环境工程设备教案

环境工程设备教案（精选8篇）

1.环境工程设备教案 篇一

《物流设施与设备》教案 上海市徐汇区业余大学 严顺良

(南汇05、06级物流管理班)【课题】第三章 现代仓储设施设备（4学时）

【课型】理论课 【学习目标】

·了解仓库分类及不同仓库的特点 ·建立对仓库设施设备的初步认识

·对托盘、货架、叉车等仓库常用设备建立一定的感性认识 ·了解自动化仓库的特点

· 对自动化仓库的发展前景有一定认识 【主要内容】 ·仓库的概念及分类 ·主要仓储设施、设备 ·托盘的概念、种类、标准化 【重点】

·主要的仓储设施 ·主要的仓储设备 ·托盘标准化 ·货架的分类 ·叉车的种类

· 自动化立体仓库的概念及分类 【难点】

·仓储设施、设备的标准化 ·自动化立体仓库的类型及作用 【教学方法】 ·多媒体教学 ·讲授（现场教学）【教学设计】

首先以案例导入：现代化的仓储设施、设备对发展现代物流业的重要作用，以此为切入点引出学习本章的意义；其次按照章节内容、结合仓储企业逐一讲解仓库的分类、仓储建筑物、装卸搬运设备、保管设备、及各项库场设备、托盘、货架、叉车等内容，最后结合国内外现代物流发展现状突出介绍仓储设施设备的标准化以及自动化立体仓库的类型、作用、前景。

【教具学具准备】 自制教学课件。【教学过程】

1.案例情景, 导入课程

通过案例讲解,请学生认识到现代化的仓储设施、设备对发展现代物流业的重要作用，以此为切入点引出学习本章的意义。

2.结合现场教学，细致讲解。

本章中涉及仓储企业众多的设施设备，为了使学生既有感性认识又有理性认识，对本章中的仓储建筑物、装卸搬运设备、保管设备、及各项库场设备、托盘、货架、叉车等安排课后现场参观考察。

3.比较归纳,突出重点

本章的讲解不仅应让学生了解仓储企业众多的设施设备，还应该突出重点：仓储设施、设备的标准化的涵义。

3．1 仓库概述

3.1.1仓库的概念

仓库在物流系统中是主要承担保管功能的场所，包括库房、料棚、露天货场。3.1.2 仓库的分类：

由于仓库经营主体的不同、仓储对象的不同、经营方式的不同、仓储功能的不同，使得仓库有不同的分类且不同的仓储活动具有不同的特性：

1.按仓库经营主体划分：企业自营仓库、商业营业仓库、公共仓库、战略物资储藏仓库

2.按仓储对象划分：普通物品仓库、特殊物品仓库

3.按仓库功能划分：储存仓库、物流中心仓库、配送仓库、运输转换仓库、4.按仓储物的处理方式划分：保管式仓库、加工式仓库、消费式仓库

3．2 仓储设施

为了满足仓储管理的需要，仓库必须配置一定的硬件设施和设备。仓储设施主要是指用于仓储建筑物，它由仓库的主体建筑、辅助建筑和附属设施构成。3.2.1仓库主体建筑：库房、货棚和货场三种。

1.库房：库房是仓库中用于存储货物的主要建筑，多采用封闭方式。库房主要由以下建筑结构组成：．库房基础、地坪、墙壁、库门、库窗、柱、站台、雨棚

2.货棚：货棚是一种简易的仓库，为半封闭式建筑 3.露天货场：

3.2.2 仓库辅助建筑

仓库的辅助建筑是指办公室、车库、修理间、装卸工人休息间、装卸工具储存间等建筑物。这些建筑一般设在生活区，并与存货区保持一定的安全间隔。

3.2.3仓库辅助设施：主要有通风设施、照明设施、取暖设施、提升设施（电梯等）、地磅以及避雷设施等。

3．3仓储设备

仓储设备是指仓储业务中所需使用的技术装置和机具，具体可分为装卸搬运设备和保管设备、计量设备、养护检验设备、通风照明设备、消防安全设备、劳动防护设备以及其他用途设备和工具等。3.3.1装卸搬运设备

装卸搬运设备主要用于商品的出入库、库内堆码以及翻垛作业。这类设备对改进仓储管理，减轻劳动强度，提高收发货效率具有重要作用。目前，我国仓库中所使用的装卸搬运设备通常用可以分成三类，即：装卸堆垛设备、搬运传送设备和成组搬运工具。3.3.2保管设备

保管设备是用于保护仓储商品质量的设备，包括：

1.苫垫用品：起遮挡雨水和隔潮、通风等作用。包括：苫布（油市、塑料布等）、苦席等。2.存货用具：包括各种类型的货架、货橱。

3.计量设备：用于商品进出时的计量、点数，以及货存期间的盘点、检查等。4.养护检验设备：是指商品进入仓库验收和在库内保管测试、化验以及防止商品变质、失效的机具、仪器。

5．通风保暖照明设备：这是根据商品保管和仓储作业的需要而设。

6．消防安全设备：包括：报警器、消防车、手动抽水器、水枪、消防水源、砂土箱、消防云梯等。

7．劳动防护用品：用于确保仓库职工在作业中的人身安全。8．其他用品和用具。

3.4 托盘概述

3.4.1 托盘的概念及特点

1.托盘的概念：

托盘是为了使物品能有效地装卸、运输、保管，将其按一定数量组合放置于一定形状的台面上，这种台面有供叉车从下部叉入并将台板托起的叉入口。以这种结构为基本的结构的平面台板和在这种基本结构基础上所形成的各种形式的集装器具都可统称为托盘。

2.托盘的特点：自重量小、返空容易、装盘容易、装载量虽较集装箱小，但以托盘为运输单位时，货运建树变少体积重量变大，而且每个托盘所装数量相等，既便于点数、理货交接、又可以减少货差事故。

3.托盘的分类：

（1）按结构不同分类 ：平式托盘、箱式托盘、柱式托盘、轮式托盘（2）托盘按材质不同可分为木托盘、钢托盘、塑料托盘、纸质托盘、铝托盘、胶合板托盘、冷冻托盘及复合托盘等多种。

（3）托盘按其适用性可分为通用托盘和专用托盘。4.托盘标准化：

托盘标准化是实现托盘联运的前提，是实现物流机械和设施标准化的基础及产品包装标准化的依据。

目前，ISO制定的4种托盘国际规格是：200×800㎜（欧洲规格）；1.200×1.000㎜（欧洲一部分、加拿大、墨西哥规格）；1.219×1.016㎜（美国规格）；1.100×1.10㎜（亚洲规格）；我国目前托盘规格主要有三种尺寸：800×1000㎜；800×1200㎜；1000×1200㎜。

3.5 货架的概念及作用

3.5.1货架的概念

在仓库设备中，货架是指专门用于存放成件物品保管设备。3.5.2货架的作用

1．货架是一种架式结构物，可充分利用仓库空间，提高库容利用率，扩大仓库储存能力。

2．存入货架中的货物，互不挤压，物资损耗小，可完整保证物资本身的功能，减少货物的损失。

3．货架中的货物，存取方便，便于清点及计量，可做到先进先出。

4．保证存货物的质量，可以采取防潮、防尘、防盗、防破坏等措施，以提高物资存储质量。

5．很多新型货架的结构及功能有利于现代仓库的机械化及自动化管理。3.5.3货架的种类：

1.层架：重型货架、轻型货架、层格式货架、抽屉式货架 2.盘货架 3.楼式货架 4.式货架 5.式货架 6.式货架 7.驶出式货架

3.6 叉车

3.6.1 叉车的概念 叉车是泛指具有各种叉具，能够对货物进行升降和移动以及装卸作业的搬运车辆。3.6.2 叉车的分类：

1.按动力装置分为：内燃动力叉车、电动叉车、步行操纵式叉车 2.按结构特点分为；平衡重叉车、前移式叉车、侧叉式叉车

3.7 自动化立体仓库

3.7.1 自动化立体仓库概念

1.立体仓库（Stereoscopic Warehouse）：立体仓库是指采用高层货架以货箱或托盘储存货物，用巷道堆垛起来重机及其他机械进行作业的仓库。

2.自动化仓库（Automatic Warehouse）：自动化仓库是指由电子计算机进行管理和控制，不需要人工搬运作业，而实现收发作业的仓库。

将上述两种仓库的作用相结合称为自动化立体仓库。3.7.2自动化立体仓库的分类：

1.按照储存物品特性进行分为：常温自动化立体仓库系统、低温自动化立体仓库系统、防爆型自动仓储系统、无尘自动化立体仓库

2.按照自动化立体仓储建筑形式进行分为：自立式钢架仓储系统、一体式钢架仓储系统 3.按照自动化立体仓库设备形式来划分，自动化立体仓储系统可以分单位负载式自动化立体仓库、开放式钢架、封闭式钢架、推回式钢架、重力式钢架、水平式钢架子母车系统等。3.7.3自动化立体仓库组成

自动化立体仓库从建筑形式上看，可以分为主整体式和分离式两种。整体式是库房货架合一的仓库结构形式，仓库建筑物与高层货架相互连接，形成一个不可分开的整体。分离式仓库是库架分离的仓库结构形式，货架单独安装在仓库建筑物内。无论哪种形式，高层货架是主体。

3.7.4自动化立体仓库的优点

1．能大幅度地增加仓库高度，减少占地面积 2．自动存取，提高了仓库出入库频率

3.计算机全面管理仓库能提高仓储的综合能力有效地利用仓库储存能力 4．便于先进先出的实施

5．适应特殊库存和特殊作业的需要 3.7.5自动化立体仓库的发展前景

【作业】

1、什么是仓库？仓库有哪些分类？

2、仓库有哪些组成结构？

3、自动化立体仓库的优点是什么？

4、结合我国物流业现状，谈谈我国发展自动化立体仓库的情景。【参考答案】

1、答：仓库是主要承担保管功能的场所，由于经营主体的不同、仓储对象的不同、经营方式的不同、仓储功能的不同，使得仓库有不同的分类，按仓库经营主体划分、企业自营仓库和商业营业仓库、公共仓库、战略物资储藏仓库；按仓储对象划分：普通物品仓库、特殊物品仓库；按仓库功能划分：储存仓库、物流中心仓库、配送仓库、运输转换仓库；按仓储物的处理方式划分：保管式仓库、加工式仓库、消费式仓库。

2、答：仓库的组成结构主要有：由仓库的主体建筑、辅助建筑和附属设施构成；其中仓库的主体建筑分库房、货棚和货场三种；仓库的辅助建筑是指办公室、车库、修理间、装卸工人休息间、装卸工具储存间等建筑物；辅助性设施主要有通风设施、照明设施、取暖设施、提升设施（电梯等）、地磅（车辆衡、轨道衡）以及避雷设施等。

3、答：自动化立体仓库的优点是：

（一）能大幅度地增加仓库高度，减少占地面积；

（二）是自动存取，提高了仓库出入库频率；

（三）能借助于计算机管理能有效地利用仓库储存能力，便于清点盘库，全面减少库存，节约流动资金；

（四）由于采用了货架储存，并结合计算机管理，可以很容易地实现先入先出，防止货物自然老化、变质、生锈；

（五）采用自动化技术，能较好地适应黑暗、有毒、低温等特殊场合的需要。

【参考书目】：

1.丁立言，张铎 2002 仓储规划与技术 清华大学出版社 2.李永生 2003 仓储与配送管理 机械工业出版社

3.真虹 2003 物流企业仓储管理与实务 中国物资出版社 4.周全申 2002 现代物流技术与装备 中国物资出版社

5.刘志学 2001 现代物流手册 中国物资出版社 【教学反思】

2.环境工程设备教案 篇二

1 质量控制

(1) 开工前监理工程师首先熟悉有关规范、标准、图纸、图籍, 充分理解设计意图, 根据设计意图和设备工程质量的特点, 制定出符合设备监理工程的《设备监理规划》和《设备监理实施细则》, 并进行分部工程 (子分部工程) 、分项工程、检验批的划分, 确定工序报验的内容, 确定旁站见证点及见证方式, 与建设单位沟通后, 及时传达到施工单位, 按有关规范、标准和《监理实施细则》并结合当地政府部门的相关要求制定工程报验资料。

(2) 认真审查施工单位所报的《施工组织设计》。重点审查施工措施中质量保证体系和质量保证措施, 以及关键工序的质量保证措施, 应符合国家、行业的有关标准规定, 特别是审查设备吊装方案是否可行, 是否符合施工现场作业环境条件。另外还要认真审查特殊工种配备和上岗证持有情况, 满足特殊工种作业的需要。

(3) 做好设备采购的审查以及设备到场后的开箱检查工作。在设备安装工程中有两种情况:一是设备供应商负责供货、安装和调试工作;二是设备供应商只负责供货和配合调试。第一种情况监理工程师只需要审查到场设备是否符合招投标文件要求, 不需要做开箱检查工作;第二种情况不仅需要审查到场设备是否符合招投标文件要求, 而且还要认真的做好开箱检查工作, 主要是设备所带随机资料、备品、备件是否齐全, 检查外观、铭牌、性能参数情况是否符合要求。在现代设备安装工程中有很多进口设备, 一般价格昂贵, 出现问题事后索赔处理也比较困难, 而且性能标准有别于国产设备, 因此要求设备采购商严格履行国家进口手续, 最好是和海关商检部门共同对进口设备进行检验, 如有异常及时通知设备进出口代理商, 在安装调试的过程中, 根据工期、合同的要求及时通知厂商代表。

(4) 落实具有相关资质的第三方实验室, 审查实验室的资质、人员资质、检测设备性能情况以及年检情况等是否符合工程要求。

(5) 做好隐蔽工程的检查验收工作, 及时要求施工单位做好相关检查验收记录, 在隐蔽工程施工时监理应旁站, 例如垫铁的施工隐蔽。凡没有经现场设备监理工程师认可的隐蔽工程, 监理一律不予验收和计量, 坚决杜绝隐蔽工程中有任何质量隐患。

在设备安装的质量控制过程中, 监理工程师应严把每道施工工序, 采用旁站、巡视、平行检验等监理方式, 对设备工程进行抽检, 必要时通过具有相关资质的检测部门进行检测。

2 进度控制

(1) 设备监理工程师应仔细地阅读合同, 认真审查施工单位所报的《施工组织设计》中施工进度措施中的网络图和横道图, 认真审查关键线路、关键工作及相关工作的工序布置, 必要时根据资源情况、合同要求, 调整网络计划, 要求施工单位合理安排流水施工作业。

(2) 利用定期的工地监理例会和不定期的进度协调专题会议, 分析进度出现的问题, 无论是滞后还是提前, 都要对照进度网络图和横道图定期和不定期的对进度偏差进行调整, 最终满足业主对工期的要求。

(3) 要求施工单位定期提交周进度计划和月进度计划, 核对施工单位提交的周、月进度计划, 必须符合网络图要求。

(4) 由于自然灾害、业主、设计等非施工因素影响的工期, 监理工程师根据合同、有关规定和实际情况, 应及时签证, 给予顺延。

3 投资控制

由于设备监理行业的发展不平衡, 各业主对设备工程投资要求的差异很大, 在我国很多设备监理工程中, 监理不控制投资, 只是象征性地控制, 由于在投资方面设备监理存在着薄弱环节, 因此, 利用经济杠杆去控制质量、进度、安全几乎不能实现, 实际上大多数设备监理企业对工程的投资控制也只是中间控制, 对投资的关键——开始、结束 (预算、竣工结算) 不进行控制。笔者认为随着我国加入WTO, 与国际咨询行业的接轨以及国家对设备监理制度的日益完善, 监理行业各方的逐渐正规化, 投资控制在设备监理中起着愈来愈重要的作用。

4 合同管理、信息管理

设备合同管理、信息管理是确保设备工程项目顺利实施, 严格按照合同有关规定, 保证设备质量、进度、投资控制的基础, 设备合同管理、信息管理对各管理目标起到了根本的保证。

设备监理工作是以设备工程信息为基础的, 设备监理工程师在监理过程中的主要任务是进行目标控制, 控制的基础是各类与设备相关的信息, 对任何目标的控制只有在这些信息的支持下才能有效的进行。因此在设备监理过程中, 如何全面、准确、及时地收集、整理、加工、存储、传递和应用收集到的各类信息, 是设备监理的一项重要内容。

(1) 收集施工合同、监理合同、采购合同、招投标文件、相关协议、有关会议纪要等作为各项控制的依据, 并按有关文件划分、分类存放和妥善保管。

(2) 在设备监理过程中, 处理业主、施工单位之间的纠纷, 首先要考虑上述相关合同、相关文件。

(3) 合同文件是验收设备、材料、中间工程合格与否的重要依据。

(4) 设备工程验工月报的计量、付款的基础是当月相关信息, 以及合同文件相关规定。

(5) 设备工程竣工结算要以合同文件为依据, 贯穿整个工程的信息 (设计变更文件、工期顺延文件、工程量变更文件) , 进行合理的调整。

(6) 施工结束, 设备监理工程师按照设备工程监理资料管理及国家、地方档案管理的要求, 整理监理移交档案, 审查施工单位的工程移交档案资料。

5 组织协调

组织协调工作贯穿于设备工程项目的全过程, 要充分发挥总监理工程师的组织协调作用, 组织协调的内容主要表现在以下几个方面。

5.1 设备监理内部的组织协调

总监理工程师应该做好监理组织内部的组织协调, 充分发挥民主的工作作风, 了解每个监理工程师的工作能力和工作经历等特点, 使各专业监理工作能够和谐、有序、高效地进行。

5.2 设备监理单位与业主之间的协调

设备监理工程师与业主的关系是建立在有关法律和职业道德基础之上的, 设备监理工程师应当充分尊重业主, 坚持原则, 当业主不能听取正确的意见时, 总监应当采取说服与劝阻的方式, 必要时发备忘录, 明确责任。

5.3 设备监理单位与设计单位之间的协调这里主要指安装调试阶段, 两者业务间的协调。

设备监理工程师与设备设计工程师之间、总监与设计项目负责人之间应充分理解、尊重、配合, 设备监理工程师发现设计不足, 应通过总监批准后向建设单位提出建议, 供设计单位参考。

5.4 设备监理单位与承包商之间的组织协调

监理单位与承包商之间是监理和被监理的关系, 监理单位应该依照有关的法律、法规及监理合同赋予的权力, 监督承包商认真履行合同规定的责任和义务, 促使承包合同中约定的目标实现最佳状态。在工程实施过程中, 应了解和协调进度、质量、造价以及合同管理中的有关情况, 理解承包商的困难, 并热诚帮助, 使其能顺利地完成合同目标。

5.5 设备监理单位与政府有关质量监督部门之间的协调

设备监理单位在质量监督部门的监督指导下开展监理工作, 因此, 应认真执行质量监督部门发布的各项设备工程质量管理的规定, 与质量监督部门加强联系, 密切配合, 共同做好质量控制和保证工作。

6 安全管理

根据国家的有关法律、法规、《建设工程安全管理条例》等文件要求, 监理工程师工程师在安全生产中的责任已经有据可查, 因此, 监理单位应充分了解设备工程的具体特点, 在《监理规划》、《监理实施细则》方面明确符合工程实际的安全监理内容, 特别是对于大型设备制作安装工程, 在大型构件和设备吊装、电气系统调试过程中, 发生安全事故的可能性较大, 因此, 监理单位应给予足够的重视, 做到每次监理例会强调安全, 坚持定期和不定期的安全巡检, 及时发现施工中的不安全隐患, 督促施工单位及时整改, 严格要求施工人员进场前进行三级安全教育和安全技术交底, 做到不教育不进场。对施工中的重大安全隐患通过采取签发监理通知单、工程暂停令等形式, 做到不安全不生产。

