電子教案與課件：《金屬切削刀具與機(jī)床》

1、金屬切削刀具與機(jī)床朱派龍 編著廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第六章 機(jī)床與應(yīng)用第一節(jié) 機(jī)床分類與選用 按照使用的刀具不同，在中國大陸將機(jī)床分為車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨(插)床、拉床、超聲波及電加工機(jī)床、切斷機(jī)床、其它機(jī)床等12大類。 機(jī)床作為工作母機(jī)，其水平的高低直接關(guān)系到并標(biāo)志著一個國家的工業(yè)發(fā)展水平。也是工藝系統(tǒng)的最重要組成部分。每一大類中的機(jī)床，按結(jié)構(gòu)、性能和工藝特點(diǎn)還可細(xì)分為若干組，每一組又細(xì)分為若干系（系列)。如立式或臥式，單軸或多軸，液壓或機(jī)械。圖6.1按照機(jī)床的通用性、自動化程度的分類, 增加了數(shù)控機(jī)床、并聯(lián)機(jī)床等新內(nèi)容。 機(jī)床的選用除了考慮工件加工表

2、面的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料性質(zhì)和加工(質(zhì)量)技術(shù)要求外，還需考慮其生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小，即從生產(chǎn)率和適應(yīng)性加以考慮，如圖6.2。如通用機(jī)床靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，但是其效率低，對操作者的技術(shù)要求高，故更多地用于多品種、小批量或單件生產(chǎn)模式，如維修車間；而專用機(jī)床或單一功能機(jī)床效率高、適應(yīng)性差，對操作者技術(shù)要求不高，常常用于品種單一的大批大量生產(chǎn)，如滾動軸承、汽車發(fā)動機(jī)的制造普遍采用專用機(jī)床或單一功能機(jī)床。 機(jī)床的選用除了考慮工件加工表面的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料性質(zhì)和加工(質(zhì)量)技術(shù)要求外，還需考慮其生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小，即從生產(chǎn)率和適應(yīng)性加以考慮，如圖6.2。如通用機(jī)床靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，但是其效率低，對操作者的技術(shù)要求

3、高，故更多地用于多品種、小批量或單件生產(chǎn)模式，如維修車間；而專用機(jī)床或單一功能機(jī)床效率高、適應(yīng)性差，對操作者技術(shù)要求不高，常常用于品種單一的大批大量生產(chǎn)，如滾動軸承、汽車發(fā)動機(jī)的制造普遍采用專用機(jī)床或單一功能機(jī)床。第二節(jié) 機(jī)床重要功能部件一臺機(jī)床質(zhì)量的好壞、水平的高低、精度如何主要取決于其主要的功能部件，如，導(dǎo)軌、主軸、傳動裝置等。1.導(dǎo)軌與床身(1) 導(dǎo)軌導(dǎo)軌作為承載和導(dǎo)向元件，關(guān)系到加工過程中刀具與工件之間的運(yùn)動精度、工藝系統(tǒng)剛度，最終影響到加工的尺寸、形狀和位置精度，以及表面質(zhì)量的好壞。導(dǎo)軌應(yīng)滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運(yùn)動平穩(wěn)、精度保持性好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、

4、便于加工、裝配、調(diào)整和維修、成本低等要求。導(dǎo)軌分為三類：滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和流體靜壓導(dǎo)軌。1).滑動導(dǎo)軌 如圖6.3，滑動導(dǎo)軌的截面形狀主要有：V形(三角形/山形）、平面(矩形)、燕尾形和圓柱形等四種，單個的圓柱形導(dǎo)軌不能防轉(zhuǎn)，故常常與其他導(dǎo)軌(或圓柱形)組合使用(圖e、f)。它們可互相組合，每種導(dǎo)軌副中還有凹、凸之分。矩形導(dǎo)軌：承載能力大、剛度高、制造簡單、檢驗(yàn)和維修方便等優(yōu)點(diǎn)。適于載荷較大而導(dǎo)向要求略低的機(jī)床。三角形導(dǎo)軌：磨損時(shí)自動補(bǔ)償磨損量，不產(chǎn)生間隙。導(dǎo)軌頂角越小，導(dǎo)向性越好，但摩擦力也越大。小頂角用于輕載荷精密機(jī)械，大頂角用于大型或重型機(jī)床。三角形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有對稱式和不對稱式兩種。燕尾

5、形導(dǎo)軌：承載較大的顛覆力矩，導(dǎo)軌的高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便。但剛度性較差，加工檢驗(yàn)維修都不大方便。適于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的部件。圓柱形導(dǎo)軌：制造方便，工藝性好，但磨損后較難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向負(fù)荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少?；瑒訉?dǎo)軌具有一定動壓效應(yīng)的混合摩擦狀態(tài)。導(dǎo)軌的動壓效應(yīng)主要與導(dǎo)軌的摩擦速度、潤滑油粘度、導(dǎo)軌面的油溝尺寸和型式等有關(guān)。速度較高的主運(yùn)動導(dǎo)軌，應(yīng)合理設(shè)計(jì)油溝型式和尺寸，選擇合適粘度的潤滑油，以產(chǎn)生較好的動壓效果。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和抗振性好，缺點(diǎn)是磨損快。減摩導(dǎo)軌：為提高耐磨性，廣泛采用塑料導(dǎo)軌(圖6.4)和鑲鋼導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌使用粘結(jié)法或涂層法覆蓋

6、在導(dǎo)軌面上。通常對長導(dǎo)軌噴涂法、對短導(dǎo)軌用粘結(jié)法。粘結(jié)塑料軟帶導(dǎo)軌、塑料涂層、金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌、鑲鋼導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小、耐磨性高、抗撕傷能力強(qiáng)、低速不易爬行、運(yùn)動平穩(wěn)、工藝簡單、化學(xué)性能好、成本低等特點(diǎn)。間隙調(diào)整：導(dǎo)軌面間的間隙對機(jī)床工作性能有直接影響，如果間隙過大，影響運(yùn)動精度和平穩(wěn)性；間隙過小，運(yùn)動阻力大，導(dǎo)軌的磨損加快。因此必須保證導(dǎo)軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調(diào)整，導(dǎo)軌常用壓板、鑲條來調(diào)整。壓板(圖6.5)：用來調(diào)整導(dǎo)軌面的間隙和承受顛覆力矩。鑲條：矩形導(dǎo)軌和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)向間隙。有平鑲條(圖6.6)和斜鑲條(圖6.7)兩種導(dǎo)軌組合：如圖6.8,機(jī)床導(dǎo)軌常常采用以下組合: 雙

