機械制造技術基礎課件版第三章金屬切削機床第1-2節(jié)

1、第 4 版機械制造技術基礎第 4 版機械制造技術基礎機械制造技術基礎03第三章金屬切削機床機械制造技術基礎03第三章金屬切削機床目錄概述金屬切削機床部件常見的金屬切削機床010203數(shù)控機床04目錄概述金屬切削機床部件常見的金屬切削機床010203數(shù)控機概述 第一節(jié)一、機床的基本組成(1)動力源為機床提供動力(功率)和運動的驅(qū)動部分,如各種交流電動機、直流電動機和液壓傳動系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達等。(2)傳動系統(tǒng)包括主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)和其他運動的傳動系統(tǒng),如變速箱、進給箱等部件,有些機床主軸組件與變速箱合在一起成為主軸箱。(3)支承件用于安裝和支承其他固定的或運動的部件,承受其重力和切削力

2、,如床身、立柱等。支承件是機床的基礎構件,又稱機床大件或基礎件。概述第一節(jié)一、機床的基本組成概述 第一節(jié)(4)工作部件與最終實現(xiàn)切削加工的主運動和進給運動有關的執(zhí)行部件,例如,主軸及主軸箱、工作臺及其滑板或滑座、刀架及其滑板以及滑枕等,安裝工件或刀具的部件;與工件和刀具安裝及調(diào)整有關的部件或裝置,如自動上下料裝置、自動換刀裝置、砂輪修整器等;與上述部件或裝置有關的分度、轉位、定位機構和操縱機構等。概述第一節(jié)(4)工作部件概述 第一節(jié)(5)控制系統(tǒng)用于控制各工作部件的正常工作,主要是電氣控制系統(tǒng),有些機床局部采用液壓或氣動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床則是數(shù)控系統(tǒng),它包括數(shù)控裝置、主軸和進給的伺服控制系統(tǒng)(

3、伺服單元)、可編程序控制器和輸入輸出裝置等。(6)冷卻系統(tǒng)用于對加工工件、刀具及機床的某些發(fā)熱部位進行冷卻。(7)潤滑系統(tǒng)用于對機床的運動副(如軸承、導軌等)進行潤滑,以減小摩擦、磨損和發(fā)熱。(8)其他裝置如排屑裝置、自動測量裝置等。概述第一節(jié)(5)控制系統(tǒng)概述 第一節(jié)二、機床的運動1.表面形成運動表面形成運動是機床最基本的運動,又稱工作運動。表面形成運動包括主運動和進給運動,這兩種不同性質(zhì)的運動和不同形狀的刀具配合,可以實現(xiàn)軌跡法、成形法和展成法等各種不同的加工方法,構成不同類型的機床。一般來說,工具形狀越復雜,機床所需的表面形成運動就越簡單。例如,拉床主運動由拉刀直線運動實現(xiàn)且無進給運動(

4、其進給運動由拉刀切削齒齒升量實現(xiàn))。主運動和進給運動的形式和數(shù)量取決于工件要求的表面形狀和所采用的工具的形狀。通常,機床主要采用結構上易于實現(xiàn)的旋轉運動和直線運動實現(xiàn)表面形成運動,且主運動只有一個,進給運動可有一個或幾個。概述第一節(jié)二、機床的運動概述 第一節(jié)2.輔助運動機床在加工過程中,加工工具與工件除工作運動以外的其他運動稱為輔助運動。輔助運動用以實現(xiàn)機床的各種輔助動作,主要包括以下幾種:(1)切入運動用于保證工件被加工表面獲得所需要的尺寸,使工具切入工件表面一定深度。有些機床的切入運動屬于間歇運動形式的進給(吃刀)。數(shù)控機床的切入運動可通過控制相應軸的進給來實現(xiàn),例如數(shù)控車床的X軸進給。概

5、述第一節(jié)2.輔助運動概述 第一節(jié)(2)各種空行程運動空行程運動主要是指進給前后的快速運動。例如:趨近進給前加工工具與工件相互快速接近的過程;退刀進給結束后加工工具與工件相互快速離開的過程;返回退刀后加工工具或工件回到加工前位置的過程。(3)其他輔助運動包括分度運動、操縱和控制運動等,例如刀架或工作臺的分度轉位運動,刀庫和機械手的自動換刀運動,變速、換向,部件與工件的夾緊與松開,自動測量、自動補償?shù)?。概述第一?jié)(2)各種空行程運動概述 第一節(jié)三、機床技術性能指標1.機床的工藝范圍機床的工藝范圍是指在機床上加工的工件類型和尺寸,能夠加工完成何種工序,使用什么刀具等。不同的機床,有寬窄不同的工藝范圍

