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第五章传统制造技术传统制造技术通常指切削和磨削加工技术。这两种加工方法是机械制造应用最多、最广、最为主要的金属切削加工方法（占机械制造的30%-40%）。第一节切削加工1第二节通用机床2第三节专用机床3第四节数控机床4第五节加工中心5第六节柔性制造系统6第一节切削加工切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。.一、切削加工的概念切削加工基本条件基本条件切削刀具具有锋利的刃口，材质坚硬、耐磨；其切削方式由其结构和机床运动形式决定。被加工零件通常由基本的几何表面组成切削运动是指在金属切削机床上切削工件时，刀具与工件之间的相对运动。刀具工件切削运动第一节切削加工第一节切削加工第一节切削加工用刃形和刃数都固定的刀具进行切削的方法有车削、钻削、镗削、铣削、刨削、拉削、锯切等。用刃形和刃数都不固定的磨具或磨料进行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和抛光等。.拉削用拉刀在拉力作用下作轴向运动，加工工件内、外表面的方法珩磨用镶嵌在珩磨头上的油石对工件表面施加一定压力，珩磨工具或工件同时作相对旋转和轴向直线往复运动，切除工件上极小余量的精加工方法。第一节切削加工切削加工的历史可追溯到原始人创造石劈、骨钻等劳动工具的旧石器时代。商代中期使用研磨法加工铜镜。西汉时期，使用加沙研磨“金缕玉衣”。.二、切削加工的历史第一节切削加工.第一节切削加工17世纪中叶，中国开始用畜力代替人力驱动刀具进行切削加工。18世纪后半期使用蒸汽作为切削加工动力。19世纪70年代使用电力作为切削加工动力。.第一节切削加工1.按工艺特征分类工艺特征取决于切削工具的结构及切削工具与工件的相对运动形式。常分为车削、铣削、钻削、镗削、绞削、刨削、插削、拉削、锯切、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、人工刮削等。.三、切削加工的分类第一节切削加工2.按材料切除率和加工精度分类常分为粗加工、半精加工、精加工、精整加工、修饰加工、超精密加工等.3.按表面形成方法分类常分为刀尖轨迹法、成形刀具法、展成法。.第一节切削加工切削加工质量主要指工件的加工精度和表面质量。包括表面粗糙度、残留应力和表面硬化。影响切削加工质量的主要因素有：机床、刀具、夹具、工件毛坯、工艺方法、加工环境等。.四、切削加工质量第一节切削加工非金属材料有木材、塑料、橡胶、大理石等。非金属材料的加工方法因其材料各异。.五、非金属材料的切削加工木材：主要在各种木工机床上加工。加工方法有：锯切、刨削、车削、铣削、钻削。玻璃：切割、钻孔、研磨、抛光等大理石：切割、车削、钻孔、刨削、研磨、抛光等塑料：切削、钻孔、磨削等.第一节切削加工机床是对金属（或其它材料）的坯料（或工件）进行加工（包括成形加工、切削加工或特种加工），使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器，是机械制造装备的一个分支。六、切削加工所用的机器----机床第一节切削加工1.机床的起源与发展.第一节切削加工1.机床的起源与发展.第一节切削加工2.机床的分类按加工方式或加工对象分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨床、拉床、特种加工机床、锯床等按工件大小和机床重量可分为仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床和超重型机床.第一节切削加工2.机床的分类按加工精度可分为普通精度机床、精密机床和超精度机床按自动化程度可分为手动操作机床、半自动机床和自动机床按机床的自动控制方式分为仿形机床、程序控制机床、数字控制机床、适应控制机床、加工中心和柔性制造系统.第一节切削加工3.机床的构造机床由动力系统、传动系统、操纵控制系统、执行末端件、支承部件。对于切削机床还包括刀具系统或储存刀具的部件、润滑系统、冷却系统、机床附属装置。.第一节切削加工4.机床技术水平的发展趋势对于复杂零件、难加工零件加工工艺的创新，及开放式数控系统的发展、新颖刀具技术的革新，在确保精度的基础上，机床向着复合化方向发展。.第二节通用机床车床能对轴、盘、环等多种类型工件进行多种工序的加工，常用于加工工件的内外回转表面、端面和各种内外螺纹.采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔、扩孔、攻丝和滚花等，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。.一、车床第二节通用机床1.车床的产生与发展1845年美国的菲奇发明了转塔车床1848年又出现回轮车床1873年美国的斯潘塞制成单轴自动车床20世纪初出现电机带动有齿轮变速箱的车床20世纪60年代起数控车床第二节通用机床2.车床的分类（1）普通车床（2）转塔车床和回转车床（3）多刀半自动车床（4）仿形车床（5）立式车床普通车床转塔车床立式车床仿形车床3.车床的总布局主电机及变速机构挂轮箱床头箱进给箱卡盘中心架溜板箱尾架丝杆光杆第二节通用机床铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床可以加工平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴及比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。.二、铣床第二节通用机床1.铣床的发展历史1818年美国惠特尼创制卧式铣床1862年美国布朗创制万能铣床（铣螺旋槽）1884年龙门铣床20世纪20年代半自动铣床20世纪70年代数控铣床第二节通用机床2.铣床的分类通常按布局形式和使用范围分为：升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床、单臂铣床、仿形铣床、工具铣床等升降台铣床主轴箱主轴横溜板工作台升降台底座铣床的基本结构龙门铣床第二节通用机床刨床是用刨刀对工件进行刨削加工的机床。刨床主要用于加工平面和沟槽。其主运动和进给运动都是直线运动。主要分为龙门刨和牛头刨。.