第1章 数控加工设备概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数控加工设备,第,1,篇 普通机床,第,1,章概述,1.1,机床分类与型号编制,1.1.1,金属切削机床及其在国民经济中的地位,(1),金属切削机床的定义：,金属切削机床通常被简称为机床，它是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种加工设备。所以，金属切削机床是制造机器的机器，又称为工作母机。,(,2),金属切削机床在国民经济中的地位,在现代社会的生产及生活中，人们大量使用各式各样的机器、仪器和工具。这些设备和装备都是由各种机械零件所组成。在一般机器制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机器总制造工作量的,40%60%,，机床的技术性能直接影响机械制造业的产品质量和劳动生产率。由此可见,，,机床在机械制造业中占有极其重要的地位。,1.1.2,金属切削机床的发展概况,机床随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展、不断完善的。,早在,6000,多年前，就有了原始的钻床和木工车床。,17,世纪中叶，开始用畜力代替人力作为机床的动力，但仍然用手握刀具加工。,18,世纪，随着蒸汽机的发明，以及动力走刀架的问世，以蒸汽为动力，对机床进行驱动或通过天轴对机床进行集群驱动，使加工质量和加工效率有了明显的提高，初步形成了现代机床的雏形。,19,世纪,20,年代，随着电动机的问世，电动机又取代了蒸汽机，机床才基本具备了现代的结构形式。,20,世纪,40,年代，由于高速钢和硬质合金钢的相继出现，使机床向着大转速、高功率和提高刚性结构的方向发展。同时，随着交流电动机、齿轮、滚动轴承、电气、液压等技术的提高，机床的传动结构和控制等方面得到很大改进，机床的加工精度和生产效率显著提高。相继出现了各种高效率自动化机床、重型机床和精密机床等现代化加工机床。,20,世纪,50,年代以来，随着产品设计和材料技术的发展，机械产品中复杂形状和难加工材料的零件越来越多。,为了解决这些零件的加工问题，发展了一系列新工艺和新设备，如电火花加工机床、电解加工机床、超声波加工机床、电子束加工机床和激光加工机床等。,当前，我国机床工业面临着量大面广的普通机床产品的更新换代，要采用高新技术改造现有产品，开发设计我国自己的数控产品：包括普通数控产品（,NC,）、加工中心（,MC,）、计算机控制（,CNC,）等机床；柔性制造系统（,FMS,）；计算机集成制造系统（,CIMS,）。,在科学研究方面，要加强机床基础理论和应用技术的研究，把握机床技术发展的总趋势，努力追赶、缩短与世界先进技术的差距。,总之，从机床的发展历史看，它总是随着科学技术的进步而发展的，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和降低生产成本、提高企业生产经营效益而进行的，现代机床总的趋势仍然是沿着这一方向发展。,1.1.3,金属切削机床的分类,机床的品种、规格繁多，为了方便区别、管理和使用，必须进行分类、编制型号。,机床分类,（,1,）按照机床的加工方式、使用的刀具及其用途不同，将,机床分为十一大类：,车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、切断机床、其它机床。,每类机床分为十组，每组分为十系。,磨床的品种较多，故又分为三个分类。,每类机床的代号用其名称的汉语拼音的第一个大写字母表示（见表,1-1,）,表,1-1,机床的类型及分类代号,（,2,）其它分类方法,按照机床自动化程度的不同，可分为手动、机动、半自动和自动车床；,按加工精度的不同，同类型机床可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床；,按照机床重量的不同，分为仪表机床、中型机床、大型机床（质量达到,10t,）、重型机床（质量在,30t,以上）和超重型机床（质量在,100t,以上）等；,按照机床工艺范围的宽窄（万能性程度）可分为通用机床、专门化机床及专用机床。,1.1.4,金属切削机床的型号编制,机床型号编制方法采用特定的代号，用以表示机床的类型、主要技术参数、通用及结构特性等。,我国现行的机床型号编制方法是按,1994,年颁布的,GB/T1537594,金属切削机床型号编制方法,编制的。此标准规定，,机床型号由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成，它适用于各类通用机床和专用机床（不含组合机床、特种加工机床）。