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文檔簡介

1、金屬切削機床的基本知識 金屬切削機床是對金屬工件進行切削加工的機器。由于它是用來制造機器的,也是唯一能制造機床自身的機器,故又稱為“工作母機”,習慣上簡稱為機床。本章的主要內(nèi)容一、機床的類型和基本構(gòu)造二、機床的傳動三、自動機床和數(shù)控機床簡介四、柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造系統(tǒng)機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型 非數(shù)控機床和數(shù)控機床按加工方式、加工對象或主要用途分:車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床、其它機床。按加工工件大小和機床質(zhì)量分:儀表機床、中小機床、大型機床、重型機床、超重型機床。按機床適用范圍分:通用機床、專門化機床和專用機床。按加工

2、精度分:普通精度級機床、精密級機床和高精度級機床。機床的類型和基本構(gòu)造機床的基本構(gòu)造在各類機床中,車床、鉆床、刨床、銑床和磨床是五種最基本的機床,圖21至圖25所示,盡管這些機床的外形、布局和構(gòu)造各不相同,但歸納起來,它們都是由如下幾個主要部分組成的。1.主傳動部件 用來實現(xiàn)機床的主運動,例如車床、鉆床、銑床的主軸箱,刨床的變速箱和磨床的磨頭等。2進給傳動部件 主要用來實現(xiàn)機床的進給運動,也用來實現(xiàn)機床的調(diào)整、退刀及快速運動等,例如車床的進給箱、溜板箱,鉆床、銑床的進給箱,刨床的進給機構(gòu),磨床的液壓傳動裝置等。3工件安裝裝置 用來安裝工件,例如臥式車床的卡盤和尾架,鉆床、刨床、銑床和平面磨床的

3、工作臺等。4刀具安裝裝置 用來安裝刀具,例如車床、刨床的刀架,鉆床、立式銑床的主軸,臥式銑床的刀軸,磨床磨頭的砂輪軸等。5支承件 用來支承和連接機床的各零部件,是機床的基礎構(gòu)件,例如各類機床的床身、立柱、底座、橫梁等。6動力源 為機床運動提供動力,即電動機。機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型和基本構(gòu)造機床的類型和基本構(gòu)造機床的傳動一、機床的機械傳動 (2)齒輪傳動 齒輪傳動是目前機床中應用最多的一種傳動方式。這種傳動種類很多,如直齒、斜齒、人字齒、圓弧齒等,其中最常用的是直齒圓柱齒輪傳動,如圖27所示。 設z1, z2和n1, n2分別為主動、從動齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速,則 從上式可

4、知,齒輪傳動的傳動比等于主動齒輪與從動齒輪齒數(shù)之比?;螨X輪傳動中,齒輪轉(zhuǎn)速與其齒數(shù)成反比。機床的傳動一、機床的機械傳動 (3)蝸桿傳動 如圖28所示。蝸桿為主動件,將其轉(zhuǎn)動傳給蝸輪。這種傳動方式只能是蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn),反之則不可能。 若蝸桿的螺紋頭數(shù)為k,轉(zhuǎn)速為n1;蝸輪的齒數(shù)為z,轉(zhuǎn)速為n2則其傳動比為蝸桿傳動的優(yōu)點是可以獲得較大的降速比(因為k比z小很多),而且傳動平穩(wěn),無噪聲,結(jié)構(gòu)緊湊。但傳動效率低,需要有良好的潤滑條件。機床的傳動一、機床的機械傳動(4) 齒輪齒條:回轉(zhuǎn)運動 直線運動(5) 絲杠螺母:機床的傳動3機床常用的變速機構(gòu) 獲得加工時的各種切削速度。 變換機床轉(zhuǎn)速的主要裝置是機床