7 结束语

3.环境工程设备教案 篇三

关键词：环境工程;水处理;曝气设备

工业生产和人们生活中排放出了大量的污水，如果对这些污水处理不当，不仅会污染环境，严重时还可能威胁到人们的身体健康。因此，一直以来，环境工程水处理都是一个有待解决的问题。在社会发展新时期，我国提倡生态发展，在经济发展过程中实现经济效益、社会效益与生态效益的统一。

1曝气设备

1.1工作原理

曝气设备的工作原理是向待处理的水中灌注氧气，确保池内微生物供氧充分。普通曝气设备主要是由1个浮体、多组曝气装置和控制器组成的。在工作过程中，将曝气装置组放置在浮体上，汲水后，将汲取的水流从另一个方向喷出、雾化或曝气。控制器是控制这一类曝气装置的终端，它能够产生第一推力，促使曝气设备朝对应的方向靠拢。对曝气设备而言，其性能特征主要表现为结构简单、性能稳定、搅拌均匀、施工成本低、能耗小，具有一定的抗腐蚀性，并且不会产生噪声或引发其他公害。

1.2曝气设备的主要类型

曝气设备主要有表面曝气设备、鼓风曝气设备和潜水射流曝气设备3种。表面曝气设备主要是借助马达发力带动轴流式叶轮运转，并由导管经导水板将废水向四周喷出。当废水喷出时，通常会形成水雾，加大废水与空气的接触面积，最终凝结成水滴滴落回水中，产生大量的气泡，进而增加水中的含氧量。鼓风曝气设备主要是借助风量和压力，将空气强制灌入污水中。该设备能够在短时问内使待处理的水与空气充分接触。与鼓风曝气设备相比，表面曝气设备操作便捷、设施简单、成本投入小，从经济效益的角度上来看其更具优势。潜水射流曝气设备主要是利用链接在泵出口的喷嘴座，快速将水流送至混气室内，使引流空气与水流充分结合，之后从扩散管排出。该设备能够实现较大面积和深度的曝气。由此可见，潜水射流曝气设备的工作水平和工作效率是所有曝气设备中最具优势的。

2在环境工程水处理过程中曝气设备一些相关系数的确定方法

2.1采用Matlab作为曝气处理系数的确定方法

环境工程水处理曝气设备常采用利用Matlab作为曝气处理系数的确定方法。在采用Matlab作为曝气处理系数的确定方法确定环境工程水处理中曝气应用的相关系数时，只需要输入一个相关的内置命令，经过计算机的计算之后便可求出环境工程水处理过程中曝气应用的相关系数，应用起来非常简便灵活。利用Matlab确定曝气相关系数的优点是：计算速度比较快，而且准确度也高。但利用Matlab作为曝气处理系数的确定方法同时也存在一些弊端，有时也会出现比较小的误差。在今后具体的确定环境工程水处理中曝气应用的相关系数的过程中，应尽量减少此过程中相关系数的误差，并努力提高相关系数的准确度，以达到更好的效果。

2.2運用Exce1作为曝气处理系数的确定方法

利用Excel作为曝气处理系数的确定方法是环境工程中水处理的曝气设备相关系数的另一种方法，也是环境工程水处理曝气设备常采用的方法，利用Excel作为曝气处理系数的确定方法有其优点，即在环境工程水处理过程中对曝气设备处理系数时，能够得到比较直观的效果，原因是做出相关数据的图，图更能够帮助我们很轻松地看出环境工程水处理中曝气应用的相关系数。但利用Excel作为曝气处理系数的确定方法，同时也存在一些弊端，比如利用此方法进行计算，得出相关系数精确度不够。这是因为在确定环境工程水处理中曝气应用的相关系数的确定是采用作图的方式来进行的，这就导致数据出现较大的误差。但是从目前来看，我国大部分对确定环境工程水处理曝气相关系数的案例，主要是利用Excel作为曝气处理系数的确定方法。因为利用Excel作为曝气处理系数的确定方法比较简单，且易于操作，效果更加直观，更加重要的原因是相关工作人员容易掌握这种方法。利用Excel作为曝气处理系数的确定方法是比较基础的方法，在以后仍然会继续广泛使用。在将来确定环境工程水处理曝气设备相关系数的侧定，运用Excel作为曝气处理系数的确定方法也会逐渐优化，提高其稳定性，以便于更好地测定环境工程水处理曝气设备的相关系数。将利用Excel作为曝气处理系数的确定方法与利用Matlab作为曝气处理系数的确定方法更好地融合，使其互补，使其在环境工程水处理曝气设备的相关系数的确定更加直观与精确。

3测定环境工程水处理中曝气设备的性能效果

在环境工程水处理中曝气应用相关系数进行确定时，可利用Excel作为曝气处理系数的确定方法，与利用Matlab作为曝气处理系数的确定方法来进行相关系数的确定，而我们对环境工程水处理中曝气应用性能的侧定，则应采用一定的公式来处理。在测定环境工程水处理中曝气应用的性能中，利用相关的公式是非常具有科学性的。在我们利用公式“标准状态下充氧能力是等于侧试中水的体积与20℃水中饱和溶解氧浓度乘积的值”时，便可准确计算出实际曝气设备应该提供的氧气量。采用公式法能为我们在环境工程水处理曝气设备的应用带来巨大的方便性。

4设备应用性能的影响因素

充分溶解氧是确保活性污泥正常运行的关键。一般情况下，氧气的供应主要是将空气中的氧强制溶解后注入混合液内，再通过相关的曝气过程完成水处理工作。也就是说，曝气除了发挥供氧功能外，还具备一定的搅拌、混合作用，能充分混合污水和活性污泥。由此可知，曝气设备的氧转移性能会受很多因素的影响。

4.1水温

水温对氧转移有较大的影响。随着水温的升高，污水的薪滞性就会随之减弱，扩散系数就会上升，液膜厚度就会随之下降。另外，水温对溶解氧饱和度也会产生一定的影响，温度越高，溶解氧的饱和度越低。同时，温度越高，氧总转移率也会随之增长。由此看来，水温对氧转移会产生两种相反的影响，且两者无法彻底抵消。从理论角度上来看，在水温比较高的情况下，降低水温能有效提高氧转移率。

4.2通气量

通气量过低，会引起一定的堵塞或污泥沉淀;通气量过高，容易浪费物料资源，并会因扩张孔变大而生成大量的气泡，从而降低氧的传质效率。另外，空气上升流速提高，气泡在水中停留的时问就越短，传质速率自然就会减缓。

4.3盐度

污水中含有的各类杂质同样会对氧的转移率产生一定的影响。盐度会使水中的气泡变小，进而增加空气与废水的接触面积，提高氧转移速率。研究结果表明，当盐度低于2 500 mg/L时，盐度对氧转移速率并无明显影响;当盐度超过2 500 mg/L时，盐度越高，氧转移速率越低。也就是说，污水盐度越高对曝气设备性能的影响就会越大。

5结语

曝气设备的应用在环境工程水处理中起着非常重要的作用。这种重要作用在未来的很长一段时间将不会有什么大的改变。掌握环境工程水处理中曝气设备的应用原理，了解测定环境工程水处理中曝气设备相关系数的确定方法，掌握测定环境工程水处理中曝气应用的性能效果的手段显得尤为重要。笔者通过对环境工程水处理中曝气设备应用的分析，充分地认识到现今环境工程水处理中曝气设备应用所存在的问题，了解了我们在使用曝气设备过程中可以改进的地方，在做出相应改进后，最后能够在环境工程水处理中更好地利用曝气设备，为环境工程水治理做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 吕濠屹. 关于环境工程水处理的曝气设备运用初探[J]. 中国建材科技，2014，10：220-222.

[2] 何东，钱昭. 环境工程水处理中对曝气设备的应用分析[J].科技创新与应用，2014，09：139.

4.建筑设备教案(DOC) 篇四

函授土木工程专业 《建筑设备》课程教案

教师：张艳艳

教研室：计算机教研室

单元一 建筑内部给水系统一、教学目标：

1、了解建筑给水系统的分类；

2、了解室内给水的组成。

3、熟悉室内给水系统常用管材、管件、附件的种类、作用和适用条件。

二、教学重点：

1、建筑室内给水系统的分类与组成。

2、给水系统附件的种类和适用条件。

三、教学难点：

1、建筑室内给水系统的分类与组成。

2、给水系统附件的种类和适用条件

四、教学过程：

第1节 室内给水系统的分类及组成

一、室内给水系统的分类

建筑内部给水系统根据用途一般可分为以下三类：

1.生活给水系统——供给人们饮用、盥洗、沐浴、烹饪用水。

1）生活饮用水系统

2）杂用水系统

目前国内通常将饮用水与杂用水系统合为一，统称生活给水系统。

特点：(1)用水量不均匀

(2)水质应达《生活饮用水卫生标准》

2.生产给水系统——供给生产原料和产品洗涤、设备冷却及产品制造过程用水。

特点：用水量均匀；水质要求差异大。

3.消防给水系统——供给各类消防设备

特点：用水量大；对水质无特殊要求；压力要求高。

分类：消火拴给水系统；制动喷水灭火系统。

4.给水体制

1）独立的给水系统

2）共用给水系统

例：生活、消防给水系统；生产、消防给水系统；生活、生产给水系统；生活、生产、消防给水系统

二、室内给水系统的组成1.引入管（进户管）

室外给水管网与室内给水管网之间的联络管。

2.水表节点

引入管上装设的水表及其前后设置的闸门、泄水装置的总称。

有旁通管的水表节点

一般水表节点

3.给水管道： 干管、立管和支管。

4.给水附件： 调节和控制作用的各类阀门，各式配水龙头、仪表等。

5.升压和贮水设备：水泵、水箱和气压贮水设备、水池。

6.室内消防设备：消火栓和自动喷洒消防设备。

第2节 室内给水系统常用管材、管件和附件

一、室内给水系统常用管材 1.钢管

a.优点:强度高，重量轻，光滑，易加工和安装。

缺点:易腐蚀，价格较高。

b.分类：焊接钢管

无缝钢管 2.铜管

a.特点：经久耐用、卫生等。

b.适用范围：高纯水制备、输送饮用水、热水和民用天燃气、煤气、氧气及对铜无腐蚀作用的介质。

c.常见规格:见表1-3 3.铸铁管（一般为灰铸铁管）

a.优点：耐腐蚀、寿命长、价格低等；

缺点：性脆、自重大、长度小。

b.适用范围：埋地给水管道、室内排水管道。

c.表示方法：

直径规格用公称直径表示，符号为“DN”，单位为mm。（常见规格见表1-4、表1-5）

d.分类：

铸造方法不同: 砂型离心铸铁管、连续铸铁管 4．塑料管

a.特点：

耐腐蚀，不燃烧，无味，质轻而坚，表面光滑，b.表示方法：

易安装

用公称外径×壁厚表示，符号为“de×e”，单位均为mm

（常见规格见表1-6）

c.常见类型：

（1）给水硬聚氯乙烯管（PVC-U）

（2）给水高密度聚乙烯管（HDPE）

d.使用范围：广泛用于室内给排水管段。5．铝塑复合管

a.分类：冷热用铝塑复合管

燃气用复合管

b.尺寸规格：见表1-7。

二、常用管件

1．钢管件

（1）焊接钢管管件

（2）无缝钢管管件

2．可锻铸铁管件

3．给水铸铁管件

4．给水用硬聚氯乙烯管件

5．给水用铝塑复合管件

四、室内给水系统常用附件

1.配水附件

用以调节和分配水量，一般指各种冷热水龙头。

2.控制附件（一般指各种阀门）

a.作用：启闭管路、调节水量和水压。

b.常用的给水控制附件有：

闸

阀

截止阀

止回阀

旋塞阀

球

阀

浮球阀

3.水表

a.作用：

计量用户用水量（常为“流速式水表”）

b.分类：

按叶轮构造不同分为： 旋翼式

和 螺翼式

五、小结：通过本节学习了解室内给水系统任务、分类和组成；掌握室内给水系统的特点，了解室内给水系统的分类、管件、及附件的种类和重用。

单元一 建筑内部给水系统一、教学目标：熟悉室内给水系统的给水方式、类型和适用条件；了解室内给水

系统的常用设备。

熟悉室内热水供应系统的分类和组成；了解热水的温度标准和集中热水供应系统管道布置。

二、教学重点：室内给水系统的给水方式、类型和使用条件。

内热水供应系统的分类和组成。

三、教学难点：室内给水系统的给水方式和使用条件。

内热水供应系统的分类和组成。

四、教学过程：

第3节 室内给水系统的给水方式及常用设备

一、给水系统的给水方式

给水方式的基本类型有以下几种：

（1）直接供水方式（征得供水部门同意）

（2）设置水箱的供水方式

（3）设置水泵的供水方式（征得供水部门同意，设连通管）

（4）水泵和水箱联合工作的供水方式

（5）设气压供水装置的供水方式

（6）分区供水方式

1.直接给水方式

适用条件：外网的水压在一天中的任何时刻均能满足室内水压要求。

主要特点：简单，经济，无能耗，易管理

2.设水箱的给水方式

适用条件：

室外管网水压周期性不足及室内用水要求水压稳定，并且允许设置水箱的建筑物。

主要特点：

a.简单，经济，无能耗，易管理。

b.利用水箱的固定安装高度，实现减压或稳压供水。

3.设水泵的给水方式

适用条件：外网的水压经常性不足

图（a）:设水泵的给水方式 图（b）:水泵从贮水池吸水

a.建筑内部用水均匀时，采用恒速水泵供水

b.建筑内部用水不均匀时，宜采用自动变频调速水供水 4.设水池、水泵和水箱的给水方式

适用条件：

外网的水压经常性不足且建筑内部用水不均匀。

主要特点：

a.由水泵向小型水箱及时供水，保证系统水压；

b.采用恒速水泵增压，确保高效工作；

c.通过水箱调节供水和用水之间的不平衡流量。

5.设气压给水装置的给水方式

适用条件：

室外管网水压经常不足，不宜设置高位水箱的建筑。

主要特点:

a.利用密闭罐内空气的压缩性能来贮存、调节和输送流量;

b.设备简单，管理方便，可置于建筑中任意部位。6.分区供水方式

适用条件：

外网的水压只能满足建筑物下面几层供水要求时。

主要特点:

a.竖向分区，下区采用直接给水方式，上区采用水泵（或水泵、水箱联合）供水方式；

b.充分利用外网的水压，节耗；

c.节省设备投资，降低基建费用，利于设备维护。

二、常用设备

1.贮水设备

作用：增压、稳压、减压、贮存一定水量。

材料：钢制水箱、钢筋混凝土水池、玻璃钢水箱。

防腐：钢板水箱内外均应防腐，防腐涂料无毒。

2.升压设备

在建筑内部的给水系统中，一般采用离心式水泵。选择水泵应以节能为原则，使之大部分时间保持高效运行。

（1）建筑给水系统中水泵按进水方式分为直接抽水和水池、水泵抽水两种。

3.气压给水设备

利用密闭罐内空气的压缩性能来贮存、调节和输送水量的装置。

（1）气压给水装置的组成及分类

1）组成：密闭罐、空气压缩机、水泵、控制器材 等。

第4节 室内热水供应系统一、室内热水供应系统的分类及组成

二、热水的温度标准

生活用热水的使用温度与卫生器具的种类、使用对象等因素有关，其中淋浴用水应根据气候条件、使用对象和使用习惯确定。幼儿园和体育馆应为35℃，其余一般均为40℃；饮用水为100℃；洗衣用水为30～60℃；餐厅用水：洗碗机为60℃，餐具过清为70～80℃；餐具消毒水温不宜超过80℃；一般洗涤宜用45℃。生产用热水使用温度应根据工艺要求或同类型生产实践数据确定。

三、集中热水供应系统的管道布置

热水管网配水干管的布置形式和给水干管的布置形式相同，有上供下回式和下供上回式两种。热水系统按循环管道的情况不同，可布置成以下三种系统。

(１)全循环热水供应方式

特点

①系统中热水配水管网的水平干管、立管、甚至配水支管都设有循环管道。

②该系统设循环水泵。

适用范围

高级宾馆、饭店、住宅等建筑。

(２)半循环热水供应方式

特点：

系统只在热水配水管网水平干管设循环管道

适用范围： 全日和定时供应热水的建筑

（３）不循环热水供应方式

特点：系统中热水配水管网的水平干管、立管、配水支管都不设任何循环管道

适用范围：小型和使用要求不高的定时热水供应系统或连续用水系统

五、小结：通过本小节的学习熟悉室内给水系统的给水方式、类型和适用条件；了解室内给水系统的常用设备。学习熟悉室内热水供应系统的分类和组成；了解热水的温度标准和集 中热水供应系统管道布置。

单元一 建筑内部给水系统 第5节 室内给水系统的安装

一、教学目标：了解室内给水系统管路的布置、敷设和安装程序并熟悉施工规范。

二、教学重点：室内给水系统管路的布置、敷设和安装及施工图的识读。

三、教学难点：室内给水系统施工图的识读。

四、教学过程：

一、给水管道的布置与敷设 1.管道布置

给水管道布置受建筑结构、用水要求、配水点和室外给水管道的位置以及供暖、通风空调、供电等其他建筑设备工程管线等布置因素影响。布置管道时，应处理和协调好各种相关因素的关系。

（1）基本要求

1）确保供水安全和很好的水利条件，力求经济合理所有管段宜短、直。

引入管（a）从用水量大或不许断水处引入；若用水均匀，可从中部引入。（b）数量：一般设一根；若不允许断水或室内消火栓数量超过10个时设两根，且应由不同的市政管道自建筑物不同侧引入，若只能同侧引入，间距需≥10m。2）保护管道不受损坏

避开重物和生产设备基础；不宜穿过伸缩缝和沉降缝(需穿过时采取保护措施，如：软性接头法、螺纹弯头法、活动支架法);不宜设置在环境污浊处。3）不影响生产安全和建筑物的使用不宜穿过配电间；不防碍生产操作和交通运输；远离危险物。4）方便安装维修的原则

管道周围要留有一定的空间，以满足安装、维修的要求，保证给水管道与其它管道和建筑结构的最小净距离。需进人检修的管道井，其通道宽度不宜小于0.6m。

（2）布置形式

1）按供水可靠程度要求可分为：枝状和环状

2）按水平干管的敷设位置可分为：上行下给式、下行上给式、中分式。同一幢建筑的给水管网也可同时兼有以上两种形式。

2.管道的敷设

据建筑物对卫生、美观方面的要求不同，建筑内部给水管道敷设分为：（1）明装

施工、维修方便，造价低；影响美观，易结露、积灰，不卫生。（2）暗装

卫生、美观；施工复杂，维修不便，造价高。

给水管道与其他管道同沟敷设时，给水管道应位于热水和蒸汽管下方，排水管上方。

3.管道的防护

4.湿陷性黄土地区管道敷设

二、室内给水系统安装

1.室内给水管道安装的基本技术要求

（1）所使用的主要材料、成品、半成品、配件、器具和设备必须具有质量合格证明文件，规格、型号及性能检测报告应符合国家技术标准或设计要求。

（2）主要器具和设备要有完整的安装使用说明书；

（3）管道穿地下构筑物时考虑防水措施；

（4）明装管道成排安装时，直线部分要平行；直线部分和弯曲部分要保持一定距离；

（5）支、吊、托架安装位置要准确,埋设平整牢固，与管子接触紧密，间距不应大于规范规定的最大间距；

（6）立管管卡安装必须符合规定。层高当层高小于或等于5m时、每层安装一个、安装高度为1.5～1.8m；楼层高度大于5m，每层不得少于2个；（7）设的套管时顶部高出装饰地面20mm、卫生间设的套管时顶部高出装饰地面50mm，下面与楼板底面平齐；

