第三章第三節(jié)金屬切削刀具

數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)四十年代初期的美國北密執(zhí)安的一個小公司，在制造飛機(jī)框架和直升機(jī)葉片時，利用全數(shù)字電子計算機(jī)對葉片輪廓的加工路徑精確地控制

1952年研制成功了世界第一臺數(shù)控機(jī)床———直線插補(bǔ)連續(xù)控制的三坐標(biāo)立式銑床

第三節(jié)金屬切削機(jī)床部件2數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)控制介質(zhì)以指令的形式記載各種加工信息（工藝、刀具運(yùn)動等）數(shù)控裝置核心，接受輸入的加工信息，經(jīng)過本數(shù)控裝置的編譯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的脈沖伺服系統(tǒng)由伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動裝置組成執(zhí)行系統(tǒng)，按照指令控制執(zhí)行部件，按照進(jìn)給速度和位移動作每個進(jìn)給運(yùn)動的部件都配有一個伺服系統(tǒng)機(jī)床本體3普通車床加工普通車床的操作4數(shù)控車床加工QT200全功能數(shù)控車床8位轉(zhuǎn)塔刀臺/8位5數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的區(qū)別數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品；其結(jié)構(gòu)與普通機(jī)床有許多相似之處，但不是簡單地將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上僅對局部加以改進(jìn)。傳統(tǒng)機(jī)床存在的弱點(diǎn)：剛性不足、抗振性差、熱變形大、滑動面的摩擦阻力大及傳動元件間存在間隙等。數(shù)控機(jī)床的自動化、高精度、大功率、多功能多工序、高可靠性等推動了其結(jié)構(gòu)的改變。數(shù)控機(jī)床無論是基礎(chǔ)大件、主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、輔助功能等部件結(jié)構(gòu)，還是整體布局、外部造型等都與傳統(tǒng)機(jī)床相比有獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)61）優(yōu)點(diǎn)具有充分的柔性，只需編制零件程序就能加工新零件·在切削速度和進(jìn)給的全范圍內(nèi)均可保持精度一致性好·生產(chǎn)周期較短·可以加工形狀復(fù)雜的零件·易于調(diào)整機(jī)床，與其它制造方法（如自動機(jī)床、自動生產(chǎn)線）相比，所需調(diào)整時間較少·操作者有空閑時間，空閑時可照料其它加工操作72）缺點(diǎn)·造價相對較高·維護(hù)比較復(fù)雜，需專門的維護(hù)人員·需高度熟練和經(jīng)過培訓(xùn)的零件編程人員3)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)

①工序集中②加工精度高③對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)④自動化程度高，勞動強(qiáng)度低⑤生產(chǎn)效率高⑥經(jīng)濟(jì)效益良好

8適合于數(shù)控機(jī)床加工的零件1）輪廓形狀復(fù)雜、加工精度要求高或必須用數(shù)學(xué)方法解決的復(fù)雜曲線、曲面的小批量（100件左右）零件。2）試制中尚需多次改變設(shè)計的零件。3）加工工序較多的零件（如箱體類零件、航空附件殼體等）。4）價格昂貴的零件（如飛機(jī)大梁）。若加工中出現(xiàn)差錯而使此類零件報廢，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。5）要求精密復(fù)制的零件?？从捌?0數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體的組成（1）機(jī)床基礎(chǔ)件；（2）主傳動系統(tǒng)；（3）進(jìn)給系統(tǒng)；（4）實(shí)現(xiàn)某些部件動作和某些輔助功能的裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻以及防護(hù)、排屑等裝置；（5）實(shí)現(xiàn)工件回轉(zhuǎn)、分度定位的裝置和附件，如回轉(zhuǎn)工作臺；（6）刀庫、刀架和自動換刀裝置（ATC）；（7）自動托盤交換裝置（APC）；（8）特殊功能裝置，如刀具破損檢測、精度檢測和監(jiān)控裝置等；（9）為完成自動化控制功能的各種反饋信號裝置及元件。11數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)與普通機(jī)床比較特點(diǎn)：所選用電機(jī)的區(qū)別1）轉(zhuǎn)速高，功率大2）變速范圍大3）主軸速度的變換迅速可靠1.主傳動系統(tǒng)

主傳動系統(tǒng)可按不同的特征來分類：

(1)按驅(qū)動主傳動的電動機(jī)類型可分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。

(2)按傳動裝置類型可分為機(jī)械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置以及它們的組合。

(3)按變速的連續(xù)性可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。一、傳動系統(tǒng)13主傳動系統(tǒng)及主軸部件主傳動電機(jī)已逐步被變頻主軸電機(jī)和交流調(diào)速電機(jī)所代替，不再使用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)。由于主軸部件要求實(shí)現(xiàn)自動更換刀具或工件，因此主軸上設(shè)計有刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)。此外還有主軸準(zhǔn)停裝置。142、進(jìn)給傳動系統(tǒng)

