修第五章 模具加工机床.doc

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1 第 5 章模具加工机床 5.1 模具切削机床与数控机床基本知识 模具切削机床是用刀具切削的方法将模具毛坯加工成模具零件的机器 机床是模具制造 的基础机械, 其技术性能的高低, 质量的好坏, 对模具产品的的质量 生产率和经济效益都 有重要的影响 机床诞生到现在已经有一百多年了, 随着工业化的发展, 机床品种越来越多, 技术也越来越复杂 在一般的机械制造厂中, 机床可占机器总台数的 50%~70%; 机床所 负担的加工工作量, 约占机器制造总工作量 40%~60% 机床的基本结构机床的主要作用就是在其相应机构的带动下, 安装在其上的工件和刀具按一定的规律运 动, 通过切削刀具对工件的切削作用把多余的金属切除掉, 使加工表面成形 机床结构则是 为保证实现工件表面成形而构建的 为了实现加工过程所需的各种运动, 机床的基本结构包 括如下几个部分 : 1. 执行件机构执行机构是执行机床运动的部件, 如主轴 刀架 工作台等, 其基本 任务是带动被加工工件或刀具完成一定形式的运动 ( 旋转或直线运动 ), 并保持准确的运动 轨迹 2. 动力源动力源是为执行机构提供运动和动力的装置, 是执行机构的运动来源 机 床动力源一般采用交流异步电动机 步进电动机 直流或交流伺服电动机及液压驱动装置等 普通机床通常采用三相异步电动机作动力源, 数控机床采用直流交流调速电机和伺服电机 机床可以是几个运动共用一个动力源, 也可以是一个运动单独使用一个动力源 3. 传动机构传动装置是传递运动和动力的装置 通过它把动力源的运动和动力传递 给执行机构, 使执行机构获得运动和动力 ; 或将运动由一个执行机构传递到另一个执行机构, 以保持两个运动之间的准确传动关系 传动机构还可以实现变速 变向 改变运动形式等任 务 机床的传动机构有机械 液压 电气 气压等多种形式 4. 控制系统控制系统一般是指数控机床上由计算机及相应的软 硬件构成的控制系 统 它对机床运动进行控制, 实现各运动之间的准确协调 5. 支承系统支承系统是机床的机械本体, 包括床身 框架及相关机械联接在内的支 承结构, 属于机床的基础部分 在不同的机床中, 根据其功能和应用范围的不同, 上述几个组成部分可繁可简, 实现功 能要求的具体方式也不同 机床的传动链机床上为了得到所需要的运动, 需要通过一系列的传动件把执行件和动力源 ( 例如主轴 和电动机 ), 或者把执行件和执行件 ( 如主轴和刀架 ) 之间联接起来, 以构成传动联系 构 成一个传动联系的一系列传动件, 称为传动链 传动链可分为如下两类 : 1. 外联系传动链它是联系机床动力源和执行机构之间的传动链, 使执行机构按预定 的速度运动, 并传递一定的动力 如车削外圆中, 电动机至主轴和电动机至刀架的传动链 外联系传动链不要求动力源和执行机构间有严格的传动比关系 ; 外联系传动链中传动比的变 化, 只影响生产率和表面粗糙度, 不影响工件表面形状的形成 2. 内联系传动链它是保证执行机构之间有严格相对运动关系, 实现复合成形运动的 传动链 例如, 在车床上用螺纹车刀车螺纹时, 为了保证所加工螺纹的导程, 主轴 ( 工件 ) 每 转一转, 车刀必须移动一个导程 联系主轴 刀架之间的螺纹加工传动链, 就是一条有严格 传动比要求的内联系传动链, 如果传动比不准确, 车螺纹时就不能得到所规定的导程 内联 系传动链中不允许采用传动比不准确 ( 如带传动 摩擦传动 ) 或瞬时传动比变化 ( 如链传动 ) 的 86

2 传动机构, 否则无法保证所需的正确工件表面形状 机床的分类和型号编制机床是机械加工系统的主要组成部分 为适应不同的加工对象和加工要求, 机床有许多 的品种和规格 为便于区别 使用和管理, 需对机床进行分类和编制型号 1. 机床的分类 (1) 按加工性质和使用的刀具分类根据 GB/T 制定的机床型号编制方 法, 机床共分为十二大类 : 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 特种加工机床和其他机床 (2) 同类机床按通用性程度, 又可分为通用机床 专门机床 专用机床三类 : 1 通用机床 ( 也称万能机床 ) 其工艺范围很宽 通用性好, 可用于加工一定尺寸范围 内的各种类型的零件的不同工序, 但结构复杂, 加工生产率低, 适用于单件小批量生产和工 具修配生产, 例如万能升降台铣床 万能外圆磨床等 2 专门机床, 其工艺范围较窄, 只能加工某一类或少数几类的零件, 完成某一道或少数 几道特定工序, 例如曲轴车床 凸轮轴车床等 3 专用机床, 其工艺范围更窄, 通常只能完成某一特定零件的特定工序 这类机床加工 生产率很高, 适用于大批量生产 如汽车 拖拉机制造中的各种组合机床 专用铣床 加工 机床主轴箱的专用镗床等 此外, 同类机床根据加工精度又可分为普通精度机床 精密机床和超精密机床 ; 根据自 动化程度可分为手动 机动 半自动 自动机床 ; 根据质量和尺寸可分为轻型机床 ( 如加工 仪表的机床 ) 中型机床 ( 一般机床 ) 大型机床 ( 重 10t 以上 ) 重型机床 ( 重 30t 以上 ) 和 超重型机床 ( 重 100t 以上 ); 根据主轴或刀架的数目又可进一步分为单轴 多轴 多刀等 2. 机床的型号编制 机床型号是机床产品的代号, 用来简明地表示机床的类型 通用特性 结构特性 主要 技术参数等 GB/T 金属切削机床型号编制方法 规定 : 机床型号由一组汉 语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合而成, 适用于各类通用机床和专用机床 ( 组合机 床 特种加工机床除外 ) 通用机床的型号表示方式为 : (1) 类别代号分为十一大类, 用汉语拼音第一个大写字母表示, 如表 5-1 所示 需 要时, 类以下还可有若干分类, 分类代号用阿拉伯数字表示, 放在类代号之前, 作为型号的 首位, 但第一分类不予表示 如磨床类机床就有 M 2M 3M 三个分类 87

3 表 5-1 机床的类别代号 (2) 通用特性代号当某类机床除有普通型式外, 还有某种通用特性时, 应在类代号后加上通用特性代号 表 5-2 所示为常用的通用特性代号 当某种机床无普通型式时, 则通用特性不予表示 例如 : MG 表示高精度磨床 对主参数相同而结构 性能不同的机床, 在型号中加结构特性代号于一区分 结构特性代号为汉语拼音字母, 位置排在通用特性代号之后, 用除 工 O 及表示通用特性外的字母表示 例如 :CA6140 型卧式车床中的 A 就是结构特性代号 表 5-2 通用特性代号 (3) 组 型代号机床的组 型代号位于类代号或特性代号之后, 用两位阿拉伯数字表示 第一位表示组别, 分为 0~9 共 10 个组, 主要布局 使用范围基本相同的同一类机床为同一组, 如车床类组别中的 6 表示落地及卧式车床 ; 第二位数字表示型别, 表示每组又分为若干个型, 主参数相同 主要结构及布局型式相同的同一组机床即为同一型, 如车床类中的 6 组又分为 0~5 共 6 个型, 即 60( 落地车床 ) 6l( 卧式车床 ) 62( 马鞍车床 ) 63( 无丝杠车床 ) 64( 卡盘车床 ) 及 65( 球面车床 ) 各类机床的组 型代号可查阅有关资料 (4) 主参数 设计顺序号机床主参数代表机床规格的大小, 是机床的最主要的技术参数, 反映机床的加工能力, 取机床规格的 1 l/10 或 1/100 的折算值表示, 位于型代号之后 当无法用一个主参数表示时, 采用设计顺序号表示 (5) 主轴数和第二主参数机床有多根主轴时, 应以实际数值列入型号, 置于主参数之后, 用 X 分开 第二主参数一般是指最大模数 最大转矩 最大工件长度 工作台工作面长度等 第二主参数也用折算值表示 (6) 重大改进顺序号用于表示当机床的性能及结构上有重大改进, 在原机床型号的尾部, 加重大改进顺序号, 以区别于原型, 序号按 A B C 等字母的顺序表示 (7) 其他特性代号用于反映各类机床的特性 如对于一般机床, 可反映同一机床的变型 (8) 企业代号指机床生厂或研制单位代号, 置于最后, 用 一 分开, 若 / 右边只有企业代号, 则不加 一 通用机床型号编制实例 :CA6140 型卧式车床 88