（8）给水支管装有3个或3个以上的配水点的支管始端，均装可拆卸连接件；

（9）热水在上、冷水在下；热水在左、冷水在右；

三、室内消防给水系统安装

1.室内消防给水系统的分类及组成

四、建筑中水系统安装

概念：中水系统是由中水原水的收集、储存、处理和中水供给等工程设施组成的有机结合体，是建筑物或建筑小区的功能配套设施之一。

作用：可用于冲洗厕所、绿化、汽车冲洗、道路浇洒、空调冷却、消防灭火、水景、小区环境用水（如小区垃圾场地冲洗）、锅炉湿法除尘等。

五、小结：通过本小节的学习了解室内给水系统管路的布置、敷设和安装程序、熟悉施工规范并学会识读给水系统施工图。

单元二 建筑内部排水系统 第1节 室内排水系统的分类和组成

一、教学目标：了解排水系统的分类；熟悉排水系统的组成。

二、教学重点：掌握室内排水系统的分类和组成。

三、教学难点：室内给水系统的分类和组成。

四、教学过程：

一、排水系统的分类

根据所排污（废）水的性质，室内排水系统可以分为以下三类： a 生活污水排水系统 b 工业污（废）水排水系统 C 雨雪水排水系统

二、排水体制

以上三种污（废）水是采用一个管道系统来排除，或是采用两个或两个以上各自独立的管道系统来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称作排水系统的体制（排水体制）。

2.分类

排水体制一般分为合流制和分流制。3.排水体制的选择：

根据污（废）水性质，污染程度，结合室外排水系统体制和有利于综合利用与处理要求，以及室内排水点和排出口位置等因素决定。

并遵守以下规定：

（1）新建居住小区应采用生活污水与雨水分流排水系统；

（2）建筑物内下列 情况下宜采用生活污水与生活废水分流的排水体制；

（3）下列 建筑排水应单独排至水处理或回收构筑物；

（4）建筑物的雨水管道应单独设置，在缺水或严重缺水地区，宜设置雨水贮存池。

三、排水系统的组成

一般建筑物内部排水系统由下列各部分组成，如图所示。1.污（废）水受水器 2.排水管道

由排水支管、排水横管、排水立管、排水干管与排出管等组成。3.通气管

有伸顶通气管、专用通气立管、环形通气管等几种类型。4.清通装置

一般指检查口、清扫口、检查井以及自带清通门的弯头、三通、存水弯等设备。

5.提升设备

常用的提升设备有水泵、气压扬液器、手摇泵等。

五、小结：通过本小节的学习了解排水系统的分类并熟悉排水系统的组成。

单元二 建筑内部排水系统

第2节 室内给水系统常用管材、管件及卫生器具

一、教学目标：熟悉室内给水系统常用管材、管件及卫生器具的种类、作用和适

用条件。

二、教学重点：室内给水系统常用管材、管件及卫生器具的种类。

三、教学难点：室内给水系统常用附件的种类和适用条件。

四、教学过程：

一、排水系统常用管材及选用

建筑内部排水系统常用管材主要有建筑排水塑料管、排水铸铁管。1.排水铸铁管

出厂时内外表面均未作防腐，其外表面的防腐需在施工现场操作。2．建筑排水塑料管

规 格：用公称外径（de）×壁厚（e）表示。

特 点：具有优良的化学稳定性，耐腐蚀，物理机械性能好，不燃烧，无不良气味，质轻而坚，比重小，表面光滑，容易加工安装，在工程中被广泛应用。

适用于：输送生活污水和生产污水。3.排水管材的选用（1）生活污水管道

应使用铸铁管和塑料管，由成组洗脸盆或饮水器到共用水封之间的排水管和连接卫生器具的排水短管，可使用钢管。

（2）雨水管道

宜使用塑料管、铸铁管、镀锌钢管和非镀锌钢管，悬吊式雨水管道应选用钢管、铸铁管和塑料管。易受振动的雨水管应使用钢管。

二、排水系统常用管件、附件及选用 1.铸铁管件 2.硬聚氯乙烯管件 3.存水弯

作用：在其内形成一定高度的水封，阻止排水系统中的有害气体或虫类进入室内，保证室内的环境卫生。类型：主要有S型和P型两种。

三、卫生器具及选用

五、小结：通过本节学习熟悉室内给水系统常用管材、管件及卫生器具的种类、和适用条件。

单元二 建筑内部排水系统

教学目标：

1、了解屋面雨水系统的类型和管道的布置要求；

2、熟悉雨水系统的常用管材和雨水斗。

3、了解室内排水管道的布置、敷设和安装程序；

4、熟悉安装规范；

5、识读排水系统的施工图。

二、教学重点：屋面雨水排水系统的类型、布置要求及常用附件。

室内排水系统的安装和施工图的识读

三、教学难点：屋面雨水排水系统的类型、布置要求。

室内排水系统施工图的识读。

四、教学过程：

第3节 屋面雨水排水系统一、屋面雨水系统的主要类型 1．檐沟外排水系统

组成：（1）檐沟（2）雨水斗

（3）水落管 常采用Φ75mm、Φ110mmUPVC排水塑料管、镀锌钢管,间距8～6m。

适用于：普通住宅、一般公共建筑、小型单跨厂房 2．天沟外排水系统

工作过程：雨水→屋面→天沟→雨水斗→立管→地面或雨水管 规定：天沟坡度i≮0.003，伸出山墙0.4m。适用于:多跨度厂房、库房的屋面雨水排除。

二、雨水系统的管材与雨水斗 1.雨水管管材

重力流排水系统的多层建筑宜采用建筑排水塑料管,高层建筑宜采用承压塑料管、金属管等。压力流排水系统宜采用内壁较光滑的带内衬的承压排水铸铁管、承压塑料管和钢塑复合管等，其管材工作压力应大于建筑物净高度产生的净水压。用于压力流排水的塑料管，其管材抗变形压力应大于0.15MPa。

2.雨水斗

作用：是迅速地排除屋面雨雪水，并能将粗大杂物拦阻下来。

目前常用的雨水斗为65型雨水斗、79型雨水斗、87型雨水斗 ,平箅式雨水斗和虹吸式雨水斗等。

三、雨水管道的布置要求

1.在建筑屋面各汇水范围内，雨水排水立管不宜少于2根。

2.高层建筑裙房屋面的雨水应单独排放；阳台排水系统应单独设置。阳台雨水立管底部应采用间接排水。

3.屋面排水系统应设置雨水斗，不同设计排水流态、排水特征的屋面雨水排水系统应选用相应的雨水斗。对于屋面雨水管道如按压力流设计时，同一系统的雨水斗宜在同一水平面上。

4.屋面雨水排水管的转向处宜作顺水连接，并根据管道直线长度、工作环境、选用管材等情况设置必要的伸缩装置。

5.重力流雨水排水系统中长度大于15m的雨水悬吊管应设检查口，其间距不宜大于20m，且应布置在便于维修操作处。有埋地排出管的屋面雨水排出系统，立管底部应设清扫口。

6.寒冷地区，雨水立管应布置在室内。雨水管应固定在建筑物的承重结构上。

第4节 室内排水系统安装

一、室内排水管道安装 １.一般规定

(1)生活污水管道应使用塑料管、铸铁管或混凝土管。成组洗脸盆或饮水器到共用水封之间的排水管和连接卫生器具的排水短管，可使用钢管。(2)雨水管道宜使用塑料管、铸铁管、镀锌和非镀锌钢管或混凝土管等。悬吊式雨水管道应选用钢管、铸铁管或塑料管。易受振动的雨水管道（如锻造车间等）应使用钢管。

２.排水管道及配件安装要求

(1)埋地的排水管道在隐蔽前必须做灌水试验。

(2)生活污水管道的坡度必须符合设计要求，设计无要求的，排水铸铁管和塑料管的坡度应符合下表的规定。(3)排水塑料管必须按设计要求及位置装设伸缩节。如设计无要求时，伸缩节间距不得大于4m。

(4)高层建筑中明设排水塑料管道应按设计要求设置阻火圈或防火套管。(5)排水主立管及水平干管管道应做通球试验，通球球径不小于排水管管径的2/3，通球率必须达到100%。

6)在生活污水管道上设置的检查口或清扫口。2.排水管道安装

3.排水管道安装的质量控制及允许偏差（1）排水管道及配件安装质量控制及允许偏差 1）主控项目

隐蔽或埋地的排水管道在隐蔽前必须做灌水试验，其灌水高度不低于底层卫生器具的上边缘或底层地面高度。

检验方法：满水15min水面下降后，再灌满观察5min，液面不降，管道及接口无渗漏为合格。

二、卫生器具的安装 卫生器具的安装程序

五、小结：室内排水系统常用管材有排水铸铁管、建筑排水塑料管。常用卫生器具有四类：便溺用卫生器具（大便槽）、小便器；盥洗淋浴用卫生器具主要有洗脸盆、盥洗台、浴盆、淋浴器；洗涤用卫生器具有洗涤盆、污水盆等；专用卫生器具有饮水器、地漏等。

单元三 供暖系统一、教学目标：了解供暖系统作用、组成、分类和特点；掌握热水供暖系统的特

点

二、教学重点：室内供暖系统的组成和分类。

三、教学难点：室内供暖系统的组成及分类。

四、教学过程：

第1节 供暖系统的组成及分类

一、供暖系统的组成

热源 供暖管道 散热设备

二、供暖系统的分类

按作用范围分：

(1)局部供暖系统：作用范围很小。

(2)集中供暖系统：向城市(城镇)或其中某一地区的多个用户供暖。(3)区域供暖系统：作用范围大、节能、对环境污染小，是城镇供暖的发展方向。

按使用热介质的种类不同分：(1)热水供暖系统

低温水：水温低于或等于100℃的热水；

高温水：水温大于100℃的热水(3)热风供暖系统

按散热器连接的供回水立管分：

(1)单管系统：凡热介质顺序流过各组散热器并在它们里面冷却，这样的布置称为单管系统。

(2)双管系统：凡热介质平等地分配到全部散热器，并从每组散热器冷却后，直接流回采暖系统的回水(或凝结水)立管中，这样的布置称为双 管系统。

第2节 室内供暖系统的系统形式

一、机械循环热水供暖系统的系统型式

（一）垂直式：

1.上供下回式系统

（1-热水锅炉；2-循环水泵；3-排气装置；4-膨胀水箱）

2.下供下回式双管系统

特点：系统的供回水干管都敷设在底层散热器的下面，设专用空气管排气或在顶层散热器上设放气阀排气。

3.中供式系统

特点：总供水干管敷设在系统的中部。易出现的竖向失调。4.下供上回式(倒流式)系统

特点：供水干管敷设在系统的底部，回水干管敷 设在系统的顶便于排气。5.混合式系统

由上供下回式系统与下供下回式系统组合特点：用于一般民用建筑或工业建筑 6.同程式系统与异程式系统

同程式系统：各个立管的循环环路长度基本相等

特点：增加了回水干管的长度，耗用管材多

异程式系统：循环环路的总长度都不相等

特点：容易出现远冷近热现象(二)水平式系统

优点：系统的总造价低，管路简单、管子穿楼板少，施工方便，易于布置膨胀水箱。

缺点：系统的空气排除较麻烦。(三)高层建筑热水供暖系统的系统型式 特点：系统静压大系统形式决于：外网压力、散热器的能力 1.分层式系统

双水箱分层系统特点：散热器承压能力低时，此连接方式可靠。换热器投资低、入口设备也少、腐蚀因素多。

2.水平双线式系统

特点：各环路的计算流量易保证 3.单双管混合式系统

特点：避免垂直失调散热器能单独调节。

二、蒸汽供暖系统的系统型式 原理：蒸汽凝结时放出汽化潜热 分类：

低压蒸汽供暖系统： P≤0.07MPa 高压蒸汽供暖系统： P＞0.07MPa 高压蒸汽供暖系统的系统型式

1.上供上回式系统:每组散热器的出口处，安装

疏水器、止回阀、泄水管、空气管等。

2.上供下回式系统:各环路凝结水干管的末端每组散热器进、出口均安 装

球阀。

3.单管串联式系统:系统凝结水管末端设置疏水

器。

五、小结：通过本节学习了解供暖系统作用、组成、分类和特点；掌握热水 供暖系统的特点。

单元三 供暖系统一、教学目标：

1、了解供暖管道的安装程序；

2、熟悉室内供暖系统管道的安装规范。

二、教学重点：室内供暖系统管道的安装并熟悉安装规范。

三、教学难点：室内供暖系统管道的安装和安装规范。

四、教学过程：

第3节 室内供暖系统管道安装

一、室内供暖管道的安装

安装程序：

供暖总管→散热设备→供暖立管→供暖支管 1.供暖总管的安装：

总控制阀门及入口装置，入口应预留孔洞 2.总立管的安装:位置应正确，穿越楼板应预 留孔洞

3.干 管 的安装:干管安装标高、坡度应符合设计或规范规定 4.立管的安装

垂直式系统:立管由供水干管接出时，对热水立管应从干管底部接出；

蒸汽立管:从干管的侧部或顶部接出； 5.散热器支管的安装: 散热器支管安装时如与立管相交，支管应煨弯绕过立管。支管长度大于1、5m，应在中间安装管卡或托钩。支管上应安装可拆卸件。

6.系统水压试验及调试

(1)水压试验(设计未注明)应符合下列规定： 1)蒸汽、热水采暖系统：以系统顶点工作压力加0.1MPa 作水压试验，同时在系统顶点的试验压力不小于0.3MPa。2)高温水供暖系统：试验压力应为系统顶点工作压力加0.4MPa。3)使用塑料管及复合管的热水采暖系统：应以系统顶点

工作压力加0.2MPa作水压试验，同时在系统顶点的试验

压力不小于0.4MPa。检验方法： 使用钢管及复合管的采暖系统应在试验压力下10min内压力降不大0.02MPa，降至工作压力后检查，不渗不漏。

使用塑料管的采暖系统应在试验压力下1h内压力降不大于0.05MPa，然后降压至工作压力的1.15倍，稳压2h，压力降不大于0.03MPa,同时各连接处不渗不漏。

(2)系统试压合格后，应对系统进行冲洗并清扫过滤器及除污器。(3)系统冲洗完毕应充水、加热，进行试运行和调试。检验方法：观察、测量室温应满足设计要求。7．系统联合试运转和调试

供暖系统安装完毕后，应在采暖期内与热源进行联合试运转和调试。联合试运转和调试结果应符合设计要求，采暖房间温度相对于设计计算温度不得低于2℃，且不高于1℃。

检查方法：检查室内供暖系统试运转和调试记录。

第4节 散热器与辅助设备

一、散热器及安装

按材质分： 铸铁、钢制、其他散热器

按结构型式分：柱型、管型、板型散热器

按传热方式分: 对流型,辐射型

铸铁散热器 钢制散热器 铜铝散热器

（一）铸铁散热器

优点：结构简单，耐腐蚀，使用寿命长造价低

缺点：金属耗量大，承压能力较低，制造、安装和运输劳动繁重(二)钢制散热器

优点：承压能力高、体积小、重量轻、外型美观 缺点：耐腐蚀性能较差 例如：柱型、板型、扁管型、闭式钢串片型和钢制翅片管型对流散热器

（三）铝制柱翼状散热器

铝制柱翼散热器具有耐腐蚀，重量轻，热工性能好，使用寿命长，外形美观的特点

二、散热器的安装：挂装、落地安装 1.散热器的组对

(1)组对材料：对丝、汽包垫片、丝堵、补芯(2)试压与防腐

试压：设计无要求时，应为工作压力的1.5倍，但不小于0.6MPa。检验方法是在试验压力下，试验时间为2～3min，压力不下降且不渗漏。

防腐：散热器的除锈刷油可在组对前进行，也可在组对试压合格后进行。一般刷防锈漆两道，面漆一道。待系统整个安装完毕试压合格后，再刷一道面漆。

2.散热器的安装

程序：画线→打洞→栽埋托钩或卡子→挂散热器形式：明装、暗装、半暗装(1)安装的基本技术要求：

1)散热器的种类规格和安装片数，必须符合设计要求。2)散热器的安装位置应正确。

3)散热器安装必须牢固，平正，美观，支架数量和支承强度必须足够，散热器应垂直和水平。

三、膨胀水箱

膨胀水箱在热水采暖系统中起着容纳系统膨胀水量，排除系统中的空气，为系统补充水量及定压的作用，是热水供暖系统重要的辅助设备之一。

膨胀水箱一般用钢板焊制而成，有矩形和圆形两种外形，以矩形水箱使用较多。一般置于水箱间内，水箱间净高不得小于2.2m，并应有良好的采光通风措施，室内温度不低于5℃，如有冻结可能时，箱体应做保温处理。

四、排气装置

热水供暖系统中如内存大量空气，将会导致散热量减少，室温下降，系统内部受到腐蚀使用寿命缩短、形成气塞破坏水循环，造成系统不热等问题的出现，为保证系统的正常运行，必须及时排出空气。因此供暖系统应安装排气装置。

(1)集气罐

(2)自动排气阀(原理：浮体浮力)(3)手动排气阀(4)除污器(5)温控与热计量装置

5.《数控加工工艺及设备》教案 篇五

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备

注

第一章

数控加工工艺及设备基础

第一节

机床数控技术与数控加工设备概述

一、机床中有关数控的基本概念

1．数字控制（数控）及数控技术

一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制而言的。机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程自动控制，简称为数控（NC）。这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控技术。

2．数控系统

是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件。

在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。

早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬件数控系统（NC系统）。

3．计算机数控系统

是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，习惯上又称为CNC系统。CNC系统已基本取代硬件数控系统（NC系统）。

4．开放式CNC系统

国际电子与电气工程师协会提出的开放式CNC系统的定义是：一个开放式CNC系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运行，且能与其它应用软件系统协调工作。

根据这一定义，开放式CNC系统至少包括以下五个特征：

（1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编程方法，使得数控机床的操作更加容易；

（2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式CNC系统软件的基础上开发专用的功能模块及用户操作界面；

（3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式CNC系统应能在不同的硬件平台上运行；

（4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进给驱动系统；

《数控加工工艺及设备》教案

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（5）对数据传输及交换等是开放的。

开放式CNC系统是数控系统未来发展的方向。5．数控机床

是指应用数控技术对其加工过程进行自动控制的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其它符号编码指令规定的程序。

备

注

二、数控机床的组成

1．计算机数控装置（CNC装置）

计算机数控装置是计算机数控系统的核心。其主要作用是根据输入的零件加工程序或操作命令进行相应的处理，然后输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等），完成零件加工程序或操作者所要求的工作。它主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通讯接口板、扩展功能模块以及相应的控制软件等模块组成。

2．伺服单元、驱动装置和测量装置

伺服单元和驱动装置包括主轴伺服驱动装置及主轴电机和进给伺服驱动装置及进给电机。测量装置是指位置和速度测量装置，它是实现主轴、进给速度闭环控制和进给位置闭环控制的必要装置。主轴伺服系统的主要作用是实现零件加工的切削运动，其控制量为速度。进给伺服系统的主要作用是实现零件加工的成形运动，其控制量为速度和位置，特点是能灵敏、准确地跟踪CNC装置的位置和速度指令。