7、三角形導(dǎo)軌(圖a)：不需要鑲條調(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)向性和精度保持性好，但工藝性差，加工、檢驗(yàn)和維修都不方便。 雙矩形導(dǎo)軌(圖b)：承載能力大、制造簡單。導(dǎo)向方式有兩種寬式組合和窄式組合。 矩形和三角形導(dǎo)軌的組合：導(dǎo)向性好，剛性高，制造方便，應(yīng)用最廣。 矩形和燕尾形導(dǎo)軌的組合：能承受較大力矩,調(diào)整方便，多用在橫梁、立柱、搖臂導(dǎo)軌中。2）.滾動導(dǎo)軌 滾動導(dǎo)軌與滑動導(dǎo)軌相比：優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦因數(shù)很接近。缺點(diǎn)是抗振性差，但可以通過預(yù)緊方式提高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。根據(jù)滾動體的不同分為滾珠、滾柱和滾針三類：如圖6.9所示。圖a中左邊為滾珠，右邊為滾柱。圖b中左右皆為滾針。預(yù)緊方法通常是靠螺

8、釘、墊塊或斜塊移動導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)靠尺寸差達(dá)到預(yù)緊。3).靜壓導(dǎo)軌工作原理與靜壓軸承相同，將具有一定壓力的潤滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌運(yùn)動速度的變化對油膜厚度的影響很??；載荷的變化對油膜厚度的影響很?。灰后w摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點(diǎn)是導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對潤滑油的清潔程度要求很高。主要應(yīng)用于精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動和低速運(yùn)動導(dǎo)軌靜壓導(dǎo)軌按結(jié)構(gòu)形式分開式(圖6.10)和閉式(圖6.11)兩大類。開式靜壓導(dǎo)軌：壓力油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入導(dǎo)軌的各個油腔，使運(yùn)動部件浮起，導(dǎo)軌面被油膜隔開，油腔中

9、的油不斷地通過封油邊而流回油箱。當(dāng)動導(dǎo)軌受到外載荷作用向下產(chǎn)生一個位移時(shí)，導(dǎo)軌間隙變小，增加了回油阻力，使油腔中的油壓升高，以平衡外載荷。閉式導(dǎo)軌：在上、下導(dǎo)軌面上都開有油腔，可以承受雙向載荷，保證運(yùn)動部件工作平穩(wěn)。此外，按供油情況可分為定量式靜壓導(dǎo)軌和定壓式靜壓導(dǎo)軌。(2)床身 通常床身選用封閉的箱形，能保證有足夠的抗彎和抗扭強(qiáng)度，如圖6.12。床身材料通常有鑄鐵、鋼板和型鋼、天然花崗巖、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、樹脂混凝土等。鑄鐵：鑄造性能好，阻尼系數(shù)大，振動衰減性能好，成本低，適于成批生產(chǎn)，容易制造整體結(jié)構(gòu)。要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，如圖6.13a。鋼板焊接結(jié)構(gòu)：制造周期短，剛性好，便于產(chǎn)品

10、更新和結(jié)構(gòu)改進(jìn)，重量輕。床身一般采用鋼板與型鋼焊接而成，如圖6.13b。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土：抗振性好，成本低。天然花崗巖/大理石：性能穩(wěn)定，精度保持性好，抗振性好，熱穩(wěn)定性好，抗氧化性強(qiáng)，不導(dǎo)電，抗磁，與金屬不粘結(jié)，加工方便。如三坐標(biāo)測量儀的支撐臺常常采用大理石。樹脂混凝土：如圖6.14，剛度高，具有良好的阻尼性能，抗振性好，熱穩(wěn)定性高，質(zhì)量輕，可有良好的幾何形狀精度，極好的耐腐蝕性，成本低，無污染，生產(chǎn)周期短，床身靜剛度高。且可以預(yù)埋金屬或添加加強(qiáng)纖維來提高某些力學(xué)性能。為了改善阻尼特性：對于鑄件支承件，鑄件內(nèi)砂芯不清除(圖6.15)，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼材料，可以起到減振作用。

11、對焊接支承件，除了可以在內(nèi)腔中填充混凝土減振外，還可以充分利用結(jié)合面間的摩擦阻尼來減小振動，即采用分段焊縫可增大阻尼。2.主軸及軸承配置 如圖6.16，機(jī)床主軸在運(yùn)行和工作中常常承受的總力可以分解為軸向力和徑向力兩個方向的力，而主軸是靠軸承來支撐與箱體的箱壁之上，顯然與主軸運(yùn)動精度密切相關(guān)的元件就是軸承。主軸軸承配置型式應(yīng)根據(jù)剛度、轉(zhuǎn)速、承載 能力、抗振性和噪聲等要求來選擇。 1)滾動軸承 常見的幾種典型配置型式：速度型：主軸前后軸承都采用角接觸球軸承（兩聯(lián)或三聯(lián)）。軸向切削力越大，角度應(yīng)越大，且大角度的剛度也大。具有良好的高速性能，承載能力小，如高速CNC車床，如圖6.17剛度型：前支承采用

12、雙列短圓柱滾子軸承承受徑向載荷和60度角接觸雙列向心推力軸承承受軸向載荷，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承，如數(shù)控車床主軸，如圖6.18。剛度速度型：前軸承采用雙聯(lián)角接觸球軸承，后支承采用雙列短圓柱滾子軸承。前軸承的配置特點(diǎn)是外側(cè)的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力；第三個角接觸球軸承則通過軸套與外側(cè)的兩個軸承背靠背配置，使三聯(lián)加坡接觸球軸承有一個較大支承跨，以提高承受顛覆力矩的剛度。如如圖6.19的臥式銑床主軸。2)滑動軸承滑動軸承應(yīng)有良好的抗振性，旋轉(zhuǎn)精度高，運(yùn)動平穩(wěn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速或低速的精密、高精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床中。主軸滑動軸承按產(chǎn)生油膜的方式，可分為動壓軸承和靜壓

13、軸承兩類。按照流體介質(zhì)不同可分為液體滑動軸承和氣體滑動軸承。 動壓軸承： 動壓軸承按油楔數(shù)分為單油楔和多油楔。多油楔軸承的軸心位置穩(wěn)定性好，抗振動和沖擊性能好。故多采用多油楔軸承。多油楔軸承有固定多油楔(圖6.20)和活動多油楔(圖6.21)兩類。靜壓軸承： 如圖6.22，液體靜壓軸承系統(tǒng)：一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承。 靜壓軸承與動壓軸承相比具有的優(yōu)點(diǎn)：承載能力高；旋轉(zhuǎn)精度高；油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度；抗振性好；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；既能在低速下工作，也能在高速下工作；摩擦小，軸承壽命長。缺點(diǎn)是需要一套專用供油設(shè)備，軸承制造工藝復(fù)雜、成本高。所用的節(jié)流器分為固定節(jié)流器和可變節(jié)流器。氣體靜壓

