机械制造工程学金属切削机床PPT教案

1、会计学1机械制造工程学机械制造工程学 金属切削机床金属切削机床3-1 金属切削机床概述 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，是制造机器的机器，因此又称为“工作母机”或“工具机”，通常简称机床。 一、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刀具进行分类。 目前我国将机床分为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、锯床和其他机床。 在每一类机床中，又按工艺范围、布局形势和结构等，分为若干组，每一组又分为若干系（系别）。 第1页/共151页3-1 金属切削机床概述一、机床的分类 1)按照机床的万能性程度，可分为: 普通机床、

2、专门化机床、专用机床 2)按照机床的工作精度，可分为: 普通精度机床、精密机床、高精度机床 3)按照机床具有的数控功能，可分为: 普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加工中心等 此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等进行分类。第2页/共151页3-1 金属切削机床概述二、机床的型号编制 标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法，适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成。 第3页/共151页3-1 金属切削机床概述三、机床的技术性能 1）工艺范围 2）主要技术参数 3）加工精度和表面粗糙度 4）生产率和自动化程度 5）人机关系 6）成本第4页/共151页 3

3、-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 机器零件上常用的各种表面：平面、圆柱面、圆锥面、成形表面等。 第5页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 1）零件表面的形成：是一条母线沿一条导线运动而形成。母线和导线统称为表面发生线。1-母线，2-导线 第6页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 2）形成发生线的方法 发生线是由刀具的切削刃与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取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成形法、相切法和展成法。 第7页/共151页 3-2 机床的运动分析一、

4、成形运动1.工件表面的成形方法 2）形成发生线的方法（1）轨迹法是利用刀具做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。第8页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 2）形成发生线的方法（1）轨迹法（2）成形法是利用成形刀具对工件进行加工的方法。第9页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 2）形成发生线的方法（1）轨迹法（2）成形法（3）相切法是利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工的方法。第10页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动1.工件表面的成形方法 2）形成发生线的方法（1）轨迹法（2）成形法（3）相切法（

5、4）展成法是利用工件和刀具做展成切削运动的加工方法。第11页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动2.表面成形运动 为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。 成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。 直线运动（用A来表示）或旋转运动（用B来表示）。 成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动第12页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动2.表面成形运动 （1）简单成形运动 简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系。 例1: 用普通车刀车削外圆 母线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线-直线，由轨迹法形

6、成，需要一个成形运动A2。例2: 用成形车刀车削成形回转表面 母线-曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。第13页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动2.表面成形运动 （2）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本质的区别。 组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。 第14页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动2.表面成形运动 （2）复合成形运动例3: 用螺纹车刀车削螺纹 母线-车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故母线由成形法形成，不

7、需要成形运动。 导线-螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B11和刀具直线移动A12。B11和A12之间必须保持严格的相对运动关系。第15页/共151页 3-2 机床的运动分析一、成形运动2.表面成形运动 （2）复合成形运动例4: 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线-渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动，是复合运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两部分，B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。 导线-直线，由相切法形成，需要两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A2。其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B11重合。

8、因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个：一个是复合运动B11B12；另一个是简单的成形运动A2。 第16页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有执行件、动力源和传动装置三个基本部分。 执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。 动力源：提供动力的装置，如电动机。 传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。第17页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链1.传动链 机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件与动力源（如把主轴和电机），或者把执行件和执行件（例如

9、主轴和刀架）之间联系起来，称为传动联系。 构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。 第18页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链1.传动链 根据传动链的性质，可分为如下两种类型： 1）外联系传动链 联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。 保证执行件实现简单运动； 不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系； 如：车床上加工外圆 电机-主轴；主轴-刀架 第19页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链1.传动链 2）内联系传动链 当传动链的两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格的比例关系要求，

10、该传动链称为内联系传动链。 联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等。第20页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链1.传动链 2）内联系传动链联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等。 如：车床上加工螺纹 主轴-刀架，主轴1转-刀架移动1个导程 滚切直齿圆柱齿轮 滚刀旋转-工件旋转，滚刀每转1/K转（K滚刀头数）-工件转1/

11、Z转（Z齿轮齿数） 第21页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 通常传动链中的各种传动机构可分为两类： 传动比不变的“定比机构”，如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等；可变换传动比的“变比机构”（“换置器官”），如齿轮变速机构、挂轮、数控机床中的数控系统等。 为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号来表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。 第22页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第23页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第24页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动

