《機械裝備導論》課件第3章

3.1金屬切削機床概述3.2車床3.3其他金屬切削機床簡介第3章金屬切削機床3.1金屬切削機床概述機床是對金屬或其他材料的坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量的機器。機床是機械工業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，它的品種、質(zhì)量和加工效率直接影響著其他機械產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效益。因此，機床工業(yè)的現(xiàn)代化水平和規(guī)模，以及所擁有機床的數(shù)量和質(zhì)量是一個國家工業(yè)發(fā)達程度的重要標志之一。3.1.1機床的發(fā)展簡史

公元前2000多年出現(xiàn)的樹木車床是機床最早的雛形。15世紀由于制造鐘表和武器的需要，出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1500年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖，其中已有曲柄、飛輪、項尖和軸承等新機構(gòu)。1774年，英國人威爾金森發(fā)明了較精密的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的氣缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的氣缸，他又于1776年制造了一臺水輪驅(qū)動的氣缸鏜床，促進了蒸汽機的發(fā)展。從此，機床開始用蒸汽機通過天軸驅(qū)動。1797年，英國人莫茲利創(chuàng)制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現(xiàn)機動進給和車削螺紋，這是機床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國機床工業(yè)之父”。

19世紀，由于紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產(chǎn)的推動，各種類型的機床相繼出現(xiàn)。1817年，英國人羅伯茨創(chuàng)制龍門刨床；1818年，美國人惠特尼制成臥式銑床；1876年，美國制成萬能外圓磨床；1835年和1897年又先后發(fā)明滾齒機和插齒機。隨著電動機的發(fā)明，機床開始先采用電動機集中驅(qū)動，后又廣泛使用單獨電動機驅(qū)動。20世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)制出坐標鏜床和螺紋磨床。同時為了適應(yīng)汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，又研制出各種自動機床、仿形機床、組合機床和自動生產(chǎn)線。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，美國于1952年研制成第一臺數(shù)字控制機床；1958年研制成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使機床在驅(qū)動方式、控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)功能等方面都發(fā)生顯著的變革。3.1.2機床的分類

金屬切削機床可按不同的分類方法劃分為多種類型。

按加工方式或加工對象可分為車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、花鍵加工機床、銑床、刨床、插床、拉床、特種加工機床、鋸床和刻線機等。每類中又按其結(jié)構(gòu)或加工對象分為若干組，每組中又分為若干型。

按工件大小和機床重量，可分為儀表機床、中小型機床、大型機床、重型機床和超重型機床；按加工精度，可分為普通精度機床、精密機床和高精度機床；按自動化程度，可分為手動操作機床、半自動機床和自動機床；按機床的自動控制方式，可分為仿形機床、程序控制機床、數(shù)字控制機床、適應(yīng)控制機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)；按機床的適用范圍，又可分為通用、專門化和專用機床。3.2車床3.2.1概述

1．車床的用途車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣泛的一類機床。

2．車床的運動

1)表面成形運動

(1)工件的旋轉(zhuǎn)運動。這是車床的主運動，其轉(zhuǎn)速常以n(r/min)表示。主運動是實現(xiàn)切削最基本的運動，它的運動速度較高，消耗的功率較大。

(2)刀具的移動。這是車床的進給運動，刀具作平行于工件旋轉(zhuǎn)軸線的縱向進給運動(車圓柱表面)或作垂直于工件技轉(zhuǎn)軸線的橫向進給運動(車端面)，刀具也可作與工件技轉(zhuǎn)軸線成一定角度方向的斜向運動(車圓錐表面)或作曲線運動(車成形回轉(zhuǎn)表面)。

2)輔助運動

為了將毛坯加工到所需要的尺寸，車床還應(yīng)具有切入運動。切入運動通常與進給運動方向相垂直，在臥式車床上由工人用手移動刀架來完成。

3．車床的分類

車床按用途和功能區(qū)分為多種類型，如普通車床、轉(zhuǎn)塔車床和回轉(zhuǎn)車床、自動車床、多刀半自動車床、仿形車床、立式車床、鏟齒車床、專門車床、聯(lián)合車床等。3.2.2CA6140型普通車床

1．機床的工藝范圍

CA6140型臥式車床適用于加工各種軸類、套筒類、輪盤類零件上的回轉(zhuǎn)表面。可車外圓、車端面、切槽和切斷、鉆中心孔、鉆孔、鏜孔、鉸孔、車各種螺紋、車內(nèi)外圓錐面、車特型面、滾花和盤繞彈簧等。

2．機床的總體布局

圖3-1所示為CA6140型臥式車床的外形圖和組成機床的部件。圖3-1CA6140型臥式車床外形

3．機床的傳動系統(tǒng)

圖3-2所示為CA6140型臥式車床的傳動系統(tǒng)圖，由主運動傳動鏈、車螺紋傳動鏈、縱向和橫向進給運動傳動鏈以及快速空程運動傳動鏈組成。

1)主運動傳動鏈

車床的主運動是主軸帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動。傳動鏈的首端件是主電動機，末端件是主軸。電動機的運動經(jīng)三角皮帶傳動使軸Ⅰ獲得旋轉(zhuǎn)運動。軸Ⅰ上裝有雙向多片摩擦離合器M1，用于控制主軸的起動、停止及旋轉(zhuǎn)方向的改變。當M1左邊一組摩擦片壓緊時，主軸正轉(zhuǎn)；右邊一組摩擦片壓緊時，主軸反轉(zhuǎn)。軸Ⅰ的運動經(jīng)M1和雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至軸Ⅱ，使軸Ⅱ獲得兩級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；或經(jīng)M1和傳至軸Ⅱ，使軸Ⅱ獲得Ⅰ級反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。由上分析可知，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù)為正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù)的一半。軸Ⅱ的運動經(jīng)三聯(lián)滑移齒輪變速組使軸Ⅲ獲得6級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，再經(jīng)高速和中、低速兩條傳動路線傳至主軸。當主軸上的離合器M2右移時，使內(nèi)、外齒輪嚙合，軸?Ⅲ?的6級轉(zhuǎn)速經(jīng)雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至軸?Ⅳ，再經(jīng)另一雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至軸Ⅴ，最后經(jīng)斜齒輪傳動副傳至主軸，使主軸獲得中、低擋轉(zhuǎn)速。當主軸上的M2處于圖示位置時，軸Ⅲ的運動經(jīng)齒輪副直接傳至主軸，使主軸獲得6級高轉(zhuǎn)速。主運動傳動鏈傳動路線表達式如下：當將左邊一組摩擦片壓緊時，利用各滑移齒輪軸向位置的不同組合，可得2×3(2×2+1)=30級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。但在中、低擋轉(zhuǎn)速傳動路線中，軸Ⅲ到軸Ⅴ的兩個雙聯(lián)滑移齒輪變速組的4個傳動比為

