页数：172页文件大小：4.25 MB来源： 机械制造装备设计ppt课件
本课件可查阅机床的分类与运动分析、表面成形运动与内外联系传动链、传动原理图的表示方法，CA6140型卧式车床的主运动与进给运动传动链、螺纹加工调整与主要机构，M1432B型万能外圆磨床，Y3150E型滚齿机的传动与调整计算，以及数控机床的工作原理、分类与性能指标。
第一节机床的基本知识
三、机床的运动
运动直线运动——A旋转运动——B
（一）表面成形运动
形成母线和导线——需要刀具和工件作相对运动形成发生线，亦即形成被加工零件表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。
成形运动种类按组成情：
简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的。
复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的单元运动按照某种确定的运动关系组合而成，并互相依存，这种成形运动----。
表面成形运动主运动：
机床上形成切削速度并消耗大部分动力的运动。
速度高，消耗的功率大。
任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动。
进给运动：机床上维持切削加工过程连续不断进行的运动。
速度较低，消耗的功率较小。
一台机床的进给运动可能有一个或几个，也可能没有。
（二）切入运动
用以实现使工件表面逐步达到所需尺寸的运动。
（五）操纵
、控制运动：操纵及控制运动包括起动，停止，变速，换向，部件与工件的夹紧、松开、转位以及自动换刀，自动测量，自动补偿等运动。
（六）校正运动：在精密机床上，为了消除传动误差的运动。
如精密螺纹车床或螺纹磨床中的螺距校正运动。
（一）机床传动的三个基本组
成部分：运动源传动装置执行件
机床的传动联系执行件——
执行机床运动的部件。如主轴、刀架、工作台等。执行件任务：
机床的传动联系
（二）机床的传动联系和传动
链
传动链中的两类传动机构
简单运动的实现•简单运动——单独的旋转运动或直线运动——只需有一条传动链将运动源与相应执行件联系起来，便可获得所需运动。
运动轨迹的准确性，则靠主轴轴承与刀架、工作台等的导轨保证。
外联系传动链•联系运动源和执行件，使执行件获得一定速度和方向运动的传动链。
机床上有几个简单运动，就需要有几条外联系传动链。
可以有各自独立的运动源，也可以几条传动链共用一个运动源。
复合运动的实现复合运——
由保持严格运动关系的几个单元运动（旋转的和直线的）组成——必须有传动链将实现这些单元运动的执行件联起来，使其保持确定的运动关系；
此外，为使执行件获得运动，还需有一条外联系传动链。
内联系传动链•联系复合运动内部两个单元运动的传动链。
机床工作时，内联系传动链所联系的两个执行件，将按照规定的运动关系作相对运动。
由于内联系传动链本身不能提供运动，为使执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。
内联系传动链的要求
车床一、概述车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成形回转面和回转体的端面等。
有的车床还能加工螺纹面。
车床的种类按其结构和用途的不同，主要分为以下几类：落地及卧式车床、立式车床、回轮及转塔车床、单轴和多轴自动和半自动车床、仿形及多刀车床、数控车床以及车削中心等。
还有各种专门化车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、铲齿车床等。
在所有车床类机床中，以卧式车床应用最广。
卧式车床的工艺范围很广，能进行多种表面加工。
图2-卧式车床的基本结构及运动1—主轴箱2—夹盘3—刀架4—后顶尖5—
尾座
卧式车床的主参数是床身上最大工件回转直径，第二主参数是最大工件长度。
这两个参数表明车床加工工件的最大极限尺寸，同时也反映了机床的尺寸大小。
因为主参数决定了主轴轴线距离床身导轨的高度，第二主参数决定了床身的长度。
卧式车床的最大工件长度有750mm、1000mm、1500mm、2000mm等四种。
机床除床身、丝杠和光杆的长度不同外，其他的部件均通用。
二、CA
6140型车床CA6140型车床是普通精度的卧式车床。
传动系统包括主传动链和进给运动传动链两部分。
传动系统图
（一）主运动传动链
1、传动路线
主轴的转速级数与转速：
2×3×（2×2－1）＋6＝24转速计算：I−IIμII−IIIμII−IV30主230n＝1450×130(1－)μ
例题1：
根据右图：1.列出传动链，并求主轴有几级转速?2.主轴的最高和最低转速各为多少?
