金属切削机床的基本知识课稿.ppt

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1、第2章 制造工艺装备2.2 金属切削机床的基本知识2.3 车床2.4 齿轮加工机床2.5 磨床2.6 组合机床2.7 数字控制机床简介第2章 制造工艺装备p 本章教学目的 1、了解及熟悉机械加工中各类机床的用途、工艺范围和特点，重点是熟悉车床和齿轮加工机床；2、掌握认识、分析机床（机床的运动和传动）的方法。p 本章教学内容及要求 1、了解机床的分类情况；2、掌握分析机床运动和传动的方法；3、熟悉典型车床、齿轮加工机床的用途、工艺范围及机床传动系统；4、了解其他类型机床的用途、工艺范围及特点。机床刀具夹具p 本章教学重点及难点 认识、分析机床运动和传动的方法，典型车床及滚齿机的传动系统。p 教材

2、和参考书 1熊良山等，机械制造技术基础，华中科技大学出版社，2012年第2版？2唐宗军主编，机械制造基础 机械工业出版社 教学内容以教材为主，“CA6140机床传动系统分析”部分补充了参考书中的内容。提示 注意结合金工实习和生产实习2.2 金属切削机床的基本知识n 金属切削机床是采用切削的方法把金属毛坯加工成机械零件的机器，它是制造机器的机器，简称机床。是一种工作母机。2.2.1 机床的分类及型号 2.2.2 机床的运动 2.2.3 机床的传动2.2.1 机床的分类及型号1.机床的分类 机床的品种规格繁多，为便于区别、使用和管理，必须加以分类。常用的机床分类方法有3种：（1）按加工性质、所用刀

3、具和机床用途分（按工作原理分）依据国家标准金属切削机床型号编制方法（GB/T 15375-2008），机床分为：车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工机床、螺纹加工机床、刨插床、拉床、锯床（切断机床）和其它机床（共11类）。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构性能的不同，分为10个组，每一组又分若干系（型）。u 不含以前分类方法中的特种加工机床金工实习中见过那些类型机床？（2）按机床的通用性程度分 同类机床又可分为：通用机床（万能机床）、专门化机床（专能机床）和专用机床。n 通用机床 工艺范围宽，通用性好，能加工一定尺寸范围的多种类型零件，完成多种工序。如卧式车床CA6140、万能外圆磨床M14

4、32A等。通用机床的结构往往比较复杂，生产率也较低，适用于单件小批生产。n 专门化机床 只能加工一定尺寸范围内的某一类或几类零件，完成其中的某些特定工序。如曲轴车床、凸轮轴磨床等。n 专用机床 工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。组合机床属于专用机床。（3）按机床工作精度分 同类机床又可分为：普通机床、精密机床和高精度机床。p 其他分类方法u 按机床的重量和尺寸分 仪表机床、中型机床、大型机床、重型机床和超重型机床。u 按自动化程度分 手动、机动、半自动和自动机床。u 按主要工作器官的数目分 单轴机床、多轴机床、单刀机床和多刀机床。另外，机床还有普通机床与数控机床之分。2.机床的

5、技术参数与尺寸系列 n 技术参数 是表示机床尺寸大小和加工能力的各种技术数据。一般包括：主参数、第二主参数、主要工作部件的结构尺寸、主要工作部件的移动行程范围，各种运动的速度范围和级数、各电机的功率、机床轮廓尺寸等。主参数 反映机床最大工作能力的一个主要参数，它直接影响机床的其它参数和基本结构的大小。一般以机床加工的最大工件尺寸或与此有关的机床部件尺寸来表示。例如：普通卧式车床、外圆磨床最大加工直径，铣床工作台工作面宽度。第二主参数 为了更完整地表示其工作能力和尺寸大小，还规定有第二主参数。普通车床的第二主参数是最大工件长度，例如CA6140：750、1000、1500、2000。3.机床型号