其中，u3≈u2。所以，經(jīng)中、低轉(zhuǎn)速傳動路線，主軸獲得的實際轉(zhuǎn)速只有2×3(2×2－1)＝18級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。即通過兩條傳動路線主軸可獲得正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速24級，反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速12級。主軸的各級轉(zhuǎn)速可按傳動鏈運動平衡式進行計算：(3-1)或(3-2)式中，n主為主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min，uI－Ⅱ、uⅡ－Ⅲ、uⅢ－Ⅳ、uⅣ－V分別為軸Ⅰ-Ⅱ、Ⅱ-Ⅲ、Ⅲ-Ⅳ、Ⅳ-Ⅴ間的可變傳動比。將不同的傳動比值代入式(3-1)和式(3-2)，并乘以帶傳動副的滑動系數(shù)，可得18級低、中擋轉(zhuǎn)速10、12.5、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400、500?r/min和6級高轉(zhuǎn)速450、560、710、900、1120、1400r/min。

2)車螺紋運動傳動鏈

CA6140型臥式車床可車削公制、英制、模數(shù)制和徑節(jié)制四種標準螺紋，還可以車削大導程螺紋、非標準螺紋和較精密的螺紋。既可以車削各種右螺紋，又可車削各種左螺紋。車螺紋傳動鏈的兩端件是主軸和刀架。首、末件之間必須保證主軸轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，刀架準確移動被加工工件的一個導程這一嚴格的運動關(guān)系。因此，該傳動鏈為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。其運動平衡方程式可寫為

1主軸u總P總

=?L工

(3-3)式中，u總為主軸至絲杠間全部傳動副傳動比的乘積；P總為機床縱向絲杠螺距，CA6140型車床P總=12?mm；L工為被加工工件螺紋導程，單位為mm。

CA6140型臥式車床縱向絲杠為公制螺紋，因此，加工其他不同種類的螺紋時，應(yīng)將不同參數(shù)換算成相應(yīng)的螺距值。換算關(guān)系式見表3-1。進給箱中有兩個變速機構(gòu)，即軸?ⅩⅢ?-ⅪⅤ?間的雙軸滑移齒輪變速機構(gòu)(又稱基本螺距機構(gòu))和軸?ⅩⅤ-ⅩⅦ??間的兩組滑移齒輪變速機構(gòu)(倍增機構(gòu))，用以改變傳動比，加工不同螺距的螺紋。基本螺距機構(gòu)可變換8個不同的傳動比，是獲得不同螺距值的基本機構(gòu)(又稱基本組)。當兩個Z25相背移動時，傳動比為上述8個傳動比呈近似的等差數(shù)列。當兩個Z25齒輪相向移動時，運動經(jīng)軸?Ⅻ→ⅩⅣ?→ⅩⅢ??傳出，基本螺距機構(gòu)的傳動比為。軸ⅩⅤ-ⅩⅦ??間的倍增機構(gòu)可獲得4個傳動比：

它們按倍數(shù)關(guān)系排列，用于擴大機床車削螺紋的螺距范圍，又稱為擴大組。由以上分析可知，在CA6140型臥式車床上，為實現(xiàn)各種螺紋的加工，車螺紋傳動鏈由下列機構(gòu)組成：

①變向機構(gòu)。用于改變刀架進給方向，實現(xiàn)左、右螺紋的加工。

②變換螺距大小的機構(gòu)。基本螺距機構(gòu)和倍增機構(gòu)，獲得呈等差級數(shù)排列的各種螺紋的基本數(shù)列并加以擴大，擴大機床可加工的螺距范圍。

③變更螺紋種類的機構(gòu)。掛輪機構(gòu)和移換機構(gòu)配合，通過不同的掛輪齒數(shù)和不同的傳動路線以抵消螺紋參數(shù)換算出現(xiàn)的特殊因子p、25.4、25.4p，車削不同種類的螺紋。

④擴大螺距機構(gòu)。在主軸1轉(zhuǎn)時間內(nèi)提高絲杠的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)大螺距螺紋的加工。

(2)車螺紋傳動鏈的傳動路線表達式如下所示：

(3)縱向和橫向進給運動傳動鏈。進行普通車削時，刀架可作機動的縱向或橫向進給。為避免絲杠磨損太快，便于工人操縱，機動進給由光杠經(jīng)溜板傳動。傳動鏈的兩端件是主軸和刀架，但兩端件無嚴格的傳動比要求，是外聯(lián)系傳動鏈。為避免發(fā)生事故，縱向機動進給、橫向機動進給及車螺紋三條傳動鏈同時只允許接通一條，這一要求由操縱機構(gòu)和互鎖機構(gòu)保證。利用進給箱中的變速機構(gòu)和不同的傳動路線，可使刀架獲得縱向和橫向機動進給量各64種。

4．機床的主要部件及結(jié)構(gòu)

1)主軸箱

主軸箱的功用是支承主軸和傳動其旋轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)其起動、停止、變速、變向等。主軸箱是一個復雜的重要部件，包括箱體、主運動的全部變速機構(gòu)及操縱機構(gòu)，主軸部件、實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)及開停車的片式摩擦離合器和制動器、主軸至掛輪機構(gòu)間的傳動機構(gòu)和變速機構(gòu)以及有關(guān)的潤滑裝置等。

