第4章機械加工裝備

第4章機械加工配備機床組成及主要性能目的4.1通用金屬切削機床4.2【學習目的】1．了解機械加工配備的種類2．了解常見普通機床的組成、運動3．掌握常見機床的主要性能目的4．了解常用機械加工配備的運用4.1機床組成及主要性能目的機械加工配備種類繁多，有熱處置設備、鍛造設備、鑄造設備、焊接設備、金屬切削機床、特種加工設備〔電火花、水切割、激光加工〕等等。本書主要引見金屬切削機床，主要有：車、鉆、鏜、磨、齒輪加工、銑、刨、拉、公用機床等等用來消費其他機械的任務母機。金屬切削機床種類繁多。我國大致可分為通用機床、公用機床和組合機床三大類。此外還有如按機床特性分為普通機床、萬能機床、自動機床、半自動機床、仿形機床和數(shù)控機床等；按機床規(guī)劃分為臥式機床、立式機床、龍門機床、馬鞍機床、落地機床等；按機床分量分為中小型機床、大型機床和重型機床等。4.1機床組成及主要性能目的1．動力源為機床提供動力〔功率〕和運動的驅動部分，如各種交流電動機、直流電動機和液壓傳動系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達等。2．傳動系統(tǒng)包括主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)和其他運動的傳動系統(tǒng)，如變速箱、進給箱等部件，有些機床主軸組件與變速箱合在一同成為主軸箱。3．支撐件用于安裝和支撐其他固定的或運動的部件，接受其重力和切削力，如床身、立柱等。支撐件是機床的根底構件，亦稱機床大件或根底件。4．任務部件〔1〕執(zhí)行部件，例如，主軸及主軸箱、任務臺及其滑板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等，用來安裝工件或刀具的部件。〔2〕與工件和刀具安裝及調(diào)整有關的，如自動上下料安裝、自動換刀安裝、砂輪修整器等?！?〕分度、轉位、定位機構和支配機構等，所以任務部件構造中大多含有軸承和導軌。4.1.1機械的組成5．控制系統(tǒng)用于控制各任務部件的正常任務，主要是電氣控制系統(tǒng)，有些機床部分采用液壓或氣動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床那么是數(shù)控系統(tǒng)，它包括數(shù)控安裝、主軸和進給的伺服控制系統(tǒng)〔伺服單元〕、可編程控制器和輸入輸出安裝等。6．冷卻系統(tǒng)用于對加工工件、刀具及機床的某些發(fā)熱部位進展冷卻。7．光滑系統(tǒng)用于對機床的運動副〔如軸承、導軌等〕進展光滑，以減小摩擦、磨損和發(fā)熱。8．其他安裝如排屑安裝、自動丈量安裝等。4.1機床組成及主要性能目的4.1.1機械的組成機床的切削加工是由工具〔包括刀具、砂輪等〕與工件之間的相對運動來實現(xiàn)的。機床的運動分為外表構成運動和輔助運動。4.1.2機床的運動如圖3-1所示在車床上車外圓的整個運動過程，當工件作旋轉運動Ⅰ后，經(jīng)過運動Ⅱ和運動Ⅲ使車刀在縱、橫方向上接近工件；然后根據(jù)背費勁量經(jīng)過運動Ⅳ讓車刀橫向切入一定深度；在經(jīng)過車刀的縱向直線運動Ⅴ，車削出外圓柱外表；車到所需長度l時,經(jīng)過運動Ⅵ、Ⅶ讓車刀橫向退離工件并縱向退回到起始位置。上述運動中，用來把工件切削成所需外表外形的運動稱為外表成形運動；其他保證工件順利加工的運動，稱為輔助運動。。4.1機床組成及主要性能目的機床的技術性能是根據(jù)運用要求提出和設計的，反映了機床加工性能的主要數(shù)據(jù)。通常包括以下內(nèi)容。1．機床的工藝范圍機床的工藝范圍是指在機床上加工的工件類型和尺寸，可以加工完成何種工序，運用什么刀具等。不同的機床，有寬窄不同的工藝范圍。