14、軸承： 用空氣作為介質(zhì)的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸承相同。具有氣體靜壓軸承的主軸結(jié)構(gòu)形式主要有三種： 具有徑向圓柱與平面止推型軸承的主軸部件；采用雙半球形氣體靜壓軸承；前端為球形，后端為圓柱形或半球形。磁懸浮軸承：發(fā)展方向3)電主軸 如圖6.23省去了中間傳動裝置，電動機(jī)直接驅(qū)動主軸：特點(diǎn)是主軸單元大大簡化了結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，降低了噪聲和振動；有較寬的調(diào)速范圍；有較大的驅(qū)動功率和扭矩；便于組織專業(yè)化生產(chǎn)。廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、高速加工中心和數(shù)控車床中。3.傳動裝置 機(jī)床傳動路線一般由動力源（如電動機(jī)）、中間變速裝置到末端執(zhí)行件（如主

15、軸、刀架、工作臺），以及過程中涉及的開停、換向和制動機(jī)構(gòu)等部分組成。1).齒輪傳動 傳統(tǒng)機(jī)床傳動以齒輪傳動最為常見，如圖6.24是常見的車床類主軸的傳動結(jié)構(gòu)圖和轉(zhuǎn)速圖，其中分為三類齒輪：滑移齒、固定齒和空套齒。圖中滑移齒有：上的(36/48/42)三聯(lián)齒、(42/22)雙聯(lián)齒和上的(60/18)雙聯(lián)齒，其余的均為固定齒?？仗X也稱惰軸齒，它不改變傳動比，即通過它傳動的轉(zhuǎn)速大小不變，但改變轉(zhuǎn)動方向(順時(shí)針/逆時(shí)針方向)。圖中可以實(shí)現(xiàn)從31.51400rpm的12檔主軸()速度。齒輪傳動的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能夠傳遞較大的扭矩，能適應(yīng)變轉(zhuǎn)速、變載荷工作，應(yīng)用最廣。缺點(diǎn)是線速度不能過高，通常小于1

16、5m/s，不如帶傳動平穩(wěn)。2).滾珠絲杠滾珠絲杠主要用于將電動機(jī)傳至絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠螺母的直線運(yùn)動，從而驅(qū)動工作臺作進(jìn)給運(yùn)動，主要用于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床。如圖6.25，由螺母、絲杠、滾珠、回珠器、密封環(huán)等組成。滾珠絲杠的摩擦系數(shù)小，動作靈敏，傳動效率高。滾珠絲杠常采用角接觸球軸承或雙向推力圓柱滾子軸承與滾針軸承的組合軸承方式。前者一般用在中、小型數(shù)控機(jī)床，后者則用在軸向剛度高的場合。滾珠絲杠的三種支承方式：一端固定，另一端自由方式；一端固定，一端簡支承方式；兩端固定。滾珠絲杠螺母副必須消除間隙，并施加預(yù)緊力，以保證絲杠、滾珠和螺母之間沒有間隙，提高螺母絲杠副的接觸剛度，如圖6.26，研磨圖a

17、 的調(diào)整墊片3，圖b的差齒就可實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠的消除間隙或預(yù)緊。3).同步齒形帶及帶輪 如圖6.27，同步齒形帶是通過帶上的齒形與帶輪上的輪齒相嚙合傳遞運(yùn)動和動力。同步齒形帶的齒形有兩種:梯形齒和圓弧齒。同步齒形帶傳動不存在打滑，傳動比精準(zhǔn)，運(yùn)動平穩(wěn)，噪音小。4).直線伺服電機(jī)集動力源和執(zhí)行裝置于一身的直線伺服電動機(jī)相當(dāng)于把旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子按圓柱面展開成平面,成為直線電機(jī)的定子和動子，如圖6.28。直線同步電動機(jī)分為無鐵心型和有鐵心型，如圖6.29。直線伺服電機(jī)具有高剛度,寬的調(diào)整范圍,高的系統(tǒng)動態(tài)特性,平滑運(yùn)動,定位精確以及無磨損,無需維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn),生活的各個領(lǐng)域。第三節(jié)傳統(tǒng)

18、加工機(jī)床 在所有的機(jī)床使用中，車床(含自動車床)的占比34%，磨床30%，銑床15%，鉆鏜10%，刨床4%，其他機(jī)床7%。1.車床車床的用途十分廣泛，金屬切削的占比最大，車床的種類較多，按照結(jié)構(gòu)和用途分為臥式車床、轉(zhuǎn)塔車床、回輪車床、立式車床、花盤車床、精密車床和各種專門化車床，車床區(qū)別于所有其他機(jī)床的一個顯著特征就是工件的回轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動，而刀具作進(jìn)給運(yùn)動。1).臥式車床： 如圖6.30所示是其外觀圖，是使用最為廣泛的機(jī)床，所能完成的各種加工參見圖6.32。 2).(六角)轉(zhuǎn)塔車床: 如圖6.31，除有一個前刀架外，還有一個可繞垂直軸線轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔刀架。前刀架與臥式車床的刀架類似，既可縱向進(jìn)給，

19、切削大外圓柱面，又可橫向進(jìn)給，加工端面和內(nèi)外溝槽；轉(zhuǎn)塔刀架則只能作縱向進(jìn)給，它可在六個不同面上各安裝一把或一組刀具，用于車削內(nèi)外圓柱面，鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔和攻絲、套絲等。轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)有定程機(jī)構(gòu)，加工過程中，當(dāng)?shù)都艿竭_(dá)預(yù)先調(diào)定的位置時(shí)，可自動停止進(jìn)給或快速返回原位。3).回輪車床：如圖6.33沒有前刀架，只有一個可繞水平軸線轉(zhuǎn)位的圓盤形回輪刀架，其回轉(zhuǎn)軸線與主軸軸線平行，刀架上沿圓周均勻分布著許多軸向孔（一般為1216個），供安裝刀具使用，當(dāng)?shù)毒呖邹D(zhuǎn)到最高位置時(shí)，其軸線與主軸軸線在同一直線上。回輪刀架隨縱向溜板一起，可沿著床身導(dǎo)軌作縱向進(jìn)給運(yùn)動，進(jìn)行車內(nèi)外圓、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和加工螺紋等；還可繞自身