5、的齒輪箱。齒輪箱中的變速機構(gòu)是由一些基本的機構(gòu)組成的。基本變速機構(gòu)是多種多樣的,其中最常應用的有以下兩種(圖212):機床的傳動3機床常用的變速機構(gòu)滑動齒輪變速機構(gòu)(圖212a)帶長鍵的從動軸II上,裝有三聯(lián)滑動齒輪(z2、z4和z6)。通過手柄可使它分別與固定在主動軸I上的齒輪z1、z3和z5相嚙合,軸口可得到三種轉(zhuǎn)速,其傳動比為 這種變速機構(gòu)的傳動路線可用傳動鏈的形式表示如下:(2)離合器式齒輪變速機構(gòu)(圖212b)可得到兩種不同的轉(zhuǎn)速,其傳動比為 其傳動鏈為機床的傳動4臥式車床傳動簡介 機床的傳動4臥式車床傳動簡介 進給運動傳動鏈為: 機床的傳動5機床機械傳動的組成 機床機械傳動主要由以

6、下幾部分組成: (1)定比傳動機構(gòu) 具有固定傳動比或固定傳動關(guān)系的傳動機構(gòu),如常用的傳動副。(2)變速機構(gòu) 改變機床部件運動速度的機構(gòu)。例如,圖 213中變速箱的軸 lII一III間采用的為滑動齒輪變速機構(gòu), 主軸箱中軸IV一V一VI間采用的為離合器式齒輪變速機構(gòu)等。(3)換向機構(gòu) 變換機床部件運動方向的機構(gòu)。為了滿足加工的不同需要,機床的主傳動部件和進給傳動部件往往需要正、反向的運動。機床運動的換向,可以直接利用電動機反轉(zhuǎn),也可以利用齒輪換向機構(gòu)(例如圖213主軸箱中VI、VII 、VIII軸間的換向齒輪)等。(4)操縱機構(gòu) 用來實現(xiàn)機床運動部件變速、換向、啟動、停止、制動及調(diào)整的機構(gòu)。機床

7、上常見的操縱機構(gòu)包括手柄、手輪、杠桿、凸輪、齒輪齒條、撥叉、滑塊及按鈕等。(5)箱體及其他裝置 相體用以支承和連接各機構(gòu)并保證它們相互位置的精度。為了保證傳動機構(gòu)的正常工作,還要設有開停裝置、制動裝置、潤滑與密封裝置等。 機床的傳動6機械傳動的優(yōu)缺點 機械傳動與液壓傳動、電氣傳動相比 較,其主要優(yōu)點如下: (1) 傳動比準確,適用于定比傳動; (2)實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動的結(jié)構(gòu)簡單,并能傳遞較大的扭矩; (3)故障容易發(fā)現(xiàn),便于維修。 但是,機械傳動一般情況下不夠平穩(wěn);制造精度不高時,振動和噪聲較大;實現(xiàn)無級變速的機構(gòu)較復雜,成本高。因此,機械傳動主要用于速度不太高的有級變速傳動中。機床的傳動二、機床的

8、液壓傳動 1外圓磨床液壓傳動簡介 工作臺的往復換向動作,是由擋塊5使換向閥6的活塞自動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。如圖所示,工作臺向左移動,擋塊5固定在工作臺2側(cè)面槽內(nèi),按照要求的工作臺行程長度,調(diào)整兩擋塊之間的距離。當工作臺向左行程終了時,擋塊5先推動杠桿8到垂直位置;然后借助作用在杠桿8滾柱上的彈簧帽15使杠桿8及活塞繼續(xù)向左移動,從而完成換向動作。此時,換向閥6的活塞位置如圖215所示,工作臺開始向右移動。換向閥6的活塞轉(zhuǎn)換快慢,由油閥16調(diào)節(jié),它將決定工作臺換向的快慢及平穩(wěn)性。機床的傳動二、機床的液壓傳動 2機床液壓傳動的組成 機床液壓傳動主要由以下幾部分組成:(1)動力元件油泵。其作用是將電動機輸入

