数控加工设备 第二版 第1章 概述

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1、数控加工设备,第1篇 普通机床,第1章 概 述 1.1 机床分类与型号编制,1.1.1 金属切削机床及其在国民经济中的地位,(1) 金属切削机床的定义： 金属切削机床通常被简称为机床，它是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种加工设备。所以，金属切削机床是制造机器的机器，又称为工作母机。,(2) 金属切削机床在国民经济中的地位 在现代社会的生产及生活中，人们大量使用各式各样的机器、仪器和工具。这些设备和装备都是由各种机械零件所组成。在一般机器制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机器总制造工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械制造业的产品质量和劳动生产率。由此可见，机床在机械制造业中占

2、有极其重要的地位。,1.1.2 金属切削机床的发展概况,机床随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展、不断完善的。 早在6000多年前，就有了原始的钻床和木工车床。 17世纪中叶，开始用畜力代替人力作为机床的动力，但仍然用手握刀具加工。,18世纪，随着蒸汽机的发明，以及动力走刀架的问世，以蒸汽为动力，对机床进行驱动或通过天轴对机床进行集群驱动，使加工质量和加工效率有了明显的提高，初步形成了现代机床的雏形。 19世纪20年代，随着电动机的问世，电动机又取代了蒸汽机，机床才基本具备了现代的结构形式。,20世纪40年代，由于高速钢和硬质合金钢的相继出现，使机床向着大转速、高功率和提高刚性结构的方

3、向发展。同时，随着交流电动机、齿轮、滚动轴承、电气、液压等技术的提高，机床的传动结构和控制等方面得到很大改进，机床的加工精度和生产效率显著提高。相继出现了各种高效率自动化机床、重型机床和精密机床等现代化加工机床。,20世纪50年代以来，随着产品设计和材料技术的发展，机械产品中复杂形状和难加工材料的零件越来越多。 为了解决这些零件的加工问题，发展了一系列新工艺和新设备，如电火花加工机床、电解加工机床、超声波加工机床、电子束加工机床和激光加工机床等。,当前，我国机床工业面临着量大面广的普通机床产品的更新换代，要采用高新技术改造现有产品，开发设计我国自己的数控产品：包括普通数控产品（NC）、加工中心

4、（MC）、计算机控制（CNC）等机床；柔性制造系统（FMS）；计算机集成制造系统（CIMS）。 在科学研究方面，要加强机床基础理论和应用技术的研究，把握机床技术发展的总趋势，努力追赶、缩短与世界先进技术的差距。,总之，从机床的发展历史看，它总是随着科学技术的进步而发展的，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和降低生产成本、提高企业生产经营效益而进行的，现代机床总的趋势仍然是沿着这一方向发展。,1.1.3 金属切削机床的分类,机床的品种、规格繁多，为了方便区别、管理和使用，必须进行分类、编制型号。 机床分类 （1）按照机床的加工方式、使用的刀具及其用途不同，将机床分为十一大类：车床

5、、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、切断机床、其它机床。 每类机床分为十组，每组分为十系。 磨床的品种较多，故又分为三个分类。,每类机床的代号用其名称的汉语拼音的第一个大写字母表示（见表1-1） 表1-1 机床的类型及分类代号,（2）其它分类方法 按照机床自动化程度的不同，可分为手动、机动、半自动和自动车床； 按加工精度的不同，同类型机床可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床；,按照机床重量的不同，分为仪表机床、中型机床、大型机床（质量达到10t）、重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）等； 按照机床工艺范围的宽窄（万能性程度）可分为通

6、用机床、专门化机床及专用机床。,1.1.4金属切削机床的型号编制 机床型号编制方法采用特定的代号，用以表示机床的类型、主要技术参数、通用及结构特性等。 我国现行的机床型号编制方法是按1994年颁布的GB/T1537594金属切削机床型号编制方法编制的。此标准规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定规律组合而成，它适用于各类通用机床和专用机床（不含组合机床、特种加工机床）。,1通用机床型号 通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。 基本部分需统一管理，辅助部分是否纳入型号由企业自定。表示方法如下：,注： 有“”符号者，为大写的汉语拼音字母。 有“”符号者，为阿拉伯数字

