第1章 機(jī)床概論

第1章機(jī)床概論1.1金屬切削機(jī)床

1.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)1.3數(shù)控加工技術(shù)與設(shè)備概述1.1金屬切削機(jī)床1.1.1金屬切削機(jī)床及其地位和作用1.1.2金屬切削機(jī)床發(fā)展概況1.1.3金屬切削機(jī)床的分類與編號(hào)1.1.1金屬切削機(jī)床及其地位和作用金屬切削機(jī)床簡(jiǎn)稱機(jī)床，它是利用刀具對(duì)金屬毛坯進(jìn)行切削來(lái)加工機(jī)械零件的一種工作機(jī)械。它是制造機(jī)器的機(jī)器，稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。在現(xiàn)代化機(jī)械制造工業(yè)中，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)器零件的主要設(shè)備。在一般的機(jī)械制造中，機(jī)床所負(fù)擔(dān)的加工工作量，約占機(jī)器制造總工作量的40％～60％，它的技術(shù)性能高低直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和制造經(jīng)濟(jì)性。機(jī)械制造工業(yè)是制造各種機(jī)械設(shè)備及工具的工業(yè)部門，擔(dān)負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備及裝備的重要任務(wù)。一個(gè)國(guó)家要實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化，必須具有強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)，而機(jī)床工業(yè)則是為機(jī)械制造業(yè)提供各種制造設(shè)備的“裝備部”，是機(jī)械制造業(yè)的后盾。因此，機(jī)床工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，是整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推動(dòng)力，也是衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一。1.1.2金屬切削機(jī)床發(fā)展概況金屬切削機(jī)床的出現(xiàn)，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，而工業(yè)的發(fā)展及不斷涌現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)成果又使機(jī)床工業(yè)本身得以不斷發(fā)展。早在18世紀(jì)中葉，就出現(xiàn)了現(xiàn)代機(jī)床的雛形。早期的機(jī)床采用蒸汽機(jī)當(dāng)動(dòng)力，加工精度不高，如最早的汽缸鏜床的加工精度約為1mm左右。自從1952年第—臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世到現(xiàn)在的50多年中，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展非常迅速，幾乎所有品種的機(jī)床都實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。數(shù)控機(jī)床是一種用計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算裝置控制的、高效的自動(dòng)化機(jī)床，它綜合應(yīng)用了機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測(cè)量技術(shù)、液壓傳動(dòng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)等方面的最新成就，從而形成了巨大的生產(chǎn)力，導(dǎo)致制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化。數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)水平的高低，數(shù)控機(jī)床擁有量的多少已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。如今，數(shù)控機(jī)床也已成為組成現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)(CAD)、制造(CAM)、檢驗(yàn)(CAT)與生產(chǎn)管理等全部生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的基本沒(méi)備。1.1.3金屬切削機(jī)床的分類與編號(hào)按照機(jī)床的加工方式，使用的刀具及其用途，將機(jī)床分為11類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其它機(jī)床等。按照工藝范圍的寬窄（萬(wàn)能程度），機(jī)床可分為：通用機(jī)床、專門化機(jī)床、專用機(jī)床。通用機(jī)床的加工范圍較廣，可加工多種零件的不同工序。常見(jiàn)的有臥式車床、萬(wàn)能升降臺(tái)銑床、臥式銑鏜機(jī)床等。專門化機(jī)床用于加工不同尺寸的一類或幾類零件的某一道（或幾道）特定工序，如曲軸車床、凸輪軸車床、精密絲杠車床等。專用機(jī)床是為某一特定零件的特定工序所設(shè)計(jì)的，其工藝范圍最窄。如加工機(jī)床主軸箱的專用鏜床、加工車床導(dǎo)軌的專用磨床等。各種組合機(jī)床也屬于專用機(jī)床。按照加工精度不同，可分為：普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精密級(jí)三種精度等級(jí)的機(jī)床。按照自動(dòng)化程度的不同，可分為：手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床。按照機(jī)床的質(zhì)量和尺寸不同，可分為：儀表機(jī)床、中型機(jī)床、大型機(jī)床(質(zhì)量達(dá)到：10t)、重型機(jī)床(質(zhì)量在30t以上)、超重型機(jī)床(質(zhì)量在100t以上)。1．機(jī)床的分類

