?各適用于什么場合?答：配置方式主要有三種：前支承采用雙列圓柱滾子軸承和雙列60°角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承。普遍應(yīng)用于各類數(shù)控機床。前支承采用多個高精度角接觸球軸承。適用于高速、輕載和精密的數(shù)控機床主軸。前支承采用雙列圓柱滾子軸承，后支承采用單列圓錐滾子軸承。適用于中等精度、低速與重載的數(shù)控機床。7-3加工中心主軸內(nèi)的刀具自動裝卸的工作原理是什么?答：加工中心主軸內(nèi)的刀具自動裝卸，是指通過自動換刀系統(tǒng)實現(xiàn)在加工過程中切換不同類型或規(guī)格的刀具。其工作原理如下：(1)刀庫儲存：加工中心通常會配置一個刀庫，用于存放多個刀具。刀具被安置在刀庫的刀位中，并根據(jù)編程或設(shè)定的順序進行編號。刀庫可以是直接集成在機床內(nèi)部的刀塔式刀庫，也可以是獨立的刀庫模塊。(2)自動換刀系統(tǒng)：加工中心配備自動換刀系統(tǒng)，它由換刀臂、換刀桿和換刀器等組成。自動換刀系統(tǒng)的動作受控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動，以完成刀具的裝卸操作。(3)換刀操作：根據(jù)加工程序的要求或人機界面的輸入，控制系統(tǒng)會發(fā)送換刀信號，觸發(fā)自動換刀系統(tǒng)的動作。換刀臂移動到刀庫區(qū)域，并伸出換刀桿。(4)刀具選?。簱Q刀桿按照預(yù)設(shè)的選擇方式（例如指定刀位序號、特定刀具尺寸等）將需要的刀具夾取。(5)主軸卸載：一旦刀具被夾取，換刀臂將其移動到加工中心主軸處。通過控制換刀器，卸下當(dāng)前主軸內(nèi)的刀具。(6)主軸裝載：換刀臂將已選取的新刀具放置到主軸內(nèi)，并通過換刀器進行夾緊固定。(7)完成換刀：當(dāng)新刀具固定在主軸內(nèi)后，換刀臂退回到刀庫區(qū)域，自動換刀系統(tǒng)完成一次換刀操作。通過以上步驟，加工中心可以實現(xiàn)刀具的自動裝卸?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)加工需求選擇刀具，并指揮自動換刀系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)程序進行切換操作。這樣可大大提高生產(chǎn)效率，減少了手動換刀的時間和人力成本，并且保證了切削工藝的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。7-4主軸準(zhǔn)停的意義是什么，如何實現(xiàn)主軸準(zhǔn)停？答：主軸轉(zhuǎn)準(zhǔn)停（也稱為主軸定位）是一種機械運動控制技術(shù)，它的意義在于確保機械系統(tǒng)中的主軸或旋轉(zhuǎn)裝置在需要停止或精確定位時能夠準(zhǔn)確停止，并保持穩(wěn)定的位置。實現(xiàn)主軸準(zhǔn)停通常需要以下步驟：(1)傳感器檢測：使用合適的傳感器（例如編碼器）監(jiān)測主軸的位置和速度。這些傳感器可以提供關(guān)于主軸當(dāng)前狀態(tài)的反饋信號。(2)控制系統(tǒng)：將傳感器的反饋信號輸入到控制系統(tǒng)中。控制系統(tǒng)可以是基于硬件的控制器或軟件算法，負(fù)責(zé)分析和處理傳感器信號。(3)控制算法：根據(jù)傳感器的反饋信號，控制算法計算出控制指令。這些指令將傳遞給驅(qū)動器或執(zhí)行器，以調(diào)整主軸的位置和速度。(4)驅(qū)動器或執(zhí)行器：根據(jù)控制指令，驅(qū)動器或執(zhí)行器對主軸進行調(diào)整，使其準(zhǔn)確停止或精確定位。7-5數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中有哪些機械環(huán)節(jié)，各有什么要求?答：有齒輪副、滾珠絲杠螺母副。設(shè)計齒輪副時要考慮齒輪副的傳動級數(shù)和速比分配，以及齒輪傳動間隙的消除。滾珠絲杠螺母副要實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動與直線移動之間的關(guān)系，在垂直安裝時必須附加制動機構(gòu)。7-6分別說明直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪，以及錐齒輪的傳動間隙的消除方法有哪些？答：直齒圓柱齒輪的傳動間隙消除方法有偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法，雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除方法是軸向墊片消除調(diào)整法，軸向壓簧錯齒調(diào)整法。