12026723448414122602854解：1.电动机n=1440r/min-240-Ⅰ--Ⅱ--Ⅲ--Ⅴ主轴12024032506550−65−IV−2065658050−26−IV−206510480
65240120726026226550104268033201.主轴最高转速nmax=1440×24072×41120264150××=200r/min××××=4.58r/min主轴最低转速nmin=1440××计算转速
（二）进给运动传动链
车米制螺纹(1)传动路线(2)车削米制（常用右旋）螺纹的运动平衡式：基本组有8种可变传动比；
增倍组有4种可变传动比。
(3)车削扩大导程螺纹的传动比：基倍基倍583310075363625×12＝7μμ×25×36μS＝kP=1×58×33×63×100×25×μ40～125r/min)10～32r/min)扩扩μ2＝16(主轴转速μ1＝4（主轴转速
车削模数螺纹应用范围：
模数螺纹主要用在米制蜗杆中。
例如Y3150E型滚齿机的垂直进给丝杠就是模数螺纹。
标准模数螺纹的导程(或螺距)排列规律和米制螺纹相同，但导程(或螺距)的数值不一样，而且数值中含有特殊因子π。
传动路线：与车削米制螺纹基本相同（唯一的差别就是这时的挂轮换成64/100×100/97，移换机构的滑移齿轮传动比为25/36，以消除因子π。
导出计算公式：基倍4km=7μμ
车削英制螺纹传动路线：
•传动路线作如下两点变动：1)将上述车米制螺纹时的基本组的主动与从动传动关系颠倒过来，基本组的传动比数列变成了调和数列，与英制螺纹螺距(或导程)数列的排列规律相一致。
车削英制螺纹•2)在传动链中改变部分传动副的传动比，使其包含特殊因子
车削径节螺纹：
径节螺纹主要用在英制蜗杆中。它是用径节DP表示的。径节DP＝z/D（z为齿轮齿数，D为分度圆直径。
车削非标准螺距和较精密螺纹：
需要将齿式离合器M3、M4和M5全部啮合，进给箱中传动路线是轴Ⅻ经轴ⅩⅣ及轴ⅩⅦ直接传动丝杠ⅩⅧ实现。
机动进给：
为了避免丝杠磨损过快以及便于工人操纵，机动进给运动是由光杠经溜板箱传动的。
这时将进给箱中的离合器M5脱开，齿轮z28与轴ⅩⅥ上的齿轮z56啮合。
运动由进给箱传至光杠Ⅺ Ⅹ，再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构和横向进给丝杠Ⅹ Ⅹ Ⅶ，使刀架作纵向或横向机动进给。
.机动进给
.机动进给
(2)纵向机动进给量：
机床的64种纵向机动进给量是由4种类型的传动路线来传动的。
经正常螺机距的米制螺纹产生32种进给量，其运动平衡式动为：进给f纵＝0.71μ基μ倍
纵向进给运动的其余32种进给量可分别通过英制螺纹传动路线和扩大螺纹导程机构获得。
(3)横向机动进给量：横向进给量的种数有64种。
横向机动进给在其与纵向进给传动路线一致时，所得的横向进给量是纵向进给量的一半。
.刀架的快速移动作用：
减轻工人的劳动强度和缩短辅助时间。
当刀架需要快速移动时，按下快速移动按钮，使快速电动机(0.25kW，2800r／min)接通，这时快速电动机的运动经齿轮副13／29传至轴xx，使轴XX高速转动，于是运动便经过蜗杆副4／29传动溜板箱内的传动机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动。
移动方向由溜板箱中的双向离合器M8和M9控制。
为了节省辅助时间及简化操作，在齿轮z56与轴XX之间装有超越离合器M6。
图1—13所示是超越离合器的结构图。
由外环1(即溜板箱中的空套齿轮z56)、星形体2、滚子3、顶销4和弹簧5组成。
当刀架机动进给时，齿轮z56按逆时针方向传动，三个短圆柱滚子3在弹簧5作用下，被楔紧在外环1和星形体2之间，外环1通过滚子3带动星形体2一起转动，运动便经过安全离合器M7传至轴xx，使轴xx旋转，实现机动进给。
当快速电动机转动时，运动由齿轮副13／29传至轴xx，轴xx及星形体2得到一个与齿轮z56转向相同而转速却快得多的旋转运动。
外环1与星形体2(轴xx)脱开联系。
这时光杠XIX和齿轮Z56虽然仍在旋转，但不再传动xx，因此刀架快速移动时无需停止光杠的运动。
（三）机床的主要机构
1主轴箱(1)主轴组件(2)变速操纵机构2溜板箱(1)纵、横向机动进给操纵机构(2)安全离合器
(1)主轴组件
(1)主轴组件CA6140型卧式车床的主轴是空心的阶梯轴，其内孔可通过棒料,也可用于通过夹紧装置。
主轴前锥孔为莫氏6号锥度，用来安装顶尖套及前顶尖，有时，也可安装心轴。
主轴前端采用短锥法兰式结构。
它的作用是安装卡盘和拨盘,
(2)变速操纵机构
(1)纵横向机动进给操纵机构2.溜板箱
(2)安全离合器：
由光杠传来的运动经齿轮z56(见图1—12)及超越离合器M6传至安全离合器M7左半部l，通过螺旋形端面齿传至离合器右半部2，再经花键传至轴xx。
离合器右半部2后端弹簧3的弹力，克服离合器在传递转矩时所产生的轴向分力，使离合器左、右部分保持啮合。
机床过载时，蜗杆轴xx(见图1—12)的转矩增大，安全离合器传递的转矩也增大，因而作用在端面螺旋齿上的轴向力也将加大。
