機械制造基礎-金屬切削機床

1、金屬切削機床的基本知識金屬切削機床是對金屬工件進行切削加工的機器。金屬切削機床是對金屬工件進行切削加工的機器。由于它是用來制造機器的，也是唯一能制造機床自由于它是用來制造機器的，也是唯一能制造機床自身的機器，故又稱為身的機器，故又稱為“工作母機工作母機”，習慣上簡稱為，習慣上簡稱為機床。機床。本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容一、機床的類型和基本構造一、機床的類型和基本構造二、機床的傳動二、機床的傳動三、自動機床和數(shù)控機床簡介三、自動機床和數(shù)控機床簡介四、柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造系統(tǒng)機床的類型和基本構造n機床的類型機床的類型 非數(shù)控機床和數(shù)控機床非數(shù)控機床和數(shù)

2、控機床n按加工方式、加工對象或主要用途分：車床、鉆床、按加工方式、加工對象或主要用途分：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床、其它機床。刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床、其它機床。n按加工工件大小和機床質(zhì)量分：儀表機床、中小機床、按加工工件大小和機床質(zhì)量分：儀表機床、中小機床、大型機床、重型機床、超重型機床。大型機床、重型機床、超重型機床。n按機床適用范圍分：通用機床、專門化機床和專用機按機床適用范圍分：通用機床、專門化機床和專用機床。床。n按加工精度分：普通精度級機床、精密級機床和高精按加工精

3、度分：普通精度級機床、精密級機床和高精度級機床。度級機床。機床的類型和基本構造n機床的基本構造機床的基本構造在各類機床中，車床、鉆床、刨床、銑床和磨床是五種最基本的機床，圖21至圖25所示，盡管這些機床的外形、布局和構造各不相同，但歸納起來，它們都是由如下幾個主要部分組成的。1.1.主傳動部件主傳動部件 用來實現(xiàn)機床的主運動，例如車床、鉆床、銑床的主軸箱，刨床的變速箱和磨床的磨頭等。2 2進給傳動部件進給傳動部件 主要用來實現(xiàn)機床的進給運動，也用來實現(xiàn)機床的調(diào)整、退刀及快速運動等，例如車床的進給箱、溜板箱，鉆床、銑床的進給箱，刨床的進給機構，磨床的液壓傳動裝置等。3 3工件安裝裝置工件安裝裝置

4、 用來安裝工件，例如臥式車床的卡盤和尾架，鉆床、刨床、銑床和平面磨床的工作臺等。4 4刀具安裝裝置刀具安裝裝置 用來安裝刀具，例如車床、刨床的刀架，鉆床、立式銑床的主軸，臥式銑床的刀軸，磨床磨頭的砂輪軸等。5 5支承件支承件 用來支承和連接機床的各零部件，是機床的基礎構件，例如各類機床的床身、立柱、底座、橫梁等。6 6動力源動力源 為機床運動提供動力，即電動機。機床的類型和基本構造機床的類型和基本構造機床的類型和基本構造機床的類型和基本構造機床的類型和基本構造機床的傳動機床的傳動: 有機械、液壓、氣動、電氣等多種傳動形式，其中最常見的是機械傳動和液壓傳動。一、機床的機械傳動一、機床的機械傳動

5、1 1機床上常用的傳動副及其傳動關系機床上常用的傳動副及其傳動關系 用來傳遞運動和動力的裝置稱為傳動副，機床上常用的傳動副及其傳動關系如下：(1)(1)帶傳動帶傳動 帶傳動是利用傳動帶與帶輪之間的摩擦作用，將主動帶輪的轉(zhuǎn)動傳到從動帶輪（圖26）。從圖中可知，如果不考慮傳動帶與帶輪之間的相對滑動，帶輪的圓周速度v1、v2和傳動帶速度v帶的大小是相同的，即因為因為所以所以機床的傳動一、機床的機械傳動一、機床的機械傳動 （2 2）齒輪傳動）齒輪傳動 齒輪傳動是目前機床中應用最多的一種傳動方式。這種傳動種類很多，如直齒、斜齒、人字齒、圓弧齒等，其中最常用的是直齒圓柱齒輪傳動，如圖27所示。 設z1,

