机械制造技术装备及设计 第一章车床课件

1、机械制造技术装备及设计李耀刚绪论1.制造技术与装备的概念2.机械制造技术与机械制造装备3.制造技术及装备的演进及重要作用4.先进制造技术简介5.机械制造装备的分类6.机械制造装备应具备的主要功能7.本课程的目标和要求1.制造技术与装备的概念制造技术（Manufacturing Technology)： 使原材料变成社会物质产品的技术总称。 Manufacturing: Manufacturing is a set of correlated operations and activities, which includes product design, material selection,

2、 planning, production,inspection,management, and marketing of the products, for the manufacturing industries. 2.机械制造技术与机械制造装备机械制造技术： 所有用来生产制造各种机器设备的技术总称。如：切削加工技术 焊接技术 热处理技术机械制造装备： 从事机械制造所用到的各种设备和装置。如：车床 加热炉 油槽 加工中心 自动仓库3.制造技术及装备的演进及重要作用1. 石器时代 手工劳动工具 手工动力2. 青铜、铁器时代 劳动工具及贵族的艺术品 工匠 自然动力3. 第一次工业革命:蒸汽机的

3、发明 工场出现 单件小批生产 集中驱动4. 第二次工业革命： 电力革命 电动机的使用 分散驱动 5. 大批大量生产： Model T Henry Ford 刚性生产线6. Just In Time(JIT准时生产）：日本丰田模式 精益生产：Lean Production(LP)7. 多品种少批量生产： CNC MC FMS CIMS 数控机床8. 面向客户的定制生产： 网络制造 虚拟企业 动态联盟 制造技术及先进制造技术 的重要作用： 机械工业： 国民经济的装备部 强大的制造业：知识经济的必要基础目前的落后状态：关键技术进口 数控机床进口5.机械制造装备的分类1、加工装备 机床（金属切削机床

4、特种加工机床 锻压机床 木工机床）2、工艺装备 产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。3、仓储输送装备 各级仓储、物料输送、机床上下料等，如AGV，机器人4、辅助装备 包括清洗机、排屑和计量等设备。7.本课程的目标和要求目标：1 .了解机械制造装备的组成、功用及结构;2 .掌握重要装备的设计方法和设计计算;3 .了解重要装备的结构形式及其设计计算。要求：理论联系实际，重视实验。2. 专业知识更新很快，注意广阅博览。第一篇 切削加工技术装备第一章 车床（轴、盘、杆类回转体零件加工）第二章 铣、钻、镗床（箱、壳类零件）第三章 齿轮机床（各种齿轮的加工）教学目标：了解常用机床的传动、结构

5、和功能实现原理，能够清楚分析CA6140车床的传动系统图和主轴箱展开图。本篇重点：车床剖析 滚齿机的运动联系第一章 车 床 1.1 概 述特征：工件回转，单刃刀具应用：最广泛，金切之必需，占30%左右种类：繁多 卧式 立式 转塔 仿形 专门化 等 一、工艺范围轴、套、盘、杆类零件上的内外回转表面，端面，螺纹。 钻孔、扩孔、铰孔和滚花。特点：通用性好，应用普遍，操作费时 车削工艺范围二、机床的布局1、主轴箱（Headstock) 功用：支撑主轴并把动力经变速机构传给主轴2、刀架（Tool slide) 功用：实现刀具的纵向、横向移动和选刀转动3、尾座（Tailstock) 功用: 安装后顶尖以支

6、撑工件，安钻头、铰刀4、进给箱（Feedbox) 功用:安装进给运动的变速机构，进给量 螺纹5、溜板箱（Apron) 功用: 把进给箱的运动传给刀架 操纵机构6、床身（Bed) 功用: 安装基础件 1.2 车床的传动系统传动系统： 实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各传动链，组成了一台机床的传动系统。传动系统图： 依据国家标准（GB446084)，按照运动传递的先后顺序，所表示的机床传动关系的展开图。说明：1、只表示传动关系。 2、特定符号的示意图。 3、不表示元件的实际尺寸和空间位置。C6132车床8米车床大车床普通车床传动系统图一、主运动传动链主运动：见机床图车床上速度最高、消耗功

7、率最大的运动。主运动传动链：连接主电机和主轴所形成的运动传递路线。功用：主轴旋转主运动 变速 换向1、传动路线 轴后分为2条：（1）高速传动路线 （2）低速传动路线2、主轴转速级数和转速传动路线：见机床图 啮合关系图主电动机（7.5kW 1450r/min)皮带传动130/230轴 (M1)摩擦片离合器右部（ 50/34 34/30 ）反转 左部 中部 电机空转 主轴停转56/38 51/43 轴39/41 22/58 30/50 2种转速3种转速故从轴 I 到轴 III 共有23=6种转速从轴III到主轴VI共有2条传动路线：高速路线、低速路线。高速传动路线（机床图 啮合关系图）主轴上滑移齿

