机械加工装备与方法

第2章机械加工装备与方法机械零件（产品）的精度和表面（或装配）质量主要是靠切削加工或其他方法保证的，机械加工（装配）的设备、工艺装备和方法是保证加工（或装配）质量的基础2.1金属切削机床2.2金属切削工具2.3机械加工方法2.4机床夹具思考题与习题2.1金属切削机床2.1.1机床的分类与型号2.1.2机床的运动2.1.3机床的传动2.1.4机床的基本结构2.1.5几种典型机床传动系统简介2.1.6数控机床2.1.7组合机床与自动线及其发展趋势2.1.1机床的分类与型号机床的分类机床型号编制机床型号是机床产品的代号，简明地表示机床的类型、主要技术参数、性能和结构特点机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成⑴通用机床的型号编制⑵专用机床的型号编制⑶组合机床及自动线型号机床的分类按加工性质和所用刀具分类车床、钻床铣床、镗床刨插床、拉床、磨床、锯床齿轮加工机床螺纹加工机床特种加工机床其他机床2.1.1机床的分类与型号通用机床专门化机床专用机床按机床的通用性分类按精度分类普通机床精密机床高精度机床2.1.1机床的分类与型号按重量大小仪表机床中小机床（自重在10t以下）大型机床（自重在10～30t之间）重型机床（自重在30t以上）超重型机床按加工过程的控制方式普通机床数控机床加工中心柔性制造单元2.1.1机床的分类与型号按自动化程度分类手动机动半自动自动机床按机床运动、执行件数目分类单轴多轴单刀架多刀架机床2.1.1机床的分类与型号⑴通用机床的型号编制通用机床的型号2.1.1机床的分类与型号机床类别和分类代号2.1.1机床的分类与型号表2-1机床类别和分类代号机床的组别和系别代号机床的组别和系别代号用两位阿拉伯数字表示机床类别、组别划分见书中表2-2机床的特性代号特性精密高精度自动半自动轻型万能仿行筒式或经济型数控柔性加工单元数显高速加工中心加重型代号MGZBQWFJKRXSHC2.1.1机床的分类与型号表2-3机床特性代号机床的主参数机床主参数是表示机床规格大小的一种参数，它直接反应出机床加工能力的大小。主参数在型号中位于组系代号之后，用数字表示。主参数的数值是实际值（单位㎜）或实际值的1/10或1/100。机床的重大改进顺序号用字母A、B、C……在原机床型号的最后表示设计改进的次序（除字母I和O外）。例子2.1.1机床的分类与型号CA6140类代号（车床类）结构特性代号（结构特性代号）组别代号（落地及卧式车床组）系别代号（卧式车床系）主参数（最大车削直径为400㎜）2.1.1机床的分类与型号Y3150E类别代号（齿轮加工机床）组别代号（滚齿机）系别代号主参数（最大工件直径为500mm）重大改进顺序号（第一次重大改进）2.1.1机床的分类与型号2.1.1机床的分类与型号（2）专用机床的型号编制2.1.1机床的分类与型号设计单位代号组代号设计顺序代号例：B1－100北京第一机床厂第100种专用机床（专用铣床）⑶组合机床及自动线型号编制组合机床及自动线分类代号分类代号大型组合机床U小型组合机床H自换刀数控组合机床K大型组合机床自动线UX小型组合机床自动线HX自换刀数控自动线KX2.1.1机床的分类与型号2.1.2机床的运动机床的性能方面机床的经济性方面产品定义、外观设计、结构设计、工艺设计、成本核算、质保措施、运输安装、合理使用、维修折旧，报废回收。机床的性能方面（1）工艺范围工艺范围是指机床适应不同加工要求的能力。（2）加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度，如零件加工表面的尺寸、形状、位置及表面粗糙度。（3）生产效率及自动化程度生产效率是单位时间内机床所能加工的工件数量。（4）人机适应性人机适应性的基本要求是可靠、安全和舒适。2.1.2机床的运动2.1.2机床的运动1.工件表面的形成⑴工件表面的形状⑵工件表面的形成2.