(1)分類：機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng),液壓進(jìn)給系統(tǒng),電伺服進(jìn)給系統(tǒng)電伺服進(jìn)給系統(tǒng)（有無反饋）1）、開環(huán)控制系統(tǒng)（OpenLoopControl）不帶位置反饋的控制系統(tǒng)。一般用功率步進(jìn)電動機(jī)、電液脈沖馬達(dá)（由步進(jìn)電動機(jī)和液壓扭矩放大器組成）作為執(zhí)行元件。特點(diǎn)：

a、結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行工作穩(wěn)定，調(diào)試、維修方便，價格低廉。

b、精度較低（取決于步進(jìn)電動機(jī)以及傳動機(jī)構(gòu)的精度。

c、應(yīng)用于精度要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中。15172）閉環(huán)控制（CloseLoopControl）數(shù)控機(jī)床這類系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在機(jī)床工作臺上，將工作臺的實(shí)際位置檢測出來并與CNC裝置的指令進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制，如上圖結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：·可矯正全部傳動環(huán)節(jié)造成的誤差，精度很高；（取決于檢測裝置的精度）不穩(wěn)定因素多，調(diào)試?yán)щy；用于高精度設(shè)備的控制。如：鏜、銑床，超精車床，磨床等；18閉環(huán)伺服系統(tǒng)203）半閉環(huán)控制系統(tǒng)（Semi-ClosedLoopControl）這類系統(tǒng)位置檢測裝置安裝在電動機(jī)或絲杠軸端，通過角位移的測量間接得出機(jī)床工作臺的實(shí)際位置，并與CNC裝置的指令位置進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。以交、直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動元件。特點(diǎn)：

·可矯正部分環(huán)節(jié)造成的誤差，精度比開環(huán)的高；

·反饋過程中不穩(wěn)定因素少，調(diào)試較方便，穩(wěn)定性好；

·機(jī)械環(huán)節(jié)（反向間隙、絲杠螺距累積誤差）等通過數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行補(bǔ)償，以提高其精度。2122按聯(lián)動軸數(shù)分，2軸聯(lián)動（平面曲線）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）4軸聯(lián)動（空間曲面）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動（空間曲面）。聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動部件和機(jī)械傳動部件組成。伺服驅(qū)動部件有步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)、交流伺服電動機(jī)等。(2)電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動部件(3)電伺服進(jìn)給傳動系中的機(jī)械傳動部件機(jī)械傳動部件主要指齒輪(或同步齒輪帶)和絲杠螺母傳動副。電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)中，運(yùn)動部件的移動是靠脈沖信號來控制，要求運(yùn)動部件動作靈敏、低慣量、定位精度好，具有適宜的阻尼比及傳動機(jī)構(gòu)不能有反向間隙。253、對進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動部件要求

包括齒輪傳動副（或蝸桿蝸輪副）、絲杠螺母副等及其支承部件（軸承座等）

1.高傳動剛度2.抗振性3.低摩擦4.低慣量5.無間隙由于進(jìn)給系統(tǒng)傳動精度、靈敏性和穩(wěn)定性將直接影響被加工工件的最后坐標(biāo)精度和輪廓精度，因此，為減少摩擦阻力，進(jìn)給系統(tǒng)普遍采用滾珠絲杠螺母副和滾動導(dǎo)軌。圖3-7滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)

1—密封環(huán)2、3—回珠器4—絲杠5—螺母6—滾珠27滾珠絲杠螺母副工作原理和特點(diǎn)滾珠絲杠螺母副由于在絲杠和螺母之間放入了滾珠，變滑動摩擦為滾動摩擦，因而大大地減小了摩擦阻力，提高了傳動效率。圖為滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)示意圖。絲杠１和螺母２上均有圓弧型面的螺旋槽，將它們裝在一起便形成了螺旋滾道，滾珠在其間既自轉(zhuǎn)又循環(huán)滾動。

滾珠絲杠螺母副示意圖

１-絲杠;２-螺母;３-滾珠28滾珠絲杠螺母副與普通絲杠螺母副比具有優(yōu)點(diǎn)：（1）傳動效率高，摩擦損失小。（2）運(yùn)動平穩(wěn)無爬行。（3）傳動精度高，反向時無空程。（4）磨損小。（5）運(yùn)動具有可逆性。滾珠絲杠螺母副的缺點(diǎn)：（1）由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故制造成本高。（2）由于不能自鎖，特別是在用作垂直安裝的滾珠絲杠傳動，會因部件的自重而自動下降。當(dāng)向下驅(qū)動部件時，由于部件的自重和慣性，當(dāng)傳動切斷時，不能立即停止運(yùn)動，必須增加制動裝置。圖3-8采用雙向推力圓柱滾子軸承的支承方式圖3-9采用角接觸球軸承的支承方式

