机械制造技术基础第13讲(2015)

1、第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备 三、镗孔三、镗孔镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法，其加工范围很广，可以对不同直径的孔工方法，其加工范围很广，可以对不同直径的孔进行粗加工、半精加工和精加工。进行粗加工、半精加工和精加工。镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床、镗孔工作既可以在镗床上进行，也可以在车床、铣床、数控加工中心及自动机床上进行。铣床、数控加工中心及自动机床上进行。第三节第三节 孔孔 加加 工工第三章第三章 机械制造中的加工方法及

2、装备机械制造中的加工方法及装备1镗孔方式镗孔方式（1）工件旋转，刀具作进给运动）工件旋转，刀具作进给运动 这种镗孔方这种镗孔方式适于加工与外圆表面有同轴度要求的孔。式适于加工与外圆表面有同轴度要求的孔。图图3-37 工件旋转、刀具进给的镗孔方式工件旋转、刀具进给的镗孔方式刀具进给方向与刀具进给方向与工件回转轴线平行工件回转轴线平行刀具进给方向与工刀具进给方向与工件回转轴线不平行件回转轴线不平行第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（2）刀具旋转，工件作进给运动）刀具旋转，工件作进给运动 这种镗孔方这种镗孔方式镗杆的悬伸长度一定，镗杆变形对孔的轴向形式镗杆的悬伸长度一

3、定，镗杆变形对孔的轴向形状精度无影响。状精度无影响。 但工作台进给方但工作台进给方向的偏斜会使工向的偏斜会使工件孔中心线产生件孔中心线产生位置误差。位置误差。 图图3-38a） 刀具旋转、工件进给的镗孔方式刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆镗杆 2-镗刀镗刀 3-工件工件 4-工作台工作台 5-主轴主轴 6-拖板拖板 7-镗模镗模第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-38b为专用镗模镗孔，镗杆与机床主轴浮动为专用镗模镗孔，镗杆与机床主轴浮动联接，镗杆支承在镗模的两个导套中，刚性较联接，镗杆支承在镗模的两个导套中，刚性较图图3-38b） 刀具旋转、工件进给的

4、镗孔方式刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆镗杆 2-镗刀镗刀 3-工件工件 4-工作台工作台 5-主轴主轴 6-拖板拖板 7-镗模镗模 好。此时对好。此时对所加工孔的所加工孔的位置精度由位置精度由镗模精度直镗模精度直接保证。接保证。 第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备在专用镗模上用普通镗刀镗孔时，镗杆变形量的在专用镗模上用普通镗刀镗孔时，镗杆变形量的大小将随着镗模的移动而发生变化，致使工件孔大小将随着镗模的移动而发生变化，致使工件孔 产生纵向形产生纵向形状误差。可状误差。可改用双刃浮改用双刃浮动镗刀解决动镗刀解决此类问题。此类问题。图图3-38b） 刀具旋转、

5、工件进给的镗孔方式刀具旋转、工件进给的镗孔方式1-镗杆镗杆 2-镗刀镗刀 3-工件工件 4-工作台工作台 5-主轴主轴 6-拖板拖板 7-镗模镗模普通镗刀普通镗刀浮动镗刀浮动镗刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（3）刀具即旋转又进给）刀具即旋转又进给 这种镗孔方式因镗杆这种镗孔方式因镗杆图图3-38 刀具既旋转又进给的镗孔方式刀具既旋转又进给的镗孔方式1-镗杆镗杆 2-镗刀镗刀 3-工件工件 4-工作台工作台 5-主轴主轴 的悬伸长度是变的悬伸长度是变化的，所以镗杆化的，所以镗杆的受力变形也是的受力变形也是变化的，镗出来变化的，镗出来的孔必然会产生的孔必然会产

