new机械制造技术基础(第4章).

机械制造技术基础(第四章金属切削机床)主讲:范孝良第四章金属切削机床机床是用切削的方法将金属毛坯加工成具有一定几何形状、尺寸精度和表面质量的机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，根据加工工艺方法的不同，机床可分：金属切削机床、锻压机床、电加工机床、坐标测量机、铸造机床、热处理机床等。本章主要介绍金属切削机床。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缸、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称为主轴箱。4.1.1机床的基本组成4.1.1机床的基本组成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、底座、立柱等。支撑件是机床的基础构件，也称机床大件或基础件。4.1.1机床的基本组成4.工作部件：(1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件，如主轴及主轴箱、工作台及其溜板或滑座、刀架及其溜板及滑枕等安装工件或刀具的部件；⑵与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等；⑶与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。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）、可编程序控制器和输入输出装置等。4.1.1机床的基本组成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进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。8.其它装置：如排屑装置、自动测量装置等。4.1.1机床的基本组成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。（a）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。4.1.2机床技术性能车床CA6140图片车床C6232A图片b)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。c)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。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2主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数机床名称主参数第2主参数普通车床车身上工件最大回转直径工件最大长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距坐标镗床工作台工作面宽度工作台工作面长度外圆磨床最大磨削直径最大磨削长度2.机床的技术参数运动参数：指机床执行件的运动速度，例如主轴的最高转速与最低转速及变速级数、刀架的最大进给量与最小进给量(或进给速度)。动力参数：指机床电动机的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩和工作台允许的最大拉力等其他内容。2.机床的技术参数加工质量主要指加工精度和表面粗糙度，它们由机床、刀具、夹具、切削条件和操作者技能等因素决定。机床的加工质量是指在正常工艺条件下所能达到的经济精度，主要由机床本身的精度保证。机床本身的精度包括几何精度、传动精度和动态精度：3.加工质量①几何精度。是机床在低速空载时各部件间相互位置精度和主要零件的形位精度，如机床主轴的径向跳动和端面跳动、工作台面的平面度等。②传动精度。是指机床传动链各末端执行元件之间运动的协调性和均匀性，如车床车螺纹时，要求传动链两端保持严格的传动比，传动链的传动误差将影响到螺纹的加工精度。③动态精度。是指机床加工时，在切削力、夹紧力、振动和温升的作用下各部件间的相互位置精度和主要零件的形位精度。机床的动态精度主要受机床刚度、抗振性和热变形等因素的影响。3.加工质量4.生产率和自动化程度机床的生产率是指机床在单位时间内所加工的工件数量，机床的自动化程度影响着机床生产率的高低。5.人机关系人机关系主要指机床应操作方便、省力、安全可靠、易于维护和修理等。6.成本选用机床时应根据加工零件的类型、形状、尺寸、技术要求和生产批量等，选择技术性能与零件加工要求相适应的机床，以充分发挥机床的性能，取得较好的经济效果。4.2.1机床的分类1.按加工方法、所用刀具及用途分：11种（车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床、其它机床）2.按应用范围分：通用机床（万能机床）：卧式车床、摇臂钻床、万能升降台铣床专门化机床：曲轴车床、曲轴磨床、凸轮轴车床专用机床：专用镗床、加工机床导轨磨床3.按工作精度分：普通、精密、高精度4.2金属切削机床的分类和型号的编制4.2.2通用机床型号的编制机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能和结构特点、主要技术参数等。1994年颁布的标准《GB/T15375—1994金属切削机床型号编制方法》，此标准规定机床型号由一组汉语拼音和阿拉伯数字组成。机床按其工作原理划分为11类。每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系（系列）。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。在同一组机床中，其主要参数相同、主要结构及布局形式相同的机床，即为同一系。