6、。通用機床具有較寬的工藝范圍,在同一臺機床上可以滿足較多的加工需要,適用于單件小批生產(chǎn)。專用機床是為特定零件的特定工序而設計的,自動化程度和生產(chǎn)率都較高,但它的加工范圍很窄。數(shù)控機床則既有較寬的工藝范圍,又能滿足零件較高精度的要求,并可實現(xiàn)自動化加工。概述第一節(jié)三、機床技術性能指標概述 第一節(jié)2.機床的技術參數(shù)機床的主要技術參數(shù)包括:尺寸參數(shù)、運動參數(shù)與動力參數(shù)。尺寸參數(shù)具體反映機床的加工范圍,包括主參數(shù)、第二主參數(shù)和與加工零件有關的其他尺寸參數(shù)。各類機床的主參數(shù)和第二主參數(shù)我國已有統(tǒng)一規(guī)定。運動參數(shù)機床執(zhí)行件的運動速度,例如主軸的最高轉速與最低轉速、刀架的最大進給量與最小進給量(或進給速度)

7、。動力參數(shù)機床電動機的功率,有些機床還給出主軸允許承受的最大轉矩等其他內(nèi)容。概述第一節(jié)2.機床的技術參數(shù)概述 第一節(jié)四、機床精度加工中保證被加工工件達到要求的精度和表面粗糙度,并能在機床長期使用中保持這些要求,機床本身必須具備的精度稱為機床精度。1.幾何精度幾何精度是指機床空載條件下,在不運動(機床主軸不轉或工作臺不移動等情況下)或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度。如導軌的直線度、主軸徑向跳動及軸向竄動、主軸中心線對滑臺移動方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度,是評價機床質(zhì)量的基本指標。它主要決定于結構設計、制造和裝配質(zhì)量。概述第一節(jié)四、機床精度概

8、述 第一節(jié)2.運動精度運動精度是指機床空載并以工作速度運動時,主要零部件的幾何位置精度。如高速回轉主軸的回轉精度。對于高速精密機床,運動精度是評價機床質(zhì)量的一個重要指標。它與結構設計及制造等因素有關。3.傳動精度傳動精度是指機床傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性。影響傳動精度的主要因素是傳動系統(tǒng)的設計、傳動元件的制造和裝配精度。概述第一節(jié)2.運動精度概述 第一節(jié)4.定位/重復定位精度定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和幾何精度。重復定位精度是指機床的定位部件反復多次運動到規(guī)定位置時精度的一致程度。它影響一批零件加工的一致性。機床構件和

9、進給控制系統(tǒng)的精度、剛度以及其動態(tài)特性,機床測量系統(tǒng)的精度都將影響機床定位精度和重復定位精度。概述第一節(jié)4.定位/重復定位精度概述 第一節(jié)5.工作精度加工規(guī)定的試件,用試件的加工精度表示機床的工作精度。工作精度是各種因素綜合影響的結果,包括機床自身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形等。6.精度保持性在規(guī)定的工作期間內(nèi),保持機床所要求的精度,稱為精度保持性。影響精度保持性的主要因素是磨損。磨損的影響因素十分復雜,如結構設計、工藝、材料、熱處理、潤滑、防護、使用條件等。概述第一節(jié)5.工作精度概述 第一節(jié)五、機床剛度機床剛度指機床系統(tǒng)抵抗變形的能力。作用在機床上的載荷有重力、夾緊力、切削

10、力、傳動力、摩擦力、沖擊振動干擾力等。按照載荷的性質(zhì)不同,可分為靜載荷和動載荷,即不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱為靜載荷,如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時間變化的力如沖擊振動力及切削力的交變部分等稱為動態(tài)力。故機床剛度相應地分為靜剛度及動剛度,后者是抗振性的一部分,習慣所說剛度一般指靜剛度。概述第一節(jié)五、機床剛度概述 注意:有“()”的代號或數(shù)字,當無內(nèi)容時,則不表示,若有內(nèi)容則不帶括號;有“”符號的,為大寫的漢語拼音字母;有“”符號的,為阿拉伯數(shù)字;有“”符號的,為大寫的漢語拼音字母,或阿拉伯數(shù)字,或兩者兼有之。第一節(jié)六、機床型號的編制(1)型號表示方法型號由基本部分和輔助部分組成,中間

11、用“/”隔開,讀作“之”。前者需統(tǒng)一管理,后者納入型號與否由企業(yè)自定。型號構成如下:概述第一節(jié)六、機床型號的編制概述 第一節(jié)(2)機床的分類及代號需要時,類以下還可分為若干分類,分類代號用阿拉伯數(shù)字表示,放在類代號之前,作為型號的首位,但第一分類不予表示。如磨床類機床就有M、2M、3M三個分類。機床的組別代號用一位阿拉伯數(shù)字表示,位于類代號或通用特性、結構特性代號之后。機床的系代號用一位阿拉伯數(shù)字表示,位于組代號之后。每類機床按其結構性能及使用范圍劃分為10個組,用數(shù)字09表示。每組機床又分若干個系(系列)。系的劃分原則是:主參數(shù)相同,并按一定公比排列,工件和刀具本身及其特點基本相同,且基本結

12、構及布局形式也相同的機床,即為同一系。概述第一節(jié)(2)機床的分類及代號概述 第一節(jié)(3)機床的特性代號當某類型機床除有普通型外,還具有某種通用特性時,則在類代號之后加上通用特性代號。若僅有某種通用特性,而無普通型者,則通用特性不必表示。對主參數(shù)相同而結構、性能不同的機床,在型號中加結構特性代號予以區(qū)分。結構特性代號為漢語拼音字母,位置排在類代號之后,當型號中有通用特性代號時,排在通用特性代號之后。概述第一節(jié)(3)機床的特性代號概述 第一節(jié)表3-2通用特性代號類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨插床拉床特種加工機床鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLDGQ讀音車鉆鏜磨磨磨牙絲

