机械制造基础(第二版)第2章z金属切削机床与刀具.ppt
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1、,第二章 金属切削机床与刀具,本章要点,零件表面成形方法,切削运动和切削要素,金属切削机床分类,刀具的类型和几何参数,机床的传动原理和系统,机械制造基础,第2章 金属切削机床与刀具,2.1 机械零件表面成形过程,2.1.1 零件表面的成形方法,零件的表面通常是几种基本形状的表面:平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面或是几种基本形状表面的组合。 机械零件基本形状的表面都可以看成是一条线(母线),沿着另一条线(导线)运动的轨迹。,2.1.1 零件表面的成形方法,1. 轨迹法 母线和导线都是由刀具的切削刃端点(刀尖)相对于工件的运动轨迹。刀尖的运动轨迹和工件的回转运动结合,形成了回转成形面所需的母线和
2、导线。,2.1.1 零件表面的成形方法,2. 成形法 刀具的切削刃就是被加工表面的母线,导线是刀具切削刃相对于工件的运动形成的。刨刀切削刃的形状就是被加工表面的母线,刨刀的直线运动形成导线。,2.1.1 零件表面的成形方法,3. 展成法 在对齿形表面进行加工时,利用刀具和工件作展成运动形成发生线的方法。切削刃各瞬时位置的包络线是齿形表面的母线,导线是由刀具沿齿长方向的运动形成。,2.1.1 零件表面的成形方法,4. 相切法 它是利用刀具切削刃的旋转运动和刀具与工件的相对运动而形成发生线的方法。刀具的切削刃与工件相切形成母线,刀具和工件的相对运动形成导线。,2.1.2 表面成形运动,从几何的角度
3、来分析,为保证得到工件表面形状所需的运动,称为成形运动。表面成形运动按其表面形状和成形方法的不同,可分为两种类型,1. 简单成形运动 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,这个成形运动称为简单成形运动。,2.1.2 表面成形运动,2. 复合成形运动 一个独立的成形运动是由两个或两个以上的旋转运动或(和)直线运动,按照某种确定的运动关系组合而成的,这个成形运动称为复合成形运动。,2.1.3 切削运动和切削要素,1)主运动对切削起主要作用的工作运动,消耗机床的主要功率。机床主运动只有1个。 主要形式: 工件或刀具作回转运动,用转速(r/mim)表示; 工件或刀具作直线运动,用速度(
4、m/min)或行程次数(dst/min)表示; 复合运动 2)进给运动使工件不断投入切削的运动。机床的进给运动可以有一个或几个。 两种形式:连续进给和间歇进给。 表示方法:mm/min,mm/r,mm/ dst,2.1.3 切削运动和切削要素,1)切入(吃刀)运动 2)空行程运动( 趋进、退刀、返回、调位) 3)其他(分度、转位、变速、换刀、测量、补偿),2.1.3 切削运动和切削要素, 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动,可以由刀具来完成,也可以由工件来完成;可以是直线运动(用 T 表示),也可以是回转运动(用 R 表示)。正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合,产生了不
5、同的加工方法。,2.1.3 切削运动和切削要素,2.1.3 切削运动和切削要素,2.1.3 切削运动和切削要素,2.1.3 切削运动和切削要素,2.1.3 切削运动和切削要素,2.1.3 切削运动和切削要素,(1)已加工表面 是指经切削形成的新表面。它随着切削运动的进行而逐渐扩大。 (2)待加工表面 是指即将被切除的表面。他随着切削运动的进行而逐渐缩小,直至全部切除。 (3)过渡表面 是指正在切削着的表面。,2.1.3 切削运动和切削要素,切削速度vc,若主运动为往复运动时,其平均速度为:,式中 n 主运动转速(r/s); d 刀具或工件的最大直径(mm)。,式中 nr 主运动每秒钟往复次数(
6、str/s); l 往复运动行程长度(mm)。,进给量:工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时),两者沿进给方向上相对移动的距离,单位为mm/r。 背吃刀量:主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。,3、切削用量,2.1.3 切削运动和切削要素,切削厚度,(2-4),切削宽度,(2-5),4、切削层参数,2-2 金属切削机床,一、机床概述 1. 机床的作用和特点 金属切削机床是用切削加工的方法将金属毛坯加工成机器零件的工艺装备,它提供刀具和工件之间的相对运动,提供加工过程中所需的动力,经济地完成一定的机械加工工艺过程。在机床上可加工简单的表面,如
