第一章金属切削机床概述

1、 主编第一章金属切削机床概述 第一节金属切削机床的分类和型号一、金属切削机床的分类金属切削机床的品种和规格繁多,为了便于区别、管理和使用机床,在国家制订的机床型号编制方法中,按照机床的加工方式、使用的刀具及其用途,将机床分为11类: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、锯床和其他机床。 表1-1通用机床类代号二、金属切削机床型号的编制方法机床型号是机床产品的代号。1.机床的类、组、系代号机床的类别及分类代号见表1-1。2.通用特性和结构特性代号当某类型机床,除有普通形式外,还有某种通用特性时,则在类代号之后加用大写汉语拼音字母表示的通用特性代号予以区分。 表1

2、-2通用特性代号3.机床的主参数或设计顺序号机床型号中的主参数用折算值(主参数乘以折算系数)表示,位于组别、系别代号之后。4.机床的主轴数或第二主参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数表1-4常用机床组别、系别代号及主要参数5.机床的重大改进顺序号当机床的结构、性能有重大改进和提高,并按新产品重新设计、试制和鉴定时,在机床型号之后,按A、B、C(I、O除外)等汉语拼音字母的顺序选用,加入型号的尾部,以区别原机床型号。6.其他特性代

3、号其他特性代号置于辅助部分之首位,其中同一型号机床的变型代号,也应放在其他特性代号的首位,主要用以反映各类机床的特性7.企业代号企业代号包括机床生产厂及机床研究单位代号。三、通用金属切削机床型号实例【例1】最大磨削直径为320mm的高精度万能外圆磨床,其型号为:MG1432。【例2】最大棒料直径为50mm的六轴棒料自动车床,其型号为:C21506。 【例3】工作台面宽度为630mm的单柱坐标镗床,经第一次重大改进后的型号为:T4163A。【例4】最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床的第一种变型型号为:MB8240/1。【例5】北京机床研究所生产的精密卧式加工中心,其型号为:THM6350/

4、JCS。四、金属切削机床的技术性能为了能正确选择机床和合理使用机床,必须了解机床的技术性能。1.工艺范围机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力,即机床上可以完成的工序种类,能加工的零件类型、毛坯和材料种类,适用的生产规模等。2.技术规格技术规格是反映机床尺寸大小和工作性能的各种技术数据,包括主参数和影响机床工作性能的其他各种尺寸参数,运动部件的行程范围、主轴、刀架、工作台等执行件的运动速度,电动机功率,机床的轮廓尺寸和重量。3.加工精度和表面质量加工精度和表面质量是指在正常工艺条件下,机床上加工的零件所能达到的尺寸、形状和相互位置的精度以及所能控制的表面粗糙度。 4.生产率机床的生产率是

5、指在单位时间内机床所能加工的零件数量,它直接影响到生产效率和生产成本。5.自动化程度提高机床的自动化程度,不仅可提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度,而且可减少由于工人的操作水平对机床加工质量的影响,有利于保证产品质量的稳定,因此是现代机床发展的一个方向。 6.机床的效率和精度保持性机床的效率是指消耗于切削的有效功率与电动机输出功率之比,两者的差值是各种损耗。修是否方便、工作是否安全可靠等,机床工作时发出的噪声会影响工人的身心健康,应尽量降低;机床的操纵、观察、调整、装卸工件和工具应方便省力,维护要简单,修理必须方便;机床工作时应不易发生故障和操作错误,以保证操作工人和机床的安全,提高机床的生产

6、率。7.其他除上述几个方面外,机床的技术性能还包括噪声大小、操作和维第二节使用单刃刀具的机床车床、龙门刨床、牛头刨床、镗铣床以及类似的机床上所使用的刀具主要是单刃刀具。 图1-1典型的单刃刀具一、车床车床类机床主要是使用各种车刀对内外圆柱面、圆锥面、成形回转体表面及其端面、各种内外螺纹等进行加工,还可使用钻头、扩孔钻、铰刀进行孔加工,使用丝锥、板牙进行内外螺纹加工等。表1-5常用的各类车床表1-5常用的各类车床表1-5常用的各类车床二、镗床镗床是一种用途广泛的孔加工机床。表1-6镗床的常见类型表1-6镗床的常见类型表1-6镗床的常见类型三、刨床刨床主要用于加工水平面、垂直平面、倾斜面和T形槽、