13、銑刨拉電割其表3-1機床的分類和代號通用特性高精度精密自動半自動數(shù)控加工中心(自動換刀)仿形輕型加重型柔性加工單元數(shù)顯高速代號GMZBKHFQCRXS讀音高密自半控換仿輕重柔顯速概述第一節(jié)表3-2通用特性代號類別車床鉆床鏜床磨床齒輪概述 第一節(jié)(4)機床主參數(shù)、第二主參數(shù)和設計順序號機床主參數(shù)代表機床規(guī)格的大小,用折算值(主參數(shù)乘以折算系數(shù)如1/10等)表示。某些通用機床,當無法用一個主參數(shù)表示時,則在型號中用設計順序號表示。第二主參數(shù)一般是指主軸數(shù)、最大跨距、最大工件長度、工作臺工作面長度等。第二主參數(shù)也用折算值表示。概述第一節(jié)(4)機床主參數(shù)、第二主參數(shù)和設計順序號概述 第一節(jié)(5)機床的

14、重大改進順序號當機床的性能及結構布局有重大改進,并按新產(chǎn)品重新設計、試制和鑒定時,在原機床型號基本部分的尾部,加重大改進順序號,以區(qū)別于原機床型號。序號按A、B、C等字母的順序選用(但“I”“O”兩個字母不得選用)。(6)同一型號機床的變型代號某些機床,根據(jù)不同的加工需要,在基本型號機床的基礎上,僅改變機床的部分結構時,則在原機床型號之后加1、2、3等變型代號,并用“/”分開(讀作“之”),以示區(qū)別。概述第一節(jié)(5)機床的重大改進順序號概述第一節(jié)例3-1CA6140型臥式車床例3-2MG1432A型高精度萬能外圓磨床概述第一節(jié)例3-1CA6140型臥式車床例3-2M謝謝謝謝金屬切削機床部件 第

15、二節(jié)一、傳動系統(tǒng)1.主傳動系統(tǒng)(1)按驅(qū)動主傳動的電動機類型 單速交流電動機驅(qū)動交流電動機驅(qū)動 多速交流電動機 調(diào)速交流電動機驅(qū)動 無級調(diào)速交流電動機驅(qū)動(變頻調(diào)速)直流電動機驅(qū)動金屬切削機床部件第二節(jié)一、傳動系統(tǒng)金屬切削機床部件 第二節(jié)(2)按傳動裝置類型機械傳動裝置液壓傳動裝置電氣傳動裝置上述組合裝置金屬切削機床部件第二節(jié)(2)按傳動裝置類型金屬切削機床部件 第二節(jié)(3)按變速的連續(xù)性分級變速傳動（ 2030級）：滑移齒輪變速 交換齒輪變速 離合器變速無級變速傳動：機械摩擦無級變速器 液壓無級變速器 電氣無級變速器優(yōu)點：傳遞功率較大變速范圍廣傳動比準確工作可靠應用：通用機床尤其是中小型通用

16、機床缺點：速度損失不能在運轉中變速優(yōu)點：連續(xù)改變轉速 運轉中變速 負載作用下變速金屬切削機床部件第二節(jié)(3)按變速的連續(xù)性優(yōu)點：應用：缺金屬切削機床部件 第二節(jié)2.進給傳動系統(tǒng)電氣伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置和機床之間的聯(lián)系環(huán)節(jié),是以機械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng),其作用是接收來自數(shù)控裝置發(fā)出的進給脈沖,經(jīng)變換和放大后驅(qū)動工作臺按規(guī)定的速度和距離移動。(1)電氣伺服進給傳動系統(tǒng)的控制類型開環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)系統(tǒng)金屬切削機床部件第二節(jié)2.進給傳動系統(tǒng)金屬切削機床部件 第二節(jié)1)開環(huán)系統(tǒng)典型的開環(huán)伺服系統(tǒng)采用步進電動機。開環(huán)系統(tǒng)對工作臺實際位移量沒有檢測和反饋裝置。數(shù)控裝置發(fā)來的每一個進給脈沖由步

17、進電動機直接變換成一個轉角(步距角),再通過齒輪(或同步帶、滾珠絲杠螺母)帶動工作臺移動。圖3-1開環(huán)伺服系統(tǒng)金屬切削機床部件第二節(jié)1)開環(huán)系統(tǒng)圖3-1開環(huán)伺服系統(tǒng)金屬切削機床部件 第二節(jié)2)閉環(huán)系統(tǒng)在閉環(huán)系統(tǒng)中,使用位移測量元件測量機床執(zhí)行部件的移(轉)動量,將執(zhí)行部件的實際移(轉)動量和控制量進行比較,比較后的差值用信號反饋給控制系統(tǒng),對執(zhí)行部件的移(轉)動進行補償,直至差值為零。圖3-2閉環(huán)系統(tǒng)1數(shù)控裝置2伺服電動機3齒輪4絲杠5工作臺6檢測元件金屬切削機床部件第二節(jié)2)閉環(huán)系統(tǒng)圖3-2閉環(huán)系統(tǒng)金屬切削機床部件 第二節(jié)3)半閉環(huán)系統(tǒng)如果檢測元件不是直接安裝在執(zhí)行部件上,而是安裝在進給傳動

