第三章 金属切削机床.ppt

第三章金属切削机床,第一节概述第二节金属切削机床部件,第三节常见的金属切削机床,第一节概述,机床是制造机器的机器，被称为工作母机，因此在刚度、精度及运动特性方面有其特殊要求。下面简单介绍一下机床的一些基础理论概念。,一．机床的基本组成,1.动力源机床动力源一般采用交流异步电动机，步进电机、直流伺服电动机，交流伺服电动机等，它们为机床执行机构的运动提供动力，以克服切削阻力及摩擦阻力，机床可以几个运动共同用一个动力源（如普通机床），也可以每个运动单独使用一个动力源（如数控机床）。,2.传动系统传动系统把动力源的运动和动力传递给执行机构，或将运动由一个执行机构传递到另一个执行机构，以保持二个运动方向之间的准确关系，传动系统还可以变换运动的方向、速度及运动的类别，如将旋转运动变为直线运动。,第三章金属切削机床,包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱。,3.支承件用于安装和支承其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支承件是机床的基础构件，也称机床大件或基础件。,4.工作部件,（1）与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件。例如，主轴及主轴箱、工作台及其溜板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等安装工件或刀具的部件；,（2）与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置如自动上下料装置，自动换刀装置、砂轮休整器等。,（3）与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。,5.控制系统------用于控制各种工作部件的正常工作，主要是电器控制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，他包括数控装置、主轴和进给的伺服控制系统、可编程控制器和输入、输出装置等。,6.冷却系统用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。,7.润滑系统用于对机床的运动副（轴承、导轨等）进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。,8.其他装置如排屑装置、自动测量装置等。,二、机床的运动,机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。,1.表面形成运动表面形成运动是机床的最基本运动，也叫工作运动。包括主运动和进给运动,（1）主运动主运动的形式有,1）工件或刀具做旋转运动2）工件或刀具做直线运动3）复合运动车螺纹时的螺旋运动，是由工件的旋转运动和刀具的直线运动合成的。,（2）进给运动,2.辅助运动机床在加工过程中加工工具与工件除工作运动以外的其他运动称为辅助运动。辅助运动用以实现机床的各种辅助动作，主要包括以下几种。,（1）切入运动用于保证工件被加工表面获得所需的尺寸，使刀具切入工件表面一定深度。（2）各种空行程运动进给前刀具的趋近运动、进给结束后的退刀运动等。（3）其他辅助运动包括分度运动、操纵和控制运动等，例如刀架或工作台的分度转位运动，刀库或机械手自动换刀运动，变速、换向，部件与工件的夹紧与松开，自动测量、自动补偿等。,三、机床技术性能指标,1.机床的工艺范围指在机床上加工工件的类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。不同的机床有不同的工艺范围。,（1）通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较多的加工需要。适用于单件小批生产。,（2）专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都较高，但他的加工范围很窄。,（3）数控机床既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，并可实现自动化加工。,2.机床的技术参数,（1）尺寸参数具体反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数，见表3-1。,（2）运动参数指机床执行件的运动速度，如主轴的最高转速、最低转速，刀架的最大进给量与最小进给量。,（3）动力参数机床电机的功率。,四、机床精度与刚度,机床精度加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度称为机床精度。他包括,1.几何精度指机床在空载条件下，在机床不运动（机床主轴不转或工作台不移动等）主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度。如导轨的直线度、主轴径向跳动和轴向窜动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。