当轴向力超过规定值后，弹簧3的弹力不再能保持离合器的左右两半部相啮合而产生打54滑，使传动链断开。
三、车床的主要类型和品种
（一）转塔、回轮车床
转塔车床
回轮车床回轮车床主要用来加工直径较小的工件，所用的毛坯通常是棒料。
机床作成形车削、切槽及切断加工所需的横向进给，是靠回轮刀架作缓慢的转动来实现的。
落地车床落地车床没有床身，可以加工车削直径大而短的工件，因这类大直径的短零件通常也没有螺纹。
立式车床立式车床用于加工径向尺寸大，而轴向尺寸短且形状复杂的大型或重型零件。
这种车床主轴垂直布置，装夹和校正笨重的零件比较方便。
它分为单柱式和双柱式两种，前者加工直径较小，而后者加工直径较大。
第三节磨床
一、概述用磨料磨具
(砂轮、砂带和研磨剂等)为工具进行切削加工的机床，统称磨床。
磨床可以磨削各种表面，如内外圆柱面、圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形面，还可刃磨刀具和进行切断等工作，应用范围十分广泛。
磨床主要应用于零件精加工，尤其是淬硬钢和高硬度特殊材料零件的精加工。
一、概述目前也有不少用于粗加工的
高效磨床。
现代机械产品对机械零件的精度和表面质量的要求愈来愈高，各种度材料的应用日益增多，以及精密毛坯制造工艺的发展，很多零件有可能由毛坯直接磨成成品。
磨床的应用范围日益扩大，在金属切削机床总量中所占的百分比也不断上升。
磨床的种类繁多，主要类型有：各类内、外圆磨床，各类平面磨床，工具磨床，刀具刃具磨床以及各种专门化磨床。
（一）机床的布局
、用途和运动1.机床的布局：图1—24所示2.机床的用途：M1432B型机床是普通精度级万能外圆磨床。
它可以磨削内外圆柱面、内外圆锥面、端面等。
这种机床的通用性好，但生产率较低，适用于单件小批生产。
机床的布局
（一）机床的布局
、用途和运动3.机床的运动：图1—25所示为万能外圆磨床加工示意图。
可以看出，机床必须具备以下运动：砂轮的旋转主运动nt，工件的圆周进给运动nw，工件的往复纵向进给运动fa，砂轮的周期或连续横向进给运动fr。
此外，机床还有砂轮架快速进退和尾座套筒缩回两个辅助运动。
机床的运动
（二）机床的传动系统
（三）砂轮架的结构
砂轮架由壳体、主轴及其轴承以及传动装置等组成。
图1—27所示为M1432B型磨床的砂轮架。
砂轮主轴8的前后支承均采用“短四瓦”动压滑动轴承。
当主轴高速旋转时，在轴承与主轴轴颈之间形成四个楔形压力油膜，将主轴悬浮轴承中心而呈纯液体摩擦状态。
磨床的砂轮架
（三）砂轮架的结构
砂轮主轴向右的轴向力通过主轴右端轴肩作用在轴承盖9上，向左的轴向力通过带轮13中的六个螺钉12，经弹簧11和销子10以及推力球轴承，最后传到轴承盖9上。
弹簧11用来给推力球轴承预加载荷。
砂轮的圆周速度很高，为保证砂轮运转平稳，装在主轴上的零件能校静平衡的都要校静平衡，整个主轴部件还要校动平衡。
砂轮必须安装防护罩，以防止砂轮意外碎裂时损伤工人及设备。
1、无心外圆磨床无心外圆磨床有两
种方式：①贯穿磨削法(见图1—28b)，适用于不带台阶的圆柱形工件；
②切入磨削法(见图1—28c)，适用于阶梯轴和有成形回转表面的工件。
1、无心外圆磨床无心外圆磨床磨削
时，工件放置在砂轮和导轮之间，由托板和导轮支承，以工件被磨削的外圆表面本身作为定位基准面，因此无定位误差.进行无心磨削时，工件的中心必须高于砂轮和导轮的中心连线，工件上的某些凸起表面在多次转动中能逐渐磨圆。
、内圆磨床普通内圆磨床是生产中应用最广的一种内圆磨床。
图1—29所示为普通内圆磨床的磨削方法。
图1—29a、b为采用纵磨法或切入法磨削内孔。
图1—29c、d为采用专门的端磨装置，可在工件一次装夹中磨削内孔和端面。
、平面磨床平面磨床主要用于磨削各种工件上的平面，其磨削方法如图1—30所示。
根据砂轮工作表面和工作台形状的不同，它主要可分为四种类型：卧轴矩台型、卧轴圆台型、立轴矩台型、立轴圆台型。
、平面磨床圆台型只适于磨削小零件和大直径的环形零件端面，不能磨削长零件。
矩台型可方便地磨削各种零件，工艺范围较宽。
卧轴矩台型磨床除了磨削水平面外，还可用砂轮磨削沟槽、台阶等侧平面。
第四节滚齿机
、齿轮加工机床的加工原理(1)成形法成形法加工齿轮所采用的刀具为成形刀具，属于成形法的有铣齿、拉齿、冲齿、压铸、成形磨齿等。
这种方法的优点是不需要专门的齿轮加工机床，可在通用机床上进行加工。
而在实际生产中，每一种模数通常只配有八把一套或十五把一套的成形铣刀。
每把刀具适应一定的齿数范围，这样加工出来的渐开线齿廓是近似的，加工精度低。
且加工过程中需要周期分度，生产率低。
常用于单件小批生产和加工精度要求不高的修配行业中。
在大批量生产中，也有采用多齿廓成形刀具加工齿轮的内齿轮，但刀具制造复杂且成本较高。
、齿轮加工机床的加工原理(2)展成法展成法加工齿轮是应用齿轮的啮合原理进行的.属于展成法的有滚齿、插齿、梳齿、剃齿、研齿、珩齿、展成法磨齿等。
用展成法加工齿轮的优点是，只要模数和压力角相同，一把刀具可加工任意齿数的齿轮。
这种方法的加工精度和生产率较高，因而在齿轮加工机床中应用最为广泛。
