机械制造技术基础chapter3

nullnull金属切削机床是用切削方法将金属毛坯加工成具有一定形状、尺寸和 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面质量的机械零件的机器。 由于它是制造机器的机器，通常又称为工作母机或工具机，习惯上称为机床。 null金属切削机床第一节 概 述一、机床的基本组成 动力源 传动系统 支承件 工作部件 控制系统 冷却系统 润滑系统 其它装置 null金属切削机床二、机床的运动 机床的运动分为表面形成运动和辅助运动 1.表面形成运动 机床最基本的运动，亦称工作运动  主运动  进给运动 2.辅助运动 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。  切入运动  各种空行程运动  其他辅助运动null金属切削机床三、机床技术性能指标 1.机床的工艺范围  通用机床  专用机床 2.机床的技术参数  尺寸参数——具体反映机床的加工范围  运动参数——机床执行件的运动速度  动力参数——机床电动机的功率null金属切削机床四、机床精度与刚度 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  几何精度   运动精度  传动精度  定位精度  工作精度  精度保持性机床刚度 机床系统抵抗变形的能力null五. 机床的分类及型号的编制方法机床 的 分类按加工性质和所用刀具分为12大类，即车床、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、超声波及电加工机床、切断机床、其它机床每一大类中的机床，按结构、性能和工艺特点还可细分为若干组， 每一组又细分为若干系（系列）null机床 型号 的 编制 方法机床的型号必须简明地反映出机床的类型、通用特性、结构特性及主要技术参数等我国的机床型号现在是按照1994年颁布的标准GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》编制而成null金属切削机床  完整形式类代号特性代号 主参数第二主参数 重大改进顺序号 同一型号机床变型代号 ○ （○） ● ● （×●） （○） （/●）组、系代号null机床类别代号：大写的汉语 拼音 带拼音的儿童故事下载带拼音千字文的原文下载拼音格子下载小学拼音大全下载看拼音写汉字 下载 字母表示 机床的特性代号：包括通用特性和结构特性，用大写的汉语拼音字母表示 机床的组别和系列代号：二位数字表示 机床主参数、设计序号、第二主参数的代号：都用二位数字表示 机床重大改进序号：汉语拼音字母表示 null金属切削机床M G 14 32 A类代号：磨床特性代号：通用特性代号（高精度）组、系代号：万能外圆磨床主参数：最大磨削直径320mm重大改进顺序号：第一次重大改进 经过一次重大改进，最大磨削直径为320mm的高精度万能外圆磨床2.专用机床型号金属切削机床○—— ● ●设计单位代号设计顺序号组代号2.专用机床型号null金属切削机床一、传动系统 1.主传动系统 分类 第二节 金属切削机床部件按驱动主传动的电动机类型:交流电动机驱动、 直流电动机驱动 按传动装置类型：机械传动、液压传动、电气传动 按变速的连续性分级变速传动 无级变速传动2.进给传动系统   机械进给传动   液压进给传动   电伺服进给传动null空套连接普通平键连接导向平键连接花键连接常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动件的简图符号null常用传动副的传动关系传动比i：null传动比i：常用传动副的传动关系null齿条移动速度：nv---与齿条啮合的齿轮的转速, r/min ; m---齿条、齿轮模数，mm ; z---齿轮齿数 p---齿条齿距,mm。(mm/s)常用传动副的传动关系null螺母移动速度：nv---丝杠转速, r/min ; p---单头螺杆螺距,mm。(mm/s)常用传动副的传动关系null机床常用变速机构null (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2.进给传动系统 开环系统对工作台实际位移量没有检测和反馈，数控装置发出的指令信号 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环伺服系统所用的电动机主要是步进电动机。移动部件的速度与位移是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的，位移精度主要决定于该系统各有关零部件的精度。null开环控制的优点是：结构简单、系统稳定、容易调试、成本低廉等。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低，位置精度通常为±0.01～±0.02mm。一般适用于经济型数控机床。 开环数控系统 null2)闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置，例如光栅、感应同步器和磁栅等位置测量装置，（如图所示。）在加工中，位置测量装置将测量到的工作台实际位置反馈到数控装置中，与输入的指令位移相比较，用比较的差值控制移动部件，直到差值为零，即实现移动部件的最终精确定位。从理论上讲，闭环控制系统的控制精度主要取决于检测装置的精度，它完全可以消除由于传动部件制造中存在的误差给工件加工带来的影响，所以这种控制系统可以得到很高的加工精度。但是闭环控制系统的设计和调整都有较大的难度，它主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精车床和加工中心上。 