4 5.1.4 数控机床概述数字控制是一种自动控制技术, 是用数字化信息进行控制的一种方法, 简称数控 (NC) 采用了数控技术的机床, 或者说装备了数控系统的机床, 称为数控机床 1. 数控机床的工作原理与组成 (1) 数控机床的工作原理 数控机床加工零件时, 首先要编制零件的数控加工程序, 这是数控机床的工作指令 将 数控加工程序输入数控装置, 再由数控装置控制机床主运动的变速 起停, 进给运动的方向 速度和位移大小, 以及其他诸如刀具选择交换 工件夹紧松开和冷却润滑的起停等动作, 使 刀具和工件及其他辅助装置严格地按照数控加工程序规定的顺序 路程和参数进行工作, 从 而加工出形状 尺寸与精度符合要求的零件 5-1) (2) 数控机床的组成 数控机床一般由信息载体 数控装置 伺服系统 测量反馈装置和机床本体组成 ( 图 图 5-1 数控机床的组成框图 1 信息载体它是储存零件加工信息的介质 常用的有穿孔带 磁带 磁盘等 也可利用键盘直接将程序及数据输入 另外, 用 CAD/CAM 软件在通用计算机上编程, 然后用计算机与数控系统的通信接口将程序或数据送到数控装置 2 数控装置它由输入装置 控制器 运算器和输出装置等组成 ( 图 5-2) 图 5-2 数控装置的信息处理框图输入装置接受信息载体上的信息, 经过识别和译码之后, 将指令送到控制器, 将数据送到运算器, 作为运算和控制的原始依据 控制器接受输入装置送来的控制指令, 控制运算器与输出装置 运算器接受控制器的指令, 将输入的数据信息进行处理, 并将处理的结果不断输送到输出装置, 输出装置根据控制器的指令, 将运算处理结果, 以脉冲形式, 经放大或转换成模拟电压量之后, 输送到伺服系统 3 伺服系统它是接受数控装置的指令, 驱动机床执行机构运动的驱动部件 ( 如主轴驱动 进给驱动 ) 伺服系统包括伺服控制电路 功率放大电路和伺服电动机等 伺服电动机常用的有步进电动机 直流伺服电动机和交流伺服电动机 4 测量反馈装置它由测量部件和相应的测量电路组成, 其作用是检测速度和位移, 并 89

5 将信息反馈给数控装置, 构成闭环控制系统 没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统常用的测量部件有脉冲编码器 旋转变压器 感应同步器 光栅尺和磁尺等 5 机床本体它是数控机床的主体, 是用于完成各种切削加工的机械部分, 包括床身 立柱 主轴 进给机构等机械部件 机床本体是被控对象, 其运动的位移和速度以及各种开关量是被控制的 数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置, 其机械传动结构大为简化, 此外, 数控机床还有一些辅助装置和附件设备, 如电气 液压 气动系统与冷却 排屑 润滑 照明等装置以及编程机 对刀仪等 2. 数控机床的分类数控机床品种繁多, 功能各异, 有多种分类方法 按控制方式分为三种 (1) 开环控制数控机床这类数控机床不带有位置检测装置, 如图 5-3 所示 数控装置根据信息载体的输入指令, 经控制运算, 把一定数量的电脉冲信号分配给步进电动机或伺服电动机, 驱动工作台或刀具移动一定距离 机床的加工精度由电动机和传动机构的精度来保证, 定位精度一般达到士 0.O2mm 由于其具有结构简单 成本较低 调试维修方便等优点, 因此被广泛应用于经济型 中小型数控机床 图 5-3 开环控制系统框图 (2) 闭环控制数控机床这类机床的工作台带有位置检测装置, 如图 5-4 所示 检测装置能将工作台实际位移量转变成脉冲信号, 输入比较器, 与数控装置发来的指令位移信号进行比较, 用两者的差值控制工作台向使误差减小的方向移动 直到差值为零时, 进给轴停止运动 常用的位置检测装置有光栅 感应同步器 磁尺等 这种闭环控制的数控机床加工精度高, 但设备造价高, 调试和维修较麻烦 图 5-4 闭环控制系统框图 (3) 半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在开环控制数控机床的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移检测装置, 如圆光栅 光电编码器以及旋转变压器等, 如图 5-5 所示 检测装置不是直接测量工作台位移量, 而是通过检测丝杠或进给电动机转角间接地测量工作台位移量, 然后反馈给比较器 由于丝杠螺母的传动误差无法测量, 所以系统不能补偿传动机构的误差, 因此, 精度较闭环控制的数控机床差 但由于角位移检测简单, 而惯性大的移动件不包括在闭环中, 所以系统有很好的稳定性, 调试方便, 被广泛用于中等以上精度的数控机床中 90

6 图 5-5 半闭环控制系统框图此外, 按机床加工的运动轨迹分为 : 点位控制数控机床 ( 如数控钻床 数控镗床 ) 直线控制数控机床 ( 如简易数控车床 简易数控铣床 ) 及轮廓控制数控机床 ( 如数控车床 数控铣床 加工中心 ); 按工艺用途分为 : 一般数控机床 ( 如数控车 铣 钻和镗床等 ) 及自动换刀数控机床 ( 如车削加工中心 钻削加工中心和镗削加工中心等 ) 3. 数控机床的坐标系为准确地描述数控机床上的运动部件在成形运动和辅助运动中的运动方向和运动距离的大小, 需要建立一个坐标系才能实现, 这个坐标系称为数控机床坐标系 国际标准化组织 (IS0) 和我国有关部门都对数控机床的坐标系制定了相应的标准, 并且两者是等效的 (1) 机床坐标系的规定标准规定采用右手笛卡儿直角坐标系 基本坐标轴为 x y z 相应每个坐标轴的旋转坐标分别为 A B C, 如图 5-6 所示 图 5-6 右手笛卡儿坐标系 (2) 坐标轴及运动方向的规定标准规定以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向 1z 坐标规定与机床主轴轴线平行的坐标轴为 z 坐标, 取刀具远离工件的方向为正方向 2x 坐标规定 z 坐标轴为水平方向, 且垂直于 z 轴并平行于工件的装夹面 对于工件旋转的机床 ( 如数控车床 数控磨床 ), 取横向离开工件旋转中心的方向为 x 91

7 轴正方向 对于刀具旋转的机床 ( 如数控铣床 数控镗床 ), 则规定 : 当 z 轴为水平时, 从刀具主轴后端向工件方向看, 向右方向为 z 轴正方向 ; 当 z 轴为垂直时, 对于单立柱机床, 面对主轴向立柱方向看, 向右方向为 x 轴正方向 3y 坐标当 x 轴 z 轴确定之后, 用笛卡儿直角坐标右手定则法确定 y 坐标轴及其正方向 4A B C 坐标 A B C 坐标分别为绕 x y z 坐标的旋转坐标, 按右手螺旋定则来确定 A B C 坐标的正方向 5 附加坐标如果有第二或第三组坐标平行于 z y z, 则分别指定用 U V W 和 P Q R 表示 若除了 A B C 第一旋转坐标系以外, 还有其他的旋转坐标, 则用 D E F 等表示 6 对于工件运动时的相反方向当工件是移动的, 而刀具固定时, 坐标轴用带 的字母表示, 如 + x, 表示工件相对于刀具的正向移动 而不带 的字母, 如 + x 则表示刀具相对于工件的正向移动 二者表示的运动方向正好相反 图 5-7 至图 5-10 给出了几种典型机床的标准坐标系简图 图中字母表示运动的坐标, 箭头表示正方向 图 5-7 卧式车床坐标系 图 5-8 卧式升降台铣床坐标系 92

8 图 5-9 立式升降台铣床坐标系 图 5-10 卧式镗铣床坐标系 4. 数控机床的特点和应用 (1) 自动化程度高在数控机床上加工零件时, 除了手工装卸工件外, 全部加工过程都由机床自动完成 在柔性制造系统上, 上下料 检测 诊断 对刀 传输 调度 管理等也都由机床自动完成, 这样减轻了操作者的劳动强度, 改善了劳动条件 ) (2) 加工精度高, 加工质量稳定数控加工的尺寸通常在 一 0.lmm 之间, 目前最高的尺寸精度可达土 mm, 不受零件形状复杂程度的影响, 加工中消除了操作者的人为误差, 提高了同批零件尺寸的一致性, 使产品质量保持稳定 (3) 对加工对象的适应性强数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序 当加工对象改变时, 除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外, 只要重新编写并输入该零件的加工程序, 便可自动加工出新的零件, 不必对机床作任何复杂的调整, 这样缩短了生产准备周期, 给新产品的研制开发以及产品的改进 改型提供了捷径 (4) 生产效率高数控机床的加工效率高, 一方面是自动化程度高, 在一次装夹中能完成较多表面的加工, 省去了划线 多次装夹 检测等工序 ; 另一方面是数控机床的运动速度高, 空行程时间短 目前, 数控车床的主轴转速已达到 5000 一 7000r/min, 数控高速磨削 93

9 的砂轮线速度达到 100 一 2OOm/s, 加工中心的主轴转速已达到 700OOr/min, 各轴的快速移动速度达到 20 一 30m/min (5) 易于建立计算机通信网络由于数控机床是使用数字信息, 易于与计算机辅助设计和制造 (CAD/CAM) 系统联接, 形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统 数控机床的不足之处是设备价格昂贵, 维修复杂, 对调试 维修人员的技术素质要求较高, 首件加工的准备周期较长 数控机床最适合加工形状复杂 精度要求高, 通用机床无法加工, 或虽然能加工但很难保证加工质量的零件 ; 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件 ; 必须在一次装夹下合并完成钻 扩 铰 铣 镗及攻螺纹等较多加工内容的零件 5.2 车床 车床的工艺范围和类型车床是完成车削加工所必需的设备, 广泛用于各种回转体零件和回转体的端面的加工 车床上可完成的典型加工工艺见图 5-11 所示 在普通精度的车床上, 加工外圆表面的精度 可达 IT8 一 IT7, 表面粗糙度 Ra 值可达 1.6~0.8μm 在精密级和高精密级车床上, 利 用合适的刀具还可完成高精度零件的精密加工 车床的主运动通常是由工件的旋转运动实现的, 进给运动是则由刀具的直线移动完成 的 普通车床按其结构和用途的不同, 可分为卧式车床 立式车床 转塔车床 回轮车床 液压仿形车床 仪表车床 仿形车床 多刀自动和半自动车床及各种专用车床 车床加工所使用的刀具主要是车刀, 还可以采用钻头 扩孔钻 铰刀等孔加工刀具和丝 锥板牙等螺纹加工刀具 图 5-11 卧式车床能加工的典型表面 CA6140 型卧式车床在各种车床中, 以卧式车床应用最普遍 工艺范围最广泛 它通用性强, 加工范围很广, 用于加工各种轴类, 套筒类和盘类零件上的回转表面, 如 : 内圆柱面, 圆锥面, 环槽及成形 回转表面 ; 端面及各种常用螺纹 ; 还可以进行钻孔, 扩孔, 铰孔, 和滚花等工艺, 见图 5-11 但自动化程度低, 特别是加工形状复杂的零件时, 换刀麻烦, 生产效率低 所以, 多适用于 94