12、原理图 在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，有如下图所示的三种传动方案，试写出每种传动方案的内、外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。 第25页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第26页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第27页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第28页/共151页 3-2 机床的运动分析二、机床传动链2.传动原理图 第29页/共151页一、传动系统 传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传动原理图的具体体现。 在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406

13、-84机构运动简图符号），并按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式来表达。图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、传动轴的编号等。 传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和空间位置。 第30页/共151页以CA6140型卧式车床为例，进行讨论。 第31页/共151页 传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是“抓两端，连中间”。 1.主运动传动链两末端件：主电机主轴 第32页/共151页第33页/共151页 1)传动路线 传动路线表达式如下： 主电动机三角皮带轴I摩擦离合器M1 轴II 轴III 主轴VI。高速传动路线： 轴III

14、-滑移齿轮Z50左位 主轴VI。中低速传动路线 轴III滑移齿轮Z50右位、M2接合轴III、IV、V间的背轮机构和齿轮副主轴VI。第34页/共151页 1)传动路线 传动路线表达式如下：第35页/共151页 2）主轴的转速级数与转速 根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得23(22-1)+23=24级不同转速。同理，主轴反转12级。 主轴的转速可按下列运动平衡式计算： n=1450(130/230)uI-IIuII-IIIuIII-V第36页/共151页 2.进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两末端件：主轴-刀架 第37页/共151页 2.进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两

15、末端件：主轴-刀架 第38页/共151页 传动路线表达式如下。第39页/共151页 二、典型结构 1.主轴箱 CA6140车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。 第40页/共151页 1.主轴箱 1)卸荷带轮 第41页/共151页 1.主轴箱 2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构 第42页/共151页 1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构 第43页/共151页 1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构 第44页/共151页 1.主轴箱 3)主轴组件 第45页/共151页 1.主轴箱 4)变速操纵机构 第46页/共151页 二、典

16、型结构 2.溜板箱 溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、断开和换向；机床过载时控制刀架停止进给；手动操纵刀架移动和实现快速移动。第47页/共151页 二、典型结构 2.溜板箱 1) 开合螺母 第48页/共151页 二、典型结构 2.溜板箱 2)纵、横向进给的操纵机构 第49页/共151页第50页/共151页 二、典型结构 2.溜板箱 3)互锁机构 第51页/共151页 二、典型结构 2.溜板箱 4)超越离合器和安全离合器 第52页/共151页 二、典型结构 2.溜板箱 4)超越离合器和安全离合器 第53页/共151页主传动设计外联系传动链

17、，保证输出转速、输出功率的要求。进给传动设计内联系传动链，传动精度的要求。 本节主要介绍主传动系统的设计方法。第54页/共151页 机床的主要参数包括：尺寸参数影响机床加工性能的尺寸，如主参数、第二主参数、结构尺寸等；运动参数主运动参数（如主轴转速）、进给运动参数（进给量及其数列）；动力参数主运动、进给运动、辅助运动的传动功率第55页/共151页 nmax=1000Vmax/(dmin)，r/min nmin=1000Vmin/(dmax)，r/minVmax、Vmin典型工序的最大、最小切削速度；dmax、dmin经济加工的最大和最小直径，不是机床可能加工的最大和最小直径。普通车床：dmax

18、(0.50.6)Dmax（床身最大回转直径），dmin(0.50.6)dmax；摇臂钻床：dmaxDmax，dmin(0.50.6)dmax。第56页/共151页 nmax=1000Vmax/(dmin)，r/min nmin=1000Vmin/(dmax)，r/min变速范围：Rn=nmax/nmin 第57页/共151页 如某变速机构有z级转速，分别是：n1，n2，n3，nz。 若某一工件的最佳切削速度为v，对应的转速为n，而n又处于两极转速nj、nj+1之间，即： nj n 1， 为使最大相对转速损失不超过50%，即： (-1）/100%50%，则2。12 第62页/共151页公比的选用

19、：自动、半自动机床，要小些，可取1.12或1.26； 大型机床，要小些，可取1.12或1.26； 通用机床，常取1.25或1.41； 小型机床，常取1.58或1.78。 第63页/共151页主传动功率的确定 近似计算法 统计类比法 试验测试法进给传动功率的确定快速移动功率的确定第64页/共151页 转速图可直观的表达出传动系统，各传动轴的转速、传动副的速比关系等。 第65页/共151页 1)组成：“三线一点” 传动轴格线：如,。 转速格线-相邻两极转速相差1格，表示转速相差倍。 传动线-表示相应传动副传动比的大小。 转速点-表示所在轴具有的转速，若转速点不在转速格线上，则应标注其转速值，如电机

