機(jī)械制造基礎(chǔ)-金屬切削機(jī)床課件

1、金屬切削機(jī)床的基本知識 金屬切削機(jī)床是對金屬工件進(jìn)行切削加工的機(jī)器。由于它是用來制造機(jī)器的，也是唯一能制造機(jī)床自身的機(jī)器，故又稱為“工作母機(jī)”，習(xí)慣上簡稱為機(jī)床。本章的主要內(nèi)容一、機(jī)床的類型和基本構(gòu)造二、機(jī)床的傳動(dòng)三、自動(dòng)機(jī)床和數(shù)控機(jī)床簡介四、柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的類型 非數(shù)控機(jī)床和數(shù)控機(jī)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(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床、其它機(jī)床。按加工工件大小和機(jī)床質(zhì)量分：儀表機(jī)床、中小機(jī)床、大型機(jī)床、重型機(jī)床、超重型機(jī)床。按機(jī)床適用范圍分：通用機(jī)床、專門化機(jī)床和專用機(jī)床。按加工

2、精度分：普通精度級機(jī)床、精密級機(jī)床和高精度級機(jī)床。機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的基本構(gòu)造在各類機(jī)床中，車床、鉆床、刨床、銑床和磨床是五種最基本的機(jī)床，圖21至圖25所示，盡管這些機(jī)床的外形、布局和構(gòu)造各不相同，但歸納起來，它們都是由如下幾個(gè)主要部分組成的。1.主傳動(dòng)部件 用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)，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進(jìn)給傳動(dòng)部件 主要用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的調(diào)整、退刀及快速運(yùn)動(dòng)等，例如車床的進(jìn)給箱、溜板箱，鉆床、銑床的進(jìn)給箱，刨床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)，磨床的液壓傳動(dòng)裝置等。3工件安裝裝置 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

3、工作臺(tái)等。4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支承件 用來支承和連接機(jī)床的各零部件，是機(jī)床的基礎(chǔ)構(gòu)件，例如各類機(jī)床的床身、立柱、底座、橫梁等。6動(dòng)力源 為機(jī)床運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，即電動(dòng)機(jī)。機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的類型和基本構(gòu)造機(jī)床的傳動(dòng)一、機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng) （2）齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是目前機(jī)床中應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)方式。這種傳動(dòng)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(dòng)，如圖27所示。 設(shè)z1, z2和n1, n2分別為主動(dòng)、從動(dòng)齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速，則 從上式可

4、知，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比等于主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪齒數(shù)之比。或齒輪傳動(dòng)中，齒輪轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。機(jī)床的傳動(dòng)一、機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng) （3）蝸桿傳動(dòng) 如圖28所示。蝸桿為主動(dòng)件，將其轉(zhuǎn)動(dòng)傳給蝸輪。這種傳動(dòng)方式只能是蝸桿帶動(dòng)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(dòng)比為蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較大的降速比(因?yàn)閗比z小很多），而且傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪聲，結(jié)構(gòu)緊湊。但傳動(dòng)效率低，需要有良好的潤滑條件。機(jī)床的傳動(dòng)一、機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)(4) 齒輪齒條：回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 直線運(yùn)動(dòng)(5) 絲杠螺母：機(jī)床的傳動(dòng)3機(jī)床常用的變速機(jī)構(gòu) 獲得加工時(shí)的各種切削速度。 變換機(jī)床轉(zhuǎn)速的主要裝置是機(jī)床

