金属切削机床和刀具.docx

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金属切削机床和刀具

第三章金属切削机床与刀具

1机床分类与型号

机床按加工性质分为12类：

车、钻、镗、铣、磨、齿轮加工、螺纹加工、刨、拉、锯、特种加工、其它类。

类别代号（表3-1）p102

特性代号（表3-2）p103

举例：

p104

CA6140车床

车床结构改型落地卧式最大加工直径400

MG1432A全能外圆磨床

磨床高精度外圆全能磨最大加工直径320第一次改良

XK5032数控铣床

铣床数控立式型别工作台宽度320

TH5580镗铣加工中心

镗床自动换刀立式镗铣式最大镗孔直径800

2车床与车刀

1）加工范围（图3-4p107）

图1的目的、图4浮动特点、图9目的、10和11区别、12和15区别

一般加工精度8~10级、粗糙度~

2）车床种类

卧式车床（图3-5，p108）

立式车床

六角车床

3）车床的传动（图3-6，p110）

以主轴箱传动为例：

顺序：

电机→I→II→III→IV→V→VI（在图上找到各轴）

电机通过φ130/φ230皮带轮→I轴

I轴：

聚散器轴，固定齿轮5一、56

II轴：

滑动齿轮38（56）、43（51），

固定齿轮3九、2二、30

III轴：

滑动齿轮41（39）、58（22）、50（30），

固定齿轮44、20、50、63

IV轴：

滑动齿轮80（20）、50（50），

滑动齿轮20（80）、51（50）

V轴：

固定齿轮50、80

固定齿轮26

VI轴：

滑动齿轮50（III63）、58（26）

主轴最低转速=1450⨯130/230⨯51/43⨯22/58⨯20/80⨯20/80⨯26/58≈10r/min

主轴最高转速=1450⨯130/230⨯56/38⨯39/41⨯63/50≈1448r/min

传动线路还可从转速图查出（图3-7，p117）

横坐标：

轴号；纵坐标：

转速对数

4）车刀（p121）

（1）焊接车刀

钢刀杆上用钎焊的方式焊上硬质合金刀片（图3-10，p121）

长处：

结构简单、按需刃磨、充分利用硬质合金

缺点：

换刀时刻长、对工人刃磨技术要求高、浪费刀杆

（2）可转位车刀

一般用多边形刀片（图3-15，p123），在刀杆上能够方便的装夹、转位，以利于改换刀刃、刀片。

长处：

换刀迅速、不需刃磨，尺寸标准、适合于自动化加工，

缺点：

角度不能任意调整、结构复杂、对管理水平要求高

3钻床与钻头

1）加工范围（图3-39，p136）

各类加工的目的。

2）钻床

立钻：

结构、功能（图3-40，p136）

摇臂钻：

结构、功能（图3-41，p137）

3）麻花钻

（1）结构（图3-4二、3-44，p13八、139）：

两个刃瓣由两个螺旋槽分开、由钻心连接

两个刃瓣的端面形成两个后刀面

两个螺旋槽的直纹面形成两个前刀面

两个主切削刃由一个横刃相连

螺旋槽直纹面和刃瓣圆周面的交线形成两个副切削刃

（2）特点：

进给前角等于螺旋角

从中心向外圆前比赛渐增大，后比赛渐减小（图3-46，p141），

横刃有专门大负前角（图3-49，p142），产生>50%轴向力

两个切削刃径向力抵消，切向力（扭矩）叠加

（3）用途：

粗加工，一般加工精度11~13级，粗糙度Ra~

实体钻孔、扩孔

4铣床与铣刀

1）加工范围

平面、沟槽

一般加工精度9~10级、粗糙度~

2）铣床

（1）起落台铣床（图3-57，p145）

加工小型零件

①床身、②悬梁、③刀杆、④工作台、⑤滑座、⑥支撑、⑦起落台、⑧底座（装配、运动关系）

（2）龙门铣床（图3-58，p146）

加工大型零件

①床身、②⑧卧铣头、③⑥立铣头、④立柱、⑤横梁、⑦操作盒、⑨工作台（装配、运动关系）

3）铣刀（图3-59，p148）

特点、用途

5磨床与砂轮

1）加工范围

采用磨具对工件表面进行磨削加工，能够加工内外圆柱面、平面、多种曲面。

比切削加工的精度高，一般加工精度6~7级、粗糙度~

2）磨床种类

外圆全能磨床：

a磨外圆、b头尾座相错磨圆锥、c砂轮倾斜磨圆锥、d主轴箱倾斜磨圆锥、e磨内圆（图3-124，p189）

平面磨床：