6、编制n 机床型号 是机床产品的代号，用以简明的表示机床的类型、主要技术参数以及性能和结构特性等。n 机床型号编制方法 机床型号的编制依据国家标准GB/T 15375-2008 金属切削机床型号编制方法进行。GB/T 153752008规定 采用大写汉语拼音字母和阿拉伯数字相结合的方式来表示机床型号。通用机床型号表示方法如下：（1）类别代号（按机床的第一种分类方法分类）用大写汉语拼音字母表示。（2）机床的特性代号 表示机床的性能和结构特性，包括通用特性和结构特性。n 通用特性代号（在前）当机床具有表中的特性时，使用表中的代号来表示机床的通用特性。n 结构特性代号（在后）为了区别主参数相同而结构不

7、同的同类机床，在型号中用拼音字母区分。不能用通用特性代号中的字母。例：CA6140（3）机床的组别和系（型）别代号 每类机床按用途、性能、结构相近或有派生关系分为10组（即从09组）；每组中又分为10系（型）（即从09系），是对机床类型的进一步细分。各用1位数字表示。组别 类别0 1 2 3 4 5 6 7 8 9车床C 仪表车床单轴自动半自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床Z 坐标镗钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床 中心孔钻床镗床T 深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床 汽车、

8、拖拉机修理用镗床磨床 M 仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床2M 超精机 内圆珩磨机外圆及其他珩磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机 其他磨床3M 球轴承套圈沟磨床滚子轴承套圈滚道磨床轴承套圈超精机叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床表2-6 机床类别、组别划分表续 表 组别 类别0 1 2 3 4 5 6 7 8 9齿轮加工机床Y 仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿及铣齿机剃齿及珩齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹

9、加工机床S 套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X 仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床仿形铣床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣床工具铣床其他铣床刨插床B 悬臂刨床龙门刨床插床 牛头刨床边缘及摸具刨床其他刨床拉床L 侧拉床 卧式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽及螺纹拉床其他拉床锯床G 砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床 弓锯床 锉锯床其他锯床Q 其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机刻线机切断机（4）主参数代号 代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，通常用主参数的折算值（1/10或1/100）来表示，一般用2位数字表示。（5）重大改进序号 当机床的性能和结构出现

10、重大改进时，按其设计改进的次序分别用汉语拼音字母表示，附在机床型号的末尾，以示区别。（习惯上读英文字母的音，如Y3150E中E）（6）机床型号示例Z 5 6 254 AT H M 6 3 50C M 6 1 40M 1 4 32 A请写出下列机床型号中各代号的含义：1、XZ5625A 2、XQ6132A3、Z56254A4、Y3150E 因此，对运动的分析要从表面入手，表面 运动p 举例：车削圆柱面、端面2.2.2 机床的运动1.工件表面的形成方法 零件表面的形成需要机床的运动刀具相对工件的运动，机床的运动形成了工件表面。p 通常，不同的运动形成了不同的表面不同的表面需要不同的运动（还和使用的

11、刀具有关，图2-37）。在机床上如何实现工件表面的加工？（结合金工实习进行思考）p 金属切削机床是采用切削的方法把金属毛坯加工成机械零件的机器，它是制造机器的机器，简称机床。图2-37 图2-35 机械零件上常见的表面（P134）1-平面；2-圆柱面；3-圆锥面；4-成形表面机械零件表面被设计成便于切削加工获得。一个好的设计师首先是一个好的工艺师。（1）机械零件上常见的表面（2）零件表面的形成l 运动的分析方法u 几何观点 机械零件的表面几何上可以看作是一条母线沿着一条导线运动而形成的，母线和导线统称为发生线，见图2-36。如何进行由表面到运动的分析？引入发生线的概念零件表面 发生线 机床运动