主軸箱的裝配圖由一個展開圖、各種向視圖和剖面圖組成。表示出主軸箱內(nèi)所有零件及其裝配關(guān)系(圖3-3和圖3-4)。如圖3-3所示，按傳動順序，沿軸線Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ(Ⅴ)→Ⅵ取剖面并展開，軸Ⅳ單獨取剖切面，則可繪出如圖3-4所示的軸Ⅰ～Ⅵ的結(jié)構(gòu)圖。但展開以后，使某些原來相互嚙合的傳動副失去了運動聯(lián)系，所以，應(yīng)對照傳動系統(tǒng)圖來讀展開圖。圖3-3CA6140型車床主軸箱左視圖圖3-4140型普通車床主軸箱Ⅰ～Ⅵ軸結(jié)構(gòu)研究展開圖可按下列步驟進行：

①分析各傳動軸、傳動件之間的傳動關(guān)系；

②分析各傳動軸、主軸及其有關(guān)零件的結(jié)構(gòu)形狀，裝配時的軸向位置、固定方式，所采用的軸承結(jié)構(gòu)、特點、受力情況；

③分析各典型機構(gòu)的作用、工作原理、調(diào)整方法和裝配關(guān)系。下面介紹CA6140型臥式車床部分機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、原理等。

(1)卸荷式皮帶裝置(見圖3-4)。主電動機經(jīng)三角皮帶傳動皮帶輪φ230，使軸Ⅰ旋轉(zhuǎn)。為提高軸Ⅰ的傳動平穩(wěn)性，皮帶輪1(φ230)采用了卸荷結(jié)構(gòu)。法蘭3用螺釘固定在箱體4上，皮帶輪1用螺釘和定位銷與花鍵套筒2連接并支承在法蘭3內(nèi)的兩個向心球軸承上，花鍵套筒與軸Ⅰ的花鍵部分配合，因此，使皮帶的運動可通過花鍵套筒帶動軸Ⅰ旋轉(zhuǎn)，而皮帶所產(chǎn)生的拉力則經(jīng)法蘭3直接傳給箱體4，使軸Ⅰ不受皮帶拉力的作用，減少了彎曲變形，從而提高了傳動的平穩(wěn)性。卸荷皮帶裝置特別適用于要求傳動平穩(wěn)性高的精密機床的主軸。

(2)制動器。軸Ⅰ上裝有雙向片式摩擦離合器M1，用于實現(xiàn)主軸的起動、停止及換向。機床在工作過程中，為裝、卸工件，測量工件，開車、停車比較頻繁。當斷開離合器M1使機床停止工作時，為克服主軸箱中各運動部件的慣性，使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動，在主軸箱中軸Ⅳ上裝有一閘帶制動器(見圖3-5)。制動器由制動輪7、制動帶6、制動杠桿4組成。制動輪7為鋼圓盤，與軸Ⅳ花鍵連接。制動帶內(nèi)側(cè)鉚有一層銅絲石棉鋼帶，上端固定在主軸箱后壁上，下端固定在制動杠桿4上，杠桿4可繞軸3擺動，當下端鋼球與齒條軸2上的圓孤低凹處a或c接觸時，制動帶處于放松狀態(tài)，制動器不起作用；移動齒條軸2，使杠桿4下端與凸起部分凸b相接觸，杠桿繞杠桿支承軸逆時針擺動，使制動帶包緊制動輪，產(chǎn)生摩擦力矩，使軸Ⅳ和主軸迅速停止轉(zhuǎn)動。制動帶拉緊的程度可用調(diào)節(jié)螺釘5調(diào)節(jié)。一般，當n=300r/min時，能在2～3轉(zhuǎn)的時間內(nèi)制動，制動帶的松緊程度合適。圖3-5制動器

(3)主軸開、停及制動操縱機構(gòu)。制動器和離合器M1的工作是相互配合的。用一套操縱機構(gòu)實現(xiàn)其聯(lián)動。圖3-6為主軸開停、換向和制動的操縱機構(gòu)。操縱桿8上裝有兩個相同作用的手柄7(圖中只畫出一個)，分別位于進給箱和溜板箱的右側(cè)。當向上扳動手柄7時，通過杠桿機構(gòu)使立軸12和扇形齒輪13順時針轉(zhuǎn)動，傳動齒條軸14及撥叉15右移，撥叉帶動滑環(huán)4向右壓元寶形擺塊3繞軸銷20順時針擺動，元寶形擺塊下部凸起使推桿16向左移動，從而使左邊一組摩擦片壓緊工作，主軸正轉(zhuǎn)，此時，制動杠桿4下端正好處于齒條軸左邊的低凹處A，制動帶為放松狀態(tài)。同理，當手柄7向下扳動時，右邊一組摩擦片被壓緊工作，主軸反轉(zhuǎn)，制動杠桿4下端處于齒條軸2右邊的低凹處，制動帶也為放松狀態(tài)。而當手柄7位于中間位置時，齒條軸2和元寶形擺塊3都處于中間位置，左、右兩組摩擦片都松開，主運動傳動鏈與動力源斷開，此時，齒條軸2上的凸起部分6正對制動杠桿4的下端，制動帶被拉緊，使主軸被制動而迅速停止轉(zhuǎn)動。

(4)六速操縱機構(gòu)。主軸箱中，通過變換軸Ⅱ上的雙聯(lián)滑移齒輪、軸Ⅲ上的三聯(lián)滑移齒輪的工作位置，可使軸Ⅲ獲得6級轉(zhuǎn)速。圖3-7為六速操縱機構(gòu)示意圖。將手柄9轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)時，通過鏈條8使軸7上的曲柄5和盤形凸輪6轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)。曲柄5上裝有偏心銷4，其伸出端上的滾子嵌入撥叉3的長槽中。當曲柄帶著偏心銷轉(zhuǎn)動時，可帶動撥叉3撥動三聯(lián)滑移齒輪塊2沿軸向左右移動，獲得左、中、右三個不同的工作位置。盤形凸輪6的端面有一條封閉的曲線槽，它由不同半徑的兩段圓弧和過渡直線組成，每段圓弧的中心角略大于120°。凸輪曲線槽通過杠桿11和撥叉12可撥動軸Ⅱ上的雙聯(lián)滑移齒輪塊1沿軸Ⅱ移動，獲得左、右兩個工作位置。曲柄5和凸輪槽有6個變速位置(見圖3-7)，可順次轉(zhuǎn)動變速手柄9得到。圖3-6CA6140車床主軸開、停及制動操縱機構(gòu)圖3-7六速變速操縱機構(gòu)

