3．静压导轨
静压导轨的摩擦系数极小（约为。aoa 5>，功率消耗少，由于系统液体摩擦，故导轨 奢损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载 大、刚度好、吸振性良好，导轨运行平稳，既无爬行，也不产生振动。但静压导轨结 杂，并需要有一个具有良好过滤效果的液压装置，制造成本较高。目前，静压导轨较 应用在大型、重型数控机床上
第三节数控机床的自动换刀装置
在零件的加工制造过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸、测量和搬运零件等非切 司上，切削加工时间占整个工时中较小的比例为了进一步压缩非切削时间，数控机 朗着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的方向发展口这就是近年来带有自动换刀 钓多工序数控机床得以迅速发展的原因。为此，更进一步发展和完善各类刀具自动更 置．扩大换刀数量，以便实现更为复杂的换刀操作。这不仅可以提高机床的生产效 犷大数控机床的功能和使用范围，而且，由于零件在一次安装中完成多工序加工，大 少了零件的装夹次数，进一步提高了零件的加工精度
自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储存量、结构 及安全可靠等要求
一、回转刀架换刀装置
致控车床匕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 或四工位（四方）、六工位、八工位以及十二工位等更多工位刀架的形式，在回转刀 喧不同工位可安装不同数量与形式的刀长．并按数控系统的指令换刀，完成各工序的 加工
虱转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车 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 了调整，因此．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 立之后、具有尽可能高的重复定位精度，一般为o. N5-0. of～）。目前，回转刀架
型较多，其工作原理主要如图艺一皿所示。
到2-21n为螺母升降转位刀架，电动机1经安全离合器5，至蜗轮副6带动螺母7旋 集母7举起刀架3使端齿盘的上齿盘2与下齿盘1分离，随即电动机4带动刀架旋转 然后给系统发出信号反转锁紧。 到2-216为十字槽轮转位刀架，销子9每转一周刀架转过一个工位，如四X77架为900, 到2-21c为凸轮棘爪式刀架，蜗轮带动端面凸轮14相对于相对的端面凸轮13转动， 架的上下齿盘脱开，然后利用棘轮机构推动刀架体12转过所需的工位，最后利用电气元件发出电动机反转信号而锁紧刀架。
图z-zid为电磁式刀架，利用线圈通电时的电磁力使刀架定位锁紧
上述回转刀架中．于字槽轮转位刀架体积大．占用空间多，相对地减少了机床的切削
区域凸轮棘爪式转位刀架不易做到可靠定位电磁式转位刀架则需多一套控制电路．并 要有断电保护；螺母升降式转位刀架零件较多．但定位叮靠，目前使用较多‘
一般情况下，回转刀架的换刀动作主要包括刀架抬起、刀架转位、刀架压紧等几个步
骤。具体结构在第三单元的数控车床示例中介绍＿
图2一21回转刀架基本类型的工作原理
a）螺母升降转位刀架h) t-O,轮转C %1架，）rSSe\棘爪式刀架d) $m式刀架 I. 10一下齿盘. 11一上齿盘9. F. I'=一刀架体k. I?一电动机气一离合器 石一蜗轮副？丝杠螺母副9一销钉1i. 11一端面凸轮1i. 16一种轮副
二、多主轴转塔头换刀装置
在带有旋转刀具的数控钻撞铣床上，通过多主轴转塔头来换刀是一种比较简单的换刀 方式。这种机床的主轴转塔头就是一个转塔刀库，转塔头有卧式和立式两种。如图2_9z 所示为数控转塔式键铣床的外观图．人方形转塔头上装有八根主轴，每根主轴上装有一把 刀具。根据工序的要求按顺序自动地将装有所需要的刀具主轴转到工作位置，实现自动 换刀，同时接通主传动。不处在工作位置的主轴便与主传动脱开。转塔头的转位（即换 刀）由槽轮机构来实现，每次换刀包括转塔头脱开主轴传动、转塔头抬起、转塔头转位和 转塔头定位压紧等步骤。最后主轴传动重新接通，这样完成了转塔头转位、定位动作的全种自动换刀装置储存刀具的数量较少，适用于加工较简单的工件。其优点是结构简 去了自动松夹、卸刀、装刀、夹紧以及刀具搬运等一系列复杂的操作，从而提高了 可靠性，并显著地缩短了换刀时间但由于空间位置的限制，主轴部件的结构不可 得十分坚实，因而影响了主轴系统的刚度它适用于工序较少，精度要求不太高的 、锉、铣床等。
