《机械工程学第4版 教学课件 ppt 作者 丁树模 主编 第19章 机械加工自动化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程学第4版 教学课件 ppt 作者 丁树模 主编 第19章 机械加工自动化（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十九章 机械加工自动化,第一节 组合机床及其自动线 一、组合机床概述 （一）组合机床的产生 为了满足机械工业不断发展的需要，人们在实践的基础上创造了组合机床。所谓组合机床，它是由已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件（按加工零件的形状和工艺要求而设计的组合装配起来的专用机床。它既保留专用机床的结构简单、生产效率高等优点，又像通用机床那样具有部件通用化、可调整改装以适应不同结构尺寸的工件加工等特点。 （二）组合机床的组成 图19-1是一台组合机床的组成图，从图中可以看出，组合机床由许多通用部件和少量专用部件所组成。组合机床的通用部件是组成组合机床的主要部分，按其所起作用的不同一般分为下面五
2、类：,图19-1 组合机床的组成 1滑台 2动力箱 3立柱底座 4立柱 5多轴箱 6夹具 7中间底座 8侧底座,（1）动力部件 如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。 （2）支承部件 如底座、立柱等。 （3）输送部件 如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。 （4）控制部件 如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。 （5）辅助部件 如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。 除上述各种通用部件外，根据加工零件形状及工艺要求，组合机床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设计制造的多轴箱，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制造的夹具等。 （三）组合机床的配置型式 1. 单
3、工位组合机床 这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。机床的配置型式如图192所示。 2. 多工位组合机床 这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。机床的配置型式如图193所示。,图19-2 单工位组合机床的配置形式 卧式单面 b) 卧式双面 c) 卧式三面 d) 立式 e) 复合式（立式与卧式组合） f ) 复合式（倾斜式与卧式组合）,图19-3 多工位组合机床的配置形式 a) 移动工作台式 b) 回转鼓轮式 c)、d) 回转工作台式,（四）组合机床的特点及应用范围 1. 组合机床的特点 组合机床与通用机床或一般专用机床相比，主要有如下优点： 1) 设计和制造的周期短。 2)
4、 对产品变化或更新有较强的适应性。 3) 具有较高的工作可靠性。 4) 工序集中，生产效率高。 5) 机床的维护和修理都比较方便。 组合机床有很多优点，但也有一定的缺点： 1）在机床改装时，少量专用部件和零件不能重复利用，因此有一定的损失。 2）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。 2. 组合机床的应用范围 组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、仪器仪表壳体等 ）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来越多地采用组合机床加工。,二、组合机床的几种通用部件 （一）动力滑台 1. 动力滑台的功用 动力滑台简称滑台，它是常用的动力部件，主要用来带
5、动各种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。 图19-4是将动力箱和多轴箱以及各种单轴头安装在滑台上组成各种切削动力头的情况示意图。,图19-4 滑台上安装动力箱及各种切削头的情况 1滑台 2动力箱 3多轴箱 4铣削头 5镗车头 6钻削头,2. 滑台的典型工作循环 滑台的运动能实现各种不同的工作循环，图19-5所示是几种常见的工作循环。,图19-5 滑台的典型工作循环 一次工作进给循环 b) 二次工作进给循环 c) 超越工作进给循环 d) 双向工作进给循环 e) 分级工作进给循环 SQ 快进 SW 工进 SR 快退,3. 液压滑台 图19-6所示为液压滑台。,图19-6 液压滑台
6、 1滑鞍 2液压缸 3滑座 4死挡块,4. 机械滑台 图19-7所示为机械滑台。,图19-7 机械滑台 1滑座 2滑鞍 3工进电动机 4快速电动机 5传动箱 6死挡块,图19-8 机械滑台的传动系统 1快速电动机 2电磁制动器 3工进电动机 4行程开关 5滑座 6滑鞍 7死挡块,图19-8为机械滑台的传动系统图。,机械滑台的传动，可用如下传动路线表达式来表示： 1）快速进退 快速电动机 I 丝杠螺母滑台（快速） 2）工作进给 工进电动机 II III ,行星减速机构,I 丝杠螺母滑台（慢速）,传动路线表达式中的za、zb 、zc、zd是交换齿轮齿数。,（二）单轴头 图19-9所示为一种系列顶置
7、式主运动传动装置与六种单轴头头体配套使用的情况。,图19-9 顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况 钻削头 b) 攻螺纹头 c) 镗削头 d) 镗车头 e)铣削头 f) 多轴可调头 1主运动传动装置 2单轴头头体,（三）动力箱 图19-10所示是齿轮传动动力箱的结构。,图19-10 齿轮传动动力箱的结构 1动力箱箱体 2驱动轴 3齿轮,（四）回转工作台 回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。 图19-11是齿盘定位式回转工作台的结构原理图,图19-11 齿盘定位式液压回转工作台的结构原理 结构示意 b)液压传动原理 1台面 2上齿盘 3下齿盘 4底座 5压紧液压缸