、齿轮机床类型及常用加工方法（1）按被加工齿轮种类分类：1)圆柱齿轮加工机床。
常用的有滚齿机、插齿机等。
2)锥齿轮加工机床。
又分为直齿锥齿轮加工机床和曲线齿锥齿轮加工机床。
直齿锥齿轮加工机床有刨齿机、铣齿机和拉齿机等，曲线齿锥齿轮加工机床有加工各种不同曲线锥齿轮的铣齿机和拉齿机等。
3)锥齿轮加工有成形法和展成法两种。
、齿轮机床类型及常用加工方法（2）按切削方法分类：常用的有滚齿机、插齿机、剃齿机、磨齿机、珩齿机等。
其中，剃齿机、磨齿机、珩齿机是用来精加工齿轮齿面的机床。
按切削方法分类滚齿机：
滚齿机是齿轮加工机床中应用最为广泛的一种，主要用于滚切圆柱齿轮及蜗轮。
滚齿是一种高效的切齿方法，主要用于软齿面的加工。
硬齿面滚齿机床采用硬质合金或金属陶瓷材料刀具，对已淬硬的高硬度表面齿轮进行半精加工或精加工。
插齿机：插齿机主要用于加工内、外啮合的圆柱齿轮，还可加工在滚齿机上无法加工的带台阶的齿轮、人字齿轮和齿条，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，但不能加工蜗轮。
剃齿机：用于对滚齿或插齿后的圆柱齿轮或蜗轮进行精加工。
剃齿机结构简单。
普通剃齿机适用于软齿面加工，加工效率高，刀具耐用度高。
磨齿机：
对淬硬的齿轮进行精加工。
可纠正齿形预加工的各项误差，是获得高精度齿轮最可靠的方法之一。
又分为：①蜗杆型砂轮磨齿机，按磨削效率较高，其精度可达4～5级，用于中小切模数齿轮成批和大量生产；
②锥形砂轮型磨齿机，磨齿砂轮为锥面，加工精度一般为4～5削级；
⑧双碟形砂轮型磨齿机，可磨出3级精度齿方轮，但效率低，适用于单件、小批生产；
④大平面砂轮型磨齿机，机床结构简单，加工精度法高，可达l～2级，适用于磨削大直径、宽齿面、分高精度齿轮；
⑤成形砂轮型磨齿机，适于磨削精度要求不太高的齿轮及内齿轮的磨削类珩齿机：对淬火齿轮的轮齿表面进行光整加工，改善表面粗糙度，提高表面质量。
外啮合珩齿会降低齿轮精度，内啮合珩齿则能提高齿轮精度。
二、滚齿原理滚齿加工是依
照交错轴螺旋齿轮啮合原理进行的。
用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合的过程，如图所示。
将其中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角增大到很大，成蜗杆状，再开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。
机床使滚刀和工件保持一对螺旋齿轮副啮合关系作相对旋转运动时，就可在工件上滚切出具有渐开线齿廓的齿槽。
二、滚齿原理·滚齿时
，切出的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包络线。
所以，滚齿时齿廓的成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动。
再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。
加工直齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理(1)主运动传动链：是一条将运动源(电动机)与滚刀相联系的外联系传动链。
实现滚刀旋转运动，即主运动。
电动机（M）－1－2－uv－3－4－滚刀(2)展成运动传动链：是一条内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。
要求滚刀与工作台之间必须保持严格的传动比关系。
在这条传动链中，还设有工作台变向机构。
滚刀(B11)－4－5－6－7－ux－8－9－工作台(B12)
加工直齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理(3)轴向进给运动传动链：是一条外联系传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。
它可以使用独立的运动源来驱动，这里所以用工作台作为间接运动源，不仅满足了工艺上的需要，还能简化机床的结构。
工作台－7－8－uf－9－10－刀架
加工斜齿圆柱齿轮的运动和传动原理成形运动：斜齿圆柱齿轮在齿长方向为一条螺旋线，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动。
因此，加工斜齿轮时的进给运动是螺旋运动，是一个复合运动。
加工斜齿圆柱齿轮的运动和传动原理传动原理图：如图1—34b所示，主运动、展成运动以及轴向进给运动传动链与加工直齿圆柱齿轮时相同，只在刀架与工作台之间增加了一条附加运动传动链。
在传动链中配置一个运动合成机构，将两个运动合成之后再传给工作台。
滚齿机的运动合成机构滚齿机所用的运动合成机构是用具有两个自由度的圆柱齿轮或圆锥齿轮行星机构。
机床上配有两个离合器M1和M2。
滚切直齿圆柱齿轮时用M1，断开附加运动传动链，同时把运动合成机构调整成为一个如同“联轴器”形式的结构。
