机械制造技术基础第三章 金属切削机床,2015-2016学年 秋季学期,主要内容,金属切削机床部件,常见金属切削机床,1,2,二十一世纪制造业我国的支柱产业之一；我国是制造业发展的重要基地。1) 在工业、农业、国防和科研领域中，在人们的日常生活里，大量使用着各种各样的机器、仪器、工具等，这些机器、仪器等又大多是以金属零件所组成。零件的制造方法有很多，如铸造、锻造、焊接、冲压等。但凡属尺寸精度、几何精度、位置精度要求较高，表面粗糙度要求较细的零件，一般都要求用切削加工的方法制造。金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯（或半成品）加工成机器零件的机器。2) 金属切削机床是加工机器零件的主要设备。担负的工作量，约占机器总制造工作量的4060，机床的技术水平直接影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 3) 一个国家机床工业的技术水平，机床拥有量及现代化程度，是衡量这个国家工业生产能力和技术水平的重要标志之一。,国民经济中的地位,1、从商品生产的发展看机床的变革 普通机床：单件小批量生产 专用机床，刚性自动线：少品种大批量生产 数控机床，柔性自动线：多品种小批量生产,机床的发展概况,2、从基础科学的应用看机床的发展 经典力学的应用：牛顿力学，流体力学（普通） 光学、电学的运用：光学定位、测量技术、电气控制（坐标） 控制理论，信息技术的应用：数控技术、专家系统与人工智能（数控） 效率优先与适度自动化理念（新概念）,机床的发展概况,3、现代机床的发展趋势：,1）多样化 精密化 高效化 自动化 柔性化； 2）数控机床的比重迅速上升； 3）机械部件的比重不断下降 ，电子硬件和软件的比重不断上升； 金属切削机床是人类在改造自然的长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上产生和发展起来的。,现代机床的发展趋势,世界机床工业先进水平： 数控普及率80、联动轴数19、分辨率:0.01m、规格为大型、精密型我国机床工业的水平： 起点较低，差距较大，进步很快；我国机床工业水平:数控普及率5、联动轴数6、分辨率1m、规格为中小型和经济型。,现代机床的发展趋势,一、机床的基本组成,金属切削机床部件,（1）动力源 为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分，如电动机、液压泵、液压马达等；,（2）传动系统 包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱、主轴箱等；,金属切削机床部件,（3）支承件 用于安装和支承其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、立柱；,金属切削机床部件,（4）工作部件 1）与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件，例如，主轴、工作台及滑台、刀架及其溜板等；,2）与工件和刀具安装及调整有关的部件及装置，如自动上下料、自动换刀等； 3）与上述部件及装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。 主要是旋转运动和直线运动，大多含有轴承和导轨。,金属切削机床部件,（5）控制系统 用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统、及液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，包括数控装置、主轴及进给伺服单元、可编程控制器和输入输出装置等；,金属切削机床部件,（6）冷却系统 用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却；,（7）润滑系统 用于对机床的运动副（如轴承、导轨等）进行润滑、以减小摩擦、磨损和发热；,（8）其他系统 如排屑装置、自动测量装置等；,二、机床的运动,金属切削机床部件,表面成形运动和辅助运动 表面成形运动形成发生线的运动。按组成情况不同,可分为: 简单成形运动和复合成形运动。,如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。,如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。,金属切削机床部件,(2) 辅助运动 实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件，如切入运动、切出运动、调整运动、分度运动以及其他各种空行程运动。,金属切削机床部件,（3） 传动链和传动原理图 由动力源-传动装置-执行件或执行件-传动装置-执行件构成的传动联系，称为传动链。按传动链的性质不同可分为 : 1）外联系传动链 联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得一定的速度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状和精度。 外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传动副(链传动、带传动）。如普通车床在电动机与主轴之间的传动链就是外联系传动链。,金属切削机床部件,2）内联系传动链 联系一个执行机构和另一个执行机构之间运动的传动链。它决定着加工表面的形状和精度，对执行机构之间的相对运动有严格要求 。因此，内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链传动） 。 车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。,金属切削机床部件,三、机床技术性能指标,金属切削机床部件,（1）机床工艺范围指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具。,较宽的工艺范围，可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。,通用机床？ 专用机床？ 数控机床？,为特定零件的特定工序而设计，自动化程度和生产率高。,较宽工艺范围，满足较高精度要求，并可实现自动化加工。