制造技术ch3机床

制造技术基础,第三章机床设备,3机床,一、机床的基本结构1、动力源:提供动力和运动的驱动部分2、工作部件:执行机构3、控制系统4、传动系统5、支撑件6、其他装置（冷却系统、自动测量装置等）,二、机床的分类和型号,1、分类：按加工方法和刀具分12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨齿床、拉床、锯床、特种加工机床和其他机床。按万能性程度：通用机床、专门化机床、专用机床。按精度：普通精度机床、精密机床、高精度机床。按照重量和尺寸、自动化程度等等分类方法。,按加工方法分类表,2、机床型号编制,通用机床的型号编制专用机床的型号编制,专用机床的型号编制,三、机床部件,1、传动系统（1）主传动系统按驱动主传动的电动机类型分类：交流电动机（单速、调速（多速交流、无级调速）直流电动机按传动装置分类：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置按变速的连续性分类：分级变速、无级变速传动,分级变速：滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器变速无级变速：可以在小范围连续改变转速，以得到最有利的切削速度数控机床和大型机床中，有时为了变速范围内满足一定恒功率和恒钮矩的要求，为了进一步扩大变速范围，常在无级变速后串接机械分级变速装置。,（2）进给传动系统,机械进给传动：结构复杂，工作可靠液压进给传动电伺服进给系统是数控装置与机床之间的联系环节，以机械位置或角度为控制对象的自动控制系统，接受来自数控装置发来的脉冲信号，经变换和放大后驱动工作台运动。,按有无检测和反馈装置分为开环、闭环和半闭环系统,开环系统：使用步进电机，精度取决于步进电机的步距角精度、步进电机至执行部件间传动系统的精度。定位精度较低，一般在0.010.02mm，适用于精度要求不高的数控机床。闭环系统：使用位移测量元件测量机床执行部件的移动量，与实际移动量进行比较，然后把差值信号反馈给控制系统，进行移动补偿，直至差值为零。精度取决于检测装置的精度。精度、动态性能较好，但系统较复杂，安装调试比较麻烦，成本高，用于精密数控机床。半闭环系统：检测原件装在进给系统中间部位的旋转部件上。只能补偿环路内部传动链的误差，不能纠正环路之外的误差。结构简单、调整容易、价格低、应用较多。,电气伺服进给系统驱动部件,步进电机：适用中、小型机床和速度精度要求不高的地方，但效率低，发热大、有时会失步直流伺服电动机：小惯量直流电动机：响应时间快，额定转矩较小，常用于高速轻载的小型数控机床中；大惯量直流电动机：又称宽速直流电动机，定位精度好，调整简单、工作平稳。交流伺服电动机：与直流电动机相比重量轻、价格低，多用于中小型数控机床。直线伺服电动机：直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置，变速比传统机床提高1020倍，速度提高34倍，无中间传动环节。,电伺服进给系统中的机械传动部件,滚珠丝杆将旋转运动转换成执行件的直线运动主要承受轴向载荷对丝杆轴承的轴向精度和刚度要求较高常用角接触球轴承或双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合轴承方式,2、主轴部件,是机床重要部件之一，是机床大执行件。功用：支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。,（1）主轴应满足的基本要求,旋转精度:装配后,无载荷、低速转动下安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。刚度：外加载荷下抵抗变形的能力，一般制主轴前端产生单位位移的弹性变形，位移方向上施加的力。抗振性：抵抗受迫振动和自激振动的能力。温升和热变形：摩擦热造成形状尺寸和位置发生变化,（2）主轴部件的传动方式,齿轮传动,带传动,电动机直接驱动,结构简单，能传递较大的转矩，能适应变速、变载荷工作，但线速度不能过高，不如带传动运动平稳。,靠摩擦力传动，结构简单、制造容易、成本低、适用于中心距较大的两轴间传动。噪声小，会打滑，能起过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。,主轴转速不太高，可采用普通异步电动机直接带动。主轴转速很高，可将主轴与电机做成一体，成主轴单元。,主轴部件结构,主轴的支承形式两个支承：三个支承：前中支承为主支承，后支撑为辅助支承主轴的构造空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。主轴的材料和热处理普通机床主轴：中碳钢（45钢）调制处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴径或定心锥面等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。