第6章

數控機床機械結構

數控機床的機械結構主要由機床基礎件、主傳動裝置、進給傳動裝置、自動換刀裝置及其它輔助裝置等組成。數控機床的各機械部件相互協調，組成一個復雜的機械系統，在數控系統的指令控制下，實現零件切削加工。由于數控機床的控制方式、加工要求和使用特點等，使數控機床與普通機床在機械傳動和結構上有著十分顯著的變化，在性能方面也提出了新的要求。6.1

概述

1．數控機床機械結構的特點（1）支承件高剛度化

為了提高數控機床的加工精度和抗振性，數控機床的床身、立柱等采用靜剛度、動剛度、熱剛度特性都較好的支承構件。（2）傳動機構簡約化

為了簡化機械傳動結構、縮短傳動鏈，提高傳動精度，數控機床多數采用了高性能的無級變速主軸及伺服傳動系統。（3）傳動元件精密化

為減小摩擦、消除傳動間隙、提高加工效率和獲得高加工精度，數控機床更多地采用了高效傳動部件，如：滾珠絲杠螺母副、滾動導軌、靜壓導軌等。（4）輔助操作自動化

為了改善勞動條件和操作性能，提高勞動生產率，數控機床采用了刀具與工件的自動夾緊裝置、自動換刀裝置、自動排屑裝置及自動潤滑冷卻裝置等。2．數控機床機械結構的基本要求根據數控機床的使用場合和結構特點，對機床的機械結構設計應保證以下要求：（1）提高機床的靜、動剛度如圖6.1(a)、(b)所示，立式加工中心的龍門式結構布局與單立柱式結構布局相比，機床的剛度會得到明顯的提高。而且，即使在切削力的作用下，立柱的彎曲和扭曲變形也大為減少。圖6.1立式加工中心的布局圖6.2(a)、(b)為數控車床為斜床身和平床身的布局。即使兩種床身截面積和轉動慣量相同，斜床身不僅能有效地改善受力條件提高機床剛度，而且斜床身可以設計成封閉式截面，然后再經有限元分析優化機床構件的結構靜剛度。圖6.2數控車床的布局

合理布置支承件的筋板也可以提高構件的靜剛度和動剛度。以交叉布置筋板時，可以得到較好的靜剛度和動剛度。如圖為龍門式加工中心支承件的筋板布置圖。機床的導軌和支承件的連接部分，局部剛度很弱，一般用增加筋板或加強連接部分尺寸，以提高其局部剛度。（2）減少機床的熱變形機床的主軸、工作臺、刀架等運動部件，在運動中極易產生熱量，還有電機、液壓系統等也會產生的大量熱量，若這些熱量傳遞給機床的各個部件，引起溫升，產生熱膨脹，就會改變刀具與工件的正確相對位置，影響了加工精度。機床布局時，為減少內部熱源，盡量將電機、液壓系統等置于機床本體之外。另外，加工過程產生的切屑也是一個不可忽視的熱源，為了快速排除切屑，機床的床身呈傾斜布局，且設置自動排屑裝置，隨時將切屑排到機床外。同時，在工作臺或導軌上設置隔熱防護罩，隔離切屑的熱量。對于難以分離出去的熱源，可采取散熱、冷卻等辦法來降溫，如大流量冷卻液直接噴射切削部位，可迅速地將熾熱切屑帶走，使熱量排出，如圖6.4所示。圖6.4冷卻液直接噴射冷卻裝置有時為控制溫升，采用風冷、油冷或用附加的致冷系統降低溫度。如圖6.5所示為數控車床主軸箱安裝了兩個冷卻風管進行循環散熱。圖6.5主軸箱循環風散熱裝置（3）減少運動間的摩擦和消除傳動間隙數控機床的運動精度和定位精度不僅受機床零部件的加工精度、裝配精度、剛度及熱變形的影響，而且與運動件的摩擦特性有關。（4）提高機床的壽命和精度保持性為了提高機床的壽命和精度保持性，在設計時應充分考慮數控機床零部件的耐磨性，尤其是機床導軌、進給傳動絲杠以及主軸部件等影響加工精度的主要零件的耐磨性。（5）減少輔助時間和改善操作性能在數控機床的單件加工中，輔助時間（非切屑時間）占有較大的比重。要進一步提高機床的生產率，就必須采取措施最大限度地壓縮輔助時間。（6）安全防護和宜人的造型數控機床切削速度高，一般都有大流量與高壓力的冷卻液用于冷卻和沖屑；機床的運動部件也采用自動潤滑裝置，為了防止切屑與冷卻液飛濺，將機床設計成全封閉結構，只在工作區留有可以自動開閉的安全門窗，用于觀察和裝卸工件。6.2

