机械制造装备教案PPT课件.ppt

现代制造装备 王越 1 绪论 0 1机械制造装备类型0 1 1加工装备加工装备是机械制造装备的主体和核心 是采用机械制造方法制造机器零件或毛坯的机器设备 又称为机床或工作母机 2 0 1 2工艺装备工艺装备是产品制造过程中所用各种工具的总称 包括刀具 夹具 模具 测量器具和辅具等 它们是贯彻工艺规程 保证产品质量和提高生产率等的重要技术手段 1 刀具2 夹具3 测量器具4 模具 3 0 1 3储运装备物料储运装备主要包括物料运输装置 机床上下料装置 刀具输送设备以及各级仓库及其设备 1 物料运输装置2 机床上下料装置3 刀具输送设备4 仓储装备 4 0 1 4辅助装备辅助装备包括清洗机 排屑设备及测量 包装设备等 5 0 2机械制造装备设计 0 2 1机械制造装备设计要求机械制造装备设计工作要适应科学技术的飞速发展及市场竞争的日趋激烈 要采用先进的设计技术 设计出质优价廉的产品 机械制造装备的类型很多 功能各异 但设计工作的总体要求是精密化 高效化 自动化 机电一体化 向成套设备与技术方向发展 不断增加品种 缩短供货周期 以及满足工业工程和绿色工程的要求等 6 0 2 2机械制造装备设计方法1 机械制造装备产品设计类型1 新产品设计2 变型产品设计2 机械制造装备新产品开发设计内容与步骤1 决策阶段2 设计阶段3 试制阶段4 定型投产阶段 7 第1章传统机械制造装备1 1金属切削机床的型号编制 1 通用机床型号的表示方法 8 表1 1机床的类和分类代号 9 表1 2机床通用特性代号 10 1 2车床 1 2 1概述 11 1 2 2CA6140型卧式车床总体结构1 2 2 1机床的总体布局 12 13 1 2 2 2机床的用途 14 1 2 2 3机床的运动 1 工件的旋转传动2 刀具的移动3 切人运动4 辅助运动 15 1 2 3CA6140型卧式车床的传动分析 机床的传动分析是指对机床运动的传动联系进行分析 以及对有关运动参数进行计算和调整 机床传动分析的方法可归纳为五步分析法 找两端件 确定计算位移 分析传动路线 列传动路线表达式 列出传动计算式 推出结论公式 16 1 2 3 1主运动传动链的传动分析 见机床动画 1 找出主传动链的两端件两端件 主电动机一主轴2 确定计算位移 位移即两端件之间的相对运动量 计算位移 1450r min 主电动机 一n 主轴 3 分析传动路线 写出传动路线的表达式 4 列出传动计算式5 得出结论公式 17 练习 18 1 2 3 2进给运动传动链的传动分析 1 车削螺纹传动链的传动分析2 机动进给传动链的传动分析 19 1 2 3 3刀架快移传动链的传动分析 快速移动刀架是为了减轻工人的劳动强度及缩短辅助运动时间 20 1 2 41 2 4机床结构分析 1 2 4 1主轴箱CA6140型卧式车床的主轴箱内包括 离合器制动器 主轴组件及其他轴的组件 主运动的全部变速机构 一部分进给运动的传动机构 操纵机构及润滑系统等 21 1 多片摩擦离合器 1 功用 1 在电动机连续旋转的情况下通过摩擦离合器的离与合 可实现主轴的频繁启动与停止 2 实现主轴正反转的换向 3 兼起过载保护作用 当传递转矩过载时 摩擦片问打滑 可保护主电动机及主传动元件不受损坏 2 结构组成 22 1外片 2一内片 3螺母 4一圆柱销 5压紧环 6销 7一杠杆 8推动杆 9加力环 10一1拨叉 11 12止推片 23 3 工作原理4 性能特点5 工作可靠性6 结构工艺性 24 25 2 闸带式制动器 1 功用 在离合器脱开时 制动器迅速制动主轴 使主轴迅速停止转动 以缩短辅助时间 2 结构组成 3 工作原理 4 性能特点 5 工作可靠性 6 结构工艺性 26 3 带轮卸荷装置 3 带轮卸荷装置1 功用2 结构组成3 工作原理4 工作可靠性5 结构工艺性 27 4 主轴组件 功用是夹持工件转动进行切削 传递运动 动力及承受切削力 并保证工件具有准确 稳定的运动轨迹 主轴组件主要由主轴 支承及传动件等组成 其性能也与它们有很大关系 28 1 主轴 29 2 主轴传动件3 主轴支承主轴组件采用两支承结构 前支承选用D级精度的3182121型双列圆柱滚子轴承 用于承受径向力 这种轴承具有刚性好 承载能力大 尺寸小 精度高 允许转速高等优点 后支承有两个轴承 一个是D级精度的8215型推力球轴承 