6、生形状误差。形状误差。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备此外，镗杆的悬伸长度增大，主轴因自重引起的此外，镗杆的悬伸长度增大，主轴因自重引起的 弯曲变形也增弯曲变形也增大，孔轴线将大，孔轴线将产生相应的弯产生相应的弯曲。这种镗孔曲。这种镗孔方式只适于加方式只适于加工较短的孔。工较短的孔。图图3-38 刀具既旋转又进给的镗孔方式刀具既旋转又进给的镗孔方式1-镗杆镗杆 2-镗刀镗刀 3-工件工件 4-工作台工作台 5-主轴主轴第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备2金刚镗金刚镗由于金刚镗最初是用金刚石镗刀加工，故称金刚由于金刚镗最初是用金刚

7、石镗刀加工，故称金刚镗。现在普遍采用硬质合金、镗。现在普遍采用硬质合金、CBN和人造金刚石和人造金刚石刀具材料。刀具材料。金刚镗的特点是背吃刀量和进给量小，切削速度金刚镗的特点是背吃刀量和进给量小，切削速度高，它可以获得很高的加工精度（高，它可以获得很高的加工精度（IT7 IT6级）级）和很光洁的表面（和很光洁的表面（Ra为为0.4 0.05m）。）。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备金刚镗最初用于加工有色金属工件，现在也广泛金刚镗最初用于加工有色金属工件，现在也广泛用于加工铸铁件和钢件。但需注意的是，在加工用于加工铸铁件和钢件。但需注意的是，在加工铸铁件和钢件

8、时，只能使用硬质合金或铸铁件和钢件时，只能使用硬质合金或CBN制作制作的镗刀。的镗刀。金刚镗的加工质量好，生产效率高，在大批大量金刚镗的加工质量好，生产效率高，在大批大量生产中它被广泛用于精密孔的最终加工。生产中它被广泛用于精密孔的最终加工。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备3镗刀镗刀镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。镗刀可分为单刃镗刀和双刃镗刀。图图3-40 单刃镗刀单刃镗刀通孔单刃镗刀通孔单刃镗刀盲孔单刃镗刀盲孔单刃镗刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-41所示的浮动的双刃镗刀，可消除因镗刀安所示的浮动的双刃镗刀，可消除因

9、镗刀安图图3-41 浮动镗刀浮动镗刀 装误差或镗杆偏摆引装误差或镗杆偏摆引起的误差；但它与铰起的误差；但它与铰孔相似，只能保证尺孔相似，只能保证尺寸精度，不能校正铰寸精度，不能校正铰孔前孔轴线的位置误孔前孔轴线的位置误差。差。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备4镗孔的工艺特点及应用范围镗孔的工艺特点及应用范围镗孔和钻镗孔和钻扩扩铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具铰工艺相比，孔径尺寸不受刀具尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，尺寸的限制，且镗孔具有较强的误差修正能力，可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且可通过多次走刀来修正原孔轴线偏斜误差，而且能使所镗孔与定

10、位表面保持较高的位置精度。能使所镗孔与定位表面保持较高的位置精度。镗孔时，由于刀杆系统的刚性差、变形大，散热镗孔时，由于刀杆系统的刚性差、变形大，散热排屑条件不好，工件和刀具的热变形较大排屑条件不好，工件和刀具的热变形较大 。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备综上分析可知，综上分析可知， 镗孔工艺范围广，可加工各种镗孔工艺范围广，可加工各种不同尺寸和不同精度等级的孔，对于孔径较大、不同尺寸和不同精度等级的孔，对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。是唯一的加工方法。镗孔的加工精度为镗孔的

11、加工精度为IT9IT7级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra为为3.2 0.8m。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备第四节第四节 平面及复杂曲面加工平面及复杂曲面加工一、概述一、概述二、铣平面二、铣平面1. 铣削方式铣削方式铣平面有端铣和周铣两种方式。铣平面有端铣和周铣两种方式。按照铣平面时主运动方向与进给运动方向的相对按照铣平面时主运动方向与进给运动方向的相对关系，周铣有顺铣和逆铣之分。关系，周铣有顺铣和逆铣之分。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备工件进给方向与铣刀的旋