a卧式主轴往复工作台、b立式主轴往复工作台、c立式主轴旋转工作台、d卧式主轴旋转工作台（图3-125，p190）

内圆磨床：

a磨内圆、b磨槽、c端磨端面、d周磨端面（图3-126，p190）

无心磨床（图3-127，p191）：

磨削轮一、工件二、导轮3、托板4

工作原理：

托板支撑工件、导轮带动工件旋转+移动（两轴不平行）

用途：

销轴大量量生产

3）磨床液压传动（图3-128，p192）

p19一、193

4）砂轮特性

五个因素：

（1）磨料：

氧化物系、碳化物系、超硬材料（表3-5，p194）

氧化物系、立方氮化硼：

大体用于金属加工

碳化物系、金刚石：

大体用于非金属加工

（2）粒度：

普通：

网孔数/英寸；微粉：

磨粒尺寸（表3-6，p195）

用途：

（表3-7，p196），加工精度越高，颗粒越细

（3）结合剂：

将磨粒结合在一路，使砂轮具有必然形状和强度

陶瓷V：

大多数

树脂B：

高速磨、超硬磨具

橡胶R：

开槽、切断、抛光

金属M：

金刚石砂轮

（4）硬度：

磨粒受力脱落的难易程度

代号：

表3-8，p197

选择原则：

硬工件选软砂轮：

钝磨粒易脱落，露出新磨粒

软工件选硬砂轮：

未磨钝磨粒不致过早脱落，维持砂轮形状

特软的工件选软砂轮：

避免磨屑堵塞。

（5）组织：

磨粒、结合剂、气孔之间的比例关系

代号：

表3-9，p198

组织紧密有利于维持形状，降低粗糙度，适合精加工，

组织疏松有利于避免堵塞，适于粗加工、磨软材料

6数控机床

1）特点和用途

（1）良好的加工柔性（flexibility），（适应性、通用性），改换加工对象时只需改变数控程序，适应多品种、小批量、个性化生产。

（2）加工复杂型面、复杂零件，例如用于模具、发动机叶片、螺旋浆等的生产。

（40年代开发数控技术的初衷）；一次装夹完成多部位加工，代替5～7台普通机床。

（3）提高加工质量，速度、位置、轨迹由运算机控制，减少人为误差，减少对工人技术水平的依赖程度。

（4）提高生产效率，减少对刀、测量、换刀等辅助时刻，加工效率提高十几～几十倍。

（5）改善劳动条件，减轻劳动强度，增进工人从体力型向技术型转化，提高工人素质。

（6）便于现代化管理，切削用量、工序时刻由程序肯定，便于掌握管理，机床的控制运算性能够与管理部门联网，便于管理者实时掌握生产状况。

2）工作原理（图3-132，p202）

按照零件尺寸、形状，肯定加工路径，编制数控程序

按照机床结构和控制系统要求，将数控程序转换为数控代码

数控装置将代码中的信息转换为

①运动信息→伺服系统，驱动机床完成加工运动

②辅助信息→辅助装置，完成开停、照明、冷却等辅助功能

3）数控机床分类

（1）按轨迹控制分类

a、点位控制：

精准控制坐标点的位置，而不控制运动轨迹。

坐标移动中不加工。

如钻、镗、冲。

b、轮廓控制：

能够进行曲线运动，具有插补功能，能同时控制两轴以上联动。

如车、铣、加工中心。

（2）按测量反馈分类

a、开环：

不具有测量反馈装置，采用步进电机，精度取决于驱动系统和电机性能。

b、闭环：

数控装置发出的指令于工作台位置监测反馈信号进行比较，按照其差值修正误差，直至消除差值。

c、半闭环：

检测电机的角位移或转速，与数控装置发出的指令进行比较，控制电机转动。

（3）按功能水平分类

经济型、标准型

PLC

通讯

伺服

反馈

经济型（简易数控）

无

无

步进

开环

标准型（全功能数控）

有

有通讯接口

直流伺服，交流伺服

半闭环、闭环

（4）按控制系统结构分类

a、传统数控系统，是一种专用的封锁体系结构的数控系统。

这种系统在制造业市场占有主流地位，但由于开放体系结构数控系统的进展，传统数控系统的市场逐渐减小。

b、“PC嵌入NC”结构的开放式数控系统。

是一种将通用PC机与NC连接在一路组成的前后台结构。

这种系统具有必然的开放性，但由于它的NC部份仍然是传统的数控系统，其体系结构仍是不开放的。

c、“NC嵌入PC”结构的开放式数控系统。

是由开放体系结构运动控制卡+PC机组成。

运动控制卡选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制和PLC控制能力，它本身就是一个数控系统。