8、轮左移，与轴上63齿轮啮合，经63传给 50，到主轴。 获得4501400r/min 范围的6种转速。 传动路线表达式：20/8050/5020/8051/5026/58M263-50 主轴主轴上滑移齿轮50向右移，与齿式离合器M2啮合。轴运动经2组齿轮传给轴， 轴到 轴也是2级，然后经固定齿轮组和M2到主轴。可获得10500r/min 的较低转速传动路线表达式：20/8050/5020/8051/5026/58M263/50 主轴低速传动路线：（机床图 啮合关系图）CA6140传动系统图主电动机（7.5kW 1450r/min)皮带传动130/230轴 (M1)摩擦片离合器右部（ 50/34

9、 34/30 ）反转 左部 中部 电机空转 主轴停转56/38 51/43 轴39/41 22/58 30/50 50/5020/8051/5026/58M263/50 主轴20/80机床图啮合关系图2、主轴转速级数和转速 （机床图）-总传动系统表达式 啮合关系图主轴正转： 高转速：23=6 低转速：2 3 2 2=24轴- -间的4条传动路线的传动比： I1 I1=(20/80)(20/80)=1/16I2 =(20/80)(51/50) 1/4I3 =(50/50)(20/80)=1/4 I4 =(50/50)(51/50)=1基本相同 实际上只有3种 故2*3*(2*2-1)=18主轴实

10、际转速：18(低速)+6(高速)=24级主轴反转： 3 （1+（2 2-1）=12减去重叠的1级高速低速传动链各级主轴转速的计算： n主=1450 r/min(130/230) (51/43) (22/58) (20/80) (20/80) (26/58) 10 r/min主轴正转24级转速： 10 r/min1400 r/min 用于正常切削主轴反转12级转速： 14 r/min1580 r/min 用于车削螺纹时退刀，较高转速可以节省时间。二、进给运动传动链 （机床图）进给运动：维持切削继续进行下去的运动。进给运动传动链：实现刀具纵、横向移动进给量：工件每转刀架的移动量。 把主轴和刀架当作

11、传动链的首末端件。主轴轴轴挂轮架进给箱进给箱丝杠光杠 溜板箱纵向车螺纹溜板箱纵横向进给车 床 进 给 系 统 图（机床图）1、车削螺纹4种：米制（公制） 英制 模数制 径节制 大导程、非标准 左旋、右旋螺纹主轴每转刀架移动量为：螺纹导程 S车螺纹的运动平衡式： 1r(主轴）i t1= S式中： i从主轴到丝杠之间的总传动比 t1机床丝杠的导程，CA6140为12mm S被加工螺纹的导程（mm）1)米制螺纹米制螺纹导程的国家标准：导程增倍组的传动比基本组的传动比1.753.5712482.254.591.252.55105.5111.53612规律： 列等差数列； 行倍数关系车削米制螺纹的传动路

12、线(机床图)离合器：M3、M4脱开，M5接合挂轮架齿数：63、100、75，到进给箱移换机构25/36() 双轴滑移变速机构 轴25/3636/25 滑移齿轮变速变速齿轮XVIII 离合器M5 开合螺母 刀架（进给系统图） （进给箱啮合关系图） 从进给箱基本组的8种不同传动比(机床图)在轴到轴之间： （进给系统图） i1=26/28=6.5/7 i2=28/28= 7/7 i3=32/28= 8/7 i4=36/28= 9/7 i5=19/14=9.5/7 i6=20/14=10/7 i基 i7=33/21= 11/7 i8=36/21=12/7分析： （进给箱啮合关系图） 进给箱 分母都为7

13、，除6.5和9.5外，为等差数列；恰为米制螺纹导程的最后一行。增倍组4种传动比(机床图)在轴 到轴之间： i1=(18/45) (15/48)=1/8 i2=(28/35) (15/48)=1/4 i3=(18/45) (35/28)=1/2 i倍 i4=(28/35) (35/28)=1作用： 实现螺纹导程标准中行与行间的倍数关系。（进给系统图） （进给箱啮合关系图）进给箱进给变速机构： (机床图) （进给系统图） 由基本组、增倍组和移换机构组成的系统称之为进给变速机构。车削米制（右旋）螺纹的运动平衡式：S1 r主轴(58/58) (33/33) (63/100) (100/75) (25/

