第三章 第三节金属切削刀具

1、数控机床的产生数控机床的产生 最早出现于二十世纪四十年代初期的美国北密执最早出现于二十世纪四十年代初期的美国北密执安的一个小公司，在制造飞机框架和直升机叶片时，安的一个小公司，在制造飞机框架和直升机叶片时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径精确地利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径精确地控制控制 19521952年研制成功了世界第一台数控机床年研制成功了世界第一台数控机床直直线插补连续控制的三坐标立式铣床线插补连续控制的三坐标立式铣床 第三节第三节 金属切削机床部件金属切削机床部件2数控机床结构数控机床结构 控制介质控制介质 以指令的形式记载各种加工信息（工艺、刀具运动等）以指令的形

2、式记载各种加工信息（工艺、刀具运动等） 数控装置数控装置 核心，接受输入的加工信息，经过本数控装置的编译处核心，接受输入的加工信息，经过本数控装置的编译处理，向伺服系统发送相应的脉冲理，向伺服系统发送相应的脉冲 伺服系统伺服系统 由伺服电机和伺服驱动装置组成由伺服电机和伺服驱动装置组成 执行系统，按照指令控制执行部件，按照进给速度和位执行系统，按照指令控制执行部件，按照进给速度和位移动作移动作 每个进给运动的部件都配有一个伺服系统每个进给运动的部件都配有一个伺服系统 机床本体机床本体3普通车床加工普通车床加工4数控车床加工数控车床加工5673)数控机床的加工特点数控机床的加工特点 工序集中工序

3、集中 加工精度高加工精度高 对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强 自动化程度高，劳动强度低自动化程度高，劳动强度低 生产效率高生产效率高 经济效益良好经济效益良好 8适合于数控机床加工的零件适合于数控机床加工的零件10111.1.主传动系统主传动系统 主传动系统可按不同的特征来分类：主传动系统可按不同的特征来分类： (1)(1)按驱动主传动的电动机类型按驱动主传动的电动机类型 可分为交可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。流电动机驱动和直流电动机驱动。 (2)(2)按传动装置类型按传动装置类型 可分为机械传动装置、可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合。液压传动装置、

4、电气传动装置以及它们的组合。 (3)(3)按变速的连续性按变速的连续性 可以分为分级变速传可以分为分级变速传动和无级变速传动。动和无级变速传动。一、传动系统一、传动系统13主传动系统及主轴部件主传动系统及主轴部件 主传动电机已逐步被变频主轴电机和交流主传动电机已逐步被变频主轴电机和交流调速电机所代替，不再使用普通的交流异调速电机所代替，不再使用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机。步电机或传统的直流调速电机。 由于主轴部件要求实现自动更换刀具或工由于主轴部件要求实现自动更换刀具或工件，因此主轴上设计有刀具自动夹紧机构。件，因此主轴上设计有刀具自动夹紧机构。此外还有主轴准停装置。此外还有主轴准

5、停装置。14(1)进给系统进给系统,液压进给系统液压进给系统,电伺服进给系统电伺服进给系统电伺服进给系统电伺服进给系统15螺 母步 进 电 机功 率放 大环 形分 配C N C丝 杠滑 板 （ 工 作 台 ）1718闭环伺服系统螺 母丝 杠伺 服放大器C N C比较器反馈信号指令信号直线位移测量装置滑 板 （ 工 作 台 ）伺 服 电 机202122 按联动轴数分，按联动轴数分，2轴联动（平面曲线）轴联动（平面曲线）3轴联动（空间曲面，球头刀）轴联动（空间曲面，球头刀）4轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面）5轴联动及轴联动及6轴联动（空间曲面）轴联动（空间曲面） 。联动轴数越多数控系统的控制算

6、法就越联动轴数越多数控系统的控制算法就越复杂。复杂。 电气伺服进给系统由伺服驱动部件和电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。伺服驱动部件有步进机械传动部件组成。伺服驱动部件有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。机等。(2)(2)电气伺服进给系统驱动部件电气伺服进给系统驱动部件(3)(3)电伺服进给传动系中的机械传动部件电伺服进给传动系中的机械传动部件 机械传动部件主要指机械传动部件主要指齿轮齿轮( (或同步齿轮或同步齿轮带带) )和丝杠螺母传动副和丝杠螺母传动副。电气伺服进给系统。电气伺服进给系统中，运动部件的移动是靠脉冲信号来控制，中

