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第18章金属切削机床简介金属切削机床(习惯上简称为“机床”)是用切削加工方法将金属毛坯加工成机械零件的机器。也称为“工具机”或“工作母机”。18.1金属切削机床基本知识18.1.1机床的分类(1)按加工性质和使用刀具分成12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、特种加工机床、锯床及其他机床。(2)按使用万能性分成3种：通用机床(适用单件或小批生产)、专门化机床(适用成批生产)和专用机床(适用大批量生产)。(3)按加工精度分为3种：普通精度机床、精密机床和高精度机床。(4)按自动化程度(即加工过程中操作者参与的程度)分成4种：手动机床、机动机床、半自动化机床和自动化机床等。(5)按机床重量和尺寸分成5种:◆仪表机床；◆中型机床(机床重量在10吨以下)；◆大型机床(机床重量为10~30吨)；◆重型机床(机床重量为30~100吨)；◆超重型机床(机床重量在100吨以上)。(6)按机床主要工作部件分：单轴机床、多轴机床、单刀机床和多刀机床等。18.1.2机床型号的编制机床型号是赋予每种机床的一个代号，用以表示机床的类型、主要规格及有关特征等。C6132，C表示车床，6表示普通车床组，1表示普通车床型，32表示最大加工直径为320mm。B6065，B表示刨床，6表示卧式刨床，0表示牛头刨床，65表示最大刨削长度为650mm。XQ6225，X表示铣床，Q表示轻便铣床，6表示卧式铣床，2表示万能升降台铣床，25表示工作台宽度为250mm。Z3080×25，Z表示钻床，3表示摇臂钻床，80表示最大孔直径80mm，25表示加工范围半径2500mm。MG1432A，M表示磨床类，G表示高精度，1表示外园磨，4表示万能型，32表示最大磨削直径320mm，A表示第一次重大改进设计。注意：◆老型号中没有组与系的区别，故只用一位数字表示组别。◆主要参数表示法不同。如老型号中车床用中心高表示；铣床用工作台的编号表示，X62W中的2表示2号工作台(1250×320mm)。◆老型号的重大改进次数用数字表示，如C620—1。18.1.3机床的基本组成◆主传动部件：是实现机床主运动的部件，形成切削速度、消耗大部分功率。如车床、铣床、钻床的主轴箱。◆进给传动部件：是实现机床进给运动的部件，维持切削不断进行。如车床、铣床、钻床的进给箱。◆工件安装装置：如车床的卡盘等。◆刀具安装装置：如车床、刨床的刀架等。◆支承件：如床身等。◆动力源：如电机等。18.2机床的传动18.2.1机床传动的组成◆执行件：执行机床运动的部件。通常直接夹持刀具或工件、并实现其运动。如车床的主轴、刀架等。◆动力源◆传动装置：传递运动和动力的装置。传动装置将动力源和执行件联接起来，构成传动系统。传动系统按使用介质不同，分机械传动、液压传动、气压传动、电气传动等等。18.2.2机械传动(1)机床常用的传动副及其传动关系机械传动是机床主要的传动方式。用来传递运动和动力的装置称为传动副。机床传动的常用传动副有：带与带轮、齿轮/齿轮、蜗轮/蜗杆、齿轮/齿条、丝杆/螺母。传动比：从动轮转速与主动轮转速之比。用i表示。1)带传动带传动是利用带与带轮之间的摩擦作用，将主动轮的转动传到被动轮的传动方式。不考虑相对滑动(打滑)时，考虑打滑(打滑系数ε=0.98)，带传动的特点：结构简单、传动平稳、但是不准确、效率低、占空间。2)齿轮传动齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。有直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、人字齿轮等，最常用的是直齿圆柱齿轮。传动比特点：结构紧凑、传动准确、效率高，但制造复杂、传动不平稳、有噪声。3)蜗轮蜗杆传动用于两传动轴在空间交叉场合的传动。传动比：特点：降速比大、结构紧凑、传动平稳、没有噪声、但是制造复杂、效率低、需要良好润滑。4)齿轮齿条传动(可改变运动性质)齿条的移动速度为特点：传动效率高，但平稳性和准确度较差。5)丝杠螺母传动(可改变运动性质)单头丝杠螺距为p(mm)、转速为n(r/min)时，螺母沿轴线移动的速度多头螺纹传动、丝杠转一转时，螺母移动的距离等于导程L(导程等于头数K与螺距p之乘积)，即特点：传动平稳、精度高、但效率低。(2)各种传动件符号(3)传动链及其传动比传动链是指传动副通过传动轴，把运动源(电机)与末端件(如主轴、刀架等)，或把两个末端件连接起来，使其保持一定关系的传动系统。