主轴轴承滚动轴承（角接触轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、陶瓷轴承）、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承、自调磁浮轴承,双列圆锥滚子轴承,推力滚子轴承,单列角接触球轴承,角接触球轴承,3、机床支承件(Structuralelements),（1）功用支承机床各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。内部空间可存放切削液、润滑液、液压油的油箱、电动机,床身,立柱,横梁,摇臂,底座,刀架,工作台,升降台,（2）基本要求,足够的静刚度和较高的刚度/重量比良好的动态特性应具有较好的热变形特性，使整机的热变形较小或热变形对加工精度的影响较小应该排屑畅通、吊运安全，并具有良好的工艺性以便于制造和装配。,（3）支承件的设计步骤,进行受力分析初步决定其形状和尺寸。有限元法(Finiteelementmethod)借助计算机进行验算，求得其静态和动态特性。对设计进行修改或对几个方案进行对比，选择最佳方案。,支撑件结构,总体结构形状可分三类箱形类：箱体、底座、升降台板块类：工作台、刀架梁类：立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身截面形状设计刚度：空心截面实心8封闭截面开口截面抗扭刚度：圆环形方形抗弯刚度：方形圆环形设计要点：最小重量条件下，具有最大静刚度,（4）合理选择支承件材料和热处理,主要为铸铁和钢铸铁支承件，如果导轨与支承件铸为一体，则铸铁的牌号应根据导轨的要求选择如果导轨是镶装上去的，或者支承件上没有导轨，则一般可采用HT150如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235AF或Q275钢在铸造或焊接中的残余应力，将使支承件产生变形。进行时效处理可以消除残余应力。普通精度机床的支承件在粗加工后安排一次热时效处理，精密机床最好进行两次热时效处理，即粗加工前、后各一次，高精度机床在进行热时效处理后，还进行天然时效处理，即把铸件堆放在露天一年左右，让它们充分地变形。,（5）支承件的其它材料,预应力钢筋混凝土支承件适合于制造受载均匀，截面积大、抗振性要求较高的支承件天然花岗岩目前用于高精度测量机或高精度机床基座,4、机床导轨,（1）应满足的主要技术要求导向精度：导轨副在空载或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。承载能力大，刚度好：应合理选择导轨的截面形状和尺寸精度保持性好：由导轨的耐磨性决定的低速运动平稳：不应出现爬行现象。,（2）导轨的截面形状,矩形导轨,三角形,燕尾形,圆柱,矩形导轨rectangularguideway,承载力大，刚度高，但有侧向间隙，导向性差。,三角形triangularguide,动导轨会自动下沉，补充磨损量，无间隙。,燕尾形导轨,可承受较大的颠覆力，结构紧凑，刚度较差。,燕尾导轨磨床,圆柱形导轨,制造工艺性好，较难调整和补偿间隙。主要用于受轴向负荷的导轨，少用,导轨组合形式,双三角形精度要求高,双矩形普通、重型,矩形+三角形应用广,燕尾+矩形承受力矩大,（3）导轨的结构类型及特点,滑动导轨：结构简单，磨损快静压导轨：动导轨面上均匀分布油腔和封油面,卸荷导轨,移动件的一部分重量由卸荷装置承担，用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力,液压卸荷导轨机械卸荷导轨,滚动导轨,动定导轨间放置滚动体,5、机床刀架和自动换刀装置,（1）刀架四方刀架卧式车床转塔刀架转塔车床转塔刀架由六个装刀位置，可以沿床身导轨做纵向进给，每一个刀位加工完毕后，转塔刀架快速返回，转动60度。更换到下一个刀位进行加工。,机床刀架和自动换刀装置,回轮刀架回轮式转塔车床转塔刀架、天平刀架自动车床电（液）换位自动刀架数控车床,（2）刀架自动换刀装置应满足的要求,满足工艺过程所提出的要求能牢固安装刀具、能调整刀具位置要有足够的刚度可靠性高换刀时间尽量短，以提高生产率操作方便安全,刀库种类,鼓轮式刀库：结构简单，但容量小链式刀库：结构紧凑格子箱刀库：容量大，结构紧凑，但布局不灵活直线式刀库：结构简单，容量小，一般用于数控车、数控钻机械手：,四、数控机床与加工中心,1、数控机床的组成（1）数控系统组成,数控机床的组成,（2）伺服系统伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置，以实现进给伺服系统的闭环控制。作用：保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令：实现零件加工的切削运动（速度控制）,（3）机床本体,数控机床的主体，是实现制造加工的执行部件a.采用高性能的主轴及伺服传动系统机械传