7、，运动部件的移动是靠脉冲信号来控制，要求运动部件动作灵敏、低惯量、定位精度要求运动部件动作灵敏、低惯量、定位精度好，具有适宜的阻尼比及传动机构不能有反好，具有适宜的阻尼比及传动机构不能有反向间隙。向间隙。25 由于进给系统传动精度、灵敏性和稳定性将由于进给系统传动精度、灵敏性和稳定性将直接影响被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度，直接影响被加工工件的最后坐标精度和轮廓精度，因此，因此，为减少摩擦阻力为减少摩擦阻力，进给系统普遍采用滚珠丝，进给系统普遍采用滚珠丝杠螺母副和滚动导轨。杠螺母副和滚动导轨。 图3-7 滚珠丝杠螺母副的结构1密封环 2、3回珠器 4丝杠 5螺母6滚珠2728图3-8 采用

8、双向推力圆柱滚子轴承的支承方式图3-9 采用角接触球轴承的支承方式 主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支承并带动工件或刀具旋转执行件。它的功用是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，完成表进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。面成形运动。 主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。密封件及定位元件等组成。二、主轴部件二、主轴部件31主轴部件32 各类机床的主轴组件都要保证主轴在各类机床的主轴组件都要保证主轴在一一定的载荷与转速定的载荷与转速下下

9、 能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋能带动工件或刀具精确而可靠地绕其旋转中心线旋转转中心线旋转 并能在其额定寿命期内稳定地保持这种并能在其额定寿命期内稳定地保持这种性能。性能。 (1)(1)旋转精度旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的在无载荷、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。主轴部位的径向和轴向跳动。 (2)(2)刚度刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向

10、上所施加的作用力位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义。来定义。 (3)(3)抗振性抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。振动和自激振动的能力。 (4)(4)温升和热变形温升和热变形 主轴部件运转时，因各相主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。轴部件的所谓热变形。1.1.主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求34（1 1）旋转精度旋转精度是机床的一

11、项主要精度指标是机床的一项主要精度指标 指机床在无载荷、指机床在无载荷、手动或低速转动手动或低速转动的条件下，主轴的条件下，主轴前端安装刀具或前端安装刀具或工件的基准面上工件的基准面上所测得的径向跳所测得的径向跳动、端面跳动和动、端面跳动和轴向窜动值轴向窜动值35（2 2）静刚度）静刚度 主轴组件静刚度主轴组件静刚度主轴刚度。主轴刚度。 指主轴抵抗外力引起变形的能力。指主轴抵抗外力引起变形的能力。 在主轴工作前端施加一个作用力下时，在主轴工作前端施加一个作用力下时，F F与主轴在与主轴在F F作用方向上所产生的变形作用方向上所产生的变形Y Y之之比，即（单位为比，即（单位为 N/N/mm） K

12、= FK= FY Y 36扭转刚度扭转刚度 在主轴工作端的静扭矩在主轴工作端的静扭矩T T的作用下的作用下，主主轴工作端产生扭转角轴工作端产生扭转角 L L为扭矩为扭矩T T的作用距离，的作用距离，扭转刚度扭转刚度 Kt= TL/ NKt= TL/ Nm m2 2radrad 一般保证了主轴刚度的主轴，则扭转刚一般保证了主轴刚度的主轴，则扭转刚度基本上也能保证。度基本上也能保证。 对承受扭矩为主的主轴（如立钻），则对承受扭矩为主的主轴（如立钻），则对扭转刚度应给予足够的重视。对扭转刚度应给予足够的重视。37（3 3）主轴组件的振动）主轴组件的振动 抗振性：指其抵抗受迫振动和自激振动抗振性：指其

13、抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力。而保持平稳地运转的能力。 抗振性差：抗振性差： 工作时容易发生振动工作时容易发生振动 影响工件的表面质量，限制机床生产率影响工件的表面质量，限制机床生产率 降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命降低刀具的耐用度和主轴轴承的寿命 发出噪声影响工作环境等发出噪声影响工作环境等38（4 4）温升和热变形）温升和热变形 主轴组件工作时，由于摩擦等而发主轴组件工作时，由于摩擦等而发热，产生了温升。热，产生了温升。 温升使主轴组件因热膨胀而变形，温升使主轴组件因热膨胀而变形，称为热变形。称为热变形。39 热变形会使主轴旋转轴线与机床其它部件间热变形会使主轴旋转轴线与

14、机床其它部件间的相对位置发生变化，影响加工精度；的相对位置发生变化，影响加工精度； 热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的热变形造成主轴弯曲，使传动齿轮和轴承的工作状态恶化；工作状态恶化； 热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴热变形还会改变已调好的轴承间隙和使主轴与轴承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，与轴承，轴承与支承孔之间的配合发生变化，影响轴承的正常工作，加速磨损，严重时甚影响轴承的正常工作，加速磨损，严重时甚至发生轴承抱轴现象。至发生轴承抱轴现象。40 轴承的温升与转速有关轴承的温升与转速有关 主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时主轴轴承在最高转速空转、连续运转至热稳态时允许温

