第二章機(jī)床知識課件

1、類類別別車車床床鉆鉆床床鏜鏜床床磨床磨床齒齒輪輪加加工工機(jī)機(jī)床床螺螺紋紋加加工工機(jī)機(jī)床床銑銑床床刨刨插插床床拉拉床床特特種種加加工工機(jī)機(jī)床床鋸鋸床床其其他他機(jī)機(jī)床床代代號號CZT M2M3MYSXBLDGQ機(jī)床類代號和分類代號機(jī)床類代號和分類代號通用機(jī)床（普通機(jī)床）：通用機(jī)床（普通機(jī)床）：加工范圍廣，可加工范圍廣，可用于多種零件的不同工序。用于多種零件的不同工序。專門化機(jī)床：專門化機(jī)床：加工范圍較窄，用于加工某加工范圍較窄，用于加工某一類（或幾類）零件的某一道（或幾道）一類（或幾類）零件的某一道（或幾道）特定工序。特定工序。專用機(jī)床：專用機(jī)床：用于加工某一種零件的某一道用于加工某一種零件的某一

2、道特定工序。特定工序。（）（）（） （）（）（）/ /（ ）（）（- - ）企業(yè)代號企業(yè)代號其他特性代號其他特性代號重大改進(jìn)順序號重大改進(jìn)順序號主主 參數(shù)或第二主參數(shù)參數(shù)或第二主參數(shù)主參數(shù)主參數(shù)系代號（主參數(shù)相同）系代號（主參數(shù)相同）組代號（每類機(jī)床分為組代號（每類機(jī)床分為10組）組）通用特性、結(jié)通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號構(gòu)特性代號類代號類代號分類代號分類代號通通用用特特性性高高精精度度精精密密自自動動半半自自動動數(shù)數(shù)控控加加工工中中心心 （自自動動換換刀）刀）仿仿形形輕輕型型加加重重型型簡簡式式或或經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)型型柔柔性性加加工工單單元元數(shù)數(shù)顯顯代代號號GMZBKHFQCJRX機(jī)床通用特性代號機(jī)床通

3、用特性代號高高速速S舉例說明機(jī)床的型號舉例說明機(jī)床的型號1.M1432A萬能外圓磨床萬能外圓磨床 M 1 4 32 A類別代號類別代號(磨床類磨床類)組別代號（外圓磨床組）組別代號（外圓磨床組）型別代號（萬能外圓磨床系）型別代號（萬能外圓磨床系）主參數(shù)代號（最大磨削直徑主參數(shù)代號（最大磨削直徑320mm) 重大改進(jìn)序號（第一次改進(jìn)）重大改進(jìn)序號（第一次改進(jìn)）2.YM315OE精密滾齒機(jī)精密滾齒機(jī) Y M 3 1 59 E類別代號（齒輪加工機(jī)床）類別代號（齒輪加工機(jī)床）通用特性代號（精密）通用特性代號（精密）組別代號（滾齒機(jī)）組別代號（滾齒機(jī)）型別代號（滾齒機(jī)）型別代號（滾齒機(jī)）主參數(shù)代號（最大

4、滾齒直徑的主參數(shù)代號（最大滾齒直徑的1/10)重大改進(jìn)序號（第五次改進(jìn)）重大改進(jìn)序號（第五次改進(jìn)）設(shè)計順序號設(shè)計順序號設(shè)計單位設(shè)計單位代號代號B1015第第15種專用機(jī)種專用機(jī)床（銑床）床（銑床）北京第一北京第一機(jī)床廠機(jī)床廠主軸箱主軸箱刀架刀架尾架尾架床身床身床腿床腿溜板箱溜板箱進(jìn)給箱進(jìn)給箱臺臺式式鉆鉆床床立立式式鉆鉆床床搖搖臂臂鉆鉆床床牛牛頭頭刨刨床床龍們刨床龍們刨床插床插床龍龍們們銑銑床床平平面面磨磨床床萬能外圓磨床萬能外圓磨床鏜鏜床床電電火火花花線線切切割割機(jī)機(jī)床床電電火火花花加加工工機(jī)機(jī)床床1234567891 01 11 21 37654321 (b) (b)立式車床立式車床1-1-

5、橫梁（進(jìn)給箱）橫梁（進(jìn)給箱）2-2-刀架刀架 3-3-車刀車刀 4-4-工件工件 5-5-工作臺工作臺 6-6-底座（主軸箱底座（主軸箱) 7-) 7-立柱立柱 (a) (a)臥式車床臥式車床1-1-主軸箱主軸箱 2-2-進(jìn)給箱進(jìn)給箱 3-3-床鞍床鞍 4-4-溜板箱溜板箱5-5-光杠光杠 6-6-絲杠絲杠 7-7-床身床身8-8-尾架尾架9-9-頂尖頂尖10-10-車刀車刀 11-11-刀架刀架 12-12-工件工件 13-13-卡盤卡盤 車床車床1234567891 01 11 21 37654321123456712345678123456712345678 (b) (b)搖臂鉆床搖臂鉆