,1,通用机床型号,通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“,/”,隔开，读作“之”。,基本部分需统一管理，辅助部分是否纳入型号由企业自定。表示方法如下：,注：,有“”符号者，为大写的汉语拼音字母。,有“”符号者，为阿拉伯数字。,有“（ ）”的代号或数字，当无内容时，则不表示。若有内容，则不带括号。,有“”符号者，为大写的汉语拼音字母、或阿拉伯数字、或两者兼有之。,（,1,）机床的类、组、系的划分及其代号,机床分为若干类，类别用汉语拼音字母表示（见表,1-1,），居型号的首位。如：“车床”用“,C”,表示。,类中有分类者，在类代号前加分类代号（数字），但第一分类不予表示。例如：磨床类分为,M(1,不写）、,2M,、,3M,三个分类。,机床的组别和系别代号用两位阿拉伯数字表示。,每类机床按其结构性能及使用范围划分为,10,个组，用数字,09,表示。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。,每组机床又分为若干个系（系列）。系的划分原则是：主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的相对的运动特点基本相同，且基本结构及布局形式相同的机床，即划分为同一系。,机床的组，用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后。,机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。常用的组别和系别代号见附录。,（,2,）,.,机床的通用特性代号及结构特性代号,当某类型机床除普通型外，还具有某种通用特性时，应在类代号之后加上通用特性代号。,为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用结构特性代号予以表示。根据各类机床的具体情况，对某些结构特性代号，可以赋予一定含义。但结构特性代号与通用特性代号不同，它在型号中没有统一的含义，只在同类机床中起区分机床结构、性能不同的作用。,机床通用特性代号,（,3,）,.,机床主参数、设计顺序号、主轴数和第二主参数,机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示，位于系代号之后。常用机床型号中主参数的表示方法见本书附录。,对于某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号由,01,起始。,机床的主参数的计量单位：尺寸以毫米（,mm,）计，力以千牛（,kN,）计，功率以瓦（,W,）计，扭矩以牛米（,Nm,）计。型号中主参数用折算值表示（见附录），位于组、系代号之后。,对于多轴机床，其主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用“,”,分开，读作“乘”。,第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、最大车削（磨削、刨削）长度、最大模数及工作台面长度等，它在型号中的表示方法（列入型号的原则）如下：, 多轴机床的主轴数，以实际的轴数列入型号中的主参数之后，并用“,”,分开，读作“点”。, 当机床的最大工件长度、最大加工长度、工作台工作面长度、最大跨距、最大磨削深度、最大模数等第二主参数的变化，引起机床结构产生较大变化时，为了区分，可以将第二主参数列入型号的末端，并用“,”,分开，读作“乘”。,凡属于长度（包括跨距、行程）的，采用“,1/100”,的折算系数；,凡属于直径、深度、宽度的，则采用“,1/10”,的折算系数；,最大模数、厚度等，则以实际数值列入型号。,（,4,）机床的重大改进顺序号,对于性能和结构布局有着重大改进、并按新产品重新试制和鉴定的机床，在原机床型号的尾部加改进顺序号，以区别原机床型号。改进顺序号按,A,、,B,、,C,字母的顺序选用，但“,I”,、“,O”,字母不允许选用。,（,5,）企业代号及其表示方法,企业代号中包括机床生产厂及机床研究单位代号。企业代号置于辅助部分之尾部，用“”分开，读作“至”。若在辅助部分中仅有企业代号，则不加“”。,例,1,：,C6140,C ,车床（类代号）,61 ,卧式（组、系代号）,40 ,床身上最大回转直径的,1/10(mm),例,2,：,Z56254A/DH,Z56254A/DH,为大河机床厂生产的经过第一次重大改进，其最大钻孔直径为,25mm,的四轴立式排钻床。,例,3,：,MG1432,最大磨削直径为,320mm,的高精度万能外圆磨床。,例,4,：,X6132,工作台宽度为,320mm,的万能升降台铣床。