機(jī)床型號(hào)是機(jī)床產(chǎn)品的代號(hào)，用以簡(jiǎn)明地表示機(jī)床的類型、主要技術(shù)參數(shù)、性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。我國(guó)的機(jī)床型號(hào)現(xiàn)在是按1997年頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T16768-1997《金屬機(jī)械機(jī)床型號(hào)編制方法》編制的。（1）型號(hào)表示方法通用機(jī)床的型號(hào)由基本部分和輔助部分組成?；静糠纸y(tǒng)一管理，輔助部分由生產(chǎn)廠家自定。型號(hào)的構(gòu)成如下：2．機(jī)床型號(hào)的編制方法其中：1)有“()”的代號(hào)或數(shù)字，當(dāng)無(wú)內(nèi)容時(shí)則不表示，若有內(nèi)容則不帶括號(hào)；2)有“○”符號(hào)者，為大寫的漢語(yǔ)拼音字母；3)有“△”符號(hào)者，為阿拉伯?dāng)?shù)字；4)有“◎”符號(hào)者，為大寫的漢語(yǔ)拼音字母，或阿拉伯?dāng)?shù)字，或兩者兼有之。（2）機(jī)床類、組、系的劃分及其代號(hào)為了便于區(qū)別、管理和使用機(jī)床，在國(guó)家制訂的機(jī)床型號(hào)編制方法中，機(jī)床的類代號(hào)，用大寫的漢語(yǔ)拼音字母表示。機(jī)床類別代號(hào)見(jiàn)表1-1。表1-1普通機(jī)床類別代號(hào)

類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床特種加工機(jī)床銑床刨插床拉床鋸床其它機(jī)床代號(hào)CZTM2M3MYSDXBLGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲電銑刨拉割其它每類機(jī)床劃分為10個(gè)組，每個(gè)組又劃分為10個(gè)系(系列)。在同類機(jī)床中，主要布局和使用范圍基本相同的機(jī)床，即為同一組；在同一組機(jī)床中，其主參數(shù)相同，主要結(jié)構(gòu)及布局形式相同的機(jī)床為同一系。機(jī)床的組、系代號(hào)用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于類代號(hào)和通用特性代號(hào)、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)之后；機(jī)床的系，用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，位于組代號(hào)之后。各類機(jī)床組的代號(hào)及劃分見(jiàn)表1-2。表1-2金屬切削機(jī)床類、組劃分表

組別類別組類0123456789車床C儀表車床單軸自動(dòng)車床多軸自動(dòng)、半自動(dòng)車床回輪、轉(zhuǎn)塔車床曲軸及凸輪軸車床立式車床落地及臥式車床仿形及多刀車床輪、軸、輥、錠及鏟齒車床其它車床鉆床Z

坐標(biāo)鏜鉆床深孔鉆床搖臂鉆床臺(tái)式鉆床立式鉆床臥式鉆床銑鉆床中心孔鉆床其它鉆床鏜床T

深孔鏜床

坐標(biāo)鏜床立式鏜床臥式銑鏜床精鏜床汽車、拖拉機(jī)修理用鏜床其它鏜床磨

床M儀表磨床外圓磨床內(nèi)圓磨床砂輪機(jī)坐標(biāo)磨床導(dǎo)軌磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲軸、凸輪軸、花鍵軸及軋輥磨床工具磨床2M

超精機(jī)內(nèi)圓珩磨機(jī)外圓及其它珩磨機(jī)拋光機(jī)砂帶拋光及磨削機(jī)床刀具刃磨及研磨機(jī)床可轉(zhuǎn)位刀片磨削機(jī)床研磨機(jī)其它磨床3M