12、转方向相反称为逆铣；工件进给方向与铣刀的旋转方向相反称为逆铣；工件进给方向与铣刀的旋转方向相同称为顺铣。工件进给方向与铣刀的旋转方向相同称为顺铣。顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合顺铣和逆铣各有特点，应根据加工的具体条件合理选择。理选择。图图3-50 顺铣与逆铣顺铣与逆铣a）b）逆铣逆铣顺铣顺铣第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（1）从切屑截面形状分析）从切屑截面形状分析 逆铣时，刀齿的切削厚度由零逐渐增加，由于切逆铣时，刀齿的切削厚度由零逐渐增加，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦削刃钝圆半径的影响，刀齿在已加工表面上滑擦一段距离后才能真

13、正切入工件，因而刀齿磨损快，一段距离后才能真正切入工件，因而刀齿磨损快，加工表面质量较差。顺铣时则无此现象。加工表面质量较差。顺铣时则无此现象。顺铣时铣刀寿命比逆铣高顺铣时铣刀寿命比逆铣高23倍，加工表面质量倍，加工表面质量也比较好，但顺铣不宜铣带硬皮的工件。也比较好，但顺铣不宜铣带硬皮的工件。图图3-50 顺铣与逆铣顺铣与逆铣逆铣逆铣顺铣顺铣第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（2）从工件装夹可靠性分析）从工件装夹可靠性分析 逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力逆铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向上，容易向上，容易使工件的装夹松动；使工件的装夹松动；顺铣时，刀齿对工件

14、的垂直作用力顺铣时，刀齿对工件的垂直作用力Fv向下，使工向下，使工件压紧在工作台上，加工比较平稳。件压紧在工作台上，加工比较平稳。 图图3-50 顺铣与逆铣顺铣与逆铣逆铣逆铣顺铣顺铣第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（3）从工作台丝杠、螺母间隙分析）从工作台丝杠、螺母间隙分析 逆铣时，工件承受的水平铣削力逆铣时，工件承受的水平铣削力FH与进给速度与进给速度vf的方向相反，铣床工作台丝杠始终与螺母接触。的方向相反，铣床工作台丝杠始终与螺母接触。vfvFHFv图图3-51 铣削时丝杠和螺母铣削时丝杠和螺母的间隙的间隙 a）逆铣）逆铣螺母固定螺母固定丝杠移动丝杠移动第

15、三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备顺铣时，工件承受的水平铣削力顺铣时，工件承受的水平铣削力 FH 与进给速度与进给速度 vf 相同，由于丝杠螺母间有间隙，铣刀会带动工相同，由于丝杠螺母间有间隙，铣刀会带动工件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打件和工作台窜动，使铣削进给量不均匀，容易打刀。刀。采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母采用顺铣法加工时必须采取措施消除丝杠与螺母之间的间隙。之间的间隙。vfFHFVv图图3-51 铣削时丝杠和螺母铣削时丝杠和螺母的间隙的间隙 b）顺铣）顺铣螺母固定螺母固定丝杠移动丝杠移动第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械

16、制造中的加工方法及装备端铣时，铣刀刀齿切入切出工件阶段会受到很大端铣时，铣刀刀齿切入切出工件阶段会受到很大的冲击。由图的冲击。由图3-52可知，从减小刀齿切入工件时可知，从减小刀齿切入工件时图图3-52 对称铣和不对称铣对称铣和不对称铣a）对称铣）对称铣 b）不对称铣）不对称铣 受到的冲击考受到的冲击考虑，图虑，图3-52b所示的不对称所示的不对称铣比图铣比图3-52a所示的对称铣所示的对称铣较为有利。较为有利。 第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备2. 铣刀及其几何角度铣刀及其几何角度铣刀的种类很多，如图铣刀的种类很多，如图3-53所示。所示。图图3-53 铣刀

