第五章传统制造技术1介绍ppt课件.ppt

第五章 传统制造技术,传统制造技术通常指切削和磨削加工技术。 这两种加工方法是机械制造应用最多、最广、最为主要的金属切削加工方法（占机械制造的30%-40%）。,第一节 切削加工,1,第二节 通用机床,2,第三节 专用机床,3,第四节 数控机床,4,第五节 加工中心,5,第六节 柔性制造系统,6,第一节 切削加工,切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。 .,一、切削加工的概念,切削加工基本条件,基本条件,切削刀具 具有锋利的刃口，材质坚硬、耐磨；其切削方式由其结构和机床运动形式决定。,被加工零件 通常由基本的几何表面组成,切削运动 是指在金属切削机床上切削工件时，刀具与工件之间的相对运动。,刀具,工件,切削运动,第一节 切削加工,第一节 切削加工,第一节 切削加工,用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、锯切等。 用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。.,拉削,用拉刀在拉力作用下作轴向运动，加工工件内、外表面的方法,珩磨,用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力，珩磨工具或工件同时作相对旋转和轴向直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法。,第一节 切削加工,切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时代。商代中期使用研磨法加工铜镜。西汉时期，使用加沙研磨“金缕玉衣”。.,二、切削加工的历史,第一节 切削加工,.,第一节 切削加工,17世纪中叶，中国开始用畜力代替人力驱 动刀具进行切削加工。18世纪后半期使用蒸汽作为切削加工动力。19世纪70年代使用电力作为切削加工动力。.,第一节 切削加工,1.按工艺特征分类 工艺特征取决于切削工具的结构及切削工具与工件的相对运动形式。 常分为车削、铣削、钻削、镗削、绞削、刨削、插削、拉削、锯切、研磨、珩磨 、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、人工刮削等。.,三、切削加工的分类,第一节 切削加工,2.按材料切除率和加工精度分类 常分为粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修饰加工、超精密加工等.,3.按表面形成方法分类 常分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法。.,第一节 切削加工,切削加工质量主要指工件的加工精度和表面质量。包括表面粗糙度、残留应力和表面硬化。影响切削加工质量的主要因素有：机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法、加工环境等。.,四、切削加工质量,第一节 切削加工,非金属材料有木材、塑料、橡胶、大理石等。非金属材料的加工方法因其材料各异。.,五、非金属材料的切削加工,木材：主要在各种木工机床上加工。加工方法有：锯切、刨削、车削、铣削、钻削。玻璃：切割、钻孔、研磨、抛光等大理石：切割、车削、钻孔、刨削、研磨、 抛光等塑料：切削、钻孔、磨削等.,第一节 切削加工,机床是对金属（或其它材料）的坯料（或工件）进行加工（包括成形加工、切削加工或特种加工），使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器，是机械制造装备的一个分支。,六、切削加工所用的机器-机床,第一节 切削加工,1.机床的起源与发展.,第一节 切削加工,1.机床的起源与发展.,第一节 切削加工,2.机床的分类 按加工方式或加工对象分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨床、拉床、特种加工机床、锯床等 按工件大小和机床重量可分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床.,第一节 切削加工,2.机床的分类 按加工精度可分为普通精度机床、精密机床和超精度机床 按自动化程度可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床 按机床的自动控制方式分为仿形机床、程序控制机床、数字控制机床、适应控制机床、加工中心和柔性制造系统.,第一节 切削加工,3.机床的构造 机床由动力系统、传动系统、操纵控制系统、执行末端件、支承部件。 对于切削机床还包括刀具系统或储存刀具的部件、润滑系统、冷却系统、机床附属装置。.,第一节 切削加工,4.机床技术水平的发展趋势 对于复杂零件、难加工零件加工工艺的创新，及开放式数控系统的发展、新颖刀具技术的革新，在确保精度的基础上，机床向着复合化方向发展。.,第二节 通用机床,车床能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序的加工，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹. 采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。.,一、车床,第二节 通用机床,1.车床的产生与发展1845年美国的菲奇发明了转塔车床1848年又出现回轮车床1873年美国的斯潘塞制成单轴自动车床20世纪初出现电机带动有齿轮变速箱的车床20世纪60年代起数控车床,第二节 通用机床,2.