机械制造技术基础课件版第三章金属切削机床第12节.pptx

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1、,第 4 版,机械制造技术基础,第 4 版机械制造技术基础,机械制造技术基础,03,第三章,金属切削机床,机械制造技术基础03第三章金属切削机床,目录概述金属切削机床部件常见的金属切削机床010203数控机,概述,第一节,一、机床的基本组成(1)动力源为机床提供动力(功率)和运动的驱动部分,如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、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、进给箱等部件,有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。(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、立柱等。支承件是机床的基础构件,又

2、称机床大件或基础件。,概述第一节一、机床的基本组成,概述,第一节,(4)工作部件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,主轴及主轴箱、工作台及其滑板或滑座、刀架及其滑板以及滑枕等,安装工件或刀具的部件;与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置,如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等;与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。,概述第一节(4)工作部件,概述,第一节,(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,有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统,它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统(伺服单元)、可编程序控制器和输入

3、输出装置等。(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)其他装置如排屑装置、自动测量装置等。,概述第一节(5)控制系统,概述,第一节,二、机床的运动1.表面形成运动表面形成运动是机床最基本的运动,又称工作运动。表面形成运动包括主运动和进给运动,这两种不同性质的运动和不同形状的刀具配合,可以实现轨迹法、成形法和展成法等各种不同的加工方法,构成不同类型的机床。一般来说,工具形状越复杂,机床所需的表面形成运动就越简单。例如,拉床主运动由拉刀直线运动实现且无进给运动(其进给运动由拉刀切削齿齿升

4、量实现)。主运动和进给运动的形式和数量取决于工件要求的表面形状和所采用的工具的形状。通常,机床主要采用结构上易于实现的旋转运动和直线运动实现表面形成运动,且主运动只有一个,进给运动可有一个或几个。,概述第一节二、机床的运动,概述,第一节,2.辅助运动机床在加工过程中,加工工具与工件除工作运动以外的其他运动称为辅助运动。辅助运动用以实现机床的各种辅助动作,主要包括以下几种:(1)切入运动用于保证工件被加工表面获得所需要的尺寸,使工具切入工件表面一定深度。有些机床的切入运动属于间歇运动形式的进给(吃刀)。数控机床的切入运动可通过控制相应轴的进给来实现,例如数控车床的X轴进给。,概述第一节2.辅助运

5、动,概述,第一节,(2)各种空行程运动空行程运动主要是指进给前后的快速运动。例如:趋近进给前加工工具与工件相互快速接近的过程;退刀进给结束后加工工具与工件相互快速离开的过程;返回退刀后加工工具或工件回到加工前位置的过程。(3)其他辅助运动包括分度运动、操纵和控制运动等,例如刀架或工作台的分度转位运动,刀库和机械手的自动换刀运动,变速、换向,部件与工件的夹紧与松开,自动测量、自动补偿等。,概述第一节(2)各种空行程运动,概述,第一节,三、机床技术性能指标1.机床的工艺范围机床的工艺范围是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,使用什么刀具等。不同的机床,有宽窄不同的工艺范围。通用机

6、床具有较宽的工艺范围,在同一台机床上可以满足较多的加工需要,适用于单件小批生产。专用机床是为特定零件的特定工序而设计的,自动化程度和生产率都较高,但它的加工范围很窄。数控机床则既有较宽的工艺范围,又能满足零件较高精度的要求,并可实现自动化加工。,概述第一节三、机床技术性能指标,概述,第一节,2.机床的技术参数机床的主要技术参数包括:尺寸参数、运动参数与动力参数。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。各类机床的主参数和第二主参数我国已有统一规定。运动参数机床执行件的运动速度,例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量(或进给速度)。

7、动力参数机床电动机的功率,有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其他内容。,概述第一节2.机床的技术参数,概述,第一节,四、机床精度加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度,并能在机床长期使用中保持这些要求,机床本身必须具备的精度称为机床精度。1.几何精度几何精度是指机床空载条件下,在不运动(机床主轴不转或工作台不移动等情况下)或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。如导轨的直线度、主轴径向跳动及轴向窜动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。几何精度直接影响加工工件的精度,是评价机床质量的基本指标。它主要决定于结构设计、制造和装配质量。,概述第一节四、机床