數控機床的主傳動系統

針對不同的機床類型和加工工藝特點，數控機床對其主傳動系統提出了一些特定要求，具體如下：（1）

調速功能

為了適應各種切削工藝的要求，主軸必須能實現無級變速，并具有一定的調速范圍，以保證加工時選用合理的切削用量，獲得最佳切削效率、加工精度和表面質量。（2）功率要求

要求主軸具有足夠的驅動功率或輸出扭矩，能在整個變速范圍內提供切削加工所需的功率和扭矩，特別是滿足機床強力切削加工時的要求。（3）精度要求

主要指主軸的回轉精度。同時，要求主軸要有足夠的剛度、抗振性及較好的熱穩定性。（4）動態響應性能

要求主軸升降速時間短，調速時運轉平穩。6.2.1

主傳動方式

現代數控機床的主傳動系統廣泛采用交流調速電機或直流調速電機作為驅動元件，隨著電機性能的日趨完善，能方便地實現寬范圍的無級變速，且傳動鏈短，傳動件少，變速的可靠性高。數控機床的主傳動方式主要有三種，如圖所示。（a）齒輪變速主傳動方式（b）帶傳動主傳動方式（c）主軸電機直接驅動方式圖6.6數控機床的主傳動方式1.齒輪變速的主傳動方式如圖6.6（a）所示，主軸電機經過二級齒輪變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉速系列，這種分段無級變速，確保低速時的大扭矩，滿足機床對扭矩特性的要求，是大中型數控機床采用較多的一種配置方式。2.帶傳動主傳動方式

如圖6.6（b）所示，主軸電機經帶傳動傳遞給主軸，帶傳動主要采用

V型帶或齒形帶傳動，可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，且其結構簡單、安裝調試方便，應用廣泛。3.主軸電機直接驅動方式如圖6.6（c）所示。電機軸與主軸用聯軸器同軸連接。這種方式大大簡化了主軸結構，有效地提高了主軸剛度。但主軸輸出扭矩小，電機的發熱對主軸精度影響較大。近年來高速加工中心應用較多是電主軸，該主軸本身就是電機的轉子，主軸箱體與電子定子相連。其優點是主軸部件結構更緊湊，質量小，慣性小，可提高啟動、停止的響應特性；缺點同樣是熱變形問題。

電主軸電動機主要由軸承1和5、密封圈2、帶繞組的定子3、空心軸轉子4、冷卻裝置6和8、速度檢測元件7等組成，其結構示意圖如圖6.7所示。圖6.7電主軸結構及外觀圖1、5-陶瓷球軸承2-密封圈3-定子4-轉子6、8-冷卻水出入口7-旋轉變壓器6.2.2