6、床1-1-立柱立柱 2-2-工件工件 3-3-工作臺工作臺4-4-鉆頭鉆頭 5-5-主軸箱（進(jìn)給箱）主軸箱（進(jìn)給箱）6-6-電動機(jī)電動機(jī) 7- 7- 搖臂搖臂 (a) (a)立式鉆床立式鉆床 1-1-進(jìn)給箱進(jìn)給箱 2-2-主軸主軸 3-3-鉆頭鉆頭 4-4-工作臺工作臺 5-5-底座底座 6-6-工件工件7-7-立柱立柱 8-8-主軸箱主軸箱鉆床鉆床12345671234567891 012345671234567891 0 (b) (b)龍門刨床龍門刨床1-1-立柱立柱 2-2-橫梁（進(jìn)給機(jī)構(gòu)）橫梁（進(jìn)給機(jī)構(gòu)） 3-3-刀架刀架 4-4-工件工件 5-5-工作臺工作臺6-6-床身床身 7-7

7、-刨刀刨刀 (a) (a)牛頭刨床牛頭刨床1-1-刀架刀架 2-2-刨刀刨刀 3-3-工件工件 4-4-虎鉗虎鉗 5-5-工作臺工作臺 6-6-橫梁橫梁 7-7-進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)給機(jī)構(gòu)8-8-底座底座 9-9-床身（變速箱）床身（變速箱） 10-10-滑枕滑枕 刨床刨床 (a) (a)臥式升降臺式銑床臥式升降臺式銑床 1-1-立柱（主軸箱）立柱（主軸箱） 2-2-工件工件 3-3-底座底座 4-4-升降臺（進(jìn)給箱）升降臺（進(jìn)給箱）5-5-床鞍床鞍 6-6-工作臺工作臺 7-7-橫梁橫梁 8-8-銑刀銑刀 9-9-刀軸刀軸 (b) (b)立式升降臺式銑床立式升降臺式銑床1-1-立柱立柱 2-2-銑刀銑

8、刀 3-3-工件工件 4-4-底座底座 5-5-升降臺（進(jìn)給箱）升降臺（進(jìn)給箱）6-6-床鞍右銘床鞍右銘7-7-工作臺工作臺 8-8-主軸箱主軸箱銑床銑床123456781234567891234567123456712345671234567(a)(a)外圓磨床外圓磨床1- 1-工作臺工作臺 2-2-工件工件 3-3-床身床身 4-4-磨頭磨頭 5-5-尾架尾架6-6-砂輪砂輪 7-7-頭架頭架(b)(b)平面磨床平面磨床1- 1-砂輪砂輪 2-2-工作臺工作臺 3-3-工件工件 4-4-床鞍床鞍5-5-床身床身 6-6-立柱立柱 7-7-磨頭磨頭磨床磨床滾滾齒齒機(jī)機(jī)插插齒齒機(jī)機(jī)大量的通用部

9、件大量的通用部件少量的專少量的專用部件用部件2112ddnnid2、n2d1、n1z1z2n1n22112zznnidp蝸 輪蝸 桿zkn1n2zknni12mZ、n6060mznpzn螺 桿 （ 絲 杠 ）螺 母P60knPd1d2n1k z1z2z3z4z5z6z7ZKZZZZZZddK65432121傳動結(jié)構(gòu)式為：傳動結(jié)構(gòu)式為： d1d2n1k z1z2z3z4z5z6z7kZkZZZZZZddniiii ininn65432121154321116總kZkZZZZZZddiiii ii6543212154321總，齒輪齒條ZKZZZZddK432121傳動結(jié)構(gòu)式為：傳動結(jié)構(gòu)式為： ，4

10、3212114321115ZZZZddniii ininn總4321iii ii總mZZKZZZZddnsK4321211（1 1）塔輪變速機(jī)構(gòu)）塔輪變速機(jī)構(gòu)（2 2）滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)）滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)（3 3）擺動齒輪變速機(jī)構(gòu)）擺動齒輪變速機(jī)構(gòu) （4 4）離合器齒輪變速離合器齒輪變速 塔輪變速機(jī)構(gòu)塔輪變速機(jī)構(gòu)d1d2d3d4d5d6 塔輪變速機(jī)構(gòu)塔輪變速機(jī)構(gòu)d1d2d3d4d5d6dddddd635241滑移齒輪變速滑移齒輪變速z1z2z3z5z4z6滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)z1z2z3z5z4z6ZZZZZZ635241 擺動齒輪變速機(jī)構(gòu)擺動齒輪變速機(jī)構(gòu) z1z2z3z4z5z6

11、擺動齒輪變速機(jī)構(gòu)擺動齒輪變速機(jī)構(gòu) z1z2z3z4z5z6ZZZZZZ636261z1z2z3z4Mz1z2z3z4MZZZZ4231正轉(zhuǎn)：n214331nnzzzz正向：21433221nnzzzzzz反向：正轉(zhuǎn)：n2143nnzz正向：213221nnzzzz反向：2311nzzn正向：2321nzzn反向：2311nzzn正向：2321nzzn反向：2143nnzz正向：213221nnzzzz反向：主軸箱主軸箱刀架刀架尾架尾架床身床身床腿床腿溜板箱溜板箱進(jìn)給箱進(jìn)給箱二二 CA6140CA6140普通車床傳動系統(tǒng)分析普通車床傳動系統(tǒng)分析主軸箱主軸箱刀架刀架溜板箱溜板箱進(jìn)給箱進(jìn)給箱普通車床