3．控制面板

控制面板又称操作面板，是操作人员与数控机床（系统）进行信息交互的工具。操作人员可以通过它对数控机床（系统）进行操作、编程、调试或对机床参数进行设定和修改，也可以通过它了解或查询数控机床（系统）的运行状态。它是数控机床的一个输入输出部件，主要由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）和显示器等部分组成。

4．控制介质与程序输入输出设备

控制介质是记录零件加工程序的媒介，是人与机床建立联系的介质。程序输入输出设备是CNC系统与外部设备进行信息交互的装置，其作用是将记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统，或将已调试好的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的介质上。目前数控机床常用的控制介质和程序输入输出设备是磁盘和磁盘驱动器等。

此外，现代数控系统一般可利用通讯方式进行信息交换。这种方式是实现CAD／CAM的集成、FMS（柔性制造系统）和CIMS（计算机集成制造系统）的基本技术。目前在数控机床上常用的通讯方式有：

（1）串行通讯；（2）自动控制专用接口；（3）网络技术。

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5．PLC、机床I/O电路和装置

PLC是用于进行与逻辑运算、顺序动作有关的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置是用于实现I/O控制的执行部件，是由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路。它们共同完成以下任务：

（1）接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作；

（2）接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。

6．机床本体

机床本体是数控系统的控制对象，是实现加工零件的执行部件。它主要由主运动部件（主轴、主运动传动机构）、进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）、支承件（立柱、床身等）以及特殊装置、自动工件交换（APC）系统、自动刀具交换（ATC）系统和辅助装置（如冷却、润滑、排屑、转位和夹紧装置等）组成。

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注

三、数控机床的分类

1．按控制功能分类（1）点位控制数控机床

这类数控机床仅能控制两个坐标轴带动刀具或工作台，从一个点（坐标位置）准确地快速移动到下一个点（坐标位置），然后控制第三个坐标轴进行钻、镗等切削加工。它具有较高的位置定位精度，在移动过程中不进行切削加工，因此对运动轨迹没有要求。点位控制的数控机床主要用于加工平面内的孔系，主要有数控钻床、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。

（2）直线控制数控机床

这类数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，从一个点以一条直线准确地移动到下一个点，移动过程中能进行切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内调节。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带着多轴箱轴向进给进行钻、镗等切削加工，它可以算作一种直线控制的数控机床。

（3）轮廓控制数控机床

这类数控机床具有控制几个坐标轴同时协调运动，即多坐标轴联动的能力，使刀具相对于工件按程序规定的轨迹和速度运动，能在运动过程中进行连续切削加工。这类数控机床有用于加工曲线和曲面形状零件的数控车床、数控铣床、加工中心等。现代的数控机床基本上都是这种类型。若根据其联动轴数还可细分为2轴（X、Z轴联动或X、Y轴联动）、2.5轴（任意2轴联动，第3轴周期进给）、3轴（X、Y、Z3轴联动）、4轴（X、Y、Z和A或B4轴联动）、5轴（X、Y、Z和A、C或X、Y、Z和B、C或X、Y、Z和A、B5轴联动）联动数控机床，联动坐标轴数越多，则加工程序的编制越难，通常3轴联动以上的零件加工程序只能采用自动编程系统编制。

2．按进给伺服系统类型分类

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按数控系统的进给伺服子系统有无位置测量反馈装置可分为开环数控机床和闭环数控机床，在闭环数控系统中根据位置测量装置安装的位置又可分为全闭环和半闭环两种。

（1）开环数控机床

开环数控机床采用开环进给伺服系统。开环进给伺服系统没有位置测量反馈装置，信号流是单向的（数控装置→进给系统），故系统稳定性好。但由于无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。该系统一般以步进电机作为伺服驱动元件。它具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。

（2）半闭环数控机床

半闭环数控系统的位置检测点是从驱动电机（常用交、直流伺服电机）或丝杠端引出，通过检测电机和丝杠旋转角度来间接检测工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。由于在半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环节，可获得较稳定的控制性能，其系统稳定性虽不如开环系统，但比闭环要好。另外，在位置环内各组成环节的误差可得到某种程度的纠正，位置环外不能直接消除的如丝杠螺距误差、齿轮间隙引起的运动误差等，可通过软件补偿这类误差来提高运动精度，因此在现代CNC机床中得到了广泛应用。

（3）闭环数控机床

闭环进给伺服系统的位置检测点是工作台，它直接对工作台的实际位置进行检测。理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、间隙和失动量，具有很高的位置控制精度。但由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙都是非线性的，很容易造成系统不稳定。因此闭环系统的设计、安装和调试都有相当的难度，对其组成环节的精度、刚性和动态特性等都有较高的要求，价格昂贵。这类系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、超精磨床以及较大型的数控机床等。

3．按工艺用途（机床类型）分类

（1）切削加工类

即具有切削加工功能的数控机床。在金属切削机床常用的车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床、插床、拉床、切断机床、齿轮加工机床等中，国内外都开发了数控机床，而且品种越来越细。比如，在数控磨床中不仅有数控外圆磨床，数控内圆磨床，集可磨外圆、内圆于一机的数控万能磨床，数控平面磨床，数控坐标磨床，数控工具磨床，数控无心磨床，数控齿轮磨床，还有专用或专门化的数控轴承磨床，数控外螺纹磨床，数控内螺纹磨床，数控双端面磨床，数控凸轮轴磨床，数控曲轴磨床，能自动换砂轮的数控导轨磨床（又称导轨磨削中心）等等，还有工艺范围更宽的车削中心、加工中心、柔性制造单元（FMC）等。

（2）成型加工类

是具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床。如数控折弯机、数控冲床、数控弯管机、数控旋压机等。

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注

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（3）特种加工类

是具有特种加工功能的数控机床。如数控电火花线切割机床，数控电火花成型机床，带有自动换电极功能的“电加工中心”，数控激光切割机床，数控激光热处理机床，数控激光板料成型机床，数控等离子切割机等。

（4）其它类型

一些广义上的数控设备。如数控装配机、数控测量机、机器人等。

备

注

四、数控机床的基本结构特征和主要辅助装置

1．数控机床的基本结构特征

（1）机床刚性提高，抗振性能大为改善；（2）机床热变形降低；（3）机床中间传动环节减少；

（4）机床各个运动副间的摩擦系数较小；（5）机床功能部件增多。2．数控机床的主要辅助装置

数控机床的辅助装置是一个完整的机器或装置，其作用是完成配合机床对零件加工的辅助工作。诸如切削液或油液处理系统中的冷却过滤装置，油液分离装置，吸尘吸雾装置，润滑装置及辅助主机实现传动和控制的气、液动装置等，虽然这些装置在某些自动化或精密型非数控机床上已配备使用，但是，数控机床要求配备的装置的质量、性能更为精化。

除上述通用辅助装置外，还有对刀仪、自动排屑器、物料储运及上下料装置等。

五、数控机床的规格、性能和可靠性指标

1．规格指标

规格指标是指数控机床的基本能力指标，主要有以下几方面：

（1）行程范围和摆角范围

行程范围是指坐标轴可控的运动区间，它反映该机床允许的加工空间，一般情况下工件轮廓尺寸应在加工空间的范围之内。摆角范围是指摆角坐标轴可控的摆角区间，也反映该机床的加工空间。

（2）工作台面尺寸

它反映该机床安装工件的最大范围，通常应选择比最大加工工件稍大一点的面积，这是因为要预留夹具所需的空间。

（3）承载能力

它反映该机床能加工零件的最大重量。

（4）主轴功率和进给轴扭矩

它反映该机床的加工能力，同时也可间接反映机床的刚度和强度。

（5）控制轴数和联动轴数

数控机床的控制轴数通常是指机床数控装置能够控制的进给轴数。数控机床控制轴数与数控装置的运算处理能力、运算速度及内存容量等有关。联动轴数是指数控机床同时控制多个进给轴，使它们按规定的路线和进给速度所确定的规律运动的进给轴数目。它反映数控机床的曲面加工能力。

（6）刀库容量

是指刀库能存放加工所需刀具的数量，它反映该机床能加工工序内容的多少。目前常见的中小型加工中心多为16~60把，大型加工中心达

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100把以上。

2．性能指标

（1）分辨率与脉冲当量

分辨率是指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。对测量系统而言，分辨率是可以测量的最小增量；对控制系统而言，分辨率是可以控制的最小位移增量。数控装置每发出一个脉冲信号，反映到机床移动部件上的移动量，通常称为脉冲当量。脉冲当量是设计数控机床的原始数据之一，其数值的大小决定数控机床的加工精度和表面质量。脉冲当量越小，数控机床的加工精度和加工表面质量越高。

（2）最高主轴转速和最大加速度

最高主轴转速是指主轴所能达到的最高转速，它是影响零件表面加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素之一。最大加速度是反映主轴速度提速能力的性能指标，也是加工效率的重要指标。

（3）最高快移速度和最高进给速度

最高快移速度是指进给轴在非加工状态下的最高移动速度，最高进给速度是指进给轴在加工状态下的最高移动速度，它们也是影响零件加工质量、生产效率以及刀具寿命的主要因素。

另外，还有换刀速度和工作台交换速度，它们也是影响生产效率的性能指标。3．可靠性指标

（1）平均无故障时间MTBF（Mean time between failures）

它是指一台数控机床在使用中平均两次故障间隔的时间，即数控机床在寿命范围内总工作时间和总故障次数之比，即

MTBF总工作时间

总故障次数备

注

很显然，这段时间越长越好。

（2）平均修复时间MTTR（Mean time to restore。）

它是指一台数控机床从开始出现故障直到能正常工作所用的平均修复时间，即

MTTR总故障停机时间

总故障次数考虑到实际系统出现故障总是难免的，故对于可维修的系统，总希望一旦出现故障，修复的时间越短越好，即希望MTTR越短越好。

（3）平均有效度A 如果把MTBF看作设备正常工作的时间，把MTTR看作设备不能工作的时间，那么正常工作时间与总时间之比称为设备的平均有效度A，即

A平均无故障时间MTBF 平均无故障时间故障平均修复时间MTBFMTTR平均有效度反映了设备提供正确使用的能力，是衡量设备可靠性的一个重要指标。

六、数控机床的精度项目及检验

数控机床的精度项目主要包括几何精度、定位精度和切削精度。1．主要几何精度项目及检验

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数控机床的几何精度

是综合反映机床的关键零部件及其组装后的几何形位误差的指标。该指标可分为两类：一类是对机床的基础件和运动大件（如床身、立柱、工作台、主轴箱等）的直线度、平面度、垂直度等的要求，如工作台面的平面度，各坐标方向移动的直线度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（卧式）坐标方向移动时工作台面的平行度，X坐标方向移动时工作台面T形槽侧面的平行度等；另一类是对机床主轴的要求，如主轴的轴向窜动，主轴孔的径向跳动，主轴箱移动时主轴轴线的平行度，主轴轴线与工作台面的垂直度（立式）或平行度（卧式）等。

以卧式加工中心为例，主要有以下各项：（1）X、Y、Z坐标的相互垂直度；（2）工作台面的平面度；

（3）X轴和Z轴移动工作台面的平行度；（4）主轴回转轴心线对工作台面的平行度；（5）主轴在X、Y、Z各轴方向移动的直线度；（6）X轴移动工作台边界定位基准面的平行度；

（7）工作台中心线到边界定位器基准面之间的距离精度；（8）主轴轴向跳动；（9）主轴孔径向跳动。

几何精度常用检测工具有精密水平仪、精密方箱、直角尺、平尺、千分表、测微仪、高精度主轴心棒等。

2．定位精度的项目及检验

数控机床定位精度是指机床各运动部件在数控装置的控制下空载运动所能达到的位置准确程度。根据各轴能达到的位置精度就能判断出加工时零件所能达到的精度。

（l）直线运动定位精度

是指数控机床的移动部件沿某一坐标轴运动时实际值与给定值的接近程度，其误差称为直线运动定位误差。

XijPijPj

（1-1）

XijPijPj

（1-2）i=1，2，3„„n

代表向每一目标趋近的次数；

j=1，2，3„„m

代表目标位置。

备

注

n次单向趋近目标位置Pj时，可得到单向平均位置偏差Xj和Xj的值。Xjn XjnXi1nnij

（1-3）

Xi1ij

（1-4）

这样可得到从正、负方向趋近目标位置Pj时的反向差值Bj。

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BjXjXj

（1-5）n次单向趋近目标位置Pj时的标准偏差Sj和Sj为

备

注

Sj1n11n1Xi1nnijXj

2（1-6）

SjXi1ijXj2

（1-7）

定位精度A可分为单向定位精度Au和双向定位精度Ab二种。单向定位精度Au是取正、负方向趋近目标位置时定位误差中的最大值。正、负方向趋近目标位置时的定位精度如下：



A3S3S

（1-9）双向定位精度A为X3S、X3S中的最大值与X3S、X3S中的最小值之差值，即

AX3SX3S

（1-10）

AuXj3SjmaxXj3Sjmin

（1-8）

ujjmaxjjminbXXjjjjjjjjbjjmaxjjmin正常情况下，实际加工的某一坐标轴任意两点间的距离误差大约为该轴双向定位精度的2倍。

（2）直线运动的重复定位精度

是指在同一台数控机床上，应用相同程序、相同代码加工一批零件，所得到结果的一致程度。一般情况下，重复定位精度是正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。

重复定位精度R为标准偏差Sj和Sj中最大值的6倍，即

R6Sjmax

（1-11）（3）直线运动的反向误差B

直线运动的反向误差也叫失动量，是该坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等）的反向死区及各机械运动传动副的反向间隙和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越差。

BBjmax

（1-12）

（4）直线运动的原点返回精度（回零精度）

是指数控机床各坐标轴达到规定零点的准确程度，其误差称为回零误差。实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度。

（5）分度精度A

是指分度工作台在分度时指令要求回转的角度值与实际回转的角度值的差值。

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AQj3Sj备

注

maxQj3Sjmin

（1-13）

3．切削精度的项目及检验

机床的切削精度是一项综合精度指标，它不仅反映了机床的几何精度和定位精度，同时还反映了试件的材料、环境温度、刀具性能以及切削条件等各种因素造成的误差。

（1）镗孔精度检查

（2）端铣刀铣削平面精度检查

（3）直线铣削精度检查

（4）斜线铣削精度检查（5）圆弧铣削精度检查

七、数控机床的主要功能

1．多轴控制功能

是指CNC系统能控制和能联动控制数控机床各坐标轴的进给运动的功能。CNC系统的控制进给轴有：移动轴和回转轴，基本轴和附加轴。

2．准备功能

即G功能——指令机床运动方式的功能。3．多种函数插补功能和固定循环功能

插补功能是指数控系统进行零件表面（平面或空间曲面）加工轨迹插补运算的功能。一般CNC系统仅具有直线和圆弧插补，较为高档的数控系统还具有抛物线、椭圆、极坐标、正弦线、螺旋线以及样条曲线等插补功能。

在数控加工中，有些加工内容如钻孔、镗孔、攻螺纹等，所做的动作需要循环且十分典型，数控系统预先将这些循环动作用G代码进行定义，在加工时使用这类G代码，可大大简化编程工作量，此即固定循环功能。

4．补偿功能

（1）刀具半径和长度补偿功能

该功能能实现按零件轮廓编制的程序控制刀具中心的轨迹，以及在刀具半径和长度发生变化（如刀具更换、刀具磨损）时，可对刀具半径或长度作相应的补偿。该功能由G指令或T指令实现。

（2）传动链误差、反向间隙误差补偿功能

螺距误差补偿可预先测量出螺距误差和反向间隙，然后按要求输入CNC装置相应的储存单元内，在加工过程中进行实时补偿。

（3）智能补偿功能

外界干扰产生的随机误差，可采用人工智能、专家系统等方法建立模型，实施智能补偿。如热变形引起的误差，装置将会在相应地方自动进行补偿。

5．主轴功能

是指数控系统对切削速度的控制功能。主要有以下五种控制功能：（1）主轴转速（切削速度）——实现刀具切削点切削速度的控制功能，单位为r／min（m／min）。

（2）恒线速度控制——实现刀具切削点的切削速度为恒速的控制功能。

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（3）主轴定向控制——实现主轴周向定位于特定点的控制功能。（4）C轴控制——实现主轴周向任意位置的控制功能。

（5）切削倍率——实现人工实时修调切削速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。

6．进给功能

是指数控系统对进给速度的控制功能。主要有以下三种控制功能：（1）进给速度——控制刀具或工作台的运动速度，单位为mm／min；（2）同步进给速度——实现切削速度和进给速度的同步，单位为mm／r，用于加工螺纹；

（3）进给倍率——实现人工实时修调进给速度，即通过面板的倍率开关在0％~200％之间对其进行实时修调。

7．宏程序功能

通过编辑子程序中的变量来改变刀具路径和刀具位置的功能。8．辅助功能

即M功能——规定主轴的起、停、转向，工件的夹紧和松开，冷却泵的接通和断开等机床辅助动作的功能。

9．刀具管理功能

是实现对刀具几何尺寸和刀具寿命的管理及刀具选择功能。刀具几何尺寸是指刀具的半径和长度，这些参数供刀具补偿功能使用。刀具寿命是指总计切削时间，当某刀具的时间寿命到期时，CNC系统将提示用户更换刀具。另外，CNC系统都具有T功能即刀具号管理功能，它用于标识刀库中的刀具和自动选择加工刀具。

10．人机对话功能

在CNC装置中配有单色或彩色阴极射线管，俗称显示器（CRT），通过软件可实现字符和图形的显示，以方便用户操作和使用。主要功能有：菜单结构的操作界面；数据及零件加工程序的输入及环境编辑；系统和机床参数、状态、故障信息的显示、查询等。

11．自诊断功能

是指CNC系统防止故障发生及故障诊断、故障定位和防止故障扩大的功能。12．通讯功能

通讯功能是指CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。

备

注

第二节

数控加工原理与数控加工工艺概述

数控加工

是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序（简称为数控程序），输入数控系统，控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

数控加工技术

是将普通金属切削加工、计算机数控、计算机辅助制造等技

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术综合的一门先进加工技术。在以上各个领域的进步推动下，尤其是计算机技术的飞速发展下，数控加工技术正从深度、广度上对机械加工技术进行革命性的变革。

备

注

一、数控加工原理

1．数控加工的过程

首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即将刀具与工件的相对运动轨迹、加工过程中主轴速度和进给速度的变换、冷却液的开关、工件和刀具的交换等控制和操作，都按规定的代码和格式编成加工程序，然后将该程序送入数控系统。数控系统则按照程序的要求，先进行相应的运算、处理，然后发出控制命令，使各坐标轴、主轴以及辅助动作相互协调，实现刀具与工件的相对运动，自动完成零件的加工。

2．数控加工中的数据转换过程（1）译码

译码程序的主要功能是将用文本格式（通常用ASCⅡ码）表达的零件加工程序，以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据结构（格式），该数据结构用来描述一个程序段解释后的数据信息。它主要包括：X、Y、Z等坐标值，进给速度，主轴转速，G代码，M代码，刀具号，子程序处理和循环调用处理等数据或标志的存放顺序和格式。

（2）刀补处理（计算刀具中心轨迹）

为方便编程，零件加工程序通常是按零件轮廓或按工艺要求设计的进给路线编制的，而数控机床在加工过程中控制的是刀具中心（准确说是刀位点）轨迹，因此在加工前必须将编程轨迹变换成刀具中心的轨迹。刀补处理就是完成这种转换的处理程序。

（3）插补计算

数控编程提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则由数控系统的插补装置或插补软件来控制。该程序以系统规定的插补周期T定时运行，它将由各种线形（直线、圆弧等）组成的零件轮廓，按程序给定的进给速度F，实时计算出各个进给轴在T内的位移指令（X1、Y1、„），并送给进给伺服系统，实现成形运动。