主軸部件是機(jī)床重要部件之一，它是機(jī)床的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成形運(yùn)動。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。二、主軸部件31主軸部件32

各類機(jī)床的主軸組件都要保證主軸在一定的載荷與轉(zhuǎn)速下

能帶動工件或刀具精確而可靠地繞其旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)

并能在其額定壽命期內(nèi)穩(wěn)定地保持這種性能。

(1)旋轉(zhuǎn)精度主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無載荷、低速轉(zhuǎn)動條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和軸向跳動。

(2)剛度主軸部件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力，通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義。

(3)抗振性主軸部件的抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。

(4)溫升和熱變形主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)時，因各相對運(yùn)動處的摩擦生熱，切削區(qū)的切削熱等使主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發(fā)生變化，造成主軸部件的所謂熱變形。1.主軸部件應(yīng)滿足的基本要求34

（1）旋轉(zhuǎn)精度是機(jī)床的一項(xiàng)主要精度指標(biāo)指機(jī)床在無載荷、手動或低速轉(zhuǎn)動的條件下，主軸前端安裝刀具或工件的基準(zhǔn)面上所測得的徑向跳動、端面跳動和軸向竄動值35（2）靜剛度主軸組件靜剛度——主軸剛度。指主軸抵抗外力引起變形的能力。在主軸工作前端施加一個作用力下時，F(xiàn)與主軸在F作用方向上所產(chǎn)生的變形Y之比，即（單位為N/μm）

K=F／Y

36扭轉(zhuǎn)剛度在主軸工作端的靜扭矩T的作用下，主軸工作端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)角θL為扭矩T的作用距離，扭轉(zhuǎn)剛度

Kt=TL/θN·m2／rad一般保證了主軸剛度的主軸，則扭轉(zhuǎn)剛度基本上也能保證。對承受扭矩為主的主軸（如立鉆），則對扭轉(zhuǎn)剛度應(yīng)給予足夠的重視。37（3）主軸組件的振動抗振性：指其抵抗受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)的能力?？拐裥圆睿汗ぷ鲿r容易發(fā)生振動影響工件的表面質(zhì)量，限制機(jī)床生產(chǎn)率降低刀具的耐用度和主軸軸承的壽命發(fā)出噪聲影響工作環(huán)境等38（4）溫升和熱變形主軸組件工作時，由于摩擦等而發(fā)熱，產(chǎn)生了溫升。溫升使主軸組件因熱膨脹而變形，稱為熱變形。39熱變形會使主軸旋轉(zhuǎn)軸線與機(jī)床其它部件間的相對位置發(fā)生變化，影響加工精度；熱變形造成主軸彎曲，使傳動齒輪和軸承的工作狀態(tài)惡化；熱變形還會改變已調(diào)好的軸承間隙和使主軸與軸承，軸承與支承孔之間的配合發(fā)生變化，影響軸承的正常工作，加速磨損，嚴(yán)重時甚至發(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。40軸承的溫升與轉(zhuǎn)速有關(guān)主軸軸承在最高轉(zhuǎn)速空轉(zhuǎn)、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至熱穩(wěn)態(tài)時允許溫升為：高精度機(jī)床810°C

精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床1520°C

普通機(jī)床3040°C

滾動軸承溫度不得超過70°C

滑動軸承溫度不得超過60°C

對特別精密的機(jī)床則不得超過室溫10°C2.主軸部件的傳動方式主軸部件的傳動方式主要有齒輪傳動、帶傳動、電動機(jī)直接驅(qū)動等。主軸傳動方式的選擇，主要決定于主軸的轉(zhuǎn)速、所傳遞的轉(zhuǎn)矩、對運(yùn)動平穩(wěn)性的要求以及結(jié)構(gòu)緊湊、裝卸維修方便等要求。42（1）齒輪傳動（2）帶傳動（3）電動機(jī)直接驅(qū)動主傳動要求較大的調(diào)速范圍1.帶有變速齒輪的主傳動（圖a）2.通過帶傳動的主傳動（圖b）

3.由伺服電動機(jī)直接驅(qū)動的主傳動（圖c）

多數(shù)機(jī)床的主軸采用前、后兩個支承。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，制造裝配方便，容易保證精度。為提高主軸部件的剛度，前后支承應(yīng)消除間隙或預(yù)緊。為提高剛度和抗振性，有的機(jī)床主軸采用三個支承。三個支承中可以前、后支承為主要支承，中間支承為輔助支承；也可以前、中支承為主要支承，后支承為輔助支承。(1)主軸的支承形式3.主軸部件結(jié)構(gòu)44主軸的支承形式——前后兩個支承

前支承采用圓錐孔雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承組合，后支承采用成對角接觸球軸承（a）