12、 零件表面的形成需要机床的运动刀具相对工件的运动，机床运动形成了工件表面。p 通常，不同的表面需要不同的运动。图2-36 零件表面的形成（几何观点）P1351-母线；2-导线u 切削观点 在切削加工过程中，通过刀具和工件的相对运动形成母线和导线，从而加工出零件表面。形成发生线的方法有4种。（将表面和运动联系到一起）（3）发生线的形成方法图2-37 形成发生线所需的运动1-刀尖或切削刃；2-发生线；3-刀具轴线的运动轨迹 1）轨迹法 图2-37(a)刀具切削刃与被加工表面为点接触。为了获得所需的发生线，切削刃必须沿发生线运动。因此，采用轨迹法形成所需的发生线需要一个独立的运动。可能不是简单的圆轨

13、迹或直线轨迹 2）成形法 图2-37(b)采用成形刀具加工时，切削刃的形状与所需生成的发生线形状一致。因此加工时不需要任何运动便可获得所需的发生线。3）相切法 图2-37(c)用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，刀具圆周上多个切削点（刃）轮流与工件表面相接触。此时除了刀具作旋转运动之外，还要使刀具轴线沿着一定的轨迹运动，而各个切削点运动轨迹的包络线就是所加工表面的一条发生线。因此，采用相切法形成发生线，需要刀具旋转和刀具轴线与工件之间的相对移动两个彼此相互独立的运动。4）展成法（范成法）图2-37(d)发生线（渐开线）是切削刃（是一条线）在各瞬时位置时的包络线。加工时，工件和刀具运动之间保证严格的运

14、动关系，二个运动之间不是彼此独立的，共同组成一个复合运动。加工时，刀具和工件再现机构工作时的运动关系，需要一个独立运动。简单运动 指机床的直线和旋转运动。复合运动 由彼此之间具有相互联系的、彼此不独立的几个简单运动组成，是一个独立的运动。2.机床的运动 几何观点、切削观点 形成（2条）发生线的运动称为表面成形运动（工作运动、切削运动），除了成形运动外，机床的其他运动称为辅助运动。辅助运动包括切入运动、分度运动、调位运动和其他运动。综合起来，机床运动包括：（1）表面成形运动（工作运动、切削运动）是形成被加工表面所必须的运动，它是机床上最基本的运动是形成2条发生线所需运动的综合。例如图2-37。n

15、 表面成形运动从切削的角度分为主运动和进给运动。课堂练习：（1）分析图2-36(d)所示，车削螺纹表面的成形方法及所需的成形运动。（2）分析图2-36(e)所示，滚切直齿圆柱齿轮齿面的成形方法及所需的成形运动。加工零件表面时，通过刀具与工件的相对运动形成2条发生线，从而形成所要加工的表面。成形运动是形成2条发生线所需运动的综合。n 每个独立成形运动有5个参数：起点、方向、轨迹、速度、行程。（2）切入运动（吃刀运动）刀具切入工件表面一定深度，以使工件获得所需的尺寸。（3）分度运动 工作台或刀架的转位或移位，以顺序加工均匀分布的若干个相同的表面或使用不同的刀具作顺次加工。（4）调位运动 根据工件的

16、尺寸大小，在加工之前调整机床上某些部件的位置，以便于加工。（5）其它各种运动 如刀具快速趋近工件或退回原位的空行程运动，控制运动的开、停、变速和换向等的操纵运动等。以上表面成形运动之外的运动，称为辅助运动。作业:P200，2-10(1)、(2)（画出加工简图）思考题：P200，2-11 作业:以简图分析进行下列加工时的成形方法，并标明机床上所需的运动。（2）在卧式车床上钻孔。思考题：举例说明什么叫成形运动、简单运动、复合运动？成形运动 形成发生线的运动。简单运动 指机床的直线和旋转运动。复合运动 由彼此之间具有相互联系的、彼此不独立的几个简单运动组成，是一个独立的运动。母线：直线 轨迹法 1个

17、运动导线：圆 轨迹法 1个运动综合：2个独立运动n 强调相对运动 为了进行机床运动的分析，在由表面到运动的分析过程之间，引入了发生线的概念。零件表面的形成需要机床的运动刀具相对工件的运动，机床运动形成了工件表面。p 通常，不同的运动形成了不同的表面不同的表面需要不同的运动。n 对运动的分析要从加工表面入手，表面 运动几何观点切削观点机床的运动是如何实现的？2.2.3 机床的传动 机床的运动是通过机床的传动系统实现的，通过机床的传动系统将运动和动力由运动源（电动机）传递到机床的执行件。因此机床的运动分析采取：（表面）运动 传动的认识、分析方法n 机床传动系统 由实现机床运动所必须的一系列传动元件