(5)主軸部件結(jié)構(gòu)和軸承的調(diào)整(見圖3-4)。CA6140型車床主軸是一空心階梯軸，有一直徑為φ48?mm的通孔，用以穿過φ47?mm以下的棒料，主軸前端為莫氏6號錐孔，用來安裝頂尖或心軸。主軸軸端為短錐法蘭型結(jié)構(gòu)，用于安裝卡盤或夾具。主軸為三支承結(jié)構(gòu)。前支承由一個D3182121雙列短圓柱滾子軸承61和兩個D8120雙列推力球軸承58組成，分別用于承受徑向力和左、右兩個方向的軸向力。后支承為E3182115雙列短圓柱滾子軸承，用以承受徑向力。前軸承61的間隙由螺母57調(diào)整。調(diào)整時，松開螺母62，擰松螺母57上的緊定螺釘，然后再擰緊螺母57，使軸承61上的內(nèi)圈(錐度為l∶12的錐孔)相對于主軸錐形軸頸向右移動(見圖3-4)。由于錐面的作用，薄壁的軸承內(nèi)圈產(chǎn)生少量的徑向彈性膨脹，將滾子與內(nèi)、外圈之間的間隙消除。調(diào)整完畢后，應(yīng)將螺母57的緊定螺釘和螺母62鎖緊。后軸承的間隙可用螺母53進行調(diào)整，調(diào)整原理與前軸承相同。推力球軸承58可通過磨削以減小兩內(nèi)圈調(diào)整墊圈的厚度的方法消除間隙，中間支承為E32216單列圓柱滾子軸承，只能承受徑向力，其間隙不能調(diào)整。

2)進給箱

進給箱的功用是變換加工螺紋的種類和導程，以及獲得所需要的各種進給量。CA6140型車床進給箱的操縱手柄全部裝在進給箱的前蓋板上。進給箱主要由基本螺距機構(gòu)、倍增機構(gòu)、改變加工螺紋種類的移換機構(gòu)、絲杠和光杠的轉(zhuǎn)換機構(gòu)以及操縱機構(gòu)等組成(見圖3-8)。

(1)基本變速組及其操縱機構(gòu)(見圖3-8)。基本變速組為雙軸滑移齒輪變速機構(gòu)。由軸ⅩⅣ?及軸上的4個滑移齒輪、軸?ⅩⅢ?及其上的8個固定齒輪組成，可獲得8個按嚴格規(guī)律排列的傳動比。為使所有相互嚙合的齒輪中心距相等，各組齒輪采用不同的模數(shù)和適當?shù)淖兾幌禂?shù)。軸ⅩⅣ?上的4個滑移齒輪用一個手輪集中操縱，操縱機構(gòu)應(yīng)保證任意一對齒輪嚙合時，其余三個滑移齒輪處于中間(空擋)位置，因此，每一滑移齒輪必須具有左、中、右三種位置。圖3-9是基本變速組的操縱機構(gòu)。4個滑移齒輪分別用4個撥塊6撥動，每個撥塊有各自的銷子2通過杠桿5來控制。圖3-8雙軸滑移齒輪進給箱圖3-9基本組操縱機構(gòu)4個銷子2均勻地分布在手輪1背面的環(huán)形槽中，環(huán)形槽上有兩個間隔45°、直徑為φ30?mm的孔a及b，孔中分別裝有帶斜面的壓塊3和4，壓塊3的斜面向內(nèi)，壓塊4的斜面向外，因而使環(huán)形槽與壓塊斜面組成為一個曲線凸輪槽，形成三個不等徑的位置。當銷子2處于壓塊3或4斜面上時，其對應(yīng)的齒輪處于左或右的嚙合位置，同時，其余三個銷子均位于環(huán)形槽中，對應(yīng)的滑移齒輪處于各自的中間(空擋)位置。手輪1套在固定于前蓋上的軸9上，利用軸9上沿圓周均布的8條軸向V形槽及定位螺釘8、手輪1可獲得8個等分的定位位置，對應(yīng)于8種不同的嚙合狀態(tài)，從而獲得8個傳動比。操作時，先拉出手輪，使定位螺釘8隨之移至軸9端部的環(huán)形槽E中，然后才能轉(zhuǎn)動手輪至所需位置，再將其推入，使定位螺釘8嵌在軸9的軸向V形槽中，彈簧鋼球10嵌在環(huán)形槽F中，從而實現(xiàn)手輪1的周向和軸向定位。

3)溜板箱

溜板箱固定安裝在沿床身導軌移動的縱向溜板下面。其主要作用是將光杠和絲杠傳來的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為刀架的直線移動，實現(xiàn)刀架的快慢速轉(zhuǎn)換，并控制刀架運動的接通、斷開、換向以及實現(xiàn)過載保護、刀架的手動操縱。圖3-10為CA6140型車床溜板箱操縱圖。1為溜板縱向手輪。2為手拉油泵手柄，控制潤滑床身、溜板導軌和溜板箱內(nèi)各潤滑點(新出廠的CA6140型車床取消了手拉泵，改為用床鞍中部的油盒加油潤滑)。3為開合螺母手柄。4為縱、橫向機動進給操縱手柄，其上裝有快速移動按鈕，以控制縱、橫向正反兩個方向的機動進給和快速移動。5為主軸開停制動手柄。溜板箱中的主要機構(gòu)有超越離合器、安全離合器、開合螺母、互鎖機構(gòu)以及縱、橫向機動進給操縱機構(gòu)等。下面介紹部分機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理及有關(guān)調(diào)整等。圖3-10溜板箱操縱圖