14、36) i基(25/36) (36/25) i倍12mm （进给箱啮合关系图）进给箱简化后：S=7 i基i倍=7 (Sj/7) i倍 可见，选择不同的i基和i倍值，就可以得到各种螺纹导程。2）模数螺纹(机床图) （进给系统图）米制蜗杆： （进给箱啮合关系图） 齿距为Tm=m 导程Sm=KTm=Km K为螺纹头数特殊之处：模数螺纹导程包含特殊因子 措施：挂轮(64/100) (100/97) A其余传动路线与车削米制螺纹完全相同。化简的运动平衡式为： Sm=(7/4) i基i倍 因为Sm=KTm=Km ，从上页知 Sm=(7/4)i基i倍有： Km (7/4) i基i倍所以 m=(7/4K)i基

15、i倍改变i基和i倍就可以车削出各种标准模数的螺纹。应用扩大螺纹导程机构，也可以车削出大导程的模数螺纹。3）英制螺纹历史遗留，英、美、加、澳等国惯用，我国管螺纹也仍使用。英制螺纹是以每英寸长度上的螺纹扣数表示扣数为a, 故 a (扣/in) 1 inch=25.4 mm英制螺纹导程：Sa1/a （in）由于CA6140车床丝杠是米制螺纹，换算：Sa 1/a （in）25.4/a (mm)特殊因子：25.4 a为标准值，等差级数，分母为等差级数则需对调主从动轮措施： (机床图) （进给系统图）1、对调基本组两轴： （进给箱啮合关系图） 为主动轴 为被动轴2、在传动链中实现特殊因子25.4 （63/

16、100) (100/75) (36/25) 25.4/21 化简的运动平衡式为： Sa (25.4/21) (1/i基) i倍12 mm (4/7) 25.4 （ i倍/i基）mm将Sa 25.4/a 代入前式，得： a(7/4)(i基/i倍) （扣/in) 可见，改变i基和i倍，就可以车削出各种标准的英制螺纹。4）径节螺纹(机床图) （进给系统图）径节DP=z/D z为齿数 D为分度园直径in意义：折算到每一英寸分度园直径上的齿数应用：英制蜗杆 （进给箱啮合关系图） 英制蜗杆的轴向齿距为：进给箱 SDP= /DP (in) 25.4 /DP (mm)特殊之处：因子25.4 措施：增加挂轮 (

17、64 /100) (100/97) 与移换机构轴和轴 间的36/25组合：(64 /100) (100/97) (36/25)= 25.4 /845) 非标准螺纹（进给箱啮合关系图）螺距可以随意，但对一段螺纹是一固定值措施：改变挂轮传动比，需要把M3、M4和M5全部接通。2、车削圆柱面和端面所需运动：工件回转，刀具做纵、横向进给1）传动路线 溜板箱啮合关系图 由光杠经溜板箱来传动,实现刀架的纵向进给（车削内外圆柱面）和横向进给(车削端面)M5离合器脱开，见进给系统图2) 纵向机动进给量 对CA6140，机动进给量有64种。 简化的运动平衡式： f纵0.71 * i基 * i倍改变i基和i倍,得

18、到0.081.22 mm/r 的32种其余32种通过英制传动路线和扩大螺纹导程机构得到。3）横向机动进给量 是纵向的一半。 3、刀架的快速移动功用：缩短辅助时间，减轻工人劳动强度包括：纵向和横向快速移动。措施：单独的快速电机（250 W 1360r/min)经齿轮副13/29使轴XXI高速转动，经蜗杆副及齿轮机构实现快速移动刀架。快移方向控制：M6和M7(溜板箱中双向离合器） (机床图)溜板箱啮合关系图传动路线纵向进给横向进给作业在CA6140型车床上车削下列螺纹： (1) 米制螺纹 P2.5mm,头数K=1; (2) 模数螺纹 m0.5mm,头数K=2; 试写出其传动路线表达式，并说明车削这

19、些螺纹时可采用的主轴转速范围及其理由。第三节 车床传动系统的主要结构一、主轴箱展开图：按照各传动链传递运动的先后顺序，沿轴心线剖开，并展开在一个平面上的装配图。1、卸荷带轮 （ Unloaded belt pulley) 轴的花键部分只传递转矩，皮带的拉力则经轴承和法兰3传到箱体上。卸荷：把径向载荷卸给箱体2、摩擦离合器、制动器及其操纵机构双向多片摩擦离合器：安装在轴上功用：1）实现主轴正、反转和停止，对应 左、中、右3个位置 2）过载保护 摩擦片打滑组成：内摩擦片 外摩擦片 止推片 压块 空套齿轮块动作原理及实现：见下页图1.16离合器的操纵：手柄21上下齿扇齿条拨叉滑套(锥孔)元宝销转动下

