機械制造技術(shù)：機床概述

機械制造技術(shù)：機床概述金屬切削機床是用刀具切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，它是制造機器的機器，所以又稱為“工作母機”，習(xí)慣上簡稱為機床。機床是機械制造的基礎(chǔ)機械，其技術(shù)水平的高低，質(zhì)量的好壞，對機械產(chǎn)品的生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益都有重要的影響。金屬切削機床誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有一百多年了，隨著工業(yè)化的發(fā)揮咱，機床品種越來越多，技術(shù)也越來越復(fù)雜。我國第三次工業(yè)普查的結(jié)果表明，截止到1995年底，我國機床擁有量為383.52萬臺，其中金屬切削機床為298.39萬臺，已占機床總數(shù)的77.80%。一、機床的分類機床主要是按加工方法和所用刀具進行分類，根據(jù)國家制定的機床型號編制方法，機床分為11大類：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，鋸床和其他機床。在每一類機床中，又按工藝范圍，布局型式和結(jié)構(gòu)性能分為若干組，每一組又分為若干個系（系列）。除了上述基本分類方法外，還有其它分類方法：1.按照萬能性程度，機床可分為：①通用機床：這類機床的工藝范圍很寬，可以加工一定尺寸范圍內(nèi)的多種類型零件，完成多種多樣的工序。如，臥式車床，萬能升降臺銑床，萬能外圓磨床等。②專門化機床：這類機床的工藝范圍較窄，只能用于加工不同尺寸的一類或幾類零件的一種（或幾種）特定工序。如，絲桿車床，凸輪軸車床等。③專用機床：這類機床的工藝范圍最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。如，加工機床主軸箱體孔的專用鏜床，加工機床導(dǎo)軌的專用導(dǎo)軌磨床等。它是根據(jù)特定的工藝要求專門設(shè)計，制造的，生產(chǎn)率和自動化程度較高，使用于大批量生產(chǎn)。組合機床也屬于專用機床。2.按照機床的工作精度，可分為普通精度機床，精密機床和高精度機床。3.按照重量和尺寸，可分為儀表機床，中型機床（一般機床），大型機床（質(zhì)量大于10t），重型機床（質(zhì)量在30t以上）和超重型機床（質(zhì)量在100t以上）。4.按照機床主要器官的數(shù)目，可分為單軸，多軸，單刀，多刀機床等。5.按照自動化程度不同，可分為普通，半自動和自動機床。自動機床具有完整的自動工作循環(huán)，包括自動裝卸工件，能夠連續(xù)的自動加工出工件。半自動機床也有完整的自動工作循環(huán)，但裝卸工件還需人工完成，因此不能連續(xù)地加工。二、機床的型號編制機床的型號是機床產(chǎn)品的代號，用以表明機床的類型，通用和結(jié)構(gòu)特性，主要技術(shù)參數(shù)等。GB/T15375-94《金屬切削機床型號編制方法》規(guī)定，我國的機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字按一定規(guī)律組合而成。1.通用機床的型號編制1）通用機床型號的表示方法為：(★)--⑴●--⑵(●)--⑶▲--⑷▲--⑸▲--⑹(?！?--⑺(●)--⑻/(◆)--⑼(?！?--⑽其中：⑴:分類代號⑵:類代號⑶:通用特性,結(jié)構(gòu)性代號⑷:組代號⑸:系代號⑹:主參數(shù)或設(shè)計順序號⑺:主軸數(shù)或第二參數(shù)⑻:重大改進順序號⑼:其他特性代號⑽:企業(yè)代號注:①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；②有"●"符號者,為大寫的漢語拼音字母；③有"▲"符號者,為阿拉伯數(shù)字;④有"◆"符號者,為大寫漢語拼音字母,或阿拉伯數(shù)字,或兩者兼有之.