17、的类型铣刀的类型圆柱铣刀圆柱铣刀面铣刀面铣刀三面刃铣刀三面刃铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-53 铣刀的类型铣刀的类型锯片铣刀锯片铣刀立铣刀立铣刀键槽铣刀键槽铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-53 铣刀的类型铣刀的类型模具铣刀模具铣刀角度铣刀角度铣刀成形铣刀成形铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备下面主要介绍圆柱铣刀和面铣刀。下面主要介绍圆柱铣刀和面铣刀。 （1） 圆柱形铣刀的结构圆柱形铣刀的结构 刀齿排列在刀体圆周刀齿排列在刀体圆周上的铣刀称为圆柱形铣刀。上的铣刀称为圆

18、柱形铣刀。整体圆柱铣刀整体圆柱铣刀它的结构形式分为由高它的结构形式分为由高速钢制造的整体圆柱形速钢制造的整体圆柱形铣刀（图铣刀（图3-53a）和镶焊）和镶焊硬质合金刀片的镶齿圆硬质合金刀片的镶齿圆柱形铣刀（图柱形铣刀（图3-54）。）。图图3-54 镶齿圆柱形铣刀镶齿圆柱形铣刀圆柱形铣刀一般圆柱形铣刀一般采用螺旋刀齿，采用螺旋刀齿，以提高切削工作以提高切削工作的平稳性。的平稳性。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（2） 面铣刀的结构面铣刀的结构 面铣刀的刀齿排列在刀体面铣刀的刀齿排列在刀体端面上，硬质合金面铣刀是加工平面的最主要刀端面上，硬质合金面铣刀是加工平面

19、的最主要刀具。具。焊接夹固式面铣刀的结构如图焊接夹固式面铣刀的结构如图3-55所示。这种铣所示。这种铣刀有两种重磨方式：一种是体内刃磨；另一种是刀有两种重磨方式：一种是体内刃磨；另一种是体外刃磨。体外刃磨。图图3-55 焊接夹固式面铣刀焊接夹固式面铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备将刀片用机械夹固方式固定在刀体上的面铣刀将刀片用机械夹固方式固定在刀体上的面铣刀叫做机夹可转位面铣刀。叫做机夹可转位面铣刀。图图3-56 锥柄机夹可转位面铣刀锥柄机夹可转位面铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（3） 铣刀的几何角度铣刀的几何角度图

20、图3-57 铣刀的几何角度铣刀的几何角度a）圆柱形铣刀）圆柱形铣刀圆柱铣刀和面圆柱铣刀和面铣刀是铣刀的铣刀是铣刀的基本形式，图基本形式，图3 -57给出了这给出了这两种刀具的几两种刀具的几何角度。何角度。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-57 铣刀的几何角度铣刀的几何角度b）面铣刀）面铣刀第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备3. 铣削的工艺特点及应用范围铣削的工艺特点及应用范围由于铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切由于铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故削，且主运动为回转运动，

21、可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比刨平面高。铣平面的生产效率一般都比刨平面高。其加工质量与刨平面相当，经粗铣其加工质量与刨平面相当，经粗铣 精铣后，精铣后，尺寸精度可达尺寸精度可达 IT9 IT7 级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra可达可达6.3 1.6m。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备由于铣平面的生产率高，故在大批大量生产中铣由于铣平面的生产率高，故在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小件加工大多采用铣削，大件加工则铣、刨加工兼件加工大多采用铣削，大件加工则铣、刨加工兼用，一般都是先粗铣

22、后精刨。而在单件小批生产用，一般都是先粗铣后精刨。而在单件小批生产中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍被广泛采用。被广泛采用。另外，因刨平面不能获得足够的切削速度，故有另外，因刨平面不能获得足够的切削速度，故有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备三、复杂曲面加工三、复杂曲面加工曲面加工在机械制造中也占一定比例。从表面成曲面加工在机械制造中也占一定比例。从表面成形的观点分析，有些