12、的傳動系統(tǒng)分析普通車床的傳動系統(tǒng)分析 將各種傳動元件用簡單的符將各種傳動元件用簡單的符號，按運(yùn)動傳遞順序依次排列，號，按運(yùn)動傳遞順序依次排列，以以展開圖展開圖形式畫在機(jī)床外形輪廓形式畫在機(jī)床外形輪廓內(nèi)的一張傳動示意圖（圖中數(shù)字內(nèi)的一張傳動示意圖（圖中數(shù)字均為傳動副的主參數(shù)）。均為傳動副的主參數(shù)）。傳動元件的簡化符號傳動元件的簡化符號傳動元件的簡化符號傳動元件的簡化符號電動機(jī)電動機(jī)主軸主軸主軸共有232=12級轉(zhuǎn)速。主軸的反轉(zhuǎn)是通過電動機(jī)的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。( 1 4 4 0r / mi n )主軸5 81 76 32 7 M4 53 92 83 22 23 43 41 92 23 3電動機(jī)2 0

13、01 7 6主軸主軸床鞍床鞍主軸主軸中滑板中滑板縱 向 進(jìn) 給5525 M左橫 向 進(jìn) 給橫 向 進(jìn) 給 絲 杠 （ p=4）38474713. M右2460（ 倍 增 機(jī) 構(gòu) ）452光 杠3939.52265226.2652.2652395226393939265224522627213024273648（ 交 換 齒 輪 ）（ 變 向 機(jī) 構(gòu) ）dc.a5829355535555555b.主 軸 齒 輪 、 齒 條 （ z=14、m=2）min/425817632798. 020017645223419min/1440min/200098. 020017632342233min/1440

14、minmaxrrnrrn 機(jī)床的轉(zhuǎn)速機(jī)床的轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量、進(jìn)給量f和和螺距螺距P的數(shù)值可由機(jī)床上的銘的數(shù)值可由機(jī)床上的銘牌，由操作者扳動相應(yīng)的手牌，由操作者扳動相應(yīng)的手柄即可。柄即可。自動和半自動機(jī)床 自動和半自動機(jī)床 如果機(jī)床具有自動的輔助運(yùn)動機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)，使能夠按照規(guī)定的程序自動完成加工過程，機(jī)床便成了自動機(jī)床，換句話說，經(jīng)調(diào)整以后，不需人工操作便能完成自動循環(huán)的機(jī)床，稱為自動自動機(jī)床機(jī)床。除裝卸工件是由手工操作外，能完成半自動循環(huán)的機(jī)床，稱為半自動機(jī)床半自動機(jī)床。 工作過程工作過程 待加工棒料穿過空心主軸待加工棒料穿過空心主軸3 3，并夾緊在彈簧，并夾緊在彈簧夾頭夾頭2 2中

15、，主軸由膠帶帶動。中，主軸由膠帶帶動。刀具分別安裝在橫向刀架刀具分別安裝在橫向刀架7 7和縱向刀架和縱向刀架4 4上。上。 棒料的送進(jìn)、夾緊、切削和切斷等各種棒料的送進(jìn)、夾緊、切削和切斷等各種動作都受分配軸動作都受分配軸5 5上的一系列凸輪機(jī)構(gòu)控制。上的一系列凸輪機(jī)構(gòu)控制。 分配軸分配軸5 5由蝸輪機(jī)構(gòu)帶動后，其上的由蝸輪機(jī)構(gòu)帶動后，其上的各凸輪機(jī)構(gòu)便隨之緩慢地勻速轉(zhuǎn)動。各凸輪機(jī)構(gòu)便隨之緩慢地勻速轉(zhuǎn)動。 送料鼓輪送料鼓輪1212通過杠桿撥動送料夾頭通過杠桿撥動送料夾頭1 1完完成自動送料工作。成自動送料工作。 夾料鼓輪夾料鼓輪1111撥動杠桿控制彈性夾頭撥動杠桿控制彈性夾頭2 2實實現(xiàn)棒料的夾

16、緊和松開?，F(xiàn)棒料的夾緊和松開。 縱向進(jìn)給鼓輪縱向進(jìn)給鼓輪6 6帶動縱向進(jìn)給刀架帶動縱向進(jìn)給刀架4 4使刀具實使刀具實現(xiàn)縱向進(jìn)給，盤形凸輪現(xiàn)縱向進(jìn)給，盤形凸輪8 8通過杠桿帶動橫向進(jìn)給通過杠桿帶動橫向進(jìn)給刀架刀架7 7完成切斷和切槽作動。完成切斷和切槽作動。 當(dāng)分配軸當(dāng)分配軸5 5轉(zhuǎn)動一周時，自動車床完成一個工轉(zhuǎn)動一周時，自動車床完成一個工作循環(huán)，也即加工出來一個完整的零件。作循環(huán)，也即加工出來一個完整的零件。 （1）加工精度高 （2）對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng) （3）能加工形狀復(fù)雜的零件 （4）加工生產(chǎn)率高 （5）有利于向更高級的制造系統(tǒng)發(fā)展 （6）使用、維修技術(shù)要求高，機(jī)床價格較昂貴。 根據(jù)以上特