機床的類別代號: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鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉割其1）機床的特性代號: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)彷型輕型加重型簡式或經(jīng)濟型柔性加工單元數(shù)顯高速代號GMZBKHFQCJRXS讀音高密自半控換彷輕重簡柔顯速2）結(jié)構(gòu)特性代號為區(qū)別主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)不同的機床,在型號中用漢語拼音字分.如:CA6140中的"A"3）機床的組別,系別代號4）機床的主參數(shù),設(shè)計順序號和第二參數(shù)機床主參數(shù):代表機床規(guī)格的大小,在機床型號中,用數(shù)字給出主參數(shù)的折算數(shù)值(1/10或1/150)設(shè)計順序號:當無法用一個主參數(shù)表示時,則在型號中用設(shè)計順序號表示.第二參數(shù):一般是主軸數(shù),最大跨距,最大工作長度,工作臺工作面長度等,它也用折算值表示.5）機床的重大改進順序號當機床性能和結(jié)構(gòu)布局有重大改進時,在原機床型號尾部,加重大改進順序號A,B,C等.6）其他特性代號:用以反映各類機床的特性.用數(shù)字或字母或阿拉伯數(shù)字來表示。7）企業(yè)代號:生產(chǎn)單位為機床廠時,由機床廠所在城市名稱的大寫漢語拼音字母及該廠在該城市建立的先后順序號,或機床廠名稱的大寫漢語拼音字母表示。通用機床類、組劃分表組別類別0123456789車床C儀表車床單軸自動、半自動車床多軸自動、半自動車床回輪、轉(zhuǎn)塔車床曲軸及凸輪軸車床立式車床落地及臥式車床仿形及多刀車床輪、軸、輥、錠及鏟齒車床其他車床鉆床Z－坐標鏜鉆床深孔鉆床搖臂鉆床臺式鉆床立式鉆床臥式鉆床銑鉆床中心孔鉆床－鏜床T－－深孔鏜床－坐標鏜床立式鏜床臥式銑鏜床精鏜床汽車、拖拉機修理用鏜床－磨床M儀表磨床外圓磨床內(nèi)圓磨床砂輪機坐標磨床導(dǎo)軌磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲軸、凸輪軸、花鍵軸及軋輥磨床工具磨床2M－超精機內(nèi)圓研磨機外圓及其他研磨機拋光機砂帶拋光及磨削機床刀具刃磨及研磨機床可轉(zhuǎn)位刀片磨削機床研磨機其他磨床3M－球軸承套圈溝磨床滾子軸承套圈滾道磨床軸承套圈超精機床－葉片磨削機床滾子加工機床鋼球加工機床氣門、活塞及活塞環(huán)磨削機床汽車、拖拉機修磨機床齒輪加工機床Y儀表齒輪加工機－錐齒輪加工機滾齒及銑齒機剃齒及研齒機插齒機花鍵軸銑床齒輪磨齒機其他齒輪加工機齒輪倒角及檢查機螺紋加工機床S－－－套絲機攻絲機－螺紋銑床螺紋磨床螺紋車床－銑床X儀表銑床懸臂及滑枕銑床龍門銑床平面銑床彷形銑床立式升降臺銑床臥式升降臺銑床床身銑床工具銑床其他銑床刨插床B－懸臂刨床龍門刨床－－插床牛頭刨床邊緣及模具刨床其他刨床拉床L－－側(cè)拉床臥式外拉床連續(xù)拉床立式內(nèi)拉床臥式內(nèi)拉床立式外拉床鍵槽及螺紋拉床其他拉床鋸床G－－砂輪片鋸床－臥式帶鋸床立式帶鋸床圓鋸床弓鋸床銼鋸床－其他機床Q其他儀表機床管子加工機床木螺釘加工機－刻線機切斷機－－－－通用機床的型號編制舉例：CA6140 （CA6140型臥式車床）主參數(shù)（最大車削直徑400mm）系別代號（臥式車床系）組別代號（落地及臥式車床組）結(jié)構(gòu)特性代號（結(jié)構(gòu)不同）類別代號（車床）MG1432A（MG1432A型高精度萬能外圓磨床）重大改進順序號(第一次重大改進)主參數(shù)(最大磨削直徑320mm)系別代號(萬能外圓磨床系〕組別代號(外圓磨床組)通用特性(高精度)類別代號(磨床類)2.專用機床的型號編制1）專用機床型號表示方法專用機床的型號一般由設(shè)計單位代號和設(shè)計順序號組成，其表示方法為： (△)－△2）設(shè)計單位代號包括機床生產(chǎn)廠和機床研究單位代號（位于型號之首），見金屬切削機床型號編制方法（GB/T15975-1994）附錄A。3）專用機床的設(shè)計順序號按該單位的設(shè)計順序號(從“001”起始)排列，位于設(shè)計單位代號之后，并用“－”隔開，讀作“至”。例如，北京第一機床廠設(shè)計制造的第100種專用機床為專用銑床，其型號為B1－100。三、機床的主要技術(shù)參數(shù)（主參數(shù)和基本參數(shù)）主參數(shù)：代表機床規(guī)格的大小，在機床型號中，用阿拉伯數(shù)字給出的是主參數(shù)折算值（1/10或/100）?