1、1,上一页,下一页,后 退,退 出,第十四章 金属切削机床的基础知识,金属切削机床：对金属工件进行切削加工的机器。,2,1.按加工性质和使用刀具不同,上一页,下一页,后 退,退 出,第一节 机床的类型和基本构造,一、机床的类型,C-车 Z-钻 T-镗 M-磨 Y-齿轮 S-螺纹 X-铣 B-刨 L-拉 D-特种加工 G-锯床 Q-其它,仪表机床、中小机床、大型机床(1030t)、重型机床(30100t)和超重型机床(100t以上)。,2.按加工工件大小和机床质量,3.按机床适用范围,通用机床、专门化机床和专用机床。,普通精度级机床、精密级机床和高精度级机床。,4.按加工精度,3,第一节 机床的
2、类型和基本构造,4,第一节 机床的类型和基本构造,5,五种最基本的机床：车床、钻床、刨床、铣床和磨床。,二、机床的基本构造,上一页,下一页,后 退,退 出,1.主传动部件：用来实现机床的主运动。,2.进给传动部件：用来实现机床的进给运动，也用来实现机床的调整、退刀及快速运动等。,3.工件安装装置：用来安装工件。,4.刀具安装装置：用来安装刀具。,5.支承件：用来支承和连接机床的各零部件，是机床的基础构件。,6.动力源：为机床运动提供动力，即电动机。,6,车 床,上一页,下一页,后 退,退 出,7,车 床,8,9,立车,10,钻 床,上一页,下一页,后 退,退 出,11,钻 床,12,刨 床,上
3、一页,下一页,后 退,退 出,13,刨 床,14,铣 床,上一页,下一页,后 退,退 出,15,铣 床,X53K万能铣床,16,磨 床,上一页,下一页,后 退,退 出,17,磨 床,18,镗床,T68镗床,T618镗床,19,机床的传动，有机械、液压、气动、电气等多种传动形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。 机床上的回转运动多为机械传动，而直线运动则是机械传动和液压传动都有应用。,上一页,下一页,后 退,退 出,第二节 机床的传动,20,1. 机床上常用的传动副及其传动关系,上一页,下一页,后 退,退 出,一、机床的机械运动,传动副：用来传递运动和动力的装置称为传动副。,带传动：是利用传动
4、带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮。,优点：传动平稳；轴间距离较大；结构简单，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。 缺点：带传动不能保证准确的传动比，并且摩擦损失大，传动效率较低。,21,22,上一页,下一页,后 退,退 出,齿轮传动：是目前机床中应用最多的一种传动方式。有直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等。,优点：机构紧凑，传动比准确，可传递较大的圆周力，传动效率高。 缺点：制造比较复杂，当精度不高时传动不平稳，有噪声。,一、机床的机械运动,23,上一页,下一页,后 退,退 出,蜗杆传动：蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。,
5、优点：可以获得较大的降速比(因为k比z小很多)，而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。 缺点：传动效率低，需要有良好的润滑条件。,一、机床的机械运动,24,蜗杆传动,25,上一页,下一页,后 退,退 出,齿轮齿条传动：将旋转运动变成直线运动或将直线运动变成旋转运动。,优点：传动的效率较高。 缺点：制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。,螺杆传动：将螺杆(又称丝杠)旋转，螺母不转，变成它们之间沿轴线方向相对移动。,优点：传动平稳，无噪声，可以达到较高的传动精度。 缺点：传动效率低。,26,2. 传动链及传动比,上一页,下一页,后 退,退 出,传动链：实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和，
6、它是由若干传动副按一定方法依次组合起来。,表21(P39) 常用传动件的简图符号,27,3. 机床常用的变速机构,上一页,下一页,后 退,退 出,变速机构：变换速度的机构，主要是齿轮箱。,分类：滑动齿轮变速；离合器式齿轮变速。,28,4. 卧式车床传动简介,上一页,下一页,后 退,退 出,主运动传动链：,C6132,29,上一页,下一页,后 退,退 出,进给运动传动链：,30,上一页,下一页,后 退,退 出,4. 卧式车床传动简介,31,5. 机床机械传动的组成,上一页,下一页,后 退,退 出,定比传动机构：具有固定传动比或固定传动关系的传动机构。 变速机构：改变机床部件运动速度的机构。 换向