17、點，數(shù)控機(jī)床最適合在單件、小批生產(chǎn)條件下，加工具有下列特點的零件：用普通機(jī)床難以加工的形狀復(fù)雜的曲線、曲面零件；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求多部位、多工序加工的零件；價格昂貴、不允許報廢的零件；要求精密復(fù)制或準(zhǔn)備多次改變設(shè)計的零件。 數(shù)控機(jī)床一般由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、測量反饋裝置和機(jī)床主機(jī)等組成。 (1) 信息載體（2）數(shù)控裝置 （3）伺服系統(tǒng) （4）檢測裝置 （5）機(jī)電接口電路 （6）機(jī)床主體圖 點位控制停止起始） 圖 直線控制圖輪廓控制)數(shù)控裝置位移指令脈沖驅(qū)動控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺數(shù)控裝置指 令信 號伺 服 放大 電 路直 流 伺 服 電 機(jī)工 作 臺比 較線 路反 饋 信 號 線 位 移檢

18、 測 裝 置數(shù)控裝置指 令信 號伺 服 放大 電 路直 流 伺 服 電 機(jī)工 作 臺比 較電 路反 饋 信 號 角 位 移檢 測 裝 置高速加工中心高速加工中心 數(shù)控立式加工中心數(shù)控火焰切割機(jī)并聯(lián)機(jī)床(Parallel Machine Tools)，又稱并聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)床(Parallel Structured Machine Tools)、虛擬軸機(jī)床(Virtual Axis Machine Tools)，也曾被稱為六條腿機(jī)床、六足蟲(Hexapods)。并聯(lián)機(jī)床是基于空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)Stewart平臺原理開發(fā)的，是近年才出現(xiàn)的一種新概念機(jī)床，它是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)與機(jī)床結(jié)合的產(chǎn)物，是空間機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械制造

19、、數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)軟硬技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)高度結(jié)合的高科技產(chǎn)品。它克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、刀具作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動性不夠等固有缺陷，可實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工。自其1994年在美國芝加哥機(jī)床展上首次面世即被譽(yù)為是“21世紀(jì)的機(jī)床”，成為機(jī)床家族中最有生命力的新成員。并聯(lián)機(jī)床的特點 整體而言，傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床，是屬于數(shù)學(xué)簡單而機(jī)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床，而相對的，并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床則機(jī)構(gòu)簡單而數(shù)學(xué)復(fù)雜，整個平臺的運(yùn)動牽涉到相當(dāng)龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因此虛擬軸并聯(lián)機(jī)床是一種知識密集型機(jī)構(gòu)。這種新型機(jī)床完全打破了傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)的概念，拋

20、棄了固定導(dǎo)軌的刀具導(dǎo)向方式，采用了多桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動，大大提高了機(jī)床的剛度，使加工精度和加工質(zhì)量都有較大的改進(jìn)。另外，由于其進(jìn)給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實現(xiàn)。由于這種機(jī)床具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度以及重量輕、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用，因此受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。由并聯(lián)、串聯(lián)同時組成的混聯(lián)式數(shù)控機(jī)床，不但具有并聯(lián)機(jī)床的優(yōu)點，而且在使用上更具實用價值。隨著高速切削的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)串聯(lián)式機(jī)構(gòu)構(gòu)造平臺的結(jié)構(gòu)剛性與移動臺高速化逐漸成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸，而并聯(lián)式平臺便成為最佳的候選對象，而相對于串聯(lián)式機(jī)床來說，并聯(lián)式工作平臺具有如下特

21、點和優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低。 機(jī)床機(jī)械零部件數(shù)目較串聯(lián)構(gòu)造平臺大幅減少，主要由滾珠絲杠、虎克鉸、球鉸、伺服電機(jī)等通用組件組成，這些通用組件可由專門廠家生產(chǎn)，因而本機(jī)床的制造和庫存成本比相同功能的傳統(tǒng)機(jī)床低得多，容易組裝和搬運(yùn)。結(jié)構(gòu)剛度高。 由于采用了封閉性的結(jié)構(gòu)(closed-loop structure)使其具有高剛性和高速化的優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)負(fù)荷流線短，而負(fù)荷分解的拉、壓力由六只連桿同時承受，以材料力學(xué)的觀點來說，在外力一定時，懸臂量的應(yīng)力與變形都最大，兩端插入(build-in)次之，再來是兩端簡支撐(simply-supported)，其次是受壓的二力結(jié)構(gòu)，應(yīng)力與變形都最小的是受張力的二力