4.2.2通用机床型号的编制表4-1机床的类别和分类代号齿轮加工螺纹加工刨插其他类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其1994年颁布的标准《GB/T15375—1994金属切削机床型号编制方法》返回24表4-2金属切削机床类、组划分组别组别类别0l23456789车床C仪表车床单轴自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床Z—坐标钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床中心孔钻床其他钻床镗床T——深孔镗床—坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床其他镗床磨床M仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床2M—超精机内圆珩磨机外圆及其他珩磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机其他磨床3M—球轴承套圈沟磨床滚子轴承套圈滚道磨床轴承套圈超精机叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床返回24齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机床—锥齿轮加工机床滚齿及铣齿机剃齿及珩齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床S———套丝机攻丝机—螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床—铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床仿形铣床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣床工具铣床其他铣床刨插床B—悬臂刨床龙门刨床——插床牛头刨床—边缘及模具刨床其他刨床拉床L——侧拉床卧式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽、轴瓦及螺纹拉床其他拉床锯床G——砂轮片锯床—卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床锉锯床—其他机床Q其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机—刻线机切断机多功能机床———表4-3通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心（自动换刀）仿形轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速返回24通用机床型号表示方法：CA6140（●）○（○）●●（●）（○）（●）↓↓↓↓↓↓↓↓分类代号类别代号通用特性和结构组别和系主参数或第二主参数重大改进同一型号机床特性代号别代号设计顺序号顺序号的变型代号（）----可有可无○-----汉语拼音字母●-----阿拉伯数字（●）○（○）●●（●）（○）（●）↓↓↓↓↓↓↓↓分类代号类别代号通用特性和结构组别和系主参数或第二主参数重大改进同一型号机床特性代号别代号设计顺序号顺序号的变型代号（）----可有可无○-----汉语拼音字母●-----阿拉伯数字例：CA6140型卧式车床CA6140↓↓↓↓↓类别代号结构特性代号组别代号系别代号主参数（落地及卧式车床）（卧式车床系）（最大车削直径400mm）表4-1表4-2（●）○（○）●●（●）（○）（●）↓↓↓↓↓↓↓↓分类代号类别代号通用特性和结构组别和系主参数或第二主参数重大改进同一型号机床特性代号别代号设计顺序号顺序号的变型代号（）----可有可无○-----汉语拼音字母●-----阿拉伯数字例：磨床MG1432AMG1432A↓↓↓↓↓↓类别代号通用特性组别代号系别代号主参数重大改进顺序号（磨床类）（高精度）（外圆磨床组）（万能外圆（最大磨削（第一次重大改进）磨床系）直径320mm）表4-1表4-3表4-21.专用机床的表示方法专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序组成。例：上海机床厂设计制造的第15种专用机床为专用磨床，其型号为H－015。4.2.3其他类型机床型号的编制设计单位代号设计顺序由通用机床或专用机床组成的机床自动线，其代号为“ZX”，读作“自线”，它位于设计单位代号之后，并用“－”分开，读作“至”。机床自动线设计顺序号的排列与专用机床的设计顺序号相同，位于机床自动线代号之后。例：北京机床研究所以通用机床或专用机床为某厂设计的第一条机床自动线，其型号为JCS－ZX001。2.机床自动线型号表示方法4.3卧式车床CA6140介绍车床是制造业中使用最广泛的一类机床。车床是以主轴带动工件旋转作为主运动，刀架带动刀具移动作为进给运动来完成工件和刀具之间的相对运动的一类机床。主要用来加工各种回转表面，如内外圆柱、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面等。4.3.1CA6140的工艺范围CA6140型卧式车床加工的对象，主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件，还可以加工螺纹表面。该车床的工艺范围广，可以进行多种表面加工。4.3.2CA6140的主要技术参数床身上最大工件回转直径400mm。刀架上最大工件回转直径210mm。最大棒杆直径（mm）47。最大工件长度（mm）750、1000、1500、2000四种。最大加工长度（mm）650、900、1400、1900。主轴转速范围正转10～1400r/min，24级；反转14.5～1600r/min，12级。进给量范围纵向0.028～633mm/r，共64级；横向0.014～3.16mm/r，共64级。螺纹加工范围米制螺纹P=1～192mm，44种；英制螺纹a=2～24牙/in，20种；模数制螺纹m=0.25～48mm，39种；径节制螺纹Dp=1～96牙/in，37种。机床外形尺寸（长宽高）对于最大工件长度1500mm的机床为3168mm1000mm1267mm。4.4数控机床介绍4.3.3CA6140的传动分析4.3.3.1机床的运动各种类型的机床，为了进行切削加工以获得所需的具有一定几何形状、一定尺寸精度和表面质量的工件，必须使刀具和工件完成一系列的运动，其中包括刀具和工件间的相对运动。机床在加工过程中完成的各种运动，按其功用可分为表面成形运动和辅助运动两类。1.表面成形运动在机床上，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件完成一定的运动，这种运动称为表面成形运动。表面成形运动（简称成形运动）是保证得到工件要求的表面形状的运动。成形运动按其组成情况不同，可分为简单的和复合的两种。CA6140用普通车刀车削外圆柱面时，工件的旋转运动和刀具的直线移动就是两个简单运动。CA6140车削螺纹时，工件的等速旋转运动和刀具的等速直线移动。彼此不能独立，必须保证严格的运动关系，即工件每转1转时，刀具沿直线移动的距离应等于螺纹的1个螺距，从而这两个单元运动组成一个复合运动。2.辅助运动辅助运动的作用是实现机床加工过程中所需的各种辅助动作，为表面成形创造条件，它的种类很多，一般包括：①切入运动。②分度运动。③操纵和控制运动。④调位运动。⑤空行程运