球軸承套圈溝磨床滾子軸承套圈滾道磨床軸承套圈超精機(jī)

葉片磨削機(jī)床滾子加工機(jī)床鋼球加工機(jī)床氣門、活塞及活塞環(huán)磨削機(jī)床汽車、拖拉機(jī)修磨機(jī)床齒輪加工機(jī)床Y儀表齒輪加工機(jī)

錐齒輪加工機(jī)滾齒機(jī)及銑齒機(jī)剃齒及珩齒機(jī)插齒機(jī)花鍵軸銑床齒輪磨齒機(jī)其它齒輪加工機(jī)齒輪倒角及檢查機(jī)螺紋加工機(jī)床S

套絲機(jī)攻絲機(jī)

螺紋銑床螺紋磨床螺紋車床銑床X儀表銑床懸臂及滑枕銑龍門銑床平面銑床仿形銑床立式升降臺(tái)銑床臥式升降臺(tái)銑床床身銑床工具銑床其它銑床刨插床B

懸臂刨床龍門刨床

插床牛頭刨床

邊緣及模具刨床其它刨床拉床L

側(cè)拉床臥式外拉床連續(xù)拉床立式內(nèi)拉床臥式內(nèi)拉床立式外拉床鍵槽、軸瓦及螺紋拉床其它拉床鋸床G

砂輪片鋸床

臥式帶鋸床立式帶鋸床圓鋸床弓鋸床銼鋸床

其它機(jī)床Q其它儀表機(jī)床管子加工機(jī)床木螺釘加工機(jī)

刻線機(jī)切斷機(jī)多功能機(jī)床

(3)通用特性代號(hào)、結(jié)構(gòu)特性別號(hào)通用特性代號(hào)有統(tǒng)一的固定含義，它在各類機(jī)床型號(hào)中所表示的意義相同。當(dāng)某類機(jī)床除有普通形式外，還有某種通用特性，則在類代號(hào)之后加通用特性代號(hào)予以區(qū)分。通用特性代號(hào)見(jiàn)表1-3。表1-3通用特性代號(hào)對(duì)主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)、性能不同的機(jī)床，在型號(hào)中加結(jié)構(gòu)特性代號(hào)予以區(qū)分。它在型號(hào)中沒(méi)有統(tǒng)一的含義。結(jié)構(gòu)特性代號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母表示，排在類代號(hào)之后。當(dāng)型號(hào)中有通用特性代號(hào)時(shí)應(yīng)排在通用特性代號(hào)之后。通用特性高精度精密自動(dòng)半自動(dòng)數(shù)控加工中心（自動(dòng)換刀）仿形輕型加重型簡(jiǎn)式柔性加工單元數(shù)顯高速代號(hào)GMZBKHFQCJRXS讀音高密自半控?fù)Q仿輕重簡(jiǎn)柔顯速(4)主參數(shù)、主軸數(shù)和第二主參數(shù)的表示方法機(jī)床主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格大小，用折算值表示，位于系代號(hào)之后。當(dāng)折算數(shù)值大于1時(shí)，取整數(shù)，前面不加“0”，當(dāng)折算數(shù)值小于1時(shí)，則以主參數(shù)值表示，并在前面加“0”。某些通用機(jī)床，當(dāng)其無(wú)法用一個(gè)主參數(shù)表示時(shí)，則在型號(hào)中用設(shè)計(jì)順序號(hào)表示。機(jī)床的主軸數(shù)應(yīng)以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)，置于主參數(shù)之后，用乘號(hào)“×”分開(kāi)。主軸數(shù)是必須表示的。第二主參數(shù)(多軸機(jī)床的主軸數(shù)除外)一般不予表示，當(dāng)機(jī)床的最大工件長(zhǎng)度、最大切削長(zhǎng)度、工作臺(tái)面長(zhǎng)度、最大跨距等以長(zhǎng)度單位表示的第二主頃數(shù)的變化，將引起機(jī)床結(jié)構(gòu)、性能發(fā)生較大變化時(shí)，為了區(qū)分，可將第二主參數(shù)列入型號(hào)的后部，并用分開(kāi)，讀作“乘”。凡屬長(zhǎng)度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系數(shù)；凡屬直徑、深度、寬度的，則采用“1/10”的折算系數(shù)；如以厚度、模數(shù)作為第二主參數(shù)的則以實(shí)際數(shù)值列入型號(hào)。(5)機(jī)床的重大改進(jìn)順序號(hào)當(dāng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能有更高的要求，須按新產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)、試制和鑒定時(shí)，按照改進(jìn)的先后順序用漢語(yǔ)拼音字母A、B、C…加在基本部分的尾部，以區(qū)別原機(jī)床型號(hào)。