；緟?shù)：包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。1.尺寸參數(shù)：機床的主要結(jié)構(gòu)尺寸。2.運動參數(shù)：機車執(zhí)行中的運動速度，包括主運動的速度范圍、速度列表和進給量的范圍，進給數(shù)列以及空行程速度等。各類主要機床的主參數(shù)和折算系數(shù)機床主參數(shù)名稱主參數(shù)折算系數(shù)第二主參數(shù)臥式車床床身上最大回轉(zhuǎn)直徑1/10最大工件長度立式車床最大車削直徑1/100最大工件高度搖臂鉆床最大鉆孔直徑1/1最大跨距臥式鏜銑床鏜軸直徑1/10－坐標鏜床工作臺面寬度1/10工作臺面長度外圓磨床最大磨削直徑1/10最大磨削長度內(nèi)圓磨床最大磨削孔徑1/10最大磨削深度矩臺平面磨床工作臺面寬度1/10工作臺面長度齒輪加工機床最大工件直徑1/10最大模數(shù)龍門銑床工作臺面寬度1/100工作臺面長度升降臺銑床工作臺面寬度1/10工作臺面長度龍門刨床最大刨削寬度1/100最大刨削長度插床及牛頭刨床最大插削及刨削長度1/10－拉床額定拉力（t）1/1最大行程⑴主運動參數(shù)1.主軸轉(zhuǎn)數(shù)：對作回轉(zhuǎn)運動的機床，其主運動參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)數(shù)。計算公式為：n=1000v/(π*d)主運動是直線運動的機床，如：插床，刨床。其主運動參數(shù)是機床工作臺或滑枕的每分鐘往復(fù)次數(shù)。2.主軸最低和最高轉(zhuǎn)數(shù)的確定專用機床用于完成特定的工藝，主軸只需一種固定的轉(zhuǎn)速。通用機床的加工范圍較寬，主軸需要變速，需要確定其變速范圍既最低和最高轉(zhuǎn)數(shù)。采用分級變速時，還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速的級數(shù)。Nmin=1000Vmin/πDmaxNmax=1000Vmax/(π*Dmin)變速范圍為：Rm=Nmax/Nmin;3.有級變速時主軸轉(zhuǎn)速序列無級變速時，Nmax與Nmin之間的轉(zhuǎn)速是連續(xù)變化的有級變速時，應(yīng)該在Nmax和Nmin確定后，再進行轉(zhuǎn)速分級，確定各中間級轉(zhuǎn)速。主運動的有級變速的轉(zhuǎn)速數(shù)列一般采用等比數(shù)列。滿足nj+1=nj；nz=n*?z-14.標準公比為了便于機床設(shè)計和使用，規(guī)定了標準公比值：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2.00其中，?=1.06時公比數(shù)列的基本公比，其他可以由基本公比派生而來。⑵進給運動參數(shù)進給量：a.大部分機床（如車，鉆床等）：進給量用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移（mm/r)表示；b.直線往復(fù)運動機床（如刨，插床）：進給量以每以往復(fù)的位移量表示；c.銑床和磨床：進給量以每分鐘的位移量（mm/min)表示。⑶動力參數(shù)機床的動力參數(shù)是指驅(qū)動主運動、進給運動和空行程運動的電動機功率。?①主傳動功率：P主=P切+P空+P附1、切削功率P切：與加工情況.工件和刀具材料及切削用量的大小有關(guān)。P切=Fz*Vc/600002、空載功率P空：是指機床不進行切削，及空轉(zhuǎn)時所消耗的功率。3、附加功率P附：指機床進行切削時，因負載而增加的機械摩擦所耗的功率。進給傳動功率：通常也采用類比和計算相結(jié)合的方法來確定?？招谐坦β剩褐笧楣?jié)省零件加工的輔助時間和減輕工人勞動強度，在機床移動部件空行程時快速移動所需的傳動功率。其大小由移動部件重量和部件啟動時的慣性力決定。四、工件表面成形方法與機床運動分析1、工件表面成形方法機械制造過程是工藝設(shè)計要求實現(xiàn)的過程。在這一過程中，針對不同的要求可以采用不同的加工方法，如鍛造、鑄造、焊接、機械加工、熱處理等。