8、精度,概述,第一节,2.运动精度运动精度是指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。如高速回转主轴的回转精度。对于高速精密机床,运动精度是评价机床质量的一个重要指标。它与结构设计及制造等因素有关。3.传动精度传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计、传动元件的制造和装配精度。,概述第一节2.运动精度,概述,第一节,4.定位/重复定位精度定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和几何精度。重复定位精度是指机床的定位部件反复多次运动到规定位置时精度的一致程度。它影响一批零件加工的一

9、致性。机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性,机床测量系统的精度都将影响机床定位精度和重复定位精度。,概述第一节4.定位/重复定位精度,概述,第一节,5.工作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。工作精度是各种因素综合影响的结果,包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。6.精度保持性在规定的工作期间内,保持机床所要求的精度,称为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。磨损的影响因素十分复杂,如结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护、使用条件等。,概述第一节5.工作精度,概述,第一节,五、机床刚度机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。作用在机床

10、上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等。按照载荷的性质不同,可分为静载荷和动载荷,即不随时间变化或变化极为缓慢的力称为静载荷,如重力、切削力的静力部分等。凡随时间变化的力如冲击振动力及切削力的交变部分等称为动态力。故机床刚度相应地分为静刚度及动刚度,后者是抗振性的一部分,习惯所说刚度一般指静刚度。,概述第一节五、机床刚度,概述,注意: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“”符号的,为大写的汉语拼音字母;有“”符号的,为阿拉伯数字;有“”符号的,为大写的汉语拼音字母,或阿拉伯数字,或两者兼有之。,第一节,六、机床型号的编制(1)型号表示方

11、法型号由基本部分和辅助部分组成,中间用“/”隔开,读作“之”。前者需统一管理,后者纳入型号与否由企业自定。型号构成如下:,概述第一节六、机床型号的编制,概述,第一节,(2)机床的分类及代号需要时,类以下还可分为若干分类,分类代号用阿拉伯数字表示,放在类代号之前,作为型号的首位,但第一分类不予表示。如磨床类机床就有M、2M、3M三个分类。机床的组别代号用一位阿拉伯数字表示,位于类代号或通用特性、结构特性代号之后。机床的系代号用一位阿拉伯数字表示,位于组代号之后。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。每组机床又分若干个系(系列)。系的划分原则是:主参数相同,并按一定公比排列

12、,工件和刀具本身及其特点基本相同,且基本结构及布局形式也相同的机床,即为同一系。,概述第一节(2)机床的分类及代号,概述,第一节,(3)机床的特性代号当某类型机床除有普通型外,还具有某种通用特性时,则在类代号之后加上通用特性代号。若仅有某种通用特性,而无普通型者,则通用特性不必表示。对主参数相同而结构、性能不同的机床,在型号中加结构特性代号予以区分。结构特性代号为汉语拼音字母,位置排在类代号之后,当型号中有通用特性代号时,排在通用特性代号之后。,概述第一节(3)机床的特性代号,概述,第一节,表3-2通用特性代号,表3-1机床的分类和代号,概述第一节表3-2通用特性代号类别车床钻床镗床磨床齿轮,

13、概述,第一节,(4)机床主参数、第二主参数和设计顺序号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如1/10等)表示。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。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。,概述第一节(4)机床主参数、第二主参数和设计顺序号,概述,第一节,(5)机床的重大改进顺序号当机床的性能及结构布局有重大改进,并按新产品重新设计、试制和鉴定时,在原机床型号基本部分的尾部,加重大改进顺序号,以区别于原机床型号。序号按A、B、C等字母的顺序选用(但“I”“O”两个字母不得选用)。(6)同

14、一型号机床的变型代号某些机床,根据不同的加工需要,在基本型号机床的基础上,仅改变机床的部分结构时,则在原机床型号之后加1、2、3等变型代号,并用“/”分开(读作“之”),以示区别。,概述第一节(5)机床的重大改进顺序号,概述,第一节,概述第一节例3-1CA6140型卧式车床例3-2M,谢谢,谢谢,金属切削机床部件,第二节,一、传动系统1.主传动系统(1)按驱动主传动的电动机类型 单速交流电动机驱动交流电动机驱动 多速交流电动机 调速交流电动机驱动 无级调速交流电动机驱动(变频调速)直流电动机驱动,金属切削机床部件第二节一、传动系统,金属切削机床部件,第二节,(2)按传动装置类型机械传动装置液压