5、的齒輪箱。齒輪箱中的變速機(jī)構(gòu)是由一些基本的機(jī)構(gòu)組成的。基本變速機(jī)構(gòu)是多種多樣的，其中最常應(yīng)用的有以下兩種（圖212）：機(jī)床的傳動(dòng)3機(jī)床常用的變速機(jī)構(gòu)滑動(dòng)齒輪變速機(jī)構(gòu)（圖212a）帶長鍵的從動(dòng)軸II上，裝有三聯(lián)滑動(dòng)齒輪（z2、z4和z6）。通過手柄可使它分別與固定在主動(dòng)軸I上的齒輪z1、z3和z5相嚙合，軸口可得到三種轉(zhuǎn)速,其傳動(dòng)比為 這種變速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線可用傳動(dòng)鏈的形式表示如下：（2）離合器式齒輪變速機(jī)構(gòu)（圖212b）可得到兩種不同的轉(zhuǎn)速，其傳動(dòng)比為 其傳動(dòng)鏈為機(jī)床的傳動(dòng)4臥式車床傳動(dòng)簡介 機(jī)床的傳動(dòng)4臥式車床傳動(dòng)簡介 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈為： 機(jī)床的傳動(dòng)5機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)的組成 機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)主要由以

6、下幾部分組成： （1）定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 具有固定傳動(dòng)比或固定傳動(dòng)關(guān)系的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如常用的傳動(dòng)副。（2）變速機(jī)構(gòu) 改變機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)速度的機(jī)構(gòu)。例如，圖 213中變速箱的軸 lII一III間采用的為滑動(dòng)齒輪變速機(jī)構(gòu), 主軸箱中軸IV一V一VI間采用的為離合器式齒輪變速機(jī)構(gòu)等。（3）換向機(jī)構(gòu) 變換機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)構(gòu)。為了滿足加工的不同需要，機(jī)床的主傳動(dòng)部件和進(jìn)給傳動(dòng)部件往往需要正、反向的運(yùn)動(dòng)。機(jī)床運(yùn)動(dòng)的換向，可以直接利用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，也可以利用齒輪換向機(jī)構(gòu)（例如圖213主軸箱中VI、VII 、VIII軸間的換向齒輪）等。（4）操縱機(jī)構(gòu) 用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件變速、換向、啟動(dòng)、停止、制動(dòng)及調(diào)整的機(jī)構(gòu)。機(jī)床

7、上常見的操縱機(jī)構(gòu)包括手柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。（5）箱體及其他裝置 相體用以支承和連接各機(jī)構(gòu)并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正常工作，還要設(shè)有開停裝置、制動(dòng)裝置、潤滑與密封裝置等。 機(jī)床的傳動(dòng)6機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 機(jī)械傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比 較，其主要優(yōu)點(diǎn)如下： (1) 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，適用于定比傳動(dòng)； （2）實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡單，并能傳遞較大的扭矩； （3）故障容易發(fā)現(xiàn)，便于維修。 但是，機(jī)械傳動(dòng)一般情況下不夠平穩(wěn)；制造精度不高時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大；實(shí)現(xiàn)無級變速的機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。因此，機(jī)械傳動(dòng)主要用于速度不太高的有級變速傳動(dòng)中。機(jī)床的傳動(dòng)二、機(jī)床的

8、液壓傳動(dòng) 1外圓磨床液壓傳動(dòng)簡介 工作臺(tái)的往復(fù)換向動(dòng)作，是由擋塊5使換向閥6的活塞自動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。如圖所示，工作臺(tái)向左移動(dòng)，擋塊5固定在工作臺(tái)2側(cè)面槽內(nèi)，按照要求的工作臺(tái)行程長度，調(diào)整兩擋塊之間的距離。當(dāng)工作臺(tái)向左行程終了時(shí)，擋塊5先推動(dòng)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(dòng)，從而完成換向動(dòng)作。此時(shí)，換向閥6的活塞位置如圖215所示，工作臺(tái)開始向右移動(dòng)。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(tái)換向的快慢及平穩(wěn)性。機(jī)床的傳動(dòng)二、機(jī)床的液壓傳動(dòng) 2機(jī)床液壓傳動(dòng)的組成 機(jī)床液壓傳動(dòng)主要由以下幾部分組成：（1）動(dòng)力元件油泵。其作用是將電動(dòng)機(jī)輸入