22、結(jié)構(gòu)，故其擁有高剛性。其剛度重量比高于傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。加工速度高，慣性低。 如果結(jié)構(gòu)所承受的力會改變方向，(介于張力與壓力之間)，兩力構(gòu)件將會是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，而它的移動件重量減至最低且同時由六個致動器驅(qū)動，因此機(jī)器很容易高速化，且擁有低慣性。加工精度高。 由于其為多軸并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，六個可伸縮桿桿長都單獨(dú)對刀具的位置和姿態(tài)起作用，因而不存在傳統(tǒng)機(jī)床(即串聯(lián)機(jī)床)的幾何誤差累積和放大的現(xiàn)象，甚至還有平均化效果(averaging effect)；其擁有熱對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此熱變形較小；故它具有高精度的優(yōu)點。多功能靈活性強(qiáng)。 由于該機(jī)床機(jī)構(gòu)簡單控制方便，較容易根據(jù)加工對象而將其設(shè)計成專用機(jī)床，同

23、時也可以將之開發(fā)成通用機(jī)床，用以實現(xiàn)銑削、鏜削、磨削等加工，還可以配備必要的測量工具把它組成測量機(jī)，以實現(xiàn)機(jī)床的多功能。這將會帶來很大的應(yīng)用和市場前景，在國防和民用方面都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。使用壽命長。 由于受力結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)動部件磨損小，且沒有導(dǎo)軌，不存在鐵屑或冷卻液進(jìn)入導(dǎo)軌內(nèi)部而導(dǎo)致其劃傷、磨損或銹蝕現(xiàn)象。Stewart平臺適合于模塊化生產(chǎn)。 對于不同的機(jī)器加工范圍，只需改變連桿長度和接點位置，維護(hù)也容易，無須進(jìn)行機(jī)件的再制和調(diào)整，只需將新的機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入。變換座標(biāo)系方便。 由于沒有實體座標(biāo)系，機(jī)床座標(biāo)系與工件座標(biāo)系的轉(zhuǎn)換全部靠軟件完成，非常方便。Stewart平臺應(yīng)用于機(jī)床與機(jī)器人時，可

24、以降低靜態(tài)誤差(因為高剛性)，以及動態(tài)誤差(因為低慣量)。而Stewart平臺的劣勢在于其工作空間較小，且其在工作空間上有著奇異點的限制，而串聯(lián)工作平臺，控制器遇到奇異點時，將會計算出驅(qū)動裝置無法達(dá)成的驅(qū)動命令而造成控制誤差，但Stewart平臺在奇異位置會失去支撐部分方向的力或力矩的能力，無法完成固定負(fù)載對象。 本章介紹了機(jī)械制造過程所使用的金屬切削機(jī)床的基本知識，包括機(jī)床的分類和基本構(gòu)造，機(jī)床的基本傳動方式，介紹了機(jī)械傳動、液壓傳動的基本原理和普通車床的傳動系統(tǒng)，最后簡要介紹了單機(jī)自動機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的基本原理及相關(guān)概念。本章內(nèi)容實踐性、直觀性很強(qiáng)，同學(xué)們在學(xué)習(xí)時可與機(jī)械設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容相結(jié)合

25、進(jìn)行。學(xué)習(xí)相關(guān)部分的內(nèi)容時可參閱金屬工藝學(xué)（鄧文英主編，高等教育出版社），機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（張福潤等編，華中科技大學(xué)出版社）等相關(guān)資料。重點難點 重點：常用機(jī)床的類型與型號；常用機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成；常用機(jī)床傳動件的簡圖符號；機(jī)床的常用機(jī)械傳動副及傳動比；常用的機(jī)械變速與換向機(jī)構(gòu)；典型車床的傳動系統(tǒng)，傳動鏈的傳動結(jié)構(gòu)式與轉(zhuǎn)速與位移的計算等。 難點：機(jī)床的常用機(jī)械傳動副及傳動比；常用的機(jī)械變速與換向機(jī)構(gòu)；典型車床的傳動系統(tǒng)，傳動鏈的傳動結(jié)構(gòu)式與轉(zhuǎn)速與位移的計算等。習(xí)題 1. 常用的金屬切削機(jī)床類型有哪些？ 2. 寫出常用金屬切削機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成。 3. 機(jī)床中常用的機(jī)械傳動副有哪些？寫出其傳動比表達(dá)式。

26、 4.機(jī)床中常用的機(jī)械傳動變速機(jī)構(gòu)有哪些？寫出其傳動結(jié)構(gòu)式及傳動比表達(dá)式。 5.寫出數(shù)控機(jī)床的組成及其加工過程。 6.根據(jù)圖示的傳動系統(tǒng)，試列出其傳動鏈結(jié)構(gòu)式，并求：a)主軸有幾級轉(zhuǎn)速？b)主軸的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速各為多少？48 120240n=1440r/m in26 72 34414160222854502610465802065計算題參考答案 習(xí)題6： 傳動鏈結(jié)構(gòu)式：（主軸）離合器開（主軸）離合器合上）（電動機(jī)r80201042665656550655060225428483441417226240120min/1440 主軸共有4312級轉(zhuǎn)速； 主軸的最高轉(zhuǎn)速： 主軸的最低轉(zhuǎn)速：min