就機械加工而言，是根據(jù)具體的設(shè)計要求選用相應(yīng)的切削加工方法即：在機床上通過刀具與工件的相對運動，從工件毛坯上切除多余金屬，使之形成符合要求的形狀、尺寸的表面的過程。因此，機械加工過程是工件表面的形成過程。(一)工件表面的構(gòu)成機械零件的表面形狀千變?nèi)f化，但大都是由幾種常見的表面組合而成的。這些表面包括平面、圓柱面、圓錐面、球面、螺旋面、圓環(huán)面以及成形曲面等，如下圖1，由這些表面組成各種類型的零件。下圖2是幾種常見的零件類型。常見表面類型常見成形方法（二）常見工件表面的成形方法機械加工中，工件表面是由工件與刀具之間的相對運動和刀具切削刃的形狀共同實現(xiàn)的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之間的相對運動也不相同，這是形成各種加工方法的基礎(chǔ)。有軌跡法、成形法、展成法、相切法等。見上圖3。1、軌跡法：指的是刀具切削刃與工件表面之間為近似點接觸，通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具刀尖的運動軌跡來實現(xiàn)表面的成形。2、成形法：是指刀具切削刃與工件表面之間為線接觸，切削刃的形狀與形成工件表面的一條發(fā)生線完全相同，另一條發(fā)生線由刀具與工件的相對運動來實現(xiàn)。3、展成法：是指對各種齒形表面進行加工時，刀具的切削刃與工件表面之間為線接觸，刀具與工件之間作展成運動（或稱嚙合運動），齒形表面的母線是切削刃各瞬時位置的的包絡(luò)線。4、相切法:利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊做軌跡運動對工件進行加工的方法2、機床運動分析機床的運動:表面成形運動和輔助運動.⑴表面成形運動:形成發(fā)生線的運動.按組成情況不同,可分為:簡單成形運動和復(fù)合成形運動。按作用情況不同,可分為:主運動和進給運動。1、主運動：是刀具與工件之間的相對運動。它使刀具的前刀面能夠接近工件，切除工件上的被切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而完成切屑加工。一般，主運動速度最高，消耗功率最大，通常只有一個主運動。例如，車削加工時，工件的回轉(zhuǎn)運動是主運動。2、進給運動：是配合主運動實現(xiàn)依次連續(xù)不斷地切除多余金屬層的刀具與工件之間的附加相對運動。進給運動與主運動配合即可完成所需的表面幾何形狀的加工，根據(jù)工件表面形狀成形的需要，進給運動可以是多個，也可以是一個；可以是連續(xù)的，也可以是步進的。輔助運動:實現(xiàn)機床的各種輔助動作,為表面成形創(chuàng)造條件。切入運動、切出運動、調(diào)整運動、分度運動以及其他各種空行程運動。3、機床的運動聯(lián)系要實現(xiàn)加工過程所需的各種運動，機床必需具備以下幾個主要組成部分：1）執(zhí)行機構(gòu)機床上最終實現(xiàn)所需運動的部件，如主軸、刀架、工作臺等，它們帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)或移動。2）動力源機床上動力源—般采用交流異步電動機、步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機等。它們?yōu)闄C床執(zhí)行機構(gòu)的運動提供動力，以克服切削阻力及摩擦阻力。機床可以幾個運動共用一個動力源，也可以每個運動單獨使用一個動力源，前者如普通機床，后者如數(shù)控機床。3）傳動裝置把動力源的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)，或?qū)⑦\動由—個執(zhí)行機構(gòu)傳遞到另—個執(zhí)行機構(gòu)，以保持二個運動之間的準確關(guān)系。傳動系統(tǒng)還可以變換運動的方向、速度及運動的類別，如將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。由動力源一傳動裝置一執(zhí)行件或執(zhí)行件一傳動裝置一執(zhí)行件構(gòu)成的傳動聯(lián)系，稱為傳動鏈。按傳動鏈的性質(zhì)不同可分為：①外聯(lián)系傳動鏈聯(lián)系動力源與執(zhí)行機構(gòu)之間的傳動鏈。它使執(zhí)行件