用于承受向左的轴向力 另一个是D级精度的46215型角接触球轴承 大口向外安装于箱体后箱壁的法兰套中 用于承受径向力和向右的轴向力 30 5 滑移齿轮的操纵机构 31 1 2 4 3溜板箱 溜板箱内的主要机构有 纵向和横向机动进给的传动机构及其反正向机构 开合螺母机构 快速移动机构 单向超越离合器 操纵机构 手动进给机构 读数机构 过载保护机构 碰停机构及连锁机构等 32 四 其他类型车床和品种 自动车床由名称就了解此类车床被设计用来做为大量生产使用 可算是较偏向专用型的车床 此类车床大多以栉式刀座为主 藉由自动化的顺序控制 并搭配自动送料机与简易式的出料机构 不但加工效率非常的高 而且可长时间无人化运转 对于小型零件非常的合适 其衍生型有一款头部可做轴向运动 称为SwissType 配合CNC控制系统 已成为钟表 医疗器材 事务机器甚至3C产业另件加工的利器 如下图 33 34 立式车床大部份车床的头部是水平摆放 亦称卧式车床 但立式车床却是将头部转90 采垂直摆放 如此工件上 下料方便 尤其是大型圆盘状工件更是非它莫属 而且少了卧式车床之夹头 工件因自重变形与易积屑的困扰 因此有愈来愈多的产业改用此类型车床加工 而且加工的工件更走向中 小型 甚至发展出将头部倒挂式的车床 称为倒立式车床 头部除了夹持料件加工外 亦兼具上 下料的功用 自动化程度非常的高 如下图 35 36 马鞍车床适用于车削内外圆柱面 圆锥面及其它旋转面 车削各种公制 英制 模数和径节螺纹 并能进行钻孔 铰孔和拉油槽等工作 结构特点 床身宽于一般车床 具有较高的刚度 导轨面经中频淬火 经久耐用 机床操作灵便集中 溜板设有快移机构 采用单手柄形象化操作 宜人性好 机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床 功率利用率高 适于强力高速切削 主轴孔径大 可选用附件齐全 如下图 37 38 转塔车床适用于小批或批量零件加工 可以棒料或盘类件进行外圆 内孔等旋转表面加工 在一次装卡工件后 用附具进行多刀多刃加工 合适加工形状较为复杂 特别是加工带有多台阶孔的零件 职法兰盘 齿轮环 壳体等 转塔刀架采用了端面齿盘定位机构 重复定位精度 定位性好 主轴前轴承采用精密滚子轴承 使主轴具有高刚性 高精度 且抗震性能好 主轴箱采用单手柄机械予选变速 操作简单方便 转塔刀架重复定位精度 在距转塔端面150毫米外 可保持在0 008毫米之内 纵横刀架均有快移装置 操作方便 导轨淬硬外理并经磨削加工 寿命长 精度持久 运动平稳 加工件表面粗糙度可达Ra1 6 国际标准R17008 1775执行 机床附具检验按照国际标准1708 1775执行 机床附具多样齐全 39 40 数显车床本机床为带有数显装置的卧式车床 该产品适用于车削内外圆柱面 圆锥面及其它旋转面 车削各种公制 英制 模数和径节螺纹 并能进行钻孔 铰孔和拉油槽等工作 结构特点 床身宽于一般车床 具有较高的刚度 导轨面经中频淬火 经久耐用 机床操作灵便集中 溜板设有快移机构 采用单手柄形象化操作 宜人性好 机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床 功率利用率高 适于强力高速切削 主轴孔径大 可选用附件齐全 如下图 41 42 精密车床满足世界各地区的各种企业及家庭工业的各种车削加工需要 在此车床上 能经济地获得较高的加工精度和表面粗糙度 效率高 性能广 可满足各类用户的加工需要 结构先进 操作简单 安全可靠 维修方便 外形美观 大方 溜板纵手轮分左 右两种形式可供选择 本机床有公制 英制 公英制对照三种读数系统可供选择如下图 43 44 卡盘车床适用于半精加工和精加工车削工作如车削内 外圆及平面 还可使用机动进给加工锥体 主轴采用三点支承式 其前端轴承为抗磨轴承 主轴制动用液压离合器操作 在溜板箱左端装有单向超越离合器 用以在光杠慢速转动时可同时接通进行溜板快速移动 45 46 车床刀具 47 菱形45度 48 菱形45度菱形75度菱形90度菱形95度菱形63度菱形93度圆角刀方形45度方形60度方形75度三角形45度三角形60度三角形63度三角形75度三角形90度三角形93度 49 车床的发展历史 车床的发展大致可区分成四个阶段 雏型期 基本架构期 独立动力期与数值控制期 以下将针对其发展的过程加以介绍 