15、升为：允许温升为： 高精度机床高精度机床 8 8 10 10 C C 精密机床和数控机床精密机床和数控机床 1515 20 20 C C 普通机床普通机床 3030 40 40 C C 滚动轴承温度不得超过滚动轴承温度不得超过70 70 C C 滑动轴承温度不得超过滑动轴承温度不得超过60 60 C C 对特别精密的机床则不得超过室温对特别精密的机床则不得超过室温10 10 C C2.2.主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式 主轴部件的传动方式主要有主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传齿轮传动、带传动、电动机直接驱动动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，等。主轴传动方式的选择， 主要决定

16、于主轴的转速、所传递的转矩、对运动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、装卸维修方便等要平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。求。42 （1 1）齿轮传动）齿轮传动 （2 2）带传动）带传动 （3 3）电动机直接驱动）电动机直接驱动 多数机床的主轴采用前、后两个支承。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。后支承应消除间隙或预紧。 为提高刚度和抗振性，有的机床主轴为提高刚度和抗振性，有的机床主轴采用

17、三个支承。三个支承中可以前、后支采用三个支承。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，后支承为辅可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。助支承。(1)(1)主轴的支承形式主轴的支承形式3.3.主轴部件结构主轴部件结构44 主轴的构造和形状主要决定于主轴上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

18、减小，尾向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。部径向尺寸最小。(2)(2)主轴的构造主轴的构造46(3)(3)主轴的材料和热处理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。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普通机床主轴可选用中碳钢( (如如4545钢钢) )，调质处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴颈调质处理后，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，以提或定心锥面等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。高其耐磨性。 只有载荷大和有冲击时、或精密机床只有载

19、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。轴承，则轴颈也需淬硬，以提高耐磨性。 48主轴支承的选用主轴支承的选用 主轴支承一般应根据主轴支承一般应根据主轴转速、承载能力、回主轴转速、承载能力、回转精度转精度等性能选用。等性能选用。中小型机床中小型机床：多采用滚动轴承。：多采用滚动轴承。重型机床重型机床：多采用液体静压轴承多采用液体静压轴承高精度机床高精度机床：多采用气体静压轴承多采用气体静压轴承超高速机床超高速机床（2101

20、04rpm）：多采用磁力轴承）：多采用磁力轴承或陶瓷滚珠轴承。或陶瓷滚珠轴承。主轴轴承主轴轴承 主轴部件中最主轴部件中最重要的组件是轴承。重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、轴承的类型、精度、结构、配置方式、安结构、配置方式、安装调整、润滑和冷却装调整、润滑和冷却等状况，都直接影响等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。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50 数控机床常用滚动轴承的结构形式如图数控机床常用

21、滚动轴承的结构形式如图51 机床支承件是指主机大件如床身、立主机大件如床身、立柱、横梁和工作台，采用焊接结构和合柱、横梁和工作台，采用焊接结构和合理的结构形式，相互固定连接成机床的理的结构形式，相互固定连接成机床的基础和框架。基础和框架。 在减轻机床自重的条件下，获得了在减轻机床自重的条件下，获得了高结构刚度和抗振性，改善了动态特性，高结构刚度和抗振性，改善了动态特性，保证了数控机床在主运动功率比同类型保证了数控机床在主运动功率比同类型普通机床大得多的情况下，能进行稳定普通机床大得多的情况下，能进行稳定的切削。的切削。三、机床支承件三、机床支承件1.支承件应满足的基本要求支承件应满足的基本要求

22、 1)1)应具有足够的刚度和较高的刚度应具有足够的刚度和较高的刚度质量比质量比。 2)2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗( (动刚度动刚度) )和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。 3)3)热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。小。 4)4)排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。性。 2.2.支承件的结构支承件的结构 (1)(1)箱

23、形类箱形类 支承件在三个方向的尺寸都相差不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。多，如各类箱体、底座、升降台等。 (2)(2)板块类板块类 支承件在两个方向的尺寸比第三个方向大得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。多，如工作台、刀架等。 (3)(3)梁类梁类 支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多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。，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。54 目前生产实际中对支承件的设计，首先依靠类比的方目前生产实际中对支承件的设计，首先依靠类比的方法和经验，同时运用理论作直观综合分析