23、曲面在形成原理上与平面相形的观点分析，有些曲面在形成原理上与平面相同。但另外还有一类曲面，如螺旋桨的表面，涡同。但另外还有一类曲面，如螺旋桨的表面，涡轮叶片表面，复杂模具型腔面等，其表面形状比轮叶片表面，复杂模具型腔面等，其表面形状比较复杂，不能用基本立体几何要素（例如棱柱、较复杂，不能用基本立体几何要素（例如棱柱、棱锥、球等）描述，通常称之为复杂曲面。棱锥、球等）描述，通常称之为复杂曲面。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备复杂曲面的切削加工方法有仿形铣和数控铣两种，复杂曲面的切削加工方法有仿形铣和数控铣两种，使用的刀具一般为头部为圆形的球头铣刀。使用的刀具一般

24、为头部为圆形的球头铣刀。目前数控铣削已成为复杂曲面切削加工最主要的目前数控铣削已成为复杂曲面切削加工最主要的方法。大型的复杂曲面需要在多轴联动加工中心方法。大型的复杂曲面需要在多轴联动加工中心上加工，加工中心上设有刀库，一般都配备十几上加工，加工中心上设有刀库，一般都配备十几把、几十把甚至上百把刀具用来完成不同曲率半把、几十把甚至上百把刀具用来完成不同曲率半径曲面的粗、精加工。径曲面的粗、精加工。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备第五节第五节 数控机床与数控加工数控机床与数控加工一、数控机床的加工原理一、数控机床的加工原理1. 数控机床及其坐标系数控机床及其坐标

25、系用数字化信息进行控制的技术称为数字控制技术；用数字化信息进行控制的技术称为数字控制技术；装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工的机床称为数控机床。数控机床按用途分为普通的机床称为数控机床。数控机床按用途分为普通数控机床和加工中心两大类。数控机床和加工中心两大类。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备数控机床的加工原理如数控机床的加工原理如3-58图所示。图所示。输入装置输入装置数控装置数控装置伺服系统伺服系统机床本体机床本体反馈装置反馈装置加工程序加工程序输入装置、数控装置、伺服系统和机床本体是数输入装置、数控装置、伺

26、服系统和机床本体是数控机床的四个基本组成部分。控机床的四个基本组成部分。 图图3-58 数控机床的加工原理框图数控机床的加工原理框图第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备在数控机床中，机床直线运动的坐标轴按照在数控机床中，机床直线运动的坐标轴按照ISO 841和我国的和我国的JB/T3051-1999标准，规定为右手直标准，规定为右手直角笛卡尔坐标系。角笛卡尔坐标系。 图图3-59 数控机床的坐标系数控机床的坐标系第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备机床数控系统能够控制的运动数目通常称为坐标机床数控系统能够控制的运动数目通常称为坐标（轴

27、）数。（轴）数。数控机床在加工过程中不同坐标轴之间可以联动，数控机床在加工过程中不同坐标轴之间可以联动，所谓联动是指机床可在各坐标轴方向按一定的速所谓联动是指机床可在各坐标轴方向按一定的速度和轨迹同时独立运动，它们的合成运动速度及度和轨迹同时独立运动，它们的合成运动速度及轨迹符合预先规定的加工要求。轨迹符合预先规定的加工要求。 第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备2. 数控机床的数控装置数控机床的数控装置 数控机床早期的数控装置使用专用计算机，称为数控机床早期的数控装置使用专用计算机，称为（普通）数控（普通）数控（NC）。而目前数控装置采用的）。而目前数控装置采用

28、的是通用计算机，称为计算机数控（是通用计算机，称为计算机数控（CNC）。）。CNC装置是数控机床的控制中心，由它接收和装置是数控机床的控制中心，由它接收和处理输入信息，并将处理结果通过接口输出，对处理输入信息，并将处理结果通过接口输出，对机床进行控制。机床进行控制。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备数控机床数数控机床数控系统的组控系统的组成如图成如图3-60所示，图中所示，图中点划线框内点划线框内的部分构成的部分构成CNC装置。装置。图图3-60 数控机床数控系统的组成数控机床数控系统的组成第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备CNC