三、刨床牛头刨床:刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件龙门刨床:工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动龙门刨床主要用于加工大型零件牛头刨床龙门刨床第二节通用机床钻床是加工孔的机床。加工时工件固定在工作台上不动，刀具在旋转主运动的同时，还沿其轴线移动，完成进给运动。在钻床上，可进行钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻丝、锪端面等.四、钻床第三节专用机床钻床可分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床和其它专门化钻床.第二节通用机床第三节专用机床专用机床是专门为了某一种零件的某一道特定工序专门设计的机床。工艺范围较窄，通常适用于大批量生产。.第三节专用机床组合机床是根据零件的加工要求，以标准化的通用部件为基础，配以少量按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动高效专用机床。.一、组合机床的工艺范围和特点第三节专用机床组合机床的工艺范围：铣平面、车平面、锪平面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、倒角切槽、攻螺纹等适合加工箱体类及盘类零件。.第三节专用机床组合机床的特点：（1）设计、制造周期短，便于使用维修，成本低（2）加工效率高（3）加工精度稳定（4）自动化程度高，劳动强度低（5）配置灵活.1.组成组合机床一般由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱、滑台及中间底座等通用部件及多轴箱、夹具等主要专用部件组成。第三节专用机床发电机主轴机床第三节专用机床2.配置形式可分为单工位组合机床和多工位组合机床。单工位组合机床：加工时工件安装在机床的固定夹具里不动，由动力部件移动完成各种加工。多工位组合机床有2个或2个以上的加工工位。.第四节数控机床数控技术的基本概念数字控制：是一种借助数字化信息（数字、符号）对某一工作过程（如加工、测量、装配等）发出指令并实现自动控制的技术。数控系统：采用数字控制技术的自动控制系统。数控机床：采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。是一种装有程序控制系统（数控系统）的高效自动化机床。第四节数控机床第四节数控机床一、数控机床的发展历史1947年，美国Parson公司生产直升机机翼检查样板时，提出使用穿孔卡片控制机床。得到军费支持后，开始研究以脉冲方式控制机床各轴运动，可加工复杂轮廓。1952年研制出了能进行3轴控制的铣床样机。第四节数控机床采用电子管元件，体积大，造价高，只用于少数行业。1959年，制成晶体管元件及印刷电路板，使数控机床体积缩小，成本降低。1960年，点位控制数控钻床和直线控制数控铣床得到较快发展。目前，数控技术已应用到各种加工机床中。第五代：微处理器数控(1974年)第四代：小型机数控(1967年)第三代：集成电路式(1965年)第二代：晶体管分立元件式(1959年)第一代：电子管、继电器式(1952年）硬、软件数控软件数控硬件数控数控系统的产生和发展目前知名数控系统日本FANUC德国西门子SIEMENS日本三菱MITSUBISHI日本山崎马扎克(MAZAK)西班牙发格(FAGOR)华中数控系统广州数控系统国内知名：第四节数控机床第四节数控机床二、数控机床的特点1.加工精度高，具有稳定的加工质量；2.可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；3.加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；4.机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；5.机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；6.对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。第四节数控机床三、数控机床的构成主要由机床主体、数控装置、伺服驱动装置、辅助装置构成。数控机床的工作过程数控机床仍采用刀具和磨具对材料进行切削加工，这点在本质上和普通机床并无区别。但在如何控制切削运动等方面则与传统切削加工存在本质上的差别，如下图。零件图编制工艺卡工人操作机床编制程序零件图键盘输入加工运动数控装置伺服装置加工运动检测(a)普通机床加工(b)数控机床加工信息反馈第四节数控机床四、数控加工的基本原理一般情况下，用户程序给出轨迹的起点和终点以及轨迹的类型，并规定其走向，由数控系统在控制过程中计算出轨迹运动的各个中间点，这个过程称为插补，即“插入”、“补上”轨迹运动的各个中间点。第五节加工中心第五节加工中心一、加工中心的特点和分类1.特点加工中心是数控机床的一种，通常指具有刀库和自动换刀功能的数控铣床。工件在加工中心上一次装夹之后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。第五节加工中心可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。第五节加工中心2.加工中心发展20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。第五节加工中心二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有子管数控系统的数控床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已实现了计算机控制并在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。90年代初可以制造加工中心。第五节加工中心3.加工中心分类按主轴的布置方式分为:立式、卧式。卧式加工中心一般有分度转台，可加工工件的各个侧面，也可做多个坐标的联合运动。立式加工中心一般不带转台，仅做顶面加工。4.加工中心的组成基础部件：基础部件是加工中心的基础结构，它主要由床身、工作台、立柱三大部分组成；（一般为铸铁）主轴部件：主轴