9、的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，是能量轉(zhuǎn)換裝置（能源）。 （2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸或油馬達(dá)。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(jī)械能，它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置（液動(dòng)機(jī)）。 （3）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(dòng)方向。 （4）輔助裝置油箱、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）工作介質(zhì)礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。自動(dòng)機(jī)床與數(shù)控機(jī)床簡介自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床 經(jīng)調(diào)整后，不需人工操作便能完成自動(dòng)循環(huán)的機(jī)床，稱自動(dòng)機(jī)床。除裝卸工件由人工操作外，能完成半自動(dòng)循環(huán)的機(jī)床，稱半自動(dòng)機(jī)床。適于大批、大量地生產(chǎn)形狀不太復(fù)雜的小型零件，加工精度較

10、低，生產(chǎn)率高。產(chǎn)品變更，需重新設(shè)計(jì)、調(diào)整機(jī)床，不適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。自動(dòng)機(jī)床與數(shù)控機(jī)床簡介數(shù)控機(jī)床 按照加工要求預(yù)先編制的程序，由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令進(jìn)行工作的機(jī)床。工作過程編制程序單；制造穿孔帶；信息輸入；信息運(yùn)算和處理，轉(zhuǎn)換為指令信號；伺服機(jī)構(gòu)控制機(jī)床。自動(dòng)機(jī)床與數(shù)控機(jī)床簡介數(shù)控機(jī)床的種類（按伺服機(jī)構(gòu)控制方式）開環(huán)控制 （圖中的實(shí)線） 沒有位置測量裝置，不反饋實(shí)際值并與指令值比較?？刂坪唵?、成本低，精度受限。閉環(huán)控制 （圖中的虛線） 有測量裝置，將實(shí)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(fù)雜，成本高。 自動(dòng)機(jī)床與數(shù)控機(jī)床簡介數(shù)控機(jī)床

11、的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：柔性大 加工對象靈活可變，適于多品種生產(chǎn)。利用率高 設(shè)備調(diào)整和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短，長時(shí)間穩(wěn)定加工。加工質(zhì)量穩(wěn)定 按程序自動(dòng)加工，有補(bǔ)償功能。生產(chǎn)率高 應(yīng)用適合產(chǎn)量小、品種多、產(chǎn)品更新頻繁、要求生產(chǎn)周期短。適合復(fù)雜型面的零件，用非數(shù)控機(jī)床難以完成的加工。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(jì)算機(jī)輔助制造概述 長期以來，人們對于機(jī)械制造領(lǐng)域所涉及的各種問題，往往是孤立地看待，對于機(jī)械制造中所用的機(jī)床、工具和制造過程，僅限于分別地、個(gè)別地加以研究。因此，在很長的時(shí)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

12、紀(jì)60年代后期，人們才逐漸認(rèn)識到，只有把機(jī)械制造的各個(gè)組成部分看成是一個(gè)有機(jī)的整體，以控制論和系統(tǒng)工程學(xué)為工具，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，才能對機(jī)械制造過程實(shí)行最有效的控制，才能有效地提高生產(chǎn)率、擴(kuò)大品種、保證質(zhì)量，并達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。基于這種認(rèn)識，人們進(jìn)行了許多研究和實(shí)踐，于是出現(xiàn)了機(jī)械制造系統(tǒng)的概念。柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造概述一、機(jī)械制造系統(tǒng) 機(jī)械制造系統(tǒng)是由經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程、機(jī)床設(shè)備、控制裝置及工作人員所組成的有機(jī)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，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)（

13、如材料性質(zhì)、表面狀態(tài)等）的原材料、毛坯、刀具等。系統(tǒng)將工件輸入?yún)?shù)與機(jī)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。 制造過程就是對輸入的原材料（或毛坯）以及其他信息進(jìn)行加工、轉(zhuǎn)變的過程。 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(shí)現(xiàn)加工連續(xù)不斷地進(jìn)行。 根據(jù)系統(tǒng)擁有的機(jī)床臺(tái)數(shù)，可以把系統(tǒng)分為單級機(jī)械制造系統(tǒng)和多級機(jī)械制造系統(tǒng)。單級系統(tǒng)只擁有一臺(tái)機(jī)床；多級系統(tǒng)則擁有多臺(tái)機(jī)床。柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造概述二、 柔性制造系統(tǒng) 1.FMS的概念 F