24、，进行初步设法和经验，同时运用理论作直观综合分析，进行初步设计，然后制作模型作实验分析或运用有限元法检验和修计，然后制作模型作实验分析或运用有限元法检验和修改设计。改设计。（1）无论什么截形，都是空心的比实心的刚度大，所）无论什么截形，都是空心的比实心的刚度大，所以支承件都是中空形式，以支承件都是中空形式，（2）适当减小壁厚，加大外廓尺寸可提高刚度。）适当减小壁厚，加大外廓尺寸可提高刚度。（3）支承件受扭矩为主的用圆形截面，受弯矩为主的）支承件受扭矩为主的用圆形截面，受弯矩为主的用矩形截面，既受弯矩又受扭矩的用方形截面。用矩形截面，既受弯矩又受扭矩的用方形截面。（4）封闭截面的刚度远比不封闭的

25、大，所以支承件尽）封闭截面的刚度远比不封闭的大，所以支承件尽可能采用封闭截面，但是由于受使用要求（如排屑等），可能采用封闭截面，但是由于受使用要求（如排屑等），不可能完全封闭，此时刚度的削弱用其他措施弥补。不可能完全封闭，此时刚度的削弱用其他措施弥补。55合理选择支承件的结构形式合理选择支承件的结构形式 支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截支承件截面形状尽量选用抗弯的方截面和抗扭的圆截面或采用封闭型床身面或采用封闭型床身封闭整体箱形结构封闭整体箱形结构563、支承件的材料、支承件的材料支承件采用支承件采用铸铁、铸铁、钢板或型钢焊接钢板或型钢焊接 增加刚度、减轻重量、提高抗振性增加刚度

26、、减轻重量、提高抗振性铸件铸件: 容易获得复杂结构的支承件容易获得复杂结构的支承件,铸铁的内摩铸铁的内摩擦力大擦力大,阻尼系数大阻尼系数大,振动的衰减性能好振动的衰减性能好,成本低成本低.铸件的周期较长铸件的周期较长,需做木型模需做木型模,易产生缩孔、气泡易产生缩孔、气泡等缺陷。常用等缺陷。常用HT200焊接件焊接件:钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减钢材的强度比铸铁高，质量可比铸件减轻轻20%- -50%，省去制模和浇注，生产周期短，省去制模和浇注，生产周期短，不易出现废品不易出现废品 支承件常用的材料有支承件常用的材料有铸铁铸铁、钢板钢板和型钢和型钢、天然花岗岩天然花岗岩、预应力钢筋混预应

27、力钢筋混凝土凝土等。等。58人造大理石床身（混凝土聚合物）人造大理石床身（混凝土聚合物）采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料采用混凝土、树脂混凝土或人造花岗岩作支承件的材料不常移动的大型机械的机身。脆性大，耐腐蚀性差。不常移动的大型机械的机身。脆性大，耐腐蚀性差。59 采用封砂床身结构采用封砂床身结构在铸件中不清除砂芯，在焊在铸件中不清除砂芯，在焊接件中灌注混凝土或砂增加接件中灌注混凝土或砂增加摩擦阻力摩擦阻力基础件内腔充填泥芯、混凝基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料土等阻尼材料提高机床提高机床结构的抗振性结构的抗振性60天然大理石床身天然大理石床身 导轨的功用是导轨的功用是承受

28、载荷和导向承受载荷和导向。 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。运动或者回转运动。四、机床导轨四、机床导轨导轨是进给系统的重要环节，导轨是进给系统的重要环节，是机床的基本结构的要素之一，是机床的基本结构的要素之一，机床的加工精度和使用寿命很大程度上决定于机床机床的加工精度和使用寿命很大程度上决定于机床导轨

29、的质量，导轨的质量，而数控机床对于导轨有着更高的要求：而数控机床对于导轨有着更高的要求：如高速进给时不振动，如高速进给时不振动，低速进给时不爬行，低速进给时不爬行，有高的灵敏度有高的灵敏度, ,能在重载下长期连续工作，能在重载下长期连续工作，耐磨性高，耐磨性高，精度保持性要好。精度保持性要好。 1.1.导轨应满足的主要技术要求导轨应满足的主要技术要求 (1)(1)导向精度导向精度 导向精度是导轨副在空载荷或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。迹之间的偏差。 (2)(2)承载能力大，刚度好承载能力大，刚度好

30、根据导轨承受载荷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，保证机床的状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。加工精度。 (3)(3)精度保持性好精度保持性好 精度保持性主要是由导轨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的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料( (或磨粒或磨粒) )磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。 (4)(4)低速运动平稳低速运动平稳 当动导轨作低速运动或微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

