1、机电产品构造 （课程与实习）机械加工设备部分,绪论 机械加工设备的基础知识第一节 金属切削机床的分类和型号 第二节 机床的运动及常见传动形式 第三节 传动副的传动比计算 第四节 机床的传动装置 第五节 机床变速传动系统及转速图 第六节 机床的传动系统与运动计算,参考教材金属切削机床 戴 曙主编 机械工业出版社 金属切削机床（上） 顾熙棠主编 上海科技出版社 金属切削机床概论 吴圣庄主编 机械工业出版社 金属切削机床概论 顾维邦主编 机械工业出版社 机械制造装备 黄鹤汀主编 机械工业出版社 现代机床设备 顾 京主编 化学工业出版社,在生产领域和日常生活中，人们使用着各种各样的机器设备和工具。这些
2、机器和工具是由一定形状和尺寸的机械零件所组成的。生产这些零件并把它们装配成为机器设备和工具的工业称为机械制造业。 在机械制造业中使用的主要机械加工设备都是机床。它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的4060%，所以，机床的技术水平将直接影响机械制造业的产品质量和劳动生产率。,机床是对金属材料或其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得具有一定几何形状精度、尺寸精度和表面质量要求的机器零件的机器。 机床既是制造其他机器的机器，又是制造机床自身的机器，这是机床区别于其他机器的主要特点。所以机床又称为工作母机或工具机。 机床主要分为金属切削机床、特种加工机床、锻压机床和木工机床四大类。,狭义的机床仅指
3、使用最广、数量最多的金属切削机床。 本课程中机械加工设备部分理论教学，除了介绍有关金属切削机床的基础知识外，主要讲解卧式车床、数控车床、数控铣床、加工中心以及电火花加工机床的典型构造。 与上述理论课教学配合的实践性教学包括五个实习环节。,第一节 金属切削机床的分类和型号,一、机床的分类方法 为适应不同的加工对象和加工要求，机床有许多品种和规格。为便于区别、使用和管理，须对机床加以分类并编制型号。 根据机床的不同特征，机床分类的方法也有许多种。目前，通用类机床的分类与型号编制已较为规范，而数控机床尚无统一的型号编制方法。,机床最基本的分类方法是按机床的主要加工方法及所用刀具进行分类。根据国家制定
4、的机床型号编制方法，机床共分为11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、锯床和其它机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能等，分为若干组，每一组又分为若干系（系列）。,在上述基本分类的基础上，机床还可根据其它特征进一步细分。 同类机床按应用范围（通用性程度）又可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 同类机床按工作精度又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 机床还可按质量、尺寸、自动化程度、主要工作部件（如主轴等）的数目等进行分类。,二、金属切削机床型号的编制 机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能、结构特点和主要技术
5、参数等。 我国机床型号编制方法的现行国家标准是“GB/T 15375 - 2008 金属切削机床型号编制方法”，机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。它适用于各类通用及专用机床、自动线，不包括组合机床和特种加工机床。,我国的机床型号编制方法自1957年第一次颁布以来，已作过七次修改和补充（1959年、1963年、1971年、1976年、1985年、1994年和2008年）。 目前工厂中使用和生产的机床有相当一部分还是按照1994年以前颁布的机床型号编制方法编制的，其涵义可查阅相应的标准。,分类代号,类代号,通用特性、结构特性代号,组代号,系代号,主参数或设计顺序号,主轴数或