18、系中間部位的旋轉部件上,稱為半閉環(huán)系統(tǒng)。圖a所示是將檢測元件安裝在伺服電動機的端部;圖b所示是將檢測元件安裝到絲杠的端部,用測量絲杠的轉動間接測量工作臺的移動;圖c所示是將檢測元件和伺服電動機一起安裝在絲杠的端部。圖3-3半閉環(huán)系統(tǒng)a)伺服電動機反饋b)、c)從動杠反饋1反饋裝置2伺服電動機3齒輪4絲杠螺母傳動5工作臺金屬切削機床部件第二節(jié)3)半閉環(huán)系統(tǒng)圖3-3半閉環(huán)系統(tǒng)金屬切削機床部件 第二節(jié)開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于步進電動機的步距角精度、步進電動機至執(zhí)行部件間傳動系的傳動精度。這類系統(tǒng)定位精度較低（ (0.010.02)mm ）,但系統(tǒng)簡單,調(diào)試方便,成本低,適用于精度要求不高的數(shù)控機床中

19、。閉環(huán)控制可以消除整個系統(tǒng)的誤差、間隙和失動,其定位精度取決于檢測裝置的精度,其控制精度、動態(tài)性能等較開環(huán)系統(tǒng)好;但系統(tǒng)比較復雜,安裝、調(diào)整和測試比較麻煩,成本高,多用于精密型數(shù)控機床上。半閉環(huán)系統(tǒng)的精度比閉環(huán)差。由于慣性較大的工作臺在閉環(huán)之外,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。與閉環(huán)相比,半閉環(huán)系統(tǒng)結構簡單、調(diào)整容易、價格低,所以應用較多。金屬切削機床部件第二節(jié)開環(huán)伺服系統(tǒng)的精度取決于步進電動機的步金屬切削機床部件 第二節(jié)(2)電氣伺服進給系統(tǒng)驅(qū)動部件步進電動機直流伺服電動機交流伺服電動機1)步進電動機步進電動機又稱脈沖電動機,是將電脈沖信號變換成角位移(或線位移)的一種機電式數(shù)-模轉換器。它每接收數(shù)控裝置輸

20、出的一個電脈沖信號,電動機軸就轉過一定的角度,稱為步距角。步距角一般為0.53,角位移與輸入脈沖個數(shù)呈嚴格的比例關系,步進電動機的轉速與控制脈沖的頻率成正比。金屬切削機床部件第二節(jié)(2)電氣伺服進給系統(tǒng)驅(qū)動部件金屬切削機床部件 第二節(jié)2)直流伺服電動機小慣量直流電動機優(yōu)點：轉子直徑較小、軸向尺寸大。長徑比約為5,故轉動慣量小,僅為普通直流電動機的1/10左右,因此響應時間快;缺點：額定轉矩較小,一般必須與齒輪降速裝置相匹配。應用：高速輕載的小型數(shù)控機床。大慣量直流電動機（寬調(diào)速直流電動機）電勵磁永久磁鐵勵磁優(yōu)點：電動機頻率高、定位精度好、調(diào)整簡單、工作平穩(wěn)。缺點：轉子溫度高、轉動慣量大、時間響

21、應較慢。金屬切削機床部件第二節(jié)2)直流伺服電動機金屬切削機床部件 第二節(jié)3)交流伺服電動機采用新型的磁場矢量變換控制技術,對交流電動機作磁場的矢量控制;將電動機定子的電壓矢量或電流矢量作為操作量,控制其幅值和相位。它沒有電刷和換向器,因此可靠性好、結構簡單、體積小、質(zhì)量輕、動態(tài)響應好。優(yōu)點：輸出功率高、質(zhì)量輕、價格低、效率高、調(diào)速范圍廣、響應頻率高。缺點：本身雖有較大的轉矩-慣量比,但它帶動慣性負載能力差,一般需用齒輪減速裝置,多用于中小型數(shù)控機床。金屬切削機床部件第二節(jié)3)交流伺服電動機金屬切削機床部件第二節(jié)4)直線伺服電動機直線伺服電動機是一種能直接將電能轉化為直線運動機械能的電力驅(qū)動裝置

22、,是適應超高速加工技術發(fā)展的需要而出現(xiàn)的一種新型電動機。直線伺服電動機驅(qū)動系統(tǒng)替換了傳統(tǒng)的由回轉型伺服電動機加滾珠絲杠的伺服進給系統(tǒng),從電動機到工作臺之間的一切中間傳動都沒有了,可直接驅(qū)動工作臺進行直線運動,使工作臺的加/減速提高到傳統(tǒng)機床的1020倍,速度提高34倍。圖3-4直線伺服電動機的型式a)短次級b)短初級1初級2次級圖3-5直線伺服電動機傳動示意圖1直線滾動導軌2床身3工作臺4直流電動機動件(繞組)5直流電動機定件(永磁鐵)金屬切削機床部件第二節(jié)4)直線伺服電動機圖3-4直線伺服金屬切削機床部件 第二節(jié)(3)電氣伺服進給系統(tǒng)中的機械傳動部件機械傳動部件主要指齒輪(或同步齒輪帶)和絲