31、现量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。象。642.2.导轨的截面形状和组合形式导轨的截面形状和组合形式 图图3-16 3-16 导轨的截面形状导轨的截面形状a)a)矩形导轨矩形导轨 b)b)三角形导轨三角形导轨 c)c)燕尾形导轨燕尾形导轨 d)d)圆柱形导轨圆柱形导轨3.3.导轨的结构类型及特点导轨的结构类型及特点(1)(1)滑动导轨滑动导轨 (2)(2)静压导轨静压导轨 (3)(3)滚动导轨滚动导轨(4)(4)卸荷导轨卸荷导轨67 滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点性高等优点, , 在数控机床上应用广泛，目前多数使用

32、金在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨或注塑导轨属对塑料形式，称为贴塑导轨或注塑导轨 1、滑动导轨、滑动导轨注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体注塑导轨：环氧树脂为基体，加入二硫化钼和胶体石墨及铅粉等混合而成石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化贴塑导轨：聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼、石墨及铅粉等混合而成钼、石墨及铅粉等混合而成贴塑导轨贴塑导轨这是一种金属对塑料的摩擦形式，属滑动摩擦导轨。这是一种金属对塑料的摩擦形式，属滑动摩擦导轨。导轨导轨-滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑滑动面上贴有一层抗磨软带，导轨的另一滑动面

33、为淬火磨削面。动面为淬火磨削面。软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物软带是以聚四氟乙烯为基材，添加合金粉和氧化物的高分子复合材料。的高分子复合材料。塑料导轨刚度好，动、静摩擦系数差值小，耐磨性塑料导轨刚度好，动、静摩擦系数差值小，耐磨性好，无爬行，减振性好。好，无爬行，减振性好。( (图图) )粘帖时，先用清洗剂（如丙酮、三氯乙烯和全粘帖时，先用清洗剂（如丙酮、三氯乙烯和全氯乙烯）彻底清洗被粘贴导轨面，氯乙烯）彻底清洗被粘贴导轨面，切不可用酒精或汽油，因为它们会在被清洗表面留切不可用酒精或汽油，因为它们会在被清洗表面留下一层薄膜，不利于粘结。下一层薄膜，不利于粘结。清洗后用干净的白色擦

34、布反复擦拭，直到擦不出污清洗后用干净的白色擦布反复擦拭，直到擦不出污迹为止。迹为止。然后将配套的胶粘剂（如然后将配套的胶粘剂（如 101101、212212、502502等）用油等）用油灰刀分别涂在软带和导轨粘结面上，灰刀分别涂在软带和导轨粘结面上，为了保证粘结可靠，被贴导轨面应沿纵向涂抹，而为了保证粘结可靠，被贴导轨面应沿纵向涂抹，而塑料软带的粘结面沿横向涂抹。塑料软带的粘结面沿横向涂抹。粘贴时，从一端向另一端缓慢挤压，以利赶跑气泡，粘贴时，从一端向另一端缓慢挤压，以利赶跑气泡，粘贴后在导轨面上施加一定压力加以固化。粘贴后在导轨面上施加一定压力加以固化。( (图图) )为保证粘结剂充分扩散和

35、硬化，室温下，加压为保证粘结剂充分扩散和硬化，室温下，加压固化时间应为固化时间应为24h24h以上。以上。粘贴好的导轨面还要进行精加工，如开油槽、刮研粘贴好的导轨面还要进行精加工，如开油槽、刮研磨削、研磨等。磨削、研磨等。注意在局部修整时，切不可用砂纸，以防砂粒脱落注意在局部修整时，切不可用砂纸，以防砂粒脱落嵌进塑料导轨中，破坏导轨。嵌进塑料导轨中，破坏导轨。局部修整时，要用刮刀。局部修整时，要用刮刀。与粘贴导轨配对的金属导轨，硬度在与粘贴导轨配对的金属导轨，硬度在160HBS160HBS以上，以上，表面粗糙度在表面粗糙度在Ra3.2um-Ra0.8umRa3.2um-Ra0.8um。有时为了

36、使其对软带起定位作用，导轨粘贴面加工有时为了使其对软带起定位作用，导轨粘贴面加工成成0.5-lmm0.5-lmm深的凹槽。深的凹槽。73747576直线滚动导轨组成：导轨体1,滑块7、滚珠4、保持器3、端盖6等 777879 卸荷导轨并不象静压导轨一样浮起卸荷导轨并不象静压导轨一样浮起.一般一般卸荷卸荷70%左右左右,即还有即还有30%左右的重量是左右的重量是压在导轨上的压在导轨上的 液压或气压是利用压力分担、减轻载荷液压或气压是利用压力分担、减轻载荷或重量或重量 机械卸荷就是利用滚动方式，分担、减机械卸荷就是利用滚动方式，分担、减轻滑动时所承受的载荷轻滑动时所承受的载荷 为了提高数控机床的定