车床的分类 （1）普通车床 （2）转塔车床和回转车床 （3）多刀半自动车床 （4）仿形车床 （5）立式车床,普通车床,转塔车床,立式车床,仿形车床,3.车床的总布局,主电机及变速机构,挂轮箱,床头箱,进给箱,卡盘,中心架,溜板箱,尾架,丝杆,光杆,第二节 通用机床,铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。 铣床可以加工平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴及比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。.,二、铣床,第二节 通用机床,1.铣床的发展历史1818年美国惠特尼创制卧式铣床1862年美国布朗创制万能铣床（铣螺旋槽）1884年龙门铣床20世纪20年代半自动铣床20世纪70年代数控铣床,第二节 通用机床,2.铣床的分类通常按布局形式和使用范围分为：升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床、单臂铣床、仿形铣床、工具铣床等,升降台铣床,主轴箱,主轴,横溜板,工作台,升降台,底座,铣床的基本结构,龙门铣床,第二节 通用机床,刨床是用刨刀对工件进行刨削加工的机床。 刨床主要用于加工平面和沟槽。其主运动和进给运动都是直线运动。 主要分为龙门刨和牛头刨。.,三、刨床,牛头刨床:刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件,龙门刨床:工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件,牛头刨床,龙门刨床,第二节 通用机床,钻床是加工孔的机床。 加工时工件固定在工作台上不动，刀具在旋转主运动的同时，还沿其轴线移动，完成进给运动。 在钻床上，可进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻丝、锪端面等.,四、钻床,第三节 专用机床,钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床和其它专门化钻床.,第二节 通用机床,第三节 专用机床,专用机床是专门为了某一种零件的某一道特定工序专门设计的机床。工艺范围较窄，通常适用于大批量生产。.,第三节 专用机床,组合机床是根据零件的加工要求，以标准化的通用部件为基础，配以少量按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动高效专用机床。.,一、组合机床的工艺范围和特点,第三节 专用机床,组合机床的工艺范围：铣平面、车平面、锪平面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角切槽、攻螺纹等适合加工箱体类及盘类零件。.,第三节 专用机床,组合机床的特点： （1）设计、制造周期短，便于使用维修，成本低 （2）加工效率高 （3）加工精度稳定 （4）自动化程度高，劳动强度低 （5）配置灵活.,1.组成 组合机床一般由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱、滑台及中间底座等通用部件及多轴箱、夹具等主要专用部件组成。,第三节 专用机床,发电机主轴机床,第三节 专用机床,2.配置形式 可分为单工位组合机床和多工位组合机床。 单工位组合机床：加工时工件安装在机床的固定夹具里不动，由动力部件移动完成各种加工。 多工位组合机床有2个或2个以上的加工工位。.,第四节 数控机床,数控技术的基本概念数字控制：是一种借助数字化信息（数字、符号）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）发出指令并实现自动控制的技术。数控系统：采用数字控制技术的自动控制系统。数控机床：采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。,第四节 数控机床,第四节 数控机床,一、数控机床的发展历史 1947年，美国Parson公司生产直升机机翼检查样板时，提出使用穿孔卡片控制机床。 得到军费支持后，开始研究以脉冲方式控制机床各轴运动，可加工复杂轮廓。 1952年研制出了能进行3轴控制的铣床样机。,第四节 数控机床,采用电子管元件，体积大，造价高，只用于少数行业。 1959年，制成晶体管元件及印刷电路板，使数控机床体积缩小，成本降低。1960年，点位控制数控钻床和直线控制数控铣床得到较快发展。目前，数控技术已应用到各种加工机床中。,第五代：微处理器数控(1974年),第四代：小型机数控(1967年),第三代：集成电路式(1965年),第二代：晶体管分立元件式(1959年),第一代：电子管、继电器式(1952年）,数控系统的产生和发展,目前知名数控系统,日本FANUC,德国西门子SIEMENS,日本三菱MITSUBISHI,日本山崎马扎克(MAZAK),西班牙发格(FAGOR),华中数控系统,广州数控系统,国内知名：,第四节 数控机床,第四节 数控机床,二、数控机床的特点 1.加工精度高，具有稳定的加工质量； 2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）； 5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 6.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。,第四节 数控机床,三、数控机床的构成 主要由机床主体、数控装置、伺服驱动装置、辅助装置构成。,数控机床的工作过程,数控机床仍采用刀具和磨具对材料进行切削加工，这点在本质上和普通机床并无区别。