机械制造第三章金属切削机床

1、机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机床的基本结构机床的基本结构 机床的分类和型号机床的分类和型号 数控机床与加工中心数控机床与加工中心 机床可分为：机床可分为： 金属切削机床、锻压机床、电加工机金属切削机床、锻压机床、电加工机 床、坐标测量机、铸造机床、热处理床、坐标测量机、铸造机床、热处理 机床机床(表面淬火机床表面淬火机床)等。主要介绍金等。主要介绍金 属切削机床。属切削机床。 机械制造第三章金属切削机床 动力源动力源; 执行机构执行机构; 控制系统控制系统; 传动系统传动系统; 支承件支承件; 润滑系统润滑系统 其他装置其他装置 冷却系统冷却系统 机械制造第三章金属

2、切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 交流异步电动机交流异步电动机 步进电动机步进电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机 交流伺服电动机交流伺服电动机 机械制造第三章金属切削机床 如主轴、主轴箱如主轴、主轴箱 刀架、刀架、 工作台等，它们带动工件或刀具旋工作台等，它们带动工件或刀具旋 转或移动转或移动 机械制造第三章金属切削机床 用于控制各工作部件的正常工作主要是用于控制各工作部件的正常工作主要是 电器控制系统电器控制系统 液压或气动控制系统液压或气动控制系统 数控系统数控系统(数控装置数控装置,主轴和进给的伺服主轴和进给的伺服 控制系统控

3、制系统,可编程序控制器和输入输出装可编程序控制器和输入输出装 置置 机械制造第三章金属切削机床 主传动系统主传动系统 进给传动系统进给传动系统 机械制造第三章金属切削机床 按传动装置类型按传动装置类型 机械传动装置机械传动装置 液压传动装置液压传动装置 电气传动装置以及它们的组合电气传动装置以及它们的组合 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机械进给传动机械进给传动 液压进给传动液压进给传动 电伺服进给传动电伺服进给传动 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机械机械 齿轮齿轮/ /齿条，旋转齿条，旋转直线，与传动轴垂直线，与传动轴垂 直直 丝杆丝杆/ /

4、螺母，旋转螺母，旋转直线，与传动轴平直线，与传动轴平 行行 蜗轮蜗轮/ /蜗杆，大降速比蜗杆，大降速比 液压液压 电气电气 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 用于安装和支承其它固定的或用于安装和支承其它固定的或 运动的部件运动的部件,承受其重力和切削承受其重力和切削 力力,如床身如床身,底座底座,立柱等立柱等. 支承件是机床的基础构件支承件是机床的基础构件. 机械制造第三章金属切削机床 对加工工件对加工工件,刀具及机床的某些发刀具及机床的某些发 热部位进行冷却热部位进行冷却 机械制造第三章金属切削机床 用于对机床的运动副用于对机床的运动副(如轴承如轴承, 导轨等导轨等)进

5、行润滑进行润滑,以减小摩擦以减小摩擦, 磨损和发热磨损和发热. 机械制造第三章金属切削机床 如排屑装置如排屑装置,自动测量装置等自动测量装置等 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 外传动链：联系外传动链：联系 动力源与执行机动力源与执行机 构之间的传动链。构之间的传动链。 如普通车床在如普通车床在 电机与主轴之电机与主轴之 间的传动链间的传动链 机械制造第三章金属切削机床 内传动链：联系内传动链：联系 一个执行机构和一个执行机构和 另一个执行机构另一个执行机构 之间运动的传动之间运动的传动 链为内传动链。链为内传动链。 车削螺纹时，车削螺纹时， 保证主轴和刀保证主轴和刀 架

6、之间的严格架之间的严格 运动关系的传运动关系的传 动链动链 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 y f x v u u u u 差动传动链 外轴向进给传动链 展成传动链 外主运动传动链 )( )( 机械制造第三章金属切削机床 铣床铣床 刨插床刨插床 拉床拉床 特种加工机床特种加工机床 锯床锯床 其它机床其它机床 车床车床 钻床钻床 镗床镗床 磨床磨床 齿轮加工机床齿轮加工机床 螺纹加工机床螺纹加工机床 机械制造第三章金属切削机床 通用机床通用机床( (或万能机床或万能机床) )， 工艺范围宽，可以工艺范围宽，可以 加工一定尺寸范围内的各种类型零件，如卧加工一定尺寸范围内的各

7、种类型零件，如卧 式车床、摇臂钻床、万能升降台铣床等。式车床、摇臂钻床、万能升降台铣床等。 专门化机床，工艺范围较窄，只能加工一定专门化机床，工艺范围较窄，只能加工一定 尺寸范围内的某一类尺寸范围内的某一类( (或少数几类或少数几类) )零件，完零件，完 成某一种成某一种( (或少数几种或少数几种) )特定工序，如曲轴车特定工序，如曲轴车 床、凸轮轴车床等。床、凸轮轴车床等。 专用机床，专用机床的工艺范围最窄，通常专用机床，专用机床的工艺范围最窄，通常 只能完成某一特定零件的特定工序，如加工只能完成某一特定零件的特定工序，如加工 机床主轴箱的专用镗床、加工机床导轨的专机床主轴箱的专用镗床、加工