29、装置的主要功能为：装置的主要功能为：（1）功能控制）功能控制 控制机床冷却液供给、主轴电控制机床冷却液供给、主轴电机开停、调速以及换刀等功能。机开停、调速以及换刀等功能。（2）位置控制）位置控制 控制刀具与工件的相对运动位控制刀具与工件的相对运动位置或轨迹。置或轨迹。（3）信号处理）信号处理 对系统运行过程中得到的机床状对系统运行过程中得到的机床状态信号进行分析处理，使系统作出相应的反应。态信号进行分析处理，使系统作出相应的反应。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备3. 数控机床的进给伺服系统数控机床的进给伺服系统 数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服数控机

30、床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置，机械传动机构及执行部件组成。驱动装置，机械传动机构及执行部件组成。其作用是接受数控装置发出的进给速度和位移指其作用是接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作数模转换和功率放大令信号，由伺服驱动电路作数模转换和功率放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构驱动机床的后，经伺服驱动装置和机械传动机构驱动机床的执行机构，以某一确定的速度、方向和位移量，执行机构，以某一确定的速度、方向和位移量，沿机床坐标轴移动，实现加工过程的自动循环。沿机床坐标轴移动，实现加工过程的自动循环。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备数

31、控机床的进给伺服系统按位置检测和反馈方式数控机床的进给伺服系统按位置检测和反馈方式的不同分为以下两类：的不同分为以下两类：（1）开环伺服系统（图）开环伺服系统（图3-61）图图3-61 开环伺服系统开环伺服系统第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（2）闭环伺服系统（图）闭环伺服系统（图3-62）图图3-62 闭环伺服系统闭环伺服系统第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备数控机床的检测反馈信号不是取自机床终端运动数控机床的检测反馈信号不是取自机床终端运动部件的闭环系统称为半闭环系统（图部件的闭环系统称为半闭环系统（图3-62中虚线中虚线部

32、分）。部分）。图图3-62 闭环伺服系统闭环伺服系统第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备二、数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系二、数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统统1. 主运动系统主运动系统 数控铣床的主运动系统应比普通铣床有更宽的调数控铣床的主运动系统应比普通铣床有更宽的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削速度，速范围，以保证加工时能选用合理的切削速度，充分发挥机床性能。充分发挥机床性能。而加工中心为适应各种不同而加工中心为适应各种不同类型刀具和各种材料的切削要求，对主轴的调速类型刀具和各种材料的切削要求，对主轴的调速范围要求更高。范围要求更高。第

33、三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备为保证数控机床总是能在最有利的切削速度下进为保证数控机床总是能在最有利的切削速度下进行加工，数控机床的主轴转速在其调速范围内通行加工，数控机床的主轴转速在其调速范围内通常都是无级调速的。常都是无级调速的。 在数控机床中，由于机床主轴的变速功能主要是在数控机床中，由于机床主轴的变速功能主要是通过主轴电动机的无级调速来实现的，故其主运通过主轴电动机的无级调速来实现的，故其主运动传动系统的结构相对比较简单。动传动系统的结构相对比较简单。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备数控机床和加工中心的主传动系统有以下

34、三种不数控机床和加工中心的主传动系统有以下三种不同形式：同形式： （1）电动机直接带动主轴旋转）电动机直接带动主轴旋转其优点是结构紧凑，缺点是其优点是结构紧凑，缺点是主轴的转速主轴的转速转矩输出特性转矩输出特性和电动机输出特性相同，使和电动机输出特性相同，使用上受到一定限制。用上受到一定限制。 图图3-63 数控机床主传动系统的三种形式数控机床主传动系统的三种形式第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（2）电动机经）电动机经V带或同步齿形带传动主轴带或同步齿形带传动主轴其优点是结构简单，安装调试方便，机床主轴的其优点是结构简单，安装调试方便，机床主轴的图图3-63

35、数控机床主传动系统的三种形式数控机床主传动系统的三种形式 转速转速转矩输出特性可转矩输出特性可得到改善。这种传动方得到改善。这种传动方式主要用于转速较高、式主要用于转速较高、变速范围不大、扭矩特变速范围不大、扭矩特性要求低的主轴传动。性要求低的主轴传动。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备（3）电动机经）电动机经14对变速齿轮传动主轴对变速齿轮传动主轴其优点是机床主轴的转速其优点是机床主轴的转速转矩输出特性好，缺转矩输出特性好，缺图图3-63 数控机床主传动系统的三种形式数控机床主传动系统的三种形式 点是结构复杂。点是结构复杂。图图3-63c所示带有变速所示带有变