20、軸線緩慢旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)橫向時(shí)給，以進(jìn)行車削成形面、溝槽、端面和切斷等。4).立式車床： 如圖6.34，主要用于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小、且形狀比較復(fù)雜的大型或重型工件。立式車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是主軸垂直布置，并有一個直徑很大的圓形工作臺，工作臺臺面水平布置，方便安裝笨重工件。分為單柱式和雙柱式兩種：（1）單柱式立式車床(圖a)單柱式立式車床具有一個箱形立柱，與底座固定地聯(lián)成一整體，構(gòu)成機(jī)床的支承骨架。在立柱的垂直導(dǎo)軌上裝有橫梁和側(cè)刀架，在橫梁的水平導(dǎo)軌上裝有一個垂直刀架。刀架滑座可左右扳轉(zhuǎn)一定角度。工作臺裝在底座的環(huán)形導(dǎo)軌上，工件安裝在它的臺面上，由工作臺帶動繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)。（2）雙柱式立式

21、車床(圖b)雙柱式立式車床具有兩個立柱，兩個立柱通過底座和上面的頂梁聯(lián)成一個封閉式框架。橫梁上通常裝有兩個垂直刀架，右立柱的垂直導(dǎo)軌上有的裝有一個側(cè)刀架，大尺寸的立式車床一般不帶側(cè)刀架。5).花盤車床： 如圖6.35，于加工徑向尺寸大而軸向尺寸相對較小的大型非圓柱面工件。以車削端面為主，軸向走刀行程比較短。6).摩爾精密車床： 如圖6.36，采用臥式空氣軸承主軸，機(jī)床具有三坐標(biāo)精密數(shù)控，金剛石刀具安裝在精密回轉(zhuǎn)工作臺上，使得加工非球面工件時(shí)，刀具垂直于加工表面，目的是提高加工精度和表面質(zhì)量。機(jī)床采取了諸多措施以提高精度，如精密動平衡、消振防振措施、恒溫控制等。 適應(yīng)于各種非球面曲面的鏡面加工，

22、特別是銅、鋁等有色金屬材料。2.銑床銑床是一種用多齒、多刃旋轉(zhuǎn)刀具加工工件的高效、高質(zhì)、工藝范圍廣的切削機(jī)床。銑床的種類很多，主要類型有臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、回轉(zhuǎn)工作臺銑床、龍門銑床、雙面銑床、仿形銑床以及各種專門化銑床等。1).臥式銑床：如圖6.37，機(jī)床主軸軸線與工作臺臺面平行，銑刀安裝在與主軸相連接的刀軸上，由主軸帶動作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動，工件裝夾在工作臺上，由工作臺帶動工件作進(jìn)給運(yùn)動，從而完成銑削工作。臥式銑床又分為臥式升降臺銑床和萬能升降臺銑床。2).立式銑床：如圖6.38，其主軸是垂直安置的，其工作臺、床鞍及升降臺與臥銑相同，銑頭可根據(jù)加工需要在垂直平面內(nèi)調(diào)整角度，主軸可沿軸線方

23、向進(jìn)給或調(diào)整位置。). 回轉(zhuǎn)工作臺銑床：如圖6.39，主軸箱的兩根主軸上可分別安裝粗銑和半精銑用的端銑刀；回轉(zhuǎn)工作臺上可裝夾多個工件，加工時(shí)，圓工作臺緩慢轉(zhuǎn)動，完成進(jìn)給運(yùn)動，從銑刀下通過的工件便已銑削完畢，這種銑床裝卸工件的輔助時(shí)間可與切削加工時(shí)間重合，因而生產(chǎn)效率高，適用于大批、大量生產(chǎn)中通過設(shè)計(jì)專用夾具，銑削中、小型零件。4).龍門銑床： 如圖6.40，是一種大型高效能的銑床，主要用于加工各類大型、重型工件上的平面和溝槽，借助附件還可以完成斜面和內(nèi)孔等的加工。龍門銑床的主體結(jié)構(gòu)呈龍門式框架，其橫梁上裝有單個或兩個銑削主軸箱（立銑頭），可在橫梁上水平移動，橫梁可在立柱上升降，以適應(yīng)不同高度的

24、工件的加工；兩個立柱上又各裝一個臥銑頭，臥銑頭也可在立柱上升降；每個銑頭都是一個獨(dú)立部件，內(nèi)裝主運(yùn)動變速機(jī)構(gòu)、主軸及操縱機(jī)構(gòu)，各銑頭的水平或垂直運(yùn)動都可以是進(jìn)給運(yùn)動，也可以是調(diào)整銑頭與工件間相對位置的快速調(diào)位運(yùn)動；銑刀的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動。龍門銑床的剛度高，可多刀同時(shí)加工多個工件或多個表面.5).雙面銑床：如圖6.41，是臥式雙面銑床，兩個盤式端面銑刀頭分別位于兩側(cè)，工件在工作臺的帶動下，垂直于刀頭進(jìn)給完成雙面的銑削工作。雙面銑削的好處在于銑刀頭的軸向力可以互相抵消，保證輪面的平行度，雙面同時(shí)加工保證效率增倍。6).仿形銑床：如圖6.42，銑刀頭與仿形頭隨動，作仿形進(jìn)給運(yùn)動。 各種銑削加工見圖6.4

25、3。3.鉆床1).臺式鉆床：如圖6.44，臺式鉆床是一種主軸垂直布置、鉆孔直徑小于13mm的小型鉆床，由于加工孔徑較小，臺鉆主軸轉(zhuǎn)速可以很高，適用于加工小型零件上的各種小型孔。2).立式鉆床：如圖6.45，立式鉆床主要由底座、工作臺、立柱、電動機(jī)、傳動裝置、主軸變速箱、進(jìn)給箱、主軸和操縱手柄組成。進(jìn)給予箱右側(cè)的手柄用于使主軸升降；工件安放在工作臺上，工作臺和進(jìn)給箱都可沿立柱調(diào)整其上下位置，以適應(yīng)不同高度的工件。適合于中等尺寸的工件的中小尺寸鉆孔。3).搖臂鉆床：如圖6.46，搖臂鉆床主要由底座、工作臺、立柱、搖臂、電動機(jī)、傳動裝置、主軸變速箱、進(jìn)給箱、主軸和操縱手柄組成，搖臂能繞立柱旋轉(zhuǎn)，主軸

