机械制造技术基础(第4章).ppt
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1、机械制造技术基础 (第四章),主讲: 肖新华 天津工业大学机械工程学院,第四章 金属切削机床,机床是制造机器的机器,被称为工作母机,根据加工工艺方法的不同,机床可分为:金属切削机床、锻压机床、电加工机床、坐标测量机、铸造机床、热处理机床等。 本章主要介绍金属切削机床。,4.1 概述,4.1.1 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。 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。 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。 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; 与工件和刀具安装及
2、调整有关的部件或装置; 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。,5.控制系统:用于控制各工作部件的正常工作。 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 进行润滑,以减小摩擦、磨损和发热。 8.其它装置:如切屑排出装置、自动测量装置等。,4.1.1 机床的基本组成,4.1.2 机床技术性能 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。 通用机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
3、,自动化程度和生产率都较高,但它的加工范围很窄。,b)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。举例?,4.1.2 机床技术性能,c)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。举例?,4.1.2 机床技术性能,机床的主要技术参数包括:尺寸参数、运动参数与动力参数。 尺寸参数一一具体反映机床的加工范围,包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数。如下表:,2.机床的技术参数:,运动参数-指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) 。 动力参数-指机床电动
4、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。,2.机床的技术参数:,3. 机床精度 加工质量主要指加工精度和表面粗糙度,它们由机床、刀具、夹具、切削条件和操作者技能等因素决定。机床的加工质量是指在正常工艺条件下所能达到的经济精度,主要由机床本身的精度保证。机床本身的精度包括几何精度、传动精度和动态精度:, 几何精度。是机床在低速空载时各部件间相互位置精度和主要零件的形位精度,如机床主轴的径向跳动和端面跳动、工作台面的平面度等。 传动精度。是指机床传动链各末端执行元件之间运动的协调性和均匀性,如车床车螺纹时,要求传动链两端保持严格的传动比,传动链的传动误差将影响到螺纹的加工精度
5、。重复定位精度 动态精度。是指机床加工时,在切削力、夹紧力、振动和温升的作用下各部件间的相互位置精度和主要零件的形位精度。机床的动态精度主要受机床刚度、抗振性和热变形等因素的影响。,3.机床精度,4. 生产率和自动化程度 机床的生产率是指机床在单位时间内所加工的工件数量,机床的自动化程度影响着机床生产率的高低,选择机床时必须注意这一点。 5. 人机关系 人机关系主要指机床应操作方便、省力、安全可靠、易于维护和修理等。 6. 成本 选用机床时应根据加工零件的类型、形状、尺寸、技术要求和生产批量等,选择技术性能与零件加工要求相适应的机床,以充分发挥机床的性能,取得较好的经济效果。,4.1.2 机床
6、技术性能,4.2.1 机床的分类 机床的分类方法很多,主要是按加工性质和所用刀具进行分类。目前将机床分为 11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、切断机床及其他机床。在每一类机床中,又按工艺范围、布局形式和结构性能等不同,分为若干组,每一组又细分为若干系(系列)。除上述基本分类方法外, 机床还可以根据其他特征进行分类。同类型机床按其工艺范围又可分为:通用机床 、专门化机床 、专用机床。,4.2 金属切削机床的分类和型号的编制,1. 通用机床 这类机床可以加工多种零件的不同工序,加工范围较广,通用性较大,但结构比较复杂。这类机床主要适用于单件小批生产,例
7、如,卧式车床、卧式镗床、万能升降台铣床等。 2. 专门化机床 这类机床的工艺范围较窄,专门用于加工某一类或几类零件的某一道(或几道)特定工序,如曲轴机床、齿轮机床等。 3. 专用机床 这类机床的工艺范围最窄,只能用于加工某一零件的某一道特定工序,适用于大批量生产。如加工机床主轴箱的专用镗床、加工车床导轨的专用磨床等。各种组合机床也属于专用机床。,4.2.2 通用机床型号的编制(GB/T15375-94),表,表,表,表4-1 机床的类别和分类代号,表4-1 机床的类别和分类代号,表4-1 机床的类别和分类代号,表4-1 机床的类别和分类代号,表4-1 机床的类别和分类代号,表4-3 通用特性代