6、z2和n1, n2分別為主動、從動齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速，則 從上式可知，齒輪傳動的傳動比等于從上式可知，齒輪傳動的傳動比等于主動齒輪與從動齒輪齒數(shù)之比?；螨X輪主動齒輪與從動齒輪齒數(shù)之比。或齒輪傳動中，傳動中，齒輪轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。齒輪轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。機床的傳動一、機床的機械傳動一、機床的機械傳動 （3 3）蝸桿傳動蝸桿傳動 如圖28所示。蝸桿為主動件，將其轉(zhuǎn)動傳給蝸輪。這種傳動方式只能是蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)，反之則不可能。 若蝸桿的螺紋頭數(shù)為k，轉(zhuǎn)速為n1；蝸輪的齒數(shù)為z，轉(zhuǎn)速為n2則其傳動比為蝸桿傳動的優(yōu)點是可以獲得較蝸桿傳動的優(yōu)點是可以獲得較大的降速比大的降速比( (因為因為k k比比z z小

7、很小很多），而且傳動平穩(wěn)，無噪聲，多），而且傳動平穩(wěn)，無噪聲，結構緊湊。但傳動效率低，需結構緊湊。但傳動效率低，需要有良好的潤滑條件。要有良好的潤滑條件。機床的傳動一、機床的機械傳動一、機床的機械傳動(4) (4) 齒輪齒條：齒輪齒條：回轉(zhuǎn)運動 直線運動(5) (5) 絲杠螺母：絲杠螺母：機床的傳動n傳動鏈傳動鏈 若干個傳動副組合起來，成為一個傳動系統(tǒng)，稱為傳動鏈。若干個傳動副組合起來，成為一個傳動系統(tǒng)，稱為傳動鏈。傳動比等于傳動副各傳動比的乘積。傳動比等于傳動副各傳動比的乘積。 例: 如圖所示，運動自軸I輸入，轉(zhuǎn)速為n1，經(jīng)帶輪d1、傳動帶和帶輪d2。傳至軸II。再經(jīng)圓柱齒輪1、2傳到軸II

8、I，經(jīng)圓錐齒輪3、4傳到軸IV，經(jīng)圓柱齒輪5、6傳到軸V，最后經(jīng)蝸桿k及蝸輪7傳至軸VI，并把運動輸出。機床的傳動3 3機床常用的變速機構機床常用的變速機構 獲得加工時的各種切削速度。 變換機床轉(zhuǎn)速的主要裝置是機床的齒輪箱。齒輪箱中的變速機構是由一些基本的機構組成的?；咀兯贆C構是多種多樣的，其中最常應用的有以下兩種（圖212）：機床的傳動3 3機床常用的變速機構機床常用的變速機構(1)(1)滑動齒輪變速機構（圖滑動齒輪變速機構（圖212a212a）帶長鍵的從動軸II上，裝有三聯(lián)滑動齒輪（z2、z4和z6）。通過手柄可使它分別與固定在主動軸I上的齒輪z1、z3和z5相嚙合，軸口可得到三種轉(zhuǎn)速,

9、其傳動比為 這種變速機構的傳動路線可用傳動鏈的形式表示如下：（2 2）離合器式齒輪變速機構（圖）離合器式齒輪變速機構（圖2 212b12b）可得到兩種不同的轉(zhuǎn)速，其傳動比為 其傳動鏈為其傳動鏈為機床的傳動4 4臥式車床傳動簡介臥式車床傳動簡介 圖為C616型（相當于新編型號C6132）臥式車床的傳動系統(tǒng)圖,它用規(guī)定的簡圖符號表示出整個機床的傳動鏈。圖中各傳動件按照運動傳遞的先后順序，以展開圖的形式畫出來。傳動系統(tǒng)圖只能表示傳動關系，而不能代表各傳動件的實際尺寸和空間位置。圖中：羅馬數(shù)字表示傳動軸的編號，阿拉伯數(shù)字表示齒輪齒數(shù)或帶輪直徑，字母M表示離合器等。 （1 1）主運動傳動鏈為；）主運動傳

10、動鏈為； 主軸可獲得主軸可獲得2X3X22X3X21212級轉(zhuǎn)速，其反轉(zhuǎn)是通過電動機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。級轉(zhuǎn)速，其反轉(zhuǎn)是通過電動機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。機床的傳動4 4臥式車床傳動簡介臥式車床傳動簡介 機床的傳動4 4臥式車床傳動簡介臥式車床傳動簡介 進給運動傳動鏈為：進給運動傳動鏈為： 機床的傳動5 5機床機械傳動的組成機床機械傳動的組成 機床機械傳動主要由以下幾部分組成： （1 1）定比傳動機構）定比傳動機構 具有固定傳動比或固定傳動關系的傳動機構，如常用的傳動副。（2 2）變速機構）變速機構 改變機床部件運動速度的機構。例如，圖 213中變速箱的軸 lII一III間采用的為滑動齒輪變速機構, 主軸箱中軸I