机床的基本运动⑴工件表面的形状如图2-1所示，这些表面按其形状可分为：旋转表面（如图中的圆锥面、圆柱面）平面成形表面（如图中由复杂运动而形成的齿轮表面、螺纹表面等）2.1.2机床的运动1-平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-成形面图2-1机械零件上常见的表面⑵工件表面的形成工件表面的形成原理从几何观点看，机器零件上任一表面都可以看做是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。刀刃形状的划分方法①刀刃轨迹为发生线②线刀刃为发生线③线刀刃的包络线为发生线工件表面的形成方法轨迹法成形法相切法展成法2.1.2机床的运动轨迹法刀刃为切削点，它按照一定的规律沿轨迹运动而形成所需的发生线。采用轨迹法形成所需的发生线需要一个独立的成形运动。2.1.2机床的运动（a）图2-3形成发生线的四种方法成形法刀刃为一条切削线，它的形状和长短与需要生成的发生线的形状一致。加工时不需要专门的成形方法，便可获得所需的发生线。2.1.2机床的运动（b）图2-3形成发生线的四种方法相切法由于所采用加工方法的需要，刀刃为旋转刀具上的多个切削点，切削时轮流与工件表面相接触，且刀具的旋转中心按一定的规律作轨迹运动，此时各切削点的运动轨迹的包络线（相切线）就是所加工表面的一条发生线。采用相切法形成发生线需要刀具旋转和刀具与工件之间的相对移动两个独立的成形运动。2.1.2机床的运动（c）图2-3形成发生线的四种方法展成法如图2-3（d）所示，刀具刀刃的形状为一条切削线1，但它与需要的发生线2不相吻合。在形成发生线的过程中，展成运动3使切削刃1与发生线2相切，并逐点接触而形成与它共轭的发生线，即发生线2是切削线1的包络线。利用展成法形成发生线需要一个独立的成形运动，即刀具与工件之间不是彼此独立的，而是共同完成一个相对运动（简称展成运动）。2.1.2机床的运动（d）图2-3形成发生线的四种方法2.机床的基本运动机床的成形运动：各类机床为进行切削加工，必须保证刀具和工件之间必要的相对运动，这些运动用来形成被加工工件的表面，称为机床的成形运动，也叫机床的工作运动。主运动：在机床的工作运动中，必有一个速度最高、消耗功率最大的运动，它是产生切削动作必不可少的运动，称为主运动。进给运动：其余的工作运动使切削得以继续进行，直至形成整个表面，这些都称为进给运动。非成形运动：切入运动、分度运动、操纵及控制运动以及辅助运动。成形运动是最基本的运动2.1.2机床的运动2.1.3机床的传动1.机械传动的基本概念⑴机床传动的基本组成部分⑵机床的传动联系⑶传动原理图和传动系统图2.机床的传动分类按其所采用的传动介质不同分⑴机械传动⑵液压传动⑶气压传动⑷电气传动最常用的传动装置传动类型的比较⑴机床传动的基本组成部分动力源为了驱动机床的执行件，实现机床的运动，必须有动力来源，称为动力源。通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电机、变频调速电动机、步进电机等。传动件为了将动力源的动力和运动按要求传递给执行件的零件或装置，就必须有传递动力和运动的零件，称为传动件。执行件机床上直接夹持刀具或工件的并实现其运动的零部件称为执行件。2.1.3机床的传动⑵机床的传动联系定义：把动力源和执行件或者执行件之间联系起来的一系列传动件，构成了一个传动联系。传动链：构成一个传动联系的一系列传动件称为传动链。分类：外联系传动链内联系传动链2.1.3机床的传动外联系传动链定义：联系动力源与执行件的传动链。作用：给机床的执行件提供动力和转速，并能改变运动速度的大小和转动方向，但它不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系。例：用普通车床车螺纹，从电动机到主轴之间由一系列零部件构成的传动链就是外联系传动链。2.1.3机床的传动内联系传动链定义：联系复合运动各个分解部分的传动链，因此对传动链所联系执行件间的相对关系（相对速度和相对位移量）有严格的要求。注意：设计机床内联系传动链时，各个传动环节的传动比必须准确，不应该有摩擦传动（带传动）或瞬时传动比变化的传动件（如链传动）。