15、传动装置电气传动装置上述组合装置,金属切削机床部件第二节(2)按传动装置类型,金属切削机床部件,第二节,(3)按变速的连续性分级变速传动（ 2030级）：滑移齿轮变速 交换齿轮变速 离合器变速无级变速传动：机械摩擦无级变速器 液压无级变速器 电气无级变速器,优点：传递功率较大变速范围广传动比准确工作可靠,应用：通用机床尤其是中小型通用机床,缺点：速度损失不能在运转中变速,优点：连续改变转速 运转中变速 负载作用下变速,金属切削机床部件第二节(3)按变速的连续性优点：应用：缺,金属切削机床部件,第二节,2.进给传动系统电气伺服系统数控装置和机床之间的联系环节,是以机械位置或角度作为控制对象的自动

16、控制系统,其作用是接收来自数控装置发出的进给脉冲,经变换和放大后驱动工作台按规定的速度和距离移动。(1)电气伺服进给传动系统的控制类型开环系统闭环系统半闭环系统,金属切削机床部件第二节2.进给传动系统,金属切削机床部件,第二节,1)开环系统典型的开环伺服系统采用步进电动机。开环系统对工作台实际位移量没有检测和反馈装置。数控装置发来的每一个进给脉冲由步进电动机直接变换成一个转角(步距角),再通过齿轮(或同步带、滚珠丝杠螺母)带动工作台移动。,图3-1开环伺服系统,金属切削机床部件第二节1)开环系统图3-1开环伺服系统,金属切削机床部件,第二节,2)闭环系统在闭环系统中,使用位移测量元件测量机床执

17、行部件的移(转)动量,将执行部件的实际移(转)动量和控制量进行比较,比较后的差值用信号反馈给控制系统,对执行部件的移(转)动进行补偿,直至差值为零。,图3-2闭环系统1数控装置2伺服电动机3齿轮4丝杠5工作台6检测元件,金属切削机床部件第二节2)闭环系统图3-2闭环系统,金属切削机床部件,第二节,3)半闭环系统如果检测元件不是直接安装在执行部件上,而是安装在进给传动系中间部位的旋转部件上,称为半闭环系统。图a所示是将检测元件安装在伺服电动机的端部;图b所示是将检测元件安装到丝杠的端部,用测量丝杠的转动间接测量工作台的移动;图c所示是将检测元件和伺服电动机一起安装在丝杠的端部。,图3-3半闭环系

18、统a)伺服电动机反馈b)、c)从动杠反馈1反馈装置2伺服电动机3齿轮4丝杠螺母传动5工作台,金属切削机床部件第二节3)半闭环系统图3-3半闭环系统,金属切削机床部件,第二节,开环伺服系统的精度取决于步进电动机的步距角精度、步进电动机至执行部件间传动系的传动精度。这类系统定位精度较低（ (0.010.02)mm ）,但系统简单,调试方便,成本低,适用于精度要求不高的数控机床中。闭环控制可以消除整个系统的误差、间隙和失动,其定位精度取决于检测装置的精度,其控制精度、动态性能等较开环系统好;但系统比较复杂,安装、调整和测试比较麻烦,成本高,多用于精密型数控机床上。半闭环系统的精度比闭环差。由于惯性较

19、大的工作台在闭环之外,系统稳定性较好。与闭环相比,半闭环系统结构简单、调整容易、价格低,所以应用较多。,金属切削机床部件第二节开环伺服系统的精度取决于步进电动机的步,金属切削机床部件,第二节,(2)电气伺服进给系统驱动部件步进电动机直流伺服电动机交流伺服电动机1)步进电动机步进电动机又称脉冲电动机,是将电脉冲信号变换成角位移(或线位移)的一种机电式数-模转换器。它每接收数控装置输出的一个电脉冲信号,电动机轴就转过一定的角度,称为步距角。步距角一般为0.53,角位移与输入脉冲个数呈严格的比例关系,步进电动机的转速与控制脉冲的频率成正比。,金属切削机床部件第二节(2)电气伺服进给系统驱动部件,金属

20、切削机床部件,第二节,2)直流伺服电动机小惯量直流电动机优点：转子直径较小、轴向尺寸大。长径比约为5,故转动惯量小,仅为普通直流电动机的1/10左右,因此响应时间快;缺点：额定转矩较小,一般必须与齿轮降速装置相匹配。应用：高速轻载的小型数控机床。大惯量直流电动机（宽调速直流电动机）电励磁永久磁铁励磁优点：电动机频率高、定位精度好、调整简单、工作平稳。缺点：转子温度高、转动惯量大、时间响应较慢。,金属切削机床部件第二节2)直流伺服电动机,金属切削机床部件,第二节,3)交流伺服电动机采用新型的磁场矢量变换控制技术,对交流电动机作磁场的矢量控制;将电动机定子的电压矢量或电流矢量作为操作量,控制其幅值