20、端推动杆9左右移动制动器功用：摩擦离合器脱开时刻制动主轴，缩短辅助时间组成：制动盘 制动带 调节螺钉 弹簧 杠杆关键之处：杠杆14和齿条轴17 松紧程度调节：调节螺钉12 ，以避免太松 或太紧3.主轴和卡盘的联接各种机床主轴与刀具或夹具的联接方式不同CA6140卧式车床主轴：短锥和法兰短锥：短圆锥面定位法兰：与锁紧盘配合，紧固卡盘或拨盘 圆形端键：用于传递扭矩优点：1.装卸方便，工作可靠。 2.定心精度高。 3.主轴悬伸较短,提高了主轴组件刚度卡盘与拨盘的安装4.变速操纵机构变速操纵机构（续）对象：轴上的双联滑移齿轮和轴上的 三联滑移齿轮一个手柄操纵：变速手柄转一转，变换全部6种转速盘形凸轮：

21、封闭的曲线槽，两段不同半径的圆弧 位置1、2、3：大圆半径左移 位置4、5、6：小圆半径右移 曲柄：带动拨叉，拨动轴3上的三联齿轮，使其位于左、中、右3个位置 2.纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构手柄集中操纵：纵向、横向机动进给和快速移动 向相应方向扳动手柄纵向移动：左右扳动手柄1绕a转动拨动轴3移动 杠杆7推杆8凸轮9转动曲线槽拨叉10移动轴 上牙嵌式离合器M6不同方向啮合快速移动：如是光杠转动，再按下手柄1上端的快速移动按钮，启动快速电机，刀架即快速移动，直到松开。前后移动：前后扳动手柄1轴14凸轮13转动杠杆12摆动拨叉11拨动牙嵌离合器M7相应方向啮合快速移动：同纵向运动互锁：用

22、盖2上设计的十字形槽，使纵横向不能同时手柄位于中间位置时，离合器M6M7脱开，断开机动与快速溜板箱操纵机构立体图3. 互 锁 机 构机动进给或快速移动时，开合螺母不能合上合上开合螺母时 ,不许接通机动进给和快速移动称之为互锁互锁工作原理：中间位置情况：机动进给未接通，对开螺母为开合上对开螺母 手柄轴4转过一个角度后，锁住其它两轴，避免了机动进给和快速移动。扳动机动进给及快速操纵手柄时(左右)： 销5起作用，将手柄4锁住，开合螺母手柄不转d) 扳动机动进给及快速操纵手柄时(前后)： 轴14上长槽转开, 顶住轴14的凸肩，轴4不转互锁机构工作原理超越离合器（机床图）功用：快速运动与正常运动不会干涉

23、安装部位：蜗杆轴 的左端与齿轮之间主要组成： 外环低速（正常进给运动）逆时针 星形体正常为被动件，快速电机使其高速转动，但由于圆柱滚子的作用，外环不变 圆柱滚子单元：3个，有滚子,弹簧,柱销 工作原理： 外环低速驱动：通过滚子，越楔越紧 内圈高速运动：摩擦力使滚子脱开，实现超越4、安 全 离 合 器功用：能自动停止进给，以避免机件损坏。位置：在进给链中轴 上结构：见前图（超越离合器） 左半部6 右半部7 弹簧8原理：左右两半都有齿，可以传递运动。但齿形为螺旋形端齿面，在传递转矩时会产生轴向力。如进给力过大或刀架移动受阻，则转矩过大，导致轴向力也过大，右半部会克服弹簧作用力而脱开，从而使整个进给链中断，起到安全保护作用。第四节 车床上的运动及联系一、车床上的运动 1.表面成形运动 2.辅助运动二、机床的运动联系 1.动力源 2.传动装置 3.执行件三、传动原理图 内链 外链 一、车床上的运动表面成形运动（成形运动） 是保证得到工件要求的表面形状的运动。 如：车削外圆柱面 工件的旋转 刀具移动 （1）主运动 转速较高，消耗功率最大 （2）进给运动 刀具的移动辅助运动 为完成加工所需要的其它运动，如车床的切入运动，重型车床刀架纵、横向大机动快移等。二、机床的运动联系1、动力