10 单件小批量生产 本节将以 CA6140 型卧式车床为例对其传动系统和主要结构进行介绍 能如下 : 1. 卧式机床的组成图 5-12 所示为 CA6140 型卧式车床外形图, 其主要组成部件及功 图 5-12 CA6140 车床外形图 1- 主轴箱 2- 刀架部件 3- 尾座 4- 床身 5- 床腿 6- 光杠 7- 丝杠 8- 溜板箱 9- 床腿 10- 进给箱 11- 挂轮变速机构 (1) 主轴箱 主轴箱 1 固定在床身 4 的左上部 箱内装有主轴部件和变速 变向 传 动机构 其功能是支撑主轴, 并将动力经变速 变向 传动机构传给主轴, 使主轴按规定的 转速带动工件旋转, 实现主运动 (2) 刀架部件 刀架部件 2 位于床身 4 的中部, 安装在床身导轨上, 可沿导轨作纵向 移动 刀架部件由几层刀架组成, 其功能是带着夹持在上面的车刀移动, 实现纵向 横向或 斜向进给运动 (3) 尾座 尾座 3 安装在床身 4 右端的尾座导轨上 其功能是用后顶尖支撑工件, 也 可以安装钻头 铰刀及中心钻等孔加工刀具进行孔加工 尾座可沿导轨作纵向调整其位置, 然后夹紧在需要的位置上, 以适应不同长度工件的加工需要 尾座还可以相对它的底座在横 向调整位置, 以便车削锥度较小而长度较大的外圆锥面 (4) 进给箱 进给箱 10 固定在床身 4 的左前侧, 箱内装有进给运动变换机构 其功能 是改变机动进给量或所加工螺纹的导程, 并可按加工需要实现螺纹加工 ( 经过丝杠 ) 和一般机 动进给 ( 经过光杠 ) 的转换 (5) 溜板箱 溜板箱 8 固定在刀架部件 2 的底部, 带动刀架运动 其功能是把进给箱 传来的运动传递给刀架部件, 使刀架实现纵向进给 横向进给 快速移动或车螺纹 (6) 床身 床身 4 通过螺栓固定在左床腿 9 和右床腿 5 上, 它是车床的基本支撑件, 在床身上安装着车床的各个主要部件 其功能是支撑其他部件并使它们在工作时保持准确的 相对位置或运动轨迹 2. 卧式机床的主要参数及性能 床身上最大工件回转直径 400mm 最大工件长度 750;1000;1500;2000mm 刀架上最大工件回转直径 210mm 主轴转速 : 正转 24 级 10~1400r/min 反转 12 级 14~1580r/min 进给量 : 纵向 64 级 0.028~6.33mm/r 横向 64 级 0.014~3.16mm/r 95

11 车削螺纹范围 : 公制螺纹 44 种 P=1~192mm 英制螺纹 20 种 α=2~24 牙 /in 模数螺纹 39 种 m=0.25~48mm 径节螺纹 37 种 DP=1~96 牙 /in 主电机功率 : 7.5kW 3.CA6140 普通卧式车床 CA6140 型普通车床是普通精度级的卧式车床的典型代表, 经过长期的实际生产检验和不断的完善, 它在普通卧式车床中具有重要的地位 这种车床的通用性强, 可以加工轴类 盘套类零件 ; 车削米制 英制 模数制 径节制 4 种标准螺纹和精密 非标准螺纹 ; 可完成钻 扩 铰孔加工 这种机床的加工范围广, 适应性强, 但结构比较复杂, 适用于单件小批生产或机修 工具车间使用 96

12 97 图 5-13 CA6140 车床传动系统图

13 (1) 机床的传动系统 图 5-13 是 CA6140 车床的传动系统图 它主要包括主运动传动链 进给运动传动和螺纹 车削传动链 1 主运动传动链主运动传动链可使主轴获得 24 级正转转速和 12 级反转转速 传动链 的首末端件是主电动机 主轴 主动电机的运动经 V 带传至主轴箱的 Ⅰ 轴,Ⅰ 轴上的双向摩 擦片式离合器 M 1 控制主轴的启动 停止和换向 离合器左边摩擦片被压紧时, 主轴正转 ; 右边摩擦片被压紧时主轴反转 ; 两边摩擦片均末压紧时, 主轴停转 Ⅰ 轴的运动经离合器 M 1 和 Ⅱ 轴上的滑移齿轮 z 50 位于左边位置时,Ⅲ 轴运动经齿轮 63/50 直接传给主轴, 主轴获 得高转速 ; 当 z 50 位于右边位置与 z 58 联为一体时, 运动经 Ⅲ 轴 Ⅳ 轴 Ⅴ 轴之间的背轮机构 传给主轴, 主轴获得中低转速 主运动传动路线的表达式为 : 56 / / 41 左 20 / / φ130 M 1 电动机 Ⅳ Ⅴ M 2 I 51/ 43 Ⅱ 22 / 58 Ⅲ 50 / 50 51/ 主轴 n = 1450 / min kw r φ 右 M 50 / / / / 50 1 由传动路线表达式可知, 主轴正转转速级数为 n = 2 3 ( ) = 30 级 但在 Ⅳ 轴 Ⅴ 轴之间的 4 种传动化分别为 u 1 = 1/ 16 u 2 1/ 4 u 3 = 1/ 4 u 4 1, 因而, 实 际上只有 3 种不同的传动比 故主轴的实际转速级数是 n = 2 3 ( ) = 24 级 同理, 反转时主轴的转速级数为 12 级 主轴的转速可按下列运动平衡式计算 : 式中 ; n 主 主轴转速, r / min ; n 主 = 1450 u1 Ⅱ uⅡ Ⅲ u Ⅲ Ⅵ u u 分别为 Ⅰ Ⅱ 轴 Ⅱ Ⅲ 轴 Ⅲ Ⅵ 轴之间的变速传动比 Ⅰ Ⅱ uⅡ Ⅲ Ⅲ Ⅳ 2 螺纹车削传动链车削螺纹时, 主轴回转与刀具的纵向进给必须保持严格的运动关系, 即主轴转 1 转, 刀具移动一个螺纹导程 这是一条内联系传动链, 其运动平衡式应为 : 1 主轴 u X P = P 式中 ; u 机床主轴至丝杠之间的总传动比 ; X P 分别为车床丝杠和被加工螺纹的导程, 在 CA6140 中, P = 12mm 丝杠 P 螺纹 丝杠 螺纹 丝杠 C6140 所能加工的 4 种螺纹的螺中 导程换算关系如表 5-3 所示 表中 k 为螺纹头数 98

14 表 5-3 螺距 导程换算关系 螺纹种类螺距参数螺距 /mm 导程 /mm 米制螺距 T / mm T P = kt 模数制 英 制 径节制 ( 正常螺距 ) 主轴 ( 扩大螺距 ) 模数 m / mm 每英寸牙数 a /( 牙 / in) 径节 DP /( 牙 / m) T m = πm T a = 25.4 / a T DP = 25.4π / DP 在车削螺纹时, 根据螺纹的标准和导程, 通过调整传动链实现加工要求 a. 车削米制螺纹传动路线表达式如下 : 58 / Ⅴ ( 米制螺纹 )63 / / 75 Ⅻ ( 模数制螺纹 )64 / / 97 P m = kt m = kπm Pa = kta = 25.4k / a PDP = ktdp = 25.4kπ / DP ( 右螺纹 ) 33 / / Ⅸ Ⅳ Ⅲ Ⅷ ( 左螺纹 ) 33 / 25 Ⅹ 25 / / ⅩⅢ u 基 25 ⅩⅣ u 25 倍 ⅩⅦ M 5 丝杠 其中, u 基 为 ⅩⅢ ⅩⅣ 轴之间的变速传动传动化, 由此可以得到基本的螺纹导程, u 基称为 基本变速组, 共有 8 种传动比, 分别为 : u = 26 / / 7, u = 28/ 28 7 / 7, u = 32 / 28 8/ 7, u = 36 / 28 9 / 7 1 = 2 = 3 = 4 = u = 19 /14 9.5/ 7, u = 20 /14 10 / 7, u = 33/14 11/ 7, u = 36/14 12 / 7 5 = 6 = 7 = 8 = u 倍为 ⅩⅤ ⅩⅦ 轴之间的变速传动比, 称为增倍变速组, 共有 4 种传动比, 分别为 : u 倍 =,u u 倍 =,u = = = 倍 2 = 3 = 倍 4 = 上述 4 种传动比成倍数关系排列, 通过改变 u 倍可以使被加工螺纹的导程成倍数变化, 扩大了车床能加工的螺纹导程数量 在传动路线中, 通过改变挂轮就可以实现米制螺纹与模数制螺纹的加工转换 由传动路 线可得加工米制螺纹的运动平衡式, 化简后为 : 1 主轴 7 u u = P 基 倍 螺纹 加工模数制螺纹的运动平衡式为 : P m = kπ m = 1 u 基 u倍 其中, 7π / 48 化简后为:

