《机电产品学》PPT课件.ppt
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1、第一章第一章 金属切削机床产品金属切削机床产品一、基本知识一、基本知识 1.1.概述概述 金属切削机床(金属切削机床(简称机床简称机床)是用切削方法对金属工件进行加工,)是用切削方法对金属工件进行加工,用来制造机器零件的用来制造机器零件的机器。因此它是制造机器的机器,在机械制造业机器。因此它是制造机器的机器,在机械制造业中起着中起着“工作母机工作母机”的作用。据统计,无论哪一类机器制造部门,机的作用。据统计,无论哪一类机器制造部门,机床在其拥有的技术装备中一般占有床在其拥有的技术装备中一般占有 40%40%60%60%。显而易见,机床的先。显而易见,机床的先进程度直接影响着制造业的水平、产品质
2、量和劳动生产率。如果我们进程度直接影响着制造业的水平、产品质量和劳动生产率。如果我们没有强大、先进、完整的现代化机械制造业,就不可能建立中国社会没有强大、先进、完整的现代化机械制造业,就不可能建立中国社会主义经济发展所需的雄厚基础,就难以提高我们的综合国力。主义经济发展所需的雄厚基础,就难以提高我们的综合国力。1 1)机床的发展概况)机床的发展概况 近代意义的金属切削机床是在近代意义的金属切削机床是在 18 18 世纪世纪工业革命推动下发展起来的,而经过改进的机床为蒸汽机的实际工业革命推动下发展起来的,而经过改进的机床为蒸汽机的实际使用提供了基本的加工手段。到迄今使用提供了基本的加工手段。到迄
3、今 200200 多年的发展历史中,金多年的发展历史中,金属切削机床一方面随着产品生产加工的需要而发展,同时又是建属切削机床一方面随着产品生产加工的需要而发展,同时又是建立在科学技术发展的基础之上。立在科学技术发展的基础之上。17751775 年,英国人年,英国人 J.J.威尔金森发明了较精密的炮筒镗床。威尔金森发明了较精密的炮筒镗床。17971797 年英国人年英国人 H.H.莫兹利研制的车床第一次采用了丝杠传动莫兹利研制的车床第一次采用了丝杠传动刀架,能实现机动进给和车削螺纹,这是机床结构的重大变革。刀架,能实现机动进给和车削螺纹,这是机床结构的重大变革。18171817 年英国人年英国人
4、 R.R.罗伯茨创制出龙门刨床;罗伯茨创制出龙门刨床;18181818 年美国人年美国人 E.E.惠特尼制成卧式铣床;惠特尼制成卧式铣床;1876 1876 年美国制成万能外圆磨床。年美国制成万能外圆磨床。18351835 年和年和 1897 1897 年先后发明滚齿机和插齿机。年先后发明滚齿机和插齿机。在在 200 200 多年的发展过程中,金属切削机床在品种系列型谱上多年的发展过程中,金属切削机床在品种系列型谱上都得到了充分的发展和完善,为机械制造业的飞速发展提供了基都得到了充分的发展和完善,为机械制造业的飞速发展提供了基本物质条件。因此,过去一直把普通机床的拥有量看成是衡量一本物质条件。
5、因此,过去一直把普通机床的拥有量看成是衡量一个国家工业水平的标准。个国家工业水平的标准。自从自从 1945 1945 年出现第一台计算机后,计算机技术迅速被引入年出现第一台计算机后,计算机技术迅速被引入机床工业。机床工业。19531953 年美国麻省理工学院研制出第一台数控机床,从年美国麻省理工学院研制出第一台数控机床,从此机床的发展进入了崭新的时期。随着计算机技术、微电子技术此机床的发展进入了崭新的时期。随着计算机技术、微电子技术的迅猛发展,机床的数控化已成为世界机床工业发展的潮流。的迅猛发展,机床的数控化已成为世界机床工业发展的潮流。1958 1958 年出现第一台可以自动换刀以进行多工序