,2.运动精度指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。,3.传动精度指机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。,4.定位精度指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。,5.工作精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。,6.精度保持性在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度，称为精度保持性。,机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。按照载荷的性质不同分为静载荷和动载荷，故机床刚度分为静刚度及动刚度。习惯所说刚度一般指静刚度。,1）型号表示方法通用机床的型号表示方法为,,（●）○（○）●●（●）（○）（●）,1.通用机床的型号编制,五、机床的型号编制,机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能和结构特点、主要技术参数等。,我国的机床型号，现在是按1985年颁布的标准JB183885金属切削机床型号编制方法（适用于各类通用机床和除组合机床外的专用机床）编制的，此标准规定，机床型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。,依据1994年颁布的标准“GB／T153751994金属切削机床型号编制方法”编制的。,机床类、组、系的划分及其代号,机床的类别用大写的汉语拼音字母表示（如表2-2）,表2-2机床的类别代号,机床的类、组划分见表2-3,机床的特性代号，结构特性代号为汉语拼音字母，位置排在类代号之后，当型号中有通用特性代号时，排在通用特性代号之后。,表2-4通用特性代号,机床主参数代表机床规格的大小，在机床型号中，用数字给出主参数的折算数值1/10或1/150表示。设计顺序号当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。第二主参数一般是主轴数，最大跨距，最大工作长度，工作台工作面长度等，它也用折算值表示。,机床主参数、第二主参数和设计顺序号,机床的重大改进顺序号A、B、C。,某些机床，根据不同的加工需要，在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分结构时，则在原机床型号之后加1、2、3..等变型代号，并用“/”分开，（读作“之”），以示区别。,同一型号机床的变型代号,通用机床的型号编制举例,CA6140CA6140型卧式车床）,主参数（最大车削直径400mm）系别代号（卧式车床系）组别代号（落地及卧式车床组）结构特性代号（结构不同）类别代号（车床）,重大改进顺序号第一次重大改进主参数最大磨削直径320mm系别代号万能外圆磨床系〕组别代号外圆磨床组通用特性高精度类别代号磨床类,MG1432A（MG1432A型高精度万能外圆磨床）,专用机床的型号编制,专用机床型号表示方法专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成，其表示方法为,○●●,设计单位代号包括机床生产厂和机床研究单位代号（位于型号之首），见金属切削机床型号编制方法（GB/T15975-1994）附录A。,专用机床的设计顺序号按该单位的设计顺序号从“001”起始排列，位于设计单位代号之后，并用“－”隔开，读作“至”。,例B13100为北京第一机床厂设计制造的第一百种专用机床为专用铣床，属于第三组。,专用机床的组代号用阿拉伯数字（不包括“0”）表示，放在设计单位代号之后，并用“”分开，专用机床的组（按产品的工作原理划分）由机床厂和机床研究所根据产品情况自行确定。,第二节金属切削机床部件,一、传动系统,1.主传动系统,（1）按驱动主传动的电机类型分类,直流电机驱动,交流电机驱动,（2）按传动装置类型,机械传动装置,液压传动装置,电器传动装置以及他们的组合,（3）按变速的连续性,分级变速,无级变速,2.进给传动系统,机械进给传动,液压进给传动,电伺服进给传动,由于数控机床近几年的广泛应用，本书重点介绍电伺服进给传动系统。,电气伺服进给传动系统的控制类型,按有无检测和反馈装置分为开环、闭环和半闭环系统。,1）开环系统典型的开环系统采用步进电机，图3-1，开环系统对工作台的实际位移量没有检测和反馈装置。数控装置发来的每一个进给脉冲由步进电机直接变换成一个转角（步距角），再通过齿轮（或同步齿形带、滚珠丝杠螺母）带动工作台移动。,开环系统的精度取决于步进电机的步距角精度、步进电机至执行部件间传动系统的精度。这类系统的定位精度较低，一般在0.01～0.02mm，但系统简单，调试方便，成本低，适用于精度要求不高的数控机床中。