金属切削机床与刀具.doc

制造工程基础第三章 金属切削机床与刀具1机床分类与型号机床按加工性质分为12类：车、钻、镗、铣、磨、齿轮加工、螺纹加工、刨、拉、锯、特种加工、其它类。类别代号（表3-1）p102特性代号（表3-2）p103举例：p104CA6140车床车床 结构改型 落地 卧式 最大加工直径400MG1432A万能外圆磨床磨床 高精度 外圆 万能磨 最大加工直径320 第一次改进XK5032数控铣床铣床 数控 立式 型别 工作台宽度320TH5580镗铣加工中心镗床 自动换刀 立式 镗铣式 最大镗孔直径8002 车床与车刀1） 加工范围（图3-4 p107）图1的目的、图4浮动特点、图9目的、10和11区别、12和15区别一般加工精度810级、粗糙度Ra1.66.32） 车床种类卧式车床（图3-5，p108）立式车床六角车床3） 车床的传动（图3-6，p110）以主轴箱传动为例：顺序：电机IIIIIIIVVVI（在图上找到各轴）电机通过f130/f230皮带轮I轴I轴：离合器轴，固定齿轮51、56II轴：滑动齿轮38（56）、43（51），固定齿轮39、22、30III轴：滑动齿轮41（39）、58（22）、50（30），固定齿轮44、20、50、63IV轴：滑动齿轮80（20）、50（50），滑动齿轮20（80）、51（50）V轴：固定齿轮50、80固定齿轮26VI轴：滑动齿轮50（III63）、58（26）主轴最低转速=1450130/23051/4322/5820/8020/8026/5810r/min主轴最高转速=1450130/23056/3839/4163/501448r/min传动路线还可从转速图查出（图3-7，p117）横坐标：轴号；纵坐标：转速对数4） 车刀（p121）(1) 焊接车刀钢刀杆上用钎焊的方法焊上硬质合金刀片（图3-10，p121）优点：结构简单、按需刃磨、充分利用硬质合金缺点：换刀时间长、对工人刃磨技术要求高、浪费刀杆(2) 可转位车刀一般用多边形刀片（图3-15，p123），在刀杆上可以方便的装夹、转位，以利于更换刀刃、刀片。优点：换刀迅速、不需刃磨，尺寸标准、适合于自动化加工，缺点：角度不能任意调整、结构复杂、对管理水平要求高3 钻床与钻头1） 加工范围（图3-39，p136）各种加工的目的。2） 钻床立钻：结构、功能（图3-40，p136）摇臂钻：结构、功能（图3-41，p137）3） 麻花钻(1) 结构（图3-42、3-44，p138、139）：两个刃瓣由两个螺旋槽分开、由钻心连接两个刃瓣的端面形成两个后刀面两个螺旋槽的直纹面形成两个前刀面两个主切削刃由一个横刃相连螺旋槽直纹面和刃瓣圆周面的交线形成两个副切削刃(2) 特点：进给前角等于螺旋角从中心向外圆前角逐渐增大，后角逐渐减小（图3-46，p141），横刃有很大负前角（图3-49，p142），产生50%轴向力两个切削刃径向力抵消，切向力（扭矩）叠加(3) 用途： 粗加工，一般加工精度1113级，粗糙度Ra 6.312.5实体钻孔、扩孔4铣床与铣刀1） 加工范围平面、沟槽一般加工精度910级、粗糙度Ra3.26.32） 铣床(1) 升降台铣床（图3-57，p145）加工小型零件床身、悬梁、刀杆、工作台、滑座、支撑、升降台、底座（装配、运动关系）(2) 龙门铣床（图3-58，p146）加工大型零件床身、卧铣头、立铣头、立柱、横梁、操作盒、工作台（装配、运动关系）3） 铣刀（图3-59，p148）特点、用途5磨床与砂轮1） 加工范围采用磨具对工件表面进行磨削加工，可以加工内外圆柱面、平面、多种曲面。