14、MS是在DNC(計(jì)算機(jī)群控)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種集成機(jī)械制造系統(tǒng)，也叫做可變制造（或加工）系統(tǒng)。 FMS是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)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(shí)地自由調(diào)度管理，因而這種系統(tǒng)可以在設(shè)備的技術(shù)規(guī)范的范圍內(nèi)自動(dòng)地適應(yīng)加工工件和生產(chǎn)批量的變化。整個(gè)加工過程中，系統(tǒng)按生產(chǎn)程序軟件調(diào)度工作，每個(gè)加工工位滿負(fù)荷工作，可實(shí)現(xiàn)無人化加工。柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造概述二 柔性制造系統(tǒng) 2FMS的基本類型及應(yīng)用 根據(jù)FMS所完成加工工序的多少、擁有機(jī)床的數(shù)量、運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的完善程度等，可以將FMS分

15、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(jì)算機(jī)輔助制造概述二、 柔性制造系統(tǒng) 2FMS的基本類型及應(yīng)用（1）柔性制造單元（FMC） 它是由一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)配有一定容量的工件自動(dòng)更換裝置的加工中心組成的生產(chǎn)設(shè)備，按工件儲(chǔ)存量的多少能獨(dú)立持續(xù)地自動(dòng)進(jìn)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）柔性制造系統(tǒng)（FMS） 它與FMC基本相同，只不過采用幾臺(tái)加工中心構(gòu)成。它的規(guī)模比FMC大，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率比FMC高，能完成更復(fù)雜的加工。在FMS中，每臺(tái)機(jī)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(jī)床配合，按程序?qū)?/p>

16、件進(jìn)行順序加工。所以，F(xiàn)MS特別適于多品種、小批或中批復(fù)雜零件的加工。（3）柔性自動(dòng)生產(chǎn)線（FTL） 它是由更多的數(shù)控機(jī)床、輸送和存儲(chǔ)系統(tǒng)等所組成的柔性制造系統(tǒng)。每24臺(tái)機(jī)床間設(shè)置一個(gè)自動(dòng)倉庫，工件和隨行夾具按直線式輸送。整個(gè)生產(chǎn)線可以分成幾段，完成不同的加工任務(wù)，以便減少因停機(jī)所帶來的損失。自動(dòng)倉庫還能起到供儲(chǔ)料的“緩沖”作用，以協(xié)調(diào)各機(jī)床的加工。FTL的生產(chǎn)率比較高，但柔性稍差，特別適合于中批或大批生產(chǎn)幾何形狀、加工工藝和節(jié)拍都相似，但不同品種的復(fù)雜零件。柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造概述三 、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）是通過系統(tǒng)工程的應(yīng)用，把包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、加工程序以及加工系統(tǒng)等系統(tǒng)要素組合起來，形成的一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)包括軟件和硬件，系統(tǒng)的輸入是對產(chǎn)品的要求和產(chǎn)品的構(gòu)思，系統(tǒng)的主要輸出是制造出所要求的產(chǎn)品。CIMS將制造工廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及管理的信息集中起來，從而獲得更高的整體效益，并提高了市場的競爭能力。 四、計(jì)算機(jī)輔助制造及 CAD/CAM一體化的概念。 1計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM ） 是指采用計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)監(jiān)控制造過程的各個(gè)階段，多方面管理制造過程。它通過人一機(jī)聯(lián)系，在加工管理、工藝設(shè)計(jì)、計(jì)劃、操作和控制等方面，有效地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，按照信息化的作業(yè)程序進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)。 一個(gè)理想的CAM系