,2）闭环系统,在闭环系统中使用位移测量元件测量机床执行部件的移动量，将执行部件的实际位移和控制量进行比较，比较后的差值用信号反馈给控制系统，对执行部件的移动进行补偿，直至差值为零。图3-2,为提高系统的稳定性，闭环系统除了检测执行部件的位移量外，还检测其速度。检测反馈装置有两类（1）用旋转变速器作为位置反馈，测速发电机作为速度反馈；（2）用脉冲编码器兼做位置和速度反馈。后者用的较多。,闭环控制可以消除整个系统的误差、间隙和失动，其定位精度取决于检测装置的精度，其控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高，用于精密型数控机床上。,3）半闭环控制系统如果检测元件不是直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中间部位的旋转部件上，称为半闭环控制系统。图3-3,综上所述，对伺服系统的基本要求是稳定性要好、精度要高、快速响应性好、定位精度高。,半闭环系统的精度比闭环差。由于惯性较大的工作台在闭环之外，系统稳定性较好。与闭环相比，半闭环系统结构简单、调整容易、价格低，所以应用较多,半闭环系统只能补偿环路内部传动链的误差，不能纠正环路之外的误差,（2）电气伺服进给系统的驱动部件电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。,伺服驱动部件有,1）步进电机又称脉冲电机，是将电脉冲信号变换成角位移（或线位移）的一种机电式数模转换器。它每接受数控装置输出的一个电脉冲信号，电动机轴就会转过一定的角度，称为步距角。步距角一般为0.5-3，角位移与输入脉冲个数成严格的比例关系，步进电机的转速与控制脉冲的频率成正比。,2）直流伺服电机,3）交流伺服电机,转速可以在很宽的范围内调整节。改变绕组通电的顺序，可以控制电机的正转或反转。,4）直线伺服电机是一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置，是适应超高速加工技术发展的需要而出现的一种新型电机。直线伺服电机驱动系统替换了传统的由回转形伺服电机加滚珠丝杠的伺服进给系统，从电机到工作台之间的一切中间传动都没有了，可直接驱动工作台进行直线运动，使工作台的加/减速提高到传统机床的10-20倍，速度提高3-4倍。,（4）温升和热变形主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的热变形。,（1）旋转精度主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。,主轴部件由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成,主轴部件是机床重要部件之一，他是机床的执行件。他的功用是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。,二、主轴部件,（3）电气伺服进给系统中的机械传动部件指齿轮（或同步齿形带）和丝杠螺母传动副,（2）刚度主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义,（3）抗振性主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。,1.主轴部件应满足的基本要求,2．主轴部件的传动方式,（1）齿轮传动,（2）带传动,主轴部件传动方式的选择主要取决于主轴的转速、所传递的扭矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等因素。,齿轮传动的特点是结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。它的缺点是线速度不能过高，通常小于1215m／s，不如带传动平稳。,常用有平带、三角带、多楔带和同步齿形带等。特点靠摩擦力传动除同步齿形带外、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载中会打滑，能起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。,图3-10同步齿形带传动,优点强度高、传递功率大、传动平稳、噪声小、传动效率高、传动比大、重量轻，适用于高速、高温下传动。缺点制造工艺复杂、安装条件要求高。,（3）电机直接驱动,电动机转子轴就是主轴，电动机座就是机床主轴单元的壳体。主轴单元大大简化了结构，有较宽的调速范围；有较大的驱动功率和扭矩；便于组织专业化生产。,图3-11高速内圆磨床电主轴,3.主轴部件结构,（1）主轴的形式1）前后两个支承这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度，多数机床的主轴采用这种形式，为提高主轴部件的刚度，前后支承应消除间隙或预紧。,（2）主轴的构造（图3-12）主轴的构造和形状主要取决于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等的类型、数量、位置和安装方法等。