机械制造工程学第5章-1.ppt

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1、第5章 金属切削机床与刀具 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”，习惯上简称机床。金属切削机床是加工机器零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的4060。,5.1 机床的分类与型号编制 5.1.1 金属切削机床的分类与型号编制 机床的品种和规格繁多，为便于区别、使用和管理，须对机床加以分类和编制型号。 1机床的分类 机床的传统分类方法，主要是按加工性质和所用的刀具进行分类。 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、锯床及其它机床。在每一类机床中，又按工艺

2、范围、布局形式和结构等，分为若干组，每一组又细分为若干系(系列)。,同类型机床按应用范围(通用性程度)又可分为： 普通机床、专门化机床、专用机床 按工作精度又可分为： 普通精度机床、精密机床和高精度机床。 按自动化程度分为： 手动、机动、半自动和自动机床。 机床还可按重量与尺寸分为： 仪表机床、中型机床(一般机床)、大型机床(10t)、重型机床(大于30t)和超重型机床(大于100t)。 按机床主要工作部件的数目可以分为， 单轴的、多轴的或单刀的、多刀的机床等。,512 机床的型号编制 机床的型号用以简明地表示机床的类型、通用特性和结构特性，以及主要技术参数等。 普通机床型号用下列方式表示：

3、其中：有“( )”的代号或数字无内容时不表示,有内容则不带括号； 有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 有“”符号者，为阿拉伯数字； 有“”符号者，为大写汉语拼音字母、或阿拉伯数字、或两者兼有之。,1机床的类别代号 机床的类别代号用该类机床名称汉语拼音的第一个字母(大写)表示。需要时，类以下还可有若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前。例如，磨床类分为M、2M、3M三个分类。,2机床的特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有各种通用特性时，则在类别代号之后加上相应的特性代号。例如，CM6132型精密普通车床型号中的“M”表示“精密”。“XK”表示数控铣床。如果同时具有两种通用特性

4、，则可用两个代号同时表示，如“MBG”表示半自动高精度磨床。,当机床的性能和结构布局有重大改进时，改进的机床是新产品，需要重新设计、试制和鉴定的，则在原机床尾部按A、B、C字母顺序作为重大改进的顺序号，以区别原型号。例如，CA6140型普通车床型号中的“A”，可理解为：CA6140型普通车床在结构上区别于C6140普通车床。当机床有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后。,3机床的组别、系别代号 机床组别代号和系别代号分别用一个数字表示。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。每一组又分为若干个系列。凡主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的和相对的运动

5、特点基本相同，且基本结构及布局形式也相同的机床，即为同一系列。,4机床主参数、设计顺序号和第二主参数 机床主参数是反映机床规格大小的主要参数。通用机床的主参数已由机床的系列型谱规定。在机床型号中，用阿拉伯数字给出主参数的折算值(110或1100)。 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。 5其它特性代号 主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可用来反映不同的数控系统；对于一般机床可用以反映同一型号机床的变形等。其它特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。,例 1 CA6140型卧式车床,例2 MG1432A 高精度外圆

6、磨床,52 工件表面成形方法与机床运动分析 机床运动分析的一般过程是：首先，根据在机床上加工的各种表面和使用的刀具类型，分析得到这些表面的方法和所需的运动。在此基础上，分析为了实现这些运动，机床必须具备的传动联系，实现这些传动的机构以及机床运动的调整方法。这个次序可以总结为“表面运动传动机构调整”。 1机床的运动分类 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表面成形运动。此外，机床还有多种辅助运动。,5.2.1 工件表面形状与成形方法 切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件间的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采用的加工方法不同，形成发生线的方法也不同，概括起来有以下

7、四种： 轨迹法 、成形法 、相切法 、展成法,5.2.2 机床运动分析 1. 机床的运动 形成发生线的运动，称为表面成形运动。 （1）表面成形运动 表面成形运动根据其复杂程度分为简单运动和复合运动，根据其在切削加工中所起的作用，又可分为主运动和进给运动。 （2）辅助运动 除表面成形运动（即主运动和进给运动）以外的运动称为辅助运动。一般包括：切入运动、分度运动、调位运动（调整刀具和工件之间相互位置）以及其它各种空行程运动（如运动部件的快进和快退等）。,2. 机床的运动联系 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备三个基本部分： 执行件 机床上最终实现所需运动的部件。如主轴、刀架以及工作台等