15 1 主轴基倍 7 u u /(4k) = m 式中 : m 模数制螺纹的模数 ; k 模数制螺纹的头数 b. 车削英制螺纹为实现英制螺纹的特殊因子和以每英寸长度上的螺纹牙数表示螺距的 要求, 把米制螺纹加工的传动路线进行调整 首先, 改变 ⅩⅢ ⅩⅣ 轴的主从动关系, 从而 使基本组的传动比变为原来的倒数 ; 其次, 在传动链中改变部分传动副的传动比, 使之包含 特殊因子 25.4 其传动路线表达式如下 : ( 正常螺距 ) 轴 ( 扩大螺距 ) 58 / Ⅴ ( 英制螺纹 )63 / / 75 Ⅻ M ( 径节制螺纹 )64 / / 97 同理, 通过改变挂轮可以实现英制螺纹与径节制螺纹的转换 加工英制螺纹时, 其运动平衡式为 : 25.4k a = u 36 u 25 P a = 倍基 式中, 25.4 / 21 上式可简化为 : 式中 : a 螺纹每英寸长度上的牙数 1 主轴基倍 7ku /(4u ) = a 加工径节制螺纹时, 同理可得运动平衡式为 : 1 主轴 基 / 倍 7ku u = DP 式中 : DP 径节制螺纹的导程主参数 ( 径节数 ) 12 在加工非标准螺纹和精密螺纹时, 可将 M 3 M 4 M 5 全部啮合, 主轴的运动经过挂轮后, 由 ⅩⅡ 轴 ⅩⅣ 轴 ⅩⅦ 轴直接传给丝杠 被加工螺纹的导程通过调整挂轮的传动比来实现 这时, 传动路线缩短, 传动误差减小, 螺纹精度可以得到较大的提高 其运动平衡式为 : 1 主轴挂 u 12 = P 在普通车削机动进给时, 为避免丝杠过快磨损, 刀具的进给动动通过光杠传动 其传动 路线表达式如下 : 80 / 20 Ⅵ Ⅱ 50 / Ⅷ 1 ⅩⅣ u 基 ⅩⅢ ( 右螺纹 ) 33 / 33 Ⅸ ( 左螺纹 ) 33 / 25 Ⅹ 25 / ⅩⅤ u 倍 ⅩⅦ M 5 丝杠 100

16 米制螺纹路线 主轴 ⅩⅦ 英制螺纹路线 40 / 48 M 9 40 / / 48 M 40 / 48 M 8 40 / / 48 M ⅩⅩⅤ 48 ⅩⅫ 光杠 M 56 刀架 ( 横向进给 ) ⅩⅩⅢ 齿条 ( z 12 6 M 7 ⅩⅩ 4 29 ) 刀架 ( 纵向进给 ) 数控车床数控车床与普通车床相比, 具有加工灵活 通用性强 自动化程度高 能适应产品品种 和规格频繁变化的特点, 特别适合于加工形状复杂的轴类和盘类零件, 在新产品的开发和多 品种 小批量 自动化生产中被广泛应用 1. 数控车床的分类 数控车床的种类很多, 对它的分类有以下几种方法 : (1) 按数控系统的功能分类分为主轴采用异步电动机驱动, 进给采用步进电动机驱动, 开环控制的经济型数控车床 ; 主轴采用能调速的交 直流主轴控制单元驱动, 进给采用伺服 电动机驱动, 半闭环或闭环控制的全功能数控车床 ; 在全功能数控车床基础上配上刀库 自 动换刀装置以及动力刀具 ( 如铣刀和钻头 ) 的车削中心 (2) 按主轴的配置形式分类分为主轴水平布置的卧式数控车床和主轴垂直布置的立式 数控车床 (3) 按数控系统控制的轴数分类分为只有一个回转刀架的可实现两坐标轴联动的两轴 控制的数控车床和有两个独立的回转刀架, 可实现四轴联动的四轴控制的数控车床 2. 数控车床的组成 虽然数控车床种类较多, 但一般均由机床本体 数控装置 伺服系统 位置检测装置以 及辅助装置等几部分组成 图 5-14 是 AD25 型数控车床外形图, 是由河南安达机床有限公 司引进日本技术生产的全功能精密数控车床 它由床身底座 斜床身 主轴箱 后拖板 电 动刀架 液压尾座 控制系统等主要部分构成 它能完成普通卧式车床所能完成的各种加工 工艺 在数控系统的控制下, 它可以不增加特殊的装置而通过数控编程完成各种复杂成形回 转曲面或非回转曲面的加工 适用于多品种轴类 盘套类以及异型复杂回转曲面的高效自动 化加工 该机床的主要技术性能如下 : 最大车削直径 : 最大车削长度 : 自动送料最大直径 : 行程 : 主轴转速 : 刀塔刀具数量 : 360mm 53Omm 75mm x 轴 : 210mm 35 一 3500r 10 把 换刀时间 : 1.0s 主轴电机 : 3. 主要机械结构 18.5kW (1) 主轴箱由于传动系统的简化, 该机床的主铀箱中只有一根轴, 主轴箱结构得以大大 简化 为保证主轴的高速回转精度和足够的承载能力, 主轴采用了高精密的角接触球轴承 双列圆柱滚子轴承组合构成主轴的支承 其中, 前支承采用了一对背对背的角接触球轴承和 一个双列圆柱滚子轴承, 用以承受双向的轴向力和径向力 ; 后轴承采用了一个双列圆柱滚子 ⅩⅪ 101

17 轴承, 用以承受径向力 在主轴箱体内采用封闭式强制润滑系统, 保证主轴的润滑 (2) 床身部件 AD25 数控车床采用 45 倾斜式床身结构 与平形床身相比, 这种结构便于排屑和安装自动排屑器, 便从工件上切下的热铁屑不致堆积在导轨上, 可以减少机床热变形 ; 这种结构便于操作和安装机械手, 实现单机自动化 另外, 由于床身倾斜, 占地面积减小, 结构简洁 床身上采用了两组平导轨, 一组是后拖板的 z 向运动导轨, 另一组是尾座移动导轨 图 5-14 数控车床外形图 (3) 电动刀架数控车床的电动刀架是其主要部件之一, 在刀架的转塔刀盘刀座上可安装或夹持各种不同用途的刀具, 通过转塔刀盘的旋转分度实现自动换刀的动作 其换刀动作包括松开一分度一预定位一精定位一夹紧几个顺序步骤 (4) 后拖板刀架安装在后拖板上, 由后拖板带动作 z 向和 x 向进给运动, 由于后拖板安装在机床的斜后上方, 在加工时, 横向的切削抗力与刀架拖板的自身重力部分抵消, 减小了横向进给伺服电机的载荷, 有利于保持机床的精度 5.3 铣床 铣床的工艺范围和特性铣床是一种应用非常广泛的机床 在铣床可以加工平面 ( 水平面 垂直面等 ) 曲面 台 阶 沟槽 ( 键槽 燕尾槽 T 形槽等 ) 分齿零件 ( 齿轮 花健轴等 ) 及各种成形表面 此外, 还可用于对回转体表面及内孔进行加工, 以及进行切断工作等 由于铣刀为多齿刀具, 铣削 时有几个刀齿同时参加切削, 还可以采用高速铣削, 所以具有较高的生产率 铣床工作时的主运动是铣刀的旋转运动 在多数铣床上, 进给运动是由工件在垂直于铣 刀轴线方向的直线运动采实现的 在少数铣床上, 进给运动是工件的回转运动或曲线运动 为了适应加工不同形状和尺寸的工件, 铣床保证工件与铣刀之间可在相互垂直的三个方向上 调整位置, 并根据加工要求, 在其中任一方向实现进给运动 在铣床上, 工作进给和调整刀 具与工件相对位置的运动, 根据机床类型不同, 可由工件或分别由刀具及工件来实现 由于 铣床使用旋转的多刃刀具加工工件, 同时有数个刀齿参加切削, 因此生产率较高, 且能改善 加工表面粗糙度 但是, 由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的, 同时每个刀齿的切削厚度 又是变化的, 这就使切削力相应地发生变化, 容易引起机床振动, 因此, 铣床在结构上要求 有较高的刚度和抗振性 铣床的类型铣床的类型很多, 根据构造特点及用途分, 主要类型有 : 升降台式铣床 工作台不升降 102

18 铣床 工具铣床 龙门铣床 仿形铣床 仪表铣床 专门化铣床 ( 包括键槽铣床 凸轮铣床 ) 数控铣床等 1. 升降台式铣床升降台式铣床是铣床类机床中应用最广泛的一种类型 它在结构上的特征是, 安装工件的工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置, 并可在其中任一方向上实现进给运动 加工时安装铣刀的主轴仅作旋转运动, 其轴线位置一般固定不动 升降台式铣床的工艺范围很广, 可用于加工中小型零件的平面 沟槽, 配置相应的附件, 可铣削螺旋槽 分齿零件以及钻 镗孔 插削等工作 根据主轴的布局, 升降台式铣床可分为卧式及立式两种 (1) 卧式升降台铣床卧式升降台铣床的主轴是水平安置的, 主要用于单件及成批生产中加工平面 沟槽及成形表面 图 5-15 X6132 卧式万能升降台铣床 1 底座 2 床身 3 悬梁 4 刀杆支架 5 主轴 6 工作台 7 床鞍 8 升降台 9 回转盘 X6132 卧式万能升降台铣床的外形如图 5 15 所示 床身 2 固定在底座 l 上, 用于安装和支撑机床的其他部件 床身内装有主轴部件 主运动变速传动机构和变速操纵机构等 床身 2 的顶部的燕尾槽导轨上装有悬梁 3, 可沿主轴轴线方向前后调整位置 在悬梁的下面装有刀杆支架 4, 用来支撑刀杆的悬臂端, 以提高刀杆的刚度 升降台 8 安装在床身前面的垂直导轨上, 可以沿导轨上下移动 ( 垂直移动 ) 升降台内装有进给机构及其操纵机构 升降台的水平导轨上装有床鞍 7 可沿平行于主轴 5 的轴线方向移动 ( 横向移动 ) 工作台 6 安装在床鞍 7 的导轨上, 可沿垂直于主轴轴线方向移动 ( 纵向移动 ) 固定在安装在工作台上的工件, 通过工作台 床鞍及升降台, 可以在相互垂直的三个方向实现任一方向的调整或进给运动 X6132 卧式万能升降台铣床的工作台 6 和床鞍 7 之间的回转盘 9, 可绕垂直轴在 ±45º 范围内调整一定角度, 改变工作台的移动方向, 使工作台的运动轨迹与主轴成一定的夹角, 从而可加工斜槽 螺旋槽等 此外, 万能升降台铣床还可选配立式铣头 圆工作台等附件, 扩大机床的加工范围 (2) 立式升降台铣床这类铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴是垂直安置的, 可用各 103