但在如何控制切削运动等方面则与传统切削加工存在本质上的差别，如下图。,零件图,编制工艺卡,工人操作机床,编制程序,零件图,键盘输入,加工运动,数控装置,伺服装置,加工运动,检测,(a)普通机床加工,(b)数控机床加工,信息反馈,第四节 数控机床,四、数控加工的基本原理 一般情况下，用户程序给出轨迹的起点和终点以及轨迹的类型，并规定其走向，由数控系统在控制过程中计算出轨迹运动的各个中间点，这个过程称为插补，即“插入”、“补上”轨迹运动的各个中间点。,第五节 加工中心,第五节 加工中心,一、加工中心的特点和分类1.特点 加工中心是数控机床的一种，通常指具有刀库和自动换刀功能的数控铣床。 工件在加工中心上一次装夹之后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。,第五节 加工中心,可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。,第五节 加工中心,2.加工中心发展20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。,第五节 加工中心,二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有子管数控系统的数控床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。 90年代初可以制造加工中心。,第五节 加工中心,3.加工中心分类 按主轴的布置方式分为:立式、卧式。 卧式加工中心一般有分度转台，可加工工件的各个侧面，也可做多个坐标的联合运动。 立式加工中心一般不带转台，仅做顶面加工。,4.加工中心的组成,基础部件： 基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组成； （一般为铸铁）,主轴部件： 主轴部件由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零部件组成，主轴是加工中心切削加工的功率输入部件，它的起动、停止、变速、换向等都由数控系统控制。主轴的旋转精度和定位精度是影响加工精度的重要因素。,数控系统： 数控系统由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动系统等组成。,自动换刀系统： 由刀库和换刀装置组成。工件在一次装夹后，可连续完成对工件表面自动进行钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工步的加工。,辅助装置： 润滑、冷却、排屑、液压、气动等,第五节 加工中心,二、车削中心车削中心是在数控车床的基础上，配置刀库和机械手，使之可选择使用的刀具数量大大增加。车削中心主要以车削为主，还可以进行铣、钻、扩、铰、攻螺纹等加工。其加工对象主要有：复杂零件的锥面、复杂曲线为母线的回转体。在车削中心上还能进行钻径向孔、铣键槽、铣凸轮槽和螺旋槽、锥螺纹和变螺距螺纹等加工。,第五节 加工中心,车削中心一般还具有以下两种先进功能。 1)动力刀具功能。即刀架上某些刀位或所有的刀位可以使用回转刀具(如铣刀、钻头)通过刀架内的动力使这些刀具回转。 2)c 轴位置控制功能。即可实现主轴周向的任意位置控制。实现XC、ZC联动。另外，有些车削中心还具有Y 轴功能。,车削中心,第五节 加工中心,三、钻削中心 可进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及连续轮廓控制铣削的数控机床。 主要用于航空航天、汽车机车、仪器仪表、轻工纺织、电子电器和机械制造等行业的中小型箱体、盖、板壳，盘等零件的加工。,钻削中心,第六节 柔性制造系统,一、柔性制造系统的基本概念 在成组技术的基础上，以多台(种)数控机床或数组柔性制造单元为核心，通过自动化物流系统将其联接，统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统。,二、FMS的发展历史1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成 。,第六节 柔性制造系统,1967年，美国的怀特森斯特兰公司建成Omniline I系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。,第六节 柔性制造系统,1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。柔性制造单元(FMC)一般由1-2台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。,第六节 柔性制造系统,1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。,第六节 柔性制造系统,三、FMS应具备的功能 1.自动加工功能 2.自动搬运和储料功能 3.自动监控和诊断功能 4.信息处理功能,第六节 柔性制造系统,四、FMS的组成及技术特点 1.标准的数控机床或制造单元。 2.一个在机床和装夹工位之间运送零件和刀具的传送系统。 3.一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的总监控系统。 4.中央刀具库及其管理系统。 5.自动化仓库及其管理系统。,第六节 柔性制造系统,五、FMS的经济效益 1.操作人员减少50%。 2.制造时间减少60%。 3.机床台数减少50%。 4.机床利用率达到60%80%。 5.成本降低60%。,第六节 柔性制造系统,Thank You !,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,