机械制造技术基础第三章

第三章金属切削机床第一节概述第二节金属切削机床部件第三节常见金属切削机床1.动力源

为机床提供动力(功率)和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等。

2.传动系统

包括主传动系统、进给传动系统和其它运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。

3.支承件

用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支承件是机床的基础构件，亦称机床大件或基础件。

第一节概述一、机床的基本组成4.工作部件

(1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件；

(2)与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置；

(3)与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。

5.控制系统

用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统(伺服单元)、可编程序控制器和输入输出装置等。

6.冷却系统

用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。

7.润滑系统

用于对机床的运动副(如轴承、导轨等)进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。

8.其它装置如排屑装置、自动测量装置等。1.表面形成运动

表面形成运动是机床最基本的运动，亦称工作运动。

(1)主运动机床主运动是形成切削速度并从工件上切除多余材料起主要作用的工作运动，机床功率主要消耗于主运动。

(2)进给运动进给运动是使工件上的多余材料不断被去除的工作运动，是维持切削得以继续的运动。二、机床的运动2.辅助运动

机床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称为辅助运动。

(1)切入运动用于保证工件被加工表面获得所需要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度。

(2)各种空行程运动空行程运动主要是指进给前后的快速运动。

(3)其它辅助运动包括分度运动、操纵和控制运动等，例如刀架或工作台的分度转位运动，刀库和机械手的自动换刀运动，变速、换向，部件与工件的夹紧与松开，自动测量、自动补偿等。

1.机床的工艺范围

机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等等。三、机床技术性能指标

2.机床的技术参数

尺寸参数——具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它尺寸参数。

运动参数——指机床执行件的运动速度，例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量(或进给速度)。

动力参数——指机床电动机的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其它内容。1.几何精度

几何精度是指机床空载条件下，在不运动(机床主轴不转或工作台不移动等情况下)或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度。

2.运动精度

运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。

3.传动精度

传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。四、机床精度与刚度4.定位精度

定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。

5.工作精度

加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。

6.精度保持性

在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。1.通用机床的型号编制(●)○(○)●●(●)(○)(●)五、机床的型号编制分类代号类别代号通用特性和结构特性代号组别、系别代号主参数或设计顺序号第二主参数重大改进顺序号同一型号机床的变型代号○－●●2.专用机床的型号编制设计单位代号

组代号

设计顺序号1.主传动系统

主传动系统可按不同的特征来分类：

(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。

(2)按传动装置类型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。

(3)按变速的连续性可以分为分级变速传动和无级变速传动。第二节金属切削机床部件一、传动系统2、进给传动系统(1)电气伺服进给传动系统的控制类型

电气伺服系统按有无检测和反馈装置分为开环、闭环和半闭环系统。图3-1开环伺服系统

图3-2闭环系统1—数控装置2—伺服电动机3—齿轮4—丝杠5—工作台6—检测元件2、进给传动系统

图3-3半闭环系统a)伺服电动机反馈b)、c)从动杠反馈1—反馈装置2—伺服电动机3—齿轮2、进给传动系统

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电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。(2)电气伺服进给系统驱动部件2、进给传动系统(3)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齿轮(或同步齿轮带)和丝杠螺母传动副。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，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向间隙。2、进给传动系统

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2、进给传动系统图3-8采用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2、进给传动系统

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进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。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。二、主轴部件

(1)旋转精度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主轴部位的径向和轴向跳动。

(2)刚度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位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义。

(3)抗振性主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。

(4)温升和热变形主轴部件运转时，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。1.主轴部件应满足的基本要求

2.主轴部件的传动方式

主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。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。

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。(2)主轴的构造3.主轴部件结构(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。3.主轴部件结构(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3.主轴部件结构

1.支承件应满足的基本要求

1)应具有足够的刚度和较高的刚度—质量比。

2)应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)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。

3)热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。

4)排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。三、机床支承件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。

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