19 种端铣刀或立铣刀加工平面 斜面 沟槽 台阶 ; 若采用分度头或圆形工作台等附件, 还可铣削齿轮 凸轮及铰刀 钻头等螺旋面, 立式升降台铣床很适合加工模具型腔和凸模成形表面, 故在模具加工中应用广泛 图 5-16 为立式升降台铣床中常见的一种 其工作台 3, 床鞍 4 及升降台 5 的结构与卧式升降台铣床相同 立铣头 1 可根据加工要求在垂直平面内调整角度, 主轴 2 并可沿轴线方向进行调整或作进给运动 1 立铣头 2 主轴 3 工作台 4 床鞍 5 升降台图 5-16 立式升降台铣床综上所述, 升降台式铣床的优点是工艺范围较广泛, 工作时切削加工的高低位置不变, 利于操作者观察加工情况, 且机床的操纵手柄较集中, 便于调整及操纵 其缺点是工作台支承在成悬臂状态的升降台上, 且层次多, 因而刚性较差, 不适于进行重切削及加工大型工件 图 5-17 龙门铣床 1 床身 2 卧铣头 3 立铣头 4 立柱 5 横梁 6 立铣头 7 操纵箱 8 卧铣头 9 工作台 3. 龙门铣床龙门铣床的外形结构如图 5-17 所示 龙门铣床是一种大型的高效通用机床, 主体结构呈框架式, 具有较高的刚度及抗振性 其横梁 5 可以在立柱 4 上升降, 以适应加工不同高度的工件 安装在横梁 5 上的两个垂直铣削头 ( 主轴箱 )3 和 6 可在横梁上沿水平方向调整位置 ; 104

20 两个立柱上安装的两个卧铣头 2 和 8 则可沿垂直方向调整位置 每个铣头都是独立的运动部件, 铣刀旋转为主运动 9 为工作台, 其上安装被加工的工件, 铣削时沿床身 l 上的导轨做直线进给运动 工作时, 调整工作台侧面 T 形槽内的撞块, 可使工作台运动的实现自动循环 4 个铣削头都可沿各自的轴线走轴向移动, 实现铣刀的吃刀运动 龙门铣床主要用于各类大中型工件的平面 沟槽加工, 借助于附件并可完成斜面 孔的加工 由于在龙门铣床上可以用几个铣头同时加工工件的几个平面, 所以, 龙门铣床生产率很高, 在成批和大量生产中得到了广泛的应用 5.4 钻床 钻床的工艺范围与类型主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床, 它是孔加工的主要机床 在车床上钻孔时, 工件旋转, 刀具作进给运动 而在钻床上加工时, 工件不动, 刀具作旋转主运动, 同时沿轴 向移动作进给运动 故钻床主要用于加工外形较复杂 没有对称回转轴线的工件上的孔, 尤 其是多孔加工 如加工箱体 机架等零件上的孔 钻床一般用于加工尺寸较小, 精度要求不太高的孔, 如各种零件上的连接螺钉孔 此外, 还可进行扩孔 铰孔 锪孔 锪平面 钻埋头孔及攻螺纹等工作 如图 5-18 所示 (a) 钻孔 (b) 扩孔 (c) 铰孔 (d) 攻螺纹 (e) 锪埋头孔 (f) 锪平面 图 5-18 在钻床上能完成的工作 钻床的主参数是最大钻孔直径 根据用途和结构的不同, 钻床可分为 : 立式钻床 台式 钻床 摇臂钻床 专门化钻床 ( 如深孔钻床 中心钻床等深孔钻床以及中心孔钻床等 在上述钻床中, 应用最广泛的是立式钻床 摇臂钻床和立式数控钻床 常用钻床 1. 立式钻床 立式钻床的主轴呈垂直布置且位置固定不动, 被加工孔位置的找正, 必须通过移动工件 来实现 根据主轴数, 可分为单轴和多轴立式钻床 105

21 图 5-19 立式钻床 图 5-20 摇臂钻床 1 工作台 2 主轴 l 底座 2 立柱 3 摇臂 3 主轴箱 4 立柱 5 进给操纵手柄 4 主轴箱 5 主轴 6 工作台 图 5-19 为立式钻床的外形 机床由主轴箱 3 立柱 4 工作台 1 和底座等部件组成 立柱 4 是机床的基础件, 上有垂直导轨 主轴箱 3 和工作台 1 可沿立柱的垂直导轨上下移动调整它们的位置, 以适应不同高度工件加工的需要 由于立式钻床主轴转速和进给量的级数比较少, 而且功能简单, 所以把主运动和进给运动的变速操纵机构都装在主轴箱 3 中 钻削时, 电动机通过变速箱带动主轴 2 旋转, 主轴旋转实现主运动, 同时沿轴向移动实现进给运动 利用装在主轴箱 3 上的进给操纵机构, 可实现主轴的快速升降 手动进给, 以及接通和断开机动进给 立式钻床工作时, 每加工完一个孔, 需要移动工件才能使刀具旋转轴线对准下一个被加工孔的中心线, 因此, 仅适用于单件小批量生产中加工中小型工件 如果在工件上需钻削一个平行孔系, 而且生产批量较大, 则可考虑使用可调多轴立式钻床 加工时, 主轴使全部钻头一起转动, 并同时进给 一次进给即将孔系加工出来, 具有很高的生产率 2. 摇臂钻床对于体积和质量都比较大的工件在立式钻床上找正孔的位置很不方便, 不仅费时多, 劳动强度大, 且不易保证加工精度 因此, 大中型工件上的孔需采用摇臂钻床来加工 摇臂钻床与立式钻床的区别是, 其工件固定不动, 主轴可以很方便地在水平面上调整位置, 使刀具对准被加工孔冲心, 而工件则固定不动 图 5-20 为摇臂钻床的外形 机床由底座 1 立柱 2 摇臂 3 主轴箱 4 等部件组成 主轴箱 4 装在摇臂 3 上, 并可沿摇臂 3 上的导轨水平移动 摇臂 3 既可沿立柱 2 作垂直升降运动, 又可绕立柱 2 转动, 这样能适应不同高度和不同位置的工件加工 为使钻削时机床有足够的刚性, 并使主轴箱 4 的位置不变, 当主轴箱 4 在空间的位置完全调整好后, 机床上设有对产生上述相对移动和相对转动的立柱 摇臂和主轴箱相应的夹紧机构快速夹紧 摇臂钻床的结构完善, 操纵方便, 主轴转速范围和进给量范围大, 广泛用于单件 成批生产中 106

22 3. 立式数控钻床数控立式钻床是在普通立式钻床的基础上发展起来的, 可以完成钻 扩 铰 锪端面和攻螺纹等工序, 适用于孔距精度要求较高的中 小批零件的加工 图 5-21 所示是 ZK5140C 型数控钻床 该机床配备经济型数控系统, 三坐标二轴联动, 点位控制, 可完成钻孔 扩孔 铰孔 锪端面 钻沉孔以及攻螺纹等工作 ZK5140C 型数控钻床的主运动由主轴箱 7 上的主电动机 8 带动主轴箱内的摩擦离合器以及若干对齿轮副传动主轴 5 实现 主轴有 12 级转速, 并由手柄 6 调整 工作台 4 的纵向 (X 轴 ) 和横向 (y 轴 ) 进给运动由各自的步进电动机通过一对同步齿形带轮和滚珠丝杠螺母副实现,13 是纵向滚珠丝杠, 2 为横向滚珠丝杠, 两轴可联动 主轴箱的垂直进给由步进电动机 9 经装在主轴箱内的两对齿轮副和一对蜗轮蜗杆副驱动主轴套筒上的齿条获得 主轴垂直进给也可由转动手柄 11 来实现 主轴箱 7 可沿立柱 10 的导轨升降, 以调整高度位置 主轴箱调整好位置后用锁紧螺栓锁紧 数控机床的程序输入 编辑等按键以及工作方式 启动 停止等按键都在支架 15 上的控箱操纵面板 12 上 图 5-21 ZK5140C 数控钻床外形图 1 底座 2 横向丝杠 3 罩 4 工作台 5 主轴 6 手柄 7 主轴箱 8 主电机 9 步进电机 10 立柱 11 手柄 12 面版 13 纵向丝杠 14 滑座 15 支架 5.5 镗床 镗床的工艺范围与类型镗床类机床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床 适合加工尺寸较大 精度要求较 高, 精度要求较高的孔, 特别是分布在不同表面上, 孔距和位置精度要求较高的孔 ; 如卧式 车床主轴箱上的诸多孔系, 孔之间有较高的如同轴度 平行度 垂直度要求 还可以进行钻 孔 扩孔 铰孔 车螺纹 铣平面等加工 由于镗刀及镗杆的刚度比较差, 容易产生变形和振动, 加之切削液的注入和排屑困难, 107