37、位精度和运动平为了提高数控机床的定位精度和运动平稳性，目前普遍使用滚动导轨、静压导稳性，目前普遍使用滚动导轨、静压导轨、塑料导轨。轨、塑料导轨。塑料导轨因其良好的动、静摩擦特性和塑料导轨因其良好的动、静摩擦特性和耐磨性大有取代滚动导轨之势。耐磨性大有取代滚动导轨之势。82五、五、 8384回转工作台回转工作台1 1、作用：实现绕、作用：实现绕X X、Y Y、Z Z轴的圆周进给运动轴的圆周进给运动 2 2、种类：数控回转工作台、数控分度工作台、种类：数控回转工作台、数控分度工作台数控回转工作台数控回转工作台8586数控分度头数控分度头 1.1.机床刀架自动换刀装置应满足的要求机床刀架自动换刀装置

38、应满足的要求 1)1)满足工艺过程所提出的要求。满足工艺过程所提出的要求。 2)2)在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架在刀架、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。交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。 3)3)刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚度。刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚度。 4)4)可靠性高。可靠性高。 5)5)刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而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

39、尽可能缩短，以利于提高出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。生产率。 6)6)操作方便和安全。操作方便和安全。六、机床刀架和自动换刀装置六、机床刀架和自动换刀装置 2.2.机床刀架和自动换刀装置的类型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按照安装刀具的数目可分为单刀架单刀架和和多刀架多刀架，例如自动车床上的前、后刀架和，例如自动车床上的前、后刀架和天平刀架。按结构形式可分为天平刀架。按结构形式可分为方刀架方刀架、转转塔刀架塔刀架、回轮式刀架回轮式刀架等；按驱动刀架转位等；按驱动刀架转位的动力不同可分为的动力不同可分为手动转位刀架手动转位刀架和和自动自动( (电

40、电动和液动动和液动) )转位刀架转位刀架。891 1、自动换刀装置、自动换刀装置(ATC)(ATC) 自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动自动换刀装置的用途是按照加工需要，自动地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一地更换装在主轴上的刀具。自动换刀装置是一套独立、完整的部件。套独立、完整的部件。自动换刀装置的形式自动换刀装置的形式回转刀架换刀装置（常用于数控车床）回转刀架换刀装置（常用于数控车床）多主轴转塔头换刀装置（常用于数控镗铣床）多主轴转塔头换刀装置（常用于数控镗铣床）带刀库的自动换刀装置带刀库的自动换刀装置 自动换刀装置自动换刀装置90回转刀架换刀91自动换刀装置自动换刀装置刀库机械

41、手作用作用交换主交换主轴与刀库中的轴与刀库中的刀（工）具刀（工）具92对自动换刀装置的对自动换刀装置的 基本要求基本要求v换刀时间短换刀时间短v刀具重复定位精度高刀具重复定位精度高v有足够的刀具贮存量有足够的刀具贮存量v刀库占地面积小及安全可靠刀库占地面积小及安全可靠自动换刀装置的形式自动换刀装置的形式回转刀架换刀回转刀架换刀更换主轴头换刀更换主轴头换刀更换主轴箱换刀更换主轴箱换刀带刀库的自动换刀系统带刀库的自动换刀系统93盘式刀库盘式刀库鼓轮式刀库：鼓轮式刀库：结构简单、紧凑、应用广结构简单、紧凑、应用广链式刀库：刀库链式刀库：刀库容量大容量大刀库形式刀库形式 2、刀库的形式、刀库的形式94

42、盘式刀库a）b）c）d）a）径向取刀形式）径向取刀形式 b）轴向取刀形式）轴向取刀形式 c）径向布置形式）径向布置形式 d）角度布置形式）角度布置形式95盘式刀库盘式刀库96链式刀库链式刀库链条链轮刀座导轨张紧板97链式链式特点：结构紧凑，特点：结构紧凑，刀库容量大，可充刀库容量大，可充分利用空间，通常分利用空间，通常为轴向取刀，位置为轴向取刀，位置精度较低，适用于精度较低，适用于刀库容量大的场合。刀库容量大的场合。983、换刀过程 加工中心机床工作时换刀的过程分那几个步骤？加工中心机床工作时换刀的过程分那几个步骤？ （1）装刀：刀具装入刀库；）装刀：刀具装入刀库； （2）选刀：根据程序指令，