7、燕尾槽、V形槽等,用成形刨刀也可以加工一些简单的直线成形表面。图1-2牛头刨床的工作运动表1-7常见刨床的类型表1-7常见刨床的类型第三节使用多刃刀具的机床多刃刀具可以看作是由两个或两个以上刀刃(刀齿)固定在同一个刀体上所构成的刀具。一、钻床钻床是一种用途广泛的孔加工机床。表1-8钻床的常见类型表1-8钻床的常见类型二、铣床铣床可加工水平的和垂直的平面、沟槽、键槽、T形槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽,以及齿轮、链轮、棘轮、花键轴和各种成形表面等,用锯片铣刀还可以进行切断等工作。图1-3铣床加工的典型表面表1-9常见的各类铣床表1-9常见的各类铣床表1-9常见的各类铣床表1-9常见的各类铣床表1-9常

8、见的各类铣床三、齿轮加工机床齿轮加工机床用于加工各种齿轮的轮齿。表1-10常见齿轮加工机床表1-10常见齿轮加工机床表1-10常见齿轮加工机床第四节磨床一、磨床的功用用砂轮、砂带、油石、研磨剂等磨料磨具为工具进行切削加工的机床都属于磨床类机床,它主要用于各种零件特别是淬硬零件的精加工。磨床的种类很多,按用途和采用不同的工艺方法,大致可分为外圆磨床、内圆磨床、导轨磨床、工具和刀具磨床、专门化磨床等。二、磨床的类型 表1-11常见磨床类机床表1-11常见磨床类机床表1-11常见磨床类机床三、磨削加工的方式磨削加工的方式很多,如图1-4所示。 图1-4磨削加工方式a)磨削外圆b)磨削内孔c)磨削平面

9、d)磨削花键e)磨削螺纹f)磨削齿轮第五节数字程序控制机床一、数控机床的基本概念数控机床是由普通机床发展而来的,它们之间最明显的区别是数控机床可以按事先编制的加工程序自动地对工件进行加工,而普通机床的整个加工过程必须通过技术工人的手工操作来完成。图1-5普通机床加工与数控机床加工的区别二、数控机床的工作原理数控机床的工作原理,如图1-6所示。图1-6数控机床工作原理示意图1.信息载体信息载体(又称控制介质)的功能是用于记载以数控加工程序表示的各种加工信息,如零件加工的工艺过程、工艺参数等,以控制机床的运动和各种动作,实现零件的机械加工图1-7常用的信息载体2.数控装置数控装置是数控机床的运算和

10、控制系统,在普通数控机床中一般由输入装置、控制器、运算器和输出装置组成,它接收信息载体的信息,并将其代码加以识别、储存、运算,输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统,进而控制机床动作。3.伺服系统伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动,它相当于手工操作时人的手,使工作台(或溜板)精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动,最后加工出符合图样要求的零件。图1-8数控装置的原理图4.机床本体数控机床中的机床本体在开始阶段沿用普通机床的结构,只是在自动变速、刀架或工作台自动转位和手柄等方面作些改变。三、数控机床的分类 目前,数控机床品种已经基本齐全,规格繁多,据不完全统计已有400多

11、个品种规格,可以按照多种原则来进行分类。1.按工艺用途分类(1)一般数控机床这类机床和传统的普通机床品种一样,有数控的车、铣、镗、钻、磨床等等,而且每一种又有很多品种,例如数控铣床中就有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等等。 1)减少机床台数,便于管理,对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部加工,并可以减少半成品的库存量。2)由于工件只要一次装夹,因此减少了由于多次安装造成的定位误差,可以依靠机床精度来保证加工质量。3)工序集中,减少了辅助时间,提高了生产率。4)由于工件在一台机床上一次装夹就能完成多道工序加工,所以大大减少了专用工夹具的数量,进一步缩短了生产准备时间。(3)多坐标数控机床有些复杂

12、形状的零件,用一般的数控机床还是无法加工,如螺旋桨、飞行器曲面零件的加工等,需要三个以上坐标的合成运动才能加工出所需形状。图1-9“群控”系统方框图2.按加工路线分类(1)点位控制数控机床这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置(点)精确地移动到另一个位置(点), 在移动过程中不进行任何加工,两相关位置(点)之间的移动速度及路线决定了生产率。图1-10数控钻床钻孔加工3.按伺服系统的控制方式分类(1)开环控制数控机床开环控制的数控机床如图1-13所示,这种机床既没有工作台位移检测装置,也没有位置反馈和校正控制装置,数控装置发出信号的流程是单向的,所以图1-13开环控制系统框图图1-14