錐齒輪傳動間隙的消除方法是柔性調(diào)整法。7-7滾珠絲杠螺母副的特點是什么？答：其特點是：摩擦系數(shù)小，傳動效率高，所需傳動轉(zhuǎn)矩?。混`敏度高，傳動平穩(wěn)，不易產(chǎn)生爬行，隨動精度和定位精度高；磨損小，壽命長，精度保持好；可通過預(yù)緊和間隙消除措施提高軸間剛度和反向精度；運動可具可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，也可以將直線運動變動旋轉(zhuǎn)運動。7-8滾珠絲杠螺母副的滾珠有哪兩類循環(huán)方式？常用的結(jié)構(gòu)型式是什么？答：有外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種結(jié)構(gòu)。外循環(huán)又分為插管式和螺旋槽式，常用的是插管式。內(nèi)循環(huán)的結(jié)構(gòu)是在螺母的側(cè)孔中裝有圓柱凸輪式反向器，反向器上銑有S型回珠槽，將相鄰兩螺紋滾道聯(lián)接起來。滾珠從螺紋滾道進入反向器，借助反向器迫使?jié)L珠越過絲杠牙頂進入相鄰滾道。7-9試述滾珠絲杠螺母副軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊的基本原理，常用哪幾種結(jié)構(gòu)型式？答：采用雙螺母結(jié)構(gòu)，利用兩個螺母的相對軸向位移，使兩個滾珠螺母中的滾珠分別貼緊在螺旋滾道的兩個相反的側(cè)面上。預(yù)緊力不宜過大，防止空載力矩增加。常用的結(jié)構(gòu)型式有：墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式。7-10滾珠絲杠螺母副在機床上的支承方式有幾種？各有何優(yōu)缺點？答：一端安裝推力軸承的方式：承載能力小，軸向剛度低，適用于行程小的短絲杠。一端安裝推力軸承，另一端安裝深溝球軸承的方式：當(dāng)熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能做微量的軸向浮動，適用于絲杠較長的情況。兩端安裝推力軸承的方式：安裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，可以提高軸向剛度。但這種安裝方式對絲杠的熱變形比較敏感。兩端安裝推力軸承及深溝球軸承的方式：兩端均采用雙重支承并施加預(yù)緊力，使絲杠具有較大的剛度。還可以使絲杠的變形轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，但設(shè)計時要要求提高推力軸承的承載能力和支架的剛度。7-11數(shù)控機床的導(dǎo)軌有哪些類型?各有何特點?答：分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點，在數(shù)控機床上廣泛使用。滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)很小，動、靜摩擦系數(shù)相差很小，運動輕便靈活，所需功率小，精度好，無爬行，應(yīng)用廣泛。現(xiàn)代數(shù)控機床常采用的滾動導(dǎo)軌有滾動導(dǎo)軌塊和直線滾動導(dǎo)軌兩種。靜壓導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，效率高，能長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度；其承載油膜有良好的吸振性，低速下不易產(chǎn)生爬行，因此在機床上得到日益廣泛的應(yīng)用。一般多用于重型機床。7-12數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功用如何？試述其工作原理。答：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要作用是根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)出的指令脈沖信號，完成圓周進給運動，進行各種圓弧加工或曲面加工；另外，也可以進行分度工作。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的工作原理如下：(1)控制系統(tǒng)設(shè)置：在數(shù)控機床的控制系統(tǒng)中，通過編程或人機界面輸入所需的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)角度和停止位置等。