20、转速1440r/min。 主轴转速、齿轮齿数或带轮直径的数字。第66页/共151页 2）转速图所表达的内容 （1）主轴各级转速的传动路线如：500r/min，电机（1400r/min）126/25636/3622/62主轴（500r/min）第67页/共151页 2）转速图所表达的内容 （2）主轴得到连续等比数列条件下，所需的传动组数、每个传动组的传动副数 12级转速，三个传动组a、b、c，各组传动副数pa=3、pb=2、pc=2第68页/共151页 2）转速图所表达的内容 （3）各传动组的级比指数 级比指数：传动组内相邻两传动比之比值x称为级比，级比的指数x ，称为级比指数。第69页/共15

21、1页 2）转速图所表达的内容 （4）基本组和扩大组级比指数为1的传动组，称为基本组。将基本组的变速范围进行扩大的传动组，称为扩大组。第70页/共151页 2）转速图所表达的内容 （5）各传动组的变速范围 rn= xn(pn-1)第71页/共151页 结构网-只表示传动比的相对关系，而不表示转速数值的线图。传动链的组成及传动顺序各传动组的传动副数和级比指数 传动顺序和扩大顺序第72页/共151页用结构式的形式表示：z=p0 x0p1x1pnxn 12312326 第73页/共151页第74页/共151页1)拟定变速系统的一般步骤 确定转数数列 选择变速组数及其传动副数，选定合理的结构网或结构式

22、绘制转速图，合理分配传动比 计算各变速组齿轮的齿数 绘制变速系统的传动系统图 第75页/共151页例：已知机床主轴变速范围为31.51400r/min，转速级数z=12级，电机转速nM=1440r/min，试拟定该传动系统的转速图。确定传动顺序方案：传动副的设计应遵守“前多后少”的原则。确定结构网或结构式：“符合级比规律”。第76页/共151页第77页/共151页确定传动顺序方案：传动副的设计应遵守“前多后少”的原则。确定结构网或结构式：“符合级比规律”。确定扩大顺序方案： 传动路线应遵守“前密后疏”的原则； 满足传动副极限传动比的限制。“两个限制”： 齿轮极限传动比：imax=22.5, i

23、min=1/4。 齿轮变速组的变速范围：rmax=810。第78页/共151页降速比的确定，应遵守“前缓后急”的原则。若有升速传动，应遵守“先升后降”的原则。第79页/共151页2）设计变速系统的一般原则 “一个规律”：符合级比规律 “两个限制”： 齿轮极限传动比：imax=22.5,imin=1/4。 齿轮变速组的变速范围：rmax=810。 “三项原则”：传动副的设计“要前多后少”，传动路线的设计要“前密后疏”，降速比的设计要“前缓后急”。 “四项注意”：传动链要短，齿数和要小，齿轮线速度要小，空转件要少。 第80页/共151页第81页/共151页第82页/共151页 3）齿轮齿数的确定

24、原则：齿数和不能太大同一变速组中的各对齿轮，其中心距必须保持相等 最小齿轮的齿数保证不产生根切 保证小齿轮有足够的强度 保证主轴的转速误差在规定范围内，-2%+6% 三联滑移齿轮最大齿轮和次大齿轮的齿数差应大于4 第83页/共151页第84页/共151页第85页/共151页增加一个传动组 采用背轮机构 采用分支机构 采用多速电机、交换齿轮、公用齿轮等。第86页/共151页3-5 数控机床第87页/共151页 3-5 数控机床1）机床数控技术 国家标准(GB812987)把机床数控技术定义为“用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”，简称数控(Numerical Control，N

25、C)。2）数控机床 国际信息处理联盟(international federation of information processing)第五技术委员会对数控机床作了如下定义：“数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用代码，或其它符号编码指令规定的程序。” 第88页/共151页第89页/共151页第90页/共151页第91页/共151页1.数控机床的特点方法 1）适应性、灵活性好2）精度高、质量稳定3）生产效率高4）劳动强度低、劳动条件好5）有利于现代化生产与管理6）使用、维护技术要求高第92页/共151页高档中档低档 金属切削类数控机床 金属成型类及特种加工类数控

26、机床开环控制的数控机床 闭环控制的数控机床半闭环控制的数控机床点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床第93页/共151页第94页/共151页数控技术的发展趋势：1）向高速度、高精度方向发展2）向柔性化、功能集成化方向发展3）向智能化方向发展4）向高可靠性方向发展5）向网络化方向发展6）向标准化方向发展7）向驱动并联化方向发展 第95页/共151页自动对刀直线电机自动测量第96页/共151页第97页/共151页第98页/共151页第99页/共151页第100页/共151页第101页/共151页0eeXYYXYXF0Pi (Xi,Yi)Ae (Xe,Ye)OeieiiYXXYF第1