(7)企業(yè)代號(hào)及其表示方法企業(yè)代號(hào)包括機(jī)床生產(chǎn)廠家及機(jī)床研究所單位代號(hào)，置于輔助部分尾部，用“／”分開(kāi)。若輔助部分僅有企業(yè)代號(hào)時(shí)，可不加“／”。通用機(jī)床型號(hào)實(shí)例：例一北京機(jī)床研究所生產(chǎn)的精密臥式加工中心，其型號(hào)為：THM6365／JCS。例二沈陽(yáng)第二機(jī)床廠生產(chǎn)的最大鉆孔直徑為40mm，最大跨距為1600mm的搖臂鉆床，其型號(hào)為：Z3040／S2。例三某機(jī)床廠生產(chǎn)的經(jīng)第一次改進(jìn)的精密磨床，其工作臺(tái)寬度為320mm，其型號(hào)為：MM7132A。例四濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)的最大車削直徑為250mm精密臥式車床，其型號(hào)為：CM6125/J1。例五蘇州三光機(jī)床廠生產(chǎn)的工作臺(tái)橫向行程為200mm，快速走絲的數(shù)控電火花線切割機(jī)床其型號(hào)為：DK7720除了主參數(shù)和第二主參數(shù)外，還有一些反映機(jī)床性能的技術(shù)參數(shù)。這些技術(shù)參數(shù)主要包括尺寸參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)：尺寸參數(shù)反映了機(jī)床能加工零件的尺寸范圍以及與附具的聯(lián)系尺寸，例如臥式車床的頂尖距、主軸內(nèi)孔錐度，搖臂鉆床的搖臂升降距離、主軸行程等。運(yùn)動(dòng)參數(shù)反映了機(jī)床執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)速度，如主軸的轉(zhuǎn)速范圍、刀架或工作臺(tái)的進(jìn)給量范圍等，動(dòng)力參數(shù)多指電動(dòng)機(jī)功率、某些機(jī)床的主軸最大允許扭矩等。了解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)，對(duì)于正確使用和合理選用機(jī)床具有重大意義。例如根據(jù)工藝要求，確定切削用量后，就應(yīng)按照機(jī)床所能提供的功率及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，選擇合適的機(jī)型。又如在計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)充分考慮機(jī)床的尺寸參數(shù)，以免夾具不能正確安裝或發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。機(jī)床的各種主要技術(shù)參數(shù)，可從機(jī)床說(shuō)明書中查出。3．金屬切削機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)1.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)與傳動(dòng)1.2.1機(jī)床運(yùn)動(dòng)1.2.2機(jī)床的傳動(dòng)1.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)圖機(jī)床的運(yùn)動(dòng)就是使刀具按一定規(guī)律切除毛坯上多余金屬,而獲得具有一定幾何形狀、尺寸精度、位置精度和表面質(zhì)量的工件的一系列運(yùn)動(dòng)。1.2.1機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)按其功用不同可分為表面成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。下面以車削加工中的運(yùn)動(dòng)為例,介紹機(jī)床的運(yùn)動(dòng),如圖1-1所示。圖1-1表面成形運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1．表面成形運(yùn)動(dòng)表面成形運(yùn)動(dòng)是直接參與切削過(guò)程，從而在工件上形成工件表面的刀具與工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。表面成形運(yùn)動(dòng)的形式和數(shù)量，決定了被加工表面的形狀、所采用的加工方法和刀具的結(jié)構(gòu)。表面成形運(yùn)動(dòng)可分為機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的主要運(yùn)動(dòng)。它的特點(diǎn)是速度較高及消耗的動(dòng)力較多。主運(yùn)動(dòng)常常是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以是工件回轉(zhuǎn)(如車床的主運(yùn)動(dòng))，也可是刀具回轉(zhuǎn)(如鉆床、銑床、鏜床等的主運(yùn)動(dòng))，常以n(r／min)表示。主運(yùn)動(dòng)也有是直線運(yùn)動(dòng)的(如刨床、拉床等機(jī)床的主運(yùn)動(dòng))。機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它的特點(diǎn)是速度較低及消耗的動(dòng)力較少。