36、速齿轮的主传动是大中齿轮的主传动是大中型数控机床经常采用型数控机床经常采用的传动形式。的传动形式。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备在带有变速齿轮的在带有变速齿轮的主轴箱中，齿轮变主轴箱中，齿轮变速大多采用液压拨速大多采用液压拨叉或直接由液压缸叉或直接由液压缸带动齿轮来实现。带动齿轮来实现。图图3-64是三位液压是三位液压拨叉的原理图。拨叉的原理图。 图图3-64 三位液压拨叉的工作原理三位液压拨叉的工作原理1、5-液压缸液压缸 2-活塞杆活塞杆 3-拨叉拨叉 4-套筒套筒第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备2. 刀具自动夹紧装置和

37、主轴周向定向装置刀具自动夹紧装置和主轴周向定向装置 加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸，要加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸，要求配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动地将刀求配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动地将刀具夹紧或松开，以便机械手能在主轴上安放或取具夹紧或松开，以便机械手能在主轴上安放或取走刀具。图走刀具。图3-71为为JCS018型立式加工中心的主型立式加工中心的主轴结构图，刀具自动夹紧装置装在主轴内孔中。轴结构图，刀具自动夹紧装置装在主轴内孔中。图图3-71 主轴结构主轴结构1-刀柄刀柄 2-主轴主轴 3-拉钉拉钉 4-钢球钢球 5-蝶形弹簧蝶形弹簧 6-拉杆拉杆 7-螺旋弹

38、簧螺旋弹簧 8-活塞活塞 9、10-行程开关行程开关第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-72是一种使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构是一种使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构图图3-72 使用使用弹性卡爪的刀具自动夹紧机构弹性卡爪的刀具自动夹紧机构1-主轴主轴 2-刀柄刀柄 3-拉钉拉钉 4-弹性卡爪弹性卡爪 5-蝶形弹簧蝶形弹簧 6-拉杆拉杆第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备在刀具切削时，通常在主轴前端设置两个端面键在刀具切削时，通常在主轴前端设置两个端面键来传递切削转矩。换刀时，刀柄上的键槽必须对来传递切削转矩。换刀时，刀柄上的键

39、槽必须对准端面键。为此，主轴在停止转动时，要求主轴准端面键。为此，主轴在停止转动时，要求主轴必须准确地停在某一指定的周向位置上，主轴定必须准确地停在某一指定的周向位置上，主轴定向装置就是为保证换刀时主轴能准确停止在换刀向装置就是为保证换刀时主轴能准确停止在换刀位置而设置的。位置而设置的。图图3-73 主轴周向定向装置示意图主轴周向定向装置示意图 1-塔轮塔轮 2-磁感应器磁感应器 3-发磁体发磁体 4-垫片垫片第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备3. 进给运动系统进给运动系统 数控机床进给运动系统与普通机床不同。伺服电数控机床进给运动系统与普通机床不同。伺服电动机

40、在接收到控制系统发出的指令信号后产生相动机在接收到控制系统发出的指令信号后产生相应的角位移运动，再通过减速齿轮传动或直接带应的角位移运动，再通过减速齿轮传动或直接带动丝杠螺母副运动转换成纵向、横向或垂直向的动丝杠螺母副运动转换成纵向、横向或垂直向的直线运动。因此，数控机床进给系统的机械传动直线运动。因此，数控机床进给系统的机械传动机构变得十分很简单。机构变得十分很简单。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备在数控机床的进给系统中普遍采用滚珠丝杠副。在数控机床的进给系统中普遍采用滚珠丝杠副。图图3-65为滚珠丝杠的结构示意图。为滚珠丝杠的结构示意图。图图3-65 滚珠