21、和相位。它没有电刷和换向器,因此可靠性好、结构简单、体积小、质量轻、动态响应好。优点：输出功率高、质量轻、价格低、效率高、调速范围广、响应频率高。缺点：本身虽有较大的转矩-惯量比,但它带动惯性负载能力差,一般需用齿轮减速装置,多用于中小型数控机床。,金属切削机床部件第二节3)交流伺服电动机,金属切削机床部件,第二节,4)直线伺服电动机直线伺服电动机是一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置,是适应超高速加工技术发展的需要而出现的一种新型电动机。直线伺服电动机驱动系统替换了传统的由回转型伺服电动机加滚珠丝杠的伺服进给系统,从电动机到工作台之间的一切中间传动都没有了,可直接驱动工作台进行

22、直线运动,使工作台的加/减速提高到传统机床的1020倍,速度提高34倍。,图3-4直线伺服电动机的型式a)短次级b)短初级1初级2次级,图3-5直线伺服电动机传动示意图1直线滚动导轨2床身3工作台4直流电动机动件(绕组)5直流电动机定件(永磁铁),金属切削机床部件第二节4)直线伺服电动机图3-4直线伺服,金属切削机床部件,第二节,(3)电气伺服进给系统中的机械传动部件机械传动部件主要指齿轮(或同步齿轮带)和丝杠螺母传动副。电气伺服进给系统中,运动部件的移动是靠脉冲信号来控制的,要求运动部件动作灵敏、低惯量、定位精度好,具有适宜的阻尼比及传动机构不能有反向间隙。,图3-6滚珠丝杠螺母副的结构1密

23、封环2、3回珠器4丝杠5螺母6滚珠,金属切削机床部件第二节(3)电气伺服进给系统中的机械传动部件,金属切削机床部件,第二节,二、主轴部件1.主轴部件应满足的基本要求1)旋转精度装配后,在无载荷、低速转动条件下,在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。(2)刚度主轴部件在外加载荷作用下抵抗变形的能力,通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时,在位移方向上所施加的作用力来定义。(3)抗振性抵抗受迫振动和自激振动的能力。在切削过程中,主轴部件不仅受静态力作用,同时也受冲击力和交变力的干扰,使主轴产生振动。(4)温升和热变形主轴部件运转时,因各相对运动处的摩擦生热,切削区的切削热等使主轴部件的温度升

24、高,形状尺寸和位置发生变化,造成主轴部件的所谓热变形。,金属切削机床部件第二节二、主轴部件,金属切削机床部件,第二节,2.主轴部件的传动方式(1)齿轮传动结构简单、紧凑,能传递较大的转矩,能适应变转速、变载荷工作,应用最广。缺点是线速度不能过高,通常小于1215m/s,不如带传动平稳。(2)带传动常用的有平带、V带、多楔带和同步带等。带传动的特点是靠摩擦力传动(除同步带外)、结构简单、制造容易、成本低,特别适用于中心距较大的两轴间传动。传动带有弹性可吸振,传动平稳,噪声小,适宜高速传动。带传动在过载中会打滑,能起到过载保护作用,缺点是有滑动,不能用在速比要求准确的场合。,图3-7同步带传动a)

25、同步带传动b)同步带结构1包步层2带齿3带背4承载绳,金属切削机床部件第二节2.主轴部件的传动方式图3-7同步,金属切削机床部件,第二节,(3)电动机直接驱动方式如果主轴转速不算太高,采用普通异步电动机直接带动主轴,如平面磨床的砂轮主轴。如果转速很高,可将主轴与电动机制成一体,成为主轴单元。主轴单元大大简化了结构,有效地提高了主轴部件的刚度,降低了噪声和振动;有较宽的调速范围;有较大的驱动功率和转矩;便于组织专业化生产。因此广泛地用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。,图3-8高速内圆磨床的主轴单元,金属切削机床部件第二节(3)电动机直接驱动方式如果主轴转,金属切削机床部件,第二节,3.主轴

26、部件结构(1)主轴的支承形式多数机床的主轴采用前、后两个支承。这种方式结构简单,制造装配方便,容易保证精度。为提高主轴部件的刚度,前后支承应消除间隙或预紧。为提高刚度和抗振性,有的机床主轴采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承,中间支承为辅助支承;也可以前、中支承为主要支承,后支承为辅助支承。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高,制造装配较复杂。主支承也应消除间隙或预紧,“辅助”支承则应保留一定的径向游隙或选用较大游隙的轴承。,金属切削机床部件第二节3.主轴部件结构,金属切削机床部件,第二节,(2)主轴的构造主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型