(2)信號傳遞：控制系統(tǒng)將設(shè)置好的旋轉(zhuǎn)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，并通過控制信號線路傳遞給回轉(zhuǎn)工作臺上的伺服驅(qū)動器。(3)伺服驅(qū)動器控制：回轉(zhuǎn)工作臺上安裝有伺服驅(qū)動器，它接收到來自控制系統(tǒng)的信號后，會根據(jù)指令控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。(4)驅(qū)動電機動作：驅(qū)動電機接收到伺服驅(qū)動器的控制信號后，會開始運轉(zhuǎn)，使得回轉(zhuǎn)工作臺開始旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動電機可以采用直流電機或交流伺服電機，具體的類型和結(jié)構(gòu)取決于回轉(zhuǎn)工作臺的設(shè)計和性能要求。(5)多軸同步控制（可選）：如果數(shù)控機床具有多個控制軸（例如同時需要進行X、Y、Z軸運動），那么控制系統(tǒng)將對各軸進行同步控制，以確?；剞D(zhuǎn)工作臺與其他軸的協(xié)調(diào)運動。通過以上步驟，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可以按照預(yù)定的角度和速度進行旋轉(zhuǎn)，使工件在加工過程中達到所需的位置和姿態(tài)。這種控制方式實現(xiàn)了高精度、高效率的加工操作，并且可以自動化地進行多種不同面向的加工任務(wù)。7-13分度工作臺的功用如何？試述其工作原理？答：功用：按照數(shù)控裝置的指令，在需要分度時，工作臺連同工件回轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，有時也可采用手動分度。分度工作臺只能完成分度工作，不能實現(xiàn)圓周進給，并且其分度運動只限于完成規(guī)定的角度。定位銷式分度工作臺工作原理：如書中7-29，數(shù)控裝置發(fā)出指令，由電磁閥控制下底座20上六個均布的鎖緊液壓缸9中的液壓油經(jīng)環(huán)形槽流回油箱，活塞22被彈簧21頂起，工作臺處于松開狀態(tài)。同時消除間隙液壓缸6卸荷，液壓缸中的液壓油流回油箱。油管15中的液壓油進人中央液壓缸16使活塞17上升，并通過螺柱18、支座5把推力軸承13向上抬起15mm。固定在工作臺面上的削邊定位銷8從定位襯套7中拔出。數(shù)控裝置再發(fā)出指令使液壓馬達轉(zhuǎn)動，帶動固定在分度工作臺2下面的大齒輪10轉(zhuǎn)動進行分度。分度時工作臺的旋轉(zhuǎn)速度由液壓馬達和液壓系統(tǒng)中的單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)，分度初始時做快速轉(zhuǎn)動，在將要到達規(guī)定位置前減速，減速信號由大齒輪10上的擋塊1

(共八個，周向均布)碰撞限位開關(guān)發(fā)出。當(dāng)擋塊1碰撞第二個限位開關(guān)時，分度工作臺停止轉(zhuǎn)動，同時另一削邊定位銷8正好對準(zhǔn)定位襯套7的孔。鼠牙盤式分度工作臺工作原理：先是分度工作臺上升，鼠牙盤脫離嚙合，完成分度前的準(zhǔn)備工作。再使工作臺回轉(zhuǎn)分度，分度運動的速度可由節(jié)流閥控制齒條活塞8的運動速度來調(diào)整。最后使分度工作臺下降，并定位壓緊，分度工作完畢。7-14螺旋升降式四方刀架有何特點？簡述其換刀過程？答：特點：可安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程序指定。工作過程：換刀指令發(fā)出后，刀架抬起，抬至一定距離后，端面齒輪脫開，刀架轉(zhuǎn)位。當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時，刀架實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。當(dāng)電動機繼續(xù)反轉(zhuǎn)，蝸輪停止轉(zhuǎn)動，刀架處理夾緊狀態(tài)。7-15轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置有何特點？簡述其換刀過程？答：特點：轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置通常采用環(huán)狀的刀庫結(jié)構(gòu)，刀具被安置在刀庫的刀位中。刀庫分為內(nèi)圈和外圈，每個刀位上都配置一個刀具。