,金属切削机床部件,（2） 机床的技术参数1）尺寸参数 具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数；2）运动参数 指机床执行件的运动速度，如主轴最高转速和最低转速、最大最小进给量；3）动力参数 指机床电动机的功率。,金属切削机床部件,金属切削机床部件,金属切削机床部件,四、机床精度与刚度,金属切削机床部件,（1）几何精度机床在空载条件下，在不运动（主轴不转或工作台不移动等情况下）会运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。直接影响加工工件精度，评价机床质量的基本指标。因素：结构设计、制造和装配质量。,普通精度级、精密级和高精度级 1 ： 0.4 ： 0.25 （标准）,金属切削机床部件,（2）运动精度机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。,（3）传动精度机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。因素：传动系统的设计、传动元件的制造和装配精度。,金属切削机床部件,（4）定位精度机床的定位部件到达规定位置的精度。直接影响被加工工件的尺寸精度和形位精度。,（5）加工精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。因素：机床自身精度、热变形、系统刚度等。,（6）精度保持性规定的工作期间内保持机床所要求的精度。因素：磨损。,金属切削机床部件,机床刚度 机床系统抵抗变形的能力。,1）静载荷-静刚度 2）动载荷-动刚度,1）基本分类方法 机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制订的机床型号编制方法，机床共分为： 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、特种机床、锯床和其它机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。,金属切削机床部件,四、机床的分类与型号,（1）机床的类型,2）其他分类方法 按万能程度分: 通用机床、专门化机床、专用机床； 按工作精度分：普通精度机床、精密机床、高精度机床； 按重量和尺寸分： 仪表机床 、 中型机床、 大型机床机床（质量20t)、 重型机床（质量 30t)、 超重型机床（质量 100t ）； 按机床主要器官数目分：单轴、多轴、单刀、多刀机床等；按自动化程度分：普通、半自动、自动机床。,金属切削机床部件,（2）机床的型号编制通用机床的型号编制 按GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法,金属切削机床部件,金属切削机床部件,1）机床的类别代号 用该类机床名称汉语拼音的第一个字母（大写）表示 。,金属切削机床部件,2）机床的特性代号 用汉语拼音字母表示通用特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有如表中所列的各种通用特性时，则在类别代号之后加上相应的特性代号。结构特性代号 为了区别主参数相同而结构不同的机床。,金属切削机床部件,3）机床的组别、系别代号 用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别，后一位表示系别。注：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。 每一组又分为若干个系（系列）。 凡主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的和相对的运动特点基本相同，且基本结构及布局形式也相同的机床，即为同一系。,4）机床主参数、设计顺序号和第二主参数 机床主参数代表机床规格的大小，在机床型号中，用阿拉伯数字给出主参数的折算值（110或1100）。 第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度工作台工作面长度等。第二主参数也用折算值表示。5）机床的重大改进顺序号，序号按A、B、C、等字母的顺序选用。6）其他特性代号 7）企业代号,金属切削机床部件,例题： CA6140型卧式车床,金属切削机床部件,例题： X62型卧式铣床,金属切削机床部件,例题： Z525型立式钻床,金属切削机床部件,例题： MG1432A型高精度万能外圆磨床,金属切削机床部件,例题： Y3150E型滚齿机,金属切削机床部件,一、传动系统,金属切削机床部件,一般由动力源、变速装置、执行件、制动以及控制装置组成。,金属切削机床部件,主传动系统：（1）驱动主传动电机交流电动机驱动、直流电动机驱动（2）传动装置类型机械传动、液压传动、电气传动以及各类组合。（3）变速的连续性分级变速：齿轮、离合器（功率大、工作可靠、有速度损失）无级变速：机械摩擦、液压、电气（保持最有利切削速度、实现变速自动化、提高生产率）,金属切削机床部件,金属切削机床部件,进给传动系统：（1）机械进给传动结构复杂、装配工作量大、工作可靠、便于检查维修（2）液压进给传动 （3）电气伺服进给传动,金属切削机床部件,（3）电气伺服进给传动 按有无检测及反馈装置分为开环、闭环和半闭环,1）开环系统 典型的采用步进电机。一个进给脉冲由步进电机直接变换成一个转角，再通过齿轮带动工作台移动。,2）闭环系统反馈信号发生器发出反馈信号，输至比较器，与数控系统发来的指令相比较。检查指令是否被正确地执行，如果有误差，则进行修正。反馈信号是从执行器官（刀架或工作台）处发出。设计全闭环系统应计算其稳定性，在保证有足够稳定性的条件下决定系统的参数。,金属切削机床部件,开环较简单。但如果负荷突然加大，或者脉冲频率变化剧烈，则执行器官的运动有可能发生误差，这就是常说的“失步”现象。在数控机床发展的初期（ 50 年代和 60 年代初，开环曾被广泛地采用。后因“失步”现象未解决而逐步让位于半闭环和闭环。近年来，步进电机技术有了很大的发展。今后开环系统仍有可能占有一席之地。,闭环特点 ：位移精度主要取决于检测装置的精度，系统结构复杂，造价高。,金属切削机床部件,3）半闭环系统反馈信号是从伺服电动机轴或传动机构（图中以滚珠丝杠为代表）处发出，不能纠正丝杠的导程误差和丝杠轴承的轴向跳动以及受力后丝杠、轴承的变形，因而精度比全闭环要低一些，设计半闭环系统主要考虑保证系统的定位精度,