7、机构：变换机床部件运动方向的机构。机床运动的换向，可以直接利用电动机反转，也可利用齿轮换向机构。 操纵机构：用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。机床上常见的操纵机构包括手柄、手轮、杠杆、凸轮、齿轮齿条、拨叉、滑块及按钮等。 箱体及其他装置：箱体用以支承和连接各机构，并保证它们相互位置的精度。其他还有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。,32,6. 机械传动的特点,上一页,下一页,后 退,退 出,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。,优点：,缺点：,不够平稳；制造精度不高时，振动和噪声较大； 实现无级变速
8、的机构较复杂，成本高。,33,二、机床的液压传动,1. 外圆磨床液压传动简介,上一页,下一页,后 退,退 出,2. 机床液压传动的组成,动力元件：油泵。将电动机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置。 执行机构：油缸或油马达。把油泵输入的液体压力能转变为工作部件的机械能，也是一种能量转换装置。 控制元件：各种阀。控制和调节油液的压力、流量(速度)及流动方向。 辅助装置：油箱、油管、滤油器、压力表等。创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。 工作介质：矿物油。是传递能量的介质。,外圆磨床,34,上一页,下一页,后 退,退 出,35,3. 液压传动的特点,上一页,下一页,后 退,退 出,易
9、于在较大范围内实现无级变速； 传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载； 便于采用电液联合控制，实现自动化； 机件在油中工作，润滑好，寿命长。,优点：,缺点：,油有一定的可压缩性，并有泄漏现象，不适于作定比传动。,36,大批大量生产：自动机床或由自动机床、组合机床和专用机床组成的自动生产线； 中小批生产：数控技术和计算机。,上一页,下一页,后 退,退 出,第三节 自动机床和数控机床简介,一、自动和半自动机床,自动机床：经调整以后，不需人工操作便能完成自动循环的机床，称为自动机床。 半自动机床：除装卸工件是由人工操作外能完成半自动循环的机床，称为半自动机床。 应用：适于大批和大量地生产形状不太
10、复杂的小型零件，如螺钉、螺母、轴套、齿轮轮坯等。不能适应多品种、中小批量生产自动化的需要。,37,自动车床工作原理图,上一页,下一页,后 退,退 出,38,上一页,下一页,后 退,退 出,二、数控机床,数控机床：按照加工要求预先编制的程序，由控制系统发出数字信息指令进行工作的机床。 控制系统：称为数控系统，它是一种运算控制系统，能够逻辑地处理程序指令（具有数字代码形式的信息）。用数字化信号通过伺服机构对机床运动及其加工过程进行控制，从而使机床自动地完成零件加工。,1. 数控机床加工的基本原理,由数控系统用数字化信号控制机床实现切削工具与工件之间的相对运动。,39,上一页,下一页,后 退,退 出
11、,点位控制：只要求控制刀具或机床工作台从一点移动到另一点的准确定位，至于点与点之间移动的轨迹原则上不加控制，且在移动过程中刀具不进行切削。这类机床有钻床、镗床和冲床等。 直线控制：除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证被控制的两个坐标点间移动的轨迹是一条直线，且在移动的过程中刀具能按指定的进给速度进行切削。这类机床有车床、铣床和磨床等。 轮廓控制：能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动进行严格地不间断地控制并且在运动过程中，刀具对工件表面连续进行切削，这类机床有铣床、车床、磨床和齿轮加工机床等。,2. 数控机床的种类,按机床运动轨迹的不同分类,40,机床运动轨迹,上一页,下一页,后 退,退
12、出,41,上一页,下一页,后 退,退 出,开环控制：数控装置根据穿孔带上的数据指令，经过运算和处理，向伺服机构发出脉冲信号，控制机床工作台或刀具移动一定距离。它没有位置测量装置，不将被控制量的实际值反馈回去与指令值进行比较。定位精度主要取决于伺服驱动元件和传动机构的精度。优点是控制系统简单，成本低。但定位精度的提高受到一定限制。 闭环控制：数控装置不仅要控制机床的运动，而且还要通过测量装置测出机床工作台或刀具的实际位移量，经反馈回路送回数控装置与指令值进行比较，再用比较差值进行控制，直到差值消除时机床才停止运动。优点是定位精度高、速度快，但其控制系统复杂，成本高。因此高精度的数控机床才采用闭环