滚齿机的运动合成机构滚切斜齿圆柱齿轮、大质数直齿圆柱齿轮和切向进给法加工蜗轮时用M2。
当需要附加运动时，如图1—35a所示，套筒G、离合器M2、齿轮z72及转臂H连为一体，经运动合成后，由x轴经齿轮e传往工作台。
IX
=(−1)z30z30z30z30nx−nHnIX−nHnx=2nH−nIX滚齿机的运动合成机构设nx、nix、nH分别为轴X、IX、转臂H的转速，根据行星齿轮机构传动原理由此得到号合成机构两个主动件关系式若设nH=0，uIX91=nxn=−1合
滚齿机的运动合成机构在附加运动传动链中，刀架的附加运动由齿轮z72传至转臂H,再经合成机构传至X,设nix=0加工斜齿圆柱齿轮、大质数齿轮和切向法加工涡轮时，展成运动和附加运动同时通过运动合成机构传动分别按传动比u合1=-1及u合2=2经轴x和齿轮e传往工作台。
HIX92u=nxn=2合
（一）Y3150E型滚齿机的布局（
二）Y3150E型滚齿机传动系统图（三）加工直齿圆柱齿轮的调整计算a)主运动传动链b)展成运动传动链c)轴向进给运动传动链
（四）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算
1)主运动传动链2)展成运动传动链3)轴向进给运动传动链4)附加运动传动链（五）刀架快速移动传动路线（六）滚刀安装及调整（七）径向进给切蜗轮
Y3150E型滚齿机的布局中型通用滚齿机常见的布局型式有立柱移动式和工作台移动式。
Y3150E型滚齿机的布局属于工作台移动式.可加工最大工件直径为500mm，最大加工宽度为250mm，最大加工模数为8mm，工件最小齿数为5k(滚刀头数)。
IX
Y3150E型滚齿机传动系统图
a)主运动传动链：
电动机（M）－1－2－uv－3－4－滚刀确定计算位移：n电(1430r／min)一n刀(r／min)运动平衡式：换置公式：uII-III为：27/43,31/39,35/35；
A/B为：22/44,33/33,44/22滚刀转速为40—250r／min共有9级转速供选用刀II−IIIB28282880×A×28×28×28×20=n1430×115×21×u16542v×A=n刀B124.583u=uII−IIIIX
b)展成运动：
滚刀(B11)－4－5－[合成]－6－7－ux－8－9－工作台(B12)确定计算位移：1转一k/z转运动平衡式：换置公式：e／f挂轮称为“结构性挂轮”.用于工件齿数z在较大范围内变化时调整ux的数值，从而使挂轮架结构紧凑。
80×28×28×28×42×u×e×36ac×1=k2028282856f36bd72z合1ux=ac=f24kbdeze／f分别为：48/24,36/36,24/48.
c)轴向进给运动传动链轴向进给运动链：工作台－9－10－uf－11－12－刀架确定计算位移：1转一f(mm)运动平衡式：换置公式：uXVII-XVIII分别为：39/45,30/54,49/
（四）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算
、轴向进给运动传动链和加工直齿圆柱齿轮时相同4、附加运动传动链轴向进给运动链：刀架（滚刀移动A21）－12－13－uy－14－15－[合成]－6－7－ux－8－9－工作台(工件附加运动B22)确定计算位移：S(mm)——±1转运动平衡式：2×36×u×e×a×c×1=±172fbd72S×25×2×a2c2合23π525b2d
、附加运动传动链：
附加运动传动链是形成螺旋线的内联系传动链，其传动比直接影响工件轮齿的齿向精度，所以挂轮传动比应配算准确。
附加运动挂轮配算与工件的齿数z无关。
用一把滚刀加工这一对斜齿轮时，即使这对齿轮的齿数不同，仍可用相同的附加运动挂轮。
u102yb2d2mnk=a2×c2=±9sinβ
刀架快速移动传动：
利用快速电动机可使刀架作快速升降运动，以便调整刀架位置及在进给前后实现快进和快退。
传动路线：1322625快速电动机－（链传动）－M3−−XXI(刀架轴向进给丝杠）
刀架快速移动传动路线在加工斜齿圆柱齿轮时，启动快速电动机，可经附加运动传动链带动工作台旋转，还可检查工作台附加运动的方向是否符合附加运动的要求。
刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换。
在加工一个斜齿圆柱齿轮过程中，附加运动传动链不允许断开，让滚刀在快速进退刀时按原来螺旋线轨迹运动，避免工件产生“乱牙”损坏刀具及机床。
滚刀安装及调整滚齿时，应使滚刀在切削点处的螺旋线方向与被加工齿轮齿槽方向一致，为安装时需将滚刀轴线与工件顶面成一定的角度，称为安装角，用a表示如图1—38所示。滚刀扳动方向则决定于滚刀的螺旋线方向。径向进给切蜗轮
第五节数控机床
一、概述数控机床
，也称数字程序控制机床，它是一种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电子计算装置，对这种信息进行处理而实现自动控制的机床。
它综合应用了微电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量、伺服驱动和先进机械结构等多方面的新技术成果，是一种集高效率、高柔性和高精度于一身的自动化机床，是一种典型的机电一体化产品。