41、丝杠的结构示意图滚珠丝杠的结构示意图1-丝杠丝杠 2-螺母螺母 3-滚珠滚珠 4-插管插管第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备为了提高滚珠丝杠为了提高滚珠丝杠的轴向刚度，滚珠的轴向刚度，滚珠丝杠常用推力轴承丝杠常用推力轴承来支承。来支承。滚珠丝杠常用的支滚珠丝杠常用的支承方式见图承方式见图3-66。 图图3-66 滚珠丝杠常用的支承方式滚珠丝杠常用的支承方式第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备为了提高传动精度的稳定性及进给系统的刚度，为了提高传动精度的稳定性及进给系统的刚度，应消除丝杠螺母间隙和对丝杠螺母预加载荷。应消除丝杠螺母间隙和

42、对丝杠螺母预加载荷。图图3-67 丝杠螺母的预紧丝杠螺母的预紧第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备三、三、JCS-018型立式加工中心型立式加工中心1. 机床布局机床布局 JCS-018型立式加工中心是一种具有自动换刀装型立式加工中心是一种具有自动换刀装置的数控立式镗铣床。在工件的一次装夹中，机置的数控立式镗铣床。在工件的一次装夹中，机床可连续自动地对其上平面进行铣削和对垂直孔床可连续自动地对其上平面进行铣削和对垂直孔进行钻、扩、铰、镗、锪、攻丝等多种加工。进行钻、扩、铰、镗、锪、攻丝等多种加工。JCS-018型立式加工中心型立式加工中心外形及布局见外形及布局见图

43、图3-68。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-68 JCS-018型立式加工中心型立式加工中心1-床身床身 2-滑座滑座 3-工作台工作台 4-立柱立柱 5-数控柜数控柜 6-刀库刀库 7-机械手机械手 8-主轴箱主轴箱 9-操作面板操作面板 10-驱动电柜驱动电柜第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备2. 传动系统传动系统如图如图3-68所所示为示为 JCS-018型立式型立式加工中心的加工中心的传动系统简传动系统简图。图。图图3-69 JCS-018型立式加工中心传动系统简图型立式加工中心传动系统简图第三章第三章 机械制造

44、中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备3. 伺服进给系统伺服进给系统JCS-018型立式加工中心工作台纵向（型立式加工中心工作台纵向（X轴）伺轴）伺服进给装置如图服进给装置如图3-70所示。所示。图图3-70 工作台纵向（工作台纵向（X轴）伺服进给装置轴）伺服进给装置1-电动机电动机 2-锥环无键联轴器锥环无键联轴器 3-十字滑块联轴器十字滑块联轴器 4-丝杠丝杠 5、8-螺母螺母 6-垫圈垫圈 7-联接键联接键 9-螺母座螺母座第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备4. 主要部件结构主要部件结构（1）主轴部件）主轴部件（2）自动换刀装置）自动换刀装置JCS-

45、018型立式加工中心设有刀库式自动换刀装型立式加工中心设有刀库式自动换刀装置，它安装在立柱左侧上部，由刀库和机械手两置，它安装在立柱左侧上部，由刀库和机械手两部分组成，刀库可容纳部分组成，刀库可容纳16把刀具。把刀具。图图3-74给出了刀库及刀座的主要结构。给出了刀库及刀座的主要结构。第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备图图3-74 刀库及刀座刀库及刀座1-拨叉拨叉 2-刀座顶部滚子刀座顶部滚子 3-支承板支承板 4-刀座刀座 5-滚子滚子 6-固定导盘固定导盘 7-刀库圆盘刀库圆盘 8-蜗轮蜗轮 9-蜗杆蜗杆 10-弹簧球头销弹簧球头销 11-弹簧弹簧 12-销销第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备JCS-018机床上使用的换刀机械手为回转式单臂机床上使用的换刀机械手为回转式单臂双手机械手。双手机械手。在换刀过程中（参见图在换刀过程中（参见图3-75），机械手要完成抓），机械手要完成抓刀、拔刀、交换主轴上和刀库