27、、数量、位置和安装定位方法等。主轴一般为空心阶梯轴,前端径向尺寸大,中间径向尺寸逐渐减小,尾部径向尺寸最小。,图3-9车床主轴简图,金属切削机床部件第二节(2)主轴的构造图3-9车床主轴,金属切削机床部件,第二节,(3)主轴的材料和热处理主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。普通机床主轴可选用中碳钢(如45钢),调质处理后,在主轴端部、锥孔、定心轴颈或定心锥面等部位进行局部高频淬硬,以提高其耐磨性。只有载荷大和有冲击时,或精密机床需要减小热处理后的变形时,或有其他特殊要求时,才考虑选用合金钢。当支承为滑动轴承,则轴颈也需淬硬,以提高耐磨性。对于高速、高效、高精

28、度机床的主轴部件,热变形及振动等一直是国内外研究的重点课题,特别是对高精度、超精密加工机床的主轴。据资料介绍,目前出现了一种称为玻璃陶瓷(Zerodur)的材料,又称微晶玻璃的新材料,其线胀系数几乎接近于零,是制作高精度机床主轴的理想材料。,金属切削机床部件第二节(3)主轴的材料和热处理,金属切削机床部件,第二节,(4)主轴轴承滚动轴承液体动压轴承液体静压轴承空气静压轴承自调磁浮轴承主轴部件主支承常用滚动轴承有角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、陶瓷滚动轴承等。,图3-10典型的主轴轴承a)、b)双列短圆柱滚子轴承c)双列空心圆锥滚子轴承d)单列空心圆锥滚子轴承e)圆锥轴

29、承f)双列圆锥轴承g)双向推力角接触球轴承h)角接触球轴承1、4内圈2外圈3隔套,金属切削机床部件第二节(4)主轴轴承图3-10典型的主,金属切削机床部件,第二节,三、机床支承件1.支承件应满足的基本要求：1)应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比。2)应具有较好的动态特性,包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼;整机的低阶频率较高,各阶频率不致引起结构共振;不会因薄壁振动而产生噪声。3)热稳定性好,热变形对机床加工精度的影响较小。4)排屑畅通、吊运安全,并具有良好的结构工艺性。,金属切削机床部件第二节三、机床支承件,金属切削机床部件,第二节,2.支承件的结构1)箱形类。支承件在三个方向的尺寸上都相

30、差不多,如各类箱体、底座、升降台等。2)板块类。支承件在两个方向的尺寸上比第三个方向大得多,如工作台、刀架等。3)梁支类。支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多,如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。,金属切削机床部件第二节2.支承件的结构,金属切削机床部件,第二节,支承件的截面形状设计是应保证在最小质量条件下,具有最大静刚度。静刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度,均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同,即使同一材料、相等的截面积,其抗弯和抗扭惯性矩也不同。一般而言:1)无论是方形、圆形或矩形,空心截面的刚度都比实心的大,而且同样的断面形状和相同大小的面积,外形尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁

31、厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高。所以为提高支承件刚度,支承件的截面应是中空形状,尽可能加大截面尺寸,在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些。当然壁厚不能太薄,以免出现薄壁振动。,金属切削机床部件第二节支承件的截面形状设计是应保证在最小质,金属切削机床部件,第二节,2)圆(环)形截面的抗扭刚度比方形好,而抗弯刚度比方形低。因此,以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形,并以其高度方向为受弯方向;以承受转矩为主的支承件的截面形状应取圆(环)形。3)封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度,特别是抗扭刚度。设计时应尽可能把支承件的截面做成封闭形状。但是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要,有时不能做成全封闭

32、形状。,图3-11机床床身截面图a)车床类床身b)镗床、龙门刨床类床身c)大型和重型机床类床身,金属切削机床部件第二节2)圆(环)形截面的抗扭刚度比方形好,金属切削机床部件,第二节,3.支承件的材料(1)铸铁一般支承件用灰铸铁制成,在铸铁中加入少量合金元素可提高耐磨性。铸铁铸造性能好,容易获得复杂结构的支承件,同时铸铁的内摩擦力大,阻尼系数大,使振动衰减的性能好,成本低。但铸件需要木模芯盒,制造周期长,有时产生缩孔、气泡等缺陷,成本高,适于成批生产。铸造支承件要进行时效处理,以消除内应力。,金属切削机床部件第二节3.支承件的材料,金属切削机床部件,第二节,(2)钢板焊接结构用钢板和型钢等焊接支