23、杠螺母傳動副。電氣伺服進給系統(tǒng)中,運動部件的移動是靠脈沖信號來控制的,要求運動部件動作靈敏、低慣量、定位精度好,具有適宜的阻尼比及傳動機構不能有反向間隙。圖3-6滾珠絲杠螺母副的結構1密封環(huán)2、3回珠器4絲杠5螺母6滾珠金屬切削機床部件第二節(jié)(3)電氣伺服進給系統(tǒng)中的機械傳動部件金屬切削機床部件第二節(jié)二、主軸部件1.主軸部件應滿足的基本要求1)旋轉精度裝配后,在無載荷、低速轉動條件下,在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和軸向跳動。(2)剛度主軸部件在外加載荷作用下抵抗變形的能力,通常以主軸前端產(chǎn)生單位位移的彈性變形時,在位移方向上所施加的作用力來定義。(3)抗振性抵抗受迫振動和自激振動的能力。在

24、切削過程中,主軸部件不僅受靜態(tài)力作用,同時也受沖擊力和交變力的干擾,使主軸產(chǎn)生振動。(4)溫升和熱變形主軸部件運轉時,因各相對運動處的摩擦生熱,切削區(qū)的切削熱等使主軸部件的溫度升高,形狀尺寸和位置發(fā)生變化,造成主軸部件的所謂熱變形。金屬切削機床部件第二節(jié)二、主軸部件金屬切削機床部件第二節(jié)2.主軸部件的傳動方式(1)齒輪傳動結構簡單、緊湊,能傳遞較大的轉矩,能適應變轉速、變載荷工作,應用最廣。缺點是線速度不能過高,通常小于1215m/s,不如帶傳動平穩(wěn)。(2)帶傳動常用的有平帶、V帶、多楔帶和同步帶等。帶傳動的特點是靠摩擦力傳動(除同步帶外)、結構簡單、制造容易、成本低,特別適用于中心距較大的兩

25、軸間傳動。傳動帶有彈性可吸振,傳動平穩(wěn),噪聲小,適宜高速傳動。帶傳動在過載中會打滑,能起到過載保護作用,缺點是有滑動,不能用在速比要求準確的場合。圖3-7同步帶傳動a)同步帶傳動b)同步帶結構1包步層2帶齒3帶背4承載繩金屬切削機床部件第二節(jié)2.主軸部件的傳動方式圖3-7同步金屬切削機床部件第二節(jié)(3)電動機直接驅(qū)動方式如果主軸轉速不算太高,采用普通異步電動機直接帶動主軸,如平面磨床的砂輪主軸。如果轉速很高,可將主軸與電動機制成一體,成為主軸單元。主軸單元大大簡化了結構,有效地提高了主軸部件的剛度,降低了噪聲和振動;有較寬的調(diào)速范圍;有較大的驅(qū)動功率和轉矩;便于組織專業(yè)化生產(chǎn)。因此廣泛地用于精

26、密機床、高速加工中心和數(shù)控車床中。圖3-8高速內(nèi)圓磨床的主軸單元金屬切削機床部件第二節(jié)(3)電動機直接驅(qū)動方式如果主軸轉金屬切削機床部件第二節(jié)3.主軸部件結構(1)主軸的支承形式多數(shù)機床的主軸采用前、后兩個支承。這種方式結構簡單,制造裝配方便,容易保證精度。為提高主軸部件的剛度,前后支承應消除間隙或預緊。為提高剛度和抗振性,有的機床主軸采用三個支承。三個支承中可以前、后支承為主要支承,中間支承為輔助支承;也可以前、中支承為主要支承,后支承為輔助支承。三支承方式對三支承孔的同心度要求較高,制造裝配較復雜。主支承也應消除間隙或預緊,“輔助”支承則應保留一定的徑向游隙或選用較大游隙的軸承。金屬切削機

27、床部件第二節(jié)3.主軸部件結構金屬切削機床部件第二節(jié)(2)主軸的構造主軸的構造和形狀主要決定于主軸上所安裝的刀具、夾具、傳動件、軸承等零件的類型、數(shù)量、位置和安裝定位方法等。主軸一般為空心階梯軸,前端徑向尺寸大,中間徑向尺寸逐漸減小,尾部徑向尺寸最小。圖3-9車床主軸簡圖金屬切削機床部件第二節(jié)(2)主軸的構造圖3-9車床主軸金屬切削機床部件第二節(jié)(3)主軸的材料和熱處理主軸的材料應根據(jù)載荷特點、耐磨性要求、熱處理方法和熱處理后變形情況選擇。普通機床主軸可選用中碳鋼(如45鋼),調(diào)質(zhì)處理后,在主軸端部、錐孔、定心軸頸或定心錐面等部位進行局部高頻淬硬,以提高其耐磨性。只有載荷大和有沖擊時,或精密機床