null 图1.9 闭环控制系统null 3）半闭环控制系统 半闭环控制系统是在伺服系统的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置(角位移检测装置有圆光栅、光电编码器及旋转式感应同步器等）。半闭环控制系统不是直接测量工作台位移量，而是通过检测丝杠转角间接地测量工作台位移量，然后反馈给数控装置，（如图所示。）这种控制系统实际控制的是丝杠的传动，而丝杠的螺母副的传动误差无法测量，只能靠制造保证。因而半闭环控制系统的精度低于闭环系统。但由于角位移检测装置比直线位移检测装置结构简单、安装调试方便，因此配有精密滚珠丝杠和齿轮的半闭环系统正在被广泛地采用。目前已逐步将角位移检测装置和伺服电动机设计成一个部件，使系统变得更加简单，安装调试更加方便，目前，中档数控机床广泛采用半闭环控制系统。 null 图1.10半闭环控制系统null   步进电动机   直流伺服电动机   交流伺服电动机   直线伺服电动机 (3) 电气伺服进给系统中的机械传动部件: 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，传动机构不能有 反向间隙。 滚珠丝杠 (2) 电气伺服进给系统驱动部件null 电机支承丝杠螺母伺服进给系统null 伺服电机null 滚珠丝杠螺母副null滚珠丝杠螺母副的结构原理： 在丝杠和螺母上都装有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来，构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则可沿着滚道流动 。滚珠丝杠副结构原理图 null滚珠丝杠螺母副的特点: 与传统的滑动丝杠螺母副比较，滚珠丝杠螺母副具有以下优点： 　　（1）传动效率高，摩擦损失小。 　　（2）运动平稳无爬行。 　　（3）传动精度高，反向时无空程。 （4）磨损小，精度保持性好，使用寿命长。 　　（5）具有运动的可逆性。　 滚珠丝杠副的缺点是： （1）制造成本高。 （2）由于不能自锁，因此必须增加制动装置。null金属切削机床二、主轴部件 主轴部件是机床重要部件之一,是机床的执行件。 作用：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，完成表面成形运动。 组成：主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件 1.主轴部件应满足的基本要求   旋转精度：安装工件或刀具的主轴部位的径向和 轴向跳动   刚度 ：在外加载荷作用下抵抗变形的能力   抗振性 ：抵抗受迫振动和自激振动的能力   温升和热变形 ：各相对运动处的摩擦生热，切削热 等使主轴部件温度升高，造成主轴热变形。 耐摩性（1）旋转精度 （1）旋转精度 主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。 主轴组件的旋转精度是在静态无载条件下测出的。如果在工作条件下，则旋转精度就会有所不同，这种精度称为运动精度，是动态的旋转精度。 null轴向窜动 径向圆跳动 角度摆角 null主轴旋转误差综合主轴组件的旋转精度影响因素 主轴组件的旋转精度影响因素 轴承精度和间隙 与轴承相配合零件（箱体、主轴本身）的精度 轴承安装、调整 主轴转速 轴承组合设计 轴承的性能 （2）.静刚度 （2）.静刚度 静刚度简称为刚度。 主轴组件的刚度是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。 指在主轴工作端部作用一个静态力F（或扭矩M）时，F与主轴在F作用方向上所产生的变形y之比 径向刚度 、轴向刚度 、扭转刚度 对于大多数专机来说，主轴的径向刚度是主要的。 null影响主轴组件刚度的主要因素 影响主轴组件刚度的主要因素 主轴的结构型式及尺寸 轴承的类型、配置及预紧 传动件的布置方式 主轴组件的制造与装配质量 （3）．抗振性 （3）．抗振性 主轴组件的抗振性是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。 主轴组件的振动会影响工件的表面质量、刀具的耐用度和主轴轴承的寿命，还会产生噪声而影响工作环境。 （4）．热变形 （4）．热变形 主轴组件的热变形是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。 热变形可在主轴组件运转一段时间后因发热而造成的各部分位置变化来度量，也可以用温升近似地表示。 主轴组件的热变形会使主轴伸长，使轴承的间隙发生变化，轴心位置偏移等；润滑油温度升高后，使黏度下降，从而降低轴承的承载能力。 影响主轴组件温升和热变形的主要因素 影响主轴组件温升和热变形的主要因素 轴承的类型、配置方式和预紧力的大小 润滑方式 散热条件 一般规定，使用滑动轴承时，主轴轴承温度不得超过60℃，对于高精度机床不得超过室温10℃。滚动轴承的允许温度可参阅表3．1(在室温为20℃的条件下）。 一般规定，使用滑动轴承时，主轴轴承温度不得超过60℃，对于高精度机床不得超过室温10℃。滚动轴承的允许温度可参阅表3．1(在室温为20℃的条件下）。 （5）．耐磨性 （5）．耐磨性 主轴组件的耐磨性是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。 主轴组件的各滑动表面（包括主轴端部定位面、锥孔与滑动轴承配合的轴颈表面，轴向移动的主轴组件的导向表面等）都必须具有很高的硬度，以保持其耐磨性。 滑动和滚动轴承的磨损不仅使主轴组件丧失了原有的运转精度，而且将降低刚度和抗振性，因此必须保证这些部分的耐磨性和具有调整的可能性。 影响耐磨性的主要因素 影响耐磨性的主要因素 主轴、轴承的材料与热处理 轴承（或衬套）类型 润滑方式 nullnull卧式车床传动系统null主运动传动系统null 2.