11、V一V一VI間采用的為離合器式齒輪變速機構等。（3 3）換向機構）換向機構 變換機床部件運動方向的機構。為了滿足加工的不同需要，機床的主傳動部件和進給傳動部件往往需要正、反向的運動。機床運動的換向，可以直接利用電動機反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機構（例如圖213主軸箱中VI、VII 、VIII軸間的換向齒輪）等。（4 4）操縱機構）操縱機構 用來實現(xiàn)機床運動部件變速、換向、啟動、停止、制動及調(diào)整的機構。機床上常見的操縱機構包括手柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。（5 5）箱體及其他裝置）箱體及其他裝置 相體用以支承和連接各機構并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動機構的正常工作，

12、還要設有開停裝置、制動裝置、潤滑與密封裝置等。 機床的傳動6 6機械傳動的優(yōu)缺點機械傳動的優(yōu)缺點 機械傳動與液壓傳動、電氣傳動相比機械傳動與液壓傳動、電氣傳動相比 較，較，其主要優(yōu)點如下：其主要優(yōu)點如下： (1) (1) 傳動比準確，適用于定比傳動；傳動比準確，適用于定比傳動； （2 2）實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結構簡單，并能傳遞較大的扭矩）實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結構簡單，并能傳遞較大的扭矩； （3 3）故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。）故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。 但是，機械傳動一般情況下不夠平穩(wěn)；制造精度不高時，振動和噪但是，機械傳動一般情況下不夠平穩(wěn)；制造精度不高時，振動和噪聲較大；實現(xiàn)無級變速的機構較復雜，成本高。

13、因此，機械傳動主要用聲較大；實現(xiàn)無級變速的機構較復雜，成本高。因此，機械傳動主要用于速度不太高的有級變速傳動中。于速度不太高的有級變速傳動中。機床的傳動二、機床的液壓傳動二、機床的液壓傳動 1 1外圓磨床液壓傳動簡介外圓磨床液壓傳動簡介 工作臺的往復換向動作，是由擋塊5使換向閥6的活塞自動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。如圖所示，工作臺向左移動，擋塊5固定在工作臺2側面槽內(nèi)，按照要求的工作臺行程長度，調(diào)整兩擋塊之間的距離。當工作臺向左行程終了時，擋塊5先推動杠桿8到垂直位置；然后借助作用在杠桿8滾柱上的彈簧帽15使杠桿8及活塞繼續(xù)向左移動，從而完成換向動作。此時，換向閥6的活塞位置如圖215所示，工作臺開始向右移

14、動。換向閥6的活塞轉(zhuǎn)換快慢，由油閥16調(diào)節(jié)，它將決定工作臺換向的快慢及平穩(wěn)性。機床的傳動二、機床的液壓傳動二、機床的液壓傳動 2 2機床液壓傳動的組成機床液壓傳動的組成 機床液壓傳動主要由以下幾部分組成：機床液壓傳動主要由以下幾部分組成：（1 1）動力元件）動力元件油泵。其作用是將電動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置（能源）。 （2 2）執(zhí)行機構）執(zhí)行機構油缸或油馬達。其作用是把油泵輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C械能，它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置（液動機）。 （3 3）控制元件）控制元件各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量（速度）及流動方向。 （4 4）輔助裝置）輔助裝置油

15、箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件，以保證液壓系統(tǒng)正常工作。 （5 5）工作介質(zhì)）工作介質(zhì)礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。機床的傳動二、機床的液壓傳動二、機床的液壓傳動 3 3液壓傳動的憂缺點液壓傳動的憂缺點 液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比較，其主液壓傳動與機械傳動、電氣傳動相比較，其主要優(yōu)點如下要優(yōu)點如下 （1 1）易于在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速；）易于在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速； （2 2）傳動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向和自動防止過載；）傳動平穩(wěn)，便于實現(xiàn)頻繁的換向和自動防止過載； （3 3）便于采用電液聯(lián)合控制，實現(xiàn)自動化；）便于采用電液聯(lián)合控制，實現(xiàn)自動化； （4 4）機件在油