數控機床的主軸部件

數控機床的主軸部件是數控機床的重要組成部分之一，包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動零件等。它的回轉精度影響工件的加工精度，它的功率大小與回轉速度影響加工效率，它的自動變速、準停和換刀影響機床的自動化程度。因此，要求主軸部件具有良好的回轉精度、結構剛度、抗振性、熱穩定性及部件的耐磨性和精度的保持性。1．主軸部件的支承與潤滑根據主軸部件的工作精度、剛度、溫升和結構的復雜程度，合理配置軸承，可以提高主傳動系統的精度。目前數控機床主軸滾動軸承的配置主要有如圖所示的四種形式。2．常用卡盤結構為了減少裝夾工件的輔助時間，數控車床廣泛采用液壓（或氣壓）動力自定心卡盤和彈簧夾頭等，如圖6.9所示。卡盤是機床上夾緊工件的常用機械裝置。（a）中空自定心卡盤（b）中實自定心卡盤（c）彈簧夾頭圖6.9數控車床工件夾緊裝置3．主軸準停裝置

在加工中心上，為了實現自動換刀，使機械手準確地將刀具裝入主軸孔中，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向對準；在鏜孔退刀時，還要求刀具向刀尖徑向的反方向移動一段距離后才能退出，以免劃傷工件，這也需要主軸具有周向定位功能；另外，在通過前壁小孔鏜內壁的同軸大孔，或進行反倒角等加工時，也要求主軸實現準停，以便穿過刀具和退刀。圖6.11為加工中心主軸電氣準停裝置。圖6.11加工中心主軸準停裝置1-主軸2-同步齒形帶3-主軸電機4-永久磁鐵5-磁傳感器4．主軸部件的結構（1）數控車床主軸部件的結構數控車床的主傳動系統一般采用交流無級調速電動機，通過皮帶傳動，帶動主軸旋轉。圖6.12為數控車床主軸外觀圖。圖6.13為數控車床主軸部件的典型結構圖。主軸電動機通過帶輪15把運動傳給主軸7。圖6.12數控車床主軸圖6.13數控車床主軸部件結構1，6，8—螺母；2—同步齒形帶；3，16—同步帶輪；4—脈沖編碼器；5，12，13，17—螺釘；7—主軸；9—箱體；10—角接觸球軸承；11，14—圓柱滾子軸承；15—帶輪

（2）加工中心主軸部件結構及刀具自動夾緊裝置在加工中心上，為了實現夾持刀具的刀柄在主軸上的自動裝卸，除了要保證刀柄在主軸上正確定位之外，還必須設計自動夾緊裝置。自動清除主軸孔內的灰塵和切屑也是換刀過程中的一個重要問題。如果主軸錐孔中落入切屑、灰塵等，在拉緊刀桿時，主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷，甚至會使刀桿發生偏斜，破壞刀桿的正確定位，影響零件的加工精度。6.3

數控機床的進給傳動系統

6.3.1數控機床進給傳動系統要求為確保進給系統的傳動精度和工作穩定性，在設計機械傳動裝置時，應注意以下要求。1）提高傳動精度和剛度數控機床進給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關鍵性的作用，是數控機床的特征指標。為此，首先要保證各個傳動件的加工精度，尤其是提高滾珠絲杠螺母副（直線進給系統）、蝸桿副（圓周進給系統）的傳動精度。2）減少各運動零件的慣量傳動件的慣量對進給系統的啟動和制動特性都有影響，尤其是高速運轉的零件，其慣量的影響更大。3）減少運動件的摩擦阻力機械傳動結構的摩擦阻力，主要來自絲杠螺母副和導軌。4）響應速度快快速響應是伺服系統的動態性能，反映了系統的跟蹤精度。它是工件在加工過程中，工作臺在規定的速度范圍內靈敏而精確地跟蹤指令，且不出現丟步現象。5）穩定性好、壽命長穩定性是伺服進給系統能正常工作的基本條件，系統的穩定性包括在低速進給時不產生爬行、在交變載荷下不發生共振。穩定性與系統的慣性、剛性、阻尼及增益等多個因素有關。6）使用維護方便數控機床屬于高精度自動控制機床，因而進給進給系統的結構設計應便于維護和保養，最大限度地減小維修工作量，以提高機床的利用率。6.3.2