比切削加工的精度高，一般加工精度67级、粗糙度Ra0.41.62） 磨床种类外圆万能磨床：a磨外圆、b头尾座相错磨圆锥、c砂轮倾斜磨圆锥、d主轴箱倾斜磨圆锥、e磨内圆（图3-124，p189）平面磨床：a卧式主轴往复工作台、b立式主轴往复工作台、c立式主轴旋转工作台、d卧式主轴旋转工作台（图3-125，p190）内圆磨床：a磨内圆、b磨槽、c端磨端面、d周磨端面（图3-126，p190）无心磨床（图3-127，p191）：磨削轮1、工件2、导轮3、托板4工作原理：托板支撑工件、导轮带动工件旋转+移动（两轴不平行）用途：销轴大批量生产3） 磨床液压传动（图3-128，p192）p191、1934） 砂轮特性五个因素：(1) 磨料：氧化物系、碳化物系、超硬材料（表3-5，p194）氧化物系、立方氮化硼：基本用于金属加工碳化物系、金刚石：基本用于非金属加工(2) 粒度：普通：网孔数/英寸；微粉：磨粒尺寸（表3-6，p195）用途：（表3-7，p196），加工精度越高，颗粒越细(3) 结合剂：将磨粒结合在一起，使砂轮具有一定形状和强度陶瓷V：大多数树脂B：高速磨、超硬磨具橡胶R：开槽、切断、抛光金属M：金刚石砂轮(4) 硬度：磨粒受力脱落的难易程度代号：表3-8，p197选择原则：硬工件选软砂轮：钝磨粒易脱落，露出新磨粒软工件选硬砂轮：未磨钝磨粒不致过早脱落，保持砂轮形状特软的工件选软砂轮：防止磨屑堵塞。(5) 组织：磨粒、结合剂、气孔之间的比例关系代号：表3-9，p198组织紧密有利于保持形状，降低粗糙度，适合精加工，组织疏松有利于防止堵塞，适于粗加工、磨软材料6数控机床1) 特点和用途(1) 良好的加工柔性(flexibility)，（适应性、通用性），更换加工对象时只需改变数控程序，适应多品种、小批量、个性化生产。(2) 加工复杂型面、复杂零件，例如用于模具、发动机叶片、螺旋浆等的生产。（40年代开发数控技术的初衷）；一次装夹完成多部位加工，代替57台普通机床。(3) 提高加工质量，速度、位置、轨迹由计算机控制，减少人为误差，减少对工人技术水平的依赖程度。(4) 提高生产效率，减少对刀、测量、换刀等辅助时间，加工效率提高十几几十倍。(5) 改善劳动条件，减轻劳动强度，促进工人从体力型向技术型转化，提高工人素质。(6) 便于现代化管理，切削用量、工序时间由程序确定，便于掌握管理，机床的控制计算机可以与管理部门联网，便于管理者实时掌握生产状况。2) 工作原理（图3-132，p202）根据零件尺寸、形状，确定加工路径，编制数控程序根据机床结构和控制系统要求，将数控程序转换为数控代码数控装置将代码中的信息转换为运动信息伺服系统，驱动机床完成加工运动辅助信息辅助装置，完成开停、照明、冷却等辅助功能3) 数控机床分类(1) 按轨迹控制分类a、 点位控制：精确控制坐标点的位置，而不控制运动轨迹。坐标移动中不加工。如钻、镗、冲。b、 轮廓控制：能够进行曲线运动，具有插补功能，能同时控制两轴以上联动。如车、铣、加工中心。(2) 按测量反馈分类a、 开环：不具有测量反馈装置，采用步进电机，精度取决于驱动系统和电机性能。b、 闭环：数控装置发出的指令于工作台位置监测反馈信号进行比较，根据其差值修正误差，直至消除差值。c、 半闭环：检测电机的角位移或转速，与数控装置发出的指令进行比较，控制电机转动。(3) 按功能水平分类经济型、标准型PLC通讯伺服反馈经济型(简易数控)无无步进开环标准型(全功能数控)有有通讯接口直流伺服，交流伺服半闭环、闭环(4) 按控制系统结构分类a、 传统数控系统，是一种专用的封闭体系结构的数控系统。这类系统在制造业市场占有主流地位，但由于开放体系结构数控系统的发展，传统数控系统的市场逐渐减小。b、 “PC嵌入NC”结构的开放式数控系统。是一种将通用PC机与NC连接在一起构成的前后台结构。这类系统具有一定的开放性，但由于它的NC部分仍然是传统的数控系统，其体系结构还是不开放的。