26、箱可在搖臂上橫向移動，同時(shí)還可松開搖臂鎖緊裝置，根據(jù)工件高度，使搖臂沿立柱升降。搖臂鉆床可以方便地調(diào)整刀具的位置以對準(zhǔn)被加工孔中心，適用于大直徑、笨重的或多孔的大、中型工件上加工孔。有時(shí)工件都不需要擺放在工作臺上，而在地上也可，但是要找正位置。 常見的鉆削加工見圖6.474.鏜床鏜床用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔、內(nèi)成形表面或孔內(nèi)環(huán)槽，特別是分布在不同位置、軸線間距離精度和相互位置精度要求很嚴(yán)格的孔系。通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動，鏜刀或工件的移動為進(jìn)給運(yùn)動。1). 臥式鏜床： 如圖6.48，臥式鏜銑床主軸水平布置并可軸向進(jìn)給，主軸箱可沿前立柱導(dǎo)軌垂直移動，主軸箱前端有平旋盤，平旋盤上可裝裝有刀

27、架，用于大孔鏜削或其他加工，它可在平旋盤導(dǎo)軌上作徑向進(jìn)給；工件裝在工作臺上，工作臺可旋轉(zhuǎn)并可實(shí)現(xiàn)縱向或橫向進(jìn)給；鏜刀裝在主軸或鏜桿上，較長鏜桿的尾部可由能在后立柱上作上下調(diào)整的后支承來支持，成為簡支狀態(tài)，增大刀桿的剛度。臥式鏜床時(shí)可實(shí)施的加工操作如圖6.49。2).坐標(biāo)鏜床： 如圖6.50，坐標(biāo)鏜床用于孔本身精度及位置精度要求都很高的孔系加工，也能鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、锪端面、切槽等。坐標(biāo)鏜床主要零部件的制造和裝配精度都很高，具有良好的剛度和抗振性，并配備有坐標(biāo)位置的精密測量裝置，除進(jìn)行孔系的精密加工外，還能進(jìn)行精密刻度、樣板的精密劃線、孔間距及直線尺寸的精密測量等5.刨床等直線運(yùn)動機(jī)床1).刨床

28、：主要分為兩大類：牛頭刨床和龍門刨床。牛頭刨床：如圖6.51，刨削分水平刨削和垂直刨削，如圖6.52是牛頭刨床結(jié)構(gòu)圖。如圖6.53，牛頭刨床切削行程和回退的速度不一樣，慢進(jìn)快退，即需要急回運(yùn)動。圖中曲柄回轉(zhuǎn)的B角小于A角，而曲柄勻速運(yùn)動，故回退的時(shí)間少。如圖6.54是液壓牛頭刨床的原理和結(jié)構(gòu)圖，主要是液壓缸的往復(fù)移動帶動滑枕移動，靠改變流量而調(diào)節(jié)移動速度，液壓牛頭刨床工作平穩(wěn)，沖擊小。 2).插床: 如圖6.56，插床實(shí)質(zhì)上是立式刨床，滑枕帶動刀具沿立柱導(dǎo)軌作直線往復(fù)主運(yùn)動；工件安裝在工作臺上，工作臺可作縱、橫和圓周方向間歇進(jìn)給；工作臺的旋轉(zhuǎn)可進(jìn)行圓周分度，加工角度分布的鍵槽；滑枕還可以在垂直

29、平面內(nèi)相對立柱傾斜08，加工斜槽和斜面。插床效率低下，適應(yīng)于單件、小批量生產(chǎn)。拉床一般采用液壓缸往復(fù)動力使得拉削過程平穩(wěn)，圖5.58和圖5.59分別是臥式平面拉床和立式平面拉床6.磨床 磨床主要用于零件的精加工，磨床的種類很多，主要有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床和專門用來磨削特定表面和工件的專用磨床（如花鍵軸磨床、凸輪軸磨床、曲軸磨床、導(dǎo)軌磨床等）。此外還有以柔性砂帶為磨削工具的砂帶磨床和以油石及研磨劑為切削工具的超精加工機(jī)、研磨機(jī)、珩磨機(jī)和拋光機(jī)等1).外圓磨床中心磨床：如圖6.60，萬能外圓磨床是應(yīng)用最普遍的一種外圓磨床，其工藝范圍較寬，除了能磨削外圓柱面和圓錐面外，還可磨削內(nèi)孔

30、和臺階面等。是一種最具典型性的外圓磨床，由床身、砂輪架、內(nèi)磨裝置、頭架、尾座、工作臺、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)、液壓傳動裝置和冷卻裝置等組成。無心磨床： 如圖6.61，通常是指無心外圓磨床，它適用于大批量磨削細(xì)長軸以及不帶孔的軸、套、銷等零件。無心外圓磨削時(shí)，工件是直接放在砂輪和導(dǎo)輪之間，由托板和導(dǎo)輪支承，工件被磨削的表面本身就是定位基準(zhǔn)面。2).平面磨床 根據(jù)砂輪工作面和工作臺形狀，平面磨床有四種類型：臥軸往復(fù)工作臺平面磨床、臥軸回轉(zhuǎn)工作臺平面磨床、立軸往復(fù)工作臺平面磨床和立軸回轉(zhuǎn)工作臺平面磨床，其中臥軸往復(fù)工作臺平面磨床(圖6.62)和立軸回轉(zhuǎn)工作臺平面磨床(圖6.63)最常見。3).內(nèi)圓磨床：內(nèi)圓磨

31、床的主要類型有普通內(nèi)圓磨床(圖6.64)、無心內(nèi)圓磨床和行星內(nèi)圓磨床。內(nèi)圓磨床可以磨削圓柱形或圓錐形的通孔、盲孔和階梯孔。內(nèi)圓磨削大多采用縱磨法，也可用切入法。磨削內(nèi)圓還可采用無心磨削。無心內(nèi)圓磨削時(shí)，工件由導(dǎo)輪帶動旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動。砂輪除了完成主運(yùn)動外，還作縱向進(jìn)給運(yùn)動和周期橫向進(jìn)給運(yùn)動。7.齒輪加工機(jī)床 1).滾齒機(jī)：如圖6.65，滾齒機(jī)主要用于滾切外嚙合直齒和斜齒圓柱齒輪及蝸輪，多數(shù)為立式；也有臥式的，用于加工齒輪軸、花鍵軸和儀表工類中的小模數(shù)齒輪。隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)了數(shù)控滾齒機(jī)，如圖6.66，使得機(jī)床結(jié)構(gòu)變得簡化，而且加工范圍得到擴(kuò)大(如圖6.67)，加工精度更高。 2).