（4）PLC控制

CNC系统对机床的控制分为对各坐标轴的速度和位置的“轨迹控制”和对机床动作的“顺序控制” 或称“逻辑控制”。后者是指在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关信号状态为条件，并按预先规定的逻辑关系对诸如主轴的起停、换向，刀具的更换，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行的控制。PLC控制就是实现上述功能的功能模块。

数控加工原理就是将预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统，数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制，最终实现零件

《数控加工工艺及设备》教案

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容 的自动化加工。

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注

二、数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念、主要内容及特点

（一）数控加工工艺和数控加工工艺过程的概念

1．数控加工工艺

是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。

2．数控加工工艺过程

是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。

（二）数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要内容（1）选择并确定进行数控加工的内容；（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定；（4）数控加工工艺方案的制定；（5）工步、进给路线的确定；（6）选择数控机床的类型；

（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；（8）切削参数的确定；

（9）加工程序的编写、校验与修改；

（10）首件试加工与现场问题处理；（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。

（三）数控加工工艺的特点 1．数控加工工艺内容要求具体、详细 2．数控加工工艺要求更严密、精确

3．制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 4．制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响

5．制定数控加工工艺时要特殊强调刀具选择的重要性 6．数控加工工艺的特殊要求

7．数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容

三、数控加工工艺与数控编程的关系

1．数控程序

输入数控机床，执行一个确定的加工任务的一系列指令，称为数控程序或零件程序。

2．数控编程

即把零件的工艺过程、工艺参数及其它辅助动作，按动作顺序和数控机床规定的指令、格式，编成加工程序，再记录于控制介质即程序载体（磁盘等），输入数控装置，从而指挥机床加工并根据加工结果加以修正的过程。

3．数控加工工艺与数控编程的关系

数控加工工艺分析与处理是数控编程

《数控加工工艺及设备》教案

内

容 的前提和依据，没有符合实际的、科学合理的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序。而数控编程就是将制定的数控加工工艺内容程序化。

备

注

第三节

数控机床的坐标系统一、数控机床的坐标系

1．标准坐标系和运动方向

标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴为X、Y、Z并构成直角坐标系，相应每个坐标轴的旋转坐标分别为A、B、C。

基本坐标轴X、Y、Z的关系及其正方向用右手直角定则判定，拇指为X轴，食指为Y轴，中指为Z轴，围绕X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向A、B、C分别用右手螺旋定则判定，拇指为X、Y、Z的正向，四指弯曲的方向为对应的A、B、C的正向。与X、Y、Z、A、B、C相反的方向相应用带“′”的X′、Y′、Z′、A′、B′、C′表示。注意，X′、Y′、Z′之间不符合右手直角笛卡儿定则。

由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是反之，所以ISO标准规定：

（l）不论机床的具体结构是工件静止、刀具运动，或是工件运动、刀具静止，在确定坐标系时，一律看作是刀具相对静止的工件运动。

（2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。

（3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）不带“′”的表示刀具运动；带“′”的表示工件运动，如图1-16所示。

（4）增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。2．坐标轴判定的方法和步骤（1）Z轴

规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴。对于有多个主轴或没有主轴的机床（如刨床），标准规定垂直于工件装夹面的轴为Z轴。对于能摆动的主轴，若在摆动范围内仅有一个坐标轴平行主轴轴线，则该轴即为Z轴，若在摆动范围内有多个坐标轴平行主轴轴线，则规定其中垂直于工件装夹面的坐标轴为Z轴。

规定刀具远离工件的方向为Z轴的正方向（Z）。（2）X轴

对于工件旋转的机床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向；对于刀具旋转的立式机床，规定水平方向为X轴方向，且当从刀具（主轴）向立柱看时，X正向在右边；对于刀具旋转的卧式机床，规定水平方向仍为X轴方向，且从刀具（主轴）尾端向工件看时，右手所在方向为X轴正方向。

（3）Y轴

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

Y轴垂直于X、Z坐标轴。Y轴的正方向根据X和Z坐标轴的正方向按照右

备

注

手直角笛卡儿定则来判断。

（4）旋转运动A、B和C

A、B和C表示其轴线分别平行于X、Y和Z坐标的旋转运动。A、B和C的正方向可按右手螺旋定则确定。

（5）附加坐标轴的定义

如果在X、Y、Z坐标以外，还有平行于它们的坐标，可分别指定为U、V、W。若还有第三组运动，则分别指定为P、Q和R。

（6）主轴正旋转方向与C轴正方向的关系

主轴正旋转方向

从主轴尾端向前端（装刀具或工件端）看顺时针方向旋转为主轴正旋转方向。对于普通卧式数控车床，主轴的正旋转方向与C轴正方向相同。对于钻、镗、铣、加工中心机床，主轴的正旋转方向为右旋螺纹进入工件的方向，与C轴正方向相反。所以不能误认为C轴正方向即为主轴正旋转方向。

二、机床坐标系与工件坐标系

1．机床坐标系与机床原点、机床参考点

（1）机床坐标系

机床坐标系是机床上固有的坐标系，是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是确定刀具（刀架）或工件（工作台）位置的参考系，并建立在机床原点上。机床坐标系各坐标和运动正方向按前述标准坐标系规定设定。

（2）机床原点

现代数控机床都有一个基准位置，称为机床原点，是机床制造商设置在机床上的一个物理位置，其作用是使机床与控制系统同步，建立测量机床运动坐标的起始点。

（3）机床参考点

与机床原点相对应的还有一个机床参考点，它也是机床上的一个固定点，通常不同于机床原点。一般来说，加工中心的参考点设在工作台位于负极限位置时的一基准点上。

2．工件坐标系与工件坐标系原点（1）工件坐标系

编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。（2）工件坐标系原点

也称为工件原点或编程原点，一般用G92或G54~G59指令指定。（3）工件坐标系坐标轴的确定

坐标原点选定后，接着就是坐标轴的确定。工件坐标系坐标轴确定的原则为：根据工件在机床上的安放方向与位置决定Z轴方向，即工件安放在数控机床上时，工件坐标系的Z轴与机床坐标系Z轴平行，正方向一致，在工件上通常与工件主要定位支撑面垂直；然后，选择零件尺寸较长方向或切削时的主要进给方向

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

为X轴方向，在机床上安放后，其方位与机床坐标系X轴方位平行，正向一致；过原点与X、Z轴垂直为Y轴，根据右手定则，确定Y轴的正方向。

3．装夹原点

有的机床还有一个重要的原点，即装夹原点，是工件在机床上安放时的一个重要参考点。

备

注

第四节

插补原理及与加工精度和加工效率的关系

一、数控加工轨迹控制原理——插补原理

插补的任务就是要根据进给速度的要求，完成在轮廓起点和终点之间的中间点的坐标值计算。目前常用的插补方法有两类：脉冲增量插补法和数据采样插补法。

（一）脉冲增量插补

脉冲增量插补是模拟硬件插补的原理，把计算机每次插补运算产生的指令输出到伺服系统，伺服系统根据进给脉冲进给，以驱动工作台运动。计算机每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位（脉冲当量），并且每次插补的结果仅产生一个行程增量，每进给一步（一个脉冲当量），计算机就要进行一次插补运算，进给速度受计算机插补速度的限制，因此很难满足现代数控机床高速度的要求。

（二）数据采样插补法

数据采样插补原理是将加工一段直线或圆弧的时间划分为若干相等的插补周期，每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出在该插补周期内各坐标轴的进给量，边计算边加工，若干次插补周期后完成一个曲线段的加工，即从曲线段的起点走到终点。数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补点（动点）坐标，从而计算出下一周期各个坐标的进给量，如X、Y等，进而得出下一插补点的指令位置。插补周期可以等于采样周期，也可以是采样周期的整倍数。对于直线插补，动点在一个插补周期内运动的直线段与给定直线重合。对于圆弧插补，动点在一个插补周期内运动的直线段以弦线（或切线、割线）逼近圆弧。

圆弧插补常用弦线逼近的方法。如图1-25所示，用弦线逼近圆弧，会产生逼近误差er。设为在一个插补周期内逼近弦所对应的圆心角、r为圆弧半径，则



err1cos

（1-14）

2将上式中的cos用幂级数展开，得

2

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

err1cos

22242r11

2!4!备

注

28r

（1-15）

设T为插补周期，F为刀具进给速度，则进给步长（或插补步长）l为 lTF 用进给步长l代替弦长，有

lrTFr

将上式代入式（1-15），得

l21TF er

（1-16）

8r8r

式（1-16）反映了逼近误差er与插补周期T、进给速度F和圆弧半径r的关系。

根据式1-16，可以得到一个关系式：

l8er允r

（1-17）式中

er允——轮廓曲线允许的逼近误差；

r——圆弧半径；

l——轮廓步长，即单位时间（插补周期）内的进给量。

二、插补原理、进给速度与加工精度和加工效率的关系

从式1-16可以看出，逼近误差与进给速度、插补周期的平方成正比，与圆弧半径成反比。较小的插补周期，可以在小半径圆弧插补时允许较大的进给速度。从另一角度讲，进给速度、圆弧半径一定的条件下，插补周期越短，逼近误差就越小。对于一个确定的数控系统，插补周期一般是固定的，插补周期确定之后，一定的圆弧半径，应有与之对应的最大进给速度限定，以保证逼近误差er不超过允许值。对脉冲增量插补，进给速度越快，则脉冲当量值越大，加工误差也就越大，插补周期越短，插补精度越高；进给速度越快，插补精度越低，但效率越高。当加工精度要求很高（如微米级）时，在数控系统一定的情况下，进给速度的快慢将影响工件的形状精度，同时自然影响加工效率。

第五节

当今国际数控加工技术的发展趋势

1．高速切削 2．高精度加工 3．复合化加工 4．控制智能化

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

具体体现在以下几个方面：（l）加工过程自适应控制技术（2）加工参数的智能优化与选择（3）故障自诊断功能（4）智能化交流伺服驱动装置 5．互联网络化

6．计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，缩写为CIMS）

一般认为CIMS应由下列六个子系统组成：（1）计算机辅助经营和生产管理系统；

（2）计算机辅助产品设计／制造等开发工程系统；（3）自动化制造加工系统；（4）计算机辅助储运系统；（5）全厂质量控制系统；（6）数据库与通信系统。

计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化，成为自动化工厂或无人化工厂，是自动化制造技术的发展方向。

备

6.《数控加工工艺及设备》教案2 篇六

内

容

备

注

第二章

数控机床机械结构

第一节 数控机床机械结构特点

一、数控机床机械结构的组成

主要由以下几部分组成：

1．机床基础部件，如床身、立柱、工作台等； 2．主传动系统； 3．进给传动系统；

4．实现某些动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却等系统及排屑、防护装置和刀架、自动换刀装置；

5．工件实现回转、定位的装置及附件，如数控回转工作台； 6．特殊功能装置，如监控装置、加工过程图形显示、精度检测等。掌握这些结构对于正确合理使用数控机床是非常必要的。

二、数控机床的结构特点

为了保证高精度、高效率的加工，数控机床的结构应具有以下特点： 1．高刚度和高抗振性 2．高灵敏度 3．热变形小 4．高精度保持性 5．高可靠性

6．工艺复合化和功能集成化

第二节 数控机床的主传动系统一、数控机床的主传动系统特点

1．主轴转速高、调速范围宽并实现无级调速 2．主轴部件具有较大的刚度和较高的精度 3．良好的抗振性和热稳定性

4．为实现刀具的快速或自动装卸，数控机床主轴具有特有的刀具安装结构

二、数控机床主轴的传动方式

（一）齿轮传动方式（图2-1a）

（二）带传动方式（图2-1b）

同步齿形带传动具有如下优点：

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

1．传动效率高，可达98％以上。2．无滑动，传动比准确。3．传动平稳，噪声小。

4．使用范围较广，速度可达50m/s，速比可达10左右，传递功率由几瓦至数千瓦。

5．维修保养方便，不需要润滑。

6．安装时中心距要求严格，带与带轮制造工艺较复杂，成本高。

（三）调速电动机直接驱动主轴传动方式（图2-1c）

备

注

三、主轴组件

主轴、主轴支承、装在主轴上的传动件和密封件等组成了主轴组件。

（一）数控机床的主轴支承

主轴轴承是主轴组件的重要组成部分，它的类型、结构、配置、精度直接影响主轴组件的工作性能。

1．主轴轴承类型

数控机床主轴经常采用滚动轴承和滑动轴承两类轴承。（1）滚动轴承（2）滑动轴承 2．主轴轴承的配置

典型的主轴轴承的结构配置形式有下面三种：

（l）图2-6a结构配置形式是现代数控机床主轴结构中刚性最好的一种。它使主轴的综合刚度得到大幅度提高，可以满足强力切削的要求，所以目前各类数控机床的主轴普遍采用这种配置形式。

（2）前支承采用3个超精密级角接触球轴承组合方式，具有较好的高速性能。后支承结构有采用2个角接触球轴承支承的，如图2-6b，也有用一个圆柱滚子轴承支承的。

（3）圆锥滚子轴承，图2-6c。这种轴承径向和轴向刚度高，能承受重载荷，尤其能承受较大的动载荷，安装与调整性能好，但是这种轴承配置方式限制了主轴的最高转速和精度，所以仅适用于中等精度、低速与重载的数控机床主轴。

3．主轴轴承的装配

采用选配定向法进行装配，可提高主轴组件的精度。装配时尽可能使主轴定位内孔与主轴轴颈的偏心量和轴承内圈与滚道的偏心量接近，并使其方向相反，这样可使装配后的偏心量减小。

4．滚动轴承的间隙与预紧

将滚动轴承进行适当预紧，使滚动体与内外圈滚道在接触处产生预变形，使受载后承载的滚动体数量增多，受力趋向均匀，从而提高承载能力和刚度，有利于减少主轴回转轴线的漂移，提高旋转精度。若过盈量太大，轴承磨损加剧，承载能力将显著下降。轴承所需的预紧量与轴承精度、类型和工作条件等因素有关。

（二）主轴准停功能

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

机床的切削扭矩由主轴上的端面键来传递，每次机械手自动装取刀具时，必须保征刀柄上的键槽对准主轴的端面键，这就要求主轴具有准确定位的功能。为满足主轴这一功能而设计的装置称为主轴准停装置或称主轴定向装置。主轴准停装置是加工中心换刀过程中所要求的特别装置，为了将主轴准确地停在某一固定位置上，以便在该处进行换刀等动作，这就要求主轴定向控制。

（三）主轴上刀具自动夹紧和切屑清除

加工中心为了实现刀具在主轴内的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。刀杆采用7：24的锥柄，这种锥柄既有利于定心，也为松夹带来了方便。

备

注

第三节 数控机床主传动系统应用

一、SSCK20/500数控车床主传动系统及主轴箱结构

（一）主传动系统

SSCK20/500数控车床的主传动系统由功率为11kw的AC伺服电动机驱动，经l：1的带传动带动主轴旋转，使主轴在 24~2400r/min的转速范围内实现无级调速，主轴箱内省去了齿轮传动变速机构，提高了主轴精度，减少齿轮传动躁声的影响，结构简单，维修方便。改变电机旋转方向，可以得到相应的主轴正、反转，主轴停车是由电机制动来实现。螺纹切削和主轴每转进给量是通过主轴脉冲编码器来实现。

（二）主轴箱结构

交流主轴电动机通过带轮把运动传给主轴。主轴有前后两个支承，前支承采用预加负荷的超精密级角接触球轴承组成，三个一组，其中两个轴承用来承受向后的推力，另一个用于承受向前推力。主轴的后支承采用圆柱滚子轴承，用来承受较大的径向载荷。前支承轴承的间隙用螺母来调整。主轴的支承形式为前端定位，主轴受热膨胀向后伸长。前后支承所用轴承的支承刚性好，前支承中的角接触球轴承能承受较大的轴向载荷，且允许的极限转速高。主轴所采用的支承结构适宜高速重载的需要。

二、JCS－018A加工中心主传动系统及主轴箱结构

（一）主运动传动系统

主轴电动机采用的是FANUC AC电动机。主轴电动机在45~4500r／min转速范围通过一对1：2同步带轮将运动传给主轴，使主轴在22.5~2250r／min转速范围内可以实现无级调速。

（二）主轴箱结构 1．主轴结构

主轴的前支承4配置了三个高精度的角接触球轴承，用以承受径向载荷和轴向载荷。前两个轴承大口朝下，后面一个轴承大口朝上。前支承按预加载荷计算的预紧量由螺母5来调整。后支承6为一对小口相对应的角接触球轴承，它们只

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

承受径向载荷，因此轴承外圈不需要定位。该主轴选择的轴承座和配置形式，能满足主轴高转速和承受较大轴向载荷的要求，主轴受热变形向后伸长，不影响加工精度。

2．刀具的自动夹紧机构

它主要由拉杆

7、拉杆端部的四个钢球

3、碟形弹簧

8、活塞

10、液压缸11等组成。机床执行换刀指令，机械手要从主轴拔刀时，主轴需松开刀具。这时液压缸上腔通压力油，活塞推动拉杆向下移动，使碟形弹簧压缩，钢球进入主轴锥孔上端的槽内，刀柄尾部的拉钉（拉紧刀具用）2被松开，机械手即拔刀。之后，压缩空气进入活塞和拉杆的中孔，吹净主轴锥孔，为装入新刀具做好准备。当机械手把下一把刀具插入主轴后，液压缸上腔无油压，在碟形弹簧和弹簧9的恢复力作用下，使拉杆、钢球和活塞退回到图示的位置，即碟形弹簧通过拉杆和钢球拉紧刀柄尾部的拉钉，使刀具被夹紧。

3．主轴准停装置

JCS－018A加工中心采用的是主轴电气式准停装置，即用磁力传感器检测定向。在主轴上安装一个发磁体，使之与主轴一起旋转，在距离发磁体外1~2mm处固定一个磁传感器。磁传感器经过放大器与主轴控制单元连接，当主轴需要定向准停时，便控制主轴停止在预定的位置。

备

注

第四节 数控机床进给传动系统一、数控机床对进给传动系统的要求

对进给系统中的传动装置和元件要求具有高的寿命，高的刚度，无传动间隙，高的灵敏度和低摩擦阻力的特点，如导轨必须摩擦力较小，耐磨性要高，通常采用滚动导轨、静压导轨等。为了提高转换效率，保证运动精度，当旋转运动被转化为直线运动时，广泛应用滚珠丝杠螺母副。为了提高位移精度，减少传动误差，对采用的各种机械部件首先保证它们的加工精度，其次采用合理的预紧来消除轴向传动间隙，因此在进给传动系统中采用各种措施消除间隙，但仍然可能留有微量间隙。此外由于受力而产生弹性变形，也会有间隙，所以在进给系统反向运动时仍然由数控装置发出脉冲指令进行自动补偿。

数控机床进给传动系统的机电部件主要有伺服电动机及检测元件、联轴节、减速机构（齿轮副和带轮）、滚珠丝杠螺母副（或齿轮齿条副）、丝杠轴承、运动部件（工作台、导轨、主轴箱、滑座、横梁和立柱）等。

二、导轨

导轨是用来支撑和引导运动部件沿着直线或圆周方向准确运动的。与支承件连成一体固定不动的导轨称为支承导轨，与运动部件连成一体的导轨称为动导轨。

（一）导轨的类型和要求 1．导轨的类型

《数控加工工艺及设备》教案

内

容

按运动部件的运动轨迹，导轨可分为直线运动导轨和圆周运动导轨。按导轨接合面的摩擦性，导轨可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨。滑动导轨又可分为普通滑动导轨和塑料滑动导轨。而静压导轨根据介质的不同又可分为液压导轨和气压导轨。