6、加工的加工中年出现第一台可以自动换刀以进行多工序加工的加工中心;心;19641964 年在英国研制成功第一台柔性制造系统。随着年在英国研制成功第一台柔性制造系统。随着 CAD/CAM/CAPP 技术的发展和完善,为最终实现计算机集成制造技术的发展和完善,为最终实现计算机集成制造 CIMS 奠定了基础。奠定了基础。CIMS 是机械制造业发展的战略目标,是是机械制造业发展的战略目标,是 2121 世纪机械制造业的基本技术。现在工业国家不再公布机床的拥有世纪机械制造业的基本技术。现在工业国家不再公布机床的拥有量,而是公布机床年产量中数控机床的比例。量,而是公布机床年产量中数控机床的比例。2)我国机床
7、工业发展的概况)我国机床工业发展的概况 我国早在公元前就已经有了我国早在公元前就已经有了自己的自己的原始钻床原始钻床和和木工车床木工车床。但历史上长期的封建统治严重地束。但历史上长期的封建统治严重地束缚了科学技术的发展。到缚了科学技术的发展。到 19491949 年,我国能生产的机床品种不到年,我国能生产的机床品种不到 10 10 种,年产量仅种,年产量仅 15801580 台,全国机床拥有量仅台,全国机床拥有量仅 6 6万台左右,其中万台左右,其中大多数还是进口的。我国的机床制造业是新中国建立后从无到有,大多数还是进口的。我国的机床制造业是新中国建立后从无到有,从小到大,自力更生发展起来的。
8、在三年经济恢复时期,我国除从小到大,自力更生发展起来的。在三年经济恢复时期,我国除把一批机器修配厂扩建为机床厂外,并建了一批新厂。第一个五把一批机器修配厂扩建为机床厂外,并建了一批新厂。第一个五年计划(年计划(1953195319571957 年)期间,我国有计划地建立北京机床研究年)期间,我国有计划地建立北京机床研究所和一批较现代的新厂,规定各厂产品的专业方向,逐步由仿制所和一批较现代的新厂,规定各厂产品的专业方向,逐步由仿制向自行设计过渡,并开始生产大型机床、精密机床、自动和半自向自行设计过渡,并开始生产大型机床、精密机床、自动和半自动机床,品种达动机床,品种达 200200 余种,年产量
9、余种,年产量 3.73.7 万台。万台。到建国到建国 3030 周年,我国已制定了完整的机床系列型谱,具备周年,我国已制定了完整的机床系列型谱,具备了较高的提供大型成套现代化装备的能力,机床品种也日趋齐全,了较高的提供大型成套现代化装备的能力,机床品种也日趋齐全,并有少量机床出口。基本形成布局较为合理、较为完整的机床工业并有少量机床出口。基本形成布局较为合理、较为完整的机床工业体系。改革开放以来,我国把引进与自我开发相结合,高起点跟踪体系。改革开放以来,我国把引进与自我开发相结合,高起点跟踪国际先进水平,奋力发展我国的机床工业。国际先进水平,奋力发展我国的机床工业。“863”“863”计划就把
10、自动计划就把自动化加工技术列为化加工技术列为 15 15 个主题之一。经过艰苦努力,我国在掌握和开个主题之一。经过艰苦努力,我国在掌握和开发现代制造技术能力方面已取得长足进展。继清华大学发现代制造技术能力方面已取得长足进展。继清华大学 CIMS CIMS 实验实验室在室在 19941994 年获得了年获得了 SME SME 颁发的颁发的“世界大学领先奖世界大学领先奖”后,后,1995 1995 年年北京第一机床厂又获得北京第一机床厂又获得 SME SME 颁发的颁发的“世界工业领先奖世界工业领先奖”。它标志。它标志着我国机械制造业不仅在基础研究方面而且在实际应用中都已取得着我国机械制造业不仅在