8、机床导轨的专 用导轨磨床等。组合机床也属于专用机床。用导轨磨床等。组合机床也属于专用机床。 机械制造第三章金属切削机床 普通精度机床普通精度机床 精密机床精密机床 高精度机床。高精度机床。 机械制造第三章金属切削机床 JBl83885金属切削机床型号编制金属切削机床型号编制 方法方法 适用于各类通用机床和除组合机床外的适用于各类通用机床和除组合机床外的 专用机床专用机床 机床型号由机床型号由 一组汉语拼音字母和一组汉语拼音字母和 阿拉伯数字按一定规律组合而成。阿拉伯数字按一定规律组合而成。 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 C A 6 1 4 0 类别代号 组别代号 系别

9、代号 主参数 结构特性代号 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 根据数控机床加工的特点可以看出，最适根据数控机床加工的特点可以看出，最适 合于数控加工的零件包括合于数控加工的零件包括: 多品种、小批量生产的零件或新产品试制多品种、小批量生产的零件或新产品试制 中的零件中的零件 几何形状复杂的零件；几何形状复杂的零件； 加工过程中必须进行多工序加工的零件加工过程中必须进行多工序加工的零件 用普通机床加工时，需要昂贵工装设备用普通机床加工时，需要昂贵工装设备 （工具、夹具和模具）的零件；（工具、夹具和模具）的零件； 机械制造第三章金属切削机床 机械制造第三章金属切削机床 机械制

10、造第三章金属切削机床 控制介质又称信息载体，是人与数控机床控制介质又称信息载体，是人与数控机床 之间联系的中间媒介物质，反映了数控加之间联系的中间媒介物质，反映了数控加 工中全部信息工中全部信息 机械制造第三章金属切削机床 数控系统是机床实现自动加工的核心，数控系统是机床实现自动加工的核心， 是整个数控机床的灵魂所在。主要由输是整个数控机床的灵魂所在。主要由输 入装置、监视器、主控制系统、可编程入装置、监视器、主控制系统、可编程 控制器、各类输人输出接口等组成。控制器、各类输人输出接口等组成。 主控制系统主要由主控制系统主要由 CPU 、存储器、控、存储器、控 制器等组成。数控系统的主要控制对

11、象制器等组成。数控系统的主要控制对象 是位置、角度、速度等机械量，以及温是位置、角度、速度等机械量，以及温 度、压力、流量等物理量。度、压力、流量等物理量。 机械制造第三章金属切削机床 伺服系统是数控系统和机床本体之间伺服系统是数控系统和机床本体之间 的电传动联系环节主要由伺服电动的电传动联系环节主要由伺服电动 机、驱动控制系统和位置检测与反馈机、驱动控制系统和位置检测与反馈 装置等组成数控系统发出的指令信装置等组成数控系统发出的指令信 号与位置反馈信号比较后作为位移指号与位置反馈信号比较后作为位移指 令，再经过驱动系统的功率放大后，令，再经过驱动系统的功率放大后， 驱动电动机运转，通过机械传

12、动装置驱动电动机运转，通过机械传动装置 带动工作台或刀架运动。带动工作台或刀架运动。 机械制造第三章金属切削机床 进给伺服系统是数控系统主要的子系统。进给伺服系统是数控系统主要的子系统。 如果说如果说C装置是数控系统的装置是数控系统的“大脑大脑”，是，是 发布发布“命令命令”的的“指挥所指挥所”，那么进给，那么进给 伺服系统则是数控系统的伺服系统则是数控系统的“四肢四肢”，是，是 一种一种“执行机构执行机构”。它忠实地执行由。它忠实地执行由 CNC装置发来的运动命令，精确控制执装置发来的运动命令，精确控制执 行部件的运动方向，进给速度与位移量。行部件的运动方向，进给速度与位移量。 机械制造第三

13、章金属切削机床 组成：伺服电机组成：伺服电机 驱动信号控制转换电路驱动信号控制转换电路 电子电力驱动放大模块电子电力驱动放大模块 位置调节单元位置调节单元 速度调节单元速度调节单元 电流调节单元电流调节单元 检测装置检测装置 。 机械制造第三章金属切削机床 开环伺服系统开环伺服系统 闭环伺服系统闭环伺服系统 半闭环伺服系统半闭环伺服系统 机械制造第三章金属切削机床 没有位置测量装置，信号流是单向没有位置测量装置，信号流是单向 的（数控装置的（数控装置进给系统），故系进给系统），故系 统稳定性好。统稳定性好。 电机电机 机械执行部件机械执行部件 A相、相、B相相 C相、相、 f、n CNC 插补