传动链的传动比是指末端件转速与起始件转速之比。传动链的总传动比等于各传动副的传动比之积。(4)机床的变速机构为适应不同的加工要求，机床的主运动和进给运动的速度需经常变换。因此，机床传动系统中要有变速机构。机床常用的变速机构有：滑动齿轮变速机构、离合器齿轮变速机构、变换齿轮变速机构。1)滑动齿轮变速滑动齿轮变速机构是通过改变滑动齿轮的位置进行变速。其传动链为：2)离合器式齿轮变速机构离合器式齿轮变速是利用离合器进行变速。其传动链为：3)交换齿轮变速机构交换齿轮变速机构是通过交换齿轮进行变速。(5)机械传动的特点◆传动比准确，适用于定比传动；◆实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；◆故障容易发现，便于维修。18.2.3机床的液压传动液压系统一般由液压泵(动力元件)、液压缸(执行机构)、安全阀/节流阀/换向阀(控制元件)、油管、油箱、滤油器、压力表、冷却装置和密封装置等元件(辅助装置)组成。液压传动的特点◆可实现无级变速；且传动平稳、操作简单、体积小、质量轻、寿命长；◆当油液温度和黏度变化或负载变化时，往往不易保持运动速度的稳定，不宜在低温或高温条件下工作；◆由于采用液体为工作介质，在相对运动表面间有泄漏，同时液体具有可压缩性，管路等也会产生弹性变形，故液压传动一般不宜用在传动比要求严格的场合。图外圆磨床液压传动示意图18.3普通车床传动系统分析机床传动系统图是将各种传动元件用简单的符号，并按运动传递顺序依次排列，以展开图形式、画在机床外形轮廓内的示意图。机床传动系统图要注明齿轮/蜗轮的齿数、带轮直径、丝杆的线数和导程、传动轴的编号、电动机的转速和功率。其中传动轴从动力源开始、采用罗马数字依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等。离合器用M表示。为了便于分析机床的传动系统，也采用传动框图来简化。下图就是普通车床C616的传动框图。18.3.1主运动传动系统分析由电动机经变速箱、皮带轮、主轴箱到主轴，称为主运动传动链。常用传动结构式来描述。对于图18.11所示的C616普通车床，其主运动的传动链结构式可表述如下：显然，主轴Ⅵ共有2×3×2=12种转速。最大转速nmax和最小转速nmin分别为：18.3.2进给运动传动系统分析进给运动传动系统是由主轴经挂轮架、进给箱、溜板箱到刀具，称为进给运动传动链，即进给运动传动系统的起始件为主轴，末端件为刀架。C616普通车床进给运动的传动结构式为其进给量或者车削螺纹的螺距为：18.4数控机床简介数控机床(NumericalControl，NC)是利用数字化信息实现机床控制的机电一体化产品。是利用数控技术，准确地按事先编制的工艺流程，实现规定加工动作的金属切削机床。18.4.1数控机床的工作原理数控机床主要由数控系统，辅助装置和机床本体等组成。(1)控制介质：是人与机床进行沟通的媒介，又称信息载体。常用的有穿孔带、穿插孔卡、磁带、磁盘等。(2)数控装置：是数控机床的中枢，主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板、通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。(3)伺服装置：是数控系统与机床本体之间的电传动环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。(4)反馈系统作用是将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到计算数控装置中，使计算机能随时纠正所产生的误差。(5)机床本体机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。18.4.2数控机床的分类(1)按工艺用途分：数控车床、数控铣床等。(2)按运动方式分：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床等。(3)按伺服控制方式分：开环控制数控机床、半闭环控制数控机床、闭环控制数控机床。18.4.3数控机床的加工特点和应用范围◆适应性强：不同零件加工只要修改程序和更换刀具。◆加工质量稳定：加工过程不需人工干预。◆生产率高：减少准备、检验时间等。◆一机多用；加工中心。◆几乎不需要专用的工装夹具。◆大大减轻了工人的劳动强度。18.4.4数控机床与普通机床比较