前軸承采用高精度角接觸球軸承，后支承的球軸承具有較好的高速性能（b）雙列圓錐滾子軸承和單列圓錐滾子軸承（c）

主軸的構(gòu)造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法等。主軸一般為空心階梯軸，前端徑向尺寸大，中間徑向尺寸逐漸減小，尾部徑向尺寸最小。(2)主軸的構(gòu)造46主軸的構(gòu)造——空心階梯軸(3)主軸的材料和熱處理

主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點(diǎn)、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。普通機(jī)床主軸可選用中碳鋼(如45鋼)，調(diào)質(zhì)處理后，在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進(jìn)行局部高頻淬硬，以提高其耐磨性。只有載荷大和有沖擊時、或精密機(jī)床需要減小熱處理后的變形時、或有其它特殊要求時，才考慮選用合金鋼。當(dāng)支承為滑動軸承，則軸頸也需淬硬，以提高耐磨性。

45、合金鋼。調(diào)質(zhì)、淬火48（4）主軸軸承主軸支承的選用主軸支承一般應(yīng)根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速、承載能力、回轉(zhuǎn)精度等性能選用。中小型機(jī)床：多采用滾動軸承。重型機(jī)床：多采用液體靜壓軸承高精度機(jī)床：多采用氣體靜壓軸承超高速機(jī)床（2~10×104rpm）：多采用磁力軸承或陶瓷滾珠軸承。主軸軸承主軸部件中最重要的組件是軸承。軸承的類型、精度、結(jié)構(gòu)、配置方式、安裝調(diào)整、潤滑和冷卻等狀況，都直接影響主軸部件的工作性能。圖3-13典型的主軸軸承a)、b)雙列短圓柱滾子軸承c)雙列空心圓錐滾子軸承d)單列空心圓錐滾子軸承e)圓錐軸承f)雙列圓錐軸承g(shù))雙向推力角接觸球軸承h)角接觸球軸承1、4—內(nèi)圈2—外圈3—隔套50數(shù)控機(jī)床常用滾動軸承的結(jié)構(gòu)形式如圖51機(jī)床支承件是指主機(jī)大件如床身、立柱、橫梁和工作臺，采用焊接結(jié)構(gòu)和合理的結(jié)構(gòu)形式，相互固定連接成機(jī)床的基礎(chǔ)和框架。在減輕機(jī)床自重的條件下，獲得了高結(jié)構(gòu)剛度和抗振性，改善了動態(tài)特性，保證了數(shù)控機(jī)床在主運(yùn)動功率比同類型普通機(jī)床大得多的情況下，能進(jìn)行穩(wěn)定的切削。三、機(jī)床支承件1.支承件應(yīng)滿足的基本要求

1)應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度—質(zhì)量比。

2)應(yīng)具有較好的動態(tài)特性，包括較大的位移阻抗(動剛度)和阻尼；整機(jī)的低階頻率較高，各階頻率不致引起結(jié)構(gòu)共振；不會因薄壁振動而產(chǎn)生噪聲。

3)熱穩(wěn)定性好，熱變形對機(jī)床加工精度的影響較小。

4)排屑暢通、吊運(yùn)安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。

2.支承件的結(jié)構(gòu)

(1)箱形類支承件在三個方向的尺寸都相差不多，如各類箱體、底座、升降臺等。

(2)板塊類支承件在兩個方向的尺寸比第三個方向大得多，如工作臺、刀架等。

(3)梁類支承件在一個方向的尺寸比另兩個方向大得多，如立柱、橫梁、搖臂、滑枕、床身等。54

目前生產(chǎn)實(shí)際中對支承件的設(shè)計，首先依靠類比的方法和經(jīng)驗(yàn)，同時運(yùn)用理論作直觀綜合分析，進(jìn)行初步設(shè)計，然后制作模型作實(shí)驗(yàn)分析或運(yùn)用有限元法檢驗(yàn)和修改設(shè)計。（1）無論什么截形，都是空心的比實(shí)心的剛度大，所以支承件都是中空形式，（2）適當(dāng)減小壁厚，加大外廓尺寸可提高剛度。（3）支承件受扭矩為主的用圓形截面，受彎矩為主的用矩形截面，既受彎矩又受扭矩的用方形截面。（4）封閉截面的剛度遠(yuǎn)比不封閉的大，所以支承件盡可能采用封閉截面，但是由于受使用要求（如排屑等），不可能完全封閉，此時剛度的削弱用其他措施彌補(bǔ)。55合理選擇支承件的結(jié)構(gòu)形式

支承件截面形狀盡量選用抗彎的方截面和抗扭的圓截面或采用封閉型床身封閉整體箱形結(jié)構(gòu)563、支承件的材料支承件采用鑄鐵、鋼板或型鋼焊接

——增加剛度、減輕重量、提高抗振性鑄件:容易獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的支承件,鑄鐵的內(nèi)摩擦力大,阻尼系數(shù)大,振動的衰減性能好,成本低.鑄件的周期較長,需做木型模,易產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷。常用HT200焊接件:鋼材的強(qiáng)度比鑄鐵高，質(zhì)量可比鑄件減輕20%-50%，省去制模和澆注，生產(chǎn)周期短，不易出現(xiàn)廢品

