第4章机械加工装备

第4章机械加工装备机床组成及主要性能指标4.1通用金属切削机床4.2【学习目标】1．了解机械加工装备的种类2．了解常见普通机床的组成、运动3．掌握常见机床的主要性能指标4．了解常用机械加工装备的应用4.1机床组成及主要性能指标机械加工装备种类繁多，有热处理设备、锻造设备、铸造设备、焊接设备、金属切削机床、特种加工设备（电火花、水切割、激光加工）等等。本书主要介绍金属切削机床，主要有：车、钻、镗、磨、齿轮加工、铣、刨、拉、专用机床等等用来生产其他机械的工作母机。金属切削机床种类繁多。我国大致可分为通用机床、专用机床和组合机床三大类。此外还有如按机床特性分为普通机床、万能机床、自动机床、半自动机床、仿形机床和数控机床等；按机床布局分为卧式机床、立式机床、龙门机床、马鞍机床、落地机床等；按机床重量分为中小型机床、大型机床和重型机床等。4.1机床组成及主要性能指标1．动力源为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等。2．传动系统包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。3．支撑件用于安装和支撑其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、立柱等。支撑件是机床的基础构件，亦称机床大件或基础件。4．工作部件（1）执行部件，例如，主轴及主轴箱、工作台及其滑板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等，用来安装工件或刀具的部件。（2）与工件和刀具安装及调整有关的，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等。（3）分度、转位、定位机构和操纵机构等，所以工作部件结构中大多含有轴承和导轨。4.1.1机械的组成5．控制系统用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统（伺服单元）、可编程控制器和输入输出装置等。6．冷却系统用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。7．润滑系统用于对机床的运动副（如轴承、导轨等）进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。8．其他装置如排屑装置、自动测量装置等。4.1机床组成及主要性能指标4.1.1机械的组成机床的切削加工是由工具（包括刀具、砂轮等）与工件之间的相对运动来实现的。机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。4.1.2机床的运动如图3-1所示在车床上车外圆的整个运动过程，当工件作旋转运动Ⅰ后，通过运动Ⅱ和运动Ⅲ使车刀在纵、横方向上靠近工件；然后根据背吃力量通过运动Ⅳ让车刀横向切入一定深度；在通过车刀的纵向直线运动Ⅴ，车削出外圆柱表面；车到所需长度l时,通过运动Ⅵ、Ⅶ让车刀横向退离工件并纵向退回到起始位置。上述运动中，用来把工件切削成所需表面形状的运动称为表面成形运动；其他保证工件顺利加工的运动，称为辅助运动。。4.1机床组成及主要性能指标机床的技术性能是根据使用要求提出和设计的，反映了机床加工性能的主要数据。通常包括下列内容。1．机床的工艺范围机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。不同的机床，有宽窄不同的工艺范围。通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，并可实现自动化加工。2．机床的技术参数机床的主要技术参数包括尺寸参数、运动参数与动力参数。尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数。各类机床的主参数和第二主参数我国已有统一规定，如表3-1所示。4.1.3机床的主要性能指标4.1机床组成及主要性能指标1．机床精度机床本身必须具备的精度称为机床精度。它包括几何精度、传动精度、运动精度、定位精度、工作精度等几个方面。各类机床按精度可分为普通精度级、精密级和高精度级。（1）几何精度。几何精度是指机床空载条件下，在机床不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。如导轨的直线度、主轴径向圆跳动及轴向窜动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的基本指标。它主要取决于结构设计、制造和装配质量。（2）运动精度。运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。对于高速精密机床，运动精度是评价机床质量的一个重要指标。它与结构设计及制造等因素有关。（3）传动精度。传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计，传动元件的制造和装配精度。（4）定位精度。定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形位精度。机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。4.1.2机床的精度与刚度4.1机床组成及主要性能指标（5）工作精度。加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。在规定的工作期间内保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。磨损的因素复杂，如结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护、使用条件等。2．机床刚度是指机床系统抵抗变形的能力。作用在机床上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等。按照载荷的性质不同，可分为静载荷和动载荷。不随时间变化或变化极为缓慢的力称静载荷，如重力、切削力的静力部分等。凡随时间变化的力，如冲击震动力及切削力的交变部分等称动载荷。故机床刚度分为静刚度及动刚度，后者是抗震性的一部分，习惯所说的刚度一般指静刚度。