主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。,2）三个支承三个支承中可以前后支承为主要支承，中间支承为辅助支承，也可以前中支承为主要支承，后支承为辅助支承。三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。主支承也应消除间隙或预紧，辅支承则保留一定的径向游隙或选用较大游隙的轴承。在三支承主轴部件中，采用前、中支承为主要支承较多。,（3）主轴的材料和热处理主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形的情况选择。普通机床主轴可选用中碳钢，调质处理后，在主轴端部、锥孔、定心轴径或定心锥面等部位进行局部高频淬硬，以提高其耐磨性。只有载荷大或有冲击时、或精密机床需要减小热处理后的变形时、或有其他特殊要求时，才考虑选用合金钢。当支承为滑动轴承，则轴径也需要淬硬，以提高耐磨性。,（4）主轴的轴承主轴中重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、结构、配置方式、安装调整，润滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。主轴部件主支承常用滚动轴承有角接触球轴承、双列短圆柱辊子轴承、圆锥辊子轴承、推力轴承、陶瓷滚动轴承等。图3-13,三、机床支承件,机床的支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相互固定连接成机床的基础和框架.机床上其他零部件可以固定在支承件上，或者工作时在支承件的导轨上运动。,1）应具有足够的刚度和较高的刚度质量比。2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪音。3）热稳定性好，热变形对加工精度的影响较小。4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。,2.支承件的结构,1.支承件应满足的基本要求,支承件的总体结构形状基本上可分为三类（1）箱形类支承件在三个方向上的尺寸都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。（2）板块类支承件在两个方向上的尺寸比第三个方向大的多，如工作台、刀架等。（3）梁类支承件在一个方向的尺寸比另两个方向大的多，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。,支承件的截面形状设计是应保证在最小重量条件下，具有最大静刚度。静刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同，即使同一材料、相等的截面积，其抗弯抗扭惯性矩也不同。一般而言,（3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是扭转刚度。设计时应尽可能把支承件的截面作成封闭状。但是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要，有时不能作成全封闭状。,（2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。,（1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，而且同样的断面形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高。,（1）铸铁一般支承件用灰铸铁制成，在铸铁中加入少量合金元素可提高耐磨性，适于成批生产。铸铁支承件要进行时效处理，以消除内应力。,（4）天然花岗岩,（3）预应力钢筋混凝土图3-15主要制作不经常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件,（2）钢板焊接结构用钢板或型钢焊接成支承件，其特点是制造周期短，省去制作木摸和铸造工艺。近20年来在国内外支承件用钢板焊接结构件代替铸件的趋势不断扩大，开始在单件和小批生产的重型机床和超重型机床上应用，逐渐发展到一定批量的中型机床中。,3.支承件的材料,四、机床导轨,1.导轨应满足的主要技术要求,导轨的功用是承受载荷和导向。他承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支承导轨。,（2）承载能力大，刚度好导轨在外载荷作用下抵抗变形的能力。影响因素导轨的截面形状和尺寸、与支承件的连接方式、受力情况等。,（3）精度保持性好主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。,（4）低速运动平稳当动导轨作低速运行或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。,（1）导向精度指导轨副在空载或切削条件下运动时，实际运动轨迹与理想运动轨迹的偏差。影响因素导轨的几何精度和接触精度、导轨结构形式、导轨和支承件刚度、油膜厚度和刚度、导轨和支承件热变形等。