、刀库一机械手自动换刀系统
多主轴转塔头换刀装置不同，这种自动换刀装置有一个专做储存刀具用的刀库，机 一个夹持刀具进行切削的刀具主轴，刀库一机械手自动换刀系统的换刀过程比较复 先要把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预 ．插人刀库中。当需用某一刀具进行切削加工时，将该刀具自动地从刀库移至刀具 ．切削完毕后，又将用过的刀具自动地从刀具主轴上移回刀库中，其刀具的交换方 分为通过刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换（见图2-2劝，以及采用机械 刀具（见图2-24）两大类。前者换刀时必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再 中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间较长；而后者机械手换 很大的灵活性，这种刀库可储存较多的刀具，自动换刀时，机械手把机床主轴已用 具送回刀库，同时从刀库中取出下一工序所需刀具送往主轴，换刀时间重叠，因而 间短．加工效率高，适用于加工各种较复杂的工件．及所需刀具数量多的自动换刀 铣床。
田2-22带主轴转塔头的数控机床图z-za刀库一主轴自动换刀数控机床 l一转塔头才一机床主体1一主油箱2一主轴3一刀4—刀库5一工件
图2-24刀库一机械手自动换刀数控机床
1一刀库2机械手3一主轴箱毛立柱
采用刀库一机械手自动换刀系统．需要增加刀具的自动夹紧、放松机构、刀具运动及
定位机构，常常还需要有清洁刀柄及刀孔、刀座的装置因而结构复杂。换刀过程动作 多，同时影响换刀工作可靠性的因素也较多＿ 第四节数控机床常用位置检测装置
一、概述
1.位置检测装置的要求
在闭环与半闭环伺服控制系统中，必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移
量随时检测出来，与给定的控制值（指令信号）进行比较，从而控制驭动系统正确运转，
使工作台（或刀具）按规定的轨迹和坐标移动。位置检测装置是伺服系统的重要组成部
分，它对于提高数控机床加工精度起着决定性的作用，就好像起着人的眼睛和刻度盘的作
用。为此，检测元件应满足的要求是：工作可靠，抗干扰性强；满足数控机床的精度和速
度的要求；维护方便；成本低等。 2．位置检测装置的分类
不同类型的数控机床对于检测系统的精度与速度有不同的要求。一般来说，对于大型
数控机床以满足速度要求为主，而对于中小型和高精度数控机床以满足精度要求为主。按
常用检测装置的基本工作原理，其分类见表2-2
数字式和模拟式检测。从检测信号的类型来分，检测元件可分为数字式和模拟 种检测元件既可以做成数字式，也可以做成摸拟式，主要取决于使用方式和测量 渭数字式是指将机械位移转变为数字脉冲的测量装置，而模拟式是指机械位移量 压幅值或相位的测量装置
增量式和绝对式检测。从铡量的方式来分，检测元件可分为增量式和绝对式。增 的是相对位移量，即位移的增量值，工作台移动的距离是靠对测量信号的计数后 听以．数控机床上往往要给出一个固定的参考点，增量式检测元件就是反映相对 的增量值。增量式装置比较简单，应用较广
式检测的是位移的绝对位置，每一被测点均有一个相应的信号作为测量值。检测 吴差，一旦切断电源后位置信息也不丢失，但结构复杂。
旋转型和直线型。就检测元件的本身来分，可分为旋转型和直线型。旋转型也称 ．由于机床工作台的直线位移与驱动电动机的旋转角度有固定的比例关系，因 襄用检测驱动电动机的旋转角度来间接侧得工作台的移动量，由此所构成的位置 是半闭环控制系统。旋转型无检测长度的限制，使用方便可靠。但测量信号加人 劝转变旋转运动的传动链误差，测量精度略低些
到也称直接检测，就是对机床工作台的直线移动采用直接直线检测，直观地反映 ，其所构成的位置检测系统是全闭环控制系统，其检测装置要与行程等长。对于 丸床来说，受到了一定限制，常用于精度要求较高的中小型数控机床上。 常用位置检测装置
九床上常用的检测装置主要有脉冲编码器、感应同步器、旋转变压器、光栅和磁 冲编码器
扁码器也称脉冲发生器，是一种角位移检测装置，它是把机械转角变成电脉冲输 左行检测的。就其工作原理有光电式、接触式和电磁感应式三种。光电式编码器 阳可靠性在数控机床上得到了普遍地使用。按编码的方式，这种编码器又可分为 色对式光电脉冲编码器。
（1）增量式光电脉冲编码器的工作原理。通常说的脉冲编码器是指增盘式光电脉冲编 码器。如图2-25所示，它主要由一个透光圆盘、光栏板、光源和光电元件等组成