例：普通车床车削螺纹时，主轴和刀架的运动就构成了一个复合成形运动，联系主轴和刀架之间一系列零部件的传动链就是内联系传动链。2.1.3机床的传动⑶传动原理图和传动系统图传动原理图传动系统图传动原理图和传动系统图的主要区别传动系统图上表示了该机床所有的执行运动及其传动联系；而传动原理图则主要表示与表面成形有直接关系的运动及其传动联系。传动系统图具体表示了传动链中各传动件的结构形式，如轴、齿轮、带轮等；而传动原理图则仅仅用一些简单的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系。2.1.3机床的传动传动原理图定义：用一些简单的符号把运动源和执行件或不同执行件之间的传动联系表示出来的示意图。不表示实际传动机构的种类和数量，主要表示了与表面成形运动有直接关系的运动及其传动联系。图2-4为传动原理图常用符号图2-5为车床的传动原理图2.1.3机床的传动图2-4传动原理图常用符号2.1.3机床的传动图2-5车床的传动原理图图中1--4及4--7分别代表电动机至主轴的外联系、主轴至丝杠的内联系传动链。传动链中传动比不变的定比传动部分以虚线表示，如1--2、3--4、4--5、6--7之间均代表定比传动机构；2--3及5--6之间的代号表示传动比可以改变的机构，即置换机构。2.1.3机床的传动传动系统图定义：表示机床全部运动的传动关系的示意图，常用国家标准所规定的符号。注意：传动系统图只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置。图2-6为C6132车床的传动系统。图2-7为C6132车床的传动框图。2.1.3机床的传动图2-6C6132车床传动系统2.1.3机床的传动电动机变速箱带传动主轴箱主轴变换齿轮换向齿轮进给箱光杠丝杠溜板箱齿轮齿条丝杠螺母开合螺母工件刀架纵向进给刀架横向进给刀架车螺纹进给图2-7C6132车床的传动框图2.1.3机床的传动⑴机床的机械传动组成部分1）定比传动机构（如带传动、齿轮传动等）定义:具有固定传动比或固定传动关系的传动机构，也称为传动副。2）变速传动机构（如滑移齿轮变速机构）定义:改变机床部件运动速度的机构。3）换向机构定义:变换机床运动部件运动方向的机构。4）操纵机构（如手柄、手轮、杠杆等）定义:用来实现机床运动部件变速、换向、起动、停止、制动及调整的机构。5）箱体及其他装置2.1.3机床的传动⑵机床的液压传动机床液压传动系统的组成部分：1）动力元件——液压泵。其作用是将电动机输入的机械能转变为液体的压力能，它是一种能量转换装置。2）执行机构——液压缸或油马达。其作用是把油泵输入的压力油的运动转变为工作部件的机械运动，也是一种能量转换装置。3）控制元件——各种阀类。其作用是控制和调节油液的压力、流量（速度）及流动方向，以满足工作需要。4）辅助装置——油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是保证液压系统正常工作。5）工作介质——在机床中是矿物油。它是传递能量的介质2.1.3机床的传动⑶气压传动气压传动是以压缩空气作为介质，通过气动元件传递运动和动力。主要特点：动作迅速，易于实现自动化，但运动不易稳定，驱动力小。2.1.3机床的传动⑷电气传动电气传动：应用电能，通过电气装置传递运动和动力。特点：电气系统比较复杂，成本较高，主要用于数控机床的伺服系统、大型和重型机床的驱动系统等。2.1.3机床的传动（5）传动类型的比较1）机械传动与液压传动、电气传动相比较2）液压传动与机械传动相比较2.1.3机床的传动1）机械传动与液压传动、电气传动相比较机械传动的优点：①传动比较准确，适用于定比传动（无齿带传动除外）。②实现回转运动的结构简单，并能传动较大扭矩。③故障容易发现，便于维修。缺点：机械传动一般情况下不够稳定，当制造精度不高或磨损时，振动和噪声较大；实现变速机构较复杂，成本高。应用：主要用于速度不太高的有级变速传动中。2.1.3机