2023年金属切削机床（教学课件）.ppt

2023/3/20 1 第03章 金属切削机床 讲述金属切削机床的切削原理讲述金属切削机床的切削原理与工艺范围与工艺范围 本章概述 概述 金属切削机床部件 x常见的金属切削机床 高速加工机床 第一节 概述 机床的根本组成 机床的运动 机床的技术性能指标 机床精度与刚度 机床的型号编制 一、机床的根本组成 动力源：为机床提供动力(功率)和运动的驱动局部。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。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。控制系统：用于控制各工作部件的正常工作。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。例：CA6140车床的根本组成 一、机床的根本组成 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；与工件和刀具安装及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 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。其它装置：如排屑装置、自动测量装置等 二、机床的运动 外表成形运动 机床最根本的运动，也称工作运动。主运动 旋转运动，如车床、钻床：转速；直线运动，如龙门刨床、插床：工作行程运动速度或每分钟往复行程次数；复合运动，如卧式车床车螺纹时的螺旋运动；进给运动 钻床、刨床：有一个进给运动；外圆磨床：主轴的旋转运动和工作台的直线运动；车床：刀架的纵向进给运动和横向进给运动 二、机床的运动 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，用以实现机床的各种辅助动作。切入运动：用于保证工件被加工外表获得所需要的尺寸，使工具切入工件外表一定深度；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；其它辅助运动：包括分度运动、操纵和控制运动等。三、机床的技术性能指标 机床的工艺范围 能够加工的工序种类、被加工工件的类型和尺寸、使用刀具的种类及材料等；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 三、机床的技术性能指标 机床的工艺范围 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 立式钻攻专用机 ZHXZ 160C 转盘铣床 三、机床的技术性能指标 机床的工艺范围 数控机床：那么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。三、机床的技术性能指标 机床的技术参数 尺寸参数：反映机床的加工范围 主参数(表3-1)、第二主参数、其他尺寸参数 运动参数：指机床执行件的运动速度 动力参数：多指机床电动机的功率 机床名称 主参数 第2主参数 普通车床 车身上工件最大回转直径 工件最大长度*摇臂钻床 最大钻孔直径 最大跨距 坐标镗床 工作台工作面宽度 工作台工作面长度 外圆磨床 最大磨削直径 最大磨削长度 四、机床精度与刚度 加工中保证被加工工件到达要求的精度和外表粗糙度，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。包括：几何精度、传动精度、运动精度、定位精 度及精度保持性等几个方面 各类机床按精度可分为普通精度级、精密级和高精度。四、机床精度与刚度 几何精度 几何精度是指机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，位置和相对运动的精确程度。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的根本指标。它主要决定于结构设计、制造和装配质量 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。四、机床精度与刚度 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：传动系统的设计，传动元件的制造和装配精度 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形位精度。影响定位精度的主要因素：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 四、机床精度与刚度 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。精度保持性 在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。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。五、机床的型号编制 通用机床的型号举例 五、机床的型号编制 专用机床的型号 例如，北京第一机床厂设计制造的第100种专用机床为专用铣床，其型号为B1100-从001开始 第二节 金属切削机床部件 本节主要内容：补充：CA6140车床传动系统图 传动系统 主轴部件 机床支承件 机床导轨 机床刀架和自动换刀装置 CA6140型车床外形图 1主轴箱主轴箱 8进给箱进给箱 2刀架刀架 3尾座尾座 4床身床身 5右床腿右床腿 6溜板箱溜板箱 7左床腿左床腿 传动系统图中用到的局部符号 轴的代号：古罗马数字 、齿轮与轴的连接形式：固定：轴与齿轮固定在一起 键连接传递扭矩；轴上的台阶、套筒、卡环等固定齿轮的轴向位置。滑移：齿轮可在轴上移动、与轴同时转动 花键连接传递扭矩；花键具有一定长度，齿轮可在轴上轴向移动。空套：齿轮空套在光轴上；没有联接；固定齿轮 滑移齿轮 过轮 车床的传动系统 主运动传动链：主电动机主轴 车削螺纹传动链：主轴丝杠车刀 车米制螺纹、车英制螺纹 车模数螺纹、车径节螺纹 车非标准螺纹 机动进给传动链：主轴光杠车刀 刀架的快速移动：快进电机刀架 I I CA6140车床传动系统图 1 主运动传动链 传动路线 主轴转速级数 正转：共24级转速 反转：共12级转速 正转 反转 低速 高速 1 主运动传动链：转速计算 主轴各级转速 计算公式：min/105826802080205822435198.02301301450minrnmin/140050634139385698.02301301450maxrn 2 进给运动传动链 末端件：主轴和刀架 功用：实现刀架移动及变速与换向 功能：车削螺纹：内联系，要求传动比精确 机动进给：只要求可以传递扭力即可 2 进给运动传动链：车削螺纹传动链 加工范围：标准螺纹：米制、英制、模数制和径节制 其他螺纹：大导程、非标准和较精密 运动平衡式为:Stu丝杠（主轴）1从主轴到丝杠的总传动比 机床丝杠的导程 被加工螺纹的导程 Su丝杠t 车削米制螺纹 标准米制螺纹导程 传动路线表达式-1-1.25-1.5 1.75 2 2.25 2.5-3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 主轴 5858 33332533 3325 7510010063 3625 基u 25363625倍u M5 刀架 等比数列，比数=2 等差数列 Stu丝杠（主轴）1 车削米制螺纹：标准 其运动平衡式为：化简后得：传动系统组成：动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。