14、指令插补指令 脉冲频率脉冲频率f 脉冲个数脉冲个数n 换算换算 脉冲环脉冲环 形分配形分配 变换变换 功率功率 放大放大 机械制造第三章金属切削机床 无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主 要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和 精度。精度。 一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。一般以功率步进电机作为伺服驱动元件。 这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修这类系统具有结构简单、工作稳定、调试方便、维修 简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、简单、价格低廉等优点，在精度和速度要求不高、

15、 驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经驱动力矩不大的场合得到广泛应用。一般用于经 济型数控机床。济型数控机床。 机械制造第三章金属切削机床 半闭环数控系统的位置采样点如图所半闭环数控系统的位置采样点如图所 示，是从驱动装置示，是从驱动装置(常用伺服电机常用伺服电机)或或 丝杠引出，采样旋转角度进行检测，丝杠引出，采样旋转角度进行检测， 不是直接检测运动部件的实际位置。不是直接检测运动部件的实际位置。 位置控制调节位置控制调节 器器 速度控制速度控制 调节与驱动调节与驱动 检测与反馈单检测与反馈单 元元 位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元 + + - 电机电机 机械执行部件机

16、械执行部件 CNC 插补插补 指令指令 实际实际 位置位置 反馈反馈 实际实际 速度速度 反馈反馈 机械制造第三章金属切削机床 半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环半闭环环路内不包括或只包括少量机械传动环 节，由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的节，由于丝杠的螺距误差和齿轮间隙引起的 运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差，运动误差难以消除。因此，其精度较闭环差， 较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而较开环好。但可对这类误差进行补偿，因而 仍可获得满意的精度。仍可获得满意的精度。 半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也半闭环数控系统结构简单、调试方便、精度也 较高，价格也较低。因而在现代

17、较高，价格也较低。因而在现代CNC机床机床 中得到了广泛应用。中得到了广泛应用。 机械制造第三章金属切削机床 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所 示，直接对运动部件的实际位置进行检测。示，直接对运动部件的实际位置进行检测。 位置控制调位置控制调 节器节器 速度控制速度控制 调节与驱动调节与驱动 检测与反馈检测与反馈 单元单元 位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元 + + - 电机电机 机械执行部件机械执行部件 CNC 插补插补 指令指令 实际实际 位置位置 反馈反馈 实际实际 速度速度 反馈反馈 机械制造第三章金属切削机床 从理论上讲，可以

18、消除整个驱动和传动环节的误差、从理论上讲，可以消除整个驱动和传动环节的误差、 间隙量。具有很高的位置控制精度。间隙量。具有很高的位置控制精度。 由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚由于位置环内的许多机械传动环节的摩擦特性、刚 性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的性和间隙都是非线性的，故很容易造成系统的 不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相 当困难。当困难。 该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、该系统主要用于精度要求很高的镗铣床、超精车床、 超精磨床以及较大型的数控机床等。超精磨床以及较大型的数控机床等。 机械制造第三章金属切削机

19、床 强电控制柜主要用来安装机床强电控强电控制柜主要用来安装机床强电控 制的各种电气元器件，除了提供数控、制的各种电气元器件，除了提供数控、 伺服等一类弱电控制系统的输入电源，伺服等一类弱电控制系统的输入电源， 以及各种短路、过载、欠压等电气保以及各种短路、过载、欠压等电气保 护外，主要在护外，主要在 PLC 的输出接口与机的输出接口与机 床各类辅助装置的电气执行元件之间床各类辅助装置的电气执行元件之间 起桥梁连接作用，控制机床辅助装置起桥梁连接作用，控制机床辅助装置 的各种交流电动机、液压系统电磁阀的各种交流电动机、液压系统电磁阀 或电磁离合器等。或电磁离合器等。 机械制造第三章金属切削机床

20、辅助装置主要包括自动换刀装置辅助装置主要包括自动换刀装置 ATC ( Automatlc Tool Changer ）、自动交换工作台）、自动交换工作台 机构机构 APc ( Automatic Pallet changer ）、工件夹紧）、工件夹紧 放松机构、回转工作台、液压控放松机构、回转工作台、液压控 制系统、润滑装置、切削液装置、制系统、润滑装置、切削液装置、 排屑装置、过载和保护装置等。排屑装置、过载和保护装置等。 机械制造第三章金属切削机床 数控机床的本体指其机械结构实体它数控机床的本体指其机械结构实体它 与传统的普通机床相比较，同样由与传统的普通机床相比较，同样由主传主传 动系统、进给传动机构、工作台、床身动系统、进给传动机构、工作台、床身 以及立柱以及立柱等部分组成，但数控机床