,1.2,机床运动及其传动装置,1.2.1,机床的运动,各种类型的机床，为了从毛坯上将多余的金属切除，以获得所需的几何形状、一定精度和表面质量的零件，必须使刀具和工件完成一系列相对运动。,1.,表面成形运动,直接参与切削过程，为形成一定几何形状表面的刀具与工件间的相对运动，称为表面成形运动，又称工作运动。,根据切削过程中所起的作用，,表面成形运动又可分为主运动和进给运动。,（,1,）主运动,直接切除毛坯上的被切削层，使之变为切屑的运动，称为主运动。如车削加工时工件的旋转运动、铣削时铣刀的旋转运动、磨削时砂轮的旋转、钻削及镗削时刀具旋转、刨削时刨刀（在牛头刨床上加工）或工件（在龙门刨床上加工）的直线往复运动等都是主运动。,示例：图,1-1,车削圆柱表面的运动与图,1-2,刨削成形面,图,1-1,车削圆柱表面的运动,图,1-2,刨削成形面,主运动特点,主运动速度一般较高，要消耗机床的大部分动力。,机床主运动为旋转运动时，用主轴转速（,r/min,）表示；,机床主运动为直线运动时，通常用刀具或工件移动速度（,m/min,）或单位时间往复次数（次,/min,）来表示。,（,2,）进给运动,进给运动是保证将被切削层不断地投入切削，以逐渐加工出整个工件表面的运动。,如车削时车刀的纵向或横向移动，铣削时工作台带动工件的纵向或横向移动，磨削外圆柱表面工作台的往复移动与工件自身的旋转运动，钻削和镗削时刀具的轴向移动等。,进给运动特点,进给运动比主运动的速度要低，比主运动所消耗的动力小。,直线移动形式的进给运动，通常用单位时间移动的距离（,mm/min,）表示；也可采用主运动每转的移动量（,mm/r,）表示；或者以主运动每一往复行程移动的距离（,mm/,次）来表示。,旋转形式的圆周进给运动（如磨削外圆柱面）一般以（,r/min,）来表示。,2,辅助运动,辅助运动是指机床在切削加工中除表面成形运动以外的所有运动，如刀具趋近、切入、退刀、快速返回、对刀、多工位工作台和多工位刀架的转位等。,其功用是实现机床加工中所需的辅助动作。此外，机床的起动、停止、变速变向、部件和工件的装夹等操纵控制运动，都属于辅助运动。,1.2.2,机床传动装置,为了实现加工过程中刀具与工件之间的各种运动，机床必须具备执行件、动力源和传动装置三个基本部分。,执行件,执行件是机床的工作部件，如主轴、刀架、工作台等。执行件用于安装工件或刀具，直接带动它们按一定的运动形式并保持准确的运动轨迹。,动力源,它是为机床提供动力和运动的装置，现代机床大多采用交、直流电动机或伺服电动机作动力源。,传动装置,传递运动和动力的装置。通过它把动力源的动力和运动传给执行件。传动装置通常需要完成变速、变向和改变运动形式等任务，使执行件获得所需的运动形式、运动方向和运动速度。,机床常用的有机械、液压（气动）和电气传动装置，以及由这三种传动装置组合的复合传动装置。,机床的机械传动装置通常由离合器和换置机构组成。,换置机构又由变速机构、换向机构和变换运动形式的机构等组成。,1,离合器,离合器用来使安装在同轴线的两轴与空套其上的传动件（如齿轮、带轮等）保持结合或脱开，以传递或断开运动，从而实现机床运动的起动、停止、变速、变向等。,离合器的种类较多，按其结构和用途可分为：啮合式离合器、摩擦式离合器、超越离合器和安全离合器等。,1,轴；,2,齿轮；,3,止推片；,4,外摩擦片；,5,内摩擦片；,6,螺母；,7,加压套；,8,钢球；,9,滑套；,10,套；,11,弹簧销；,12,止推片,图,1-4,机械多片式摩擦离合器,图,1-5,超越离合器,1,、,2,、,6,齿轮；,3,滚柱；,4,星轮；,5,固定齿轮；,7,弹簧销,图,1-6,安全离合器,1,齿轮；,2,左结合子；,3,右结合子；,4,弹簧,2.,变速机构,变速机构是实现机床分级变速传动的基本单元。,常用的有升（降）速机构、塔轮机构、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、配换齿轮变速机构和摆移齿轮机构等。,图,1-7,常用机械分级变速机构,（,a,）塔轮机构；（,b,）滑移齿轮式；,（,c,）离合器式变速机构,（,d,）、（,e,）挂轮式,（,f,）摆移齿轮式,图,1-8,挂轮机构,(,两对配换齿轮）,1,螺母；,2,垫圈；,3,套筒；,4,衬套；,5,中间轴；,6,紧固螺母；,7,挂轮架,3.,换向机构,换向机构用来变换机床执行件的运动方向。,换向机构类型很多，常用的有滑移齿轮换向机构和圆锥齿轮,离合器换向机构。,图,1-9,滑移齿轮换向机构,图,1-10,圆锥齿轮,-,离合器换向机构,4,变换运动形式机构,变换运动形式机构的作用是把动力源的旋转运动，变换成为执行件所需的直线运动；或将动力源的直线运动变换成旋转运动。