通用機床具有較寬的工藝范圍，在同一臺機床上可以滿足較多的加工需求，適用于單件小批消費。公用機床是為特定零件的特定工序而設計的，自動化程度和消費率都較高，但它的加工范圍很窄。數(shù)控機床那么既有較寬的工藝范圍，又能滿足零件較高精度的要求，并可實現(xiàn)自動化加工。2．機床的技術參數(shù)機床的主要技術參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)與動力參數(shù)。尺寸參數(shù)——詳細反映機床的加工范圍，包括主參數(shù)、第二主參數(shù)和與加工零件有關的其他尺寸參數(shù)。各類機床的主參數(shù)和第二主參數(shù)我國已有一致規(guī)定，如表3-1所示。4.1.3機床的主要性能目的4.1機床組成及主要性能目的1．機床精度機床本身必需具備的精度稱為機床精度。它包括幾何精度、傳動精度、運動精度、定位精度、任務精度等幾個方面。各類機床按精度可分為普通精度級、精細級和高精度級?！?〕幾何精度。幾何精度是指機床空載條件下，在機床不運動或運動速度較低時各主要部件的外形、相互位置和相對運動的準確程度。如導軌的直線度、主軸徑向圓跳動及軸向竄動、主軸中心線對滑臺挪動方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評價機床質量的根本目的。它主要取決于構造設計、制造和裝配質量?！?〕運動精度。運動精度是指機床空載并以任務速度運動時，主要零部件的幾何位置精度。如高速回轉主軸的回轉精度。對于高速精細機床，運動精度是評價機床質量的一個重要目的。它與構造設計及制造等要素有關?！?〕傳動精度。傳動精度是指機床傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性。影響傳動精度的主要要素是傳動系統(tǒng)的設計，傳動元件的制造和裝配精度。〔4〕定位精度。定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。機床構件和進給控制系統(tǒng)的精度、剛度以及其動態(tài)特性，機床丈量系統(tǒng)的精度都將影響機床定位精度。4.1.2機床的精度與剛度4.1機床組成及主要性能目的〔5〕任務精度。加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的任務精度。任務精度是各種要素綜合影響的結果，包括機床本身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形等。在規(guī)定的任務期間內(nèi)堅持機床所要求的精度，稱之為精度堅持性。影響精度堅持性的主要要素是磨損。磨損的要素復雜，如構造設計、工藝、資料、熱處置、光滑、防護、運用條件等。2．機床剛度是指機床系統(tǒng)抵抗變形的才干。作用在機床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、沖擊振動干擾力等。按照載荷的性質不同，可分為靜載荷和動載荷。不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時間變化的力，如沖擊震動力及切削力的交變部分等稱動載荷。故機床剛度分為靜剛度及動剛度，后者是抗震性的一部分，習慣所說的剛度普通指靜剛度。4.1.2機床的精度與剛度4.1機床組成及主要性能目的4.1機床組成及主要性能目的機械加工配備種類繁多，有熱處置設備、鍛造設備、鑄造設備、焊接設備、金屬切削機床、特種加工設備〔電火花、水切割、激光加工〕等等。本書主要引見金屬切削機床，主要有：車、鉆、鏜、磨、齒輪加工、銑、刨、拉、公用機床等等用來消費其他機械的任務母機。金屬切削機床種類繁多。我國大致可分為通用機床、公用機床和組合機床三大類。