6、第二主参数,重大改进顺序号,其他特性代号,大写汉语拼音字母,阿拉伯数字,（1）型号表示方法 通用机床型号的表示方法为：,（2） 机床类、组、系的划分及其代号 机床的类别用大写汉语拼音字母表示。需要时，类以下还可有若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前，作为型号的首位，但第一分类不予表示。,表0-1 机床的类别代号,组的划分及其代号 每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字0 9表示。,表0-2 金属切削机床类、组划分（部分）,系的划分及代号,表0-3 金属切削机床组、系划分（部分）,（3） 机床的特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有某种通用特性时，则在类代号之后加
7、上通用特性代号。 对主参数相同而结构、性能不同的机床，在型号中加结构代号予以区分。,表0-4 通用特性代号,（4） 机床主参数和设计顺序号 机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（如1/10等）表示。当无法用一个主参数表示时，则用设计顺序号表示。,表0-5 常用机床主参数及第二主参数（部分）,卧式车床 1/10 床身上最大回转直径 最大工件长度,摇臂钻床 1 最大钻孔直径 最大跨距,外圆磨床 1/10 最大磨削直径 最大磨削长度,滚齿机 1/10 最大工件直径 最大模数,升降台铣床 1/10 工作台面宽度 工作台面长度,龙门刨床 1/100 最大刨削宽度 最大刨削长度,卧式车床 CA6140,
8、（5）主轴数和第二主参数的表示方法 （6）机床的重大改进顺序号 （7）其他特性代号及其表示方法,C,类代号（车床类）,结构特性代号（结构不同）,组代号（落地及卧式车床组）,系代号（卧式车床系）,主参数（最大车削直径400mm）,A,6,1,40,Y,类代号（齿轮加工机床类）,通用特性代号（精密机床）,组代号（滚齿机组）,系代号（滚齿机系）,主参数（最大工件直径500mm）,M,3,1,50,重大改进顺序号（第五次重大改进）,E,M,类代号（磨床类）,通用特性代号（高精度机床）,通用特性代号（半自动机床）,组代号（外圆磨床组）,系代号（万能外圆磨床系）,G,B,1,4,主参数（最大磨削直径320
9、mm）,32,第二节 机床的运动及常见传动形式,一、机床的运动 各种类型的机床，为了进行切削加工以获得所需的具有一定几何形状精度、尺寸精度和表面质量的工件，必须使刀具和工件完成一系列运动。 尽管各种类型机床的具体用途和加工方法不同，但其基本工作原理是一样的。,图0-1为车床在车削工件圆柱面过程中所需的运动。,图0-1 车削圆柱面过程中的运动,机床在加工过程中完成的各种运动，按其功用可分为表面成形运动和辅助运动两类。 1. 表面成形运动 直接参与切削过程，使之在工件上形成一定几何形状表面的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动。 例图0-1中工件的旋转运动和车刀的纵向直线运动就是形成圆柱面的表
10、面成形运动。,表面成形运动是机床上最基本的运动，对被加工表面的精度和粗糙度有直接的影响。 各种机床加工时必须的表面成形运动的形式和数目，决定于被加工表面的形状以及所采用的加工方法和刀具结构。 图0-2列举了常见的几种工件表面的加工方法及加工时的表面成形运动.,图0-2 常见工件表面的加工方法及其表面成形运动（1）,图0-2 常见工件表面的加工方法及其表面成形运动（2）,用同一种加工方法和刀具结构加工某种表面，由于具体加工条件不同，表面成形运动在刀具和工件间可以有不同的分配情况。,图0-3 外圆柱面的车削加工方式,运动分配情况不同，机床结构就不同。这说明即使是用同一种工艺方法加工相同的表面，还可