主轴部件的传动方式   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，但 不如带传动平稳。   带传动 ：靠摩擦力传动，适用于中心距较大的两轴之间传动。传动带有弹性，可吸振，传动平稳，过载会打滑。   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。null 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。(1)主轴的支承形式3.主轴部件结构 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、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。 尽量做到设计、工艺、检测基准相统一：两主支承轴径圆心连线A－B。 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、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。 尽量做到设计、工艺、检测基准相统一：两主支承轴径圆心连线A－B。(2)主轴的构造(3)主轴的材料和热处理(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。(4)主轴轴承(4)主轴轴承 主轴部件中最重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、结构、配置方式、安装调整、润滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。 图3-13 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—隔套滚动轴承滚动轴承轴承铬钢GCr15， 硬度 60～65 HRC低碳钢；铜、铝、 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 塑料保持架滚动体内圈 外圈nullnullnull圆锥滚子轴承3000                                                 null推力球轴承5000                                                null角接触球轴承7000 null圆柱滚子轴承 主轴滚动轴承的配置型式主轴滚动轴承的配置型式载荷较大转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和接触角为60°的双向推力角接触球轴承组合 转速为中、低速时，采用双列圆柱滚子轴承和推力球轴承或圆锥滚子轴承的组合 主轴滚动轴承的配置型式主轴滚动轴承的配置型式载荷中等 转速较高时，采用双列圆柱滚子轴承和角接触球轴承的组合或采用前后支承都是角接触球轴承的组合 转速为中、低速时，可采用两个圆锥滚子轴承做前后支承轴承 主轴滚动轴承的配置型式主轴滚动轴承的配置型式载荷较小 转速较高时，可采用前后支承都是单列角接触球轴承的组合，如果要提高轴向刚度可每个支承并列两个轴承 转速为中、低速时，可采用深沟球轴承和推力球轴承的组合 滚动轴承间隙的调整和预紧 滚动轴承间隙的调整和预紧 滚动轴承具有合适的间隙或过盈量，不仅能提高主轴组件的工作性能，而且还可以保证轴承有较长的寿命。因此，主轴组件中应设有间隙调整机构，以保证主轴轴承保持合理的间隙或过盈量。 主轴轴承在装配时要进行预紧、调整间隙，在使用时会出现间隙或过盈量的变化，还应该进行重新调整。因此，采用间隙调整的方法来保持各类轴承合理的间隙或过盈是十分必要的，并必须力求调整方便、可靠。 常见的滚动轴承间隙调整的结构： 常见的滚动轴承间隙调整的结构： 1.对于带锥孔的双列圆柱滚子轴承（NN3000K ) 它是移动轴承内圈使其锥孔与轴颈外锥面作相对移动，从而使内圈产生径向弹性变形来调整轴承的间隙或过盈量。 2.对于角接触轴承 它是通过使其内、外圈产生相对位移来实现间隙调整的。 null金属切削机床三、机床支承件 机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件， 相互固定联接成机床的基础和框架。 1.支撑件应满足的基本要求   足够的刚度和较高的刚度—质量比   较好的动态特性   热稳定性好，热变形性对机床加工精度的影响较小   排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性null 2.支承件的结构 (1)箱形类 支承件在三个方向的尺寸都相差不多，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比第三个方向大得多，如工作台、刀架等。  (3)梁类 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。null 3.支承件的材料 支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土等。null 导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。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。四、机床导轨null 1.导轨应满足的主要技术要求 (1)导向精度 导向精度是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。 (2)承载能力大，刚度好 根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。 (3)精度保持性好 精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料(或磨粒)磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。 (4)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。2.导轨的截面形状和组合形式2.导轨的截面形状和组合形式 图3-16 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null直线导轨的组合形式直线导轨常见的组合形式null3.导轨的结构类型及特点  (1)滑动导轨 (2)静压导轨 (3)卸荷导轨  (4)滚动导轨null(1).滑动导轨 滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好；缺点是磨损快。 为了提高耐磨性，国内外主要采用镶钢滑动导轨和塑料滑动导轨。(a)镶钢导轨(b)塑料导轨null(2)卸荷导轨 　卸荷导轨是利用机械或液压的方式减小导轨面间的压力,但不使运动部件浮起,因而既能保持滑动导轨的优点，又能减小摩擦力和磨损。 “大型超精密机床导轨卸荷系统结构设计与测试” nullnull(3).滚动导轨 与滑动导轨相比，具有如下优点：摩擦因数小，运动灵敏，不易爬 行；磨损小，精度保持性好，寿命长；润滑系统简单。 缺点有：抗振性差，结构复杂，成本较高。 直线滚动导轨的结构 null(4).静压导轨 静压导轨主要是液体静压导轨，在静压导轨两个相对运动的导轨面间通入 压力油，可使运动件浮起。在工作过程中，导轨面上油腔中的油压能随外加负 载的变化自动调节，以平衡外加负载，保证导轨面间始终处于纯液体摩擦状 态。目前，静压导轨较多应用在大型、重型数控机床上。 静压滚动null 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。五、机床刀架和自动换刀装置null 2.机床刀架和自动换刀装置的类型 按照安装刀具的数目可分为单刀架和多刀架，例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等；按驱动刀架转位的动力不同可分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架。null 车床类机床的运动特征是：主运动为主轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成。 车床加工所使用的刀具主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。 车床的种类很多，按用途和结构的不同有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动和半自动车 床以及各种专门化车床等。其中卧式车床是应用最广泛的一种。一、车 床null立式车床null立式车床null转塔车床其 他 车 床null其 他 车 床null 磨床是用磨料磨具(如砂轮、砂带、油石、研磨料)为工具进行切削加工的机床。它们是由于精加工和硬表面加工的需要而发展起来的，目前也有少数应用于粗加工的高效磨床。 为了适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床(如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等)、研磨床、其它磨床(如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等)。二、磨 床null磨 床 与 砂 轮M1432A型万能外圆磨床外形图 1----床身 2—头架 3—内圆磨具 4—砂轮架 5—尾架 6—滑鞍 7—手轮 8—工作台null磨 床 与 砂 轮null磨 床 与 砂 轮无心外圆磨削的加工示意图null无心外圆磨床外观图null平 面 磨 床null磨 床 与 砂 轮卧轴矩台式磨床立轴圆台式磨床null  钻床是孔加工的主要机床。在钻床上主要用钻头进行钻孔。在车床上钻孔时，工件旋转，刀具作进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向移动作进给运动。故钻床适用于加工外形较复杂，没有对称回转轴线的工件上的孔，尤其是多孔加工。如：加工箱体、机架等零件上的孔。除钻孔外在钻床上还可完成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。 钻床的主参数是最大钻孔直径。根据用途和结构的不同，钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。三、钻 床null钻床加工方法钻 床null 摇臂钻床立式钻床钻 床null 铣床是用铣刀进行铣削加工的机床。通常铣削的主运动是铣刀的旋转，工件或铣刀的移动为进给运动，这有利于采用高速切削，其生产率比刨床高。铣床适应的工艺范围较广，可加工各种平面、台阶、沟槽、螺旋面等。 铣床的主要类型有升降台式铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床以及近年来发展起来的数控铣床等。四、铣 床null铣 床 与 铣 刀null卧式升降台铣床立式升降台铣床nullnull五、加工中心图3-36 加工中心null加工中心加工的零件 null加工中心的分类龙门式加工中心nullnull图 可拉削加工的各种内外表面举例 a) 圆孔 b)三角形孔 c)方孔 d)键槽 e)花键孔 f)内齿轮 g)平面 h)榫槽 i)燕尾槽孔 加 工 刀 具null孔 加 工 刀 具拉削过程