支承件常用的材料有鑄鐵、鋼板和型鋼、天然花崗巖、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等。58人造大理石床身（混凝土聚合物）采用混凝土、樹脂混凝土或人造花崗巖作支承件的材料——不常移動的大型機(jī)械的機(jī)身。脆性大，耐腐蝕性差。59

采用封砂床身結(jié)構(gòu)在鑄件中不清除砂芯，在焊接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力基礎(chǔ)件內(nèi)腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料——提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的抗振性60天然大理石床身導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向。它承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動部件及工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動部件可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動。運(yùn)動的導(dǎo)軌稱為動導(dǎo)軌，不動的導(dǎo)軌稱為靜導(dǎo)軌或支承導(dǎo)軌。動導(dǎo)軌相對于靜導(dǎo)軌可以作直線運(yùn)動或者回轉(zhuǎn)運(yùn)動。四、機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)軌是進(jìn)給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)的要素之一，機(jī)床的加工精度和使用壽命很大程度上決定于機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量，而數(shù)控機(jī)床對于導(dǎo)軌有著更高的要求：如高速進(jìn)給時不振動，低速進(jìn)給時不爬行，有高的靈敏度,能在重載下長期連續(xù)工作，耐磨性高，精度保持性要好。

1.導(dǎo)軌應(yīng)滿足的主要技術(shù)要求

(1)導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副在空載荷或切削條件下運(yùn)動時，實(shí)際運(yùn)動軌跡與給定運(yùn)動軌跡之間的偏差。

(2)承載能力大，剛度好根據(jù)導(dǎo)軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理地選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌具有足夠的剛度，保證機(jī)床的加工精度。

(3)精度保持性好精度保持性主要是由導(dǎo)軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料(或磨粒)磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。

(4)低速運(yùn)動平穩(wěn)當(dāng)動導(dǎo)軌作低速運(yùn)動或微量進(jìn)給時，應(yīng)保證運(yùn)動始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。64對導(dǎo)軌的基本要求即：

高速進(jìn)給時不振動，低速進(jìn)給時不爬行；有高的靈敏度，能在重載下長期連續(xù)工作；耐磨性要高，精度保持性要好等2.導(dǎo)軌的截面形狀和組合形式圖3-16導(dǎo)軌的截面形狀a)矩形導(dǎo)軌b)三角形導(dǎo)軌c)燕尾形導(dǎo)軌d)圓柱形導(dǎo)軌3.導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)(1)滑動導(dǎo)軌

(2)靜壓導(dǎo)軌

(3)滾動導(dǎo)軌(4)卸荷導(dǎo)軌67

滑動導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛度好、抗振性高等優(yōu)點(diǎn),在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用廣泛，目前多數(shù)使用金屬對塑料形式，稱為貼塑導(dǎo)軌或注塑導(dǎo)軌1、滑動導(dǎo)軌注塑導(dǎo)軌：環(huán)氧樹脂為基體，加入二硫化鉬和膠體石墨及鉛粉等混合而成貼塑導(dǎo)軌：聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬、石墨及鉛粉等混合而成貼塑導(dǎo)軌這是一種金屬對塑料的摩擦形式，屬滑動摩擦導(dǎo)軌。導(dǎo)軌--滑動面上貼有一層抗磨軟帶，導(dǎo)軌的另一滑動面為淬火磨削面。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加合金粉和氧化物的高分子復(fù)合材料。塑料導(dǎo)軌剛度好，動、靜摩擦系數(shù)差值小，耐磨性好，無爬行，減振性好。(圖)粘帖時，先用清洗劑（如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯）徹底清洗被粘貼導(dǎo)軌面，切不可用酒精或汽油，因?yàn)樗鼈儠诒磺逑幢砻媪粝乱粚颖∧?，不利于粘結(jié)。清洗后用干凈的白色擦布反復(fù)擦拭，直到擦不出污跡為止。然后將配套的膠粘劑（如101、212、502等）用油灰刀分別涂在軟帶和導(dǎo)軌粘結(jié)面上，為了保證粘結(jié)可靠，被貼導(dǎo)軌面應(yīng)沿縱向涂抹，而塑料軟帶的粘結(jié)面沿橫向涂抹。粘貼時，從一端向另一端緩慢擠壓，以利趕跑氣泡，粘貼后在導(dǎo)軌面上施加一定壓力加以固化。(圖)為保證粘結(jié)劑充分?jǐn)U散和硬化，室溫下，加壓固化時間應(yīng)為24h以上。粘貼好的導(dǎo)軌面還要進(jìn)行精加工，如開油槽、刮研磨削、研磨等。注意在局部修整時，切不可用砂紙，以防砂粒脫落嵌進(jìn)塑料導(dǎo)軌中，破壞導(dǎo)軌。局部修整時，要用刮刀。與粘貼導(dǎo)軌配對的金屬導(dǎo)軌，硬度在160HBS以上，表面粗糙度在Ra3.2um-Ra0.8um。有時為了使其對軟帶起定位作用，導(dǎo)軌粘貼面加工成0.5-lmm深的凹槽。732、滾動導(dǎo)軌