11、能有多种结构型式的机床。 形成某一表面的各个运动之间，在多数情况下并不需要保持严格的运动关系。但在某些情况下，各表面成形运动中的某两个运动之间，却必须要保持某种确定的运动关系。,根据切削过程中所起作用的不同，表面成形运动又可分为主运动和进给运动。 主运动是直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑的主要运动。主运动速度高，消耗功率大。 进给运动是不断地把切削层投入切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。进给运动的速度较低，消耗功率也较小。,任何一种机床，必定且通常只有一个主运动，但进给运动可能有一个或几个，也可能没有。 主运动或进给运动的形式既有旋转运动，也有直线运动；而进给运动既有连续运动，也有间歇
12、运动。 旋转主运动速度的单位多为r/min，直线主运动速度为双行程/min；进给运动速度常用下列单位表示：mm/r、mm/min、mm/双行程。,2. 辅助运动 机床上除表面成形运动外的所有运动都是辅助运动。其功用是实现机床加工过程中所必须的辅助动作。比如切入、快进、快退、调位、分度运动等。 此外，机床的启动、停止、变速、换向以及部件和工件的夹紧、松开等操纵控制运动，也都属于辅助运动。,二、机床的传动形式 为实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以下三个基本部分：1. 执行件 执行机床运动的部件，其任务是安装刀具或工件，并直接带动其完成一定形式的运动和保持准确的运动轨迹。如主轴、工作台、刀
13、架等。,2. 动力源 提供动力和运动的装置，是执行件的运动来源，也称为运动源。 现代通用机床通常都采用三相异步电动机作为动力源，数控机床的动力源大多采用交、直流调速电动机或伺服电动机，只有某些小型机床的进给运动以及普通机床的辅助运动是手动的。,3. 传动装置 传递运动和动力的装置，通过它把动力源的运动和动力传给执行件。它还需完成变速、换向、改变运动形式，使执行件获得所需的运动形式、运动速度和运动方向。 传动装置按其采用的传动介质不同，可分为机械传动、液压传动、电气传动和气压传动等。,机械传动应用齿轮、皮带、离合器、齿条和丝杠螺母等机械元件传递运动和动力。这种传动形式工作可靠，维修方便，目前在通
14、用机床上应用较广。 液压传动应用油液作为介质，通过液压元件来传递运动和动力。这种传动形式结构简单、传动平稳，容易实现自动化，在数控机床上应用日益广泛。,电气传动应用电能通过电气装置传递运动和动力。这种传动形式的电气系统比较复杂，主要用于大型和重型机床。 气压传动应用压缩空气作为介质，通过气动元件来传递运动和动力。这种传动形式的特点是动作迅速，易于实现自动化，但运动不易稳定，驱动力较小，主要用于机床的某些辅助运动以及小型机床的进给运动传动中。,根据机床的工作特点不同，往往采用以上几种传动形式的组合，如主运动采用机械传动，进给运动采用液压传动；或者主运动采用电气传动，进给运动采用机械传动或液压传动
15、等。 此外，一台机床的某个运动，有时也可采用以上几种传动形式的组合，如液压机械、电气机械、气压液压等。,为了适应工件和刀具的材料、尺寸的变化，以及满足不同加工工序的要求，通用机床和专门化机床的主运动和进给运动的速度，需在一定范围内变化。 根据速度调节变化的特点不同，机床的传动形式分为分（有）级变速传动和无级变速传动两种。,无级变速传动的速度变换是连续的，即机床的运动在一定范围内可以调节到所需要的任意速度，对提高生产率和适应加工工艺的要求都有重要意义。 分（有）级变速传动的速度变换是不连续的，即使机床的运动在一定范围内只能调节到有限的若干种速度。,机床采用无级变速传动，可以在一定范围内获得最有利
16、的切削用量，但由于可靠性、传动效率、使用寿命、制造成本以及其他一些原因，目前除用于某些精密机床、重型机床和数控机床外，在绝大多数通用机床上，仍以采用机械分级变速传动为主，因其具有结构紧凑、工作可靠、效率高和变速范围大等优点。,第三节 传动副的传动比计算,机床机械传动中常用的传动副有皮带、齿轮、蜗杆蜗轮、齿轮齿条和丝杠螺母等。,机床传动系统图中常用符号,）齿轮传动,）皮带传动,机床传动系统图中常用符号,）蜗杆蜗轮传动,）齿轮齿条传动,需要指出，在机床运动计算中所定义的传动比，只是指两传动件之间的转速（或转数）比值，而不涉及它们之间的驱动关系，亦即与哪一个传动件为主动或被动无关。,解 、轴之间的传