开/停、换向和制动机构等 由柴油发动机、变矩器、变速箱组成的传动系统 一、传动系统 一、传动系统 主传动系统 按电动机类型分为：交流电动机驱动和直流电动机驱动 按传动装置类型分为：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置 按变速的连续性分为：分级变速传动和无级变速传动 进给传动系统 机械进给传动 电气伺服进给传动 液压进给传动 功用：支承并带开工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成外表成形运动 二、主轴部件 主轴部件应满足的根本要求 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。刚度：是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力。主轴静刚度缺乏对加工精度和对机床性能有直接影响 抗振性：抵抗受迫振动和自激振动的能力。振动性直接影响工件的外表加工质量和刀具的使用寿命。温升和热变形 主轴部件的温度升高会使形状尺寸和位置发生变化。影响主轴部件的工作性能，降低加工精度。二、主轴部件 主轴部件的传动方式 齿轮传动 带传动 电动机直接驱动方式 主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的扭矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。二、主轴部件 主轴部件结构 主轴的支承形式 主轴的构造 主轴的材料和热处理 主轴轴承 二、主轴部件 机床的支承件：是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相互固定连接成机床的根底和框架。功能：保证机床各零、部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。三、机床支承件 支承件应满足的根本要求 应具有足够的刚度和较高的刚度质量比。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；整机的结构不易引起共振；不会因薄壁振动而产生噪声。热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。排屑畅通、吊运平安，并具有良好的结构工艺性。三、机床支承件 支承件的结构形状 箱形类：支承件在三个方向的尺寸上都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。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。梁类支承件：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、滑枕等。支承件的截面形状设计应保证在最小重量条件下，具有最大静刚度。空心截面的刚度都比实心的大，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高。圆环形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。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。三、机床支承件 支承件材料 三、机床支承件 铸件 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。钢板焊接结构 制造周期短,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;重量较铸铁轻;但抗振性比铸铁差。预应力钢筋混凝土 刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。缺点是脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松，所以表面应进行喷漆或喷涂塑料。天然花岗岩 性能稳定，精度保持性好，抗振性好，阻尼系数大，耐磨性好，热稳定性好，抗氧化性强。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，难于制作复杂的零件。功用：承受载荷和导向。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支承导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。导轨副按导轨面的摩擦性 质可分为滑动导轨副和滚动导 轨副。在滑动导轨副中又可分 为普通滑动导轨、静压导轨和 卸荷导轨等。四、机床导轨 导轨应满足的主要技术要求：导向精度：导向精度指导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。承载能力大，刚度好。精度保持性好：精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的。低速运动平稳：当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。四、机床导轨 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 四、机床导轨 导轨的组合形式 四、机床导轨 双三角形组合 双矩形组合 燕尾形矩形组合 三角形燕尾形组合 滑动导轨 静压导轨 卸荷导轨 滚动导轨 导轨的结构类型及特点 机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，因此将承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。五、机床刀架和自动换刀装置 数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心那么进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具和快速自动交换刀具的功能。机床刀架自动换刀装置应满足的要求 有足够的刀具满足加工工艺要求。能牢固地安装刀具，并能精确地调整刀具的位置，保证刀具交换