機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第三章

第三章金屬切削機床第一節(jié)概述第二節(jié)金屬切削機床部件第三節(jié)常見金屬切削機床1.動力源

為機床提供動力(功率)和運動的驅(qū)動部分，如各種交流電動機、直流電動機和液壓傳動系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達等。

2.傳動系統(tǒng)

包括主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)和其它運動的傳動系統(tǒng)，如變速箱、進給箱等部件，有些機床主軸組件與變速箱合在一起成為主軸箱。

3.支承件

用于安裝和支承其它固定的或運動的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支承件是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件，亦稱機床大件或基礎(chǔ)件。

第一節(jié)概述一、機床的基本組成4.工作部件

(1)與最終實現(xiàn)切削加工的主運動和進給運動有關(guān)的執(zhí)行部件；

(2)與工件和刀具安裝及調(diào)整有關(guān)的部件或裝置；

(3)與上述部件或裝置有關(guān)的分度、轉(zhuǎn)位、定位機構(gòu)和操縱機構(gòu)等。

5.控制系統(tǒng)

用于控制各工作部件的正常工作，主要是電氣控制系統(tǒng)，有些機床局部采用液壓或氣動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床則是數(shù)控系統(tǒng)，它包括數(shù)控裝置、主軸和進給的伺服控制系統(tǒng)(伺服單元)、可編程序控制器和輸入輸出裝置等。

6.冷卻系統(tǒng)

用于對加工工件、刀具及機床的某些發(fā)熱部位進行冷卻。

7.潤滑系統(tǒng)

用于對機床的運動副(如軸承、導(dǎo)軌等)進行潤滑，以減小摩擦、磨損和發(fā)熱。

8.其它裝置如排屑裝置、自動測量裝置等。1.表面形成運動

表面形成運動是機床最基本的運動，亦稱工作運動。

(1)主運動機床主運動是形成切削速度并從工件上切除多余材料起主要作用的工作運動，機床功率主要消耗于主運動。

(2)進給運動進給運動是使工件上的多余材料不斷被去除的工作運動，是維持切削得以繼續(xù)的運動。二、機床的運動2.輔助運動

機床在加工過程中加工工具與工件除工作運動以外的其他運動稱為輔助運動。

(1)切入運動用于保證工件被加工表面獲得所需要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度。

(2)各種空行程運動空行程運動主要是指進給前后的快速運動。

(3)其它輔助運動包括分度運動、操縱和控制運動等，例如刀架或工作臺的分度轉(zhuǎn)位運動，刀庫和機械手的自動換刀運動，變速、換向，部件與工件的夾緊與松開，自動測量、自動補償?shù)取?/p>

1.機床的工藝范圍

機床的工藝范圍是指在機床上加工的工件類型和尺寸，能夠加工完成何種工序，使用什么刀具等等。三、機床技術(shù)性能指標

2.機床的技術(shù)參數(shù)

尺寸參數(shù)——具體反映機床的加工范圍，包括主參數(shù)、第2主參數(shù)和與加工零件有關(guān)的其它尺寸參數(shù)。

運動參數(shù)——指機床執(zhí)行件的運動速度，例如主軸的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速、刀架的最大進給量與最小進給量(或進給速度)。

動力參數(shù)——指機床電動機的功率，有些機床還給出主軸允許承受的最大轉(zhuǎn)矩等其它內(nèi)容。1.幾何精度

幾何精度是指機床空載條件下，在不運動(機床主軸不轉(zhuǎn)或工作臺不移動等情況下)或運動速度較低時各主要部件的形狀，相互位置和相對運動的精確程度。

2.運動精度

運動精度是指機床空載并以工作速度運動時，主要零部件的幾何位置精度。

3.傳動精度

傳動精度是指機床傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性。四、機床精度與剛度4.定位精度

定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。

5.工作精度

加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。

6.精度保持性

在規(guī)定的工作期間內(nèi)，保持機床所要求的精度，稱之為精度保持性。1.通用機床的型號編制(●)○(○)●●(●)(○)(●)五、機床的型號編制分類代號類別代號通用特性和結(jié)構(gòu)特性代號組別、系別代號主參數(shù)或設(shè)計順序號第二主參數(shù)重大改進順序號同一型號機床的變型代號○－●●2.專用機床的型號編制設(shè)計單位代號

組代號

設(shè)計順序號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)動主傳動的電動機類型可分為交流電動機驅(qū)動和直流電動機驅(qū)動。

(2)按傳動裝置類型可分為機械傳動裝置、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。第二節(jié)金屬切削機床部件一、傳動系統(tǒng)2、進給傳動系統(tǒng)(1)電氣伺服進給傳動系統(tǒng)的控制類型

電氣伺服系統(tǒng)按有無檢測和反饋裝置分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。圖3-1開環(huán)伺服系統(tǒng)

圖3-2閉環(huán)系統(tǒng)1—數(shù)控裝置2—伺服電動機3—齒輪4—絲杠5—工作臺6—檢測元件2、進給傳動系統(tǒng)

圖3-3半閉環(huán)系統(tǒng)a)伺服電動機反饋b)、c)從動杠反饋1—反饋裝置2—伺服電動機3—齒輪2、進給傳動系統(tǒng)

電氣伺服進給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動部件和機械傳動部件組成。伺服驅(qū)動部件有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機等。(2)電氣伺服進給系統(tǒng)驅(qū)動部件2、進給傳動系統(tǒng)(3)電伺服進給傳動系中的機械傳動部件

機械傳動部件主要指齒輪(或同步齒輪帶)和絲杠螺母傳動副。電氣伺服進給系統(tǒng)中，運動部件的移動是靠脈沖信號來控制，要求運動部件動作靈敏、低慣量、定位精度好，具有適宜的阻尼比及傳動機構(gòu)不能有反向間隙。2、進給傳動系統(tǒng)

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2、進給傳動系統(tǒng)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2、進給傳動系統(tǒng)

主軸部件是機床重要部件之一，它是機床的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面成形運動。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

(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轉(zhuǎn)時，因各相對運動處的摩擦生熱，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

2.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。

多數(shù)機床的主軸采用前、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)

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3.主軸部件結(jié)構(gòu)(3)主軸的材料和熱處理

主軸的材料應(yīng)根據(jù)載荷特點、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。普通機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。當支承為滑動軸承，則軸頸也需淬硬，以提高耐磨性。3.主軸部件結(jié)構(gòu)(4)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3.主軸部件結(jié)構(gòu)

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，熱變形對機床加工精度的影響較小。

4)排屑暢通、吊運安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。三、機床支承件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。

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