8、，其任务是带动工件或刀具完成一定的运动并保持准确的运动轨迹。 动力源 为执行件提供运动和动力的装置。如交流异步电动机、直流或交流调速电动机或伺服电动机。 传动装置 传递动力和运动的装置。通过它可把动力源的动力和运动传递给执行件；也可把两个执行件联系起来，使二者间保持某种确定的运动关系。,机床的传动链 由动力源传动装置执行件，或执行件传动装置执行件构成的传动联系，称为传动链。传动链可分为外联系传动链和内联系传动链。 实现简单运动的传动链称为外联系传动链，外联传动链不要求运动源与执行件间有严格的传动比关系。 实现复杂运动的传动链称为内联系传动链，传动链所联系的执行件之间的相对速度(及相对位移量)有

9、严格的要求。,传动原理图 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，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等；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。 为了便于研究机床的传动联系，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。,例 卧式车床的传动原理图,卧式车床的传动原理图,车床有两条传动链：一条是外联系传动链，即从电动机12Uv34主轴，称为主运动传动链。 另一条是内联系传动链。由主轴45Uf67丝杠刀具，得到刀具和工件间的复合成形运动螺旋运动。,3. 机床的传动系统 机床

10、的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示意图。图中用简单的规定符号代表各传动元件，并标明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。在图中，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。,53 车床与车刀 5.3.1 车床 1. CA6140型卧式车床 （1）机床的布局,（2）传动系统,1）主运动传动链 轴的运动可通过轴、间三对齿轮中的任一对传至轴，故轴获得23=6种转速。 轴传往主轴有2条路线： 高速传动路线 主轴上的滑移齿轮50向左移，使之与轴上右端的齿轮63啮合，运动由轴经齿轮副6350直接传给主轴，得到4501400

11、rmin的6级高转速。 低速传动路线 主轴上的滑移齿轮50移至右端，使其与主轴上的齿式离合器M2啮合。轴的运动经齿轮副2080或5050传给轴，又经齿轮副2080或5150传给轴，再经齿轮副2658和齿式离合器M2传至主轴，使主轴获得10500rmin的中低转速。,传动路线表达式表示如下：,主轴的各级转速可按下列运动平衡式计算：,2）进给运动传动链 进给运动传动链的两个末端件分别是主轴和刀架，其功用是使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。 车削螺纹传动路线 CA6140能车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，此外，还可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹。既可以车削右旋螺纹，也可以车削左旋

12、螺纹。 车削螺纹时传动链的运动平衡式为：,a米制螺纹 标准米制螺纹导程 （mm）,车削米制螺纹的运动平衡式为： 化简后得： 由上式可知，如适当选择U基和U倍值，就可得到米制螺纹导程L的各值。,进给箱中的基本变速组是双轴滑移齿轮变速机构，由轴XIII上的8个固定齿轮和轴XIV上的四个滑移齿轮组成，共有8种传动比（除U基1 、 U基5外成等差数列排列）。,增倍变速组由轴XVXVII间的三轴滑移齿轮机构组成。可变换4种传动比（成等比数列排列）。,b模数螺纹 模数螺纹主要用在米制蜗杆中，用模数m表示螺距的大小。 螺距与模数的关系为 （mm） 所以模数螺纹的导程为 （mm），式中k为螺纹的头数。 模数螺

13、纹的标准模数m也是分段等差数列。车削时的传动路线与车削米制螺纹的传动路线基本相同。 由于模数螺纹的螺距中含有因子，因此用挂轮 来引入常数，其运动平衡式为,c. 英制螺纹 英制螺纹在英、美等英寸制国家中广泛应用，我国部分管螺纹也采用英制螺纹。英制螺纹的标准值以每英寸长度上的螺纹扣数（扣in）表示，其标准值也按分段等差数列的规律排列。英制螺纹的导程L1 （in）。由于CA6140型车床的丝杠是米制螺纹，所以被加工的英制螺纹也应换算成以毫米为单位的相应导程值，即 车削英制螺纹时，对传动路线作如下变动。首先，使传动链的传动比包含特殊因子25.4；其次，将基本组两轴的主、被动关系对调，以便使分母为等差级

14、数。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同。其运动平衡式为：,d径节螺纹 径节螺纹主要用于英制蜗杆，其标准值用径节DP表示。径节代表齿轮或蜗轮折算到每英寸分度圆直径上的齿数，故英制蜗杆的轴向齿距为 mm 标准径节的数列也是分段等差数列。径节螺纹的导程排列的规律与英制螺纹相同，只是含有特殊因子25.4。车削径节螺纹时，可采用英制螺纹的传动路线，但挂轮需换为 ，其运动平衡式为 ： 式中,小结： 车削米制螺纹： 车削模数制螺纹：用挂轮引入，其余同米制螺纹 车削英制螺纹：分母为等差级数。将车削米制螺纹时的基本组两轴的主、被动关系对调，其余同米制螺纹 车削径节制螺纹：分母为等差级数，同时用挂轮引入。,e