11、基础研究方面而且在实际应用中都已取得重大突破,为本世纪机械制造业的发展打下了良好的基础。重大突破,为本世纪机械制造业的发展打下了良好的基础。2.2.机床的技术经济指标机床的技术经济指标 机床的技术经济指标概括的说就是满足机床制造和使用上在技机床的技术经济指标概括的说就是满足机床制造和使用上在技术和经济两个方面的主要要求。具体地说,就是一要用户物美价廉术和经济两个方面的主要要求。具体地说,就是一要用户物美价廉的要求,物美即质量好,工作效率高,使用性能稳定,能耗少,操的要求,物美即质量好,工作效率高,使用性能稳定,能耗少,操作方便可靠,外形美观大方;价廉即投资少,收效大。二要满足生作方便可靠,外形
12、美观大方;价廉即投资少,收效大。二要满足生产制造部门耗材少,生产周期短,易于制造,成本低,适合用户需产制造部门耗材少,生产周期短,易于制造,成本低,适合用户需要等要求。其指标如下:要等要求。其指标如下:1 1)工艺的可能性工艺的可能性 工艺的可能性是指机床适应不同的生产要求工艺的可能性是指机床适应不同的生产要求的能力。即是在机床加工工序种类,使用刀具的种类和材料,加工的能力。即是在机床加工工序种类,使用刀具的种类和材料,加工工件的种类和材料,加工精度和表面质量,生产批量等方面适应不工件的种类和材料,加工精度和表面质量,生产批量等方面适应不同生产情况的能力。工艺可能性过窄,会使机床的适用性受到限
13、制;同生产情况的能力。工艺可能性过窄,会使机床的适用性受到限制;过宽,会使机床的结构变得复杂。过宽,会使机床的结构变得复杂。2 2)加工的精度和表面质量加工的精度和表面质量 机床的加工精度好坏决定于机床本机床的加工精度好坏决定于机床本身的几何精度、传动精度、静态刚度和动态刚度等。身的几何精度、传动精度、静态刚度和动态刚度等。机床加工工件表面质量的高低是机床主要性能指标之一,对于精加机床加工工件表面质量的高低是机床主要性能指标之一,对于精加工机床尤为重要。影响加工质量的主要因素有:机床运动的平稳性,传工机床尤为重要。影响加工质量的主要因素有:机床运动的平稳性,传动系统的精度等。动系统的精度等。3
14、 3)生产率生产率 生产率的高低是衡量机床产品性能的重要指标之一。生产率的高低是衡量机床产品性能的重要指标之一。在保证工件质量和其他(如刀具等)的消耗不增加的前提下,机床的生在保证工件质量和其他(如刀具等)的消耗不增加的前提下,机床的生产率越高,经济效益越好。产率越高,经济效益越好。生产率一般用单位时间内生产零件的个数来表示:生产率一般用单位时间内生产零件的个数来表示:Q=1/TQ=1/T总总=1/=1/T T切削切削+T T辅助辅助+T T准结准结/h h其中其中Q Q表示:表示:单位时间内机床生产零件的个数;单位时间内机床生产零件的个数;T T总总表示:加工每一个零件的平均总时间;表示:加
15、工每一个零件的平均总时间;4)系列化、通用化、标准化系列化、通用化、标准化 (简称简称”三化三化”)机床产品三化水机床产品三化水平越高,质量高,成本低,周期短。平越高,质量高,成本低,周期短。5)机床寿命机床寿命 一般是指机床开始使用到第一次精度丧失的时间,一般是指机床开始使用到第一次精度丧失的时间,是机床产品的重要指标之一。是机床产品的重要指标之一。6)其他方面其他方面 操作方便、省力、安全、美观;维修方便等。操作方便、省力、安全、美观;维修方便等。3.3.机床的运动与传动机构机床的运动与传动机构(1)零件表面的形成及切削运动零件表面的形成及切削运动 机器零件的形状虽然多种多样,机器零件的形