7、。 有“（ ）”的代号或数字，当无内容时，则不表示。若有内容，则不带括号。 有“”符号者，为大写的汉语拼音字母、或阿拉伯数字、或两者兼有之。,（ 1）机床的类、组、系的划分及其代号 机床分为若干类，类别用汉语拼音字母表示（见表1-1），居型号的首位。如：“车床”用“C”表示。 类中有分类者，在类代号前加分类代号（数字），但第一分类不予表示。例如：磨床类分为M(1不写）、2M、3M三个分类。,机床的组别和系别代号用两位阿拉伯数字表示。 每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字09表示。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。 每组机床又分为若干个系（系列）。系的

8、划分原则是：主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的相对的运动特点基本相同，且基本结构及布局形式相同的机床，即划分为同一系。,机床的组，用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后。 机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。常用的组别和系别代号见附录。,（2）.机床的通用特性代号及结构特性代号 当某类型机床除普通型外，还具有某种通用特性时，应在类代号之后加上通用特性代号。 为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用结构特性代号予以表示。根据各类机床的具体情况，对某些结构特性代号，可以赋予一定含义。但结构特性代号与通用特性代号不同，它在型号中没有统一的含义，

9、只在同类机床中起区分机床结构、性能不同的作用。,机床通用特性代号,（3）.机床主参数、设计顺序号、主轴数和第二主参数 机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示，位于系代号之后。常用机床型号中主参数的表示方法见本书附录。 对于某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号由01起始。,机床的主参数的计量单位：尺寸以毫米（mm）计，力以千牛（kN）计，功率以瓦（W）计，扭矩以牛米（Nm）计。型号中主参数用折算值表示（见附录），位于组、系代号之后。 对于多轴机床，其主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用“”分开，读作“乘”。,第二主参数

10、一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、最大车削（磨削、刨削）长度、最大模数及工作台面长度等，它在型号中的表示方法（列入型号的原则）如下： 多轴机床的主轴数，以实际的轴数列入型号中的主参数之后，并用“”分开，读作“点”。, 当机床的最大工件长度、最大加工长度、工作台工作面长度、最大跨距、最大磨削深度、最大模数等第二主参数的变化，引起机床结构产生较大变化时，为了区分，可以将第二主参数列入型号的末端，并用“”分开，读作“乘”。 凡属于长度（包括跨距、行程）的，采用“1/100”的折算系数； 凡属于直径、深度、宽度的，则采用“1/10”的折算系数； 最大模数、厚度等，则以实际数值列入型号。,（4）机

11、床的重大改进顺序号 对于性能和结构布局有着重大改进、并按新产品重新试制和鉴定的机床，在原机床型号的尾部加改进顺序号，以区别原机床型号。改进顺序号按A、B、C字母的顺序选用，但“I”、“O”字母不允许选用。,（5）企业代号及其表示方法 企业代号中包括机床生产厂及机床研究单位代号。企业代号置于辅助部分之尾部，用“”分开，读作“至”。若在辅助部分中仅有企业代号，则不加“”。,例1：C6140 C 车床（类代号） 61 卧式（组、系代号） 40 床身上最大回转直径的1/10(mm) 例2： Z56254A/DH Z56254A/DH 为大河机床厂生产的经过第一次重大改进，其最大钻孔直径为25mm的四轴

12、立式排钻床。,例3： MG1432 最大磨削直径为320mm的高精度万能外圆磨床。 例4：X6132 工作台宽度为320mm的万能升降台铣床。,1.2 机床运动及其传动装置,1.2.1 机床的运动 各种类型的机床，为了从毛坯上将多余的金属切除，以获得所需的几何形状、一定精度和表面质量的零件，必须使刀具和工件完成一系列相对运动。,1.表面成形运动 直接参与切削过程，为形成一定几何形状表面的刀具与工件间的相对运动，称为表面成形运动，又称工作运动。 根据切削过程中所起的作用，表面成形运动又可分为主运动和进给运动。,（1）主运动 直接切除毛坯上的被切削层，使之变为切屑的运动，称为主运动。如车削加工时工