17、动比为轴的转速为,例题1 齿轮传动副传动比的计算 已知轴的转速n，计算轴的转速n。,对于由一系列顺序排列的传动副组合而成的传动系统，同样可按该方法进行运动计算。,例如右图所示的传动系统，轴和轴之间的传动比应为：,若已知轴的转速，则轴的转速应为：,练习1 已知轴和轴都由同一台电动机驱动，试计算轴转1转时轴的转速。,第四节 机床的传动装置,机床常用的传动装置有离合器、变速机构和换向机构等。 一、离合器 离合器用来使同轴线的两轴或轴与轴上的空套传动件随时接合与脱开，以实现机床运动的启动、停止、变速、变向等。按其结构用途不同，可分为啮合式、摩擦式、超越和安全离合器等。,1啮合式离合器 啮合式离合器利用
18、两个零件上相互啮合的齿爪传递运动和扭矩。 根据结构形状不同，可分为牙嵌式离合器和齿轮式（齿式）离合器两种。 牙嵌式离合器由两个端面带齿爪的零件组成，如图0-4a、b所示。,图0-4a、b 牙嵌式离合器,齿轮式离合器是由两个圆柱齿轮所组成的，如图0-4c、d所示。,图0-4c、d 齿轮式离合器,啮合式离合器的特点： 结构紧凑、简单，接合后不会产生相对滑动，传动比准确；但运转中接合会有冲击，一般只能在低速或停转时接合。 啮合式离合器的适用场合： 常用在要求保持严格运动关系或低速传动中。,2摩擦式离合器 摩擦式离合器利用相互压紧的两个零件接触面间产生的摩擦力传递运动和扭矩。 机床上应用最多的是多片式
19、摩擦离合器（分为机械式、电磁式和液压式等）。 机械式多片式摩擦离合器如图0-5a、b所示。,图0-5a 摩擦式离合器外形图,图0-5b 摩擦式离合器剖视图,b）,摩擦式离合器的特点： 可在运转中接合，接合过程平稳，可起到过载保护作用；但传动比不准确，易发热和磨损，且尺寸较大。 摩擦式离合器的适用场合： 一般用在转速较高的传动轴上。,二、分级变速机构 实现机床运动分级变速的基本机构是各种两轴传动机构。 它们通过各种方法变换两轴之间的传动比，使主动轴转速固定不变时，从动轴得到不同的转速。 常见机械分级变速机构的形式如图0-6所示。,图0-6 常用的机械分级变速机构,1. 滑移齿轮变速机构,特点：结
20、构紧凑，传动效率高，变速方便，能传递很大的动力；但不能在运转中变速，只能在停车或转速很低时实现变速。,2. 离合器变速机构（双向牙嵌式或摩擦式）,离合器变速机构的特点： 操作方便，变速时不需要移动齿轮。 摩擦式离合器变速机构可在其运转的情况下实现变速；但磨损较大，传动效率低。,3. 配换齿轮变速机构 （交换齿轮或挂轮机构）,特点： 结构简单紧凑 变速麻烦 调整费时,4. 摆移齿轮变速机构 （塔齿轮）,特点：结构紧凑，刚性较差,5. 塔轮变速机构,特点： 运转平稳 结构简单 尺寸较大 变速不便,图0-7a 常见的换向机构,三、换向机构 换向机构用来改变机床运动部件的运动方向。,图0-7b 常见的
21、换向机构,图0-7c 常见的换向机构,第五节 机床变速传动系统及转速图,一、变速传动系统 为使机床的执行件能获得较多的变速级数，通常采用几个基本变速机构顺序串联排列，组合成一个变速传动系统。 变速传动系统中每一个基本变速机构，通常称为一个变速组。,计算各齿轮处于图示啮合位置时，机床主轴的转速。,例题2 如图所示为某机床的主变速传动系统,计算各齿轮处于图示啮合位置时，机床主轴的转速。,例题2 如图所示为某机床的主变速传动系统,转速图是一种用来表示变速传动系统运动规律的特殊线图，是认识和分析机床变速传动系统非常有用的工具。,图0-8 主变速传动系统的转速图,二、转速图（转速分布图）,转速图是由 “