13、控制系统。,按伺服机构控制方式的不同分类,42,上一页,下一页,后 退,退 出,柔性大。 利用率高。 加工质量稳定。 生产率高。,3. 数控机床加工的特点和应用,特点,适用于单件和中小批量生产中精度高、尺寸变化大、形状比较复杂的零件的加工，或者在试制中需要多次修改设计的零件的加工。,应用,43,上一页,下一页,后 退,退 出,数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。 数控机床的控制装置，已经历了电子管元件晶体管和印刷电路板元件集成电路小型计算机微处理机(DSP数字信号处理器 )的发展过程。 计算机数控(CNC)，可以克服NC的缺点。它采用一台小型通用计算机，按照存储在计算
14、机内的控制程序，来实现部分或全部数控功能。在存储器内的可编逻辑，代替了NC中的固定逻辑电路，变更控制程序，即可改变控制功能，所以这种数控装置比NC具有较大的通用性和灵活性，也称为“软联接数控”。 计算机群控(DNC)，即用一台或几台计算机直接控制多台数控机床。加工时由公共存储器按照需要，向各机床分配数据，协调和控制各机床的运动，从而提高数控机床的开动率。,4. 数控机床加工的发展,44,上一页,下一页,后 退,退 出,第四节 柔性制造系统和计算机辅助制造概述,一、机械制造系统,机械制造系统：由经营管理、生产过程、机床设备、控制装置及工作人员所组成的有机整体。 组成：,系统的输入：向系统输入具有
15、一定几何参数和物理参数的原材料、毛坯、刀具等。系统将工件输人参数与机床调整参数相综合，从而决定制造过程中的加工条件及顺序。 制造过程：对输入的原材料以及其他信息进行加工、转变的过程。 输出：具有所要求形状、尺寸、精度和表面质量的零件，以及材料的切除量和刀具的磨损等。,45,上一页,下一页,后 退,退 出,3.分类,根据拥有机床数量分为：单级机械制造系统和多级机械制造系统。 根据系统结构分为：常规机械制造系统和集成机械制造系统。集成制造系统(IMS)具有较大的柔性，特别适用于多品种、中小批量生产，这种生产已成为现代机械制造业发展的一种趋势。,46,上一页,下一页,后 退,退 出,二、柔性制造系统
16、,柔性制造系统FMS,是在DNC基础上发展起来的一种集成机械制造系统，也叫做可变制造(或加工)系统。FMS是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。它可按任意顺序加工一组有不同工序与加工节拍的工件，能适时地自由调度管理，因而这种系统可以在设备的技术规范的范围内自动地适应加工工件和生产批量的变化。整个加工过程中，系统按生产程序软件调度工作，每个加工工位满负荷工作，可实现无人化加工。,47,上一页,下一页,后 退,退 出,柔性制造单元(FMC)：由一台或少数几台加工中心组成的生产设备，按工件储存量的多少能独立持续地自动进行加工一组不同工序与加工节拍
17、的工件。可作为组成FMS的模块单元，适于多品种小批量的生产。 柔性制造系统(FMS)：规模比FMC大，自动化程度和生产率比FMC高，能完成更复杂的加工。适于多品种小批或中批复杂零件的加工。 柔性自动生产线(FTL)：由更多的数控机床、输送和存储系统等所组成的柔性制造系统。每24台机床间设置一个自动仓库，工件和随行夹具按直线式输送。整个生产线可以分成几段，完成不同的加工任务，以便减少因停机所带来的损失。自动仓库还能起到供储料的“缓冲”作用，以协调各机床的加工，生产率比较高，但柔性稍差，特别适合于中批或大批生产几何形状、加工工艺和节拍都相似，但不同品种的复杂零件。,2. FMS的基本类型及应用,4
18、8,柔性制造系统FMS,FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。,49,FMS的基本类型,上一页,下一页,后 退,退 出,50,典型的柔性制造系统示意图1,51,典型的柔性制造系统示意图2,52,典型的柔性制造系统示意图3,53,典型的柔性制造系统示意图4,54,上一页,下一页,后 退,退 出,三、计算机集成制造系统,通过系统工程的应用，把包括产品设计、生产计划、加工程序以及加工系统等系统要素组合起来，形成的一个闭环反馈系统。 系统包括软件和硬件，系统的输入是对产品的要求和产品的构思，系统的
19、主要输出是制造出所要求的产品。,55,上一页,下一页,后 退,退 出,四、计算机辅助制造及CADCAM一体化的概念,计算机辅助制造,整个过程受到监控，单个过程的工作也应尽量减少人的介入； 系统应灵活可调，并允许各个过程单独编制程序； 应与计算机辅助设计系统的工程设计和工程分析结合成一体。,采用计算机分级结构监控制造过程的各个阶段，多方面管理制造过程。它通过人机联系，在加工管理、工艺设计、计划、操作和控制等方面，有效地利用计算机技术，按照信息化的作业程序进行生产活动。,56,上一页,下一页,后 退,退 出,CADCAM一体化的概念,CAD在完成产品零件设计的同时，还可以完成数控机床加工该零件所用的控制纸带等工艺设计工作。 CAM也正向两端扩展其功能，向上逐步实现了工艺准备过程和生产准备过程中的许多功能；向下扩展到产品包装和物流的尽头成品库的出库管理等。即现代的CAM将产品的设计信息转换成加工制造的信息，控制产品的加工、装配、检测试验、包装等全过程，以及与这些过程有关的全部物流系统和初步的简单的生产调度。,