(1)開合螺母機構(gòu)。圖3-11為開合螺母機構(gòu)結(jié)構(gòu)。開合螺母由上半螺母5、下半螺母4組成。裝在溜板箱箱體壁的燕尾槽導軌中，上、下兩半螺母背面有圓柱銷6，分別嵌入槽盤7的兩條曲線槽中。扳動手柄1使槽盤7逆時針轉(zhuǎn)動，曲線槽迫使兩個圓柱銷6向槽盤中心移動，從而帶動兩個半螺母合攏，與絲杠嚙合，刀架便經(jīng)絲杠螺母、溜扳箱傳動作直線移動。槽盤順時針轉(zhuǎn)動時，曲線槽通過圓柱銷使兩個半螺母分離，與絲杠脫開嚙合，刀架便停止移動。圖3-11開合螺母機構(gòu)

(2)縱向、橫向進給操縱機構(gòu)。圖3-12為縱、橫向機動進給操縱機構(gòu)。手柄2及其頂端的按鈕1形象化地集中操縱縱向、橫向機動進給的接通、斷開、換向及快速移動。手柄的動作方向即為進給運動的方向。向左或向右扳動手柄2時，手柄2繞銷子4擺動，其下端的球頭銷5撥動軸7向右或向左軸向移動，經(jīng)杠桿11、連桿13及鼓輪15逆時針或順時針轉(zhuǎn)動一定角度。鼓輪15上的曲線槽迫使銷子16帶動軸17、撥叉18向前或向后軸向移動，從而撥動雙向牙嵌式離合器M8，使其與軸ⅩⅫ?上相應(yīng)的空套齒輪Z48端面齒嚙合，接通向左或向右的縱向進給運動。將手柄2向前或向后扳動時，通過手柄座3使軸6及其固定在它左端的鼓輪27轉(zhuǎn)動，鼓輪27上的曲線槽迫使銷子26帶動杠桿25擺動，杠桿25另一端的銷子23撥動軸22以及固定在其上的撥叉21向前或向后軸向移動，撥動雙向牙嵌式離合器M9與軸?ⅩⅩⅤ?上相應(yīng)的空套齒輪Z48相嚙合，從而接通了向前或向后的橫向進給運動。將手柄扳至中間直立位置時，離合器M8、M9均處于中間位置，機動進給傳動鏈斷開。圖3-12縱向和橫向機動進給操縱機構(gòu)立體示意圖當手柄處于前、后、左、右任一位置時，按下手柄2頂端的按鈕1，則快速電動機起動，刀架便在相應(yīng)的方向上快速移動；松開按鈕1，可恢復相同方向的機動進給運動?？v向和橫向機動進給運動用手柄2面扳上的十字槽實現(xiàn)互鎖，即在同一時間內(nèi)，刀架只能得到一個方向的進給運動。

(3)互鎖機構(gòu)。在溜板箱中設(shè)置有互鎖機構(gòu)，以保證開合螺母合上時，機動進給不能接通；反之，機動進給接通時，開合螺母不能合上?；ユi機構(gòu)的工作原理見圖3-13?；ユi機構(gòu)由轉(zhuǎn)軸6及其上的鍵槽、軸7及其上的彈簧銷9，開合螺母手柄軸30及其上的凸肩28、固定套29及其上的球頭銷10組成。當縱、橫向機動進給操縱手柄2和開合螺母手柄8(見圖3-12)處于中間位置時，縱、橫向機動進給和絲杠螺母傳動副均未接通，互鎖機構(gòu)處于圖3-13(a)所示的位置。手柄2所操縱的軸6、軸7，手柄8所操縱的軸30均可自由轉(zhuǎn)動或移動，此時，可任意接通某一運動。若合上開合螺母，則軸30轉(zhuǎn)過一定角度，其上的凸肩28旋入軸6的槽中，如圖3-13(b)所示，將軸6卡住，使之不能轉(zhuǎn)動；同時，凸肩上V形槽轉(zhuǎn)開使球頭銷10下移壓縮彈簧銷9，使球頭銷10的一部分進入軸7的孔中，而另一半仍留在固定套29內(nèi)，使軸7不能移動。因此，當扳動手柄8合上開合螺母后，手柄2被鎖住而扳不動，縱、橫向機動進給不能接通。當需要接通縱向或橫向進給時，必須先將開合螺母打開，使互鎖機構(gòu)恢復圖3-13(a)所示位置，才能扳動手柄2。若向左撥動手柄2，接通向左的縱向進給運動，則軸7連同其上的彈簧銷9左移，使球頭銷10被軸的外圓表面頂住不能下移，球頭銷10的上端卡在凸肩28的V形槽中，因此，開合螺母手柄8不能扳動。若向前扳動手柄2，接通向前的橫向機動進給，由于軸6轉(zhuǎn)過一定角度，其半圓槽已隨之轉(zhuǎn)開，使凸肩28不能轉(zhuǎn)動，因此，開合螺母手柄也不能扳動，從而實現(xiàn)了機動進給與車螺紋運動的互鎖。圖3-13互鎖機構(gòu)工作原理(CA6140)3.3其他金屬切削機床簡介3.3.1齒輪加工機床齒輪加工機床是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機床。齒輪加工機床的品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機床，加工十幾米直徑齒輪的大型機床，還有大量生產(chǎn)用的高效機床和加工精密齒輪的高精度機床。齒輪加工機床主要分為圓柱齒輪加工機床和錐齒輪加工機床兩大類。圓柱齒輪加工機床主要用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機、插齒機、銑齒機、剃齒機等。錐齒輪加工機床主要用于加工直齒、斜齒、弧齒和延長外擺線齒等錐齒輪的齒部。下面簡單介紹一種典型滾齒機——Y3150E型滾齒機。圖3-14是Y3150E型滾齒機的外形圖。Y3150E型滾齒機主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪。此外，使用蝸輪滾刀時，還可用手動徑向進給滾切蝸輪或通過切向進給機構(gòu)切向進給滾切蝸輪，也可用相應(yīng)的滾刀加工花鍵軸、鏈輪及同步帶輪。機床的主要技術(shù)參數(shù)為：加工齒輪最大直徑500?mm，最大寬度250?mm，最大模數(shù)8?mm，最小齒數(shù)為滾刀頭數(shù)的5倍。圖3-14Y3150E型滾齒機立柱2固定在床身1上；刀架滑板3帶動滾刀架可沿立柱導軌作垂向進給運動或快速移動。滾刀安裝在刀桿4上，由滾刀架的主軸帶動作旋轉(zhuǎn)主運動。滾刀架可繞自己的水平軸線轉(zhuǎn)動，以調(diào)整滾刀的安裝角度。工件安裝在工作臺9的心軸7上或直接安裝在工作臺上，隨同工作臺一起作旋轉(zhuǎn)運動。工作臺和后立柱裝在同一滑板上，可沿床身的水平導軌移動，以調(diào)整工件的徑向位置或作手動徑向進給運動。后立柱上的支架6可通過軸套或頂尖支承在工件心軸的上端，以提高滾切工作的平穩(wěn)性。3.3.2磨床

磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。

磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。磨床是各類金屬切削機床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。

圖3-15所示為M1432A型磨床外形，主要用于磨削圓柱形或圓錐形的內(nèi)外圓表面，還可以磨削階梯軸的軸肩和端平面。該機床的工藝范圍較廣，但磨削效率不夠高，適用于單件小批生產(chǎn)，常用于工具車間和機修車間。圖3-15M1432A型萬能外圓磨床在床身頂面前部的縱向?qū)к壣涎b有工作臺8，臺面上裝有工件頭架2和尾座5。被加工工件支承在頭、尾架頂尖上，或用頭架上的卡盤夾持，由頭架上的傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)圓周進給運動。尾架在工作臺上可左右移動以調(diào)整位置，適應(yīng)裝夾不同長度工件的需要。工作臺由液壓傳動驅(qū)動，使其沿床身導軌作往復移動，以實現(xiàn)工件的縱向進給運動；也可用手輪操作，作手動進給或調(diào)整縱向位置。工作臺由上下兩層組成，上工作臺可相對于下工作臺在水平面內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定角度(一般不大于±10°)，以便磨削錐度不大的錐面。砂輪架4由主軸部件和傳動裝置組成，安裝在床身頂面后部的橫向?qū)к壣?，利用橫向進給機構(gòu)可實現(xiàn)橫向進給運動以及調(diào)整位移。裝在砂輪架上的內(nèi)磨裝置用于磨削內(nèi)孔，其內(nèi)圓磨具由單獨的電動機驅(qū)動。磨削內(nèi)孔時，應(yīng)將內(nèi)磨裝置翻下。萬能外圓磨床的砂輪架和頭架都可繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一定角度，以便磨削錐度較大的錐面。此外，在床身內(nèi)還有液壓傳動裝置，在床身左后側(cè)有冷卻液循環(huán)裝置。砂輪架4由主軸部件和傳動裝置組成，安裝在床身頂面后部的橫向?qū)к壣?，利用橫向進給機構(gòu)可實現(xiàn)橫向進給運動以及調(diào)整位移。裝在砂輪架上的內(nèi)磨裝置用于磨削內(nèi)孔，其內(nèi)圓磨具由單獨的電動機驅(qū)動。磨削內(nèi)孔時，應(yīng)將內(nèi)磨裝置翻下。萬能外圓磨床的砂輪架和頭架都可繞垂直軸線轉(zhuǎn)動一定角度，以便磨削錐度較大的錐面。此外，在床身內(nèi)還有液壓傳動裝置，在床身左后側(cè)有冷卻液循環(huán)裝置。

M1432A型萬能外圓磨床的主要技術(shù)規(guī)格：外圓磨削直徑為φ8～φ320?mm，最大外圓磨削長度有1000?mm、1500?mm、2000?mm三種規(guī)格；內(nèi)孔磨削直徑為φ13～φ100?mm，

最大內(nèi)孔磨削長度為125?mm；外圓磨削時砂輪轉(zhuǎn)速為1670?r/min；內(nèi)圓磨削時砂輪轉(zhuǎn)速有1000?r/min和1500?r/min兩種。3.3.3銑床

銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。

銑床種類很多，一般是按布局形式和適用范圍加以區(qū)分，主要的有升降臺銑床、龍門銑床、單柱銑床和單臂銑床、儀表銑床、工具銑床等。另外，按控制方式，銑床又可分為仿形銑床、程序控制銑床和數(shù)控銑床等。圖3-16所示為X6132型萬能臥式升降臺銑床。床身2固定在底底上1上，用以安裝和支承其他部件。床身內(nèi)裝有主軸部件、主變速傳動裝置及其變速操縱機構(gòu)。懸梁3安裝在床身頂部，并可沿燕尾導軌調(diào)整其前后位置。懸梁上的刀桿支架4用以支承刀桿，以提高其剛性。升降臺8安裝在床身前側(cè)面垂直導軌上，可作上下移動。升降臺內(nèi)裝有進給運動傳動裝置及其操縱機構(gòu)。升降臺的水平導軌上裝有床鞍7，可沿主軸軸線方向(橫向)移動。床鞍上裝有回轉(zhuǎn)盤9，回轉(zhuǎn)盤上面的燕尾導軌上又裝有工作臺6。工作臺可沿導軌作垂直于主軸軸線方向(縱向)移動；同時，工作臺通過回轉(zhuǎn)盤可繞垂直軸線在－45°～45°范圍內(nèi)調(diào)整角度，以銑削螺旋表面。圖3-16X6132型萬能臥式升降臺銑床3.3.4數(shù)字控制機床

數(shù)字控制機床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。

數(shù)控機床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對象改變時只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動機床高，可以精確加工復雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟效果。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外，還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。

數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)和機床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入。