,常用的变换运动形式机构有：齿轮齿条机构、丝杠螺母机构和曲柄摇杆机构等。,1,3,机床的传动系统及调整计算,1.3.1,机床的传动系统,1.,传动链,用各种传动元件组成的传动装置，把执行件和动力源联系起来；或将两个有一定运动关系的执行件联系起来，使它们保持一定运动关系的系统，称为传动链。,每一条传动链必定有首端件和末端件,。这两个端件可以是电动机,主轴、电动机,工作台或主轴,刀架等。,用（升）降速机构、变速机构等传动装置，把两端件连接起来，使它们彼此间保持传动联系和一定的运动关系，就成为某一运动的传动链。,它们所保持的运动关系是指：如车床车削加工螺纹时，主轴与刀架间的关系，即主轴旋转一转，刀架带动车刀纵向进给移动一个螺纹导程的距离。,机床的传动链分为外联系传动链和内联系传动链两种。,外联系传动链,:,传动链的传动比误差不会造成工件形状误差的传动链。如车床的主运动传动链，车削外圆柱表面时车床的纵向进给运动传动链等，属于外联系传动链。,内联系传动,:,链传动链的传动比误差会造成工件形状误差的传动链。如车削螺纹时，刀架纵向进给运动，滚切圆柱齿轮时的展成运动传动链等，属内联系传动链。,凡由复合运动形成母线或导线的传动链都是内联系传动链。,机床的运动个数与传动链的数目是相等的。,2,传动系统图,用规定的简单符号（,GB446084,机械制图机构运动简图符号）表示传动系统中，各条传动链首端件与末端件的传动联系和运动关系的图样，称为传动系统图。,传动系统图,用规定符号简明地表示传动系统中，各传动件的类型、连接方式、运动的传动路线，运动的变速、换向、接通和断开方法，及运动调整的有关数据等。,但,不反映各传动件的结构、尺寸大小及其在空间的位置,。,在传动系统图中通常还需标明齿轮和蜗轮的齿数、丝杠的导程和头数、带轮直径、电动机的功率和转速、传动轴的编号等有关数据。,1.3.2,机床的运动调整计算,1,机床的运动调整计算的任务,机床的运动调整计算的任务有两类：,（,1,） 根据传动系统图提供的运动关系，计算执行件的运动速度（如主轴转速）或位移量（如刀架或工作台的进给量）。,（,2,） 根据两执行件所需保持的运动关系，计算传动链中挂轮的传动比，并确定配换齿轮齿数。,2,机床运动调整计算方法和步骤,（,1,）确定传动链的首端件和末端件，如电动机,主轴、主轴,刀架等；,（,2,） 确定首端件和末端件间的运动关系，如电动机,n,（,r/min,）,主轴转速,n,主（,r/min,）、主轴,1,转,刀架移动,f,（,mm,）等；,（,3,）根据传动系统提供的运动联系，列出传动链平衡方程式；,（,4,）根据传动链平衡方程式，推导出计算公式；,（,5,）按计算公式计算出执行件运动速度、位移量、挂轮齿数；,（,6,）对内联系传动链的挂轮传动比、配换齿轮齿数的误差进行验算,。,3,调整计算举例,例,1,：,计算主轴的转速,图,1-10,万能升降台铣床的主传动系统,对于图示齿轮啮合位置，主轴转速为：,例,2,根据图,1-11,所示车螺纹进给传动链，确定挂轮变速机构的换置公式：,（,1,）传动链两端件：主轴,刀架,（,2,）确定计算位移：主轴,1,转,刀架移动,S,（,S,是工件螺纹导程，单位为,mm,）。,（,3,）列运动平衡式,4,）求换置公式 将上式化简整理，得出挂轮变速机构的换置公式为：,如将所需车削的工件螺纹导程的数值代入此换置公式，便可计算出挂轮变速机构的传动比以及各配换齿轮的齿数。例如，,S,=9mm,，则，,即配换挂轮的齿数为：,a=45, b=30, c=60, d=80,根据换置公式的传动比确定配换齿轮齿数的方法有许多种，其中常用的是因子分解法和查表法。,思考题,1 - 1,举例说明通用（万能）机床、专门化机床和专用机床的主要区别是什么,?,各适用 于哪些场合,?,1 - 2,机床型号编制方法是如何对机床进行分类和分组的,?,它有何意义,?,1 - 3,写出下列机床的名称和主参数（第二主参数），并解释机床型号的意义。,X6132,、,X5032,、,CA6140,、,CM6132,、,Z3040,、,L6120,、,B2010A,、,MGB1432,。,1 - 4,小结在教学实习中所获得的感性认识，指出卧式车床、万能升降台铣床、摇臂钻 床及外圆磨床中哪些运动是主运动,?,哪些运动是进给运动,?,1 - 5,指出卧式车床的各条传动链，并简要说明内链与外链的区别。,1 -6,按如图,1 -12,所示传动系统图作下列题目,:,（,1,）写出传动路线表达式,;,（,2,）分析主轴的转速级数,;,（,3,）计算主轴的最高和最低转速。,1 -7,按如图,1 -13,所示传动系统图，试计算,:,（,1,）轴,A,的转速（,r/min,）,;,（,2,）轴,A,转,1,转时，轴,B,转过的转数,;,（,3,）轴,B,转,1,转时，螺母,C,移动的距离。,