如用PMAC控制卡构造的NC系统等。

d、SOFT型开放式数控系统。

所有控制功能都能在PC机内完成。

SOFT型数控系统具有最高的性能价钱比，因此最有生命力。

但目前还处于研究阶段。

4）数控关键技术

（1）插补技术

实现机床数字控制的核心技术是插补技术。

数控系统在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间，按照某一数学函数肯定其中多个中间点的位置坐标值的运动进程称为插补。

分类

按照插补的数学函数可分为：

直线插补、圆弧插补及各类平面和空间圆锥曲线、螺旋线、惭开线、自由曲线等插补。

最新的高速切削技术中以样条函数为插补的数学函数，使得运动轨迹圆滑光顺，减小冲击。

按照输出型式可分为：

脉冲增量插补和数据采样插补。

（2）伺服技术

能够准确控制运动速度和位置的技术，按照采用电机的不同分为以下几种：

a、步进电机伺服：

定子绕组顺序通电，使转子一步步跟从旋转，实现运动和定位。

转过的角度正比于指令脉冲的个数；运动速度由进给脉冲的频率决定。

特点：

易控制，精度较差、低速不平稳、高速扭矩小、价钱廉价。

用途：

主要用于轻载、低速、负载转变不大、开环控制。

b、直流伺服系统：

直流电机（定子磁铁、转子线圈、换向器）改变电枢电压可实现变速，可作为伺服电机。

特点：

调速性能好，输出转矩大，过载能力强。

有电刷，结构复杂，易出故障、价钱较贵。

用途：

闭环或半闭环控制

c、交流伺服系统：

将直流伺服电机定子转子互换，用交变电流换向，就成为交流伺服系统。

特点：

是电机结构简单、不需要保护、适合于在恶劣环境下工作、动态响应好、转速高、容量大。

逐渐取代直流伺服成为主流伺服系统。

用途：

闭环或半闭环控制

d、直接伺服（零传动）：

不通过速度变换或运动变换（旋转变直线），由电机直接驱动运动部件。

直线电机和平面电机：

能够以为是旋转电机在结构上的一种演变，将旋转电机在径向剖开，沿着圆周展开成直线，这就形成了直线电机。

直线电机由定子、动子（相当于旋转电机的转子）组成，按伺服原理分为直线直流电机、直线交流电机、直线步进电机和平面步进电机等。

直驱转台：

实际是能够低速平稳旋转的电机，往往去掉输出轴，而代之以转台。

内装式主轴电机（电主轴）：

将主轴与电机制成一体，省去齿轮结构，电机轴就是主轴，而电机的定子装在主轴箱内。

它由三部份组成：

空心轴转子、带绕组的定子和检测器。

最高转速20000～100000rpm

（3）编程技术

a）手工编程：

从零件图分析及工艺处置、数值计算、输入程序等，均由人工完成。

应用方便、效率低、仅适用于简单零件编程。

b）语言编程。

用专用语句（如APT语言）书写源程序，输入运算机，由编程系统通过编辑和运算，输出刀位数据，再通过后置处置，把通用的刀位数据转换成数控机床所要求NC程序段格式。

正逐渐被图形编程所代替。

c）图形编程：

图形数控编程技术在运算机上直观的进行零件三维几何造型、交互设计修改、刀具轨迹生成、走刀进程的仿真显示、验证等，实质上就是一个集成化的CAD/CAM系统。

b、示教编程：

用传统手工操作的方式加工样件，数控装置将加工运动记录下来，并转换为数控程序，控制后续的批量加工，适用于编程技术力量薄弱的小企业。

（4）DNC技术

DNC为“distributednumericalcontrol（散布式数控）”。

用一台运算机控制多台数控机床，形成制造通信网络，资源共享，能够实现：

a、程序传送和分级管理；（零件程序、CAD/CAM/CAPP程序）

b、数据传送；（零件数据、加工数据、设备数据、维修数据）

c、存贮器操作控制；

d、系统状态收集和远程控制；

e、用户与NC生产厂直接通信；

f、形成网络制造。

（5）可编程控制器（PLC）

是机床强电顺序控制继电器的替换品。

是一种数字运算系统，专为在工业环境下运用而设计。

它采用可编程的存贮器，用于存贮执行逻辑运算、顺序控制、按时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，控制各类机械或生产进程。