28、需要減小熱處理后的變形時,或有其他特殊要求時,才考慮選用合金鋼。當支承為滑動軸承,則軸頸也需淬硬,以提高耐磨性。對于高速、高效、高精度機床的主軸部件,熱變形及振動等一直是國內(nèi)外研究的重點課題,特別是對高精度、超精密加工機床的主軸。據(jù)資料介紹,目前出現(xiàn)了一種稱為玻璃陶瓷(Zerodur)的材料,又稱微晶玻璃的新材料,其線脹系數(shù)幾乎接近于零,是制作高精度機床主軸的理想材料。金屬切削機床部件第二節(jié)(3)主軸的材料和熱處理金屬切削機床部件第二節(jié)(4)主軸軸承滾動軸承液體動壓軸承液體靜壓軸承空氣靜壓軸承自調(diào)磁浮軸承主軸部件主支承常用滾動軸承有角接觸球軸承、雙列短圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力軸承、陶瓷

29、滾動軸承等。圖3-10典型的主軸軸承a)、b)雙列短圓柱滾子軸承c)雙列空心圓錐滾子軸承d)單列空心圓錐滾子軸承e)圓錐軸承f)雙列圓錐軸承g)雙向推力角接觸球軸承h)角接觸球軸承1、4內(nèi)圈2外圈3隔套金屬切削機床部件第二節(jié)(4)主軸軸承圖3-10典型的主金屬切削機床部件第二節(jié)三、機床支承件1.支承件應滿足的基本要求：1)應具有足夠的剛度和較高的剛度-質(zhì)量比。2)應具有較好的動態(tài)特性,包括較大的位移阻抗(動剛度)和阻尼;整機的低階頻率較高,各階頻率不致引起結構共振;不會因薄壁振動而產(chǎn)生噪聲。3)熱穩(wěn)定性好,熱變形對機床加工精度的影響較小。4)排屑暢通、吊運安全,并具有良好的結構工藝性。金屬切削

30、機床部件第二節(jié)三、機床支承件金屬切削機床部件第二節(jié)2.支承件的結構1)箱形類。支承件在三個方向的尺寸上都相差不多,如各類箱體、底座、升降臺等。2)板塊類。支承件在兩個方向的尺寸上比第三個方向大得多,如工作臺、刀架等。3)梁支類。支承件在一個方向的尺寸比另兩個方向大得多,如立柱、橫梁、搖臂、滑枕、床身等。金屬切削機床部件第二節(jié)2.支承件的結構金屬切削機床部件第二節(jié)支承件的截面形狀設計是應保證在最小質(zhì)量條件下,具有最大靜剛度。靜剛度主要包括彎曲剛度和扭轉剛度,均與截面慣性矩成正比。支承件截面形狀不同,即使同一材料、相等的截面積,其抗彎和抗扭慣性矩也不同。一般而言:1)無論是方形、圓形或矩形,空心截

31、面的剛度都比實心的大,而且同樣的斷面形狀和相同大小的面積,外形尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高。所以為提高支承件剛度,支承件的截面應是中空形狀,盡可能加大截面尺寸,在工藝可能的前提下壁厚盡量薄一些。當然壁厚不能太薄,以免出現(xiàn)薄壁振動。金屬切削機床部件第二節(jié)支承件的截面形狀設計是應保證在最小質(zhì)金屬切削機床部件第二節(jié)2)圓(環(huán))形截面的抗扭剛度比方形好,而抗彎剛度比方形低。因此,以承受彎矩為主的支承件的截面形狀應取矩形,并以其高度方向為受彎方向;以承受轉矩為主的支承件的截面形狀應取圓(環(huán))形。3)封閉截面的剛度遠遠大于開口截面的剛度,特別是抗扭剛度。設計時應盡可

32、能把支承件的截面做成封閉形狀。但是為了排屑和在床身內(nèi)安裝一些機構的需要,有時不能做成全封閉形狀。圖3-11機床床身截面圖a)車床類床身b)鏜床、龍門刨床類床身c)大型和重型機床類床身金屬切削機床部件第二節(jié)2)圓(環(huán))形截面的抗扭剛度比方形好金屬切削機床部件第二節(jié)3.支承件的材料(1)鑄鐵一般支承件用灰鑄鐵制成,在鑄鐵中加入少量合金元素可提高耐磨性。鑄鐵鑄造性能好,容易獲得復雜結構的支承件,同時鑄鐵的內(nèi)摩擦力大,阻尼系數(shù)大,使振動衰減的性能好,成本低。但鑄件需要木模芯盒,制造周期長,有時產(chǎn)生縮孔、氣泡等缺陷,成本高,適于成批生產(chǎn)。鑄造支承件要進行時效處理,以消除內(nèi)應力。金屬切削機床部件第二節(jié)3.