23 观察和测量不便, 镗削加工的生产率较低 但在单件和中 小批生产中, 尤其是大型 复杂 的箱体类零件, 镗削仍是一种经济实用的加工方法 镗床的主要类型有卧式镗床 坐标镗床和金刚镗床等, 其中以卧式镗床应用最广泛 常用镗床 1. 卧式镗床 图 5-22 卧式镗床的典型加工方法 卧式镗床是镗床类机床中应用最普遍的一种类型, 其工艺范围非常广泛, 除镗孔外, 还 可铣削平面 成型面和各种形状的沟槽, 进行钻孔飞扩孔和铰孔, 车削端面和短的外圆柱面, 车内外环形槽和内外螺纹等 如图 5-23 所示 卧式镗床可将工件一次安装后完成大部分甚至 全部加工工序, 避免多次的搬运, 找正 装卡, 主要用于加工尺寸较大 形状复杂的大 中 型零件, 如各种箱体 床身 机架等 图 5-23 卧式镗床 l 后立柱 2 后支架 3 导轨 4 下滑座 5 上滑座 6 工作台 7 平旋盘 8 镗轴 9 前立柱 10 主轴箱 108

24 卧式镗床的外形如图 5-23 所示 前立柱 9 固定地安装在床身的右端, 在它的垂直导轨上装有可上下移动的主轴箱 10, 主轴箱中装有主轴部件 主运动和进给运动变速传动机构以及操纵机构等 根据加工情况, 刀具可以装在镗轴 8 前端的锥孔中, 或装在平旋盘 7 上 加工时, 镗轴 8 作旋转主运动, 平旋盘 7 只能作旋转主运动 在主轴箱 10 的后部固定着后尾筒, 其内装有镗轴的轴向进给机构 装在后立柱 l 垂直导轨上的后支架 2, 用于支撑悬伸长度较大的镗杆的悬伸端, 以增加刚性 后支架可沿后立柱上的导轨与主轴箱同步升降, 以保持其上的支撑孔与镗轴在同一轴线 后立柱 1 可沿床身的导轨 3 左右移动, 以适应镗杆的不同悬伸长度 工件安装在工作台 6 上, 可以与工作台 6 一起随下滑座 4 或上滑座 5 作纵向或横向移动 工作台 6 还可在上滑座 5 的圆导轨上绕垂直轴线转位, 能使工件在水平面内调整至一定角度位置, 以便在一次安装中对互相平行或成一定角度的孔与平面进行加工 由上述可知, 卧式铣镗床具有下列几种运动 : 机床的镗轴和平旋盘的旋转主运动, 镗轴的轴向进给运动, 主轴箱的垂直进给运动, 平旋盘刀具溜板的径向进给运动, 工作台纵向和横向进给运动 机床的辅助运动有 : 主轴 工作台等在进给方向上的快速调位移动 ; 后立柱的纵向调位移动 ; 后支架的竖直调位移动以及工作台的转位运动 卧式镗床上镗孔的坐标位置, 由垂直移动主轴箱和横向移动工作台来确定 为了保证孔与孔以及孔与基准面间的距离精度, 机床上具有测量主轴箱和工作台位移量的坐标测量装置, 以实现主轴箱和工作台的精确定位 2. 坐标镗床坐标镗床是一种高精度机床, 主要用于加工精密孔系 这种机床除主要零 部件的制造和装配精度很高并具有良好的刚度和抗振性外, 还具有工作台 主轴箱等移动部件的精密坐标测量装置, 能实现工件和刀具的精密定位 因此, 坐标镗床不仅可以保证被加工孔本身达到很高的尺寸和形状精度, 而且在不采用任何夹具引导刀具的条件下, 保证孔的中心距以及孔至某一基面的距离达到很高的精度 图 5-24 立式单柱坐标镗床 1 工作台 2 主轴 3 主轴箱 4 立柱 5 床鞍 6 床身坐标镗床的工艺范围很广, 除镗孔 钻孔 扩孔 铰孔 精铣平面和沟槽外, 还可进行精密刻线和划线以及孔距和直线尺寸的精密测量等工作 坐标镗床由于生产率较低, 主要适用于工具车间加工精密钻模 镗模及量具等, 也适用于生产车间成批加工孔距精度要求较高的箱体及其它零件 坐标镗床按其布局形式不同, 可分为立式单柱坐标镗床 立式双柱坐标镗床和卧式坐标 109

25 镗床等几种类型 图 5-24 为立式单柱坐标镗床的外形 立式单柱坐标镗床的布局形式与立式钻床类似, 其主轴在水平面上的位置是固定的 镗孔坐标位置由工作台沿床鞍导轨的纵向移动和床鞍沿床身导轨的横向移动来确定 装有主轴部件的主轴箱 3 装在立柱 4 的垂直导轨上, 可上下调整位置以适应加工不同高度的工件 主轴由精密轴承支承在主轴套筒中 ( 其结构与钻床主轴相同, 但旋转精度和刚度要高得多 ), 由主传动机构传动其旋转, 完成主运动 当进行镗孔 钻孔 扩孔 铰孔等工序时, 主轴由主轴套筒带动, 在垂直方向作机动或手动进给运动 当进行铣削时, 则由工作台在纵 横方向移动完成进给运动 立式单柱坐标镗床的工作台三面敞开, 操作比较方便, 它的主轴垂直于工作台台面, 因此适于加工高度小于横向尺寸, 被加工孔的轴线垂直于安装基准面的扁平零件, 如钻模 镗模等 5.6 刨床 刨床的工艺范围和特性刨床类机床主要用于加工各种平面 ( 如水平面 垂直面 倾斜面 ) 和沟槽 ( 如 T 形槽 燕尾槽 V 形槽等 ), 如对机床进行适当的调整, 也可以加工花键以及一些直线成形面, 如 图 5-25 所示 刨床类机床的主运动是刀具或工件所作的直线往复运动 刨削加工只在刀具向工件 ( 或工 件向刀具 ) 前进时进行, 返回时不进行切削, 并且刨刀抬起 让刀, 以避免损伤已加工表面 和减轻刀具磨损 刨床类机床的进给运动的是间歇性的直线往复运动, 由刀具或工件完成, 其方向与主运动方向相垂直 图 5-25 刨床加工的典型表面 刨床类机床由于所用刀具结构简单, 在单件小批生产条件下, 加工形状复杂的表面比其 它刀具经济, 且生产准备工作省时 由于刨床主运动反向时需克服较大的惯性力, 因此限制 了切削速度和空行程速度的提高, 而在空行程时又不进行切削, 故在加工大平面时机床生产 率较低 ; 但在用宽刃刨刀以大进给量加工狭长平面时的生产率较高, 因此主要由于单件小批 生产中 刨床类机床主要有牛头刨床 龙门刨床和插床三种类型 常用的刨床 1. 牛头刨床 牛头刨床的主运动是由刀具完成的, 而进给运动则由工件或刀具沿垂直于主运动方向移 动来实现 图 5-26 所示为牛头刨床的外形 装有刀架 1 的滑枕 3 可沿床身 4 的导轨在水平方 向作往复直运动, 刨垂直平面时, 可用手动作垂直方向的进给运动 刨削斜面等表面时, 应 调整转盘 2 的角度, 使刀架座绕水平轴线转一定的角度, 以便刀架 1 沿倾斜方向进给 工作 台 6 可带动工件沿横梁 5 作间歇式的横向进给运动, 以刨削水平面等 横梁能沿床身前侧导 轨在垂直方向移动, 以适应不同高度工件的加工需要 110

26 牛头刨床的主参数是最大刨削长度 它的生产效率低, 适用于单件小批生产或机修车间, 为避免滑枕悬伸过长, 常被用来加工中 小型工件 图 5-26 牛头刨床 1 刀架 2 转盘 3 滑枕 4 床身 5 横梁 6 工作台 2. 龙门刨床图 5-27 为龙门刨床的外形 龙门刨床的主运动是工作台 9 沿床身 10 水平导轨所作的直线往复运动 床身 10 的两侧固定有左右立柱 3 及 7, 立柱顶部由顶梁 4 连接, 形成结构刚性较好的龙门框架 两个垂直刀架 5 和 6 可在横梁 2 的导轨上分别作横向或垂直方向的进给运动及快速移动 横梁 2 可沿左右立柱 3 及 7 的导轨作垂直升降, 以调整垂直刀架位置, 适应不同高度工件的加工需要 左右立柱 3 及 7 上分别装有侧刀架 1 及 8, 可分别沿立柱导轨作垂直方向作自动进给和快速移动 各刀架的自动进给运动是在工作台每完成一次直线往复运动后, 由刀架沿水平或垂直方向移动一定距离, 使刀具能逐次刨削出待加工表面 各刀架都有自动抬刀装置, 在工作台回程时, 自动将刀板抬起, 避免刀具擦伤已加工表面 此外, 垂直刀架上的溜板还能绕水平轴旋转一定的角度, 以加工倾斜面 龙门刨床的主要参数是最大刨削宽度 与牛头刨床相比, 其体形大 机构复杂 刚性好 传动平稳 工作行程长, 主要用来加工大型零件的平面 ( 特别是长而窄的平面 ) 沟槽和各种导轨面, 也可在工作台上一次装夹数个中小型零件进行多件加工, 加工精度和生产率都比牛头刨床高 111

27 图 5-27 龙门刨床 1 侧刀架 2 横梁 3 立柱 4 顶梁 5 垂直刀架 6 垂直刀架 7 立柱 8 侧刀架 9 工作台 10 床身 5.7 磨床 磨床的工艺范围和类型磨削加工在机械制造中是一种使用非常广泛的加工方法, 它用磨料磨具 ( 如砂轮 砂带 油石 研磨剂等 ) 为工具在磨床上进行切削加工 磨床加工的工艺范围很宽, 可加工各种表面, 如内外圆柱面和圆锥面 平面 齿轮齿廓面 螺旋面以及各种成型面等, 还可以刃磨刀具和 进行切断等, 工艺范围十分广泛 磨床加工时的工作运动, 随所用磨具形式 工艺方法和工件加工表面形状不同而异 对 于用砂轮进行和工的磨床, 其主运动一律为砂轮的高速旋转运动, 进给运动的形式与数目则 决定于被加工表面的形状以及所采用的磨削方法, 它可以由工件或砂轮来完成, 也可以由两 者共同完成 磨床的种类很多 根据用途和采用的工艺方法不同, 大致可分为外圆磨床 内圆磨床 平面磨床 工具磨床 刀具刃磨床及各种专门化磨床等 ; 还有以柔性砂带为切削工具的砂带 磨床, 以油石和研磨剂等为切削工具的精磨机床 常用的磨床 1. 万能外圆磨床 (1) 万能外圆磨床的磨削方法 图 5-28 所示为万能外圆磨床磨削内外圆柱面 圆锥面的加工示意图 其基本磨削方法有 纵磨法和横磨法两种 112