在導(dǎo)軌工作面間放入滾珠、滾柱或滾針等滾動體，使導(dǎo)軌面間成為滾動摩擦，可以大大降低摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動靈敏度。

滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)摩擦系數(shù)小，為0.0025—0.005mm；動、靜摩擦系數(shù)很接近；精度保持性好；低速運(yùn)動時，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，定位精度高。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造較困難，成本較高；滾動導(dǎo)軌對臟物較敏感，必須要有良好的防護(hù)裝置。747576直線滾動導(dǎo)軌

組成：導(dǎo)軌體1,滑塊7、滾珠4、保持器3、端蓋6等

777879⒊靜壓導(dǎo)軌

在導(dǎo)軌工作面間通入具有一定壓強(qiáng)的潤滑油，使運(yùn)動件浮起，導(dǎo)軌面間充滿潤滑油形成的油膜，因而始終處于純液體摩擦狀態(tài)。靜壓導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)：由于導(dǎo)軌面處于純液體摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)極低，約為0.0005mm，因而驅(qū)動功率大大降低，低速運(yùn)動時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌面不易磨損，精度保持性好。由于油膜有吸振作用，因而抗振性好、運(yùn)動平穩(wěn)。缺點(diǎn)是靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要一套過濾效果良好的供油系統(tǒng)，制造和調(diào)整都較困難，成本高。4、卸荷導(dǎo)軌降低導(dǎo)軌面的壓力—卸荷方式有機(jī)械、液壓等卸荷導(dǎo)軌并不象靜壓導(dǎo)軌一樣浮起.一般卸荷70%左右,即還有30%左右的重量是壓在導(dǎo)軌上的液壓或氣壓是利用壓力分擔(dān)、減輕載荷或重量機(jī)械卸荷就是利用滾動方式，分擔(dān)、減輕滑動時所承受的載荷為了提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性，目前普遍使用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌因其良好的動、靜摩擦特性和耐磨性大有取代滾動導(dǎo)軌之勢。82五、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和分度工作臺

數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺主要用于數(shù)控鏜床和銑床，其外形和通用機(jī)床的分度工作臺十分相似，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻具有數(shù)控進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的許多特點(diǎn)。功能:使工作臺作連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給，以完成切削工作，同時能完成00－3600圍內(nèi)的任意角度的分度。作用:既能作為數(shù)控機(jī)床的一個回轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，用于加工各種圓弧或與直線坐標(biāo)軸聯(lián)動加工曲面，又能作為分度頭完成工件的轉(zhuǎn)位換面。實(shí)現(xiàn)：由于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能要求連續(xù)回轉(zhuǎn)進(jìn)給并與其他坐標(biāo)軸聯(lián)動，因此采用伺服驅(qū)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)、分度和定位類型：有開環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺和閉環(huán)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。8384回轉(zhuǎn)工作臺1、作用：實(shí)現(xiàn)繞X、Y、Z軸的圓周進(jìn)給運(yùn)動

2、種類：數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺、數(shù)控分度工作臺數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺85分度工作臺

數(shù)控機(jī)床（主要是鉆床、鏜床和鏜銑床）的分度工作臺與數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺不同，它只能完成分度運(yùn)動，而不能實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給。由于結(jié)構(gòu)上的原因，通常分度工作臺的分度運(yùn)動只限于某些規(guī)定的角度，如900、600或450等。

功能:是完成回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動，即在需要分度時，將工作臺及其工件回轉(zhuǎn)一定角度。作用:在加工中自動完成工件的轉(zhuǎn)位換面，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝完成幾個面的加工。86數(shù)控分度頭

1.機(jī)床刀架自動換刀裝置應(yīng)滿足的要求

1)滿足工藝過程所提出的要求。

2)在刀架、刀庫上要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具時還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。

3)刀架、刀庫、換刀機(jī)械手部應(yīng)具有足夠的剛度。

4)可靠性高。

5)刀架和自動換刀裝置是為了提高機(jī)床自動化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。

6)操作方便和安全。六、機(jī)床刀架和自動換刀裝置

2.機(jī)床刀架和自動換刀裝置的類型按照安裝刀具的數(shù)目可分為單刀架和多刀架，例如自動車床上的前、后刀架和天平刀架。按結(jié)構(gòu)形式可分為方刀架、轉(zhuǎn)塔刀架、回輪式刀架等；按驅(qū)動刀架轉(zhuǎn)位的動力不同可分為手動轉(zhuǎn)位刀架和自動(電動和液動)轉(zhuǎn)位刀架。891、自動換刀裝置(ATC)

