機械制造技術(shù)基礎(chǔ)2014-10

Contents加工中心3作業(yè)34數(shù)控機床32第10講車床典型部件及數(shù)控機床與加工中心本章考試類型35CA6140型臥式車床主軸箱簡介31本講要求了解CA6140主軸箱主軸部件的基本要求及結(jié)構(gòu)了解數(shù)控機床的特點及其加工原理和組成；了解數(shù)控機床的分類。明確加工中心的特點及其與數(shù)控機床的區(qū)別。掌握本章內(nèi)容的考試類型及要點。前一講內(nèi)容回顧1.傳動原理圖2.傳動框圖3.傳動系統(tǒng)圖4.轉(zhuǎn)速分布圖2.3.3CA6140型臥式車床主軸箱簡介主軸箱是一個比較復(fù)雜的部件。用于支承主軸和傳動機構(gòu)，并使其實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、啟動、停止、變速、和換向等功用。主軸箱通常包含傳動機構(gòu)，主軸部件，啟動、停止以及換向裝置，制動裝置，操縱機構(gòu)和潤滑裝置等。CA6140型普通車床主軸箱展開圖主軸組件卸荷帶輪雙向多片摩擦離合器制動器及其操縱機構(gòu)變速操縱機構(gòu)所謂展開圖，就是按照傳動軸傳遞運動的先后順序，沿其軸心線剖開，并將其展開在一個平面上而形成的一種結(jié)構(gòu)圖。僅用主軸箱展開圖是不足以清楚反映主軸箱部件結(jié)構(gòu)的，這是因為展開圖不能表示出各傳動件的空間位置及其它機構(gòu)(如操縱機構(gòu)、潤滑裝置等等)。所以，必須通過裝配圖及必要的向視圖及剖面圖來加以補充說明

CA6140型普通車床主軸箱展開圖主軸箱主軸箱三支承結(jié)構(gòu)1．機床主軸部件的基本要求主軸部件是機床的重要部件之一。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成。機床工作時，主軸帶動工件或刀具直接參加表面成形運動，并傳遞動力，它所傳遞的功率約占整臺機床的80％。主軸部件又是工件或刀具的支承件，承受切削力、進給力驅(qū)動力及工件或刀具的重力等，并要保證與機床其它有關(guān)部件間有精確的相對位置。主軸轉(zhuǎn)速在很大程度上影響著機床的生產(chǎn)率；其旋轉(zhuǎn)的精度在很大程度上影響著工件的加工精度。1）主軸部件的基本要求各種機床主軸的一個共同的要求，就是主軸在工作負載下，應(yīng)能長期保持所需要的穩(wěn)定工作精度，以保證工件合格的加工精度和表面粗糙度。1．機床主軸部件的基本要求（1）旋轉(zhuǎn)精度主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度是指機床在空載低速時，在主軸端安裝工件、夾具或刀具部位上用千分表測得的徑向跳動量和軸向跳動量。它是機床的一項主要精度指標(biāo)，直接影響被加工零件的幾何精度和表面粗糙度。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸部件的主要零件(如主軸、軸承等)的制造和裝配精度。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度是在靜態(tài)下測量的，能在一定程度上起到保證受載時主軸動態(tài)旋轉(zhuǎn)精度的作用。對于高精度機床還需作動態(tài)旋轉(zhuǎn)精度測定。1．機床主軸部件的基本要求（2）靜剛度主軸部件的靜剛度是指在外力作用下抵抗變形的能力，也就是在外力作用下，主軸應(yīng)仍能保持一定的工作精度。主軸部件剛度的大小通常是以主軸前端產(chǎn)生單位位移時，在位移方向上所需施加的作用力的大小來表示的。它綜合地反映了主軸和軸承的變形。在主軸端部加以作用力P(N)，如主軸端部產(chǎn)生的位移為y(μm)，則主軸部件的剛度值為P／y(N／μm)。因為這個位移量直接與加工精度有關(guān)，但與工件或刀具的安裝方式及其尺寸無關(guān)，因而它比較能反映主軸部件的結(jié)構(gòu)性能。影響主軸部件靜剛度的因素較多，一般有主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型和裝置方式、軸承間隙的大小、傳動件的布置方式、以及主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等。1．