滾珠絲杠螺母副

絲杠螺母副是機床上常用的運動變換機構，按絲杠與螺母的摩擦性質不同將常用的絲杠螺母運動副分為：①滑動絲杠螺母副。絲杠與螺母間的摩擦是滑動摩擦，牙形為梯形，結構簡單，制造方便，但是其定位精度和傳動效率低，易產生爬行現象。主要用于普通機床傳動等；②滾珠絲杠螺母副，數控機床應用最廣泛的一種。下面將詳細介紹這種絲杠螺母副的結構特點、原理和應用。③靜壓絲杠螺母副。1．滾珠絲杠的結構組成滾珠絲杠由絲杠、螺母、滾珠和滾珠返回裝置四部分組成。按照滾珠的循環方式，滾珠絲杠螺母副分內循環方式和外循環方式兩大類。內循環方式指在循環過程中滾珠始終保持和絲杠接觸，如圖6.16所示。圖6.16滾珠絲杠內循環方式1-絲杠；2-反向器；3-滾珠；4-螺母

外循環方式在循環過程中有時滾珠與絲杠脫離接觸，如圖6.17所示。插管5兩端插入與螺紋滾道相切的兩個孔內，彎管兩端部引導滾珠4進入彎管，形成一個循環回路，再用壓板1和螺釘將彎管固定。圖6.17滾珠絲杠外循環方式1—壓板；2—螺母；3—絲杠；4—滾珠；5—插管2．滾珠絲杠螺母副的特點（1）傳動效率高

滾珠絲杠副傳動的效率η高達92%～98%，是普通滑動絲杠副的2～4倍。因此，功率消耗只相當于普通滑動絲杠副的1/4～1/2。（2）定位精度高

滾珠絲杠副發熱率低，溫升小以及在安裝過程中對絲杠采取預拉伸并預緊消除軸向間隙等措施，使滾珠絲杠副具有高的軸向剛度、定位精度和重復定位精度。（3）靈敏度高

由于滾珠與絲杠和螺母之間的摩擦是滾動摩擦，靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小，配以滾動導軌，驅動力矩比普通滑動絲杠副減少2/3以上，運行極其靈敏，在高速時不顫動，低速時無爬行。（4）使用壽命長

由于滾珠絲杠副的磨損小，同時對滾道形狀的準確性、表面硬度、材料的選擇等方面又加以嚴格控制，滾珠絲杠副的精度保持性好，使用壽命長。（5）無自鎖能力

滾珠絲杠副具有傳動的可逆性，無自鎖能力，所以對垂直使用的滾珠絲杠，因于重力的作用，當傳動切斷時不能立即停止運動，應增加自鎖裝置。（6）制造成本高

滾珠絲杠副制造工藝復雜，制造成本較高。3．滾珠絲杠螺母副的選用滾珠絲杠副應該根據機床的載荷和加工要求來合理選用，并進行相關內容的校核。選擇內容包括其精度等級、公稱直徑、導程、長度、支承和預緊等。1）精度等級的選擇根據GB/T17587.3-1998標準，滾珠絲杠副分為定位型(P)和傳動型(T)兩種。精度分為7級，即1、2、3、4、5、7和10級。1級精度最高，依次遞減。2）結構尺寸的選擇滾珠絲杠副的結構尺寸主要有絲杠的公稱直徑D0、螺距t、長度L、滾珠直徑d0等。（1）公稱直徑D0滾珠與螺紋軌道在理論接觸角狀態時包絡滾珠球心的圓柱直徑，是滾珠絲杠的特征尺寸。常見規格有12、14、16、20、25、32、40、50、63、80、90、100mm。（2）螺距t