13、闭环控制系统框图图1-15半闭环控制系统框图图1-16开环补偿控制系统框图图1-17半闭环补偿控制系统框图四、数控机床坐标系和运动方向的规定统一规定数控机床坐标轴名称及其运动的正、负方向,可使编制的程序简便,并使所编制的程序对同类型机床有互换性。 1.标准的坐标系和运动方向在数控机床中,为了完成一个零件的加工,往往需要控制几个方向上的运动,这就需要建立坐标系,以便分别进行控制。图1-18右手直角笛卡儿坐标系1)由于机床的运动可以是刀具相对于工件的运动,也可以是工件相对于刀具的运动,所以统一规定在图1-18中字母不带“”的坐标表示工件固定,刀具运动的坐标,即图1-19、图1-20和图1-21旁边

14、所示的坐标系;带“”的则表示刀具固定,工件运动的坐标。规定增大工件与刀具之间的距离(即增大工件尺寸)的方向为正方向。X轴为水平方向,且垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。 2)机床X、Y、Z坐标的确定,规定平行于机床主轴(传递切削动力)的刀具运动坐标为Z轴,取刀具远离工件的方向为正方向(+Z)。当机床有几个主轴时,则选一个垂直于工件装夹面的主轴为Z轴(如龙门铣床)。3)程序编制坐标的选择,正由于工件与刀具是一对相对运动,+X与+X、+Y与+Y、+Z与+Z是等效的,所以在数控机床的程序编制中,为使编制程序方便,一律假定工件固定不动,全部用刀具运动的坐标系编制程序,即用标准坐标系X、Y、Z、A、B、C

15、在图样上进行编程。这样,即使编程人员在不知道是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下,也能编制出正确的程序。4)附加运动坐标的规定,对于直线运动:X、Y、Z 为主坐标系或第一坐标系。如有第二组坐标和第三组坐标平行于X、Y、Z,则分别指定为U、V、W和P、Q、R。所谓第一坐标系是指靠近主轴的直线运动,稍远的为第二坐标系。如在数控卧式镗铣床(见图1-21)中,镗杆运动为Z轴,立柱运动为W轴,而镗头径向刀架运动是平行于X轴的,故称为U轴。对于旋转运动:如在第一组旋转运动A、B和C的同时,还有平行或不平行于A、B和C的第二组旋转运动,可指定为D、E和F。2.绝对坐标系与增量(相对)坐标系刀具(或机床)运

16、动位置的坐标值是相对于固定的坐标原点给出的,即称为绝对坐标,该坐标系称为绝对坐标系。图1-23绝对坐标、增量(相对)坐标系3.坐标系的原点在确定了机床各坐标轴及方向后,还应确定坐标系原点的位置。图1-24数控车床机床原点a) 数控车床坐标系b) 车削加工的零件图1-25数控立式铣床机床原点a) 数控铣床坐标系b) 铣削加工的零件五、数控机床的主要性能指标1.数控机床的可控轴数与联动轴数数控机床的可控轴数是指机床数控装置能够控制的坐标数目,即数控机床有几个运动方向采用了数字控制。图1-26可控六轴加工中心示意图2.数控机床的运动性能指标数控机床的运动性能指标主要包括:图1-27五坐标联动加工3.

17、数控机床的精度指标(1)定位精度是指数控机床工作台等移动部件在确定的终点所达到的实际位置的精度,即实际位置与指令位置的一致程度,不一致量表现为误差,因此移动部件实际位置与指令位置之间的误差称为定位误差。六、数控机床的适用范围数控机床与普通机床相比具有许多优点,应用范围还在不断扩大。 图1-28数控机床的适用范围示意图1-1通用机床按加工性质和所用的刀具不同分为哪11大类,其类别代号是什么? 1-2解释下列机床型号的含义:Y3150E;C1312;CA6140;Z3040;T4140;MBG1432;L6120;B2010A;X5032。1-3按GB/T 153751994规定,写出下列机床的型号:(1)最大车削直径为2000mm的单柱立式车床;1-4金属切削机床的技术性能主要包括哪几项?1-5车床有哪些主要类型?简述各种车床的适用范围。1-6镗床有哪些主要类型?主要用于加工什么工件?1-7粗加工下列零件表面时,应选用哪一类型的刨床?(1)卧式车床主变速箱上盖结合平面;1-8综述钻床的主要类型及其工艺特点、应用范围。1-9指出立式铣床、卧式铣床、仿形铣床各适宜加工哪些零件表面?1-10滚齿机和插齿机各有何工艺特点?简述它们的适用