機床主軸部件的基本要求（3）抗振性主軸部件的抗振性是指機床進行切削時，抵抗振動保持平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)的工作能力。振動會影響工件的表面質(zhì)量、刀具耐用度和主軸軸承的壽命，還會產(chǎn)生噪聲，影響工作環(huán)境。主軸部件在運轉(zhuǎn)時應(yīng)盡量減少振動，這對高速和高精度機床更為重要。影響主軸部件抗振性的主要因素是主軸部件的阻尼、剛度和固有頻率，并與主軸的傳動方式、軸承類型、主軸部件質(zhì)量的分布情況、齒輪與軸承等零件制造與裝配的質(zhì)量有關(guān)。1．機床主軸部件的基本要求（4）溫升和熱變形主軸部件的熱變形是指機床工作時，因各相對運動處的摩擦等發(fā)熱造成各部分間的溫差，使主軸部件在形狀和位置上產(chǎn)生的畸變。熱變形應(yīng)以主軸部件運轉(zhuǎn)一段時間后因發(fā)熱而造成的各部分位置變化來度量，也可用各部分的溫升近似地表示。主軸部件在運轉(zhuǎn)中溫升過高會引起加工精度變化和抱軸的不良后果。使主軸部件產(chǎn)生溫升和熱變形的熱源，主要是主軸支承中的徑向和軸向軸承、潤滑油以及直接裝在主軸上的電動機。按JB2278—78規(guī)定：主軸在最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)達到穩(wěn)定溫度(溫度上升不超過每小時5℃)時，滑動軸承溫度不得超過60℃，溫升不得超過室溫30℃；滾動軸承溫度不得超過70℃，溫升不得超過室溫40℃。高精度機床(如坐標(biāo)鏜床)主軸軸承的溫度不得超過室溫10℃。1．機床主軸部件的基本要求（5）精度持久性主軸部件的精度持久性是指長期保持其原來制造精度的能力。為此主軸部件的各滑動表面，包括主軸軸頸和滑動軸承配合面、鉆鏜床等軸向移動的主軸部件的導(dǎo)向表面以及主軸端部和內(nèi)錐孔等都必須具有一定的耐磨性。1、卸荷帶輪電動機經(jīng)皮帶將運動傳至軸I左端的帶輪2。帶輪2與花鍵套1用螺釘連接成一體，支承在法蘭3內(nèi)的兩個深溝球軸承上。法蘭3固定在主軸箱體4上，這樣帶輪2可通過花鍵1帶動軸I旋轉(zhuǎn)，皮帶的拉力則經(jīng)軸承和法蘭3傳至箱體4。軸I的花鍵部分只傳遞轉(zhuǎn)距，從而可避免因皮帶拉力而使軸I產(chǎn)生彎曲變形。這種帶輪是卸荷的（既把徑向載荷卸給箱體）。2、主軸組件

近年來，CA6140型臥式車床的主軸部件在結(jié)構(gòu)上做了較大改進，由原來的三支承結(jié)構(gòu)改為兩支承結(jié)構(gòu)；由前端軸向定位改為后端軸向定位。前軸承為D級精度的雙列短圓柱滾子軸承，用于承受徑向力。后軸承為一個推力球軸承和角接觸球軸承，分別用于承受軸向力和徑向力。D3182121D46215D82152、主軸組件

軸承的間隙調(diào)整前軸承：松開支承右端的螺母(前端螺母)，擰動支承左端帶鎖緊螺釘?shù)恼{(diào)整螺母，這時軸承內(nèi)環(huán)相對于主軸錐面向右移動，軸承的內(nèi)環(huán)很薄，且內(nèi)孔也和主軸錐面一樣，具有1:12的錐度，因此，內(nèi)環(huán)在軸向移動的同時作徑向彈性膨脹，以調(diào)整軸承徑向間隙，調(diào)整妥當(dāng)后，擰緊前端螺母，然后稍微松動調(diào)整螺母，以免推力軸承過緊，最后，擰緊調(diào)整螺母的鎖緊螺釘。主軸的徑向跳動及軸向跳動允差都是0.01mm。主軸的徑向跳動影響加工表面的圓度或同軸度；軸向跳動影響加工端面的平面度及螺距精度。當(dāng)主軸的跳動量超過允許值時，一般情況下，只需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整前支承的間隙，就可使主軸跳動量調(diào)整到允許值內(nèi)。如徑向跳動仍達不到要求，應(yīng)調(diào)整后軸承。D3182121D46215D82152、主軸組件螺釘1預(yù)先將鎖緊盤2固定在主軸3上（不擰緊）雙頭螺栓5一端固定在卡盤（或卡盤座）4上，另一端預(yù)置螺母6該結(jié)構(gòu)裝卸卡盤方便、工作可靠、定心精度高，且主軸前端的懸伸長度短，有利于提高主軸組件的剛度。