27、/2006550414172262401201440maxrn主min/6 . 48020104266550602272262401201440minrn主 7. 圖示為普通車床縱向快速移動傳動系統(tǒng)圖。（1）試問床鞍不同移動方向是如何實現(xiàn)的？(2）寫出此傳動鏈的結(jié)構(gòu)式；(3）計算床鞍的移動速度； 802648304030K=448401326MZ=12齒條 m=2.51440計算題參考答案 習(xí)題7： 傳動鏈結(jié)構(gòu)式：125 . 280264830304048403042613min/1440Zmr齒輪齒條離合器下合離合器上合）（電動機(jī) 換向方式：換向方式：離合器M與中間齒輪Z=30 床鞍的移動速

28、度（正向）：床鞍的移動速度（正向）： 床鞍的移動速度（反向）：床鞍的移動速度（反向）：min/2 .2449125 . 28026484030426131440mmsmin/2 .2449125 . 280264830304030426131440mms（床鞍移動的距離）。條上滾動的距離轉(zhuǎn)一周時，小齒輪在齒小齒輪、軸上溜板箱中齒蝸輪的傳動比；溜板箱中單頭蝸桿和）；、比（進(jìn)給箱中增倍機(jī)構(gòu)傳動主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)；式中：增倍增倍縱1321324040184217535525235701132753265333335401582955551zmXViidcbafrmmfidcba/35. 0132753265

29、333335401150756030525250756030縱增倍，則：，、若rmmfidcbaidcbaf/18. 04204633354015075603042046333540140401橫增倍增倍橫與上例相同，則：和、若縱向進(jìn)給量縱向進(jìn)給量 CA6140CA6140車床共有車床共有6464種縱向、橫向進(jìn)種縱向、橫向進(jìn)給給量，分別由量，分別由4 4種類型的傳動路線來實現(xiàn)。種類型的傳動路線來實現(xiàn)。 即：即： 正常進(jìn)給量（正常進(jìn)給量（3232級）級） 較大進(jìn)給量（較大進(jìn)給量（8 8級）級） 加大進(jìn)給量（加大進(jìn)給量（1616級）級） 細(xì)進(jìn)給量（細(xì)進(jìn)給量（8 8級）級）mmPiidcbaiIXi

30、iidcbaP366342507560306342525250756030634262426362640401，則：，、若兩者之一。、為為兩變位齒輪、區(qū)上軸式中：變位增倍變位變位變位增倍什么是數(shù)控系統(tǒng)什么是數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱，英文名稱為Numerical Control System，早期是由硬件電路構(gòu)成的稱為硬件數(shù)控（Hard NC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機(jī)代替稱為計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。 計算機(jī)數(shù)控（Computerized numerical control,簡稱CNC）系統(tǒng)是用計算機(jī)控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機(jī)存儲器中存儲的

31、控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計算機(jī)系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置。由于使用了計算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用PLC代替了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能。 數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 就系統(tǒng)硬件和軟件組成及其結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界的各種數(shù)控系統(tǒng)大致可分為以下4種類型: (1)傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng) (2) PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) (3) NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) (4)全軟件型的開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控

32、系統(tǒng)的分類 (1)傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng) 這類數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家自行開發(fā)，具有很強(qiáng)的專用性，經(jīng)過了長時間的使用，質(zhì)量和性能穩(wěn)定可靠，目前還占領(lǐng)著制造業(yè)的大部分市場。但由于其采用一種完全封閉的體系結(jié)構(gòu)，往往存在以下缺點: a.用戶的應(yīng)用、維修以及操作人員培訓(xùn)完全依賴于數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家，系 統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用較高; b.系統(tǒng)功能的擴(kuò)充以及更新完全依賴于公司的技術(shù)水平，周期比較長; c.大量市售廉價通用軟硬件在專用數(shù)控系統(tǒng)上無法使用，功能比較單一。 因此，隨著開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，這種傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，市場份額已經(jīng)在逐漸減小。數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 (2) P

33、C嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 如FANUC16i/18i, Simens840D,NumIO60等數(shù)控系統(tǒng)。這類數(shù)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)專用型數(shù)控系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)上具備一些開放性，功能十分強(qiáng)大，但系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，系統(tǒng)價格也十分昂貴，一般的中小型數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家沒有經(jīng)濟(jì)能力去購買。數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 (3) NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 (3) NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 如圖1-1所示1這種數(shù)控系統(tǒng)的硬件部分由開放式體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)動控制卡與PC機(jī)構(gòu)成。運(yùn)動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強(qiáng)的運(yùn)動控制和PLC控制能力。如日本MAZAK公司用三

34、菱電機(jī)的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC。這種數(shù)控系統(tǒng)的開放性能比較好，并且對功能進(jìn)行改進(jìn)也比較方便，系統(tǒng)的控制功能主要由運(yùn)動控制卡來實現(xiàn)，機(jī)床硬件發(fā)生改變時，只需要修改相應(yīng)部分的控制軟件，并且系統(tǒng)性價比也比較高，能夠滿足大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家的需要。數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 (4)全軟件型的開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控系統(tǒng)的分類 (4)全軟件型的開放式數(shù)控系統(tǒng) 如圖1-2所示，這是一種最新型的開放式體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，所有的數(shù)控功能(包括插補(bǔ)、位置控制等)全部都是由計算機(jī)軟件來實現(xiàn)的。與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，全軟件型開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性價比，因