7、平面、圆柱面、圆锥面等,也可以加工由复杂的数学方程式描述的表面,或者用图示给定的表面。 机床的质量和性能直接影响机械产品的加工质量和经济加工的适应范围。如新型刀具的出现、电气、液压等技术的发展以及计算机的应用,使机床的生产率、加工精度、自动化程度不断提高、品种不断增多。机床不断要满足性能要求,还要考虑艺术性、宜人性、工业环境的美化,使人机关系达到最佳状态。,第二章 金属切削机床与刀具,第二节 金属切削机床,2-2 金属切削机床,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,如变速箱、进给箱等部件 3)支撑件:用于安装和支承其
8、它固定的或运动的部件,承受其重力和切削力,如床身、底座、立柱等 4)工作部件:包括,与主运动和进给运动的有关执行部件,如主轴及主轴箱、工作台及其溜板、滑枕等安装工件或刀具的部件; 与工件和刀具有关的部件或装置,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。,2-2 金属切削机床,5)控制系统: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。 6)冷却系统 7)润滑系统,8)其他装置:如排屑 装置,自动测量装置,2-2 金属切削机床,按机床的加工性质和所用刀具来分类,分成
9、为12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、特种加工机床、锯床和其它机床。每一类机床,又可按其结构、性能和工艺特点的不同细分为若干组。,同类型机床按通用性程度分为:通用机床(或称万能机床)、专门化机床和专用机床三类 机床还可以按自动化程度分为:手动、机动、半自动和自动机床。 机床还可以按质量和尺寸分为;仪表机床、中型机床、大型机床(质量达10t)、重型机床(质量达30t以上)和超重型机床(质量在100t以上)。, 普通车床,2-2 金属切削机床,万能卧式升降台铣床,2-2 金属切削机床,图2-36 万能卧式升降台铣床 1底座 2床身 3悬梁 4主轴 5支
10、架 6工作台 7回转盘 8床鞍 9升降台,图2-37 立式钻床 1工作台 2主轴 3主轴箱 4立柱 5底座,图2-38 摇臂钻床 1底座 2工作台 3立柱 4摇臂 5主轴箱和进给箱 6主轴,f,立式钻床与摇臂钻床,2-2 金属切削机床,卧式镗床,2-2 金属切削机床,普通外圆磨床,2-2 金属切削机床,立式加工中心,2-2 金属切削机床,2-2 金属切削机床,2-2 金属切削机床,(1)机床的类别代号 机床的类别代号用大写汉语拼音表示。例如:“车床”的汉语拼音是“che chuang”,所以用“C”表示,读作“车”。当需要时,每一类可分为若干个分类,其表示方法是在类别代号前用阿拉伯数字表示,2
11、-2 金属切削机床,(2)机床的特征代号 机床的特征代号表示机床具有的特殊性能,它包括通用特征和结构特征。 1)通用特征代号 当某种机床除普通形式外,还有某种特征时应在类代号后用字母表示,表22所示为常用的通用特征代号。(2)结构特征代号无统一规定,也用字母表示,2-2 金属切削机床,(3)机床组别代号和系别代号 机床的组别和系别代号用两位数字表示,前位表示组别,后位表示系列。每类机床分为十个组,每组又分若干个系,分别用09表示。表23所示为机床的类、组别划分,(4)机床主参数 机床的主参数、第二主参数都是用数字表示的。主参数表示机床的规格大小,是机床最主要的技术参数,反映机床的加工能力,影响
12、机床的其他参数和结构大小,通常以最大加工尺寸或机床工作台尺寸作为主参数。当无法用主参数表示时,采用设计序号表示。第二主参数是为了更完善地表示机床的工作能力和加工范围。第一、第二主参数均用折算系数表示见表24。,2-2 金属切削机床,(3)机床组别代号和系别代号 机床的组别和系别代号用两位数字表示,前位表示组别,后位表示系列。每类机床分为十个组,每组又分若干个系,分别用09表示。表23所示为机床的类、组别划分,(4)机床主参数 机床的主参数、第二主参数都是用数字表示的。主参数表示机床的规格大小,是机床最主要的技术参数,反映机床的加工能力,影响机床的其他参数和结构大小,通常以最大加工尺寸或机床工作