自動換刀裝置的用途是按照加工需要，自動地更換裝在主軸上的刀具。自動換刀裝置是一套獨(dú)立、完整的部件。自動換刀裝置的形式回轉(zhuǎn)刀架換刀裝置（常用于數(shù)控車床）多主軸轉(zhuǎn)塔頭換刀裝置（常用于數(shù)控鏜銑床）帶刀庫的自動換刀裝置

自動換刀裝置90回轉(zhuǎn)刀架換刀91自動換刀裝置自動換刀裝置刀庫機(jī)械手作用——交換主軸與刀庫中的刀（工）具92對自動換刀裝置的基本要求換刀時間短刀具重復(fù)定位精度高有足夠的刀具貯存量刀庫占地面積小及安全可靠自動換刀裝置的形式回轉(zhuǎn)刀架換刀更換主軸頭換刀更換主軸箱換刀帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)93盤式刀庫鼓輪式刀庫：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、應(yīng)用廣鏈?zhǔn)降稁欤旱稁烊萘看蟮稁煨问?、刀庫的形式94盤式刀庫a）徑向取刀形式

b）軸向取刀形式

c）徑向布置形式

d）角度布置形式95盤式刀庫96鏈?zhǔn)降稁戽準(zhǔn)降稁?7鏈?zhǔn)教攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量大，可充分利用空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，適用于刀庫容量大的場合。983、換刀過程加工中心機(jī)床工作時換刀的過程分那幾個步驟？

（1）裝刀：刀具裝入刀庫；

（2）選刀：根據(jù)程序指令，從刀庫中選出指定刀具的操作稱為自動選刀，常用選刀方式有順序選刀和隨意選刀；

（3）換刀：通過機(jī)械手（自動換刀機(jī)構(gòu)）和數(shù)控系統(tǒng)的有關(guān)控制指令實(shí)現(xiàn)刀庫刀具和主軸上的刀具的交換。99選刀方式順序選刀方式(早期)任選方式：記憶式,跟蹤刀具就近換刀(現(xiàn)在)換刀方式機(jī)械手換刀刀庫—主軸運(yùn)動換刀選刀和換刀方式：1001)主軸箱回參考點(diǎn)，主軸準(zhǔn)停。2)機(jī)械手抓刀（主軸上和刀庫上）3)取刀：

活塞桿推動機(jī)械手下行。4)交換刀具位置：機(jī)械手回轉(zhuǎn)180°。5)裝刀：活塞桿上行，將更換后的刀具裝入主軸和刀庫。4、機(jī)械手換刀動作過程101102

車床類機(jī)床的運(yùn)動特征是：主運(yùn)動為主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)給運(yùn)動通常由刀具來完成。

車床加工所使用的刀具主要是車刀，還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀等孔加工刀具。

車床的種類很多，按用途和結(jié)構(gòu)的不同有臥式車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、自動和半自動車床以及各種專門化車床等。其中臥式車床是應(yīng)用最廣泛的一種。第四節(jié)常見的金屬切削機(jī)床一、車床

磨床是用磨料磨具(如砂輪、砂帶、油石、研磨料)為工具進(jìn)行切削加工的機(jī)床。它們是由于精加工和硬表面加工的需要而發(fā)展起來的，目前也有少數(shù)應(yīng)用于粗加工的高效磨床。為了適應(yīng)磨削各種加工表面、工件形狀及生產(chǎn)批量的要求，磨床的種類很多，其中主要類型有：外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各種專門化磨床(如曲軸磨床、凸輪軸磨床、花鍵軸磨床、活塞環(huán)磨床、齒輪磨床、螺紋磨床等)、研磨床、其它磨床(如珩磨機(jī)、拋光機(jī)、超精加工機(jī)床、砂輪機(jī)等)。

看影片二、磨床

鉆床是孔加工的主要機(jī)床。在鉆床上主要用鉆頭進(jìn)行鉆孔。在車床上鉆孔時，工件旋轉(zhuǎn)，刀具作進(jìn)給運(yùn)動。而在鉆床上加工時，工件不動，刀具作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動，同時沿軸向移動作進(jìn)給運(yùn)動。故鉆床適用于加工外形較復(fù)雜，沒有對稱回轉(zhuǎn)軸線的工件上的孔，尤其是多孔加工。如：加工箱體、機(jī)架等零件上的孔。除鉆孔外在鉆床上還可完成擴(kuò)孔、鉸孔、锪平面以及攻螺紋等工作。鉆床的主參數(shù)是最大鉆孔直徑。根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)的不同，鉆床可分為：立式鉆床、臺式鉆床、搖臂鉆床、深孔鉆床以及中心孔鉆床等。三、鉆床銑床是用銑刀進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。通常銑削的主運(yùn)動是銑刀的旋轉(zhuǎn)，工件或銑刀的移動為進(jìn)給運(yùn)動，這有利于采用高速切削，其生產(chǎn)率比刨床高。銑床適應(yīng)的工藝范圍較廣，可加工各種平面、臺階、溝槽、螺旋面等。