32、插齒機(jī)：如圖6.68，插齒機(jī)可以用來加工外嚙合和內(nèi)嚙合的直齒圓柱齒輪，如果采用專用的螺旋導(dǎo)軌和斜齒輪插齒刀，還可以加工外嚙合的斜齒圓柱齒輪，特別適合于加工多聯(lián)齒輪。插齒加工時(shí)，機(jī)床必須具備主運(yùn)動、范成運(yùn)動、徑向進(jìn)給、圓周進(jìn)給和讓刀運(yùn)動。第四節(jié) 現(xiàn)代機(jī)床1.數(shù)控機(jī)床1).數(shù)控機(jī)床工作原理(1)工作原理、組成和特點(diǎn)數(shù)控技術(shù)（NC）是指用數(shù)字信號形成的控制程序?qū)σ慌_或多臺機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制的一門技術(shù)，它是解決單機(jī)加工過程自動化的根本。它綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果。數(shù)控機(jī)床(Numerically Controlled Machine Tool)，簡單

33、的說，就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床。如圖6.69，數(shù)控機(jī)床加工工件時(shí)，應(yīng)預(yù)先將加工過程所需要的各種動作、工件的形狀、尺寸以及機(jī)床的其它功能等信息利用數(shù)字或代碼化的數(shù)字量表示出來，編制出控制程序作為數(shù)控機(jī)床的工作指令，輸入專用的或通用的數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動的變速、起停，進(jìn)給運(yùn)動的方向、速度和位移量，以及其它如刀具的選擇交換、工件的夾緊松開和冷卻潤滑的開、關(guān)等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出所需要的工件。數(shù)控機(jī)床主要由程序讀入裝置、CNC系統(tǒng)、伺服裝置系統(tǒng)（伺服驅(qū)動、伺服電機(jī)）、機(jī)床工作臺、刀具等執(zhí)行裝置和檢測反饋裝置等五部分

34、組成。數(shù)控機(jī)床具有以下特點(diǎn)： 采用數(shù)控機(jī)床可以提高零件的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量。 數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工。 采用數(shù)控機(jī)床比普通機(jī)床可以提高生產(chǎn)效率210倍，尤其對某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)效率可以提高十幾倍甚至幾十倍。 改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率，免除了繁重的手工操作；一人能管理幾臺機(jī)床?？梢詫?shí)現(xiàn)一機(jī)多用。采用數(shù)控機(jī)床有利于向計(jì)算機(jī)控制與管理生產(chǎn)方面發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化創(chuàng)造了條件。(2) 運(yùn)動控制分類如圖6.70，數(shù)控機(jī)床按其刀具與工件相對運(yùn)動的方式，可以分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。 圖a的點(diǎn)到點(diǎn)控制也叫點(diǎn)位控制，控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，而不管從一

35、個孔到另一個孔是按照什么軌跡運(yùn)動，在刀具運(yùn)動過程中，不進(jìn)行切削加工。包括數(shù)控鉆床，數(shù)控鏜床，數(shù)控沖床，三坐標(biāo)測量機(jī)，印刷電路板的焊機(jī)和鉆床等。圖b運(yùn)動軌跡控制，包括直線軌跡控制和輪廓曲線軌跡控制兩類。(3)數(shù)控系統(tǒng)如圖6.71，主要分為三類：開環(huán)伺服控制系統(tǒng)、閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)和自適應(yīng)控制系統(tǒng)。開環(huán)伺服控制系統(tǒng)： 這類數(shù)控機(jī)床沒有位置檢測反饋裝置，數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號是單向的，其精度主要決定于驅(qū)動元器件和電動機(jī)（步進(jìn)電動機(jī)）的性能。例如采用步進(jìn)電動機(jī)的伺服系統(tǒng)就是一個開環(huán)伺服系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、較為經(jīng)濟(jì)、維護(hù)維修方便，速度及精度低。適用精度要求不高的中小型機(jī)床，多用于對舊機(jī)床的數(shù)控化改造

36、。閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)： 機(jī)床上裝有位置檢測裝置，直接對工作臺的實(shí)際位移量進(jìn)行測量。數(shù)控裝置發(fā)出進(jìn)給信號后，經(jīng)伺服驅(qū)動使工作臺移動，位置檢測裝置檢測出工作臺的實(shí)際位移，并反饋到輸入端，與指令信號進(jìn)行比較，驅(qū)使工作臺向其差值減小的方向運(yùn)動，直到差值等于零為止。閉環(huán)控制的特點(diǎn)是定位精度高。但其系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整困難、穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。適用于精度要求很高的數(shù)控鏜銑床、超精密車床、超精密銑床、加工中心等。自適應(yīng)控制：編制數(shù)控程序時(shí)，實(shí)際制造過程中隨機(jī)發(fā)生的情況不能考慮到，導(dǎo)致制造過程有時(shí)不在最佳狀態(tài)。如圖6.72在加工過程中，除了數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)控制系統(tǒng)外，還根據(jù)實(shí)際參數(shù)的變化值，自動改變機(jī)床切削進(jìn)給

37、量等參數(shù)，使數(shù)控機(jī)床能適應(yīng)任一瞬時(shí)的變化，始終保持在最佳加工狀態(tài)，這種控制方法叫自適應(yīng)控制方法，可見其控制的內(nèi)容更加豐富和完善，能達(dá)到支架的加工效果，也是數(shù)控機(jī)床未來發(fā)展的方向之一。 2）各類數(shù)控機(jī)床簡介(1).數(shù)控鉆床： 如圖6.73的數(shù)控鉆床工作臺采用點(diǎn)位控制兩個坐標(biāo)（x、y），采用多工位圓錐臺轉(zhuǎn)塔刀庫，裝有8把不同的刀具，主軸與刀庫合為一體，每根主軸對應(yīng)一把旋轉(zhuǎn)刀具?？梢愿鶕?jù)加工要求依次將裝有所需刀具的主軸轉(zhuǎn)位到達(dá)加工位置，實(shí)現(xiàn)自動換刀。具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、換刀速度塊、位置精準(zhǔn)。一次裝夾工件可以實(shí)現(xiàn)鉆削、擴(kuò)孔、鉸削、倒角、锪削等工作。(2).數(shù)控銑床： 數(shù)控銑床一般能對板類、盤類、殼具類、

38、模具類等復(fù)雜零件進(jìn)行加工。數(shù)控銑床三軸驅(qū)動，還可配有可安裝在機(jī)床工作臺不同位置的旋轉(zhuǎn)工作臺。加工精度高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)、操作勞動強(qiáng)度低，適于高精度中、小批量零件加工。數(shù)控立式銑床其主軸垂直于水平面。是數(shù)量最多、應(yīng)用范圍最廣的一種，。臥式數(shù)控銑床其主軸平行于水平面。常增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤等來實(shí)現(xiàn)4、5軸加工。立、臥兩用數(shù)控銑床主軸方向可以更換，既可以立式加工，也可以臥式加工。其使用范圍更廣，功能更齊全。主軸方向呈各種不同角度的更換，有手動和自動兩種。數(shù)控銑床的典型結(jié)構(gòu)如圖6.74的數(shù)控銑床具有四軸控制(X、Y、Z、B)。機(jī)床主要由工作臺、主軸箱、立柱、電氣柜、CNC系統(tǒng)等組成?？蓪?shí)現(xiàn)鉆削、銑削、擴(kuò)孔