13、件的旋转运动、铣削时铣刀的旋转运动、磨削时砂轮的旋转、钻削及镗削时刀具旋转、刨削时刨刀（在牛头刨床上加工）或工件（在龙门刨床上加工）的直线往复运动等都是主运动。 示例：图1-1车削圆柱表面的运动与图1-2刨削成形面,图1-1 车削圆柱表面的运动,图1-2 刨削成形面,主运动特点 主运动速度一般较高，要消耗机床的大部分动力。 机床主运动为旋转运动时，用主轴转速（r/min）表示； 机床主运动为直线运动时，通常用刀具或工件移动速度（m/min）或单位时间往复次数（次/min）来表示。,（2）进给运动 进给运动是保证将被切削层不断地投入切削，以逐渐加工出整个工件表面的运动。 如车削时车刀的纵向或横向

14、移动，铣削时工作台带动工件的纵向或横向移动，磨削外圆柱表面工作台的往复移动与工件自身的旋转运动，钻削和镗削时刀具的轴向移动等。,进给运动特点 进给运动比主运动的速度要低，比主运动所消耗的动力小。 直线移动形式的进给运动，通常用单位时间移动的距离（mm/min）表示；也可采用主运动每转的移动量（mm/r）表示；或者以主运动每一往复行程移动的距离（mm/次）来表示。 旋转形式的圆周进给运动（如磨削外圆柱面）一般以（r/min）来表示。,2辅助运动 辅助运动是指机床在切削加工中除表面成形运动以外的所有运动，如刀具趋近、切入、退刀、快速返回、对刀、多工位工作台和多工位刀架的转位等。 其功用是实现机床加

15、工中所需的辅助动作。此外，机床的起动、停止、变速变向、部件和工件的装夹等操纵控制运动，都属于辅助运动。,1.2.2 机床传动装置 为了实现加工过程中刀具与工件之间的各种运动，机床必须具备执行件、动力源和传动装置三个基本部分。 执行件 执行件是机床的工作部件，如主轴、刀架、工作台等。执行件用于安装工件或刀具，直接带动它们按一定的运动形式并保持准确的运动轨迹。,动力源 它是为机床提供动力和运动的装置，现代机床大多采用交、直流电动机或伺服电动机作动力源。 传动装置 传递运动和动力的装置。通过它把动力源的动力和运动传给执行件。传动装置通常需要完成变速、变向和改变运动形式等任务，使执行件获得所需的运动形

16、式、运动方向和运动速度。,机床常用的有机械、液压（气动）和电气传动装置，以及由这三种传动装置组合的复合传动装置。 机床的机械传动装置通常由离合器和换置机构组成。 换置机构又由变速机构、换向机构和变换运动形式的机构等组成。,1离合器 离合器用来使安装在同轴线的两轴与空套其上的传动件（如齿轮、带轮等）保持结合或脱开，以传递或断开运动，从而实现机床运动的起动、停止、变速、变向等。 离合器的种类较多，按其结构和用途可分为：啮合式离合器、摩擦式离合器、超越离合器和安全离合器等。,1轴； 2齿轮； 3止推片； 4外摩擦片； 5内摩擦片； 6螺母； 7加压套； 8钢球； 9滑套； 10套； 11弹簧销；12止推片 图1-4 机械多片式摩擦离合器,图1-5 超越离合器 1、2、6齿轮；3滚柱； 4星轮；5固定齿轮；7弹簧销,图1-6 安全离合器 1齿轮；2左结合子；3右结合子；4弹簧,2. 变速机构 变速机构是实现机床分级变速传动的基本单元。 常用的有升（