c、 “NC嵌入PC”结构的开放式数控系统。是由开放体系结构运动控制卡+PC机构成。运动控制卡选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力，它本身就是一个数控系统。如用PMAC控制卡构造的NC系统等。d、 SOFT型开放式数控系统。所有控制功能都能在PC机内完成。SOFT型数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。但目前还处于研究阶段。4) 数控关键技术(1) 插补技术实现机床数字控制的核心技术是插补技术。数控系统在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点的位置坐标值的运动过程称为插补。分类根据插补的数学函数可分为：直线插补、圆弧插补及各种平面和空间圆锥曲线、螺旋线、惭开线、自由曲线等插补。最新的高速切削技术中以样条函数为插补的数学函数，使得运动轨迹圆滑光顺，减小冲击。根据输出型式可分为：脉冲增量插补和数据采样插补。(2) 伺服技术可以准确控制运动速度和位置的技术，根据采用电机的不同分为以下几种：a、 步进电机伺服：定子绕组顺序通电，使转子一步步跟随旋转，实现运动和定位。转过的角度正比于指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。特点：易控制，精度较差、低速不平稳、高速扭矩小、价格便宜。用途：主要用于轻载、低速、负载变化不大、开环控制。b、 直流伺服系统：直流电机(定子磁铁、转子线圈、换向器)改变电枢电压可实现变速，可作为伺服电机。特点：调速性能好，输出转矩大，过载能力强。有电刷，结构复杂，易出故障、价格较贵。用途：闭环或半闭环控制c、 交流伺服系统：将直流伺服电机定子转子互换，用交变电流换向，就成为交流伺服系统。特点：是电机结构简单、不需要维护、适合于在恶劣环境下工作、动态响应好、转速高、容量大。逐渐取代直流伺服成为主流伺服系统。用途：闭环或半闭环控制d、 直接伺服（零传动）：不通过速度变换或运动变换(旋转变直线)，由电机直接驱动运动部件。直线电机和平面电机：可以认为是旋转电机在结构上的一种演变，将旋转电机在径向剖开，沿着圆周展开成直线，这就形成了直线电机。直线电机由定子、动子（相当于旋转电机的转子）组成，按伺服原理分为直线直流电机、直线交流电机、直线步进电机和平面步进电机等。直驱转台：实际是可以低速平稳旋转的电机，往往去掉输出轴，而代之以转台。内装式主轴电机（电主轴）：将主轴与电机制成一体，省去齿轮结构，电机轴就是主轴，而电机的定子装在主轴箱内。它由三部分组成：空心轴转子、带绕组的定子和检测器。最高转速20000100000rpm(3) 编程技术a) 手工编程：从零件图分析及工艺处理、数值计算、输入程序等，均由人工完成。应用方便、效率低、仅适用于简单零件编程。b) 语言编程。用专用语句（如APT语言）书写源程序，输入计算机，由编程系统经过编辑和运算，输出刀位数据，再经过后置处理，把通用的刀位数据转换成数控机床所要求NC程序段格式。正逐渐被图形编程所代替。c) 图形编程：图形数控编程技术在计算机上直观的进行零件三维几何造型、交互设计修改、刀具轨迹生成、走刀过程的仿真显示、验证等，实质上就是一个集成化的CAD/CAM系统。b、 示教编程：用传统手工操作的方式加工样件，数控装置将加工运动记录下来，并转换为数控程序，控制后续的批量加工，适用于编程技术力量薄弱的小企业。(4) DNC技术DNC为“distributed numerical control(分布式数控)”。用一台计算机控制多台数控机床，形成制造通信网络