39、、鉸孔和鏜孔等多工序自動循環(huán)?？蛇M(jìn)行坐標(biāo)鏜孔，又可精確高效完成復(fù)雜曲線的自動加工。數(shù)控銑床主軸轉(zhuǎn)速較高，所用刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀具材料抗脆性好，有良好的斷屑性能和可凋、易更換等特點(diǎn)。如圖6.75是開放式五軸聯(lián)動數(shù)控銑床，工作臺外露便于裝夾，并適于加工大型工件。分別控制三個直線坐標(biāo)：工作臺縱向移動X、刀臺的前后移動Z和上下移動Y，兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)分別是：刀臺繞X軸的轉(zhuǎn)動和刀臺繞Z軸的轉(zhuǎn)動。(3).數(shù)控車床：數(shù)控車床能對軸類、盤類和套類零件自動地完成各種切削加工。加工精度高、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)、操作勞動強(qiáng)度低，適于高精度中、小批量零件加工。不同的分類如下：按車床主軸位置分類：a) 立式數(shù)控

40、車床；b) 臥式車床，又分為水平導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床和傾斜式導(dǎo)軌臥式數(shù)控車床。按加工零什的基本類型分類：a) 卡盤式數(shù)控車床；b) 頂尖式數(shù)控車床。按刀架數(shù)量分類：a) 單刀架數(shù)控車床；b) 雙刀架數(shù)控車床。其他分類方法：按數(shù)控系統(tǒng)的控制方式分為直線控制數(shù)控車床，輪廓控制數(shù)控車床等；按特殊的或?qū)ｉT的工藝性能分為螺紋數(shù)控車床，活塞數(shù)控車床，曲軸數(shù)控車床等。如圖6.76是典型的臥式數(shù)控車床：機(jī)床的使用范圍用于加工圓柱形、圓錐形和工特種成型回轉(zhuǎn)表面，可車削各種螺紋，以及對盤形零件進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸和鏜孔加工。機(jī)床的布局機(jī)床為兩坐標(biāo)聯(lián)動半閉環(huán)控制。在床體的導(dǎo)軌60傾斜布置，導(dǎo)軌截面為矩形。床體左端是主軸箱。主

41、軸由直流或交流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，可以無級調(diào)速和進(jìn)行恒線速切削。為了快速裝夾工件，主軸尾端帶有液壓夾緊油缸。床鞍溜板導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌橫向平行，上面裝有橫向進(jìn)給驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)塔刀架。刀架有8位和12位大、小刀盤三種?？v橫向進(jìn)給系統(tǒng)采用直流伺服電動機(jī)帶動滾珠絲杠。及其它液壓和控制裝置。數(shù)控車床的自動換刀裝置主要采用回轉(zhuǎn)刀盤，根據(jù)加工對象的不同，它可設(shè)計(jì)成四方刀架、六方刀架、圓盤式軸向裝刀或圓錐臺等多種形式，相應(yīng)地安裝四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令回轉(zhuǎn)、換刀。一般情況下，回轉(zhuǎn)刀盤的換刀動作包括刀盤抬起、刀盤轉(zhuǎn)位及刀盤壓緊等，如圖6.77是數(shù)控車床的不同換刀刀盤形式。中小型數(shù)控車床廣泛采用模塊化的變

42、速箱和主軸單元形式，如圖6.78(4).車削中心： 與數(shù)控臥式車床的區(qū)別：車削中心的轉(zhuǎn)塔刀架上帶有能使刀具旋轉(zhuǎn)的動力刀座，主軸具有按輪廓成形要求連續(xù)回轉(zhuǎn)(不等速回轉(zhuǎn))運(yùn)動和進(jìn)行連續(xù)精確分度的C軸功能，并能與X軸或Z軸聯(lián)動，數(shù)控臥式車床則無這些特點(diǎn)。控制軸除X、Z、C軸之外，還可具有Y軸。 X、Y、Z軸交叉構(gòu)成三維空間，使各方位的孔和面均能加工。 為了實(shí)現(xiàn)在一臺機(jī)床上對車削工件的“全部加工”，可采用帶輔助主軸(第2主軸)的車削中心和雙主軸的車削中心，以及雙主軸、雙輔助主軸的車削中心，如圖6.79，圖6.80。車削中心的主軸具有C軸功能時(shí)，主軸分度、定向，配合轉(zhuǎn)塔刀架的動力刀座，則幾乎所有的加工都

43、可在一次裝夾中完成。 3).加工中心 (1).結(jié)構(gòu)與分類： 如圖6.81，擁有容量較大的刀庫和自動換刀裝置并帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或主軸箱(可自動改變角度)及其他輔助功能的數(shù)控機(jī)床稱為加工中心。加工中心功能強(qiáng)大，使工件在一次裝夾后，可以連續(xù)、自動完成多個平面或多個角度位置的鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻螺紋、銑削等工序的加工，工序高度集中。可以說它是一種高度自動化的數(shù)控鉆、銑、鏜、锪復(fù)合機(jī)床。 加工中心的刀庫中存有不同數(shù)量的各種刀具，在加工過程中由程序自動選用和更換，這是它與數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，加工中心分為：按主軸在空間所處的狀態(tài)分為立式、臥式加工中心。按運(yùn)動坐標(biāo)數(shù)和同時(shí)控制的坐

44、標(biāo)數(shù)可分為三軸二聯(lián)動、三軸三聯(lián)動、四軸三聯(lián)動、五軸四聯(lián)動、六軸五聯(lián)動等；按工作臺數(shù)量和功能可分為單工作臺、雙工作臺和多工作臺加工中心。(2).自動換刀裝置： 自動換刀裝置是實(shí)現(xiàn)刀庫與主軸間傳遞和裝卸刀具的裝置。常見的自動換刀裝置主要有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、更換主軸箱換刀和整個刀庫的自動換刀系統(tǒng)等幾種形式。 加工中心自動換刀裝置的功能是通過機(jī)械手完成刀具的自動更換，它應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠等要求。刀具的交換方式很多，一般可分為兩大類。 無機(jī)械手換刀： 無機(jī)械手的換刀系統(tǒng)一般是采用把刀庫放在機(jī)床主軸可以運(yùn)動到的位置，或整個刀庫(或某一刀位)能移動到主軸箱