22、三线一点” 即传动轴格线、转速格线、传动线以及转速点所组成。1）传动轴格线 间距相等的一组竖直线表示各传动轴，并将其轴号写在上方。,60:30,图0-8 主变速传动系统的转速图,2）转速格线 间距相等的一组水平线表示转速的对数坐标。 因分级变速机构的转速是按等比级数排列的，故相邻水平线的距离是相等的，表示转速比是等比级数的公比 。,60:30,图0-8 主变速传动系统的转速图,3）转速点 传动轴格线上的小圆圈（或圆点）表示该轴所具有的转速。 如轴（主轴）上有12个小圆圈（转速点） ，表示该轴具有12级转速（31.5 1400r/min）。,60:30,图0-8 主变速传动系统的转速图,4）传动
23、线 传动轴格线间转速点的连线表示相应传动副的传动比 u ，用主、从动齿轮的齿数比表示。,60:30,图0-8 主变速传动系统的转速图,水平的传动线表示等速传动，传动比 u =1； 向右下方倾斜的传动线表示降速传动，传动比 u 1； 向右上方倾斜的传动线表示升速传动，传动比 u 1。,图0-8 主变速传动系统的转速图,转速图是由“三线一点”所组成的特殊线图。 从图中可看出，转速图不仅可以直观地表出变速传动过程中各传动轴和传动副的转速、主轴获得各级转速时的传动路线，还可清楚地了解到传动轴的数目、变速组的数目，各变速组的传动副数及传动比数值等。,图0-9 某卧式车床主变速传动系统图和转速图 a）传动
24、系统图 b）转速图,60:30,第六节 机床的传动系统与运动计算,机床的传动系统是由各种传动机构按一定关系组合而成的，其任务是实现机床在加工过程中所需的各种运动，并使有关执行件保持一定的传动联系。 为便于了解和分析机床的传动系统及运动传递情况，常采用机床的传动系统图。,一、传动系统图,在图中各种传动元件用简单的规定符号表示，并按运动传递顺序依次排列，以展开图形式画在机床的外形轮廓内，该图称为传动系统图。,图0-9a) 某卧式车床主变速传动系统图,图0-9a) 某卧式车床主变速传动系统图,传动系统图能简明地表示出机床传动系统中各传动件的结构类型和连接方式，实现机床全部运动的传动路线，机床运动中的
25、变速、变向、接通和断开方法等。,注意: 由于传动系统图是用平面图形来表示机床的立体传动结构，有时不得不采取某些特殊的方法表示。 在说明和分析机床的传动系统时，常用传动路线表达式来表示机床运动的传动路线以及有关执行件之间的传动联系。,例题3 如图所示为某车床主变速传动系统图，试写出其传动路线表达式。,图0-9a) 某卧式车床主变速传动系统图,例题4 右图为某转塔车床主传动系统图，试写出其传动路线表达式。,二、传动链 为了在机床上得到有关的运动，必须通过一系列的传动件将动力源和执行件之间、或将有关的两个执行件之间联系起来，我们将这一系列按顺序排列的传动件称为传动链。 通常机床上需要有多少个运动，其
26、传动系统中就有多少条传动链。 每条传动链都有两个末端件。,根据传动联系性质的不同，传动链可分为两类。 1）外联系传动链联系动力源与执行件之间的传动链。 2）内联系传动链联系两个执行件之间的传动链。 其作用是使两个末端件之间保持准确的相对速度或相对位移。,三、机床的运动计算,机床的运动计算通常有两种情况：1） 根据传动系统图提供的有关数据，确定某些执行件的运动速度或位移量。,图0-9a) 某卧式车床主变速传动系统图,2） 根据执行件所需的运动速度、位移量，或有关执行件之间所需保持的运动关系，确定传动链中换置机构（通常为挂轮机构）的传动比，以便进行必要调整。 换置机构是指在传动链中根据加工要求可以
27、变换传动比或传动方向的传动机构。,机床运动计算按每一传动链分别进行，其一般步骤如下： 1）确定传动链的两末端件； 2）根据两末端件的运动关系，确定它们的计算位移； 3）列出运动平衡式； 4）计算出执行件的运动速度或位移量，或整理出换置机构的换置公式，然后确定挂轮齿数。,例题5 如图所示螺纹进给传动链，确定挂轮机构的换置公式。,例题6 右图为某立式钻床主传动系统图，试计算主轴的极限转速。,例题7 如图所示为某机床主传动系统图，试写出其传动路线表达式，并计算主轴的变速级数与主轴的极限转速。,例题8 如图所示为某机床主传动系统图，试写出其传动路线表达式，并计算主轴的变速级数与主轴的极限转速。,练习二,如图所示传动系 统，试计算： 1) 轴A的转速(r/min)； 2) 轴A转1转时，轴B转过的转数； 3) 轴B转1转时，螺母C移动的距离。,