t越小，螺旋升角小，摩擦力矩小，分辨率高，但傳動效率低，承載能力低，應折中考慮。一般t=4～20mm。（3）絲桿長度L

一般為工作行程＋螺母長度＋（5～10）mm。（4）滾珠直徑d0

滾珠直徑d0越大，承載能力越高，盡量取大值。一般取d0＝0.6t。（5）滾珠的工作圈數、列數和工作滾珠總數對絲桿工作特性影響較大；當前面三項確定后，后兩項也確定了，一般不用用戶考慮。4．滾珠絲杠的支承結構數控機床的進給系統要獲得較高傳動剛度，除了加強滾珠絲杠副本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及支承也是不可忽視的。常用的滾珠絲杠支承形式如圖6.18所示。圖6.18滾珠絲杠在機床上的支承形式（1）一端推力軸承（圖6.18a）

這種安裝方式適用于短絲杠，它的承載能力小，軸向剛度低。一般用于數控機床的調節環節或升降臺式數控銑床的垂直方向。（2）一端推力軸承，另一端深溝球軸承（圖6.18b）

此種方式用于絲杠較長的情況，當熱變形造成絲杠伸長時，其一端固定，另一端能作微量的軸向浮動。（3）兩端裝推力軸承（圖6.18c）

把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預緊拉力，產生預拉伸，可以提高軸向剛度，其軸向剛度為一端固定的4倍左右，但這種安裝方式對絲杠的熱變形較為敏感。（4）兩端推力軸承及深溝球軸承（圖6.18d）

它的兩端均采用雙重支承并施加預緊，使絲杠具有較大的剛度，這種方式還可使絲杠的溫度變形轉化為推力軸承的預緊力。但設計時要求提高推力軸承的承載能力和支承剛度。5．滾珠絲杠的制動滾珠絲杠副的傳動效率高但不能自鎖，在垂直傳動或高速大慣量場合時，需要設置制動裝置。最見的制動方式是電氣方式，即采用電磁制動器，且這種制動器就做在電機內部。圖6.19為FANUC公司伺服電機帶制動器的示意圖。圖6.19電磁制動1-編碼器2-永久磁鐵3-電機轉子4-電磁線圈5-外齒輪6-內齒輪6．滾珠絲杠螺母副的軸向間隙消除和預緊滾珠絲杠副對軸向間隙有嚴格的要求，以保證反向時的運動精度。所謂軸向間隙是指絲杠和螺母無相對轉動時，絲杠和螺母之間最大軸向竄動。它除了結構本身的游隙之外，還包括在施加軸向載荷之后彈性變形所造成的竄動。因此要把軸向間隙完全消除比較困難，通常采用雙螺母預緊的方法，把彈性變形控制在最小的限度內。目前常用的雙螺母預緊結構形式有以下三種。1）雙螺母預緊圖6.20所示為利用雙螺母來調整間隙實現預緊的結構，左螺母1和右螺母7以平鍵2與外套3相聯，其中右螺母7的外伸端沒有凸緣并制有外螺紋。圖6.20雙螺母預緊式滾珠絲杠副結構1-左螺母2-平鍵3-外套4-墊片5-調整圓螺母6-鎖緊圓螺母7-右螺母8-絲杠