33、支承件的材料金屬切削機床部件第二節(jié)(2)鋼板焊接結構用鋼板和型鋼等焊接支承件,其特點是制造周期短,省去制作木模和鑄造工藝;支承件可制成封閉結構,剛性好;便于產(chǎn)品更新和結構改進;鋼板焊接支承件固有頻率比鑄鐵高,在剛度要求相同的情況下,采用鋼焊接支承件可比鑄鐵支承件壁厚減少一半,質(zhì)量減輕20%30%。鋼板焊接結構的缺點是鋼板材料內(nèi)摩擦阻尼約為鑄鐵的1/3,抗振性較鑄鐵差,為提高機床抗振性能,可采用提高阻尼的方法來改善動態(tài)性能。金屬切削機床部件第二節(jié)(2)鋼板焊接結構金屬切削機床部件第二節(jié)(3)預應力鋼筋混凝土主要用于制作不常移動的大型機械的機身、底座、立柱等支承件。預應力鋼筋混凝土支承件的剛度和阻

34、尼比鑄鐵大幾倍,抗振性好,成本較低。用鋼筋混凝土制成支承件時,鋼筋的配置對支承件影響較大。一般三個方向都要配置鋼筋,總預拉力為120150kN。缺點是脆性大,耐蝕性差,油滲入導致材質(zhì)疏松,所以表面應進行噴漆或噴涂塑料。圖3-12數(shù)控車床的底座和床身示意圖1鋼筋混凝土底座2內(nèi)封沙芯床身金屬切削機床部件第二節(jié)(3)預應力鋼筋混凝土圖3-12數(shù)金屬切削機床部件第二節(jié)(4)天然花崗巖天然花崗巖性能穩(wěn)定,精度保持性好,抗振性好,阻尼系數(shù)比鋼大15倍,耐磨性比鑄鐵高56倍,熱導率和線脹系數(shù)小,熱穩(wěn)定性好,抗氧化性強,不導電,抗磁,與金屬不粘合,加工方便,通過研磨和拋光容易得到很高的精度和較低的表面粗糙度。

35、目前用于三坐標測量機、印制電路板數(shù)控鉆床、氣浮導軌基座等。缺點是結晶顆粒粗于鋼鐵的晶粒,抗沖擊性能差,脆性大,油和水等液體易滲入晶界中,使表面局部變形脹大,難以制作復雜的零件。金屬切削機床部件第二節(jié)(4)天然花崗巖金屬切削機床部件第二節(jié)四、機床導軌1.導軌應滿足的主要技術要求(1)導向精度(2)承載能力大,剛度好(3)精度保持性好(4)低速運動平穩(wěn)金屬切削機床部件第二節(jié)四、機床導軌金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式(1)矩形導軌(圖a)上圖是凸型,下圖是凹型。凸型導軌容易清除掉切屑,但不易存留潤滑油;凹型導軌則相反。矩形導軌具有承載能力大、剛度高、制造簡便、檢驗和維修方便等優(yōu)點

36、;但存在側向間隙,需用鑲條調(diào)整,導向性差。適用于載荷較大而導向性要求略低的機床。圖3-13導軌的截面形狀a)矩形導軌b)三角形導軌c)燕尾形導軌d)圓柱形導軌金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式圖3-1金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式(2)三角形導軌(圖b)三角形導軌面磨損時,動導軌會自動下沉,自動補償磨損量,不會產(chǎn)生間隙。三角形導軌的頂角一般在90120范圍內(nèi)變化,角越小,導向性越好,但摩擦力也越大。所以,小頂角用于輕載精密機械,大頂角用于大型或重型機床。三角形導軌結構有對稱式和不對稱式兩種。當水平力大于垂直力,兩側壓力分布不均時,采用不對稱導軌。圖3-13導

37、軌的截面形狀a)矩形導軌b)三角形導軌c)燕尾形導軌d)圓柱形導軌金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式圖3-1金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式(3)燕尾形導軌(圖c)燕尾形導軌可以承受較大的顛覆力矩,導軌的高度較小,結構緊湊,間隙調(diào)整方便。但是,剛度較差,加工、檢驗維修都不大方便。適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的部件。圖3-13導軌的截面形狀a)矩形導軌b)三角形導軌c)燕尾形導軌d)圓柱形導軌金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式圖3-1金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式(4)圓柱形導軌(圖d)圓柱形導軌制造方便,工藝性好,

38、但磨損后較難調(diào)整和補償間隙。主要用于受軸向負荷的導軌,應用較少。圖3-13導軌的截面形狀a)矩形導軌b)三角形導軌c)燕尾形導軌d)圓柱形導軌金屬切削機床部件第二節(jié)2.導軌的截面形狀和組合形式圖3-1金屬切削機床部件第二節(jié)機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而成,根據(jù)不同的要求,機床導軌主要有如下形式的組合:1)雙三角形導軌(圖a)。雙三角形導軌不需要鑲條調(diào)整間隙,接觸剛度好,導向性和精度保持性好,但是工藝性差,加工、檢驗和維修不方便。多用在精度要求較高的機床中,如絲杠車床、導軌磨床、齒輪磨床等。圖3-14導軌的組合金屬切削機床部件第二節(jié)機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而金屬切削機床部件第二節(jié)