8、6牙嵌离合器 7齿轮 8齿条液压缸 9、10电磁阀,三、组合机床自动线 图19-12为某一组合机床自动线的组成示意图。,图19-12 组合机床自动线 1中央操纵台 2工件输送装置 3转位台 4翻转台 5液压站 6排屑装置,第二节 数控机床 一、数控机床概述 随着计算机数控技术(Computer Numerical ControlCNC) 的发展，出现了一种采用计算机进行数字信号控制的高效能自动化加工机床，即计算机数控机床，简称数控机床。 （一）数控机床的组成 数控机床主要由信息载体及输入装置、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成（见图19-13）。,图19-13 数控机床的组成,（1）信息
9、载体及输入装置 信息载体又称控制介质，它用于记载各种加工信息，以控制机床的运动，实现零件的机械加工。常用的信息载体有标准穿孔纸带、磁带和磁盘等。 信息载体上记载的加工信息要经输入装置输送给数控装置。常用的输入装置有光电纸带输入机、磁带录音机、磁盘驱动器等；对于有微型机控制的数控机床，常在操作面板上用按钮和键盘将加工程序直接输入，并在显示器上显示，或者包含有自动编程机或系统。 （2）数控装置 数控装置一般是指控制机床运动的计算机及相关部件，它是属于控制机床运动的中枢系统。它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的控制脉冲信号送给伺服系统，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。,
10、（3）伺服系统 伺服系统是数控系统的执行部分，它是由位置控制环、速度控制环、驱动伺服电机和相应的机械传动装置组成（图19-14）。当数控装置输出指令电脉冲信号给伺服系统时，伺服系统就使机床上的移动部件作相应的移动，并对定位的精度和速度加以控制。,图19-14 伺服系统的组成,（4）机床 数控机床加工时，零件的粗加工和精加工往往是在同一台机床上一次装卡自动完成整个切削加工过程的，进给量的变换是靠伺服电机本身变速来实现的。,（二）数控机床的工作过程 图19-15所示为数控机床对零件加工的工作过程示意图。,图19-15 数控机床的工作过程,（三）数控机床的特点 （1）加工精度高、加工质量稳定可靠 （
11、2）生产效率高 （3）减轻工人劳动强度、改善劳动条件 （4）零件加工的适应性强、灵活性好 （5）有利于生产管理,二、数控机床的类型及应用 （一）按机械运动的轨迹分类 1. 点位控制系统 点位控制系统如图19-16 所示，一般用于数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机等。,图19-16 点位控制系统钻孔加工 1工件 2刀具,图19-17 直线控制系统铣削加工 1工件 2铣刀,2. 直线控制系统 直线控制系统如图19-17所示。一般的简易数控系统均属于直线控制系统。 将点位控制和直线控制结合起来的控制系统称为点位直线控制系统，该系统同时具有点位控制和直线控制的功能。数控镗铣床、数控加工中心等均采
12、用点位直线控制系统。,3. 连续控制系统 连续控制系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔，如图19-18所示的平板凸轮等。数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨床等均采用连续控制系统。,图19-18 连续控制系统的切削加工 1工件 2铣刀,（二）按伺服系统的类型分类 1. 开环伺服系统 图19-19所示为采用步进电机驱动的开环伺服系统的原理。 开环伺服系统因既没有工作台位移检测装置，也没有位置反馈和校正系统，所以很难保证较高的位置控制精度要求。同时由于受步进电机性能的影响，其速度也受到一定的限制。但这种系统结构简单，调试方便，工作可靠，稳定
13、性好，价格低廉，因而被广泛用于精度要求不太高的中小型数控机床上。,图19-19 开环伺服系统,2. 闭环伺服系统 图19-20所示为采用宽调速直流电动机驱动的闭环伺服系统的原理。 由于闭环伺服系统有位置反馈环节，可以补偿机械传动装置中的各种误差、间隙和干扰的影响，因而可以达到很高的定位精度，同时还能达到较高的速度。因此在数控机床上广泛应用，特别是精度要求高的大型和精密机床。 闭环系统要比开环伺服系统安装调试困难复杂，价格较贵，维护费用也比较高。,图19-20 闭环伺服系统,3. 半闭环伺服系统 如图19-21示为半闭环伺服系统。半闭环伺服系统的加工精度低于闭环伺服系统，但这种系统调试比较容易，
14、稳定性也较好，在生产中应用相当普遍。,图19-21 半闭环伺服系统,（三）按控制坐标数分类 1. 两坐标数控机床 如图19-22所示的数控车床、图19-23所示的数控铣床皆属于两坐标数控机床。 2. 三坐标数控机床 数控机床能同时控制三个坐标，实现三坐标联动，称为三坐标数控机床。如图19-23所示的铣床若能实现三坐标联动，则称三坐标数控铣床，可用于加工图19-24所示的曲面零件。,图19-22 数控车床运动坐标示意,图19-23 数控铣床运动坐标示意,图19-24 三坐标数控铣床适于 加工的曲面零件,3. 两个半坐标数控机床 两个半坐标数控机床又称作两轴半坐标数控机床。这种机床有三个坐标，能作
15、三个方向的运动，但控制装置只能同时控制两个坐标，而第三坐标仅能作等距的周期移动。例如用两个半坐标数控机床即可加工图19-25所示的空间曲面形状的零件。,图19-25 两个半坐标数控机床加工的空间曲面,4. 多坐标数控机床 四坐标以上的数控机床称为多坐标数控机床。多坐标数控机床结构复杂、机床精度高、编程复杂，主要用于加工形状复杂的零件。,（四）按工艺用途分类 1. 普通数控机床 与传统的通用机床一样，数控机床根据不同的工艺需要，也分为数控车床、数控铣床 、数控钻床、数控镗床及数控磨床等。 2. 数控加工中心 数控加工中心通常简称为加工中心 (MC)，是在普通数控机床的基础上增加了刀库和自动换刀装
16、置的数控机床。 3. 数控特种加工机床 如数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床等。,第三节 现代制造技术 现代制造技术是在数控机床的基础上不断发展起来的，包括成组技术（GT）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）等先进的制造技术。 一、成组技术(Group Technology 简称GT) 1成组技术的基本原理 图19-26为成组技术基本原理示意图。,图19-26 成组技术,2零件分类编码 对零件进行分类编码是实施成组技术的重要手段。即对每个零件赋予规定的数字符号表示零件结构特征 (如零件名称、功能、结构、形状等) 和工艺特征的信息，据此划分出结构相似或工艺相似的零件组。 我国“机械工业成组技术零件分类编码系