2）修磨墊片預緊如圖6.21所示，通過修磨墊片3的厚度，使滾珠絲杠左右螺母1、4產生軸向位移，實現預緊。這種方式結構簡單、剛性好，調整間隙時需卸下調整墊片修磨，為了裝卸方便，最好將調整墊片做成半環結構。圖6.21修磨墊片式滾珠絲杠副預緊結構1-左螺2-鎖緊螺釘3-調整墊片4-右螺母3）齒差式螺母預緊圖6.22為齒差式調整間隙結構。在左右螺母1、2的端部做成外齒輪，齒數分別為Z1、Z2，而且Z1和Z2相差一個齒。圖6.22齒差調隙式滾珠絲杠副預緊結構1-左螺母2-右螺母3、4-內齒圈6.3.3驅動電機與滾珠絲杠的傳動方式驅動電機與滾珠絲杠傳動方式有聯軸器傳動、齒輪傳動和同步齒形帶傳動等。1．聯軸器傳動如圖6.23所示為無鍵彈性環聯軸節結構，它是數控機床進給系統中常用的聯軸節，傳動軸1、2分別插入軸套5的兩端。圖6.23無鍵彈性環聯軸節1、2-傳動軸3-壓蓋4-彈性環5-軸套2．齒輪傳動進給系統采用齒輪傳動的目的：一是將高轉速低轉矩的伺服電機的輸出改變為低轉速大轉矩，獲得更大的驅動力；二是降低滾珠絲杠螺母副、工作臺等進給部件的轉動慣量在系統中所占的比重，提高進給系統的快速性；三是在開環系統中可歸算所需的脈沖當量。齒輪傳動設計時考慮的主要問題是速比和傳動級數的確定，以及齒輪間隙的消除等。3．同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動是利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次嚙合來傳遞運動和動力的，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優點，且無相對滑動，傳動精度高，齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承上的載荷小，傳動效率也高，現已在數控機床上被廣泛應用。此外，由于齒形帶的強度高、厚度小、重量輕，可用于高速傳動（最高線速度可達到80m/s）。在數控機床進給系統中最常用的同步齒形帶結構如圖6.31所示，其工作面有梯形齒和圓弧齒兩種，其中梯形齒同步帶最為常用。圖6.31同步齒形帶1-強力層2-帶背3-帶齒6.3.4數控機床的導軌導軌質量對機床的剛度、加工精度和使用壽命具有很大的影響，作為機床進給系統的重要環節，數控機床的導軌比普通機床的導軌要求更高。現代數控機床采用的導軌主要有塑料滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。1．對導軌的基本要求1）導向精度高導向精度主要指運動部件沿導軌運動時的直線度或圓度。影響導向精度的主要因素有導軌的幾何精度、接觸精度、結構形式、剛度、熱變形及靜壓導軌油膜厚度和油膜剛度。2）足夠的剛度導軌剛度是指導軌在動靜載荷下抵抗變形的能力。導軌要有足夠的剛度，保證在靜載荷作用下不產生過大的變形，從而保證各部件間的相對位置和導向精度。3）良好的摩擦特性導軌的長期運行會引起導軌面的不均勻磨損，破壞導軌的導向精度，從而影響機床的加工精度。導軌的磨損形式主要有：硬粒磨損、咬合和熱焊、疲勞和壓潰等幾種形式。4）低速運動的平穩性在低速運動時，動導軌易產生爬行現象，也就是說機床動導軌在運動中出現時走時停或者時快時慢的現象。導軌爬行會降低工件精度，故要求導軌低速運動平穩，不產生爬行。5）良好的抗振性抗振性主要是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。要求導軌要有適當的粘滯阻尼特性，以防止導軌在高速啟動、制動過程中發生不穩定現象。6）結構工藝性好在滿足設計要求的前提下，導軌應盡量做到制造、維修、保養方便，成本低廉等。2．塑料滑動導軌塑料滑動導軌具有摩擦系數小，動、靜摩擦系數差值小；具有良好的阻尼性，減振性好；具有自潤滑作用，耐磨性好；結構簡單、維修方便、成本低等特點。塑料滑動導軌粘貼在導軌副的運動導軌（上導軌）上，與之相配的金屬導軌采用鑄鐵或鑲鋼淬硬材料。塑料滑動導軌分為注塑導軌和貼塑導軌。（1）貼塑導軌

如圖6.32所示，在動導軌基體3的滑動面上貼一層抗磨的塑料軟帶1，與之相配的導軌滑動面經淬火和磨削加工。圖6.32貼塑導軌（2）注塑導軌

如圖6.33所示，導軌注塑或抗氧化涂層的材料是以環氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份，固化劑為另一組分的雙組份材料，稱為環氧樹脂耐磨涂料。圖6.33注塑導軌1-膠條2-注塑層3-動導軌基體3．滾動導軌