,2.导轨的截面形状和组合形式图3-161）矩形导轨承载能力大、刚度高、制造简便、检验和维修方便，但存在侧向间隙，导向性差，用于载荷较大而导向性要求略低的机床2）三角形导轨导轨面磨损时，动导轨会自动下沉，自动补偿磨损量，不会产生间隙，导向性好。3）燕尾形导轨可以承受较大的颠覆力矩，导轨的高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚度较差，加工、检验和维修都不方便。适于受力小、层次多，间隙调整方便的部件。4）圆柱形导轨制造方便，工艺性好，间隙难调整和补偿，用于受轴向负荷的导轨。,1）双三角形导轨（图3-17a）不需要镶条调整间隙，接触刚度高、导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工检验维修不方便。多用在精度要求较高的机床上，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。,4）矩形和燕尾形导轨的组合这类组合的导轨能承受较大的力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。,3）矩形和三角形导轨的组合这类组合导轨的导向性好、刚度高、制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。,2）双矩形导轨图3-17bc承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床、组合机床、升降台铣床等。,组合形式,3.导轨的结构类型及特点（1）滑动导轨（2）静压导轨（3）卸荷导轨（4）滚动导轨图3-18,,,五、机床刀架和自动换刀装置,1.机床刀架和自动换刀装置应满足的要求1）满足工艺过程所提出的要求2）在刀架、刀库上要能牢固的安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确的调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。3）刀架、刀库、换刀机械手应有足够的刚度4）可靠性高5）刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的，因而换刀时间应尽可能短，以利于提高生产率。6）操作方便和安全,2.机床刀架和自动换刀装置的类型图3-19、3-20）,机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，数控车床上采用的是电换位的自动刀架，加工中心则采用了刀库和换刀机械手，实现了大量存储刀具和自动交换刀具的功能。,,第三节常见的金属切削机床,龙门铣床,卧式镗床,,加工中心,机床的回转运动多为机械传动，直线运动多为液压传动。,一、机床的机械传动,（一）机床上常用的传动副及其传动关系,传动副用来传递运动和动力的装置称为传动副。,传动比i被动轮的转速/主动轮的转速n被/n主,i1升速传动i1降速传动i1等速传动,1．带传动,带传动是利用传动带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮上去（图2-6）。如果不考虑带与带轮之间的相对滑动，带轮的圆周速度v1和v2传动带速度v带的大小是相同的。即,机床的传动,v1v2v带v1πd1n1v2πd2n2∵πd1n1πd2n2d1/d2n2/n1∴in2/n1d1/d2,带传动的传动比等于主动轮直径与从动轮直径之比。如果考虑传动带与带轮之间的滑动则in2/n1d1/d2ε,带传动的特点,1）优点轴间距离较大，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。2）缺点带传动不能保证准确的传动比，摩擦损失大，传动效率低。,2.齿轮传动,齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式，如图2-7所示。,设z1、z2和n1、n2分别为主、从动齿轮的齿数和转速，则n1.z1n2.z2,故传动比为in2/n1z1/z2,齿轮传动的特点机构紧凑，传动比准确，可传递较大的圆周力，传动效率高。缺点是制造复杂，当精度不高时传动不平稳，有噪声。,3.蜗杆传动,如图2-8所示。蜗杆为主动件，将其运动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮，反之则不可能。,若蜗杆的螺纹头数为k，转速为n1；蜗轮的齿数为z，转速为n2，则其传动比为in2/n1k/z,蜗杆传动的特点优点是可以获得较大的降速比（因为k比z小的多），而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。缺点是传动效率低，需要良好的润滑条件。,4.齿轮齿条传动,如图2-9所示，若齿轮按箭头所指方向旋转，则齿条向左作直线移动，其移动速度为vpzn/60πmzn/60mm/s,式中z齿轮齿数n齿轮转速，r/minp齿条齿距，mmm齿轮、齿条模数，mm,特点齿轮齿条传动可以将旋转运动变为直线运动（齿轮为主动），也可以将直线运动变为旋转运动（齿条为主动）。