2．导轨的要求（1）高的导向精度

导向精度保证部件运动轨迹的准确性。导向精度受导轨的结构形状、组合方式、制造精度和导轨间隙调整等因素的影响。

（2）良好的耐磨性

耐磨性好可使导轨的导向精度得以长久保持。耐磨性一般受导轨副的材料、硬度、润滑和载荷的影响。

（3）足够的刚度

在载荷作用下，导轨的刚度高则保持形状不变的能力好。刚度受导轨结构和尺寸的影响。

（4）具有低速运动的平稳性

运动部件在导轨上低速移动时，不应发生“爬行”的现象。造成“爬行”的主要因素有摩擦的性质、润滑条件和传动系统的刚度等。

（二）滑动导轨 1．滑动导轨的结构

滑动导轨的常见截面形状有矩形、三角形、燕尾槽形和圆柱形。

矩形导轨（图2-12a）承载能力大，制造简单，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相关。侧面间隙不能自动补偿，必须设置间隙调整机构。三角形导轨（图2-12b）的三角形截面有两个导向面，同时控制垂直方向和水平方向的导向精度。这种导轨在载荷的作用下能自行补偿而消除间隙，导向精度较其他导轨高。燕尾槽导轨（图2-12c）的高度值最小，能承受颠覆力矩，摩擦阻力也较大。圆柱形导轨（图2-12d）制造容易，磨损后调整间隙较困难。以上截面形状的导轨有凸形（图2-12上图）和凹形（图2-12下图）两类。凹形导轨容易存油，但也容易积存切屑和尘粒，因此适用于防护良好的环境。凸形导轨需要良好的润滑条件。

直线运动导轨一般由两条导轨组成，不同的组合形式可满足各类机床的工作要求。数控机床上滑动导轨的形状主要为三角形一矩形式和矩形一矩形式，只有少部分结构采用燕尾式。

2．滑动导轨的材料

导轨材料主要有铸铁、钢、塑料以及有色金属。目前常采用一种导轨材料为金属和塑料的滑动导轨，称为塑料导轨（贴塑导轨），它具有刚度好，动、静摩擦系数差值小，在油润滑状态下其摩擦系数约为0.06，耐磨性好，使用寿命为普通铸铁导轨的8~10倍，无爬行，减振性好。其形式主要有塑料导轨板和塑料导轨软带两种。软带是以聚四氟乙烯为基材，添加青铜粉、二硫化铝和石墨的高分子复合材料。软带应粘贴在机床导轨副的短导轨面上，如图2-13所示，圆形导

备

注

《数控加工工艺及设备》教案

内

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轨应粘贴在下导轨面上。塑料导轨软带有各种厚度规格，长与宽由用户自行裁剪，粘贴方法比较固定。由于塑料导轨软带较软，容易被硬物刮伤，因此应用时要有良好的密封防护措施。塑料导轨在机床上的应用形式如图2-14所示。

（三）滚动导轨

滚动导轨是在导轨工作面之间安排滚动件，使两导轨面之间形成滚动摩擦，滚动导轨的摩擦系数小，而且动、静摩擦系数相近，磨损小，润滑容易。因此它低速运动平稳性好，移动精度和定位精度高。但滚动导轨的抗振性比滑动导轨差，结构复杂，对脏物也较为敏感，需要良好的防护。数控机床常用的滚动导轨有直线滚动导轨和滚动导轨块两种。

1．直线滚动导轨

直线滚动导轨又称单元直线滚动导轨，它主要由导轨体、滑块、滚珠、保持架、端盖等组成。导轨体固定在不动部件上，滑块固定在运动部件上。当滑块沿导轨体移动时，滚珠在导轨体和滑块之间的圆弧直槽内滚动，并通过端盖内的滚道从工作负荷区运动到非工作负荷区，然后再滚动回到工作负荷区。这样不断循环，把滚动体和滑块之间的移动变成滚珠的滚动。用密封垫来防止灰尘和脏物进入导轨滚道。

2．滚动导轨块

滚动导轨块用滚动体进行循环运动，滚动体为滚珠或滚柱，承载能力和刚度都比直线滚动导轨高，但摩擦系数略大。它多用于中等载荷的导轨，使用时有专业生产厂家提供各种规格、形式供用户选择。

（四）液体静压导轨

静压导轨通常在两个相对运动的导轨面间通入压力油，使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负载的变化自动调节，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状态。所以静压导轨的摩擦系数极小（约为0.0005），功率消耗少。这种导轨不会磨损，因而导轨的精度保持性好，寿命长。它的油膜厚度几乎不受速度的影响，油膜承载能力大、刚性高、吸振性良好。这种导轨的运行很平稳，既无爬行也不会产生振动。但静压导轨结构复杂，并需要有一套过滤效果良好的液压装置，制造成本较高。目前静压导轨一般应用在大型、重型数控机床上。

静压导轨按导轨的形式可分为开式和闭式两种，数控机床上常采用闭式静压导轨。静压导轨按供油方式又可分为恒压（即定压）供油和恒流（即定量）供油两种。

（五）导轨的润滑与防护

导轨润滑的目的是减少摩擦阻力和摩擦磨损，避免低速爬行，降低高速时的温升。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂，前者用于滑动导轨，而滚动导轨两者均可采用。数控机床上滑动导轨的润滑主要采用压力润滑。一般常用压力循环润滑和定时定量润滑两种方式。如直线滚动导轨滑块上配有润滑油注油杯，只要定期将锂基润滑脂放入润滑油注油杯即可实现润滑。

导轨面上应有可靠的防护装置。常用的防护装置有刮板式、卷帘式和伸缩式

备

注

《数控加工工艺及设备》教案

内

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等，数控机床上大多采用伸缩式防护罩。这些装置结构简单，由专门厂家制造。

备

注

三、滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副是回转运动与直线运动相互转换的新型理想传动装置。

（一）滚珠丝杠螺母副的特点

其工作原理是：在丝杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，当把它们套装在一起时形成螺旋通道，并且滚道内填满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动，按照滚珠返回的方式不同可以分为内循环式和外循环式二种。内循环式带有反向器，如图2-17a，返回的滚珠经过反向器和丝杠外圆返回。外循环式如图2-17b所示，其螺母旋转槽的两端由回珠管连接起来，返回的滚珠不与丝杠外圆相接触，滚珠可以作周而复始的循环运动，在管道的两端还能起到挡珠的作用，用以避免滚珠沿滚道滑出。

钢珠每一个循环闭路称为列。每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数。内循环滚珠丝杠副的每个螺母有2列、3列、4列、5列等几种，每列只有一圈。外循环每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等几种，剩下的半圈作回珠。外循环滚珠丝杠螺母副的每个螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，种类很多。

在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有下述特点： 1．摩擦损失小，传动效率高

滚珠丝杠副的传动效率可达92％~98％，是普通丝杠传动的3~4倍。2．传动灵敏，运动平稳，低速时无爬行

滚珠丝杠螺母副滚珠与丝杠和螺母是滚动摩擦，其动、静摩擦系数基本相等，并且很小,移动精度和定位精度高。

3．使用寿命长

滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面淬火硬度高达60~62HRC，表面粗糙度值小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。

4．轴向刚度高

滚珠丝杠螺母副可以完全消除间隙传动，并可预紧，因此具有较高的轴向刚度。同时，反向时无空程死区，反向定位精度高。

5．具有传动的可逆性

既可以将旋转运动转化为直线运动，也可以把直线运动转化为旋转运动。因为滚珠丝杠副具有这些优点，所以现在被各类中、小型数控机床普遍采用。6．不能实现自锁

由于其摩擦系数小不能自锁，当用于垂直位置时，为防止因突然停断电而造成主轴箱下滑，必须加有制动装置。

7．制造工艺复杂成本高

滚珠丝杠和螺母的材料、热处理和加工要求相当于滚动轴承，螺旋滚道必须磨削，制造成本高。目前已由专门厂集中生产，其规格、型号已标准化和系列化，这样，不仅提高了滚珠丝杠螺母副的产品质量，而且也降低了生产成本，使滚珠

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丝杠螺母副得到广泛的应用。

（二）滚珠丝杠螺母副间隙的调整

轴向间隙通常是指丝杠和螺母无相对转动时，丝杠和螺母之间的最大轴向窜动量。除了结构本身所有的游隙之外，还包括施加轴向载荷后产生弹性变形所造成的轴向窜动量。通常采用双螺母预紧的办法解决，预紧是指它在过盈的条件下工作，把弹性变形量控制在最小限度。而用双螺母加预紧力调整后，基本上能消除轴向间隙。利用双螺母加预紧力消除轴向间隙时，必须注意：

1．预加载荷能够有效地减少弹性变形所带来的轴向位移，预紧力太小不能起到消除间隙的作用。但预紧力也不宜过大，过大的预紧载荷将增加摩擦力，使传动效率降低，缩短丝杠的使用寿命。

2．要特别减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙。消除间隙的方法除了少数用微量过盈滚珠的单螺母消除间隙外，常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式等。

（1）图2-18是双螺母垫片预紧方式结构，通过调整垫片的厚度使左右螺母产生轴向位移，就可达到消除间隙和产生预紧力的作用。

（2）图2-19是双螺母螺纹预紧方式结构，用键限制螺母在螺母座内的转动。调整时，拧动圆螺母将螺母沿轴向移动一定距离，在消除间隙之后用圆螺母将其锁紧。

（3）图2-20是双螺母齿差预紧方式结构，在两个螺母1和2的凸缘上各制有一个圆柱外齿轮，两个齿轮的齿数相差一个齿，即z1z21。两个内齿圈3和4与外齿轮齿数分别相同，并用预紧螺钉和销钉固定在螺母座的两端。调整时先将内齿圈取下，根据间隙的大小调整两个螺母1、2分别向相同的方向转过一个或多个齿。使两个螺母在轴向移近了相应的距离达到调整间隙和预紧的目地。间隙消除量△可用下式简便地计算出：

（2-1）

式中

n —— 螺母在同一方向转过的齿数；

t —— 滚珠丝杠的导程；

z1,z2——齿轮的齿数。

ntz1z2备

注

nz1zt 例如，当z1=101，z2=100，t=5mm时，如果两个螺母向相同方向各转过一个齿时，其相对轴向位移量为=5/（100×101）≈0.0005mm，若间隙量为0.002mm，n=0.002×100×101/5=4。则相应的两螺母沿同方向转过4个齿即可消除。

（三）滚珠丝杠螺母副的结构形式

接螺旋滚道法向截面形状分单圆弧型和双圆弧型；按滚珠循环方式分内循环式和外循环式；按消除轴向间隙和调整预紧方式的不同分为垫片预紧方式、螺纹预紧方式和齿差预紧方式三种；按用途分为定位滚珠丝杠副（P类）、传动滚珠丝

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杠副（T类）两类，数控机床进给运动采用P类。

国内生产的滚珠丝杠螺母副螺旋滚道法向截形有两种：单圆弧型和双圆弧型，见图2-21。在螺纹滚道法向剖面内，滚珠与滚道接触点法线与丝杠轴线的垂直线夹角称接触角，理想接触角等于45°。

1．单圆弧型

如图2-21a所示。滚道半径R稍大于滚珠半径rb，取比值：R/rb=1.02~1.12，常取1.04或1.1。接触角随初始间隙和轴向截荷大小而变化。当增大后，轴向刚度、传动效率随之增大。为保证=45°，必须严格控制径向间隙。这种截面形状滚道形状简单，用成形砂轮磨削可得到较高精度。为消除轴向间隙和调整预紧，必须采用双螺母结构。

2．双圆弧型

如图2-21b所示。滚道由半径R稍大于滚珠半径rb的对称双圆弧组成。理论上轴向和径向间隙为零，接触角=45°是恒定的。比值：R/rb也常取1.02~1.12，并也常取1.04或1.1。这种截形滚道接触稳定，但加工较复杂。消除轴向间隙和调整预紧，不仅可以采用双螺母结构，也可以采用增大滚珠直径的单螺母结构。另外两圆弧交接处有一小沟槽，可容纳润滑油和脏物，这对工作有利。

（四）滚珠丝杠螺母副的主要参数及代号 1．滚珠丝杠螺母副的主要参数

（1）公称直径dm：即滚珠丝杠的名义直径（图2-22）。.滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时，包络滚珠球心的圆柱直径，是滚珠丝杠螺母副的特征尺寸。名义直径与承载能力有直接关系，dm越大，承载能力和刚度越大，有的资料推荐滚珠丝杠螺母副的名义直径应大于丝杠工作长度的 1/30。数控机床常用进给丝杠的名义直径dm为30mm至80mm。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的名义直径系列为：6，8，10，12，16，20，25，30，40，50，60，80，100，120，125，160及200 mm。

（2）导程L0：丝杠相对于螺母旋转一圈时，螺母上基准点的轴向位移。它按承载能力选取，并与进给系统的脉冲当量要求有关。导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。精度要求高时，应将导程取小一些，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。但为了使滚珠丝杠具有一定的承载能力，滚珠直径又不能太小。导程过小势必使滚珠直径变小，滚珠丝杠螺母副的承载能力亦随之减小。若丝杠副的名义直径不变，导程减小则螺旋升角也变小，传动效率降低。因此在满足机床加工精度的条件下，导程应尽可能取得大些。国际标准ISO规定滚珠丝杠螺母副的导程为 1，2，2.5，3，4，5，6，10，12，16，20，25，30，40 mm。应尽量选用2.5，5，10，20，40 mm。

此外还有接触角、丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1、螺纹全长l、滚珠直径db、螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1、滚道圆弧偏心距e 以及滚道圆弧半径R等参数。

备

注

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2．精度等级

根据JB3162.2—91滚珠丝杠螺母副按其使用范围及要求分为7个精度等级，即1、2、3、4、5、7和10七个精度等级。一级精度最高，其余依次逐级递减，一般动力传动可选用4、5、7级精度，数控机床和精密机械可选用2、3级精度，精密仪器、仪表机床、螺纹磨床可选用1、2级精度。滚珠丝杠螺母副精度直接影响定位精度，承载能力和接触刚度，因此它是滚珠丝杠副的重要指标，选用时要予以考虑。

3．滚珠丝杠螺母副代号的标注

根据JB3162.2—91滚珠丝杠副代号的标注方法如图2-23a所示。采用汉语拼音字母、数字及汉字结合标注法，标注示例如图2-23b 所示。例如：CDM6012-3.5-P4LH它表示外循环插管式，垫片预紧，回珠管埋入式，公称直径为60mm，导程为12mm，螺纹旋向为左旋，负荷钢球圈数为3.5圈，定位滚珠丝杠，精度等级为4级。滚珠丝杠副的特征代号见表2-1。

（五）滚珠丝杠螺母副的支承

滚珠丝杠主要承受轴向载荷，它的径向载荷主要是卧式丝杠的自重。因此对滚珠丝杠的轴向精度和刚度要求较高。此外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也不容忽视。滚珠丝杠两端常用支承形式如图2-24所示。图2-24a是一端固定一端自由的支承形式。其特点是结构简单，轴向刚度低，它适用于短丝杠及垂直布置丝杠，一般用于数控机床的调整环节和升降台式数控铣床的垂直坐标轴。图2-24b是一端固定一端浮动的支承形式，丝杠轴向刚度与图2-24a形式相同，丝杠受热后有膨胀伸长的余地，需保证螺母与两支承同轴。这种形式的配置结构较复杂，工艺较困难，适用于较长丝杠或卧式丝杠。图2-24c是两端固定的支承形式，这种支承结构只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度比一端固定形式高约4倍，固有频率比一端固定的高，可预拉伸，在它的一端装有蝶形弹簧和调整螺母，这样既可对滚珠丝杠施加预紧力，又可使丝杠受热变形得到补偿，保持恒定预紧力，但结构工艺都较复杂，适用于长丝杠。

（六）滚珠丝杠螺母副的密封与润滑 1．密封

通常滚珠丝杠副可用防尘密封圈和防护套密封，防止灰尘及杂质进入滚珠丝杠副。密封圈有接触式和非接触式两种，装在滚珠螺母的两端。防护套可防止尘土及杂质进入滚珠丝杠，影响其传动精度。对于暴露在外面的丝杠一般采用螺旋钢带、伸缩套筒、锥形套管以及折叠式防护罩，以防止尘埃和磨粒粘附到丝杠表面。这些防护罩一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。近年来还出现了一种钢带缠卷式丝杠防护装置。

2．润滑

使用润滑剂，以提高耐磨性及传动效率，从而维持传动精度，延长使用寿命。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂两类。润滑脂一般在安装过程中放进滚珠螺母的滚道内，定期润滑。使用润滑油时应注意要经常通过注油孔注油。

（七）滚珠丝杠螺母副的选择方法

备

注

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1．滚珠丝杠螺母副结构的选择

可根据防尘、防护条件以及对调隙及预紧的要求选择适当的结构形式。例如：允许间隙存在（如垂直运动）时，可选用具有单圆弧型螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；如果必须有预紧，并在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；当具备良好的防尘条件，只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。

2．滚珠丝杠螺母副结构尺寸的选择

选用滚珠丝杠螺母副时主要选择丝杠的公称直径和导程。公称直径应根据轴向最大工作载荷，按滚珠丝杠副的尺寸系列选择。在允许的情况下螺纹长度要尽量短。导程（或螺距）应按承载能力、传动精度及传动速度选取。当要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。

3．滚珠丝杠螺母副的选择步骤

在选用滚珠丝杠螺母副时，必须知道实际的工作条件，包括最大工作载荷（或平均工作载荷、最大载荷作用下的使用寿命、丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）、丝杠的转速（或平均转速）、滚道的硬度及丝杠的工作状况等，然后按下列步骤进行选择：

（1）最大的工作载荷；

（2）最大动载荷。对于静态或低速运转的滚珠丝杠，需考虑另一种失效形式—滚珠接触面上的塑性变形，即最大静载荷是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷；

（3）刚度的验算；

（4）压杆稳定性核算。另外，滚珠丝杠在轴向力的作用下将伸长或缩短，在扭矩的作用下将产生扭转而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精度及定位精度，故应验算满载时的预紧量。

备

注

四、传动齿轮间隙消除机构

（一）直齿圆柱齿轮传动间隙的调整 l．偏心套调整

如图2-25所示偏心轴套消除传动间隙结构。电动机1是用偏心套2与箱体连接的，通过转动偏心套2的位置就能调整两啮合齿轮中心距，从而消除齿侧间隙。其结构非常简单，常用于电动机与丝杠之间齿轮传动。

2．垫片调整

如图2-26所示，在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，使齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时只需改变垫片3的厚度，使齿轮2作轴向移动，调整两齿轮在轴向的相对位置即可达到消除齿侧间隙的目的。

3．双齿轮错齿调整

如图2-27所示，两个相同齿数的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合。可作相对回转运动的齿轮1、2套装在一起。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，《数控加工工艺及设备》教案

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并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱3，在弹簧4的作用下使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。无论正向或反向旋转都分别只有一个齿轮承受扭矩，因此承载能力受到限制，设计时必须计算弹簧4的拉力，使它能克服最大扭矩。