43、从刀库中选出指）选刀：根据程序指令，从刀库中选出指 定刀具的操作称为自动选刀，常用选刀方式有定刀具的操作称为自动选刀，常用选刀方式有顺序选刀和随意选刀；顺序选刀和随意选刀； （3）换刀：通过机械手（自动换刀机构）和）换刀：通过机械手（自动换刀机构）和 数控系统的有关控制指令实现刀库刀具和主数控系统的有关控制指令实现刀库刀具和主 轴上的刀具的交换。轴上的刀具的交换。99选刀方式选刀方式顺序选刀方式顺序选刀方式 (早期早期)任选方式：任选方式：记忆式记忆式, 跟踪刀具就近换刀跟踪刀具就近换刀(现在现在)换刀方式换刀方式机械手换刀机械手换刀刀库刀库主轴运动换刀主轴运动换刀选刀和换刀方式：选刀和换刀方

44、式：1001)主轴箱回参考点，主轴准停。主轴箱回参考点，主轴准停。2)机械手抓刀机械手抓刀（主轴上和刀库上）（主轴上和刀库上）3)取刀：取刀： 活塞杆推动机械手下行。活塞杆推动机械手下行。4)交换刀具位置：交换刀具位置：机械手回转机械手回转180。5)装刀：装刀：活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。活塞杆上行，将更换后的刀具装入主轴和刀库。4 4、机械手换刀动作过程、机械手换刀动作过程101油缸刀库换刀机械手主轴（b）（a）102（c）（d） 车床类机床的运动特征车床类机床的运动特征是：主运动为主是：主运动为主轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成。轴作回转运动，进给运动通常由刀具来完成

45、。 车床加工所使用的刀具车床加工所使用的刀具主要是车刀，还主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。可用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具。 车床的种类车床的种类很多，按用途和结构的不同很多，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。式车床是应用最广泛的一种。第四节第四节 常见的金属切削机床常见的金属切削机床一、车一、车 床床 磨床是用磨床是用磨料磨具磨料磨具( (如砂轮、砂带、油石、研如砂轮、砂带、油石、研磨料磨料) )为工具进行切削加

46、工的机床。它们是由于精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。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，其中批量的要求，磨床的种类很多，其中主要类型主要类型有：有：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床刃磨磨床、各种专门化磨床( (如曲轴磨床、凸轮轴如曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床

47、、花键轴磨床、活塞环磨床、齿轮磨床、螺纹磨床等磨床等) )、研磨床、其它磨床、研磨床、其它磨床( (如珩磨机、抛光机、如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机等超精加工机床、砂轮机等) )。 看影片看影片二、磨二、磨 床床 钻床是钻床是孔加工的主要机床孔加工的主要机床。在钻床上主要用。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，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。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，没有对称回转轴故钻

48、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。完成扩孔、铰孔、锪平面以及攻螺纹等工作。 钻床的主参数是钻床的主参数是最大钻孔直径最大钻孔直径。根据用途和。根据用途和结构的不同，钻床可分为：立式钻床、台式钻床、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。摇臂钻床、深孔钻床以及中心孔钻床等。三、钻三、钻 床床 铣床是铣床是用铣刀进行铣削加工的机床用铣刀进行铣削加工的

49、机床。通常铣。通常铣削的主运动是铣刀的旋转，工件或铣刀的移动为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。平面、台阶、沟槽、螺旋面等。 铣床的主要类型铣床的主要类型有升降台式铣床、床身式铣有升降台式铣床、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。发展起来的数控铣床等。四、铣四、铣 床床107常见数控机床常见数控机床1数控车床数控车床

50、数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能数控车床主要用于加工轴类和回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序自动完成内外圆柱面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的的切削加工，适合于加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活、通用性轴类或盘类零件。数控车床具有加工灵活、通用性强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能强、能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的要求。的要求。108 图为广州机床厂生产的图为广州机床厂生产的CJK6146型

51、经济型数型经济型数控车床。该机床主轴转速为控车床。该机床主轴转速为141600 r/min，刀架工位数为刀架工位数为4，主电机功率为，主电机功率为7.5 kW；切削；切削进给速度：进给速度：X方向为方向为3 m/min，Z方向为方向为6 m/min。 图图1-5为沈阳机床股份有限公司生产的为沈阳机床股份有限公司生产的CKH6116型数控车床。该机床主轴转速为型数控车床。该机床主轴转速为5004000 r/min，加工精度为，加工精度为IT7IT6。109图1-4 CJK6146型经济型数控车床 110图1-5 CKH6116型数控车床 111对数控车床可以采用不同的分类方法进行分类。对数控车床