28 (a) 纵磨法磨外圆柱面 (c) 转动头架, 以横磨法磨短圆锥面 1 纵磨法 (b) 偏转工作台以纵磨法磨长圆锥面 (d) 转动头架, 用圆磨装置以纵磨法磨圆锥孔 图 5-28 万能外圆磨床典型加工方法 主要用于磨削轴向尺寸大于砂轮宽度的工件, 如图 5 30a b d 所示 纵 磨时除了砂轮的主运动 n 和工件的旋转进给运动 n 外, 工件还要随工作台一起作纵向进给运 动 f, 每一纵向行程或往复行程终了时, 砂轮周期性地作一次横向进给 a w f r, 如此反复直至 加工余量被全部磨光为止 最后在无横向进给下, 再光磨几次, 以提高工件的磨削精度和表 面质量 2 横磨法 主要用于磨削轴向尺寸小于砂轮宽度的工件, 如图 5 30c 所示 横磨与纵 磨相比, 工件只作旋转进给运动而无纵向进给运动, 砂轮则连续地作横向进给, 直至达到所 要求的磨削尺寸 横磨生产率高, 但磨削热集中 磨削温度高, 势必影响工件的加工精度和 表面质量, 必须给予充分的切削液来降低磨削温度 (2) 万能外圆磨床的组成 万能外圆磨床中应用最广泛的是 M1432A 型 该机床是普通精度级万能外圆磨床, 主要用 于磨削圆柱形或圆锥形零件的外圆和内孔, 还可以磨削阶梯轴的轴肩 端面 圆角等 这种 机床通用性较好, 但磨削效率不高, 自动化程度也较低, 通常用于工具车间 机修车间和单 件小批生产车间 113

29 图 5-29 M1432A 型万能外圆磨床 1 床身 2 头架 3 工作台 4 内圆磨具 5 砂轮架 6 尾架 7 脚踏操纵板图 5-29 所示为 M1432A 型万能外圆磨床外形图 床身 l 是磨床的基础支承件, 它支承着头架 2 工作台 3 砂轮架 5 尾架 6 等部件, 使它们在工作时保持准确的相对位置 床身内部是液压部件及液压油的油池 头架 2 用于装夹工件, 并带动其旋转作圆周进给运动 头架还可在水平面内逆时针方向旋转一定角度, 以磨削锥面 尾架 6 在工作台上可左右移动调整位置, 以适应装夹不同长度工件的需要 工作台 3 由上 下两层组成, 上工作台可相对下工作台在水平面内转动很小的角度 (±10 ), 用以磨削锥度不大的长圆锥面 头架 2 和尾座 6 随工作台 3 一起沿床身导轨作纵向往复运动 砂轮架 5 用于支撑并传动高速旋转的砂轮主轴 砂轮架和头架, 都可绕垂直轴线转动一定角度, 以便磨削锥度较大的圆锥面 为便于装卸工件和进行测量, 砂轮架还可作定距离的横向快速进退运动 另外,M1432A 型万能外圆磨床还配有内圆磨装置 4, 用于支撑磨内孔的砂轮主轴部件, 由单独的电动机驱动 普通外圆磨床的结构与万能外圆磨床基本相同 不同的是, 其头架和砂轮架都不能绕垂直轴线调整角度, 头架主轴固定不转, 工件只能支承在顶尖上磨削, 也没有内磨装置 因此, 普通外圆磨床的工艺范围较窄, 主要用于磨削工件的外圆柱面 锥度不大的外圆锥面及台肩端面 ; 但其主要部件刚性好, 尤其是头架主轴是固定的, 工件支承在死顶尖上, 提高了头架主轴部件的刚度和工件的旋转精度, 并可采用较大的磨削用量 2. 无心外圆磨床 (1) 无心外圆磨床的磨削方法无心外圆磨床的基本磨削方法有两种 : 贯穿磨削法 ( 纵磨法 ) 和切人磨削法 ( 横磨法 ) 114

30 (a) 贯穿磨削法 (b) 切入磨削法图 5-30 无心外圆磨床工作原理 1 磨削砂轮 2 托板 3 导轮 4 工件 5 挡块贯穿磨削法 ( 纵磨法 ) 如图 5-30a 所示调整导轮架的转动体, 使导轮轴线在垂直平面内倾斜一个角度 α( 见图 5-30a), 这样, 把工件从机床前面推入两砂轮之间, 它除了作圆周进给运动以外, 还由于导轮与工件间水平摩擦力的作用, 同时沿轴向移动, 完成纵向进给运动 工件穿过磨削区, 从机床后部出去时, 便完成一次走刀, 切去一定余量 工件的全部余量需经多次走刀逐步切除 导轮偏转角 α 的大小, 直接影响工件的纵向进给速度 α 越大, 进给速度越大, 磨削表面粗糙度值越高 通常粗磨时取 α=2 ~6, 精磨时取 α=l ~2 贯穿磨削适用于磨削不带凸台的圆柱形工件, 磨削表面长度可大于或小于磨削轮宽度 磨削加工时一个接一个连续进行, 生产率高 切入磨削法 ( 横磨法 ) 如图 5-30b 所示 先将工件置入砂轮和导轮之间, 然后使磨削轮横向切入进给, 来磨削工件表面, 直至磨到要求的尺寸时为止, 然后工件与导轮快速退回至原位, 并从装料方向取下工件 由于工件不需纵向进给, 故导轮中心线仅需偏转一个很小的角度 ( 约 30 ), 其目的是使工件在不大的轴向力作用下, 稳定地顶紧在定程挡销上, 实现可靠的轴向定位 ( 如图 5-30b), 这在磨削圆锥面 成型面等时尤为必要 切入磨削法适用于磨削带凸台和阶梯形工件, 以及磨削圆锥面和回转成型面等, 磨削表面长度不能大于磨削轮宽度 (2) 无心外圆磨床的结构图 5-31 为无心外圆磨床外观图 该磨床磨削加工时, 工件不是支承在顶尖上或夹持在卡盘上, 而是放在磨削轮和导轮之间, 以被磨削外圆表面作定位基准, 支撑在托板和导轮上 ( 图 5-31) 砂轮作高速旋转主运动, 导轮以较慢速度同向旋转, 在磨削力以及导轮和工件间的摩擦力作用下, 实现圆周进给运动 工件中心高于导轮与磨削轮中心连线, 且支承托板有一定的斜度, 致使工件经过多次转动后被磨圆 115

31 (a) 磨床外形 (b) 导轮架结构图 5-31 无心外圆磨在无心外圆磨床上磨削外圆表面, 工件不需要打中心孔, 装卸工件省时省力, 而且可以连续磨削, 生产效率很高 由于消除了工件中心孔误差和工作台运动方向与前后顶尖连线不平行误差对加工精度的影响, 所以磨削出来的工件尺寸精度和几何精度都比较高, 表面粗糙度也比较小 无心磨床适用于磨削细长轴 无中心孔短轴 销子类和套类工件 ; 如果装上自动上下料机构, 容易实现单机自动化 但机床调整费时, 只适用于在成批 大批量生产中 此外, 无心磨床不能磨削不连续的外圆表面, 如带有键槽 小平面等的表面, 也不能保证被加工面与其它表面间的相互位置精度 3. 内圆磨床 (1) 内圆磨床的磨削方法根据工件形状和尺寸不同, 可采用纵磨法或切入法磨削内孔 ( 图 5-32 中 a b) 有些普通内圆磨床上备有专门的端磨装置, 可在工件一次装夹中磨削内孔和端面 ( 图 5-32c), 这样不仅易于保证孔和端面的垂直度, 而且生产率较高 图 5-32 普通内圆磨床磨削方法内圆磨床有普通内圆磨床 无心内圆磨床和行星内圆磨床等多种类型, 用于磨削圆柱孔和圆锥孔 其中普通内圆磨床较为常用 (2) 内圆磨床的结构图 5-33 为普通内圆磨床外观图 其头架 3 安装在工作台 2 上, 可随工作台沿床身导轨作往复运动, 完成纵向紧给运动 ; 还可在水平面内调整角度以磨削圆锥孔 工件安装在头架上 116

32 由主轴带动作圆周进给运动 砂轮由砂轮架主轴带动作旋转主运动 砂轮架可由手动或液压 传动沿床鞍作横向进给, 工作台每往复运动一次, 砂轮架作横向进给一次 图 5-33 普通内圆磨床 1 床身 2 工作台 3 头架 4 砂轮架 5 床鞍 4. 平面磨床 (1) 平面磨床的磨削方法平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面 其磨削方法有周边磨削和端面磨削两种 用周边磨削的平面磨床, 砂轮主轴处于水平位置 ( 图 5-34(a) 图 5-34(c)); 用端面磨削的平面磨床, 砂轮主轴处于垂直位置 ( 图 5-34(b) 图 5-34(d)) (a) 卧轴矩台平面磨床磨削情况 (b) 立轴矩台平面磨床磨削情况 (c) 卧轴圆台平面磨床磨削情况 (d) 立轴圆台平面磨床磨削情况图 5-34 平面磨床典型加工方法 (2) 平面磨床的分类根据磨削方法和机床布局不同, 平面磨床主要有以下四种类型 : 卧轴矩台平面磨床 卧轴圆台平面磨床 立轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床 其中前两种磨床用砂轮的周边磨削, 后两种磨床用砂轮的端面磨削 目前生产中应用最广泛的是卧轴矩台和立轴圆台两种平面磨床 1 卧轴矩台平面磨床卧轴矩台平面磨床如图 5-35 所示 磨削时, 工件装在电磁工作台 2 上, 工作台 2 沿床身的导轨作纵向往复进给运动, 砂轮作旋转主运动 ; 砂轮架沿滑座上的燕尾导轨移动来实现作 117