16、状虽然多种多样,但都是由圆柱面、圆锥面、平面等组成。从几何学观点分析:但都是由圆柱面、圆锥面、平面等组成。从几何学观点分析:圆柱面圆柱面可看成是以直线为母线,以圆为轨迹,且母线垂直于可看成是以直线为母线,以圆为轨迹,且母线垂直于轨迹所在的平面做旋转运动所形成的表面,如图所示。轨迹所在的平面做旋转运动所形成的表面,如图所示。圆锥面圆锥面可可看成是以直线为母线,以圆为轨迹,且母线与轨迹回转轴线相交成看成是以直线为母线,以圆为轨迹,且母线与轨迹回转轴线相交成一定角度做旋转运动所形成的表面。一定角度做旋转运动所形成的表面。平面平面可看成是以直线为母线,以另一直线为轨迹作平移运动可看成是以直线为母线,以
17、另一直线为轨迹作平移运动所形成的表面。所形成的表面。尽管不同的表面,加工方法不同,但都要求刀具与工件之间必须有尽管不同的表面,加工方法不同,但都要求刀具与工件之间必须有一定的相对运动,这就是切削运动,图为切削运动简图。一定的相对运动,这就是切削运动,图为切削运动简图。切削运动包括主运动和进给运动。切削运动包括主运动和进给运动。1 1)主运动)主运动 主运动是由机床提供的主要运动,是使刀具和工件之主运动是由机床提供的主要运动,是使刀具和工件之间产生相对运动,从而切下切屑所需要的最基本的运动。也就是切削间产生相对运动,从而切下切屑所需要的最基本的运动。也就是切削过程中速度最高,消耗功率最多的运动。
18、过程中速度最高,消耗功率最多的运动。2 2)进给运动)进给运动 由机床和人力提供的运动,它使刀具与工件之间产由机床和人力提供的运动,它使刀具与工件之间产生附加的相对运动,加上主运动,即可不断地或断续地切除切屑,并生附加的相对运动,加上主运动,即可不断地或断续地切除切屑,并得到具有所需几何特性的已加工表面。一般情况下,进给运动的速度得到具有所需几何特性的已加工表面。一般情况下,进给运动的速度比较低,消耗的功率比较小。比较低,消耗的功率比较小。切削过程的主运动只有一个,而进给运动则可能是一个或几个。切削过程的主运动只有一个,而进给运动则可能是一个或几个。主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成,也可
19、由刀具单独完成主运动和进给运动可由刀具和工件分别完成,也可由刀具单独完成(如钻削)。主运动和进给运动可以是旋转运动,也可以是直线运动;(如钻削)。主运动和进给运动可以是旋转运动,也可以是直线运动;有连续的,也有间歇的。有连续的,也有间歇的。几种典型机床的切削运动如表所示。几种典型机床的切削运动如表所示。(2 2)机床的传动机构)机床的传动机构 机床上常见的传动机构有:机床上常见的传动机构有:1 1)带传动)带传动 由主动带轮(由主动带轮(d d1 1)、从动带轮、从动带轮(d d2 2)、胶带组成。它、胶带组成。它是依靠胶带与带轮之间的摩擦来传递运动和动力的。是依靠胶带与带轮之间的摩擦来传递运
20、动和动力的。V V1 1=V=V2 2。V V1 1 d d1 1n n1 1/1000 V/1000 V2 2 d d2 2n n2 2/1000 /1000 n n2 2 n n1 1d d1 1d d2 2i i 2 2)齿轮机构传动)齿轮机构传动 通过通过主动轮与从动轮的轮齿来传递运动和主动轮与从动轮的轮齿来传递运动和动力的。动力的。i i n n2 2 n n1 1z z1 1/z/z2 2 齿轮机构传动的方式有多种:齿轮机构传动的方式有多种:圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动、锥齿轮传动锥齿轮传动、齿轮齿条传动齿轮齿条传动等。等。3 3)蜗轮蜗杆传动)蜗轮蜗杆传动 通过蜗杆与蜗轮的轮齿来传递