27、02页/共151页第103页/共151页OA98754321610YX第104页/共151页步数判别坐标进给偏差计算终点判别0 F0=0=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4=10-1=92F0+XF3=F2-ye=2-4=-2=8-1=74F0+XF5=F4-ye=4-4=0=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4=5-1=47F0+XF8=F7-ye=2-4=-2=3-1=29F0+XF10=F9-ye=4-4=0=1-1=0OA98754321610YX第105页/共151页222RYXFiiiXYPi（Xi，Yi）ABF 0F 0第106页/共151页12) 1

28、(122211iiiiiiiXFRYXFXX12) 1(122211iiiiiiiYFRYXFYY12) 1(122211iiiiiiiYFRYXFYY12) 1(122211iiiiiiiXFRYXFXXbabaYYXXNbaxXXNbayYYN第107页/共151页ABYX44步数偏差判别坐标进给 偏差计算坐标计算终点判别起点 F0=0 x0=4, y0=0=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1 =0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0=8-1=72F10+yF2=F1+2y1+1 =-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1=7-1=63F20+yF3=F2+2y2

29、+1=-3x3=4, y3=2=54F30-xF5=F4-2x4+1=-3x5=4, y5=0=36F50-xF7=F6-2x6+1=1x7=4, y7=0=18F70-xF8=F7-2x7+1=0 x8=4, y8=0=0第108页/共151页fNVLsincosLLYXNeecossinfV第109页/共151页顺圆逆圆第110页/共151页3-5 数控机床第111页/共151页第112页/共151页 零件图纸分析工艺处理刀位轨迹计算(数学处理)编写程序程序输入程序校验、试切 加工第113页/共151页第114页/共151页第115页/共151页2）机床原点（机床零点）与参考点 机床原点：

30、机床坐标系的原点。（基准点）参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。 通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。第116页/共151页3）工件坐标系（编程坐标系）与工件原点 工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。 工件坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。4)加工坐标系 加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。 加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。加工坐标系原点可由程序指令来设置和改变 第117页/共151页第118页/共15

31、1页第119页/共151页NGX.Y.FSTMLF 程序段序号 准备机能字 坐标字 进给功能字 主轴转速功能字 刀具功能字 辅助功能字 结束符 ISO6938-I-1982GB8870-88第120页/共151页第121页/共151页第122页/共151页XY70.030.040.0100.0终点起点第123页/共151页Y110.0XO 20.0（终点）220.0（起点）10.0（起点） （终点） 进给速度300deg/min90第124页/共151页YXYG17G03G02ZXG18G03G02ZG19G03G02第125页/共151页第126页/共151页 90 120 140R60R5

32、01006040OYX第127页/共151页Z/X平面Y/Z平面X/Y平面YXZ第128页/共151页机床原点参考点400250zx6. 常用 G代码功能 3)与坐标系有关的G代码第129页/共151页基准点xy150180G54G55参考点机床坐标系原点第130页/共151页（1）返回参考点指令（G28）（2）从参考点返回指令（G29） 6. 常用 G代码功能 4).关于参考点的G代码G28 X1000.0 Y700.0；返回参考点（ABR）T1111； 在参考点换刀G29 X1500.0 Y200.0； 从参考点返回（RBC） 20030070040010001500ABRCXY第131页

33、/共151页6)暂停指令G代码 G04 P_ ; （0.00199,999.999ms）G04 P3000; 暂停3秒 第132页/共151页第133页/共151页 O0001; M98P11000; M30; O1000; M98P12000; M99; O2000; M98P13000; M99;主程序子程序子程序1重嵌套2重嵌套第134页/共151页4321W80XYXZ228.515M10W第135页/共151页4321W80XYXZ228.515M10W第136页/共151页4321W80XYXZ228.515M 10W第137页/共151页3-5 数控机床 在进行数控加工工艺设计时

34、，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择； 数控加工工艺性分析； 数控加工工艺路线的设计。 1.数控加工工艺内容的选择 对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。第138页/共151页3-5 数控机床适于数控加工的内容在选择时，一般可按下列顺序考虑：（1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。1.数控加工工艺内容的选择第139页/共151页3-5 数控机床不适于数控加工的内容（1）调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床加工；（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。1.数控加工工艺内容的选择第140页/共151页 结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。 1)尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、