39、機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而成,根據(jù)不同的要求,機床導軌主要有如下形式的組合:2)雙矩形導軌(圖b、c)雙矩形導軌承載能力大,制造簡單,多用在普通精度機床和重型機床中,如重型車床、組合機床、升降臺銑床等。雙矩形導軌的導向方式有兩種:由兩條導軌的外側導向時,稱為寬式組合（圖b ）;分別由一條導軌的兩側導向時,稱為窄式組合（圖c ）。機床熱變形后,寬式組合導軌的側向間隙變化比窄式組合導軌大,導向性不如窄式。無論是寬式還是窄式組合,側導向面都需用鑲條調(diào)整間隙。圖3-14導軌的組合金屬切削機床部件第二節(jié)機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而金屬切削機床部件第二節(jié)機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合

40、而成,根據(jù)不同的要求,機床導軌主要有如下形式的組合:3)矩形和三角形導軌的組合這類組合的導軌導向性好,剛度高,制造方便,應用最廣,如車床、磨床、龍門銑床的床身導軌。4)矩形和燕尾形導軌的組合這類組合的導軌能承受較大力矩,調(diào)整方便,多用在橫梁、立柱、搖臂導軌中。金屬切削機床部件第二節(jié)機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合金屬切削機床部件第二節(jié)3.導軌的結構類型及特點(1)滑動導軌從摩擦性質(zhì)來看,滑動導軌具有一定動壓效應的混合摩擦狀態(tài)。導軌的動壓效應主要與導軌的滑動速度、潤滑油黏度、導軌面的油溝尺寸和形式等有關。速度較高的主運動導軌,如立式車床的工作臺導軌,應合理地設計油溝形式和尺寸,選擇合適黏度的潤

41、滑油,以產(chǎn)生較好的動壓效果。為了提高耐磨性,國內(nèi)外廣泛采用塑料導軌和鑲鋼導軌。塑料導軌是用粘結法或噴涂法覆蓋在導軌面上。通常對長導軌采用噴涂法,對短導軌采用粘結法。優(yōu)點：結構簡單制造方便抗振性良好缺點：磨損快金屬切削機床部件第二節(jié)3.導軌的結構類型及特點優(yōu)點：缺點：金屬切削機床部件第二節(jié)(2)靜壓導軌靜壓導軌的工作原理同靜壓軸承相似,通常在動導軌面上均勻分布有油腔和封油面,把具有一定壓力的液體或氣體介質(zhì)經(jīng)節(jié)流器送到油腔內(nèi),使導軌面間產(chǎn)生壓力,將動導軌微微抬起,與支承導軌脫離接觸,浮在壓力油膜或氣膜上。靜壓導軌多用于精密和高精度機床或低速運動機床中。優(yōu)點：摩擦系數(shù)小在起動和停止時沒有磨損精度保持

42、性好缺點：結構復雜需要一套專門的液壓或氣壓設備維修、調(diào)整較麻煩金屬切削機床部件第二節(jié)(2)靜壓導軌優(yōu)點：缺點：金屬切削機床部件第二節(jié)(3)卸荷導軌卸荷導軌用來降低導軌面的壓力,減少摩擦阻力,從而提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性,尤其是對大型、重型機床來說,工作臺和工件的質(zhì)量很大,導軌面上的摩擦阻力很大,常采用卸荷導軌。導軌的卸荷方式：機械卸荷液壓卸荷氣壓卸荷金屬切削機床部件第二節(jié)金屬切削機床部件第二節(jié)(4)滾動導軌在靜、動導軌面之間放置滾動體,如滾珠、滾柱、滾針或滾動導軌塊,組成滾動導軌。滾動導軌與滑動導軌相比,具有如下優(yōu)點:摩擦系數(shù)小,動、靜摩擦系數(shù)很接近。因此,摩擦力小,起動輕便,運動靈

43、敏,不易爬行;磨損小,精度保持性好,壽命長;具有較高的重復定位精度,運動平穩(wěn);可采用油脂潤滑,潤滑系統(tǒng)簡單。常用于對運動靈敏度要求高的地方,如數(shù)控機床和機器人或者精密定位微量進給機床中。滾動導軌同滑動導軌相比,抗振性差,但可以通過預緊方式提高,結構復雜,成本較高。金屬切削機床部件第二節(jié)(4)滾動導軌金屬切削機床部件第二節(jié)滾動導軌按滾動體類型分為滾珠、滾柱和滾針三種。滾珠式導軌為點接觸,承載能力差,剛度低,滾珠導軌多用于小載荷。滾柱式導軌為線接觸,承載能力比滾珠式高,剛度好,滾柱導軌用于較大載荷。滾針式導軌為線接觸,常用于徑向尺寸小的導軌。圖3-15滾動直線導軌副的滾動體a)滾珠循環(huán)型b)滾柱循環(huán)型c)滾針不循環(huán)型金屬切削機床部件第二節(jié)滾動導軌按滾動體類型分為滾珠、滾柱和金屬切削機床部件第二節(jié)五、機床刀架和自動換刀裝置1.機床刀架自動換刀裝置應滿足的要求1)滿足工藝過程所提出的要求2)在刀架、刀