33 周期的横向进给运动 滑座和砂轮架一起可沿立柱 5 的导轨移动作周期的垂直进给运动 卧轴矩台平面磨床采用周边磨削, 磨削时砂轮和工件接触面积小, 发热量小, 冷却和排屑条件好, 可获得较高的加工精度和较细的粗糙度, 且工艺范围宽 除了用砂轮的周边磨削水平面外, 还可用砂轮的端面磨削沟槽 台阶等的垂直侧平面 2 立轴圆台平面磨床图 5-36 是立轴圆台平面磨床的外形简图 圆形工作台 2 装在床鞍上, 它除了作旋转运动实现圆周进给外, 还可以随同床鞍一起, 沿床身导轨纵向快速退离或趋近砂轮, 以便装卸工件 砂轮作旋转主运动, 其垂直周期进给, 通常由砂轮架 3 沿立柱 4 的导轨移动来实现 砂轮架 3 还可作垂直快速调位运动, 以适应磨削不同高度工件的需要 立轴圆台平面磨床由于采用端面磨削, 砂轮与工件接触面积大, 且为连续磨削, 所以生产效率较高 但磨削时发热量大, 冷却和排屑条件差, 所以加工精度较低, 表面粗糙度值较大, 且工艺范围较窄, 主要用于成批 大量生产中磨削一般精度的工件或粗磨铸 锻毛坯件 图 5-35 卧轴矩台平面磨床 1 床身 2 工作台 3 砂轮 4 进给箱 5 立柱 118

34 图 5-36 立轴圆台平面磨床 1 床身 2 工作台 3 砂轮架 4 立柱 5.8 数控加工中心 加工中心是备有刀库, 并能自动更换刀具的数控机床 适用于零件形状比较复杂 加工 内容较多 精度要求较高 产品更换频繁的中小批量生产 加工中心的特点及分类 1. 加工中心的特点 加工中心由于增加了自动换刀装置, 使工件在一次装夹后, 可以连续对工件自动进行钻 孔 扩孔 铰孔 镗孔 攻螺纹 铣削等加工 它具有以下特点 : (1) 工序高度集中 生产效率高工件经一次装夹后, 数控系统能控制机床按不同加工 要求, 自动选择和更换刀具, 依次完成工件上多介面的加工 由于工序集中和自动换刀, 减 少了工件的装夹 测量和机床调整等时间, 使机床的切削时间达到机床开动时间的 80% 左右 ( 普通机床仅为 15% 一 20%); 同时也减少了机床与机床 车间与车间之间的工件周转 搬运和存放时间, 缩短了生产周期, 提高了生产效率 (2) 加工质量稳定与单机 人工操作方式比较, 加工中心能排除加工过程中人为干扰 因素, 使加工质量稳定 (3) 功能完善除自动换刀功能外, 加工中心还具有各种一般功能和特殊功能, 以保 证加工过程的自动进行, 有的数控系统还能进行自动编程 2. 加工中心的分类 加工中心型号示例 : 机床的类别用汉语拼音字母表示,"T" 表示镗床类等 ; 特性代号在类别代号之后也用汉语 拼音字母予以表示, 加工中心特性代号一般为 H( 自动换刀 ); 组 型别代号用阿拉伯 数字组成, 位于类别代号或特性代号之后, 第一位数字表示组别, 第二位数字表示型别 ; 机 床主要参数用系数表示, 加工中心用两位数字表示工作台宽度的 1/10; 机床重大改型的顺 序号, 在原机床型号后用 A B C D 等英文字母表示 加工中心的类型如下 加工中心型号示例 : 119

35 (1) 立式加工中心立式加工中心是指主轴为垂直状态的加工中心, 如图 5-37 所示 其结构形式多为固定立柱, 工作台为长方形, 无分度回转功能, 适合加工盘 套 板类零件, 它一般具有三个直线运动坐标轴, 并可在工作台上安装一个沿水平轴旋转的回转台, 用以加工螺旋线类零件 立式加工中心装卡方便, 便于操作, 易于观察加工情况, 调试程序容易, 应用广泛 但受立柱高度及换刀装置的限制, 不能加工太高的零件, 在加工型腔或下凹的型面时, 切屑不易排出, 严重时会损坏刀具, 破坏已加工表面, 影响加工的顺利进行 图 5-37 立式加工中心 (2) 卧式加工中心卧式加工中心指主轴为水平状态的加工中心, 如图 5-38 所示 卧式加工中心通常都带有自动分度的回转工作台, 它一般具有 3 一 5 个运动坐标, 常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标, 工件在一次装卡后, 完成除安装面和顶面以外的其余四个表面的加工, 它最适合加工箱体类零件 与立式加工中心相比较, 卧式加工中心加工时排屑容易, 对加工有利, 但结构复杂, 价格较高 120

36 图 5-38 卧式加工中心 (3) 龙门式加工中心龙门式加工中心的形状与数控龙门铣床相似, 如图 5-39 所示 龙门式加工中心主轴多为垂直设置, 除自动换刀装置以外, 还带有可更换的主轴头附件, 数控装置的功能也较齐全, 能够一机多用, 尤其适用于加工大型工件和形状复杂的工件 图 5-39 龙门式加工中心 (4) 五轴加工中心五轴加工中心具有立式加工中心和卧式加工中心的功能, 如图 5-40 所示 五轴加工中心, 工件一次安装后能完成除安装面以外的其余五个面的加工, 常见的五轴加工中心有两种形式 : 一种是主轴可以旋转 90, 对工件进行立式和卧式加工 ; 另一种是主轴不改变方向, 而由工作台带着工件旋转 90, 完成对工件五个表面的加工 121

37 图 5-40 五轴加工中心 (5) 虚轴加工中心虚轴加工中心如图 5-41 所示 虚轴加工中心改变了以往传统机床的结构, 通过连杆的运动, 实现主轴多自由度的运动, 对工件的复杂曲面进行加工 图 5-41 虚轴加工中心 加工中心的构成加工中心有各种类型, 虽然外形结构各异, 但总体上是由以下几大部分组成 1. 基础部件 基础部件由床身 立柱和工作台等大件组成, 是加工中心结构中的基础部件 这些大件 有铸铁件, 也有焊接的钢结构件, 它们要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载, 因此必须具备更高的静 动刚度, 也是加工中心中质量和体积最大的部件 2. 主轴部件 主轴部件由主轴箱 主轴电动机 主轴和主轴轴承等零件组成 主轴的启动 停止等动作 和转速均由数控系统控制, 并通过装在主轴上的刀具进行切削 主轴部件是切削加工的功 率输出部件, 是加工中心的关键部件, 其结构的好坏, 对加工中心的性能有很大影响 3. 数控系统 数控系统由 CNC 装置 可编程控制器 伺服驱动装置以及电动机等部分组成, 是加工 中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心 4. 自动换刀装置 (ATC) 加工中心与一般数控机床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力, 有一套自动 换刀装置 122

38 加工中心的结构, 如图 5-42 所示 图 5-42 加工中心的结构 l 一数控柜 2 一刀库工作台 3 一主轴箱 4 一操作面板 5 一驱动电源 6 一工作台装置 7 一滑枕 8 一床身 9 一进给伺服电动机 10 一换刀机械手 思考题与练习题 5-1 举例说明通用机床 专门化机床和专用机床的主要区别是什么? 它们的适用范围怎样? 5-2 指出下列机床型号中各位数字代号的具体含义 C6150 MM7132A X6132 Z3040 X62W 5-3 简述车床的类型及各自的特点 5-4 普通车床有哪几部分组成? 各部分的作用是什么? 5-5 为什么用丝杠和光杆分别担任车削螺纹和车削进给的传动? 如果只用其中一个, 既车削螺纹又传动进给, 将会有什么问题? 5-6 数控车床与普通车床相比功能上有何特点? 5-7 铣床的工艺特点有哪些? 铣床能进行哪些表面的加工? 5-8 铣床有哪些类型? 各用于什么场合? 5-9 钻床的工艺特点有哪些? 常用的钻床有几类? 其适用范围如何? 5-10 卧式镗床的工艺范围如何? 它有哪些运动? 5-11 坐标镗床的工艺特点有哪些? 有哪几种类型? 5-12 金刚镗床和坐标镗床各有什么特点? 各适用于什么场合? 5-13 刨削加工和铣削加工比较有哪些特点? 5-14 牛头刨床的主参数是什么? 它有哪些运动? 5-15 磨床的工艺范围如何? 有哪几种类型? 有哪些运动? 5-16 万能外圆磨床的磨削方法有几类? 请分别说明 5-17 万能外圆磨床上磨削圆锥面有几种方法? 各适用于何种情况? 机床应如何调整? 5-18 无心外圆磨床为什么能把工件磨圆? 为什么它的加工精度和生产率往往比普通外圆磨床高? 5-19 平面磨床有哪些磨削方法? 有哪几种类型? 5-20 试分析卧式轴矩台平面磨床与立轴圆台平面磨床在磨削方法 加工质量 生产率等方面有何不同, 各适用于什么情况? 123