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可由刀具完成(如圖示刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，也可由工件完成(如銑床、鏜床和磨床等的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))；可以是連續(xù)的(如車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，也可是間歇的(如刨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng))；可以是一個(gè)(如車削外圓柱表面時(shí))，也可有幾個(gè)(如滾齒時(shí))。個(gè)別情況沒(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(如拉削時(shí))。2．輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)床的輔助運(yùn)動(dòng)是指機(jī)床上除表面成形運(yùn)動(dòng)以外，機(jī)床上其他所需的運(yùn)動(dòng)。其作用是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種輔助動(dòng)作。從現(xiàn)代機(jī)床控制角度來(lái)看機(jī)床運(yùn)動(dòng)，機(jī)床運(yùn)動(dòng)同樣可分為主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)三大類。主運(yùn)動(dòng)同前面的定義一樣。而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則可定義為是機(jī)床主機(jī)上除主運(yùn)動(dòng)以外的刀具移動(dòng)、工件移動(dòng)和工件轉(zhuǎn)動(dòng)等有關(guān)刀具和工件的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)是除主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)以外的機(jī)床上所有的其它運(yùn)動(dòng)(如主軸變速、自動(dòng)換刀、工件自動(dòng)夾緊和工件自動(dòng)交換等運(yùn)動(dòng))。3．金屬切削加工金屬切削加工是用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料層切去成為切屑，使工件獲得相應(yīng)的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。任何切削加工都必須具備三個(gè)基本條件：切削工具(常稱為刀具)、工件和切削運(yùn)動(dòng)。切削運(yùn)動(dòng)是刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它由形成切削力的主運(yùn)動(dòng)、保證切削連續(xù)進(jìn)行的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)組成。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間有準(zhǔn)確的比例關(guān)系形成的合成運(yùn)動(dòng)稱為合成切削運(yùn)動(dòng)(如車削螺紋時(shí)的兩個(gè)運(yùn)動(dòng))。1.2.2機(jī)床的傳動(dòng)1．機(jī)床的基本組成為獲得加工過(guò)程中所必需的各種運(yùn)動(dòng)，機(jī)床應(yīng)具備三個(gè)基本部分：1)執(zhí)行件執(zhí)行件是執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的部件，如主軸、刀架、工作臺(tái)等。其任務(wù)是帶動(dòng)工件和刀具完成旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，并保證準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡。2)動(dòng)力源動(dòng)力源是為執(zhí)行件提供運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置，有交流異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等各種電動(dòng)機(jī)?？梢詭讉€(gè)運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)動(dòng)力源，也可每個(gè)運(yùn)動(dòng)單獨(dú)使用一個(gè)動(dòng)力源。3)傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置：。通過(guò)它把動(dòng)力源的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行件和把一個(gè)執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)傳遞給另一個(gè)執(zhí)行件，并使有關(guān)執(zhí)行件之間保持某種確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。傳動(dòng)裝置還可以變換運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、方向和速度。機(jī)床的傳動(dòng)裝置有機(jī)械、液壓、電氣、氣壓等多種形式。