18、组成。1.机床传动系统的组成 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床传动系统必须有运动源、执行件和传动装置三个基本部分。机床的运动是如何实现的？n 运动源 是为执行件提供运动和动力的装置，如交流异步电动机，直流、交流调速电动机，伺服电动机等。n 执行件 是执行运动的机床部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动（旋转或直线运动）。n 传动装置（一系列传动件）是传递运动和动力的装置，通过传动装置将运动和动力从运动源传至执行件，使执行件获得运动，以及使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。包括机械、电气、液压、气动等类型。机床传动系统可进一步分解成若干

19、条传动链。2.传动链 n 传动链 构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件。传动联系 机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把运动源与执行件（如电机和主轴）或者把执行件与执行件（如主轴和刀架）联系起来，称为传动联系。机床上的所有传动链一起构成了一台机床的传动系统。末端件 传动链两端的元件称为末端件。计算位移 传动链两个末端件的转角或移动量以及它们之间要保证的关系称为计算位移。P137 例如：车削螺纹进给传动链的计算位移为：主轴转1r刀架移动L(mm)运动源和执行件 传动链的分析方法“抓两端，联中间”n 传动链按传动性质分为：外联系传动链和内联系传动链。（1）外联系传动链 是联系运动源

20、（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动，而且能改变运动的速度和方向，不要求运动源和执行件之间有严格的传动比关系。每一个独立运动都需要一个外联系传动链，将运动和动力传到执行件。例如：车削外圆柱面时，实现主轴旋转的传动链。（2）内联系传动链 当传动链的两个末端件转角或移动量之间有严格的比例关系要求时，该传动链称为内联系传动链，其通常连接一个复合运动的两个简单运动。例如：车削螺纹时，主轴和刀架之间的传动链。传动链两个末端件的转角或移动量之间如果有严格的比例关系要求，这样的传动链就是内联系传动链；若没有这种要求，则为外联系传动链。机床上的每一个独立运动都需要一条外

21、联系传动链，将运动和动力传到执行件；对于复合运动还再需要一条内联系传动链。通过前面由表面到运动的分析，我们可以知道加工某一个表面所需要的成形运动数。*3.传动原理图（要求会画典型机床的传动原理图）n 传动原理图 用一些简单的符号表示各执行件、运动源及之间传动联系的图形称为传动原理图（图2-39）。它并不表达实际传动机构的种类和数量，用于拟订和分析机床的传动原理。（符号没有标准)图中表达内容 运动源，传动装置（定比传动机构和换置机构），执行件，工件和刀具，执行件的运动及方向，传动装置的端点序号等。定比传动机构 传动方向和传动比固定不变的传动机构，如齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等。换置机构 传动

22、方向或传动比可以变换的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。示例：车床的传动原理图 P138 图2-39。图2-39 车床的传动原理图 图中字母说明：A直线运动。B旋转运动。XXX复合运动。第一位下标表示独立运动的序号，第二位下标表示复合运动中简单运动的序号。图中表达内容：电机，主轴、刀架，工件、刀具，定比传动机构、换置机构、丝杠螺母副，执行件的运动及方向，传动装置的端点序号等。4.转速图（自学，将在机械制造装备设计等设计类课中进一步学习。）n 转速图 用来表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副传动比的图形称为转速图（是一种网格图）。它可以用来拟定新的传动系统，也可以