16、中工作，潤滑好，壽命長。）機件在油中工作，潤滑好，壽命長。 由于液壓傳動有上述優(yōu)點，所以應用廣泛。但是，由于油有一定的可由于液壓傳動有上述優(yōu)點，所以應用廣泛。但是，由于油有一定的可壓縮性，并有泄漏現(xiàn)象，所以液壓傳動不適于作定比傳動。壓縮性，并有泄漏現(xiàn)象，所以液壓傳動不適于作定比傳動。自動機床與數(shù)控機床簡介n自動和半自動機床自動和半自動機床 n經(jīng)調(diào)整后，不需人工操作便能完成自動循環(huán)經(jīng)調(diào)整后，不需人工操作便能完成自動循環(huán)的機床，稱自動機床。的機床，稱自動機床。n除裝卸工件由人工操作外，能完成半自動循除裝卸工件由人工操作外，能完成半自動循環(huán)的機床，稱半自動機床。環(huán)的機床，稱半自動機床。n適于大批、大

17、量地生產(chǎn)形狀不太復雜的小型適于大批、大量地生產(chǎn)形狀不太復雜的小型零件，加工精度較低，生產(chǎn)率高。產(chǎn)品變更，零件，加工精度較低，生產(chǎn)率高。產(chǎn)品變更，需重新設計、調(diào)整機床，不適應多品種、中需重新設計、調(diào)整機床，不適應多品種、中小批量生產(chǎn)。小批量生產(chǎn)。自動機床與數(shù)控機床簡介n數(shù)控機床數(shù)控機床 按照加工要求預先編制的程序，由按照加工要求預先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令進行工作的機床。控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令進行工作的機床。n工作過程工作過程n編制程序單；制造穿孔帶；信息輸入；信息運算和編制程序單；制造穿孔帶；信息輸入；信息運算和處理，轉(zhuǎn)換為指令信號；伺服機構控制機床。處理，轉(zhuǎn)換為指令信號；伺服

18、機構控制機床。自動機床與數(shù)控機床簡介n數(shù)控機床種類（按運動軌跡）數(shù)控機床種類（按運動軌跡）n點位控制點位控制 控制刀具或機床工作臺從一點移動到另一點的準確定位，如鉆床、鏜床和沖床。n直線控制直線控制 除控制點定位，保證兩坐標點間移動軌跡為一條直線，如車床、銑床、磨床。n輪廓控制輪廓控制 對兩個或兩個以上坐標方向的同時運動不間斷控制，并進行切削，如銑床、車床、磨床、齒輪加工機床。自動機床與數(shù)控機床簡介n數(shù)控機床的種類（按伺服機構控制方式）數(shù)控機床的種類（按伺服機構控制方式）n開環(huán)控制開環(huán)控制 （圖中的實線）（圖中的實線） 沒有位置測量裝置，不反饋實際值并與指令值比較?？刂坪唵?、成本低，精度受限。

19、n閉環(huán)控制閉環(huán)控制 （圖中的虛線）（圖中的虛線） 有測量裝置，將實際值反饋并與指令值比較，再用比較差值控制，直到差值消除。定位精度高、速度快、但控制系統(tǒng)復雜，成本高。 自動機床與數(shù)控機床簡介n數(shù)控機床的優(yōu)點和應用數(shù)控機床的優(yōu)點和應用n優(yōu)點：優(yōu)點：n柔性大柔性大 加工對象靈活可變，適于多品種生產(chǎn)。加工對象靈活可變，適于多品種生產(chǎn)。n利用率高利用率高 設備調(diào)整和生產(chǎn)準備時間短，長時間穩(wěn)定加工。設備調(diào)整和生產(chǎn)準備時間短，長時間穩(wěn)定加工。n加工質(zhì)量穩(wěn)定加工質(zhì)量穩(wěn)定 按程序自動加工，有補償功能。按程序自動加工，有補償功能。n生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高 n應用應用n適合產(chǎn)量小、品種多、產(chǎn)品更新頻繁、要求生產(chǎn)周期短。

20、適合產(chǎn)量小、品種多、產(chǎn)品更新頻繁、要求生產(chǎn)周期短。n適合復雜型面的零件，用非數(shù)控機床難以完成的加工。適合復雜型面的零件，用非數(shù)控機床難以完成的加工。n多品種、中小批量生產(chǎn)的重要途徑之一。多品種、中小批量生產(chǎn)的重要途徑之一。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述 長期以來，人們對于機械制造領域所涉及的各種問題，往往是孤立地看待，對于機械制造中所用的機床、工具和制造過程機床、工具和制造過程，僅限于分別地、個別地加以研究。因此，在很長的時期內(nèi)，盡管有許多研究工作取得了卓越的成就，然而在大幅度地提高小批量的生產(chǎn)率方面，并未發(fā)生重要的突破。直到20世紀60年代后期，人們才逐漸認識到，只有把機械制造的各個組成部