9、的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能,是能量轉(zhuǎn)換裝置(能源)。 (2)執(zhí)行機構(gòu)油缸或油馬達。其作用是把油泵輸入的液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑考臋C械能,它也是一種能量轉(zhuǎn)換裝置(液動機)。 (3)控制元件各種閥。其作用是控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量(速度)及流動方向。 (4)輔助裝置油箱、油管、濾油器、壓力表等。其作用是創(chuàng)造必要的條件,以保證液壓系統(tǒng)正常工作。 (5)工作介質(zhì)礦物油。它是傳遞能量的介質(zhì)。自動機床與數(shù)控機床簡介自動和半自動機床 經(jīng)調(diào)整后,不需人工操作便能完成自動循環(huán)的機床,稱自動機床。除裝卸工件由人工操作外,能完成半自動循環(huán)的機床,稱半自動機床。適于大批、大量地生產(chǎn)形狀不太復雜的小型零件,加工精度較

10、低,生產(chǎn)率高。產(chǎn)品變更,需重新設計、調(diào)整機床,不適應多品種、中小批量生產(chǎn)。自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床 按照加工要求預先編制的程序,由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令進行工作的機床。工作過程編制程序單;制造穿孔帶;信息輸入;信息運算和處理,轉(zhuǎn)換為指令信號;伺服機構(gòu)控制機床。自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床的種類(按伺服機構(gòu)控制方式)開環(huán)控制 (圖中的實線) 沒有位置測量裝置,不反饋實際值并與指令值比較。控制簡單、成本低,精度受限。閉環(huán)控制 (圖中的虛線) 有測量裝置,將實際值反饋并與指令值比較,再用比較差值控制,直到差值消除。定位精度高、速度快、但控制系統(tǒng)復雜,成本高。 自動機床與數(shù)控機床簡介數(shù)控機床

11、的優(yōu)點和應用優(yōu)點:柔性大 加工對象靈活可變,適于多品種生產(chǎn)。利用率高 設備調(diào)整和生產(chǎn)準備時間短,長時間穩(wěn)定加工。加工質(zhì)量穩(wěn)定 按程序自動加工,有補償功能。生產(chǎn)率高 應用適合產(chǎn)量小、品種多、產(chǎn)品更新頻繁、要求生產(chǎn)周期短。適合復雜型面的零件,用非數(shù)控機床難以完成的加工。多品種、中小批量生產(chǎn)的重要途徑之一。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述 長期以來,人們對于機械制造領(lǐng)域所涉及的各種問題,往往是孤立地看待,對于機械制造中所用的機床、工具和制造過程,僅限于分別地、個別地加以研究。因此,在很長的時期內(nèi),盡管有許多研究工作取得了卓越的成就,然而在大幅度地提高小批量的生產(chǎn)率方面,并未發(fā)生重要的突破。直到20世

12、紀60年代后期,人們才逐漸認識到,只有把機械制造的各個組成部分看成是一個有機的整體,以控制論和系統(tǒng)工程學為工具,用系統(tǒng)的觀點進行分析和研究,才能對機械制造過程實行最有效的控制,才能有效地提高生產(chǎn)率、擴大品種、保證質(zhì)量,并達到最大的經(jīng)濟效益。基于這種認識,人們進行了許多研究和實踐,于是出現(xiàn)了機械制造系統(tǒng)的概念。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述一、機械制造系統(tǒng) 機械制造系統(tǒng)是由經(jīng)營管理、生產(chǎn)過程、機床設備、控制裝置及工作人員所組成的有機整體。它和其他生產(chǎn)系統(tǒng)一樣,是由輸入,制造過程和輸出組成的(圖223)。 系統(tǒng)的輸入,是指向系統(tǒng)輸入具有一定幾何參數(shù)(如形狀、尺寸、精度、表面粗糙度等)和物理參數(shù)(

13、如材料性質(zhì)、表面狀態(tài)等)的原材料、毛坯、刀具等。系統(tǒng)將工件輸入?yún)?shù)與機床調(diào)整參數(shù)(vc, f, ap)相綜合,從而決定制造過程中的加工條件及順序。 制造過程就是對輸入的原材料(或毛坯)以及其他信息進行加工、轉(zhuǎn)變的過程。 系統(tǒng)的輸出是指經(jīng)過制造過程的加工和轉(zhuǎn)變,最后輸出具有所要求形狀、尺寸、精度和表面質(zhì)量的零件,以及材料的切除量和刀具的磨損等。 輸出的零件信息可以輸入制造過程,以實現(xiàn)加工連續(xù)不斷地進行。 根據(jù)系統(tǒng)擁有的機床臺數(shù),可以把系統(tǒng)分為單級機械制造系統(tǒng)和多級機械制造系統(tǒng)。單級系統(tǒng)只擁有一臺機床;多級系統(tǒng)則擁有多臺機床。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二、 柔性制造系統(tǒng) 1.FMS的概念 F