它较好地解决了小批量、品种变化多、形状复杂和精度高的零件的自动化加工问题。
1091.数控机床的工作原理数控机床加工零件的过程如图1—41所示。
“脉冲当量”是每一个脉冲可使执行件沿指令要求的方向走过一小段直线距离。
零件轮廓是由执行件以一定折线轨迹逼近。
数控装置一般都具有对基本函数(如直线函数和圆函数)进行插补的功能。
数控机床中常用的插补运算方法有逐点比较法、数字积分法和时间分割法等。
逐点比较插补运算法逐点比较法的插补运算框图如图1—42所示。
偏差判别：判断加工点对廓形的偏离位置，计算偏差值。
执行件进给：根据偏差值的大小及方向，加工点进给一步(一个脉冲当量)，向规定的廓形靠拢。
偏差计算：计算在新的位置上的偏差值。
终点判别：每走一步均需计算加工点是否到达终点位置，若是则停止加工，若不是则继续上述循环过程。
直线插补如图1—43所示。
圆弧插补如图1—44所示。
数控机床加工零件时以折线代替光滑曲线，其精度取决于机床脉冲当量的大小，脉冲当量值愈小，则加工精度愈高。
插补运算框图
圆弧插补圆弧插补的偏差值是根据加工点的半径与圆弧半径之差来确定的。
当F≥0时，加工点P在圆上或圆外，为减少误差，规定向－X方向发一个脉冲，使执行件向圆内进给一步。
当F<0时，加工点P在圆内，为减少误差，规定向+Y方向发一个脉冲，使执行件向圆外进给一步。
对于不同象限和不同走向的直线或圆弧，其偏差F的计算公式是不相同的，但计算方法相同。
.数控机床的组成信息载体又称控制介质，用于记录各种加工指令，以控制机床的运动，实现零件的自动加工。
常用的信息载体有穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等。
数控装置是数控机床的核心，其功能是接受读人装置输入的加工信息，经过译码处理与运算，发出指令脉冲送给伺服系统，控制机床各执行件按指令要求协调动作，完成零件加工(见图1—46)。
数控装置组成输入装置、运算器、输出装置和控制器四部分组成
.数控机床的组成伺服系统是数控装置与机床的连接环节，由伺服驱动元件和传动装置组成，功能是接受数控装置由插补运算生成的指令脉冲信号，驱动机床执行件作相应运动，并对其位置精度和速度进行控制。
机床本体及机械部件包括主运动部件、进给运动执行件及机械传动部件和支承部件等。
数控机床的本体较通用机床简单，但精度、刚度、热变形、抗振性和低速平稳性等方面的要求则较高，特别对主轴部件和导轨的要求更高。
1173.数控机床的特点及应用(1)具有良好的柔性(2)能获得高的加工精度和稳定的加工质量(3)能加工形状复杂的零件(4)具有较高的生产率(5)能减轻劳动强度(6)有利于实现现代化的生产管理
1183.数控机床的特点及应用数控机床的应用随着数控技术的发展而越来越广泛，应用数控机床的有利范围一般可用图1—47来表示。
单一功能的数控机床只适用于各种车、铣和钻等加工。
加工中心机床具有更强的柔性。
.数控机床编程的基本概念数控机床上加工零件时，刀具与工件的相对运动必须在确定的坐标系中，才能按照规定的程序进行加工。
数控机床的坐标轴和运动方向均已标准化。
标准的坐标图1—48右手直角笛卡儿坐标系。
1204.数控机床编程的基本概念图1—49所示为数控车床、数控铣床和数控龙门铣床的坐标系。
数控加工程序编制的一般过程如图1—50所示。
编程实例(在数控车床上加工阶梯轴为例见图1—51)。
数控机床坐标系
程序编制的一般过程
编程实例1分析确定零件的加工工艺过程。
在图1—51中，车刀移动的轨迹路线为：A—B—C—D—E—A。
2进行坐标计算，选取主轴转速和刀具进给速度。
数控机床的程序编制可采用绝对坐标或增量坐标。
3编制加工程序单。
先将上述坐标增量值换算成计数脉冲数，填写加工程序单(见表1—9)。
4制备信息载体。
按照ISO规定，将程序单的内容记录在信息载体上，或直接通过键盘输入123数控装置。
加工程序单
动化及低成本加工。
二、数控机床分类1按工艺用途分类(1)普通数控机床这类数控机床与一般的通用机床一样，有数控车、铣、钻、镗、磨和齿轮加工机床等。
。
其加工方法、工艺范围也与同类型通用机床相似。
不同的是，这类机床除装卸工件外，其加工过程是完全自动进行的。
(2)加工中心这类机床也常称为自动换刀数控机床，它带有刀库和自动换刀装置，集数控铣床、数控镗床及数控钻床的功能于一身，能使工件在一次装夹中完成大部分甚至全部机械加工工序。
因而，这类机床的应用大大节约了机床数量，减少了装卸工件和换刀等辅助时间，消除了由于多次安装造成的定位误差，它比普通数控机床更能实现高精度、高效率、高度自
1262.按控制运动的方式分类(1)点位控制数控机床这类机床只对加工点的位置进行准确控制。(见图1—52)。主要用于数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床和测量机等。
主要用于数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床和测量机等.