21、分看成是一個有機的整體，以控制論和系統(tǒng)工程學為工具，用系統(tǒng)的觀點進行分析和研究，才能對機械制造過程實行最有效的控制，才能有效地提高生產(chǎn)率、擴大品種、保證質(zhì)量，并達到最大的經(jīng)濟效益?；谶@種認識，人們進行了許多研究和實踐，于是出現(xiàn)了機械制造系統(tǒng)的概念。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述一、機械制造系統(tǒng)一、機械制造系統(tǒng) 機械制造系統(tǒng)機械制造系統(tǒng)是由經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程、機床設備、控制裝置及工作人員所組成的有機整體。它和其他生產(chǎn)系統(tǒng)一樣，是由輸入，制造過程和輸出組成的（圖223）。 系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)的輸入，是指向系統(tǒng)輸入具有一定幾何參數(shù)（如形狀、尺寸、精度、表面粗糙度等）和物理參數(shù)（如材料性質(zhì)、表面狀態(tài)等

22、）的原材料、毛坯、刀具等。系統(tǒng)將工件輸入?yún)?shù)與機床調(diào)整參數(shù)(vc, f, ap)相綜合，從而決定制造過程中的加工條件及順序。 制造過程制造過程就是對輸入的原材料（或毛坯）以及其他信息進行加工、轉(zhuǎn)變的過程。 系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)的輸出是指經(jīng)過制造過程的加工和轉(zhuǎn)變，最后輸出具有所要求形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量的零件，以及材料的切除量和刀具的磨損等。 輸出的零件信息可以輸入制造過程，以實現(xiàn)加工連續(xù)不斷地進行。 根據(jù)系統(tǒng)擁有的機床臺數(shù)，可以把系統(tǒng)分為單級機械制造系統(tǒng)和多級機械制造系統(tǒng)。單級系統(tǒng)只擁有一臺機床；多級系統(tǒng)則擁有多臺機床。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二、二、 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng) 1.FM

23、S1.FMS的概念的概念 FMS是在DNC(計算機群控)基礎上發(fā)展起來的一種集成機械制造系統(tǒng)，也叫做可變制造（或加工）系統(tǒng)。 FMSFMS是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結合的整體。它可按任意順序加工一組有不同工序與加工節(jié)拍的工件，能適時地自由調(diào)度管理，因而這種系統(tǒng)可以在設備的技術規(guī)范的范圍內(nèi)自動地適應加工工件和生產(chǎn)批量的變化。整個加工過程中，系統(tǒng)按生產(chǎn)程序軟件調(diào)度工作，每個加工工位滿負荷工作，可實現(xiàn)無人化加工。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二二 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng) 2 2FMSFMS的基本類型及應用的基本類型及應用 根據(jù)FMS所完成加工

24、工序的多少、擁有機床的數(shù)量、運儲系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的完善程度等，可以將FMS分為三種基本類型，圖224為它們的示意圖。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二、二、 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng) 2 2FMSFMS的基本類型及應用的基本類型及應用（1 1）柔性制造單元（）柔性制造單元（FMCFMC） 它是由一臺或少數(shù)幾臺配有一定容量的工件自動更換裝置的加工中心組成的生產(chǎn)設備，按工件儲存量的多少能獨立持續(xù)地自動進行加工一組不同工序與加工節(jié)拍的工件。它可以作為組成FMS的模塊單元，特別適于多品種小批量的生產(chǎn)。（2 2）柔性制造系統(tǒng)（）柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS） 它與FMC基本相同，只不過采用幾臺加工中心構成。它的規(guī)模比FMC大，自動化程度和生產(chǎn)率比FMC高，能完成更復雜的加工。在FMS中，每臺機床既可用來完成一種或多種零件的全部加工，也可以與系統(tǒng)中的其他機床配合，按程序?qū)ぜM行順序加工。所以，F(xiàn)MS特別適于多品種、小批或中批復雜零件的加工。（3 3）柔性自動生產(chǎn)線（）柔性自動生產(chǎn)線（FTLFTL） 它是由更多的數(shù)控機床、輸送和存儲系統(tǒng)等所組成的柔性制造系統(tǒng)。每24臺機床間設置一個自動倉庫，工件和隨行夾具按直線式輸送。整個生產(chǎn)線可以分成幾段，完成不同的加工任務，以便減少因停機所帶來的損