3、開停與換向裝置-摩擦片式離合器CA6140摩擦離合器1雙聯(lián)齒輪，2外片，3內(nèi)片，4調(diào)整片，5鍵，6元寶銷，7拉桿，8壓套，9螺母，10、11止推片CA6140摩擦離合器CA6140摩擦離合器與制動器的聯(lián)動CA6140摩擦離合器與制動器的聯(lián)動2外片，3內(nèi)片，5鍵，6元寶銷，7拉桿，12滑套，13調(diào)節(jié)螺釘，14杠桿，15制動帶，16制動輪，17扇齒輪，18手柄，19軸，20桿，21曲軸，22齒條，23撥叉CA6140摩擦離合器與制動器的聯(lián)動主軸變速操縱機構(gòu)動畫CA6140主軸變速機構(gòu)之一主軸變速機構(gòu)之二CA6140進給箱圖進給箱2.4數(shù)控機床與加工中心2.4.1數(shù)控機床是計算機通過數(shù)字化信息實現(xiàn)對機床自動控制的機電一體化產(chǎn)品。即CNC系統(tǒng)。它綜合應(yīng)用微電子技術(shù)、計算機自動控制、精密檢測、伺服驅(qū)動、機械設(shè)計與制造技術(shù)等多方面的最新成果，是一種先進的機械加工設(shè)備。數(shù)控機床不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還能大大改善工人的勞動條件。1．?dāng)?shù)控機床的特點（1）適應(yīng)性廣適應(yīng)性即柔性，指數(shù)控機床隨生產(chǎn)對象而變化的適應(yīng)能力。數(shù)控機床的加工對象改變時，只需重新編制相應(yīng)的加工程序，輸入計算機就可以自動地加工出新的工件。為解決多品種、中小批量零件的自動化加工提供了極好的生產(chǎn)方式。廣泛的適應(yīng)性是數(shù)控機床最突出的優(yōu)點。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的柔性也在不斷地擴展，逐步向多工序集中方向發(fā)展。（2）加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定數(shù)控機床是按數(shù)字指令脈沖自動工作的，這就消除了操作者人為的誤差。目前數(shù)控裝置的脈沖當(dāng)量普遍達到了0.001mm，進給傳動鏈的反向間隙與絲杠導(dǎo)程誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，所以可獲得較高的加工精度。尤其提高了同一批零件生產(chǎn)的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。（3）生產(chǎn)率高數(shù)控機床能有效地減少零件的加工切削時間和輔助時間。數(shù)控機床的功率和剛度高，可采用較大的切削用量；同時可以自動換刀、自動變換切削用量、快速進退、自動裝夾工件等；能在一臺數(shù)控機床上進行多個表面的、不同工藝方法的連續(xù)加工；可自動控制工件的加工尺寸和精度，而不必經(jīng)常停機檢驗。（4）減輕勞動強度、改善勞動條件應(yīng)用數(shù)控機床時，操作者只需編程序、調(diào)整機床、裝卸工件等，而后就由數(shù)控系統(tǒng)來自動控制機床，免除了繁重的手工操作。機床一般是封閉式加工，清潔、安全。（5）實現(xiàn)復(fù)雜零件的加工數(shù)控機床可以完成普通機床難以加工或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工、可以實現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運動和加工任何形狀的空間曲面，因此特別適用于各種復(fù)雜形面的零件加工。（6）便于現(xiàn)代化的生產(chǎn)管理用計算機管理生產(chǎn)是實現(xiàn)管理現(xiàn)代化的重要手段。數(shù)控機床采用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，特別是在數(shù)控機床上使用計算機控制，為計算機輔助設(shè)計、輔助制造和計算機管理一體化奠定了基礎(chǔ)。2.數(shù)控機床的工作原理及組成數(shù)控機床加工零件時，首先按照加工零件圖紙的要求，編制加工程序，即數(shù)控機床的工作指令。把這種信息記錄在信息載體上（例如穿孔帶、磁帶或磁盤），輸送給數(shù)控裝置。