13、台尺寸作为主参数。当无法用主参数表示时,采用设计序号表示。第二主参数是为了更完善地表示机床的工作能力和加工范围。第一、第二主参数均用折算系数表示见表24。,2-2 金属切削机床,(5)机床重大改进顺序号 机床的重大改进序号用于表示机床性能和结构上的重大改进,以与原型区别,序号按A、B、C、的字母顺序选用。,2-2 金属切削机床,(5)机床的其他特征代号 机床其他特征代号用于反映各类机床的特征,如数控机床控制系统的不同、同一型号机床的变形等,用字母或阿拉伯数字表示或二者相结合来表示。 (6)企业代号 企业代号包括机床的生产厂家或机床研究所代号,置于辅助部分尾部,用“”分开,如辅助部分只有企业代号
14、,则不加“”。 例如中捷友谊厂生产的摇臂钻床Z304016/S2,型号中字母及数字的含义如下: Z 3 0 40 16 /S2 类别代号 组代号 系代号 主参数 第二主参数 企业代号 钻床 摇臂 摇臂 最大钻孔直径40mm 最大跨距1600mm 中捷友谊厂,2-2 金属切削机床,5、机床精度的概念 机床本身的精度直接影响到零件的加工精度。因此,机床的精度必须满足加工的要求。 (1)机床的精度包括几何精度、传动精度和位置精度。 几何精度包括:床身导轨的直线度、工作台台面的平面度等。传动精度是指机床内联系传动链两端件之间运动关系的准确性 位置精度是机床运动部件,如工作台、刀架和主轴箱等 。 (2)
15、机床的精度有静态精度和动态精度之分。静态精度是在无切削载荷以及机床不运动或运动速成度很低的情况下检测的。静态精度国家标准的内容包括:精度检验项目、检验方法和允许的误差范围。动态精度是机床在载荷、温升、振动等作用下的精度。动态精度除了与静态精度密切有关外,很大程序上决定于机床的刚度、抗振性和热稳定性等。,2-2.2 机床传动原理,为了实现加工过程中所需的各种运动,机床必须具备以下三个基本部分: (1)执行件 执行机床运动的部件。如主轴、刀架、工作台等,其任务就是装夹刀具和工件,直接带动它们完成运动形式的运动和保持准确的运动轨迹。,(2)运动源 为执行件提供和动力的装置。如交流异步电动机、伺服电动
16、机、步进电动机等。,(3)传动装置 传递运动和动力的装置。通过它可以把运动源的运动和动力传给执行件,使之获得运动的速度和方向的运动;也可把两个执行件联系起来,使二者保持某种确定的运动关系。机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式,本书主要讲述机械传动装置,它应用带、齿轮、齿条、丝杠螺母、滚珠丝杠等传动实现运动联系。,2-2 金属切削机床,传动链使运动源和执行件以及两个有关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动件。 外联系传动链联系运动源和执行件的传动链。 内联系传动链联系两个执行件之间的传动链。 通常传动链中包含两类传动机构: 一类是定比传动机构,其传动比和传动方向固定不变,如定比
17、齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副、滚珠丝杠等; 另一类是换置机构,可根据加工要求变换传动比和传动方向,如滑移齿轮变速机构、挂轮变换机构、离合器换向机构等。,2-2 金属切削机床,为了便于研究机床传动系统的联系,常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来,这就是传动原理图。如图24所示,其中点划线代表传动链中所有的定比传动机构,棱形块代表所有的换置机构。,2-2.3 机床传动系统,机床的传动系统 它是由实现成形运动和辅助运动的各传动链组成。通常由传动系统图体现,如图25所示为万能升降台铣床XA6132的外形图,图26所示为万能升降台铣床XA6132的传动系统图。它是表示机床全部运动关系的示意图
18、。图中各传动元件用简单的规定符号表示(符号见国家标准GB446084机械制图机构运动简图符号),并标注齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。图中各传动元件按照运动传递的先后顺序,以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。,2-2.3 机床传动系统,2-2.3 机床传动系统,主运动传动链,进给运动传动链,快速空程传动链,2-2.4 机床运动计算,机床的运动计算通常有两种情况:,据传动系统图提供的有关数据,确定某执行件的运动速度或位移量,例1 根据图26所示的传动系统,计算工作台纵向进给速度。,确定传动链的两端件:进给电动机工作台。 根据两端件的运动关系