35、而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open CNC、德國Power Automation公司的PA8000NT，以及NUM公司的NUM1020系統(tǒng)等。 數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成 計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入/輸出設(shè)備、計算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成。如圖2.1所示數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)的組成 “伺服”一詞是跟隨的意思，即被控的電機(jī)忠實地執(zhí)行頻繁變化的位置或速度指令，精確地控制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的位移或角度，這種自動系統(tǒng)稱伺服系統(tǒng)或隨動系統(tǒng)。 以直流伺服電機(jī)為驅(qū)動元件的伺服系統(tǒng)，稱直流伺服系統(tǒng)。 以交流伺服電機(jī)為驅(qū)動元件的伺服系統(tǒng)，稱交流伺服系

36、統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)的組成 CNC系統(tǒng)由數(shù)控程序、輸入裝置、輸出裝置、計算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）、可編程邏輯控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動裝置（包括檢測裝置）等組成，如圖2-1所示。CNC系統(tǒng)的組成輸入裝置通信線路輸出裝置計算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC裝置)主軸控制單元可編程控制器 (PLC)速度控制單元主軸伺服 驅(qū) 動機(jī) 床進(jìn)給伺服 驅(qū) 動位置檢測 裝 置MDI信息載體編程器上位機(jī)CAD/CAM數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 1. 輸入 2. 譯碼 3. 刀具補(bǔ)償 4. 進(jìn)給速度處理 5. 插補(bǔ) 6. 位置控制 7. I/O處理 8. 顯示 數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系

37、統(tǒng)的一般工作過程 1. 輸入 輸入CNC控制器的通常有零件加工程序、機(jī)床參數(shù)和刀具補(bǔ)償參數(shù)。機(jī)床參數(shù)一般在機(jī)床出廠時或在用戶安裝調(diào)試時已經(jīng)設(shè)定好，所以輸入CNC系統(tǒng)的主要是零件加工程序和刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)。輸入方式有紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入，上級計算機(jī)DNC通訊輸入等。CNC輸入工作方式有存儲方式和NC方式。存儲方式是將整個零件程序一次全部輸入到CNC內(nèi)部存儲器中，加工時再從存儲器中把一個一個程序調(diào)出。該方式應(yīng)用較多。NC方式是CNC一邊輸入一邊加工的方式，即在前一程序段加工時，輸入后一個程序段的內(nèi)容。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 2. 譯碼 譯碼是以零件程序的一個程序段為單位進(jìn)

38、行處理，把其中零件的輪廓信息（起點、終點、直線或圓弧等），F(xiàn)、S、T、M等信息按一定的語法規(guī)則解釋（編譯）成計算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。編譯過程中還要進(jìn)行語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 3. 刀具補(bǔ)償 刀具補(bǔ)償包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償。為了方便編程人員編制零件加工程序，編程時零件程序是以零件輪廓軌跡來編程的，與刀具尺寸無關(guān)。程序輸入和刀具參數(shù)輸入分別進(jìn)行。刀具補(bǔ)償?shù)淖饔檬前蚜慵喞壽E按系統(tǒng)存儲的刀具尺寸數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成刀具中心（刀位點）相對于工件的移動軌跡。 刀具補(bǔ)償包括B機(jī)能和C機(jī)能刀具補(bǔ)償功能。在較高

39、檔次的CNC中一般應(yīng)用C機(jī)能刀具補(bǔ)償，C機(jī)能刀具補(bǔ)償能夠進(jìn)行程序段之間的自動轉(zhuǎn)接和過切削判斷等功能。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 4. 進(jìn)給速度處理 數(shù)控加工程序給定的刀具相對于工件的移動速度是在各個坐標(biāo)合成運(yùn)動方向上的速度，即F代碼的指令值。速度處理首先要進(jìn)行的工作是將各坐標(biāo)合成運(yùn)動方向上的速度分解成各進(jìn)給運(yùn)動坐標(biāo)方向的分速度，為插補(bǔ)時計算各進(jìn)給坐標(biāo)的行程量做準(zhǔn)備；另外對于機(jī)床允許的最低和最高速度限制也在這里處理。有的數(shù)控機(jī)床的CNC軟件的自動加速和減速也放在這里。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 5. 插補(bǔ) 零件加工程序程序段中的指令行程信息是有限的。如對于加工

40、直線的程序段僅給定起、終點坐標(biāo)；對于加工圓弧的程序段除了給定其起、終點坐標(biāo)外，還給定其圓心坐標(biāo)或圓弧半徑。要進(jìn)行軌跡加工，CNC必須從一條已知起點和終點的曲線上自動進(jìn)行“數(shù)據(jù)點密化”的工作，這就是插補(bǔ)。插補(bǔ)在每個規(guī)定的周期（插補(bǔ)周期）內(nèi)進(jìn)行一次，即在每個周期內(nèi)，按指令進(jìn)給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段，通常經(jīng)過若干個插補(bǔ)周期后，插補(bǔ)完一個程序段的加工，也就完成了從程序段起點到終點的“數(shù)據(jù)密化”工作。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程插補(bǔ)輸出指令位置控制速度控制進(jìn)給電動機(jī)測量反饋6. 位置控制 位置控制裝置位于伺服系統(tǒng)的位置環(huán)上，如圖4-2所示。它的主要工作是在每個采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計