數(shù)控裝置對輸入的信息進行處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息，控制機床主運動的啟停、變速，進給運動的方向、速度和位移，以及其它諸如換刀、工件裝夾、冷卻潤滑等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格按數(shù)控程序規(guī)定的順序，路線和參數(shù)，自動地加工出符合圖樣要求的工件。數(shù)控加工的過程是圍繞信息的交換進行的。從零件圖到加工出工件需經(jīng)過信息的輸入、信息的輸出和對機床的控制等幾個主要環(huán)節(jié)。所有這些工作都由計算機進行合理的組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地工作。數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)圖2.52數(shù)控機床基本結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)主要有控制介質(zhì)、計算機數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機床機械部件組成。1）控制介質(zhì)數(shù)控加工程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。在對零件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)確定：①零件坐標(biāo)系，即零件在機床上的安裝位置；②刀具與零件相對運動的尺寸參數(shù)；③零件加工的順序；④主運動的啟停、換向、變速等；⑤進給運動的速度、方向、位移量等工藝參數(shù)；⑥輔助裝置的動作。這些加工信息用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。編制數(shù)控程序可由人工進行，也可由計算機或數(shù)控裝置完成。程序記錄在控制介質(zhì)（如紙帶、磁帶或磁盤）上。2）計算機數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機床的中樞。它接受輸入裝置送來的控制介質(zhì)上的信息，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令給伺服驅(qū)動系統(tǒng)和主運動控制部分，控制機床的各部分進行有序的動作。3）伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行部分，包括伺服驅(qū)動電動機、各種驅(qū)動元件和執(zhí)行部件等。它的作用是根據(jù)來自數(shù)控裝置的指令發(fā)出脈沖信號，控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量，是執(zhí)行部件按規(guī)定軌跡移動或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件。每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。每個脈沖信號使機床執(zhí)行部件的位移量叫脈沖當(dāng)量，常用的脈沖當(dāng)量有0.01、0.005、0.001mm/脈沖。伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控加工精度的生產(chǎn)效率的主要因素之一。4）機床的機械部件主要包括：主運動部件、進給運動（如工作臺、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等）及其它輔助裝置（冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位、夾緊、換刀等部件）。對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機械手等部件。數(shù)控機床的機械部件的結(jié)構(gòu)強度、剛度、精度和抗振性等方面的要求很高，且傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。1—腳踏開關(guān)2—對刀儀3—主軸卡盤4—主軸箱5—機床防護門6—壓力表7—對刀儀防護罩8—導(dǎo)軌防護罩9—對刀儀轉(zhuǎn)臂10—操作面板11—回轉(zhuǎn)刀架12—尾座13—滑板14—床身數(shù)控車床的外觀圖3