2．機(jī)床的傳動(dòng)鏈和傳動(dòng)原理圖在機(jī)床上，為了得到所需的運(yùn)動(dòng)，需要通過(guò)一系列的傳動(dòng)件把執(zhí)行件和動(dòng)力源，或者把執(zhí)行件和執(zhí)行件連接起來(lái)，這種連接稱為傳動(dòng)聯(lián)系。構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)聯(lián)系的按一定規(guī)律排列的一系列傳動(dòng)件，稱為傳動(dòng)鏈。一條傳動(dòng)鏈由該鏈的兩端件及兩端件之間的一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。傳動(dòng)鏈中通常包含兩類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：一類是傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向固定不變的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠和螺母副，稱為定比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；另一類是根據(jù)加工要求可以變化傳動(dòng)比和傳動(dòng)方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、變向機(jī)構(gòu)等。根據(jù)傳動(dòng)聯(lián)系的性質(zhì)不同，傳動(dòng)鏈(運(yùn)動(dòng)鏈)還可分為內(nèi)、外聯(lián)系兩種。1)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈用來(lái)連接有嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系的兩執(zhí)行件，以獲得準(zhǔn)確的加工表面形狀及較高的加工精度。例如在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時(shí)，聯(lián)系主軸和刀架之間的螺紋傳動(dòng)鏈，就是一條傳動(dòng)比有嚴(yán)格要求的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，它能保證并得到螺紋所需的螺距。2)外聯(lián)系傳動(dòng)鏈它是聯(lián)系動(dòng)力源和機(jī)床執(zhí)行件之間的傳動(dòng)鏈，使執(zhí)行件得到運(yùn)動(dòng)，而且能改變運(yùn)動(dòng)的速度和方向，但不要求動(dòng)力源和執(zhí)行件之間有嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系。如車床主運(yùn)動(dòng)鏈的傳動(dòng)比只影響切削速度而不影響表面形狀的形成，即使在車削螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速的大小只影響車削螺紋速度的快慢，而對(duì)螺紋表面的形成并無(wú)影響。通常，機(jī)床有幾種運(yùn)動(dòng)，就相應(yīng)有幾條傳動(dòng)鏈，例如，臥式車床需要有主運(yùn)動(dòng)、縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及車螺紋運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)就有主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、縱向進(jìn)給傳動(dòng)鏈，橫向進(jìn)給傳動(dòng)鏈及車螺紋傳動(dòng)鏈等。實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)床所有運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈就組成了該機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)。1.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)圖傳動(dòng)系統(tǒng)圖用規(guī)定的簡(jiǎn)單符號(hào)表示傳動(dòng)系統(tǒng)中的各傳動(dòng)元件，并按照運(yùn)動(dòng)傳遞順序，以展開(kāi)圖形式繪在一個(gè)能反映機(jī)床外形及主要部件相互位置的投影面上。用以了解及分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)源與執(zhí)行件或執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動(dòng)聯(lián)系及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的一種示意圖。圖1.2所示為一臺(tái)數(shù)控銑床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖。與傳動(dòng)原理圖相比較，傳動(dòng)原理圖僅表示機(jī)床形成某一表面所需的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)聯(lián)系，而傳動(dòng)系統(tǒng)圖則表示了一臺(tái)機(jī)床所有的運(yùn)動(dòng)及其傳動(dòng)聯(lián)系。另外，傳動(dòng)系統(tǒng)圖中具體表示了各傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)類型以及作調(diào)整計(jì)算所需的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)。在傳動(dòng)系統(tǒng)圖中各傳動(dòng)元件是按照運(yùn)動(dòng)傳遞的先后順序，以展開(kāi)圖的形式畫出來(lái)的。傳動(dòng)系統(tǒng)圖中通常還需注明齒輪的齒數(shù)(有時(shí)也注明其編號(hào)和模數(shù))、帶輪直徑、絲杠的導(dǎo)程和線數(shù)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率、傳動(dòng)軸的編號(hào)等。