此外還有如按機床特性分為普通機床、萬能機床、自動機床、半自動機床、仿形機床和數(shù)控機床等；按機床規(guī)劃分為臥式機床、立式機床、龍門機床、馬鞍機床、落地機床等；按機床分量分為中小型機床、大型機床和重型機床等。4.1機床組成及主要性能目的1．動力源為機床提供動力〔功率〕和運動的驅動部分，如各種交流電動機、直流電動機和液壓傳動系統(tǒng)的液壓泵、液壓馬達等。2．傳動系統(tǒng)包括主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)和其他運動的傳動系統(tǒng)，如變速箱、進給箱等部件，有些機床主軸組件與變速箱合在一同成為主軸箱。3．支撐件用于安裝和支撐其他固定的或運動的部件，接受其重力和切削力，如床身、立柱等。支撐件是機床的根底構件，亦稱機床大件或根底件。4．任務部件〔1〕執(zhí)行部件，例如，主軸及主軸箱、任務臺及其滑板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等，用來安裝工件或刀具的部件?！?〕與工件和刀具安裝及調(diào)整有關的，如自動上下料安裝、自動換刀安裝、砂輪修整器等?！?〕分度、轉位、定位機構和支配機構等，所以任務部件構造中大多含有軸承和導軌。4.1.1機械的組成5．控制系統(tǒng)用于控制各任務部件的正常任務，主要是電氣控制系統(tǒng)，有些機床部分采用液壓或氣動控制系統(tǒng)。數(shù)控機床那么是數(shù)控系統(tǒng)，它包括數(shù)控安裝、主軸和進給的伺服控制系統(tǒng)〔伺服單元〕、可編程控制器和輸入輸出安裝等。6．冷卻系統(tǒng)用于對加工工件、刀具及機床的某些發(fā)熱部位進展冷卻。7．光滑系統(tǒng)用于對機床的運動副〔如軸承、導軌等〕進展光滑，以減小摩擦、磨損和發(fā)熱。8．其他安裝如排屑安裝、自動丈量安裝等。3.1機床組成及主要性能目的3.1.1機械的組成機床的切削加工是由工具〔包括刀具、砂輪等〕與工件之間的相對運動來實現(xiàn)的。機床的運動分為外表構成運動和輔助運動。4.1.2機床的運動如圖3-1所示在車床上車外圓的整個運動過程，當工件作旋轉運動Ⅰ后，經(jīng)過運動Ⅱ和運動Ⅲ使車刀在縱、橫方向上接近工件；然后根據(jù)背費勁量經(jīng)過運動Ⅳ讓車刀橫向切入一定深度；在經(jīng)過車刀的縱向直線運動Ⅴ，車削出外圓柱外表；車到所需長度l時,經(jīng)過運動Ⅵ、Ⅶ讓車刀橫向退離工件并縱向退回到起始位置。上述運動中，用來把工件切削成所需外表外形的運動稱為外表成形運動；其他保證工件順利加工的運動，稱為輔助運動。。4.1機床組成及主要性能目的機床的技術性能是根據(jù)運用要求提出和設計的，反映了機床加工性能的主要數(shù)據(jù)。通常包括以下內(nèi)容。1．機床的工藝范圍機床的工藝范圍是指在機床上加工的工件類型和尺寸，可以加工完成何種工序，運用什么刀具等。不同的機床，有寬窄不同的工藝范圍。通用機床具有較寬的工藝范圍，在同一臺機床上可以滿足較多的加工需求，適用于單件小批消費。公用機床是為特定零件的特定工序而設計的，自動化程度和消費率都較高，但它的加工范圍很窄。數(shù)控機床那么既有較寬的工藝范圍，又能滿足零件較高精度的要求，并可實現(xiàn)自動化加工。2．機床的技術參數(shù)機床的主要技術參數(shù)包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)與動力參數(shù)。尺寸參數(shù)——詳細反映機床的加工范圍，包括主參數(shù)、第二主參數(shù)和與加工零件有關的其他尺寸參數(shù)。各類機床的主參數(shù)和第二主參數(shù)我國已有一致規(guī)定，如表3-1所示。4.1.3機床的主要性能目的4.1機床組成及主要性能目的機床名稱主運動進給運動主參數(shù)第二主參數(shù)加工精度