数控车床、数控镗铣床及某些加工中心等大都采用这种控制系统。
适用数控铣床、数控车床、数控齿轮加工机床、数控磨床和加工中心机床等。
1303.按伺服系统的类型分类(1)开环控制数控机床这类机床对其执行件的实际位移量不作检测，不带反馈装置，也不进行误差校正，如图1—55所示。
开环控制数控机床结构简单、调试和维修方便，工作可靠、性能稳定、价格低廉，因此开环控制系统被广泛用于精度要求不太高的中小型数控机床上。
(2)闭环控制数控机床这类机床的工作台上有线位移检测装置(长光栅或磁尺)(见图1—56)，使工作台实现高的位置精度。
闭环控制系统的加工精度高，但调试和维修比较复杂，成本也较高，主要用于精度要求较高的大型和精密数控机床上。
1323.按伺服系统的类型分类(3)半闭环控制数控机床这种控制系统对工作台的实际位置不进行检测，如图1—57所示，半闭环伺服系统介于开环和闭环伺服系统之间，其精度比开环高，调试比闭环容易，因此应用也较普遍。
1344.按数控装置的功能分类(1)标准型数控机床这类机床数控装置的功能比较齐全，能对机床的大部分动作进行控制，并且有各种便于编程、操作和监视的功能(如能够进行自动编程、自动测量和自动故障诊断等)。
(2)简易数控机床这类机床数控装置的功能比较单一，仅具备自动化加工所必须的基本功能，并采用插销或按键等直观的方式进行程序输入。
这类机床具有结构简单、性能可靠、操作简便、价格便宜等优点。
1354.按数控装置的功能分类(3)经济型数控机床这类机床的功能虽不及标准型数控机床齐全，但也不完全是单一功能，它具有直线和点位插补、刀具和间隙补偿等功能，有的机床还有位置显示、零件程序存贮和编辑、程序段检索等功能。
13
四、数控车床数控车床是
20世纪50年代出现的，主要用于回转体零件的加工它是数控机床中数量最多、用途最广的一个品种。
与其它车床相比较，数控车床具有精度高、效率高、柔性大、可靠性好、工艺能力强，能按模块化原则设计等特点。
TND360型数控车床1机床的组成及用途TND360型数控车床的外形及组成如图1—58所示，属半闭环、轮廓控制型数控机床，适宜加工精度高、形状复杂、工序多及品种多变的单件或小批零件，毛坯为棒料、件料均可。
2机床的传动系统(图1－59）a)主运动传动链b)进给运动传动链c)换刀传动链
TND360型数控车床的外形图
TND360型数控车床传动系统图
车削中心许多回传体零件除要有一般车削工序外，还常要有钻孔和铣扁等工序，并要求最好能在一次装夹下完成。
车削中心是一种工艺更广泛的数控机床。
图1—60所示是车削中心能够完成的除车削外的其它工序。
车削中心与数控车床的主要区别是：①车削中心具有自驱动刀具，并可自动无级变速；
②车削中心的工件主轴除实现旋转主运动外，还可作分度运动，以便加工零件圆周上按某种角度分布的径向孔或零件端面上分布的轴向孔。
车削中心的工件主轴单独设有一条由伺服电动机直接驱动的传动链，以便对主轴的旋转运动进行伺服控制。
图1—6l所示是自驱动刀具的一种传动装置。
自驱动刀具附件有许多种，铣削附件如图1—62所示。
图1—62a是中间传动装置，图1—62b是铣刀主轴。
车削中心完成的部分工序
自驱动刀具的一种传动装置传动箱2安装在转塔刀架体的上方。
伺服电动机3通过锥齿轮副和同步带轮，传动位于转塔回转中心的空心轴4旋转，并带动中央锥齿轮1旋转。
在各种自驱动刀具附件中，均有一个锥齿轮与中央锥齿轮1啮合，从而将伺服电动机的运动传给刀具主轴。
铣削附件
主要由以下几部分组成：
(1)基础部件(2)主轴部件(3)数控系统(4)自动换刀装置(5)辅助装置(6)自动托盘交换装置五、加工中心的特点及组成加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具的数控机床。
主要适用于加工各种箱体类和板类等复杂形状的零件。
可大大减少工件装夹、测量和机床调整的时间，使机床的切削时间利用率高于普通机床3～4倍。
根据切削加工时，主轴在空间所处的位置不同，分为卧式加工中心和立式加工中心。
可以分为带刀库和机械手的加工中心、无机械手的加工中心以及转塔刀库式加工中心等1。
45加工中心的类型
XH715A型立式加工中心该机床以铣削为主的单柱式铣镗类数控机床，属于轮廓控制(三坐标)型。其刀库容量为20把刀，按程序自动完成铣、镗、钻、铰、攻螺纹及三维曲面等多种工序的加工。主要适用于机械制造、汽车、拖拉机、电子等行业中加工批量生产的板类、盘类及中小型箱体、模具等零件。
·这种单柱、水平刀库布局的立式加工中心，具有外形整齐、加工空间宽广、刀库容量易于扩展等优点。
