第二章 金属切削机床的基本知识.ppt

第二章金属切削机床的基本知识,第一节机床的类别和基本构造金属切削机床是指利用刀具对金属工件进行切削加工，使之获得所要求几何形状、尺寸精度和表面质量的设备。一、机床的分类按加工方式、加工对象或主要用途分为12大类，即车床、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、特种加工机床、锯床和其他机床等。,在各类机床中，车床、钻床、刨床、铣床和磨床是五种最基本的机床。,图2-1零件表面的形成a)平面b)圆柱面c)锥面d)抛物面1-母线2-导线,工件表面的形成方法,发生线的形成方法及所需运动轨迹法刀具切削刃与被加工表面为点接触，,图2-2形成发生线所需的运动a)轨迹法b)成形法c)相切法d)展成法1-刀尖或切削刃2-发生线3-刀具轴线的运动轨迹,机床的运动机床在切削过程中，使工件获得一定表面形状所必需的刀具和工件间的相对运动称为机床的工作运动，也称为表面成形运动。机床上除了以上运动外，为了调整刀具与工件的位置、工艺参数、操纵和控制机床等所需要的运动称为辅助运动，如切人运动、快进、快退、让刀运动、变速、换向。,二、机床的基本结构1、主传动部件：用来实现机床的主运动2、进给传动部件：主要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6、动力源：为机床运动提供动力，即电动机。,第二节机床的传动,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。机械传动应用齿轮、传动带、离合器、丝杠螺母等机械组件传递运动和动力。这种传动形式工作可靠、维修方便，目前机床上应用最广。液压传动应用油液作介质，通过泵、阀、液缸等液压组件传递运动和动力。这种传动形式结构简单、传动平稳。,一、机床的机械传动1、机床上常用的传动副及其传动关系用来传递运动和动力的装置称为传动副（1）带传动带传动是利用传动带与带轮之间的磨擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮，在机床的传动中，一般常用V带传动。传动比：指从动轮（轴）与主动轮（轴）的转速之比。,式中d1、d2-分别为主动、从动带轮的直径，；n1、n2-分别为主动、从动带轮的转速，/；为滑动系数，约为0.98。,（2）齿轮传动齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。这种传动种类很多，如直齿、斜齿等，其中最常用的是直齿圆柱齿轮传动。,传动比为:,z1、z2、和n1、n2分别为主动、从动齿轮的齿数和转速,齿轮传动的传动比等于主动齿轮与从动齿轮齿数之比,（3）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。若蜗杆的螺纹头数为，转带为n1；蜗轮的齿数为，转速为n2，则其传动比为,（4）齿轮齿条传动若齿轮按箭头所指方向放置，则齿条向左作直线移动，其移动速度为,mm/s,式中：z齿轮齿数；n齿轮转数，r/min；p齿条齿距，p=m，mm；m齿轮、齿条模数，mm。,（5）螺杆传动若螺杆（又称丝杆）旋转，螺母不转，则它们之间沿轴线方向相对移动的速度为式中：n螺杆转速，r/min；p单头螺杆螺距，mm。,mm/s,式中k螺杆螺纹头数。,mm/s,用多头螺杆传动时,2、传动链及其传动比传动链是指实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和，它是由若干传动副按一定方法依次组合起来的。传动链种通常包括两类机构：一类是传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副，称为定传动比机构；另一类是根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，滑移齿轮变速机构统称为换置机构。,传动链的总传动比等于传动链中各传动副传动比的乘积。,3、机床常用的变速机构变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱。齿轮箱中的变速机构最常应用的有以下两种：滑动齿轮变速机构；离合器式齿轮变速机构。,4、C616车床传动简介,换向结构,5、机械传动的优缺点（1）传动比准确，适用于定比传动；（2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；（3）故障容易发现，便于维修。但是，机械传动一般情况下不够平稳；制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的机构较复杂，成本高。因此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。,二、机床的液压传动1、外圆磨床液压传动简介,2、机床液压传动的组成动力元件油泵；执行元件油缸或油马达；控制元件各种阀；辅助装置油箱、油管、过滤器、压力表等；工作介质矿物油。3、液压传动的优缺点A、易于在较大范围内实现无级变速；B、传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载；C、便于采用液电联合控制，实现自动化；D、机件在油中工作，润滑好，寿命长。但是由于油有一定的可压缩性，并有泄露现象，所以不适合作定比传动。,第三节自动机床和数控机床简介,一、数控机床的产生与发展1.数控机床的产生1952年,美国帕森斯公司和麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。半个世纪以来,数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。1952年的第一代-电子管数控机床1959年的第二代-晶体管数控机床1965年的第三代-集成电路数控机床1970年的第四代-小型计算机数控机床1974年的第五代-微型计算机数控机床1990年的第六代-基于PC的数控机床,数控机床的发展趋势（1）高速度高精度化（2）多功能化、智能化、小型化（3）高可靠性2、数控机床的组成计算机数控机床由输入输出、计算机数控装置、伺服系统和机床本体等部分组成，其组成框图如图所示,输入输出装置,数控装置,伺服系统,机床本体,反馈装置,二、数控机床的种类与应用,1、按工艺用途分类（1）金属切削类数控机床（2）金属成形类数控机床（3）数控特种加工机床（4）其它类型的数控机床,2、按机床运动的控制轨迹分类（1）点位控制数控机床1）点位控制只要求控制机床的移动部件从某一位置移动到另一位置的准确定位，对于两位置之间的运动轨迹不作严格要求，在移动过程中刀具不进行切削加工，如图所示。,2）为了实现既快又准的定位，常采用先快速移动，然后慢速走近定位点位的方法来保证定位精度。3）主要有数控钻床、数控冲床、数控镗床、数控点焊机等,（2）直线控制数控机床,1）直线控制数控机床的特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条与机床坐标平行的直线。2）对移动的速度也要进行控制，因为这类数控机床在两点之间移动时要进行切削国工，如图所示。,（3）轮廓控制数控机床,1）轮廓控制能够对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可以进行曲线或曲面的加工，如图所示。2）具有轮廓控制功能的数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等。,3、伺服控制的方式分类,（1）开环控制系统开环控制系统是指不带反馈的控制系统其特点：开环控制具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低。一般适用于经济型数控机床和旧机床数控化改造。如图所示，部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数决定的。,（2）半闭环控制系统,1）半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移测量装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，反馈到数控系统中，由于惯性较大的机床移动部件不包括在检测范围之内，因而称作半闭环控制系统。2）系统闭环环路内不包括机械传动环节，可获得稳定的控制特性。机械传动环节的误差，可用补偿的办法消除，可获得满意的精度，中档数控机床广泛采用半闭环数控系统。,（3）闭环控制系统,1）在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结果直接反馈到数控装置中，与输入指令进行比较控制，使移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位，原理如下图所示，因为把机床工作台纳入位置控制环，故称为闭环控制系统。2）该系统定位精度高、调节速度快。该系统调试工作困难。系统复杂并且成本高，故适用于精度要求很高的数控机床，如精密数控镗铣床、超精密数控车床等。,4、按数控系统功能水平分类,数控机床按数控系统的功能水平可分为：低、中、高三档。三、数控机床加工的特点及应用1、数控机床加工的特点（1）可以加工具有型面的工件（2）加工精度高，质量稳定（3）生产率高（4）改善劳动条件（5）有利于生产管理现代化,2、数控机床的适用范围,（1）多品种、