臥式車床

工件旋轉車刀縱向橫向運動工件最大回轉直徑/10

工件最大長度IT10～IT8

1.6μm

立式車床

最大車削直徑/100

最大工件高度IT9～IT83.2～1.6μm臺式鉆床

鉆頭旋轉鉆頭軸向直線運動鉆孔直徑/1

最大跨距（主軸與立柱中心距離）

IT1212.5μm立式鉆床搖臂鉆床

臥式鏜床

鏜刀旋轉

工件直線運動

主軸直徑/10

工作臺工作面長度IT71.6～0.8μm

坐標鏜床鏜刀或工件直線運動工作臺工作面寬度IT60.2μm

牛頭刨床

刨刀直線運動

工件橫向運動最大刨削長度/10

工作臺寬度

IT9～IT76.3～3.2μm

龍門刨床

工件直線運動

刨刀直線運動最大刨削寬度/100

插床

插刀直線運動工件縱向橫向圓周運動最大插削長度/10

工作臺寬度6.3～1.6μm

拉床

拉刀直線運動

無

額定拉力

無IT9～IT7

1.6μm臥式萬能銑床

銑刀旋轉工件或銑刀直線運動工作臺工作面寬度/10

工作臺工作面長度

IT9～IT76.3～1.6μm

立式銑床工作臺工作面寬度/10

龍門銑床工作臺工作面寬度/100

外圓磨床

砂輪旋轉

工件旋轉移動或磨具移動最大磨削直徑/10

最大磨削長度IT60.8～0.2μm

內(nèi)圓磨床

最大磨削孔徑/10

最大磨削長度IT6～IT50.1～0.08μm

平面磨床工作臺面寬度或直徑/10

工作臺面長度IT5以上0.04～0.01μm

滾齒機

齒輪刀具旋轉

工件旋轉和移動

最大工件直徑

最大模數(shù)IT9～IT76.3～1.6μm1．機床精度機床本身必需具備的精度稱為機床精度。它包括幾何精度、傳動精度、運動精度、定位精度、任務精度等幾個方面。各類機床按精度可分為普通精度級、精細級和高精度級?！?〕幾何精度。幾何精度是指機床空載條件下，在機床不運動或運動速度較低時各主要部件的外形、相互位置和相對運動的準確程度。如導軌的直線度、主軸徑向圓跳動及軸向竄動、主軸中心線對滑臺挪動方向的平行度或垂直度等。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評價機床質量的根本目的。它主要取決于構造設計、制造和裝配質量。〔2〕運動精度。運動精度是指機床空載并以任務速度運動時，主要零部件的幾何位置精度。如高速回轉主軸的回轉精度。對于高速精細機床，運動精度是評價機床質量的一個重要目的。它與構造設計及制造等要素有關?！?〕傳動精度。傳動精度是指機床傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性。影響傳動精度的主要要素是傳動系統(tǒng)的設計，傳動元件的制造和裝配精度?！?〕定位精度。定位精度是指機床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。機床構件和進給控制系統(tǒng)的精度、剛度以及其動態(tài)特性，機床丈量系統(tǒng)的精度都將影響機床定位精度?！?〕任務精度。加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的任務精度。任務精度是各種要素綜合影響的結果，包括機床本身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形等。在規(guī)定的任務期間內(nèi)堅持機床所要求的精度，稱之為精度堅持性。影響精度堅持性的主要要素是磨損。磨損的要素復雜，如構造設計、工藝、資料、熱處置、光滑、防護、運用條件等。4.1.4機床的精度與剛度4.1機床組成及主要性能目的〔5〕任務精度。加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的任務精度。任務精度是各種要素綜合影響的結果，包括機床本身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件的剛度及熱變形等。在規(guī)定的任務期間內(nèi)堅持機床所要求的精度，稱之為精度堅持性。影響精度堅持性的主要要素是磨損。磨損的要素復雜，如構造設計、工藝、資料、熱處置、光滑、防護、運用條件等。2．機床剛度是指機床系統(tǒng)抵抗變形的才干。作用在機床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、沖擊振動干擾力等。按照載荷的性質不同，可分為靜載荷和動載荷。不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時間變化的力，如沖擊震動力及切削力的交變部分等稱動載荷。故機床剛度分為靜剛度及動剛度，后者是抗震性的一部分，習慣所說的剛度普通指靜剛度。4.1.4機床的精度與剛度4.1機床組成及主要性能目的機床型號主要反映機床的類別、主要技術規(guī)格、運用及構造特征。按照最新GB15375—2021<金屬切削機床型號編制方法>的規(guī)定，機床按其任務原理、構造特點及運用范圍，共分11類。每類又分為十組，每個組分為十個系〔系列〕，詳細如下。