14、MS是在DNC(計算機群控)基礎上發(fā)展起來的一種集成機械制造系統(tǒng),也叫做可變制造(或加工)系統(tǒng)。 FMS是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設備,由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結(jié)合的整體。它可按任意順序加工一組有不同工序與加工節(jié)拍的工件,能適時地自由調(diào)度管理,因而這種系統(tǒng)可以在設備的技術(shù)規(guī)范的范圍內(nèi)自動地適應加工工件和生產(chǎn)批量的變化。整個加工過程中,系統(tǒng)按生產(chǎn)程序軟件調(diào)度工作,每個加工工位滿負荷工作,可實現(xiàn)無人化加工。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二 柔性制造系統(tǒng) 2FMS的基本類型及應用 根據(jù)FMS所完成加工工序的多少、擁有機床的數(shù)量、運儲系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的完善程度等,可以將FMS分

15、為三種基本類型,圖224為它們的示意圖。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述二、 柔性制造系統(tǒng) 2FMS的基本類型及應用(1)柔性制造單元(FMC) 它是由一臺或少數(shù)幾臺配有一定容量的工件自動更換裝置的加工中心組成的生產(chǎn)設備,按工件儲存量的多少能獨立持續(xù)地自動進行加工一組不同工序與加工節(jié)拍的工件。它可以作為組成FMS的模塊單元,特別適于多品種小批量的生產(chǎn)。(2)柔性制造系統(tǒng)(FMS) 它與FMC基本相同,只不過采用幾臺加工中心構(gòu)成。它的規(guī)模比FMC大,自動化程度和生產(chǎn)率比FMC高,能完成更復雜的加工。在FMS中,每臺機床既可用來完成一種或多種零件的全部加工,也可以與系統(tǒng)中的其他機床配合,按程序?qū)?/p>

16、件進行順序加工。所以,F(xiàn)MS特別適于多品種、小批或中批復雜零件的加工。(3)柔性自動生產(chǎn)線(FTL) 它是由更多的數(shù)控機床、輸送和存儲系統(tǒng)等所組成的柔性制造系統(tǒng)。每24臺機床間設置一個自動倉庫,工件和隨行夾具按直線式輸送。整個生產(chǎn)線可以分成幾段,完成不同的加工任務,以便減少因停機所帶來的損失。自動倉庫還能起到供儲料的“緩沖”作用,以協(xié)調(diào)各機床的加工。FTL的生產(chǎn)率比較高,但柔性稍差,特別適合于中批或大批生產(chǎn)幾何形狀、加工工藝和節(jié)拍都相似,但不同品種的復雜零件。柔性制造系統(tǒng)和計算機輔助制造概述三 、計算機集成制造系統(tǒng) 計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)是通過系統(tǒng)工程的應用,把包括產(chǎn)品設計、生產(chǎn)計劃、加工程序以及加工系統(tǒng)等系統(tǒng)要素組合起來,形成的一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)包括軟件和硬件,系統(tǒng)的輸入是對產(chǎn)品的要求和產(chǎn)品的構(gòu)思,系統(tǒng)的主要輸出是制造出所要求的產(chǎn)品。CIMS將制造工廠的產(chǎn)品設計、制造及管理的信息集中起來,從而獲得更高的整體效益,并提高了市場的競爭能力。 四、計算機輔助制造及 CAD/CAM一體化的概念。 1計算機輔助制造(CAM ) 是指采用計算機分級結(jié)構(gòu)監(jiān)控制造過程的各個階段,多方面管理制造過程。它通過人一機聯(lián)系,在加工管理、工藝設計、計劃、操作和控制等方面,有效地利用計算機技術(shù),按照信息化的作業(yè)程序進行生產(chǎn)活動。 一個理想的CAM系

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