8、号,例:CA6140型卧式车床 CA6146A?MB8240? 2MB8240?,组,1.专用机床的型号编制 专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序组成。,例:上海机床厂设计制造的第15种专用机床为专用磨床,其型号为H015。,4.2.3 其他类型机床型号的编制,由通用机床或专用机床组成的机床自动线,其代号为“ZX”,读作“自线”,它位于设计单位代号之后,并用“”分开,读作“至”。机床自动线设计顺序号的排列与专用机床的设计顺序号相同,位于机床自动线代号之后。,例:北京机床研究所以通用机床或专用机床为某厂设计的第一条机床自动线,其型号为JCSZX001。,2. 机床自动线型号表示方法,4.3
9、 卧式车床CA6140介绍,车床是制造业中使用最广泛的一类机床。车床是以主轴带动工件旋转作为主运动,刀架带动刀具移动作为进给运动来完成工件和刀具之间的相对运动的一类机床。主要用来加工各种回转表面,如内外圆柱、圆锥表面、成形回转表面和回转体的端面等。,4.3.1 CA6140的工艺范围,CA6140型卧式车床加工的对象,主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件,还可以加工螺纹表面。该车床的工艺范围广,可以进行多种表面加工。,4.3.2 CA6140的主要技术参数,床身上最大工件回转直径400mm。 刀架上最大工件回转直径210mm。 最大棒杆直径(mm) 47。 最大工件长度(mm) 750、100
10、0、1500、2000四种。 最大加工长度(mm) 650、900、1400、1900。 主轴转速范围 正转 101400r/min,24级; 反转 14.51600 r/min,12级。 进给量范围 纵向 0.028633mm/r,共64级; 横向 0.0143.16mm/r,共64级。 螺纹加工范围 米制螺纹 P=1192mm,44种; 英制螺纹 a=224牙/in,20种; 模数制螺纹 m=0.2548mm,39种; 径节制螺纹 Dp= 196牙/in,37种。 机床外形尺寸(长宽高)对于最大工件长度1500mm的机床为3168mm1000mm1267mm。,4.3.3 CA6140的传
11、动分析,4.3.3.1 机床的运动 各种类型的机床,为了进行切削加工以获得所需的具有一定几何形状、一定尺寸精度和表面质量的工件,必须使刀具和工件完成一系列的运动,其中包括刀具和工件间的相对运动。机床在加工过程中完成的各种运动,按其功用可分为表面成形运动和辅助运动两类。,1. 表面成形运动,在机床上,为了获得所需的工件表面形状,必须使刀具和工件完成一定的运动,这种运动称为表面成形运动。表面成形运动(简称成形运动)是保证得到工件要求的表面形状的运动。成形运动按其组成情况不同,可分为简单的和复合的两种。CA6140用普通车刀车削外圆柱面时,工件的旋转运动和刀具的直线移动就是两个简单运动。CA6140
12、车削螺纹时,工件的等速旋转运动和刀具的等速直线移动。彼此不能独立,必须保证严格的运动关系,即工件每转1转时,刀具沿直线移动的距离应等于螺纹的1个螺距,从而这两个单元运动组成一个复合运动。,2. 辅助运动,辅助运动的作用是实现机床加工过程中所需的各种辅助动作,为表面成形创造条件,它的种类很多,一般包括: 切入运动。 分度运动。 操纵和控制运动。 调位运动。 空行程运动。 辅助运动虽然并不参与表面成形过程,但对机床整个加工过程是不可缺少的,同时对机床的生产率和加工精度往往也有重大影响。,4.3.3.2 机床的传动系统,CA6140型车床是普通精度的卧式车床。传动系统包括主运动传动链和进给运动传动链
13、两部分。 1. 主运动传动链 主运动传动链的两末端件是电动机和主轴。它的功用是把动力源(电动机)的运动及能量传给主轴,使主轴带动工件旋转。卧式车床的主轴应能变速及换向。,(1)主轴的转速级数与转速计算,2. 进给运动传动链,进给运动传动链是使刀架实现纵向或横向运动的传动链。传动链的两末端件是主轴和刀架。卧式车床在切削螺纹时,进给传动链是内联系的传动链,即主轴每转 1 转,刀架的移动量等于被加工工件螺纹的螺距。在切削圆柱面和端面时,进给传动链是外联系传动链。 车削螺纹 纵向机动进给量 横向机动进给量 刀架的快速移动,(2)进给传动路线,4.3.4 CA6140的主要结构及部件,4.3.4.1 主
14、要结构,1主轴箱;2滑板;3尾座;4床身; 5右床腿;6溜板箱;7左床腿;8进给箱,(1)主轴箱 主轴箱是一部件,由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动,也可以安装前顶尖通过拨盘带动工件旋转。 (2)刀架及滑板 四方刀架装在小滑板上,而小滑板装在中滑板上,中滑板又装在纵滑板上,纵滑板可沿床身导轨纵向移动,从而带动刀具纵向移动,用来车外圆、车内孔等。而中滑板相对于纵滑板作横向移动,用来带动刀具加工端面、切断、切槽等。小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜向进给,用来车削内外短锥面。 (3)尾座 可沿其导轨纵向调整位置,