4.1.5機床的型號與表示方法4.1機床組成及主要性能目的

〔1〕機床的分類代號和類代號，類代號用漢語拼音的大寫字母表示。如表3-2所示。需求時，每類還可分為假設干分類。分類代號在類代號之前，是型號的首位，并用阿拉伯數(shù)字表示，如磨床“2M〞中的“2〞，M代表的是內(nèi)、外圓磨床；2M代表的是深孔或者平面類的磨床；3M代表的是軸承、滾子、鋼球類的磨床?！?〕機床通用特性、構造特性代號，通用特性代號如表3-3所示。構造特性代號是對主參數(shù)一樣，但構造、性能不同的機床，用此代號予以區(qū)分，如A、D、E、L、N、P等。4.1.5機床的型號與表示方法4.1機床組成及主要性能目的〔3〕機床的組、系代號。機床的組、系代號用兩位阿拉伯字母表示，如表3-4所示為車床的組、系代號。4.1.5機床的型號與表示方法4.1機床組成及主要性能目的〔4〕主參數(shù)的表示方法。機床型號中的主參數(shù)用折算值表示，當折算數(shù)值大于1時，那么取整數(shù)；當折算數(shù)值小于1時，那么以主參數(shù)值表示。折算值就是機床的主參數(shù)乘以折算系數(shù)，如表3-4所示。〔5〕機床的設計順序號。當機床無法只用一個主參數(shù)表示時，可用設計順序號表示。設計順序號由1起始，當設計順序號小于10時，由01開場編程?！?〕主軸數(shù)和第二主參數(shù)的表示方法。對于多軸車床、鉆床等，其主軸數(shù)應以實踐數(shù)值列入型號，置于主參數(shù)之后，用“×〞分開，讀作“乘〞。單軸省略。第二主參數(shù)普通不予表示，特殊情況以折算成兩位或三位數(shù)表示?！?〕機床艱苦改良順序號。當機床的構造、性能有更高的要求，并需按新產(chǎn)品重新設計、試制和鑒定時，才按改良的先后順序選用A、B、C等漢語拼音字母〔I、O不選〕,加在型號根本部分尾部，以區(qū)別原機床型號。沒有艱苦改動，原型號不變。〔8〕其他特性代號及表示方法。其他特性代號主要用以反映各類機床的特性。如對于數(shù)控機床，可用來反映不同的控制系統(tǒng)等；其他特性代號可用漢語拼音字母〔I、O除外〕表示，其中L表示聯(lián)動軸數(shù)，F(xiàn)表示復合等，也可用阿拉伯數(shù)字表示。例如1：任務臺最大寬度為500mm的精細臥式加工中心，其型號：THM6350。例如2：任務臺最大寬度為400mm的5軸聯(lián)動臥式加工中心，其型號為TH6340/5L。例如3：有艱苦改良，其最大鉆孔直徑為25mm的4軸立式排鉆床，其型號：Z5625×4A。例如4：構造不同、工件最大回轉直徑為400mm的臥式車床，其型號：CA6140。例如5：最大棒料直徑為16mm的數(shù)控精細單軸縱切自動車床，其型號：CKM11164.1.5機床的型號與表示方法4.1機床組成及主要性能目的4.2通用金屬切削機床4.2.1車床及運用4.2通用金屬切削機床4.2.1車床及運用4.2通用金屬切削機床4.2.1車床及運用4.2通用金屬切削機床4.2.1車床及運用1．銑床是利用銑刀在工件上加工各種外表的機床。常見的銑床有臥式銑床、立式銑床和龍門銑床。銑刀旋轉為主運動加工各種外表，工件或銑刀的挪動為進給運動。銑刀是多齒刀具，每個刀齒間歇任務，冷卻條件好，切削速度可以提高。4.2通用金屬切削機床4.2.2銑床及運用4.2通用金屬切削機床4.2.2銑床及運用立式升降臺銑床與臥式銑床的主要區(qū)別是立式銑床的主軸與任務臺垂直。如圖3-6〔a〕所示。有些立式銑床為了加工需求，可以把立銑頭旋轉一定的角度，構成萬能回轉頭銑床，如圖3-6〔b〕所示。1．鉆床鉆床是孔加工的主要機床。主要用鉆頭進展鉆孔。是工件不動，并使刀具轉動〔主運動〕、刀具沿軸向挪動〔進給運動〕來加工孔。除鉆孔外，在鉆床上還可以完成擴孔、鉸孔、锪平面以及攻螺紋等任務。〔1〕臺式鉆床。鉆孔直徑≤13mm的小型鉆床。主軸變速經(jīng)過改動三角帶在塔形帶輪上的位置來實現(xiàn)，如圖3-7所示。3.2通用金屬切削機床3.2.3鉆床、鏜床〔2〕立式鉆床和搖臂鉆床。立式鉆床主軸是固定不動，加工前需調(diào)整工件在任務臺上的位置，進給箱和任務臺的位置可沿立柱上的導軌上下調(diào)整，以順應加工不同高度的工件需求。立式鉆床僅適用于加工中、小型工件。搖臂鉆床可將主軸調(diào)整到加工范圍內(nèi)的恣意位置，適用于加工大型和多孔工件，如圖3-8所示。4.2通用金屬切削機床4.2.3鉆床、鏜床鏜床是一種主要用鏜刀加工有預制孔的工件的機床。通常，鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件的挪動為進給運動。它適宜加工各種復雜和大型工件上的孔，尤其適宜于加工直徑較大的孔以及內(nèi)成形外表或孔內(nèi)環(huán)槽。鏜孔的尺寸精度及位置精度均比鉆孔高。根據(jù)用途，鏜床可分為臥式銑鏜床、坐標鏜床、金剛鏜床、落地鏜床以及數(shù)控銑鏜床等。4.2通用金屬切削機床4.2.3鉆床、鏜床〔2〕坐標鏜床。是具有精密坐標定位裝置的鏜床，對零件的孔及孔系進行高精密切削加工，還能進行鉆、擴、鉸、锪端面、切槽、銑削等工作。如圖3-10所示為立式和臥式兩種坐標鏜床。4.2通用金屬切削機床4.2.3鉆床、鏜床磨床是用磨料具〔砂輪、砂帶、油石、研磨料〕為工具進展切削加工的機床。主要用于精加工和硬外表的加工。磨床的類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、工具磨床、刀具磨床和其他各種專門化磨床。