傳動(dòng)軸編號(hào)，通常是從動(dòng)力源(電動(dòng)機(jī)等)開(kāi)始，按運(yùn)動(dòng)傳遞順序，順次地用羅馬數(shù)字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ…表示。在閱讀傳動(dòng)系統(tǒng)圖時(shí)，首先要了解該機(jī)床所具有的執(zhí)行件及其運(yùn)動(dòng)方式，以及執(zhí)行件之間是否要保持傳動(dòng)聯(lián)系，然后分析從運(yùn)動(dòng)源至執(zhí)行件或執(zhí)行件至執(zhí)行件之間的傳動(dòng)順序、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)關(guān)系。以下對(duì)圖1-3所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖進(jìn)行分析。該銑床具有兩個(gè)執(zhí)行件，即主軸和工作臺(tái)。機(jī)床工作時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)作往復(fù)直線移動(dòng)。(1)主運(yùn)動(dòng)XK5040A型數(shù)控銑床的主運(yùn)動(dòng)由7．5kW/1450r／min的主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)帶傳動(dòng)到第Ⅰ軸,通過(guò)Ⅰ～Ⅱ軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，Ⅱ一Ⅲ軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，Ⅲ～Ⅳ軸間雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至Ⅳ軸，再經(jīng)Ⅳ～Ⅴ軸間的一對(duì)錐齒輪圖1.2數(shù)控銑床傳動(dòng)系統(tǒng)圖副及Ⅴ～Ⅵ上的一對(duì)圓柱齒輪傳至主軸Ⅵ，使主軸獲得18級(jí)轉(zhuǎn)速。由電動(dòng)機(jī)至主軸間的傳動(dòng)聯(lián)系，可簡(jiǎn)明地用傳動(dòng)路線表達(dá)式表示如下：(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有工作臺(tái)縱向、橫向和垂向三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。1)縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由FB-15直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。2)垂直方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由FB—25直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)垂向進(jìn)給的伺服電動(dòng)機(jī)帶制動(dòng)器，當(dāng)斷電時(shí)Z向剎緊，以防止升降臺(tái)因自重而下滑。1.3數(shù)控加工技術(shù)與設(shè)備概述1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1.3.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念1.3.3數(shù)控機(jī)床的組成及其各部分功能1.3.4數(shù)控機(jī)床分類1.3.5數(shù)控機(jī)床的規(guī)格、性能和可靠性指標(biāo)1.3.6數(shù)控機(jī)床的主要功能1.3.7數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)1.3.1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展最早采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的思想，是在20世紀(jì)40年代提出的。當(dāng)時(shí)美國(guó)北密執(zhí)安的一個(gè)小型飛機(jī)工業(yè)承包商帕森斯公司(ParsonsCorporation)在制造飛機(jī)框架及直升飛機(jī)葉片輪廓用樣板時(shí)，利用全數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對(duì)葉片輪廓的加工路徑進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，并考慮了刀具半徑對(duì)加工路徑的影響，使加工精度達(dá)到±0.0381mm(±0.0015英寸)。以當(dāng)時(shí)的水平來(lái)看，是相當(dāng)高的。1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出一套試驗(yàn)性數(shù)字控制系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，是數(shù)控機(jī)床的第一代。但是這臺(tái)機(jī)床畢竟是一臺(tái)試驗(yàn)性的機(jī)床，到了1954年11月，在帕爾森斯專利基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯公司(BendixCooperation)生產(chǎn)出來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，特別是加工中心(MC，MachiningCenter)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DNC，DirectNumericalControl)、柔性制造系統(tǒng)(FMS，F(xiàn)lexibleManufacturingSystem)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS，ComputerIntegratedManufacturingSystem)、智能制造系統(tǒng)(IMS，IntelligentManufacturingSystem)等的出現(xiàn)，使數(shù)控機(jī)床已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以數(shù)字信息技術(shù)為基礎(chǔ)，集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)等技術(shù)的最新成果而迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得普通機(jī)械加工設(shè)備逐漸被高效率、高精度的數(shù)控機(jī)床所取代，從而形成了巨大的生產(chǎn)力，導(dǎo)致機(jī)械制造業(yè)發(fā)生根本的變化。