33、承件,其特点是制造周期短,省去制作木模和铸造工艺;支承件可制成封闭结构,刚性好;便于产品更新和结构改进;钢板焊接支承件固有频率比铸铁高,在刚度要求相同的情况下,采用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半,质量减轻20%30%。钢板焊接结构的缺点是钢板材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3,抗振性较铸铁差,为提高机床抗振性能,可采用提高阻尼的方法来改善动态性能。,金属切削机床部件第二节(2)钢板焊接结构,金属切削机床部件,第二节,(3)预应力钢筋混凝土主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍,抗振性好,成本较低。用钢筋混凝土制成支承件时,钢

34、筋的配置对支承件影响较大。一般三个方向都要配置钢筋,总预拉力为120150kN。缺点是脆性大,耐蚀性差,油渗入导致材质疏松,所以表面应进行喷漆或喷涂塑料。,图3-12数控车床的底座和床身示意图1钢筋混凝土底座2内封沙芯床身,金属切削机床部件第二节(3)预应力钢筋混凝土图3-12数,金属切削机床部件,第二节,(4)天然花岗岩天然花岗岩性能稳定,精度保持性好,抗振性好,阻尼系数比钢大15倍,耐磨性比铸铁高56倍,热导率和线胀系数小,热稳定性好,抗氧化性强,不导电,抗磁,与金属不粘合,加工方便,通过研磨和抛光容易得到很高的精度和较低的表面粗糙度。目前用于三坐标测量机、印制电路板数控钻床、气浮导轨基座

35、等。缺点是结晶颗粒粗于钢铁的晶粒,抗冲击性能差,脆性大,油和水等液体易渗入晶界中,使表面局部变形胀大,难以制作复杂的零件。,金属切削机床部件第二节(4)天然花岗岩,金属切削机床部件,第二节,四、机床导轨1.导轨应满足的主要技术要求(1)导向精度(2)承载能力大,刚度好(3)精度保持性好(4)低速运动平稳,金属切削机床部件第二节四、机床导轨,金属切削机床部件,第二节,2.导轨的截面形状和组合形式(1)矩形导轨(图a)上图是凸型,下图是凹型。凸型导轨容易清除掉切屑,但不易存留润滑油;凹型导轨则相反。矩形导轨具有承载能力大、刚度高、制造简便、检验和维修方便等优点;但存在侧向间隙,需用镶条调整,导向性

36、差。适用于载荷较大而导向性要求略低的机床。,图3-13导轨的截面形状a)矩形导轨b)三角形导轨c)燕尾形导轨d)圆柱形导轨,金属切削机床部件第二节2.导轨的截面形状和组合形式图3-1,金属切削机床部件,第二节,2.导轨的截面形状和组合形式(2)三角形导轨(图b)三角形导轨面磨损时,动导轨会自动下沉,自动补偿磨损量,不会产生间隙。三角形导轨的顶角一般在90120范围内变化,角越小,导向性越好,但摩擦力也越大。所以,小顶角用于轻载精密机械,大顶角用于大型或重型机床。三角形导轨结构有对称式和不对称式两种。当水平力大于垂直力,两侧压力分布不均时,采用不对称导轨。,图3-13导轨的截面形状a)矩形导轨b

37、)三角形导轨c)燕尾形导轨d)圆柱形导轨,金属切削机床部件第二节2.导轨的截面形状和组合形式图3-1,金属切削机床部件,第二节,2.导轨的截面形状和组合形式(3)燕尾形导轨(图c)燕尾形导轨可以承受较大的颠覆力矩,导轨的高度较小,结构紧凑,间隙调整方便。但是,刚度较差,加工、检验维修都不大方便。适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。,图3-13导轨的截面形状a)矩形导轨b)三角形导轨c)燕尾形导轨d)圆柱形导轨,金属切削机床部件第二节2.导轨的截面形状和组合形式图3-1,金属切削机床部件,第二节,2.导轨的截面形状和组合形式(4)圆柱形导轨(图d)圆柱形导轨制造方便,工艺性好,但磨损后