（二）斜齿圆柱齿轮传动间隙的消除 1．轴向垫片调整

如图2-28所示，宽齿轮同时与两个相同齿数的薄片齿轮啮合，薄片齿轮通过平键与轴联结，相互间不能转动。通过调整薄片齿轮之间垫片厚度的增减量，然后拧紧螺母，这时它们的螺旋线产生错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿槽左右两齿面贴紧消除了齿侧间隙。垫片厚度的增减量t和齿侧间隙的关系可由下式算出：

tctg

（2-2）

式中——斜齿轮的螺旋角；

——齿侧间隙； t——垫片厚度的增减量。

备

注

2．轴向压簧调整

如图2-29所示，轴向压簧调整齿轮齿侧间隙的原理与轴垫片法是一样的。但用弹簧压紧

能自动补偿齿侧间隙，达到无间隙传动。弹簧弹力要用调整螺母达到适当的值。过大会使齿轮磨损加快，降低使用寿命；过小达不到消除齿侧间隙的作用。

（三）圆锥齿轮传动间隙的消除

1．周向压簧调整

如图2-30所示，将大锥齿轮加工成1和2两部分，齿轮的外圈1开有三个圆弧槽8，内圈2的端面上的三个凸爪4，套装在圆弧槽内。弹簧6的两端分别顶在凸爪4和镶块7上，使内外齿圈1、2的锥齿错位与小锥齿轮啮合达到消除间隙的作用。为了安装方便，螺钉5将内外齿圈相对固定，安装完毕后即刻卸去。

2．轴向压簧调整

如图2-31所示，两个锥齿轮相互啮合。在其中一个锥齿轮的传动轴上装有压簧，调整螺母可改变压簧的弹力。锥齿轮在弹力作用下沿轴向移动，从而达到消除齿侧间隙的目的。

五、回转进给系统

数控机床靠回转工作台实现圆周进给运动。常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台，它们的功能各不相同，分度工作台只是将工件分度转位，实现分别加工工件的各个表面的目的，给零件的加工尤其是箱体类零件的加工带来了很大的方便。而数控回转工作台除了分度和转位的功能之外，还能实现圆周进给运动。

1．分度工作台

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分度工作台是按照数控系统的指令，在需要分度时工作台连同工件按规定的角度回转，有时也可采用手动分度。分度工作台只能够完成分度运动而不能实现圆周运动，并且它的分度运动只能完成一定的回转度数如 90°、60°或45°等。

鼠牙盘式分度工作台其结构如图2-32 所示，它主要由工作台面底座、夹紧液压缸、分度液压缸和鼠牙盘等零件组成。鼠牙盘是保证分度精度的关键零件，在每个齿盘的端面有相同数目的三角形齿。当两个齿盘啮合时，就能自动确定周向和径向的相对位置。

（1）工作台抬起，鼠齿盘脱离啮合

机床需要进行分度时，数控装置发出指令→电磁铁控制液压阀使压力油经孔23进入到工作台7中央的夹紧液压缸下腔10→推动活塞6向上移动→经推力轴承5和13将工作台7抬起→内齿轮12向上套入齿轮11→上下两个鼠齿盘4和3脱离啮合，完成分度前的准备工作。

（2）回转分度

当工作台7上升时，推杆2在弹簧力的作用下向上移动→使推杆1向右移动→微动开关S2复位→使压力油经油孔21进入分度油缸左腔19→推动齿条活塞8向右移动→齿轮11作逆时针方向转动→与齿轮11相啮合的内齿轮12转动→分度台也转过相应的角度。回转角度的大小由微动开关和挡块17决定，开始回转时，挡块14离开推杆15使微动开关S1复位，通过电路互锁，始终保持工作台处于上升位置。

（3）工作台下降，完成定位夹紧图

当工作台转到预定位置附近，挡块17通过16使微动开关S3工作。压力油经油孔22进入到压紧液压缸上腔9→活塞6带动工作台7下降→上鼠齿盘4与下鼠齿盘3在新的位置重新啮合并定位压紧。为了保护鼠齿盘齿面不受冲击，液压缸下腔10的回油经节流阀可限制工作台的下降速度。

（4）复位为下次分度作准备

当分度工作台下降时，推杆2和1启动微动开关S2→分度液压缸右腔18进压力油→活塞齿条8退回→齿轮11顺时针转动→挡块17、14回到原位，为下次分度作准备。

鼠齿盘式分度工作台具有刚性好，承载能力强，重复定位精度高，分度精度高，能自动定心，结构简单等特点。鼠齿盘制造精度要求高，它分度的度数只能是鼠齿盘齿数的整数倍。这种工作台不仅可与数控机床做成一体，也可作为附件使用，广泛应用于各种加工和测量装置中。

2．数控回转工作台

为了实现任意角度分度，并在切削过程中能够实现回转，采用了数控回转工作台。它主要用于数控镗铣床。从外形上看与分度工作台没有多大差别，但在内部结构和功能上则有较大的不同。

如图2-33所示，由传动系统、间隙消除装置及蜗轮夹紧装置等组成了数控回转工作台。它由伺服电动机1驱动，经齿轮2和4带动蜗杆

9、蜗轮10使工作台回转。通过调整偏心环3来消除齿轮2和4啮合侧隙。为了消除轴与套的配合间

备

注

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隙，通过楔形拉紧圆柱销5（A—A剖面）来连接齿轮4与蜗杆9。蜗杆9采用螺距渐厚蜗杆，蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚，这种蜗杆的左右两侧具有不同的导程。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍能保持正确的啮合。通过移动蜗杆的轴向位置来调节间隙，实现无间隙传动。

当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部装有八对夹紧块12及13，并在底座上均布着八个小液压缸14，夹紧液压缸14的上腔通入压力油，使活塞向下运动，通过钢球17撑开夹紧块12及13，将蜗轮夹紧。当工作台需要回转时，数控系统发出指令，夹紧液压缸14上腔的油流回油箱，钢球17在弹簧16的作用下向上抬起，夹紧块12和13松开蜗轮，这时蜗轮和回转工作台可按照控制系统的指令作回转运动。

数控回转工作台的导轨面由大型滚柱轴承支承，并由圆锥滚子轴承及双列圆柱滚子轴承保持回转中心的准确。为消除累积误差，数控回转工作台设有零点，当它作回零运动时首先由安装在蜗轮上的挡块碰撞限位开关，使工作台减速，然后通过感应块和无触点开关的作用使工作台准确停在零点位置上。分度角度位置通常由角度反馈元件圆光栅18反馈给数控系统。

数控回转工作台可作任意角度的回转和分度，因此能够达到较高的分度精度。

备

注

第五节

数控机床进给传动系统应用

一、MJ-50数控车床进给传动系统

（一）特点

数控车床的进给运动是把伺服电动机的旋转运动转化为刀架和滑板X、Z轴的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm（直径编程），Z轴最小移动量为0.00lmm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度并防止爬行。另外，消除丝杠螺母副的配合间隙和丝杠两端的轴承间隙，也有利于提高传动精度。

数控车床的进给系统采用伺服电动机驱动，经同步带轮传动到滚珠丝杠上，滚珠丝杠螺母带动刀架或滑板移动，所以刀架或滑板的快速移动和进给运动均为同一传动路线。

（二）X轴进给系统传动装置

图2-34是MJ-50数控车床 X轴进给传动装置的结构简图。如图a所示，功率为0.9kw的AC伺服电动机15经20：24同步带轮 14和 10以及同步带 12带动滚珠丝杠6回转，滚珠丝杠螺距为6mm，其上螺母7带动刀架21（图2-34b所示）沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动。电动机轴与同步带轮14用键13连接。滚珠丝杠有前后两个支承。前支承3由三个角接触球轴承组成，其中一个轴承大口向前两个轴承大口向后，分别承受双向的轴向载荷。前支承的轴承由螺母2进行预紧。其后支承9为一对角接触球轴承，轴承大口相背放置，由螺母11进行预紧。这种丝杠两端固定的支承形式，其结构和工艺都较复杂，可以

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保证和提高丝杠的轴向刚度。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图中5和8是缓冲块，在出现意外碰撞时起保护作用。

A-A剖面图表示滚珠丝杠前支承的轴承座 4用螺钉20固定在滑板上。滑板导轨如B-B剖视图所示为矩形导轨，镶条17、18、19用来调整刀架与滑板导轨的间隙。

图2-34b中22为导轨护板，26、27为机床参考点的限位开关和撞块。镶条23、24、25用于调整滑板与床身导轨的间隙。

因为滑板顶面导轨与水平面倾斜30°，回转刀架的自身重力使其下滑，滚珠丝杠和螺母不能以自锁阻止其下滑，故机床依靠AC伺服电动机的电磁制动来实现自锁。

备

注

二、JCS-018A加工中心机床进给传动系统及传动装置

JCS-018A机床的 X、Y、Z三个轴各有一套进给系统，分别由三台功率为1.4kw的脉宽调速直流伺服电动机直接带动滚珠丝杠旋转。三个轴的进给速度均为1~400mm/min，快移速度X、Y轴为14 m/min，Z轴为10 m/min。为了保证各轴的进给传动系统有较高的传动精度，电动机轴和滚珠丝杠之间均采用了锥环无键连接和高精度十字联轴器的连接结构。以Z轴进给装置为例，分析电动机轴与滚珠丝杠之间的连接结构。图2-35为Z轴进给装置中电动机与丝杠连接的局部视图。如图中所示，l为直流伺服电动机，2为电动机轴，7为滚珠丝杠。电动机轴与轴套3之间采用的锥环4无键连接结构。锥面相互配合的内外锥环，当拧紧螺钉时，外锥环向外膨胀，内锥环受力后向电动机轴收缩，从而使电动机轮与轴套连接在一起。这种连接方式无需在被连接件上开键槽，而且两锥环的内外圆锥面压紧后，可以实现无间隙传动，而且对中性较好，传递动力平稳，加工工艺性好，安装与维修方便。选用锥环对数的多少，取决于所传递扭矩的大小。

高精度十字联轴器由三件组成，其中与电动机轴连接的轴套3的端面有与中心对称的凸键，与丝杠连接的轴套6上开有与中心对称的端面键槽，中间一件联轴节5的两端面上分别有与中心对称且互相垂直的凸键和键槽，它们分别与件3和件6相配合，用来传递运动和扭矩。为了保证十字联轴节的传动精度，在装配时凸键与凹键的径向配合面要经过配研，以便消除反向间隙和传递动力平稳。由于主轴箱垂直运动，为防止滚珠丝杠因不能自锁而使主轴箱下滑，所以Z轴电动机带有制动器。

第六节

自动换刀装置自动换刀装置应当满足的基本要求： 1．刀具换刀时间短且换刀可靠； 2．刀具重复定位精度高；

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3．足够的刀具储存量； 4．刀库占地面积小。

备

注

一、自动换刀装置的形式

根据其组成结构，自动换刀装置可分为回转刀架式、转塔式、带刀库式三种形式，下面作分别介绍。

（一）回转刀架自动换刀装置

数控机床上使用的回转刀架是一种最简单的自动换刀装置。根据不同的适用对象，刀架可设计为四方形、六角形或其它形式。回转刀架可分别安装四把、六把以及更多的刀具，并按数控装置发出的脉冲指令回转、换刀。

CK7815型数控车床采用 BA200L刀架，最多可以有 24个分度位置，机床可选用 12位、8位刀盘。其工作循环是：刀架接收数控装置的指令→松开→转到指令要求的位置→夹紧→发出转位结束的信号。按照这个规律就可以分析各种结构刀架的工作过程。

图2-36中，当电动机11通电时，尾部的电磁制动器30ms以后松开，电动机开始转动，通过齿轮10、9、8带动蜗杆7旋转，从而使蜗轮5转动。蜗轮内孔有螺纹，与轴6上的螺纹配合。这时轴6不能回转，当蜗轮转动时，使得轴6沿轴向向左移动，因为刀架1与轴

6、活动鼠牙盘2是固定在一起的，所以刀盘和鼠牙盘也向左移动，鼠牙盘2和3脱开。在轴6上有两个对称槽，内装滑块4，在鼠牙盘脱开后，蜗轮转到一定角度与蜗轮固定在一起的圆盘14上的凸起便碰到滑块4，蜗轮便通过轴6上的螺纹使轴6右移，鼠牙盘2、3结合定位，电磁制动器通电，维持电动机轴上的反转力矩，以保证鼠牙盘之间有一定的压紧力。最后电动机断电，同时轴6右端的小轴13压下微动开关12，发出转位结束信号。刀架的选位由刷形选位器进行选位。松开、夹紧位置检测则由微动开关12实行。整个刀架是一个纯电器系统，结构简单。

（二）转塔式自动换刀装置

在带有旋转刀具的数控机床中，转塔刀架上装有主轴头，主轴头通常有卧式和立式两种，常用转塔的转位来更换主轴头以实现自动换刀，它是一种比较简单的换刀方式，各个主轴头上预先装有各工序加工所需要的旋转刀具，当收到换刀指令时，各主轴头依次的转到加工位置，并接通主运动使相应的主轴带动刀具旋转，而其它处于不加工位置上的主轴都与主运动脱开。如图2-37数控钻镗铣床，它是装有8把刀具且绕水平轴转位的转塔式自动换刀装置。

（三）带刀库的自动换刀装置

带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具换刀机构组成，目前这种换刀方法在数控机床上的应用最为广泛。

刀具的交换方式通常分为机械手交换刀具和由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换即无机械手交换刀具两种。刀具的交换方式及它们的具体结构直接影响机床的工作效率和可靠性。

1．无机械手交换刀具方式

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内

容

无机械手的换刀系统一般是采用把刀库放在主轴箱可以运动到的位置，或整个刀库或某一刀位能移动到主轴箱可以到达的位置，同时，刀库中刀具的存放方向一般与主轴上的装刀方向一致。换刀时，由主轴运动到刀库上的换刀位置，利用主轴直接取走或放回刀具。

2．带机械手交换刀具方式

采用机械手进行刀具交换方式在加工中心中应用最为广泛。机械手是当主轴上的刀具完成一个工步后，把这一工步的刀具送回刀库，并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行加工的功能部件。

图2-39a是单臂单爪回转式机械手，带一个夹爪的手臂可自由回转，装刀卸刀均靠这个夹爪进行，因此，换刀时间较长。

图2-39b是单臂双爪摆动式机械手，手臂上的一个夹爪只完成从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务，而另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较单爪回转式机械手要短。

图2-39c是双臂回转式机械手，手臂两端各有一个夹爪，能够同时完成抓刀→拔刀→回转→插刀→返回等一系列动作。为了防止刀具掉落，各机械手的活动爪都带有自锁机构。由于双臂回转机械手的动作比较简单，而且能够同时抓取和装卸机床主轴和刀库中的刀具，因此换刀时间可进一步缩短，是最常用的一种形式。图右边的机械手在抓取刀具或将刀具送入刀库主轴时，其两臂可伸缩。

图2-39d是双机械手，相当于两个单臂单爪机械手，它们相互配合完成自动换刀动作。

图2-39e是双臂往复交叉式机械手。这种机械手的两臂可以进行往复运动，并交叉成一定的角度。一个手臂从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库中取出“新刀”装入主轴，整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的换刀动作。

图2-39f是双臂端面夹紧式机械手。它的特点是靠夹紧刀柄的两个端面来抓取刀具，而其它机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面抓取刀具。

备

注

二、刀库

刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。

1．刀库的类型

按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构

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也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。

另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等

备

注

多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。

2．刀库的容量

确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。

3．刀库的选刀方式

目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种

顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套

二、刀库

刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的，是自动换刀装置中最主要的部件之一。

1．刀库的类型

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按刀库的结构形式可分为圆盘式刀库、链式刀库和箱型式刀库。圆盘式刀库如图2-40，结构简单，应用也较多。但因刀具采用单环排列，空间利用率低，因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列的形式，以增加空间利用率。但这样使刀库的外径扩大，转动惯量也增大，选刀时间也长。所以，圆盘式刀库一般用于刀具容量较小的刀库。链式刀库如图2-41所示，适用于刀库容量较大的场合。链的形状可以根据机床的布局配置，也可将换刀位突出以利于换刀。当需要增加链式刀库的刀具容量时，只需增加链条的长度，在一定范围内，无需变更刀库的线速度及惯量。一般刀具数量30~120把时都采用链式刀库。箱型式刀库的结构也比较简单，有箱型和线型两种，如图2-42，图2-43。箱型刀库一般容量比较大，刀库的空间利用率较高，换刀时间较长，往往用于加工单元式加工中心。线型刀库容量小，一般在十几把刀左右，多用于自动换刀的数控车床，数控钻床也有采用。

另外，按设置部位的不同刀库可以分为顶置式、侧置式、悬挂式和落地式等

备

注

多种类型。按交换刀具还是交换主轴，刀库可分为普通刀库（简称刀库）和主轴箱刀库。

2．刀库的容量

确定刀库的容量首先要考虑加工工艺的需要。对若干种工件进行分析表明，各种加工所必需的刀具数量是：4把铣刀可完成工件95％左右的铣削工艺，10把孔加工刀具可完成70％的钻削工艺，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的钻铣工艺。如果从完成工件的全部加工所需的刀具数目统计，则80％的工件（中等尺寸，复杂程度一般）完成全部加工任务所需的刀具数为40种以下。所以对于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀库就能够满足70％~95％工件的加工需要。

3．刀库的选刀方式

目前，加工中心刀库使用的选刀方式有顺序选刀和任意选刀两种

顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中，顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。加工不同的工件时必须重新调整刀库中的刀具顺序，因而操作十分繁琐，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重复使用。这样就会增加刀具的数量，而且由于刀具的尺寸误差也容易造成加工精度的不稳定。其优点是刀库的驱动和控制都比较简单。因此这种方式适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。

随着数控系统的发展，目前绝大多数的数控系统都具有刀具任选功能。任选刀具的换刀方式可以有刀套编码、刀具编码和记忆等方式。刀具编码或刀套编码都需要在刀具或刀套安装用于识别的编码条，如图2-44，一般都是根据二进制编码原理进行编码。刀具编码选刀方式采用了一种特殊的刀柄结构，并对每把刀具编码。由于每把刀具都具有自己的代码，因而刀具可以放在刀库中的任何一个刀座内，这样不仅刀库中的刀具可以在不同的工序中多次重复使用，而且换下的刀具也不用放回原来的刀座，这对装刀和选刀都十分有利，刀库的容量也可以相应地减少。而且还可以避免由于刀具顺序的差错所造成的事故。但是由于每把刀具

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上都带有专用的编码系统，使刀具的长度加长，制造困难，刀具刚度降低，同时使得刀库和机械手的结构也变得复杂。对于刀套编码的方式，一把刀具只对应一个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。

刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。

备

注

三、实例

这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程

（1）刀套下转90°

本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。

（2）机械手转75°

如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。

（3）刀具松开

机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。

（4）机械手拔刀

机械手下降，同时拔出两把刀具。

（5）交换两刀具位置

机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。

（6）机械手插刀

机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧

刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位

液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机械手无动作。

（9）机械手反转75°

机械手反转75°，回到原始位置。

（10）刀套上转 90°

刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程

本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸

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固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。

3．刀库结构

图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节

2、蜗杆

4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。

刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。

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注

第七节

辅助装置

一、数控机床的液压和气动系统

1．数控机床中的液压和气动装置功能

液压和气动装置在数控机床中一般完成如下辅助功能

（1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动以及刀具的松开和拉紧动作。

（2）主轴的自动松开、夹紧。

（3）机床运动部件的制动和离合器的控制，齿轮的拨叉挂档等。（4）机床的润滑、冷却、防护罩、门的自动开关。（5）工作台的松开夹紧，交换工作台的自动交换动作等。

（6）机床运动部件的平衡。如机床主轴箱的重力平衡、刀库机械手的平衡等。

2．数控机床中的液压装置

图2-48所示为数控车床液压系统原理图。液压系统采用单向变量液压泵，系统压力调整至4MPa，由压力表显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。机床的卡盘夹紧与松开、夹盘夹紧力的高低压转换、回转刀架的松开与夹紧、刀架刀盘的正转反转、尾座套筒的伸出与退回动作都是由液压系统驱动的，数控系统的PC控制液压系统中各电磁阀电磁铁的动作。