數(shù)控裝置包括程序讀入裝置和由電子線路組成的輸入部分、運算部分、控制部分和輸出部分等。數(shù)控裝置按所能實現(xiàn)的控制功能分為點位控制、直線控制、連續(xù)軌跡控制三類。伺服機構(gòu)分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種類型。開環(huán)伺服機構(gòu)由步進電機驅(qū)動線路和步進電機組成。每一脈沖信號使步進電機轉(zhuǎn)動一定的角度，通過滾珠絲杠推動工作臺移動一定的距離。這種伺服機構(gòu)比較簡單、工作穩(wěn)定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。

隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能，可靠性也大大提高，數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。3.3.5加工中心

加工中心是備有刀庫，并能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的數(shù)字控制機床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其他輔助機能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。

加工中心由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝夾、測量和機床調(diào)整等時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15%～20%)；同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟效果。加工中心適用于零件形狀比較復雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼—特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。

20世紀70年代以來，加工中心得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了可換主軸箱加工中心，它備有多個可以自動更換的裝有刀具的多軸主軸箱，能對工件同時進行多孔加工。

加工中心按主軸的布置方式分為立式和臥式兩類。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可加工工件的各個側(cè)面；也可作多個坐標的聯(lián)合運動，以便加工復雜的空間曲面。立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對工件進行五個面的加工。加工中心的自動換刀裝置由存放刀具的刀庫和換刀機構(gòu)組成。刀庫種類很多，常見的有盤式和鏈式兩類。鏈式刀庫存放刀具的容量較大。換刀機構(gòu)在機床主軸與刀庫之間交換刀具，常見的為機械手；也有不帶機械手而由主軸直接與刀庫交換刀具的，稱為無臂式換刀裝置。圖3-17是一種立式加工中心外形圖。

XH714立式加工中心是一種中小規(guī)格、高效通用自動化機床，設(shè)有可容20把刀具的自動換刀系統(tǒng)，并配有FANUC-OMC系統(tǒng)，通過編程，在一次裝夾中可自動完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻螺紋等多種工序的加工，若選用數(shù)控回轉(zhuǎn)盤，可擴大為X、Y、Z、A等四軸控制，實現(xiàn)多面加工。圖3-17XH714立式加工中心3.3.6自動生產(chǎn)線

自動生產(chǎn)線是由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機床和輔助設(shè)備按照工藝順序聯(lián)結(jié)起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，簡稱自動線。

從20世紀20年代開始，隨著汽車、滾動軸承、小型電動機和縫紉機等工業(yè)發(fā)展，機械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是組合機床自動線。在此之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達國家的機械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目出現(xiàn)了急劇增加。機械制造業(yè)中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機械裝配等自動線，也有包括不同性質(zhì)的工序，如毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等的綜合自動線。

切削加工自動線在機械制造業(yè)中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣，主要有：用于加工箱體、殼體、雜類等零件的組合機床自動線；用于加工軸類、盤環(huán)類等零件的，由通用、專門化或?qū)Ｓ米詣訖C床組成的自動線；旋轉(zhuǎn)體加工自動線；用于加工工序簡單小型零件的轉(zhuǎn)子自動線等。自動線的工件傳送系統(tǒng)一般包括機床上下料裝置、傳送裝置和儲料裝置。在旋轉(zhuǎn)體加工自動線中，傳送裝置包括重力輸送式或強制輸送式的料槽或料道，提升、轉(zhuǎn)位和分配裝置等。有時采用機械手完成傳送裝置的某些功能。在組合機床自動線中當工件有合適的輸送基面時，采用直接輸送方式，其傳送裝置有各種步進式輸送裝置、轉(zhuǎn)位裝置和翻轉(zhuǎn)裝置等對于外形不規(guī)則、無合適的輸送基面的工件，通常裝在隨行夾具上定位和輸送，這種情況下要增設(shè)隨行夾具的返回裝置。自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。

數(shù)字控制機床、工業(yè)機器人和電子計算機等技術(shù)的發(fā)展，以及成組技術(shù)的應(yīng)用，將使自動線的靈活性更大，可實現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化。多品種可調(diào)自動線，降低了自動線生產(chǎn)的經(jīng)濟批量，因而在機械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，并向更高度自動化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。3.3.7柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)，英文縮寫為FMS。

FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對象確定工藝過程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲運系統(tǒng)，并由計算機進行控制，故能自動調(diào)整并實現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)(即具有“柔性”)，并能及時地改變產(chǎn)品以滿足市場需求。

FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝范圍正在不斷擴大，可以包括毛坯制造、機械加工、裝配和質(zhì)量檢驗等。20世紀80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。

1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機床，目標是在無人看管條件下，實現(xiàn)晝夜24小時連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟和技術(shù)上的困難而未全部建成。同年，美國的懷特-森斯特蘭公司建成OmnilineⅠ系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機床間傳送和進行加工。這種柔性自動化設(shè)備適用于少品種、大批量生產(chǎn)，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。日本、前蘇聯(lián)、德國等也都在20世紀60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元(簡稱FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。柔性制造單元(FMC)一般由1～2臺數(shù)控機床與物料傳送裝置組成，有獨立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。20世紀70年代末期，F(xiàn)MS在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進入實用階段，其中以由3～5臺設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元(包括50個工業(yè)機器人)和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計算機集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟型FMS，使FMS的設(shè)計思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控制加工設(shè)備、物料儲運系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。加工設(shè)備主要采用加工中心和數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用FMS，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。儲存和搬運系統(tǒng)搬運的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的桁道式立體倉庫。毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲存在自動倉庫中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動搬運系統(tǒng)根據(jù)物料管理計算機的指令送到指定的工位。固定軌道式臺車和傳送滾道適用于按工藝順序排列設(shè)備的FMS，自動引導臺車搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無關(guān)，具有較大靈活性。工業(yè)機器人可在有限的范圍內(nèi)為1～4臺機床輸送和裝卸工件，對于較大的工件常利用托盤自動交換裝置(簡稱APC)來傳送，也可采用在軌道上行走的機器人，同時完成工件的傳送和裝卸。3.3.8工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是能模仿人體某些器官的功能(主要是動作功能)、有獨立的控制系統(tǒng)、可以改變工作程序和編程的多用途自動操作裝置。