齿轮齿条传动的效率较高，但制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。,5.螺杆传动,如图2-10所示，，若螺杆（又叫丝杠）旋转，螺母不转，则他们之间沿轴线方向的相对位移的速度为vnp/60mm/s式中n螺杆转速，r/minp单头螺杆螺距，mm用多头螺杆传动时vknp/60mm/s,式中k多头螺杆螺纹头数。,螺杆传动的特点螺杆传动是将旋转运动变为直线运动。优点是传动平稳，无噪声，可以达到较高的传动精度，但传动效率较低。,（二）传动链及其传动比,1传动链传动链是指实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和，他是由若干传动副按一定方法依次组合起来的（图2-11）。,若已知n1、d1、d2、z1、z2、z3、z4、z5、z6、k及z7的具体数值，则可确定传动链中任何一轴的转速。例如求Ⅵ轴的转速nⅥ，可按下式计算nⅥn1.i总n1.i1.i2.i3.i4.i5n1.d1/d2.ε.z1/z2.z3/z4.z5/z6.k/z7,式中i1～i5分别为传动链中相应传动副的传动比；i总传动链的总传动比，i总i1.i2.i3.i4.i5，即传动链的总传动比等于传动链中各传动副传动比的积。,（三）机床常用的变速机构,变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱中的变速机构是有一些基本的机构组成的，其中最常应用的有以下两种（图2-12）,1.滑动齿轮变速机构（图2-12），其传动比为这种变速机构的传动路线可用传动链的形式表示如下,2.离合器式齿轮变速机构（图2-12），其传动比为其传动链为,（四）卧式车床传动简介,图2-13为C616型（相当于新编号C6132）卧式车床的传动系统图，他用规定的简图符号表示出整个机床的传动链。,1.C6132车床主运动传动系统此系统是从电机→变速箱→带轮→主轴箱至主轴间的传动关系。电机以1440r/min的转速将运动传至变速箱中的Ⅰ轴，经滑移齿轮变速机构，可使Ⅲ轴获得六种不同的转速。再经带轮传动副将六种不同转速传入主轴箱。操纵主轴箱的内齿离合器，可使主轴（即Ⅵ轴）得到12级转速。,主运动传动系统的传动路线表达式如下,根据传动路线表达式可以计算出主轴的任一级转速。如主轴的最高转速和最低转速为,nⅥmax144033/2234/32176/2000.9827/27＝1980r/minnⅥmin144019/3422/45176/2000.9827/6317/5845r/min式中0.98是带和带轮的滑动因数。,下图所示的传动系统中，电机转速为1440r/min，齿轮齿数如图所示。1.列出该系统的传动链。2.此系统的第V轴能获得几级转速3.计算第V轴的最高转速及最低转速。,C6132车床进给运动传动系统此系统是从主轴→交换齿轮→丝杠或光杠→溜板箱→刀架的传动路线。传动路线的表达式可按分析主运动的方法进行分析。,（五）机床机械传动的组成,1.定比传动机构具有固定的传动比或固定传动关系的传动机构，例如前面介绍的几种常用的传动副。,2.变速机构改变机床部件运动速度的机构。,3.换向机构变换机床部件运动方向的机构,4.操纵机构用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。,5.箱体及其他装置箱体用以支撑和连接各构件，并保证他们相互位置的精度。为了保证传动机构的正常工作，还要设有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。,（六）机械传动的优缺点,优点1.传动比准确，适用于定比传动。2.实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩。3.故障容易发现，便于维修。,缺点机械传动一般情况下不够平稳，制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的机构较复杂，成本高。因此机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。,二、机床的液压传动,1.外圆磨床液压传动简介图2-14所示,（1）动力元件油泵。其作用是将电机输入的机械能转换为液体的压力能，是能量转换装置（能源）。（2）执行机构油缸或油马达。（3）控制元件各种阀。（4）辅助装置油箱、油管、滤油器、压力表等。（5）工作介质矿物油。他是传递能量的介质。,2.机床液压传动的组成,3.液压传动的优缺点,1）易于在较大范围内实现无级变速；2）传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载；3）便于采用电液联合控制，实现自动化；4）机件在油中工作，润滑好，寿命长。缺点由于油有一定的可压缩性，并有泄漏现象，所以液压传动不适合作定比传动。,高速切削,一、高速切削的概念与特点,1.高速切削技术的概念,高速切削的核心是速度与精度。