45、可以到達(dá)的位置，同時(shí)，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時(shí)，由主軸運(yùn)動到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。圖6.82為某立式數(shù)控鏜銑床無機(jī)械手換刀結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)械手換刀： 采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用最為廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀裝置所需的換刀時(shí)間短，換刀動作靈活。如圖6.83是自動換刀過程。 圖6.84是鼓盤式轉(zhuǎn)塔刀庫的換刀過程，圖6.85是鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀過程 圖6.86是整個刀庫的換刀過程，一次可以換刀從幾把到數(shù)十把不等圖6.87是模塊刀庫組合機(jī)床的更換主軸箱的過程2.并聯(lián)機(jī)床 一種完全不同于原來數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的新型數(shù)控機(jī)床，上世紀(jì)90年代被開發(fā)成功。這種被稱

46、為“6條腿”的加工中心或虛擬軸機(jī)床(有的稱并聯(lián)機(jī)床，圖6.88)，在沒有任何導(dǎo)軌和滑臺，采用能夠伸縮的六個自由度“6條腿”（伺服軸）支撐桿并聯(lián)，并與安裝主軸頭的上平臺和安裝工件的下平臺相連。它可實(shí)現(xiàn)6坐標(biāo)聯(lián)動加工，如圖6.89，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，刀具靈活度很大，加工精度、加工效率較普通加工中心高210倍。這種數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)將給數(shù)控機(jī)床技術(shù)帶來重大變革和創(chuàng)新。1).工作原理如圖6.89，整個裝置由上下兩個平臺和六條支撐桿組成，上平臺為六角形固定平臺由六個節(jié)點(diǎn)與支撐桿聯(lián)接，下平臺為三角形活動平臺由三個球面分叉接頭聯(lián)接，下面三角形活動平臺用于安裝加工用的刀具。六個支撐桿長度發(fā)生改變就會驅(qū)動下面三角

47、形活動平臺作出相應(yīng)的運(yùn)動。如圖6.90，圖a中，當(dāng)六個支撐桿同時(shí)外伸或內(nèi)縮時(shí)，三角形活動平臺將會垂直下移或上升；圖b中，當(dāng)一些支撐桿外伸，而其他支撐桿內(nèi)縮，三角形活動平臺則發(fā)生水平平移；圖c中，當(dāng)支撐桿方向和長度改變，三角形平臺可以發(fā)生傾斜運(yùn)動或翻轉(zhuǎn)；圖d中，六個支撐桿長度相等并同時(shí)同向轉(zhuǎn)動，則三角形平臺發(fā)生扭轉(zhuǎn)。三角形平臺的運(yùn)動完全受控于六個支撐桿的運(yùn)動，六個支撐桿都賦予了獨(dú)立的伺服控制，所以，三角形平臺上的刀具的進(jìn)給運(yùn)動變化多樣，非常靈活，具有六個自由度，如圖6.91。在支撐桿之間不干涉的前提下，刀具通過活動平臺可以到達(dá)工件的任何部位，成為萬向萬位刀具。支撐桿的收縮運(yùn)動常常采用伸縮油缸桿(

48、圖6.92)或滾珠絲杠(圖6.93)來完成。2).應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械加工：配備圖6.94的刀具完成圖6.95的復(fù)雜加工以及圖6.96所示的精密焊接；汽車噴漆：如圖6.97。保持精確的靶距從而確保噴漆的均勻性和外觀質(zhì)量；精密裝配：代替機(jī)器人安裝精細(xì)零部件；精密測量：與三坐標(biāo)測量儀配合，讀取數(shù)據(jù)；電子行業(yè)：半導(dǎo)體裝配的精確定位和擺放；紡織行業(yè)：完成穿絲引線等細(xì)微工作。3.柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)是一種把自動化加工設(shè)備、物流自動化、加工處理和信息流自動處理融為一體的智能化加工系統(tǒng)。近30年，柔性制造系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。如圖6.98，由四個基本部分組成：加工系統(tǒng)：根據(jù)工藝要求，加工子系統(tǒng)差別很大，它由各類數(shù)

49、控機(jī)床等設(shè)備組成。物流系統(tǒng)：在計(jì)算機(jī)的控制下自動完成工件的輸送工作和自動上下料工作。工具系統(tǒng)：刀具、隨行夾具、量具或輔具的搬運(yùn)和適配。信息流系統(tǒng)：由硬件和軟件組成。主要功能是實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系，對系統(tǒng)進(jìn)行管理，確保系統(tǒng)的正常工作。1).柔性制造單元（FMC）FMC是在制造單元的基礎(chǔ)上發(fā)展起來獨(dú)立自動加工的功能，部分還具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，可實(shí)現(xiàn)某些零件的多品種、小批量的加工。FMC可以作為柔性制造系統(tǒng)中的基本單元，若干個FMC可以發(fā)展組成柔性制造系統(tǒng)。FMC 的構(gòu)成有在加工中心上配上托盤交換系統(tǒng)和在數(shù)控機(jī)床上配上工業(yè)機(jī)器人二個大 類。對于前者，F(xiàn)MC主要以托盤交換系統(tǒng)為特征，一

50、般具有5個以上的托盤， 組成環(huán)形回轉(zhuǎn)式托盤庫。圖6.99是具有托盤交換系統(tǒng)FMC的組成圖，圖6.100是實(shí)物圖。圖6.101是數(shù)控機(jī)床上配上工業(yè)機(jī)器人構(gòu)成的柔性制造單元（FMC），一般形式由二臺加工中心配上機(jī)器人，加上工件傳輸系統(tǒng)組成。采用FMC比采用若干單臺的數(shù)控機(jī)床或加工中心，具有更顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，好處主要體現(xiàn)在如下幾個方面： 增加了柔性，降低庫存：FMC比單臺加工中心可以實(shí)現(xiàn)多品種配套加工。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，一般FMC，每臺一天可以進(jìn)行213種工件的加工。而加工中心一天只能加工29種，庫存劇減。 可實(shí)現(xiàn)24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)成本：FMC由于可以24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，加工中心最多每天工作18h。 便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)：應(yīng)用FMC可積累物料傳輸系統(tǒng)、自動化倉庫和自動化檢測方面的經(jīng)驗(yàn)，便于向FMS或CIMS方向發(fā)展。2).柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，簡稱FMS)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)于多品種、中小批量生產(chǎn)”。FMS是一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。典型的柔性制造系統(tǒng)如圖6.102，F(xiàn)MS主要由加工系統(tǒng)(數(shù)