15、其上可安装顶尖支撑长工件的后端以加工长圆柱体,也可以安装孔加工刀具加工孔。尾座可横向作少量的调整用于加工小锥度的外锥面。,(4)进给箱 内部装有进给运动的传动及操纵装置,通过改变进给量的大小,可改变所加工螺纹的种类及螺距。 (5)床身及床腿 床身是机床的支撑件,它安装在左床腿和右床腿上并支撑在地基上。床身上安装着机床的各部件,并保证它们之间具有相互准确位置。床身上面有纵向进给运动导轨和尾座纵向调整移动的导轨。 (6)溜板箱 溜板箱与纵向滑板(床鞍)相连,溜板箱内装有纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。,4.3.4.2 主轴部件,主轴部件是机床重要部件之一,它是机床的执行件。它的功用
16、是支撑并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,完成表面成形运动。 主轴部件由主轴及其支撑轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。 1. 主轴部件应满足的基本要求 (1)旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后,在加上载荷、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,主轴部件的刚度是指其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。主轴的尺寸和形状、滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量等都影响主轴部件的刚度。 主轴静刚度不足对加工精度和机床性能有直接影响,
17、并会影响主轴部件中的齿轮、轴承的正常工作,降低工作性能和寿命,影响机床抗振性,容易引起切削振动,降低加工质量。,(3)抗振性 主轴部件的抗振性是指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。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用寿命,并产生噪声。随着机床向高速、高精度发展,对抗振性要求越来越高。影响抗振性的主要因素是主轴部件的静刚度、质量分布以及阻尼。 (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高,形状尺寸和位置发生变化,造成主轴部件的所谓热变形。主轴热
18、变形可引起轴承间隙变化,润滑油温度升高后会使黏度降低,这些变化都会影响主轴部件的工作性能,降低加工精度。,4.3.4.2 主轴部件,2. 主轴部件的传动方式,主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择,主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。 (1)齿轮传动 其特点是结构简单、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。它的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,同步齿形带是通过带上的齿形与带轮上的轮齿相啮合传递运动和动力;圆弧齿形受力合理,较梯形齿同步带能
19、够传递更大的转矩;同步齿形带无相对滑动,传动比准确,传动精度高;采用伸缩率小、抗拉抗弯疲劳强度高的承载绳,如图4-4(b)所示,如钢丝、聚酸纤维等,因此强度高,可传递超过100kW以上的动力;厚度小、重量轻、传动平稳、噪声小,适用于高速传动,速度可达50m/s;无须特别张紧;对轴和轴承压力小,传动效率高;不需要润滑,耐水耐腐蚀,能在高温下工作,维护保养方便;传动比大,可达1:10以上。缺点是制造工艺复杂,安装条件要求高。 V带 多楔带 平带,(3)电动机直接驱动方式,即电主轴。,主轴部件是机床重要部件之一,它是机床的执行件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削,承受切削力和驱动力等载荷,
20、完成表面成形运动,3 主轴部件,(1)主轴的支撑形式,多数机床的主轴采用前、后两个支承。 还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。,(2)主轴的构造,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。 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、或有其它特殊要求时,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。,(3)主轴的材料和热处理,机床上常用的主轴轴承有滚动轴
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