4.1.2机床的精度与刚度4.1机床组成及主要性能指标4.1机床组成及主要性能指标机械加工装备种类繁多，有热处理设备、锻造设备、铸造设备、焊接设备、金属切削机床、特种加工设备（电火花、水切割、激光加工）等等。本书主要介绍金属切削机床，主要有：车、钻、镗、磨、齿轮加工、铣、刨、拉、专用机床等等用来生产其他机械的工作母机。金属切削机床种类繁多。我国大致可分为通用机床、专用机床和组合机床三大类。此外还有如按机床特性分为普通机床、万能机床、自动机床、半自动机床、仿形机床和数控机床等；按机床布局分为卧式机床、立式机床、龙门机床、马鞍机床、落地机床等；按机床重量分为中小型机床、大型机床和重型机床等。4.1机床组成及主要性能指标1．动力源为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等。2．传动系统包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。3．支撑件用于安装和支撑其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、立柱等。支撑件是机床的基础构件，亦称机床大件或基础件。4．工作部件（1）执行部件，例如，主轴及主轴箱、工作台及其滑板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等，用来安装工件或刀具的部件。（2）与工件和刀具安装及调整有关的，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等。（3）分度、转位、定位机构和操纵机构等，所以工作部件结构中大多含有轴承和导轨。4.1.1机械的组成5．控制系统用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统（伺服单元）、可编程控制器和输入输出装置等。6．冷却系统用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。7．润滑系统用于对机床的运动副（如轴承、导轨等）进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。8．其他装置如排屑装置、自动测量装置等。3.1机床组成及主要性能指标3.1.1机械的组成机床的切削加工是由工具（包括刀具、砂轮等）与工件之间的相对运动来实现的。机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。4.1.2机床的运动如图3-1所示在车床上车外圆的整个运动过程，当工件作旋转运动Ⅰ后，通过运动Ⅱ和运动Ⅲ使车刀在纵、横方向上靠近工件；然后根据背吃力量通过运动Ⅳ让车刀横向切入一定深度；在通过车刀的纵向直线运动Ⅴ，车削出外圆柱表面；车到所需长度l时,通过运动Ⅵ、Ⅶ让车刀横向退离工件并纵向退回到起始位置。上述运动中，用来把工件切削成所需表面形状的运动称为表面成形运动；其他保证工件顺利加工的运动，称为辅助运动。。4.1机床组成及主要性能指标机床的技术性能是根据使用要求提出和设计的，反映了机床加工性能的主要数据。通常包括下列内容。1．机床的工艺范围机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。不同的机床，有宽窄不同的工艺范围。通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，并可实现自动化加工。2．机床的技术参数机床的主要技术参数包括尺寸参数、运动参数与动力参数。尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数。各类机床的主参数和第二主参数我国已有统一规定，如表3-1所示。4.1.3机床的主要性能指标4.1机床组成及主要性能指标机床名称主运动进给运动主参数第二主参数加工精度卧式车床工件旋转车刀纵向横向运动工件最大回转直径/10工件最大长度IT10～IT81.6μm立式车床最大车削直径/100最大工件高度IT9～IT83.2～1.6μm台式钻床钻头旋转钻头轴向直线运动钻孔直径/1最大跨距（主轴与立柱中心距离）IT1212.5μm立式钻床摇臂钻床卧式镗床镗刀旋转工件直线运动主轴直径/10工作台工作面长度IT71.6～0.8μm坐标镗床镗刀或工件直线运动工作台工作面宽度IT60.2μm牛头刨床刨刀直线运动工件横向运动最大刨削长度/10工作台宽度IT9～IT76.3～3.2μm龙门刨床工件直线运动刨刀直线运动最大刨削宽度/100插床插刀直线运动工件纵向横向圆周运动最大插削长度/10工作台宽度6.3～1.6μm拉床拉刀直线运动无额定拉力无IT9～IT71.6μm卧式万能铣床铣刀旋转工件或铣刀直线运动工作台工作面宽度/10工作台工作面长度IT9～IT76.3～1.6μm立式铣床工作台工作面宽度/10龙门铣床工作台工作面宽度/100外圆磨床砂轮旋转工件旋转移动或磨具移动最大磨削直径/10最大磨削长度IT60.8～0.2μm内圆磨床最大磨削孔径/10最大磨削长度IT6～IT50.1～0.08μm平面磨床工作台面宽度或直径/10工作台面长度IT5以上0.04～0.01μm滚齿机齿轮刀具旋转工件旋转和移动最大工件直径最大模数IT9～IT76.3～1.6μm1．机床精度机床本身必须具备的精度称为机床精度。它包括几何精度、传动精度、运动精度、定位精度、工作精度等几个方面。各类机床按精度可分为普通精度级、精密级和高精度级。（1）几何精度。几何精度是指机床空载条件下，在机床不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。如导轨的直线度、主轴径向圆跳动及轴向窜动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的基本指标。它主要取决于结构设计、制造和装配质量。（2）运动精度。运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。对于高速精密机床，运动精度是评价机床质量的一个重要指标。它与结构设计及制造等因素有关。（3）传动精度。传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计，传动元件的制造和装配精度