41、算出的理論位置與實際反饋位置進(jìn)行比較，用其差值控制進(jìn)給電動機(jī)。位置控制可由軟件完成，也可由硬件完成。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、，各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償?shù)?，以提高機(jī)床的定位精度。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 7. I/O處理 CNC的I/O處理是CNC與機(jī)床之間的信息傳遞和變換的通道。其作用一方面是將機(jī)床運(yùn)動過程中的有關(guān)參數(shù)輸入到CNC中；另一方面是將CNC的輸出命令（如換刀、主軸變速換檔、加冷卻液等）變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號，實現(xiàn)對機(jī)床的控制。數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程數(shù)控系統(tǒng)的一般工作過程 8. 顯示 CNC系統(tǒng)的顯示主要是為操作者提供方便，顯示裝

42、置有CRT顯示器或LCD數(shù)碼顯示器，一般位于機(jī)床的控制面板上。通常有零件程序的顯示、參數(shù)的顯示、刀具位置顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報警信息顯示等。有的CNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動態(tài)模擬加工圖形顯示。 上述的CNC的工作流程如圖4-3所示。 圖4-3 CNC的工作流程圖圖4-3 CNC的的工作流程工作流程坐標(biāo)軸運(yùn)動與位置檢測 F指令速度處理坐標(biāo)及刀補(bǔ) 處理主軸電動機(jī)和電氣控制主軸控制與輔助操作處理伺服驅(qū)動進(jìn)給電動機(jī)位置控制輸 出插補(bǔ)運(yùn)算S、M、T執(zhí)行完信號可編程控制器 PLCS、M、T指令處理插補(bǔ)預(yù)處理G指令處 理輸 入譯 碼零件程序數(shù)控系統(tǒng)功能數(shù)控系統(tǒng)功能 1. 控制功能 2. 準(zhǔn)備功能

43、3. 插補(bǔ)功能 4. 進(jìn)給功能 5. 主軸功能 6. 輔助功能 7. 刀具功能 8. 補(bǔ)償功能 9. 字符、圖形顯示功能 10. 自診斷功能 11. 通信功能 12. 人機(jī)交互圖形編程功能 數(shù)控系統(tǒng)功能數(shù)控系統(tǒng)功能 1. 控制功能 CNC系統(tǒng)能控制的軸數(shù)和能同時控制（聯(lián)動）的軸數(shù)是其主要性能之一。控制軸有移動軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸。通過軸的聯(lián)動可以完成輪廓軌跡的加工。一般數(shù)控車床只需二軸控制，二軸聯(lián)動；一般數(shù)控銑床需要三軸控制、三軸聯(lián)動或軸聯(lián)動；一般加工中心為多軸控制，三軸聯(lián)動?？刂戚S數(shù)越多，特別是同時控制的軸數(shù)越多，要求CNC系統(tǒng)的功能就越強(qiáng)，同時CNC系統(tǒng)也就越復(fù)雜，編制程序也越困難

44、。數(shù)控系統(tǒng)功能數(shù)控系統(tǒng)功能 2. 準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能也稱G指令代碼，它用來指定機(jī)床運(yùn)動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、固定循環(huán)等指令。對于點位式的加工機(jī)床，如鉆床、沖床等，需要點位移動控制系統(tǒng)。對于輪廓控制的加工機(jī)床，如車床、銑床、加工中心等，需要控制系統(tǒng)有兩個或兩個以上的進(jìn)給坐標(biāo)具有聯(lián)動功能。數(shù)控系統(tǒng)功能數(shù)控系統(tǒng)功能 3. 插補(bǔ)功能 CNC系統(tǒng)是通過軟件插補(bǔ)來實現(xiàn)刀具運(yùn)動軌跡控制的。由于輪廓控制的實時性很強(qiáng)，軟件插補(bǔ)的計算速度難以滿足數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給速度和分辨率的要求，同時由于CNC不斷擴(kuò)展其他方面的功能也要求減少插補(bǔ)計算所占用的CPU時間。因此 ，CNC的插補(bǔ)功能實際上被分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)，插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個小線段的數(shù)據(jù)為粗插補(bǔ)，伺服系統(tǒng)根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將小線段分成單個脈沖的輸出稱為精插補(bǔ)。有的數(shù)控機(jī)床采用硬件進(jìn)行精插補(bǔ)。數(shù)控系統(tǒng)功能數(shù)控系統(tǒng)功能 4. 進(jìn)給功能 根據(jù)加工工藝要求，CNC系統(tǒng)的進(jìn)給功能用F指令代碼直接指定數(shù)控機(jī)床加工的進(jìn)給速度。（1）切削進(jìn)給速度 以每分鐘進(jìn)給的毫米數(shù)指定刀具的進(jìn)給速度，如100mm/min。對于回轉(zhuǎn)軸，表示每分鐘進(jìn)給的角度。（2）同步進(jìn)給速度 以主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給的毫米數(shù)規(guī)定的進(jìn)給速度，如0.02mm/r。只有主軸上裝有位置編碼器的數(shù)控機(jī)床才能指定同步進(jìn)給速度