38、较难调整和补偿间隙。主要用于受轴向负荷的导轨,应用较少。,图3-13导轨的截面形状a)矩形导轨b)三角形导轨c)燕尾形导轨d)圆柱形导轨,金属切削机床部件第二节2.导轨的截面形状和组合形式图3-1,金属切削机床部件,第二节,机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而成,根据不同的要求,机床导轨主要有如下形式的组合:1)双三角形导轨(图a)。双三角形导轨不需要镶条调整间隙,接触刚度好,导向性和精度保持性好,但是工艺性差,加工、检验和维修不方便。多用在精度要求较高的机床中,如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。,图3-14导轨的组合,金属切削机床部件第二节机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而,金属切削机床部

39、件,第二节,机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而成,根据不同的要求,机床导轨主要有如下形式的组合:2)双矩形导轨(图b、c)双矩形导轨承载能力大,制造简单,多用在普通精度机床和重型机床中,如重型车床、组合机床、升降台铣床等。双矩形导轨的导向方式有两种:由两条导轨的外侧导向时,称为宽式组合（图b ）;分别由一条导轨的两侧导向时,称为窄式组合（图c ）。机床热变形后,宽式组合导轨的侧向间隙变化比窄式组合导轨大,导向性不如窄式。无论是宽式还是窄式组合,侧导向面都需用镶条调整间隙。,图3-14导轨的组合,金属切削机床部件第二节机床直线运动导轨通常由两条导轨组合而,金属切削机床部件,第二节,机床直线运动

40、导轨通常由两条导轨组合而成,根据不同的要求,机床导轨主要有如下形式的组合:3)矩形和三角形导轨的组合这类组合的导轨导向性好,刚度高,制造方便,应用最广,如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。4)矩形和燕尾形导轨的组合这类组合的导轨能承受较大力矩,调整方便,多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。,金属切削机床部件第二节机床直线运动导轨通常由两条导轨组合,金属切削机床部件,第二节,3.导轨的结构类型及特点(1)滑动导轨从摩擦性质来看,滑动导轨具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的滑动速度、润滑油黏度、导轨面的油沟尺寸和形式等有关。速度较高的主运动导轨,如立式车床的工作台导轨,应合理地设计油

41、沟形式和尺寸,选择合适黏度的润滑油,以产生较好的动压效果。为了提高耐磨性,国内外广泛采用塑料导轨和镶钢导轨。塑料导轨是用粘结法或喷涂法覆盖在导轨面上。通常对长导轨采用喷涂法,对短导轨采用粘结法。,优点：结构简单制造方便抗振性良好,缺点：磨损快,金属切削机床部件第二节3.导轨的结构类型及特点优点：缺点：,金属切削机床部件,第二节,(2)静压导轨静压导轨的工作原理同静压轴承相似,通常在动导轨面上均匀分布有油腔和封油面,把具有一定压力的液体或气体介质经节流器送到油腔内,使导轨面间产生压力,将动导轨微微抬起,与支承导轨脱离接触,浮在压力油膜或气膜上。静压导轨多用于精密和高精度机床或低速运动机床中。,优

42、点：摩擦系数小在起动和停止时没有磨损精度保持性好,缺点：结构复杂需要一套专门的液压或气压设备维修、调整较麻烦,金属切削机床部件第二节(2)静压导轨优点：缺点：,金属切削机床部件,第二节,(3)卸荷导轨卸荷导轨用来降低导轨面的压力,减少摩擦阻力,从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性,尤其是对大型、重型机床来说,工作台和工件的质量很大,导轨面上的摩擦阻力很大,常采用卸荷导轨。导轨的卸荷方式：机械卸荷液压卸荷气压卸荷,金属切削机床部件第二节,金属切削机床部件,第二节,(4)滚动导轨在静、动导轨面之间放置滚动体,如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块,组成滚动导轨。滚动导轨与滑动导轨相比,具有如下优点:摩擦

43、系数小,动、静摩擦系数很接近。因此,摩擦力小,起动轻便,运动灵敏,不易爬行;磨损小,精度保持性好,寿命长;具有较高的重复定位精度,运动平稳;可采用油脂润滑,润滑系统简单。常用于对运动灵敏度要求高的地方,如数控机床和机器人或者精密定位微量进给机床中。滚动导轨同滑动导轨相比,抗振性差,但可以通过预紧方式提高,结构复杂,成本较高。,金属切削机床部件第二节(4)滚动导轨,金属切削机床部件,第二节,滚动导轨按滚动体类型分为滚珠、滚柱和滚针三种。滚珠式导轨为点接触,承载能力差,刚度低,滚珠导轨多用于小载荷。滚柱式导轨为线接触,承载能力比滚珠式高,刚度好,滚柱导轨用于较大载荷。滚针式导轨为线接触,常用于径向