23、用来对现有的机床传动系统进行分析和比较（图240为某车床主运动转速图）。变速问题 通用机床的工艺范围很广，为了适应不同的加工要求保证合适的切削速度、进给速度（量），机床运动有变速的要求。例如：车削外圆柱面，在选定刀具后，可以确定合适的切削速度。切削速度和主轴转速的关系如下：n=v/D，保证切削速度：Dn,Dn图2-41 某车床主运动转速图竖线 代表一根轴（用罗马数字表示轴号）竖线上的圆圈 表示该轴所能得到的转速横线 表示转速（图中用对数坐标给出）*5.传动系统图（要求能根据传动系统图进行分析及计算）n 传动系统图 表示机床全部运动的传动关系的示意图，图中用规定的符号（见GB4460-1984机

24、械运动简图符号)代表各种传动元件，按运动传递的顺序画在能反映机床外形和主要部件相互位置的展开图中（图2-41）。u 书中图2-41最低最高转速有错。特点 只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置。有时为了将空间机构展开为平面图形，还必须做一些技术处理，如将一根轴断开绘成两部分，或将实际啮合的齿轮分离开画（用大括号或虚线连接起来表示啮合）。内容 标明电机的转速和功率、轴的编号、齿轮和蜗轮的齿数、带轮的直径、丝杠导程和头数等参数。图2-41 某机床传动系统中的主运动传动部分内容：标明电机的转速和功率、轴的编号、齿轮和蜗轮的齿数、带轮的直径、丝杠导程和头数等参数。特点：只表示传动关系，而不表示

25、各零件的实际尺寸和位置。利用传动系统图分析机床传动系统*将机床的传动系统分解成传动链，机床上的每一个独立运动都需要一个外联系传动链，将运动和动力传到执行件；对于复合运动还再需要一条内联系传动链。主要分析内容如下（图2-41）：末端件：电动机和主轴 计算位移：电动机转速n电主轴转速n主 传动路线表达式（传动结构式）将各种可能的传动路线全部列出并标出传动比，可得到传动路线表达式。运动平衡式 为了表达传动链两个末端件计算位移之间的数值关系，常将传动链内各传动副的传动比连乘组成一个等式，称为运动平衡式。(反映两个末端件计算位移之间关系的等式。)图2-41所示的主运动传动链在图示啮合位置时的运动平衡式如

26、下：运动平衡式中也可以使用变量，使用变量表示换置机构的传动比。作业：请针对P141，图2-41完成下列分析及计算：1、确定主运动传动链的末端件，列出计算位移；2、写出传动路线表达式；3、列出实现最高、最低转速的运动平衡式，计算转速级数（Z）和最高、最低转速。转速级数（Z）：所能实现的转数的数量。本节小结1、机床的分类及通用机床型号编制要点 Z56254A2、认识、分析机床的方法 零件表面 机床的（成形）运动 机床的传动（机构和结构）（1）机床的运动分析 零件表面 机床成形运动 机械零件的表面可以看作是一条母线沿着一条导线运动而形成的，母线和导线统称为发生线。在切削加工过程中，刀具和工件的相对运

27、动形成了母线和导线，从而形成了零件表面。分析发生线的形成方法，要重点掌握每种发生线形成方法所需要的成形运动数。加工一个表面所需成形运动是形成两条发生线所需运动的综合；1台机床所需成形运动是形成加工工艺范围内所有表面所需运动的综合。（2）机床的传动分析 运动是通过机床的传动系统实现的 机床的成形运动 机床的传动 机床上的每一个独立运动都需要一个外联系传动链，将运动和动力传到执行件；对于复合运动还再需要一条内联系传动链。对于机床的认识，仅认识到运动和传动还不完全，可进一步根据机床的运动和传动来认识、分析机床的机构和结构，机床的机构和结构是保证实现机床运动和传动的基础。（通过后续设计类课程来学习）结合后面对典型机床的学习，要求会画典型机床（车床、滚齿机）的传动原理图*。3、利用传动系统图分析机床传动系统*n 分析方法 将传动系统分解为传动链，对传动链的分析方法是：“抓两端，联中间”n 分析内容及过程 确定末端件 明确计算位移 写出传动路线表达式 列出运动平衡式 计算转速（最高、最低）及转速级数