15、. 非标准螺纹和精密螺纹 此时需将进给箱中的齿式离合器M3、M4和M5全部啮合，被加工螺纹的导程L工依靠调整挂轮的传动比u挂来实现。其运动平衡式为 mm 挂轮的换置公式为,纵向和横向进给传动链 为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的。 a纵向进给传动链 CA6140型车床纵向机动进给量有64种。当运动由主轴经正常导程的米制螺纹传动路线时的运动平衡式为 化简后可得,b横向进给传动链 通过运动平衡式的计算可知，当横向机动进给与纵向进给的传动路线一致时，所得的横向进给量为纵向进给量的一半，横向与纵向进给量的种数相同。 c刀架快速移动 刀架的纵向和横向快速移动由快速移动电动机（0

16、.25kW，2800rmin）传动，刀架快速纵向右移的速度为,（3）CA6140的主要结构 主轴箱 a. 卸荷带轮,花键套,法兰,b. 双向多片摩擦离合器及其操纵机构,（a）,c. 变速操纵机构,溜板箱 a. 开合螺母机构,销子,b纵、横向机动进给和快速移动的操纵机构,c互锁机构 纵向、横向进给运动是通过十字滑槽互锁的。 纵向、横向进给运动与丝杆传动不能同时接通。,开合螺母合上,中间位置,钢球压下,横向,纵向,d. 安全离合器 为避免进给力过大或刀架移动受阻导致机床损坏，CA6140安装了安全离合器，起安全保护作用。当过载消失后，机床可自动恢复正常工作。,2数控车床与车削中心 与普通车床相比，

17、数控车床的纵向和横向运动都分别采用一个伺服电动机驱动。数控车床在主运动系统中安装了主轴脉冲发生器，当主轴每转一转时，主轴脉冲发生器发出一固定数目的脉冲，例如1024p/r，当检测到1024p时，表示轴（带工件）旋转了1转，计算机指挥纵向伺服电机旋转 。,X轴,Z轴,数控车床的主轴一般是卧式的（即水平方向），按ISO规定，数控机床的Z坐标与主轴同方向。 所以，数控车床刀架纵向移动为Z向，横向移动（即工件的径向）为X方向。当Z与X协调运动时，可形成各种复杂的平面曲线，以这条曲线为母线绕工件旋转时（主轴带动工件旋转实现），可形成各种复杂的回转体。 一般数控车床只需要两坐标数控运动；数控立车也只需要工

18、件的轴向（垂直）和径向（水平）两坐标数控运动。,3SG8630高精度丝杆车床 SG8630型车床是专用于车削高精度螺纹的专门化车床。它加工精度可达6级，粗糙度小于Ra0.4微米。,SG8630车床采取下列主要措施来提高传动精度： （1）螺纹传动链短。组成传动误差的项目减少了，有利于提高精度。 （2）主要零、部件的制造精度和机床的装配精度都有很大的提高。 （3）传动丝杠的精度高、直径大，并安装在床身两导轨之间。 （4）机床具有螺距误差校正装置。 （5）主轴采用卸荷式结构。 （6）该机床在恒温车间进行装配和调试。使用时也应在恒温室中，以减小机床热变形对加工精度的影响。,(b),5.3.2 车刀 按

19、车刀的用途分类可分为普通车刀和成形车刀。 一. 普通车刀 1. 普通车刀的用途 (1) 外圆车刀,(a),(c),(d),(2) 端面车刀,(3) 切断刀、切槽刀,2. 普通车刀的结构型式 (1) 焊接式车刀 (2) 机夹式硬质合金车刀 (3) 机夹可转位车刀,与焊接式车刀相比可转位车刀有以下优点： a.刀片不经焊接、刃磨，刀具耐用度高，减少了换刀时间，生产率大大提高； b.可采用涂层刀片，提高刀具耐用度； c.刀杆可重复使用，可以标准化，便于管理； d.在烧结刀片前可在刀片上压制各种形状的断屑槽，以实现可靠断屑。,二. 成形车刀 用于车床上加工内外成形回转表面的车刀称为成形车刀。 1. 成形车刀的特点： a. 加工精度稳定。成形车刀后刀面法剖面廓形根据工件轴向廓形设计，所以工件廓形精度完全取决于刀具的设计、制造和安装精度. b.生产率高： 同时工作刀刃长度长，一次行程就可切出工件。 c. 刀具寿命长： 成形车刀用钝后重磨前刀面，重磨次数多，刀具寿命长。 d.刃磨方便： 成形车刀的前刀面为平面，刃磨方便。,2. 成形车刀的类型,(a) 平体成形车刀 (b) 棱体成形车刀 (c) 圆体成形车刀 (d)切向进给成形车刀,