21、运动和动力通过蜗杆与蜗轮的轮齿来传递运动和动力的。传动特点:传动比大,改变传动空间方向,的。传动特点:传动比大,改变传动空间方向,如图所示如图所示。4 4)丝杠螺母机构传动)丝杠螺母机构传动 通过丝杠与螺母的螺纹来传递运动和通过丝杠与螺母的螺纹来传递运动和动力的。将丝杠的旋转运动变为螺母的直线运动。动力的。将丝杠的旋转运动变为螺母的直线运动。如图所示如图所示。综综合传动如图。合传动如图。二、机床的分类和型号编制规则二、机床的分类和型号编制规则(GB/T1537594GB/T1537594)由于机床品种和规格繁多,为了便于区别、使用和管理,需对其进由于机床品种和规格繁多,为了便于区别、使用和管理
22、,需对其进行分类和编制型号。行分类和编制型号。(1 1)机床的分类)机床的分类 常规机床可按下列分类方法划分为各种类型:常规机床可按下列分类方法划分为各种类型:1 1)按加工方式、加工对象或主要用途,)按加工方式、加工对象或主要用途,划分为车床、铣床、刨床、划分为车床、铣床、刨床、磨床、钻床、镗床、磨床、钻床、镗床、拉床、齿轮加工机床等。拉床、齿轮加工机床等。2 2)按工件大小和机床质量,)按工件大小和机床质量,分为仪表机床、中小型机床、大型机分为仪表机床、中小型机床、大型机床床(10(10t t30t)30t)、重型机床、重型机床(30(30t t100t)100t)和超重型机床和超重型机床
23、(100(100t t以上以上)。3 3)按加工精度划分)按加工精度划分,可分为相对精度级和绝对精度级两种。大部可分为相对精度级和绝对精度级两种。大部分车床、分车床、磨床和齿轮加工机床有磨床和齿轮加工机床有3 3种精度产品,即种精度产品,即3 3个相对精度级。相个相对精度级。相对精度级在机床型号中分别用汉语拼音字母对精度级在机床型号中分别用汉语拼音字母P(P(普通精度级,在型号中普通精度级,在型号中P P省略省略)、M M(精密级精密级)、G G(高精度级高精度级)表示。表示。4 4)按自动化程度)按自动化程度,可分为手动操作机床、半自动和自动机床三种。可分为手动操作机床、半自动和自动机床三种
24、。半自动和自动机床在机床型号中分别用汉语拼音字母半自动和自动机床在机床型号中分别用汉语拼音字母B B和和Z Z表示。表示。5 5)按机床的自动控制方式)按机床的自动控制方式,可分为仿形机床、数控机床和加工中可分为仿形机床、数控机床和加工中心等,在机床型号中分别用汉语拼音字母心等,在机床型号中分别用汉语拼音字母F F、K K、H H表示。表示。6 6)按机床适用范围)按机床适用范围,可分为通用机床、专门化机床和专用机床三可分为通用机床、专门化机床和专用机床三种。种。7 7)按机床的结构布局型式)按机床的结构布局型式,可分为立式、卧式、龙门式等。可分为立式、卧式、龙门式等。(2 2)机床型号的编制
25、规则)机床型号的编制规则 按按GB/T1537594GB/T1537594金属切削机床型金属切削机床型号编制方法号编制方法规定,机床型号由基本部分和辅助部分组成,中间用规定,机床型号由基本部分和辅助部分组成,中间用“”隔开,读做隔开,读做“之之”。前者需统一管理,后者纳入型号于否由企业。前者需统一管理,后者纳入型号于否由企业自定。型号构成如图所示。自定。型号构成如图所示。机床型号含义如下:机床型号含义如下:1 1)机床的类代号)机床的类代号 类代号用大写的汉语拼音字母表示。分类代号类代号用大写的汉语拼音字母表示。分类代号用阿拉伯数字表示(其中第一分类代号的用阿拉伯数字表示(其中第一分类代号的“
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