2位四通电磁阀1控制主轴卡盘的夹紧与松开，电磁阀2控制卡盘的高压夹紧与低压夹紧的转换。当卡盘处于正卡（也称外卡）且在高压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀6来调整，由压力表12显示卡盘压力。系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，活塞杆左移，卡盘夹紧。

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这时液压缸左腔的油液经阀1（左位）直接回油箱。反之，系统压力油经减压阀6→电磁阀2（左位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，活塞杆右移，卡盘松开。这时液压缸右腔的油液经阀1（右位）直接回油箱。当卡盘处于正卡且在低压夹紧状态下，夹紧力的大小由减压阀7来调整。系统压力油经减压阀7→电磁阀2（右位）→电磁阀1（左位）→液压缸右腔，卡盘夹紧。反之，系统压力油经减压阀7→电磁2（右位）→电磁阀1（右位）→液压缸左腔，卡盘松开。也可对刀架转位、刀盘松开夹紧及尾座套筒动作的控制进行分析。

备

注

二、排屑装置

1．排屑装置在数控机床中的作用

切屑占用加工区域，如果不及时清除必然会覆盖或缠绕在工件和刀具上，使自动加工无法继续进行。此外，炽热的切屑向机床或工件散发热量，使机床或工件产生变形，影响加工的精度。因此迅速、有效地排除切屑对数控机床加工来说十分重要，而排屑装置正是完成该工作的必备附属装置。排屑装置的主要作用是将切屑从加工区域排出到数控机床之外。

2．排屑装置的种类

（1）平板链式排屑装置，图2-49a。该装置以滚动链轮牵引钢质平板链带在封闭箱中运转，加工中的切屑落到链带上而被带出机床。这种装置能排除各种形状的切屑，适应性强，各类机床都能采用。在车床上使用时多与机床的冷却液箱合为一体，以简化机床结构。

（2）刮板式排屑装置，图2-49b。该装置的传动原理与平板链式的基本相同，只是链板不同，它的链板带有刮板。这种装置常用于输送各种材料的短小切屑，排屑能力较强。但因负载大而需采用较大功率的驱动电动机。

（3）螺旋式排屑装置，图2-49c。该装置采用电动机，经减速装置驱动安装在沟槽中的长螺旋杆。螺旋杆转动时，沟槽中的切屑即被螺旋杆推动而连续向前运动，最终排入切屑收集箱中。螺旋式排屑装置占用空间小，适于安装在机床与立柱间空隙狭小的位置上，而且它结构简单，排屑性能良好。但这种装置只适于沿水平或小角度倾斜直线方向排运切屑，不能大角度倾斜、提升或转向排屑。

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编码的方式，一把刀具只对应一

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个刀套，从一个刀套中取出的刀具必须放回同一刀套中，取送刀具十分麻烦，换刀时间长。因此，无论是刀具编码还是刀套编码都给换刀系统带来麻烦。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式是第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀库中的每个刀套号和该刀套上的刀具号，刀具在使用中不一定被送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。这种方式有利于缩短换刀、选刀时间。由于这种方式经常改变刀具号与刀套的对应关系，所以在重新启动机床时必须使刀库回零，校验一下显示器上显示的内容与实际刀具的情况。

刀库选刀方式一般采用就近移动原则，即无论采取哪种选刀方式，在根据程序指令把下一工序要用的刀具移到换刀位置时，都要向距离换刀最近的方向移动，以节省选刀时间。

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三、实例

这是JCS-018A加工中心的自动换刀装置。1．自动换刀工作过程

（1）刀套下转90°

本机床的刀库位于立柱左侧，刀具在刀库中的安装方向与主轴垂直，如图2-45所示。换刀之前，刀库2转动将待换刀具5送到换刀位置，之后把带有刀具5的刀套4向下翻转90°，使刀具轴线与主轴轴线平行。

（2）机械手转75°

如K向视图所示，在机床切削加工时，机械手1的手臂与主轴中心到换刀位置的刀具中心线的连线成75°，该位置为机械手的原始位置。机械手换刀的第一个动作是顺时针转75°，两手爪分别抓住刀库上和主轴3上的刀柄。

（3）刀具松开

机械手抓住主轴刀具的刀柄后，刀具的自动夹紧机构松开刀具。

（4）机械手拔刀

机械手下降，同时拔出两把刀具。

（5）交换两刀具位置

机械手带着两把刀具逆时针转180°（从K向观察），使主轴刀具与刀库刀具交换位置。

（6）机械手插刀

机械手上升，分别把刀具插入主轴锥孔和刀套中。（7）刀具夹紧

刀具插入主轴锥孔后，刀具的自动夹紧机构夹紧刀具。（8）液压缸复位

液压缸复位驱动机械手逆时针转180°的液压缸复位，机

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械手无动作。

（9）机械手反转75°

机械手反转75°，回到原始位置。

（10）刀套上转 90°

刀套带着刀具向上翻转90°，为下一次选刀做准备。2．机械手传动过程

本机床上使用的换刀机械手为双臂回转式机械手。图2-46为机械手传动结构示意图，它是目前加工中心上用得较多的一种。这种机械手的拔刀、插刀动作大都由油缸完成。根据结构要求可以采取“油缸动、活塞固定”或“活塞动、油缸固定”的结构形式。它的手臂的回转动作通过活塞带动齿条齿轮传动来实现，并且活塞的可调行程来保证机械手臂的不同回转角度。

3．刀库结构

图2-47是本机床盘式刀库的结构简图。如图a所示，当数控系统发出换刀指令后，直流伺服电动机1接通，其运动经过十字联轴节

2、蜗杆

4、蜗轮3传到如图b所示的刀盘14，刀盘带动其上面的16个刀套13转动，完成选刀的工作。每个刀套尾部有一个滚子11，当待换刀具转到换刀位置时，滚子11进入拨叉7的槽内。同时气缸5的下腔通压缩空气（如图a所示），活塞杆6带动拨叉7上升，放开位置开关9，用以断开相关的电路，防止刀库、主轴等有误动作。如图 b所示，拨叉 7在上升的过程中，带动刀套绕着销轴 12逆时针向下翻转 90°，从而使刀具轴线与主轴轴线平行。

刀套下转90°后，拨叉7上升到终点，压住定位开关10，发出信号使机械手抓刀。通过图a中的螺杆8，可以调整拨叉的行程，而拨叉的行程又决定刀具轴线相对主轴轴线的位置。

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哦哦

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7.建筑环境与设备工程节能施工探讨 篇七

关键词：建筑工程,生态,节能设计

建筑生态环境实际上就是影响建筑的一系列因素, 包括建筑室内以及室外的光线、湿度声量、热度、水源, 还有其中所包含的生态理念, 即人、建筑、环境的共同发展。建筑不仅能够为人们提供一个日常活动的场所, 同时也蕴含着人类文化, 从建筑中我们可以感受到一个时代的特色以及人们对美的追求。

1 外围护结构设计中存在的问题

1.1 外墙保温隔热节能设计

在我国的建筑设计过程中, 外围护墙所占比例较大, 所以, 在建筑节能中最重要的就是对建筑外围护结构中墙体材料的节能问题。解决这一问题最好的方法就是利用自然能源, 设置良好的阳光朝向, 这样不仅能够提高建筑室内建筑的舒适感, 同时还可以有效节能。

1.2 门窗环节的节能设计

设计门窗的过程中, 南北窗必须要根据其不一样的功能进行设计, 根据特定的比例和要求进行设计, 同时可以将北向窗的玻璃适当的加厚, 有效降低北窗的导热系数, 再将塑窗框与墙体连接处的保温应将外保温材料充分延伸到内墙边, 这样就能够杜绝热桥。

2 建筑生态环境中室内环境中现有暖通工程介绍

2.1 暖通工程介绍

(1) 暖通空调主要性能和作用。暖通空调能够将采暖、通风、空气调节融为一体, 建筑内部的环境温度能够通过暖通空调对湿度和温度的调节来满足人们的要求。传统的暖通空调是通过定流量水力系统来实现温度的控制和调节, 但是随着广大居民节能环保意识的增强发现这样的暖通空调耗能较大, 因此开始使用变流量水力系统和变风量系统来调节温度。实际上暖通空调就是对空气进行一定的处理, 就是将吸入的空气进行冷却、过滤等方法将空气中的细菌、异味等进行处理, 同时暖通空调还可以利用加湿系统提高房屋内的湿度, 最终创造一个适宜人们居住和生活的环境; (2) 暖通空调供水系统。目前来说, 暖通空调中所使用的是循环式的供水系统, 为了真正实现变流量系统的节能的需求就需要相对变流量系统来实现; (3) 暖通空调的空气处理单元介绍。暖通空调进行空气处理的单元是对新风以及残留的部分回风的处理, 在暖通空调内部有热交换器在进行热交换, 冬季需要将冷风转换为热风, 夏季则需要送出冷风。因此在进行空气的交换的过程中最重要的就是热交换器。

2.2 暖通空调系统节能设计发展现状

(1) 暖通空调规划设计不严格。在进行暖通空调系统设计的过程中, 必须要有严谨科学的规划, 在实际的设计过程中只有有了严格的规划, 才能够有计划、有目标的进行暖通空调的设计工作; (2) 暖通空调中没有较多的可再生能源的应用。可再生能源是暖通空调设计中忽视的一部分, 主要是因为目前技术的欠缺, 因此就不能将能源进行有效的回收再利用, 最终就导致了很大程度上的能源浪费; (3) 存在的供暖入口过多。在暖通工程供暖入口的设计过程中, 必须要综合多种因素, 比如:供暖的合理性等, 在设计的过程中不仅要考虑建筑室内的便利性和节约, 同时, 要结合室外的管网系统设计的合理性。

2.3 暖通空调的节能技术措施

(1) 降低室内温湿度的标准。室内温湿度标准直接影响着暖通空调, 我们应该根据季节的不同进行温度标准的调节, 夏季温度较高, 应该提高空调温度标准, 提高空调温度, 降低负荷, 从而减低能耗; (2) 采用新型节能舒适健康的空调及采暖方式。人们对外界的舒适程度受到较多因素的影响, 有不同的环境参数共同组成, 不同的环境参数影响着空调的能耗。暖通空调发展的过程中, 现阶段依旧存在着一系列问题。空调对环境变化没有较为灵敏的调控, 因此导致人们出现不舒适的感觉; (3) 利用空调系统进行热回收。空调在使用的过程中会产生大量的余热, 直接导致大量的浪费, 这就直接成为进行节能设计的突破, 空调一般都是通过回风冷却或再热到送风状态, 因此在设计的过程中, 我们可以将这剩余的回风进行回收, 利用排气余热处理新鲜空气, 减少处理新鲜空气的能耗, 从而充分利用能源, 实现节能的目的; (4) 自然资源和新能源的应用。在建筑暖通空调的节能技术使用的过程中可以充分利用自然条件来降低空调系统的能耗, 这样就能够有效提高经济效益和社会效益; (5) 暖通空调中对冷却水、冷热水、风系统的节能优化设计。暖通空调的节能的优化设计主要就是将暖通空调供回水冷冻水之间的温度差值进行有效的降低, 这样就可以将暖通空调系统的能耗进一步降低。设计的过程中我们可以选择循环模式, 这样就可以有效增长暖通空调的使用寿命, 还将系统内部的能耗有效降低。在暖通空调的后期应用中难免会在水资源匮乏的地区投入使用, 为进一步节约水资源, 降低能耗, 就应该针对这些地区的特点设计能够适用的暖通空调, 在设计的过程中可以采用冷却塔循环运行模式, 就可以进一步降低循环水泵扬程、降低空调系统能耗。

3 结束语

建筑环境与设备工程也是一个较为复杂型学科, 所以, 建筑节能要从多个方面来采用措施, 优建筑环境的设计, 同时随着时代的发展, 以及环境污染的日益加深, 政府已经开始进行节约能源的管理和开发, 逐步进行相关的法制以及保障制度的建立和健全, 同时, 人类在感受到环境濒临危险的同时也开始转向保护环境, 不断提升自己的节能环保的意识。因此, 在人力、物力、科技飞速发展的过程中, 我们必须要加强对建筑行业节能环保的推行和完善, 来全面确保人类的健康和自然环境的质量, 不断提高建筑行业的健康发展。

参考文献

8.浅谈工程机械设备管理 篇八

关键词工程机械；设备；管理；措施

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)021-0195-01

1目前工程机械管理维护过程中所存在的问题

1）相关的组织机构不健全，管理制度不够完善。一般好的施工企业要想搞好机械设备管理工作，就需要建立相应的管理机构，明确制定各级管理机构与人员的职责，这是工程机械设备管理工作顺利进行的组织保证。在施工的过程中，工程项目往往是点多线长，设备与人员调动频繁，而大部分施工企业却普遍存在着管理机构不全，人员力量薄弱等现象。因为他们错误地认为，工程机械设备管理是施工现场人员的事，管理部门与基层单位只局限于个别业务上的联系，以致盲目地精简机构、压缩甚至取消设备管理机构及管理人员，或将其工作职能并入其他部门兼管。其次，相当一部分施工企业仍缺乏完整、严格的工程机械设备管理制度，对工程机械设备的台账、技术资料档案的建立等工作尚未完善，管理工作无章可循、管理无序，有些企业甚至在购买了新设备后，没有及时或根本不入账，造成管理工作相当被动，设备糊涂使用。

2）保养制度不能落实，以至于工程机械设备磨损老化程度加快。施工企业在设备管理使用上常常是重使用轻保养，虽然实行定人定机制度，却忽视了工程机械设备保养制度对人的活动的制约性，没有能明确落实到人。机械操作人员只是注重使用，对出现的问题不能及时处理；另外，在工程机械设备出现故障需要维修时，许多维修保养人员责任心不强，应付差事，不从根本上解决故障问题，从而造成设备故障的不断扩大和发展。一般出现问题时，操作与维护人员往往互相推卸责任，不能意识到问题的重要性。不仅影响到施工的质量和进度，也增加了维修费用、运转费用，致使机械设备的使用寿命和安全性降低。

3）机械操作人员的技术培训不普及，操作人员的专业技术素质较差。虽然现在大部分施工单位都会根据自己施工队伍的实际情况，专门设立了机务管理部门，但由于机构、人员更迭较为频繁，机械设备管理及维修人员接受专业教育的时间较短，管理人员对机械设备管理的整体认识较模糊，技术管理水平参差不齐，在实施管理的过程中，还未能很好的开展机械设备管理的工作。

2为了改善目前机械设备管理中的问题，我们应该做到如下几点

2.1建立完善的机械设备技术档案

每台设备从购买到批准报废为止，都要建立技术档案、机械履历表、台班登记、维修保养记录、交接班记录、机械运行状况，这些都将详细记录这台设备在使用过程中的表现，为将来对该设备进行维修提供依据。

2.2协调好工程与机械的关系

随着机械化水平的不断提高，机械设备的管理在施工管理中所起的作用不断增强，施工机械已成为施工企业投标和完成施工任务的必备机制和条件。工程要靠机械设备来完成，机械设备要靠工程来发展，二者相辅相成。

1）科学配套，合理组织，增强机械设备操作人员的主人翁责任感。工程进度的快慢以及工程质量的好坏，不但与现场施工管理人员和质检人员有关，更与机械操作手有密切的关系，大部分情况下管理人员对机械性能并不十分了解，即使了解，机械操作机手不注意也容易出现质量空档，管理人员的先进意图要通过操作机手才能体现在工程中，让机手直接参与工程质量管理，加强他们的质量意识和责任感。在完成试验段后，发现某些方面掌握不够好，就召开一个包括现场施工人员、试验员、机械操作员参加的会议，共同研究分析其中的原因，找出其中的原因。上场后，组织施工技术人员与设备管理人员，对工程数量、施工顺序、施工工艺、工期安排、质量要求等进行深入细致的分析和讨论，根据本单位的现有设备使用状态和社会设备资源情况，以及每种设备的产能，科学地选择设备的品种，型号规格、数量，进行合理配套，分期分批地安排施工时间。

2）对施工人员加强技术培训。随着现代工程机械发展迅速，高科技、高技术成分越来越多，机械操作机手们不再单纯重复某种机械性操作；不仅要求到“四懂四会”，还要既懂工程机械技术操作，又懂一般施工技术要求。一般大型工程机械设备操作手，除了有一定的体能消耗外，还要根据现场的实际施工情况来实行新的指令，所以不通过系统和专业业务教育和培训，很难胜任机手工作。主要培训内容包括：新型机械的地四懂四会和基本要求；上岗前的质量意识教育；公路的基本知识和要求，施工模范和培训；特殊条件、特殊环境下的处理需要培训，通过系统的理论知识的操作技能培训。

2.3做好维修保养工作，加强机械设备的管理

现在很多工程机械设备，一般都是集液压、气路、电路、机械自动控制于一体，元件众多、品种繁杂，在使用过程中必然会发生磨损、变形、腐蚀等现象。如果不及时处理，久而久之就会使机械设备无法正常工作。因此，要做好机械设备定期的维修保养工作。作为机械设备管理人员，在施工过程中，主要解决各工地机械设备轻保养状况。

1）在时间上，维修保养工作要配合施工计划，尽量不要影响工程施工进度。每天的保养都放在施工任务完成后及时完成当天的保养工作。

2）在人员的安排上，要做到定人、定岗、定责任、定任务，写在日常任务黑板上，竖在设备旁，让机组人员每天上班、下班都可以看到，对照自己，检查每天的工作。

3）在配件更换的安排上，除常用更换的配件做到详细登记，以旧换新外，其余基本都要实行“零库存”管理。库存备件目的是要在生产过程中，设备需要修理时，不致因没有配件而耽误施工时间。可库存配件不但会占用大量资金，而且在工地地点转移的过程中，不可避免会引起损坏、丢失，造成人力、物力的浪费。结合这些情况，对主要的配件实行“零库存”。其次是要组织几名技术人员，要求有丰富的工作经验，有一定技术专长和能力。当设备发生问题时，能及时会诊，做到较准确的判断。当配件到达后，会和技术人员尽快抢修设备，使设备能够尽短时间恢复工作，同时让技术人员要做好详细的维修记录，以备存档。

4）控制好设备运行成本。根据每台设备的新旧程度、性能、状况，制定详细的成本账目和考核标准，核算工作量，维修费、动力消耗、配件消耗等，将考核结果与施工人员的工资待遇，奖金挂钩，厉行节约，奖优罚劣，使他们更关心爱护设备和设备的生产和使用成本。根据机械设备的构造、性能，配齐配足易损件，建立严格的配件、油料采购审批制度、严格执行出入库收发登记制度；坚持以旧换新，防止虚报冒领，增加使用成本。集中维修，养护、采购储备配件和油料，不要为了买某个不重要的配件也要跑一趟，路费比配件还要贵。同时，建立相应的奖惩制度，对维护好、保养勤劳、技术高的职工给以奖励，起到一个带头作用。

3总结

总而言之，工程机械设备管理是一项科学系统的工作，需要机械设备管理者认真对待每一个环节，通过科学、合理地进行管理，只有加强机械设备的有效管理，相互协调，才能有效提高设备完好率、保证设备稳定运行。

参考文献

[1]赵关桥,浅析如何优化工程机械设备维修的现场管理[J].青海科技,2010.