52、可以采用不同的分类方法进行分类。1) 1) 按主轴配置形式分按主轴配置形式分按主轴配置形式分，可将数控车床分为卧式和立按主轴配置形式分，可将数控车床分为卧式和立式两大类，其中数控卧式车床有水平导轨和斜置导轨式两大类，其中数控卧式车床有水平导轨和斜置导轨两种形式。两种形式。2) 2) 按刀架数量分按刀架数量分按刀架数量分，可将数控车床分为单刀架和双刀按刀架数量分，可将数控车床分为单刀架和双刀架两类。单刀架数控车床多采用水平导轨，两坐标控架两类。单刀架数控车床多采用水平导轨，两坐标控制；双刀架数控车床多采用斜置导轨，四坐标控制。制；双刀架数控车床多采用斜置导轨，四坐标控制。 1123) 3) 按数

53、控车床控制系统和机械结构的档次分按数控车床控制系统和机械结构的档次分按数控车床控制系统和机械结构的档次分，可分按数控车床控制系统和机械结构的档次分，可分为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。为经济型数控车床、全功能数控车床和车削中心。 车削中心是在数控车床基础上发展起来的一种复车削中心是在数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床，可以在一次装夹中完成回转体零件的所合加工机床，可以在一次装夹中完成回转体零件的所有加工工序，包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻有加工工序，包括车削内外表面、铣平面、铣槽、钻孔和攻螺纹等工序。孔和攻螺纹等工序。113 车削中心除具有一般二轴联动数控车床的车削中心除

54、具有一般二轴联动数控车床的所有功能之外，其转塔刀架上装有能使刀具旋所有功能之外，其转塔刀架上装有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续回转运动和进行精确分度的回转运动和进行精确分度的C轴功能，该轴能轴功能，该轴能与与X轴或轴或Z轴联动。有的车削中心还具有轴联动。有的车削中心还具有Y轴，轴，X、Y、Z轴交叉构成三维空间，可进行端面和轴交叉构成三维空间，可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和螺纹加工等圆周上任意部位的钻削、铣削和螺纹加工等。 1142数控铣床与加工中心数控铣床与加工中心数控铣床和加工中心都能够进行铣削、钻削、镗数控铣床和加工中心

55、都能够进行铣削、钻削、镗削及攻螺纹等加工，它们在结构、工艺和编程等方面削及攻螺纹等加工，它们在结构、工艺和编程等方面有许多相似之处。全功能数控铣床与加工中心比较，有许多相似之处。全功能数控铣床与加工中心比较，区别区别主要在于数控铣床没有自动换刀装置，只能手动主要在于数控铣床没有自动换刀装置，只能手动换刀，而加工中心具有刀具库和自动换刀装置，可将换刀，而加工中心具有刀具库和自动换刀装置，可将使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时通过换使用的刀具预先安排存放于刀具库内，需要时通过换刀指令，由刀指令，由ATC(ATC(自动换刀装置自动换刀装置) )自动换刀。自动换刀。115图1-6 XK5025型

56、经济型数控铣床 116图1-7 XH714A型立式加工中心 加工中心加工中心1958年，美国的卡尼年，美国的卡尼-特雷克（特雷克（K&T）公司首次把公司首次把铣、钻、镗集中于一台数控机床上，通过自动换刀方式铣、钻、镗集中于一台数控机床上，通过自动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。至今实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。至今40多多年来，出现了各种类型的加工中心，其外形结构各异，年来，出现了各种类型的加工中心，其外形结构各异，但从总体来看，不外乎由以下几大部分组成。但从总体来看，不外乎由以下几大部分组成。基础部件基础部件 由床身、立柱和工作台等大件组成。由床身、立柱和工

57、作台等大件组成。主轴部件主轴部件 由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承由主轴箱、主轴电机、主轴和主轴轴承等零件组成。等零件组成。118 加工中心是高效、高精度数控机床加工中心是高效、高精度数控机床,工件在一工件在一次装夹中便可自动完成多道工序的加工次装夹中便可自动完成多道工序的加工. 是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平，它的发展代表了一个国家设计和制造业的水平，成为现代机床发展的主流和方向。成为现代机床发展的主流和方向。 1、加工中心组成、加工中心组成 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。119x-y数控拖板数控拖板变频主轴变频主轴机床本体机床本体数控系统及数控系统及其操作面板其操作面板斗笠式刀库斗笠式刀库Z轴伺服电机轴伺服电机活动防护门活动防护门进给进给Z轴轴护线架护线架冷却液箱冷却液箱1) 1) 加工中心及其组成加工中心及其组成XH713A 立式加工中心120 2)加工中心的特点加工中心的特点： 具有自动换刀装置具有自动换刀装置,能自动地更换刀具，在能自动地更换刀具，在一次装夹中完成铣削、镗孔、钻削、扩孔、