由于刀具材料、工件材料和加工工艺的多样化，对高速切削不可能用一个确定的速度指标来定义。对于铣刀等回转刀具，通常以主轴或刀具的转速作为衡量标准，根据不同的刀具直径，现阶段一般把转速10000r/min以上视为高速切削。因为在这个转速范围以上，对刀具材料、结构、装夹以及机床的主轴、结构、进给驱动和CNC系统都提出了特殊的要求，需要开发新的技术。,高速切削是指高于常规速度五倍乃至几十倍条件下所进行的切削。,理论基础1931年德国切削物理学家萨洛蒙（Carl.Salomon）曲线，在切削速度达到“临界速度”时，切削温度达到最大值，在临界速度之后V↑→θ↓,如今高速切削在在实际生产中切削铝合金的速度范围为1500～5500m/min，铸铁为750～2500m/min，普通钢为600～1200m/min，进给速度已高达20～40m/min。,有效缩短加工时间10倍左右50年代高速钢刀具30m/min目前硬质合金涂层刀具50m/min陶瓷刀具500～800m/min金刚石涂层刀具1200m/min,（2）能获得较高的加工精度,V提高F减小变形减小加工精度提高超高速加工激振频率远离工艺系统固有频率范围，系统振动减小,（3）能够获得较高的加工表面质量,提高切削速度和进给速以减少进给量。表面残留小，残余应力小，不易产生鳞刺。,（4）减小了工件的热变形,Q绝大多数由切屑带走，工件基本处于冷态。,2.高速切削的特点,（1）能够获得很高的加工效率,1.高速主轴机床的精度很大程度上取决于主轴的制造精度，对于高速加工机床的主轴来讲，更是如此。为了提高高速机床主轴的静态精度和动态精度，根据误差理论，必须减小各主轴部件的制造误差及装配误差，更重要的是，应尽可能减少主轴系统中的误差源，即尽可能的缩短主轴传动链的长度。机床主轴由内装式电机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零。,二、高速切削的技术关键,1）滚珠轴承高速主轴电动主轴高速切削铣床上多用压力角15度或25度角接触滚珠轴承，精度等级精密级C级和超精密级B级混合轴承内外圈由轴承钢制成。滚珠由氮化硅（Si3N4）陶瓷制成，密度减小60弹性模量比钢高50，摩擦系数低转速特征值（dn值）轴径（d）转速（n）三种润滑方式油脂润滑，油雾润滑，油气润滑,3）空气静压轴承高速主轴可进一步提高主轴的转速和回转精度。可达到10万转。优点高回转精度，高转速和低温升。缺点承载能力较低，使用和维护费用高（高清洁空气）,2）液体静压轴承高速主轴轴径为30mm主轴，最高转速可改30000r/min以上特点径向尺寸不宜大，故刚度较低，轴向刚度高一些。油膜具有很大阻尼，动态刚度较高，断续切削运动精度很高，回转误差一般在0.2μm以下驱动功率要求较大由于液体摩擦损失。应用精度、粗糙度要求很小时，断续切削过程。,5）驱动电机高速化电动主轴转子和定子的材料和质量异步电机转子容许速度120m/s定子和转子发热，影响加工精度同步电机转子由永久磁铁制成，自身不发热，转速较高时使用。,4）磁悬浮轴承高速主轴可达到更高的主轴转速，转速特征值4104r/min，两个径向，两个轴向轴承支承，间隙0.1mm左右。优点高精度，高转速和高刚度。缺点机械结构复杂需要一套传感器和控制电路，造价为滚珠轴承的2倍温升问题电磁线圈，热源，好的冷却系统。,2.高速切削机床结构,两个思路在普通机床的基础上对关键零件进行改进研制完全不同于普通机床的新型结构机床,硬质合金、金属陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼为主。刀具的发展主要集中在以下两个方面（1）研制新的镀膜材料和镀膜方法以提高刀具的抗磨损性。氮化钛、氮化钛铝镀膜（2）开发新型的高速切削刀具，特别是那些比较复杂的刀具硬质合金钻头聚晶立方氮化硼麻花钻,1）进给驱动系统高速化大导程滚珠丝杠，增加伺服电机转速来实现（可达60m/min）直线电机驱动系统无间隙、惯性小,2）运动部件轻量化和伺服进给控制精密化,3）新运动原理机床的出现六杆机床（并联结构机床）（虚拟轴机床）,3.高速切削的刀具系统,在高速切削中，刀具系统的设计、制造是其关键技术之一。高速切削时的一个主要问题是刀具磨损，与普通切削相比，高速切削时刀具与工件的接触时间减少，接触频率增加，由此减少了切屑的皱褶，切削中产生的热量更多的向刀具传递，磨损机理与普通切削有更大的区别。因此对刀具材料有更高的要求。另外，由于高速切削时离心和振动的影响，刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能。,1）刀具材料,2）刀柄结构,它是高速切削时的一个关键件，其作用主要体现在传递机床精度和切削力。刀柄的一端是机床主轴，另一端是刀具。高速切削时既要保证加工精度又要保证很高的生产率。要求（1）很高的几何精度和装夹重复精度（2）很高的装夹刚度（3）高速运转时安全可靠德国圆锥空心柄（HSK）（图2-50）110锥度空心锥套和端面双重定位,3）接装刀具的模块锥形夹头常用灵活性好，扭矩有限，装夹精度低改进型收缩夹头，液压膨胀夹头（图2-51），力膨胀夹头（图2-52）,