滾動摩擦導軌具有摩擦系數小（=0.0025～0.005），動靜摩擦系數差別小，啟動阻力小，且能微量地準確移動，低速運動平穩，無爬行現象，因而運動靈活，定位精度高，壽命長。（1）滾動導軌塊

如圖6.34所示，滾動導軌塊是一種圓柱滾動體作循環運動的標準結導軌塊的數目與導軌的長度和負載的大小有關，與之相配的導軌多用鑲鋼淬火導軌。6.34滾動導軌塊的結構1—防護板2—端蓋3—滾柱4—導向片5—保持器6—本體（2）直線滾動導軌

直線滾動導軌的結構如圖6.35、圖6.36所示，主要由導軌體1、滑塊7、滾珠4、保持器3、端蓋6等組成。圖6.35直線滾動導軌6.36直線滾動導軌的結構1—導軌體2—側面密封墊3—保持器4—滾珠5—端部密封墊6—端蓋7—滑塊8—潤滑油杯4．靜壓導軌液體靜壓導軌是將具有一定壓力的油液，經節流器輸送到導軌面上的油腔中，油膜將上下導軌表面隔開，實現液體摩擦。這種導軌的摩擦系數小（一般為0.005～0.001）、效率高，能長期保持導軌的導向精度；油膜有良好的吸振性，低速下不易產生爬行，所以在機床上應用廣泛。其缺點是結構復雜，且需備置一套專門的供油系統，制造成本較高。6.4

自動換刀裝置

6.4.1數控車床自動回轉刀架數控車床的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，分為立式和臥式兩種。立式回轉刀架的回轉軸與機床主軸成垂直布置，有四工位、六工位兩種形式，結構比較簡單，簡易型數控車床多采用這種刀架，如圖6.38（a）所示。臥式回轉刀架的回轉軸與機床主軸平行，有六、八、十二等工位，應用廣泛，是數控車床常用的刀架。如圖6.38（b）所示。圖6.38數控車床自動回轉刀架

圖6.39為立式自動回轉刀架的結構圖。其換刀動作是：當數控裝置發出換刀指令后，電機22正轉，并經聯軸套16、軸17，由滑鍵（或花鍵）帶動蝸桿18、蝸輪2、軸1、軸套10轉動。圖6.39立式自動回轉刀架結構

圖6.40為臥式自動回轉刀架結構圖。電動機11帶有制動器，系統發出換刀指令后，首先松開電動機制動器，電動機通過齒輪10、9、8帶動蝸桿7、蝸輪5旋轉。圖6.40臥式自動回轉刀架結構6.4.2

加工中心自動換刀裝置

加工中心帶有自動換刀裝置及刀庫，可使工件在一次裝夾過程中完成鉆、擴、鉸、鏜、攻絲、銑削等多工序的加工，工序高度集中。1．刀庫的種類刀庫的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手或其他換刀方式實現與主軸上刀具的交換。根據刀庫存放刀具的數目和取刀方式，刀庫可設計成不同的形式。1）盤式刀庫2）鏈式刀庫3）斗笠式刀庫2．換刀方式數控機床的自動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式很多，一般分無機械手換刀和機械手換刀兩大類。無機械手的換刀系統一般是把刀庫放在機床主軸可以運動到的位置，或整個刀庫（或某一刀位）移動到主軸箱可以到達的位置，同時，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。

在加工中心中采用機械手進行刀具交換的方式應用最為廣泛，這是因為機械手換刀裝置所需的換刀時間短，換刀動作靈活，如圖6.42所示。圖6.43為換刀機械手的結構。圖6.42機械手換刀裝置圖6.43換刀機械手結構6.5

數控機床的主要輔助裝置

6.5.1數控回轉工作臺回轉工作臺是數控銑床、數控鏜