數(shù)控機(jī)床水平的高低和擁有量的多少，成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。1.3.2機(jī)床中有關(guān)數(shù)控的基本概念在加工設(shè)備中應(yīng)用廣泛的數(shù)字控制(數(shù)控)技術(shù)，是一種采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制的技術(shù)。現(xiàn)在已有大量機(jī)械設(shè)備采用了數(shù)控技術(shù)，其中應(yīng)用面最廣的就是數(shù)控加工設(shè)備(即數(shù)控機(jī)床)。下面介紹機(jī)床中的數(shù)字控制及數(shù)控技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)、開(kāi)放式CNC系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床幾個(gè)概念的定義。1．?dāng)?shù)字控制(數(shù)控)及數(shù)控技術(shù)一般意義上的數(shù)字控制是指用數(shù)字化信息對(duì)過(guò)程進(jìn)行的控制，是相對(duì)模擬控制而言的。機(jī)床中的數(shù)字控制專指用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的工作過(guò)程進(jìn)行的可編程自動(dòng)控制，簡(jiǎn)稱為數(shù)控(NC)。這種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的技術(shù)就叫數(shù)控技術(shù)。2．?dāng)?shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)相關(guān)功能的軟硬件模塊的有機(jī)集成系統(tǒng)，是數(shù)控技術(shù)的載體。它能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床按指令運(yùn)動(dòng)并加工零件。在其發(fā)展過(guò)程中有硬件數(shù)控系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)兩類。早期的數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控裝置、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，數(shù)字信息由數(shù)字邏輯電路來(lái)處理，數(shù)控系統(tǒng)的所有功能都由硬件實(shí)現(xiàn)，故又稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)(NC系統(tǒng))。3．計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專用計(jì)算機(jī)、輸入輸出設(shè)備、可編程邏輯控制器(PLC)、存儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成，習(xí)慣上又稱為CNC系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)可完全由軟件來(lái)確定數(shù)字信息的處理過(guò)程，從而具有真正的“柔性”，并可處理各種復(fù)雜信息，所以CNC系統(tǒng)已基本取代硬件數(shù)控系統(tǒng)(NC系統(tǒng))。4．開(kāi)放式CNC系統(tǒng)國(guó)際電子與電氣工程師協(xié)會(huì)提出的開(kāi)放式CNC系統(tǒng)的定義是：一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)，應(yīng)保證使開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件能在不同廠商提供的不同的軟硬件平臺(tái)上運(yùn)行，且能與其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。根據(jù)這一定義，開(kāi)放式CNC系統(tǒng)至少有以下五個(gè)特征：(1)對(duì)使用者是開(kāi)放的：可采用先進(jìn)的圖形交互方式支持下的簡(jiǎn)易編程方法，使得數(shù)控機(jī)床的操作更加容易。(2)對(duì)機(jī)床制造商是開(kāi)放的：應(yīng)允許機(jī)床制造商在開(kāi)放式CNC系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專用的功能模塊及用戶操作界面。(3)對(duì)硬件的選擇是開(kāi)放的：即一個(gè)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)應(yīng)能在不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行。(4)對(duì)主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是開(kāi)放的：即能控制不同廠商提供的主軸及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。(5)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸及交換等是開(kāi)放的。開(kāi)放式CNC系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向。5．?dāng)?shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是指應(yīng)用數(shù)控技術(shù)對(duì)其加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床做了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。1.3.3數(shù)控機(jī)床的組成及其各部分功能1、數(shù)控機(jī)床工作原理利用