19、,确定它们的计算位移:电动机1410r/min工作台纵向移动速度uf纵向(单位为mm/min)。 根据计算位移经及传动路线中各传动副的传动比,列运动平衡式:,计算进给速度:将u-、u-、u-不同传动比代入运动平衡式,便可计算出工作台的各级纵向进给速度。,2-2.4 机床运动计算,据执行件所需的运动速度、位移量,或者有关执行件之间所需保持的运动关系确定相应传动链中换置机构(通常是挂轮变速机构)的传动比,以便进行必要的调整,例2 根据图27所示螺纹机构传动链,确定挂轮变速机构的转换公式。,确定传动链两端件:主轴刀架;,计算位移:主轴转1转刀架移动L(L是工件螺纹的导程,单位为mm);,运动平衡式:
20、,(P12mm传动螺母导程),2-2.4 机床运动计算,整理换置公式,确定配换齿轮齿数: 将工件螺纹导程L(假设L=9mm)代入运动平衡式,得出换置公式,确定配换齿轮a、b、c、d的齿数有两种:,若ux是无理数时可查有关资料取近似值(误差必须在允许的范围内)。,若传动比ux是有理数且分解因子不大可用因式分解法。,此例,即a45、b30、c60、d80。(为了保证齿轮的齿顶不至于碰到轴,必须满足c+15a+b;b+15c+d,配换齿轮的齿数一般从20120间隔为5选择不同的齿数);,2-2.5 数控机床概述,数控机床的定义,数控机床是指采用数字形式信息控制的机床。国际信息处理联盟第五技术委员会对
21、数控机床作了如下定义:数控机床是一个装有数控系统的机床,该系统能逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。,常见的有数控车床、数控钻床、数控镗床、数控铣床、数控磨床、数控加工中心等。,数控机床工作时,首先要将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息数字化,按规定的代码和格式编成加工程序,然后把加工程序输入机床数控装置,数控系统把程序进行译码、运算后向机床的各个坐标的伺服装置和辅助控制装置发出指令驱动机床运动部件、并控制所需要的辅助动作,完成零件的加工。,2-2.5 数控机床概述,数控机床的组成及分类,数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服电机、辅助控制装置、反馈装置和机
22、床本体 。,数控机床一般按以下几种方法分类,(1)按工艺用途分 1)普通数控机床 在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床,自动化程度还不够完善,工艺可能性和通用机床相似,刀具更换、零件装夹仍需人工完成。 2)数控加工中心机床 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床,又称多工序数控机床,简称加工中心。在一次装夹后,可进行多种工序加工,有效避免由于多次安装造成的定位误差,并提高加工生产率。,2-2.5 数控机床概述,(2)按运动轨迹分 1)点位控制数控机床 这类机床的数控装置只能控制行程终点的坐标值,在移动过程中不能进行切削加工。 2)点位直线控制数控机床 这类机床不仅要求具有准
23、确的定位功能,还要求当机床的位移部件移动时,可沿平行于坐标轴的直线及与坐标轴成45的斜线进行加工。 3)轮廓控制数控机床 这类机床的控制装置不仅能准确定位,而且还能够控制加工过程中每点的速度和位置,以得到形状复杂的零件轮廓。,2-2.5 数控机床概述,(3)按伺服系统的控制方式分,1)开环控制数控机床 机床没有检测反馈装置,机床加工精度不高,其精度主要取决于伺服系统的性能。,2)闭环控制数控机床 增加了检测反馈装置,在加工过程中随时检测机床位移部件的位置,以达到很高精度。,3)半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床对工作台实际不进行检查测量,而是测量伺服电机的转角,推算工作台实际位移量,2-2
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