轉(zhuǎn)塔頭是轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置的核心部件，它通過旋轉(zhuǎn)的方式來實現(xiàn)刀具的選取和裝卸。轉(zhuǎn)塔頭上設(shè)有多個刀位，并可根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)到指定的刀位位置。換刀過程：開始換刀信號觸發(fā)轉(zhuǎn)塔頭運動?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送換刀指令，轉(zhuǎn)塔頭開始旋轉(zhuǎn)。步驟2：轉(zhuǎn)塔頭旋轉(zhuǎn)到指定的刀位位置。刀具選取完成后，轉(zhuǎn)塔頭停止旋轉(zhuǎn)。步驟3：換刀臂移動到刀庫區(qū)域，并伸出夾取裝置。夾取裝置通過機械手、氣動夾緊器或其他方式夾持住當(dāng)前刀具。步驟4：轉(zhuǎn)塔頭開始逆時針旋轉(zhuǎn)，將當(dāng)前刀具帶到換刀臂面前。步驟5：換刀臂收回，將當(dāng)前刀具卸下并放置在指定位置上，完成卸載。步驟6：轉(zhuǎn)塔頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，將所需的新刀具旋轉(zhuǎn)到換刀臂前方。步驟7：換刀臂伸出，夾持住新刀具。步驟8：轉(zhuǎn)塔頭逆時針旋轉(zhuǎn)，將新刀具帶到主軸處。步驟9：換刀臂將新刀具安裝到主軸內(nèi)，并通過換刀器進行夾緊。步驟10：換刀臂歸位，轉(zhuǎn)塔頭停止旋轉(zhuǎn)，完成一次換刀操作。7-16JCS-013型機床的換刀有何特點？并簡述其換刀過程。答：是目前應(yīng)用最為普遍的一種裝置，布局結(jié)構(gòu)多種多樣。四排鏈?zhǔn)降稁旆种脵C床的左側(cè)，由裝在刀庫與主軸之間的單臂往復(fù)交叉雙機械手進行換刀。換刀過程：先是讓機械手架處于最高位置，為換刀做好準(zhǔn)備。上一工步結(jié)束，機床立柱后退，主軸箱上升，使主軸處于換刀位置。卸刀機械手前伸，抓住主軸上已用過的T05號刀具。機械手架由滑座帶動，沿刀具軸線前移，將T05號刀具從主軸上拔出。卸刀機械手縮回原位。裝刀機械手前伸，使T09號刀具對準(zhǔn)主軸。機械手架后移，將T09號刀具插入主軸。裝刀機械手縮回原位。機械手架回轉(zhuǎn)180°，使裝刀、卸刀機械手轉(zhuǎn)向刀庫。機械手架由橫梁帶動下降，卸刀機械手將T05號刀具插回P05號刀套中。將T46號刀具送到刀具位置，由裝刀機械手將T46號刀具取出。把P09號刀具送到換刀位置，機械手架上升至最高位置。7-17常用的刀具交換裝置有哪幾種？各有何特點？答：通常分為由刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換和采用機械手交換刀具兩類。利用刀庫與機床主軸的相對運動實現(xiàn)刀具交換裝置特點：換刀時首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，兩個動作不可能同時進行，換刀時間較長。刀庫-機械手的刀具交換裝置特點：機械手換刀有很大的靈活性，可以縮短換刀時間，這種方式應(yīng)用最廣泛。7-18常見的機械手有幾種型式？各有何特點？答：常見的機械手型式有：單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手：可以回轉(zhuǎn)不同的角度，進行自動換刀，手臂上只有一個卡爪，不論在刀庫上還是在主軸上，均靠這一個卡爪來裝刀及卸刀，換刀時間較長。單臂雙爪回轉(zhuǎn)式機械手：有兩個卡爪，一個只執(zhí)行從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務(wù)，另一個則執(zhí)行取出“新刀”送到主軸的任務(wù)，換刀時間有所減少。雙臂回轉(zhuǎn)式機械手：兩臂各有一個卡爪，可同時抓取刀庫及主軸上的刀具，回轉(zhuǎn)180°后又同時將刀具放回刀庫及裝入主同。換刀時間更少，是最常用的一種型式。雙機械手：相當(dāng)于兩個單臂單爪機械手，互相配合起來進行自動換刀。雙臂往復(fù)交叉式機械手：可以實現(xiàn)往復(fù)運動，并交叉成一定角度，整個機械手沿某導(dǎo)軌直線移動或繞某個轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀庫與主軸間的運刀工作。雙臂端面夾緊式機械手：其只是在夾緊部位上與前幾種不同，需夾緊刀柄的兩個端面。7-19數(shù)控機床為何需專設(shè)排屑裝置？目的何在？答：主要是為了有效處理加工過程中