车床的诞生不是发明出来的 而是逐渐演进而成 早在四千年前就记载有人利用简单的拉弓原理完成钻孔的工作 这是有记录最早的工具机 即使到目前仍可发现以人力做为驱动力的手工钻床 之后车床衍生而出 并被用于木材的车削与钻孔 英文中车床的名称Lathe Lath是木板的意思 就是由此而来 经过数百年的演进 车床的进展很慢 木质的床身 速度慢且扭力低 除了用在木工外 并不适合做金属切削 直到工业革命前 这段期间可称为车床的雏型期 如左图 50 51 18世纪开始的工业革命 象征着以工匠主导的农业社会结束 取而代之的是强调大量生产的工业社会 由于各种金属制品被大量使用 为了满足金属另件的加工 车床成了关键性设备 18世纪初车床的床身已是金属制 结构强度变大更适合做金属切削 但因结构简单 只能做车削与螺旋方面的加工 到了19世纪才有完全以铁制零件组合完成的车床 再加上诸如螺杆等传动机构的导入 一部具有基本功能的车床总算开发出来 但因动力只能靠人力 兽力或水力带动 仍无法满足需求 只能算是刚完成基本架构的建构 如右图 52 53 瓦特发明了蒸气机 使得车床可藉由蒸气产生动力用来驱动车床运转 此时车床的动力是集中一处 再藉由皮带与齿轮的传递分散到工厂各处的车床 20世纪初拥有独立动力源的动力车床 EngineLathe 终于被开发 见图三 也将车床带到新的领域 此期间拜福特公司大量生产汽车所赐 许多汽车零件必须以车床加工 为了确保零件供应充足 供货商必须大量采购车床才能应付所需 即使到今天车床的发展仍受到汽车产业的荣枯所左右 54 55 20世纪中 计算机被发明 不久计算机即被应用在工具机上 数值控制车床逐渐取代传统车床成为工厂利器 生产效率倍增 零件加工精度更是大幅提升 且随着计算机软 硬件日趋进步与成熟 许多以往视为无法加工的技术一一被克服 CNC化工具机的比率成了国家现代化的重要指标 如左图 从历史的角度来看促使车床发展除了18世纪工业革命与20世纪汽车业兴起是主因外 另一项主因是切削刀具的进步 早期使用的切削刀具材质是碳钢 切削速度只能限制在20m min以下 而且加工精度不佳 之后刀具材质采用合金钢 仍至今日的陶瓷刀具 切削速度更提升到1000m min以上 于是车床转速愈来愈高 进给速度也愈来愈快 而且加工精度也从百年前的1mm大幅提0 001mm 进步之快除了刀具的改良与技术的提升 当然有数值控制的配合也是最大的功臣 56 57 车床未来的发展趋势 一 模块化的车床 虽然车床的类型可大致分成泛用型与专用型 但在少量多样且效率必须提升的趋势下 二者的界限不再如以往般的明显 取而代之的是以模块化设计的车床 亦可称为泛用型的专用车床 利用不同的模块机构搭配功能强大的CNC控制器 即可依据产业的不同特性而开发最合适的车床 模块化的设计观念早已在汽车工业行之多年 导入工具机开发是该走的方向之一 如左图 58 59 二 信息化车床 随着信息化的发展 目前十分流行的远程控制与诊断亦被应用在CNC车床上 尤其是网络无线传输的普及化 各家控制器具备网络传输的功能早已成为主要的配备 只要选择具有该项功能的控制器就可利用手机做远程遥控操作 相信这是早期车床制造者与使用者所始料未及的 也说不定目前个人计算机常受到病毒威胁的现况亦会出现在车床的控制器上 60 三 强调环保 省能源车床 随着环保意识的抬头 这股风气也吹到工具机业 由于工具机必须大量使用润滑油 液压油与切削液等对环境造成伤害的化学产品 且对工厂的整理整顿不易执行 甚至对操作者在长期工作下亦有不良影响 诸如此类皆困扰着工厂的管理者 而且被列入了3K产业更不易吸引年轻人加入 而有高龄化的现象 严重者必须将工厂搬移到较落后的国家 因此在欧 美 日等地区有愈来愈多的工具厂家开发出所谓环保车床 强调该车床的效能比旧型高 而且以马达替代液压 选择免润滑的滑轨与螺杆 连加工用切削液也改成微量喷雾式切削液免回收 甚至发展可干切的刀具因应 未来可预见此类的车床会愈来愈多 说不定再过几年欧盟又会继ISO9000 品质制度 CE 安全规范 等贸易限制再加入ISO14000 环保制度 成为新的贸易障碍 61 四复合化加工机 古语言 合久必分 分久必合 似乎也在工具机看到这些现象 早年车床只做车 钻 后来计算机加入车床控制 于是有所谓C轴车床 可做工件翻转定位与局部铣削加工 然后又有Y轴车床的开发 更让铣削的能力大增 铣床更是将原本钻床