44、尺寸小的导轨。,图3-15滚动直线导轨副的滚动体a)滚珠循环型b)滚柱循环型c)滚针不循环型,金属切削机床部件第二节滚动导轨按滚动体类型分为滚珠、滚柱和,金属切削机床部件,第二节,五、机床刀架和自动换刀装置1.机床刀架自动换刀装置应满足的要求1)满足工艺过程所提出的要求2)在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具,在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置,采用自动交换刀具时,应能保证刀具交换前后都能处于正确位置3)刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚度4)可靠性高5)刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的,因而它的换刀时间应尽可能缩短,以利于提高生产率6)操作方便和安全,金属切削机床部件

45、第二节五、机床刀架和自动换刀装置,金属切削机床部件,第二节,2.机床刀架和自动换刀装置的类型按照安装刀具的数目分类：单刀架多刀架按结构形式分类：方刀架转塔刀架回轮式刀架按驱动刀架转位的动力分类：手动转位刀架自动(电动和液动)转位刀架,金属切削机床部件第二节2.机床刀架和自动换刀装置的类型,金属切削机床部件,第二节,自动换刀装置的刀库和换刀机械手,驱动都是采用电气或液压自动实现。目前自动换刀装置主要用在加工中心和车削中心上,但在数控磨床上自动更换砂轮,电加工机床上自动更换电极,以及数控冲床上自动更换模具等,也日渐增多。数控车床的自动换刀装置主要采用回转刀盘,刀盘上安装812把刀。有的数控车床采用

46、两个刀盘,实行四坐标控制,少数数控车床也具有刀库形式的自动换刀装置。,图3-16数控车床上自动换刀装置,a)、b)回转刀盘c)双回转刀盘d)链式刀库的数控车床e)鼓轮式刀库数控车床1、2刀盘3回转刀盘4鼓轮式刀库5机械手6刀具转轴7回转头,金属切削机床部件第二节自动换刀装置的刀库和换刀机械手,驱动,金属切削机床部件,第二节,加工中心上刀库类型有鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式刀库等。鼓轮式刀库包括刀具轴线与鼓轮轴线平行,或垂直或成锐角。这种刀库结构简单紧凑,但因刀具单环排列、定向利用率低,大容量刀库的外径将较大,转动惯量大,选刀运动时间长。因此,这种形式的刀库容量较小,一般不超过32

47、把刀具。,图3-17加工中心刀库各种类型a)、b)、c)、d)鼓轮式刀库e)链式刀库f)格子箱式刀库g)直线式,金属切削机床部件第二节加工中心上刀库类型有鼓轮式刀库、链式,金属切削机床部件,第二节,链式刀库容量较大,当采用多环链式刀库时,刀库外形较紧凑,占用空间较小,适用于作大容量的刀库。在增加存储刀具数目时,可增加链条长度,而不增加链轮直径,因此,链轮的圆周速度不会增加,且刀库的运动惯量不像鼓轮式刀库增加得那样多。,图3-17加工中心刀库各种类型a)、b)、c)、d)鼓轮式刀库e)链式刀库f)格子箱式刀库g)直线式,金属切削机床部件第二节图3-17加工中心刀库各种类型,金属切削机床部件,第二

48、节,格子箱式刀库容量较大,结构紧凑,空间利用率高,但布局不灵活,通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时,必须更换另一侧的刀座板。,图3-17加工中心刀库各种类型a)、b)、c)、d)鼓轮式刀库e)链式刀库f)格子箱式刀库g)直线式,金属切削机床部件第二节图3-17加工中心刀库各种类型,金属切削机床部件,第二节,直线式刀库结构简单,刀库容量较小,一般用于数控车床、数控钻床,个别加工中心也有采用。,图3-17加工中心刀库各种类型a)、b)、c)、d)鼓轮式刀库e)链式刀库f)格子箱式刀库g)直线式,金属切削机床部件第二节图3-17加工中心刀库各种类型,金属切削机床部件,第二节,换刀机械手分类：单臂单手式结构简单,换刀时间较长单臂双手式可同时抓住主轴和刀库中的刀具,并进行拔出、插入,换刀时间短双手式机械手结构较复杂,换刀时间短,这种机械手除完成拔刀、插刀外,还起运输刀具的作用,金属切削机床部件第二节换刀机械手分类：,谢谢,谢谢,