銑床的主要類型有升降臺式銑床、床身式銑床、龍門銑床、工具銑床、仿形銑床以及近年來發(fā)展起來的數(shù)控銑床等。四、銑床107常見數(shù)控機(jī)床

1．?dāng)?shù)控車床

數(shù)控車床主要用于加工軸類和回轉(zhuǎn)體零件，能自動完成內(nèi)外圓柱面、圓弧面、端面、螺紋等工序的切削加工，適合于加工形狀復(fù)雜、精度要求高的軸類或盤類零件。數(shù)控車床具有加工靈活、通用性強(qiáng)、能適應(yīng)產(chǎn)品的品種和規(guī)格頻繁變化的特點(diǎn)，能滿足新產(chǎn)品的開發(fā)和多品種、小批量、生產(chǎn)自動化的要求。108

圖為廣州機(jī)床廠生產(chǎn)的CJK6146型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為14～1600r/min，刀架工位數(shù)為4，主電機(jī)功率為7.5kW；切削進(jìn)給速度：X方向?yàn)?m/min，Z方向?yàn)?m/min。圖1-5為沈陽機(jī)床股份有限公司生產(chǎn)的CKH6116型數(shù)控車床。該機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為500～4000r/min，加工精度為IT7～I(xiàn)T6。109圖1-4CJK6146型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床

110圖1-5CKH6116型數(shù)控車床

111

對數(shù)控車床可以采用不同的分類方法進(jìn)行分類。

1)按主軸配置形式分按主軸配置形式分，可將數(shù)控車床分為臥式和立式兩大類，其中數(shù)控臥式車床有水平導(dǎo)軌和斜置導(dǎo)軌兩種形式。

2)按刀架數(shù)量分按刀架數(shù)量分，可將數(shù)控車床分為單刀架和雙刀架兩類。單刀架數(shù)控車床多采用水平導(dǎo)軌，兩坐標(biāo)控制；雙刀架數(shù)控車床多采用斜置導(dǎo)軌，四坐標(biāo)控制。

112

3)按數(shù)控車床控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的檔次分按數(shù)控車床控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的檔次分，可分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床、全功能數(shù)控車床和車削中心。車削中心是在數(shù)控車床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種復(fù)合加工機(jī)床，可以在一次裝夾中完成回轉(zhuǎn)體零件的所有加工工序，包括車削內(nèi)外表面、銑平面、銑槽、鉆孔和攻螺紋等工序。113

車削中心除具有一般二軸聯(lián)動數(shù)控車床的所有功能之外，其轉(zhuǎn)塔刀架上裝有能使刀具旋轉(zhuǎn)的動力刀座，主軸具有按輪廓成形要求連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動和進(jìn)行精確分度的C軸功能，該軸能與X軸或Z軸聯(lián)動。有的車削中心還具有Y軸，X、Y、Z軸交叉構(gòu)成三維空間，可進(jìn)行端面和圓周上任意部位的鉆削、銑削和螺紋加工等。114

2．?dāng)?shù)控銑床與加工中心

數(shù)控銑床和加工中心都能夠進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工，它們在結(jié)構(gòu)、工藝和編程等方面有許多相似之處。全功能數(shù)控銑床與加工中心比較，區(qū)別主要在于數(shù)控銑床沒有自動換刀裝置，只能手動換刀，而加工中心具有刀具庫和自動換刀裝置，可將使用的刀具預(yù)先安排存放于刀具庫內(nèi)，需要時通過換刀指令，由ATC(自動換刀裝置)自動換刀。115圖1-6XK5025型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床

116圖1-7XH714A型立式加工中心

加工中心1958年，美國的卡尼-特雷克（K&T）公司首次把銑、鉆、鏜集中于一臺數(shù)控機(jī)床上，通過自動換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺加工中心。至今40多年來，出現(xiàn)了各種類型的加工中心，其外形結(jié)構(gòu)各異，但從總體來看，不外乎由以下幾大部分組成?；A(chǔ)部件由床身、立柱和工作臺等大件組成。主軸部件由主軸箱、主軸電機(jī)、主軸和主軸軸承等零件組成。118加工中心是高效、高精度數(shù)控機(jī)床,工件在一次裝夾中便可自動完成多道工序的加工.

是典型的集高新技術(shù)于一體的機(jī)械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家設(shè)計和制造業(yè)的水平，成為現(xiàn)代機(jī)床發(fā)展的主流和方向。1、加工中心組成加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。119x-y