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。

20世紀50年代末，美國在機械手和操作機的基礎(chǔ)上，采用伺服機構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人；20世紀60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機器人。由于工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)，20世紀70年代起，常與數(shù)字控制機床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。

工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度，其中腕部通常有1～3個運動自由度；驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號，并進行控制。3.3.9并聯(lián)機床

并聯(lián)機床(ParallelMachineTools)又稱并聯(lián)結(jié)構(gòu)機床(ParallelStructuredMachineTools)或虛擬軸機床(VirtualAxisMachineTools)，也曾被稱為六條腿機床、六足蟲(Hexapods)。并聯(lián)機床是基于空間并聯(lián)機構(gòu)Stewart平臺原理開發(fā)的，是近年才出現(xiàn)的一種新概念機床，它是并聯(lián)機器人機構(gòu)與機床結(jié)合的產(chǎn)物，是空間機構(gòu)學、機械制造、數(shù)控技術(shù)、計算機軟硬技術(shù)和CAD/CAM技術(shù)高度結(jié)合的高科技產(chǎn)品。它克服了傳統(tǒng)機床串聯(lián)機構(gòu)刀具只能沿固定導軌進給、刀具作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機動性不夠等固有缺陷，可實現(xiàn)多坐標聯(lián)動數(shù)控加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復雜特種零件的加工。自其1994年在美國芝加哥機床展上首次面世即被譽為“21世紀的機床”，成為機床家族中最有生命力的新成員。

1．并聯(lián)機床的特點

整體而言，傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)機床屬于數(shù)學簡單而機構(gòu)復雜的機床，而并聯(lián)機構(gòu)機床則屬于機構(gòu)簡單而數(shù)學復雜的機構(gòu)，其整個平臺的運動牽涉到相當龐大的數(shù)學運算，因此虛擬軸并聯(lián)機床是一種知識密集型機構(gòu)。這種新型機床完全打破了傳統(tǒng)機床結(jié)構(gòu)的概念，拋棄了固定導軌的刀具導向方式，采用了多桿并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動，大大提高了機床的剛度，使加工精度和加工質(zhì)量都有較大的改進。另外，由于其進給速度的提高，從而使高速、超高速加工更容易實現(xiàn)。由于這種機床具有高剛度、高承載能力、高速度、高精度以及重量輕、機械結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、標準化程度高等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域都得到了成功的應(yīng)用，因此受到學術(shù)界的廣泛關(guān)注。由并聯(lián)、串聯(lián)同時組成的混聯(lián)式數(shù)控機床，不但具有并聯(lián)機床的優(yōu)點，而且在使用上更具實用價值。這里通過并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床的比較來說明并聯(lián)機床的一些優(yōu)點及特點。并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床的結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。圖3-18并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)機床的比較隨著高速切削的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)串聯(lián)式機構(gòu)構(gòu)造平臺的結(jié)構(gòu)剛性與移動臺高速化逐漸成為技術(shù)發(fā)展的瓶頸，而并聯(lián)式平臺便成為最佳的候選對象。相對于串聯(lián)式機床來說，并聯(lián)式工作平臺具有如下優(yōu)點：

(1)結(jié)構(gòu)簡單、價格低。機床機械零部件數(shù)目較串聯(lián)構(gòu)造平臺大幅減少，主要由滾珠絲杠、虎克鉸、球鉸、伺服電機等通用組件組成，這些通用組件可由專門廠家生產(chǎn)，因而機床的制造和庫存成本比相同功能的傳統(tǒng)機床低得多，容易組裝和搬運。

(2)結(jié)構(gòu)剛度高。由于采用了封閉性的結(jié)構(gòu)(closed-loopstructure)，因而使其具有高剛性和高速化的優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)負荷流線短，而負荷分解的拉、壓力由六只連桿同時承受，以材料力學的觀點來說，在外力一定時，懸臂量的應(yīng)力與變形都最大，兩端插入(build-in)次之，再者是兩端簡支撐(simply-supported)，其次是受壓的二力結(jié)構(gòu)，應(yīng)力與變形都最小的是受張力的二力結(jié)構(gòu)，故其擁有高剛性。其剛度重量比高于傳統(tǒng)的數(shù)控機床。

(3)加工速度高，慣性低。如果結(jié)構(gòu)所承受的力會改變方向(介于張力與壓力之間)，那么二力結(jié)構(gòu)將會是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，而它的移動件重量減至最低且同時由六個致動器驅(qū)動，因此機器很容易高速化，且擁有低慣性。

(4)加工精度高。由于為多軸并聯(lián)機構(gòu)組成，六個可伸縮桿桿長都單獨對刀具的位置和姿態(tài)起作用，因而不存在傳統(tǒng)機床(即串聯(lián)機床)的幾何誤差累積和放大的現(xiàn)象，甚至還有

平均化效果(averagingeffect)；其擁有熱對稱性結(jié)構(gòu)設(shè)計，因此熱變形較小，具有高精度的優(yōu)點。

(4)多功能靈活性強。由于該機床機構(gòu)簡單控制方便，較容易根據(jù)加工對象而將其設(shè)計成專用機床，同時也可以將之開發(fā)成通用機床，用以實現(xiàn)銑削、鏜削、磨削等加工，還可以配備必要的測量工具把它組成測量機，以實現(xiàn)機床的多功能。這將會帶來很大的應(yīng)用和市場前景，在國防和民用方面都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

(5)使用壽命長。由于受力結(jié)構(gòu)合理，運動部件磨損小，且沒有導軌，不存在鐵屑或冷卻液進入導軌內(nèi)部而導致其劃傷、磨損或銹蝕現(xiàn)象。

(6)?Stewart平臺適合于模塊化生產(chǎn)。對于不同的機器加工范圍，只需改變連桿長度和接點位置，維護也容易，無需進行機件的再制和調(diào)整，只需將新的機構(gòu)參數(shù)輸入。

(7)變換坐標系方便。由于沒有實體坐標系，機床坐標系與工件坐標系的轉(zhuǎn)換全部靠軟件完成，非常方便。

2．并聯(lián)運動機床的主要部件