·它采用了机、电、气、液一体化布局，工作台移动的结构。
减少了占地面积、简化了机床的搬运和安装调试。
机床的运动及其传动系统主运动电动机采用西门子交流伺服电动机，额定功率7.5kW，30min过载功率可达11kW。
电动机可无级调速，转速范围为8～8000r／min。
主轴箱采用高精度齿轮传动，运动从交流电动机分别经过两对齿轮带动主轴旋转。
滑移齿轮由PC系统通过液压拨叉控制。
一组实现高速运转，一组实现低速运转。
恒温的润滑油对主轴箱进行润滑，以保证主轴箱在恒温状态下工作，消除热变形对加工精度的影响。
伺服进给传动链该加工中心有三条结构基本相同的工作台伺服进给传动链，实现工作台在纵向(X)、横向(Y)和垂直(Z)方向的伺服进给运动。
X、Y、Z三个坐标轴的进给速度可在1～4000mm／min范围内无级调速，还可使X、Y轴获得15m／min，Z轴获得10m／min的快速运动速度。
滚珠丝杠螺母机构图1—66所示。
如图1—67所示，伺服电动机和滚珠丝杠之间用特制的膜片弹性联轴器和锥形锁紧环联接。
三个坐标方向的导轨副，均采用氟化乙烯贴塑导轨，具有精度高、耐磨性好，低速运动平稳等特点。
左联轴套2与电动机轴10和右联轴套9与滚珠丝杠8各由两套锥形锁紧环摩擦联接。柔性片4分别用螺钉和球面垫圈
主轴前后支承采用了专用主轴轴承组，并采用高性能NPU润滑脂进行润滑，以适应高精度、高刚度、高转速的要求。
主轴孔内设有刀具的自动夹紧机构。
刀具夹紧机构用弹簧夹紧、主液压放松，可以保证在工作中如果突然停电，刀杆不会自行松轴脱。
部主轴与刀杆，靠锥面定心，由两件个端面键1传递转矩。
机床主轴的准停是采用了三线接近开关，主轴后部的发磁体6即是用于实现主轴准停的。
刀库刀库是机床的自动换刀装置，它位于主轴箱的左侧面。
圆盘式刀库如图1—69a所示。
由伺服电动机经十字滑块联轴器和蜗杆蜗轮副，带动刀库圆盘1旋转(圆盘1上有20个刀座2)，可以使刀库圆盘1上任意一个刀座转到最下方的换刀位置。
刀座结构如图1—69b所示，刀座锥孔的尾部有两个球头销钉7，后有弹簧，用以夹住刀具，刀座顶部的滚子4用以在刀座处于水平位置时支承刀座。
换刀机械手手臂两端各有一个手爪，刀具被带弹簧3的活动销4顶靠在固定爪5中。
锁紧销1被弹簧3弹起，使活动销4被锁住，保证了在机械手运动过程中，手爪中的刀具不会被甩出。
当手臂绕垂直轴转过60’时，锁紧销1被挡块(图中未画出)压下，活动销4就可以活动，使得机械手可以抓住(或放开)主轴或刀座中1的53刀具，以便换刀。
自动换刀的动作过程自动换刀的动作过程是一个换刀循环。
换刀过程的全部动作由三个液压缸配合完成，其中旋转动作由两个串联液压缸及齿轮传动完成，串联液压缸每往复一次，实现两个换刀循环，由五个行程开关配合控制，并由数控系统记忆循环次数。
发展提高主轴转速：
数控机床的主轴转速普遍提高，已提高到5000～6000r／min，有的数控机床为了加工某些轻金属零件，其主轴转速已达到40000r／min，高速数控磨床的主轴转速可达150000r／min。
提高进给速度：进给速度的提高包括切削进给速度的提高和快速移动速度的提高。
一般的数控机床，其切削进给速度为1～2m／min，快速移动速度可达，33m／min，并逐步靠近50m／min。
缩短辅助时间：现在许多小型加工中心的换刀时间达到了1～2s，有的已达到了0.5s。
提高加工精度：加工中心的加工精度可达到IT7级，经过努力可达到IT6级。
更加完善的功能：数控机床在硬件和软件上采取了多种的改进措施。
其他机床简介（一）钻床和镗床1.钻床的加工方法2立式钻床、台式钻床和摇臂钻床3卧式铣镗床及其典型加工方法（二）铣床（三）刨床和拉床1.龙门刨床和插床、牛头刨床2卧式内拉床和拉削典型表面形状（四）组合机床1组合机床的特点和工艺范围2单、双工位组合机床
钻床的加工方法钻床一般用于加工直径不大、精度要求不高的孔。
钻床上加工时，通常是工件固定不动，主运动是刀具(主轴)的旋转，刀具(主轴)沿轴向的移动即为进给运动。
钻床的加工及其所需运动如图。
分为：立式钻床、台式钻床、摇臂钻床及深孔钻床等。
摇臂钻床
卧式铣镗床
铣镗典型加工方法
铣床铣床是机械制造行业中应用十分广泛的一种机床。
铣床应用了多刃刀具连续切削，它的生产率较高，而且还可以获得较好的表面质量。
在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面等)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮等)、螺旋表面(螺纹和螺旋槽)及各种曲面等。
铣床的主要类型有：升降台式铣床、龙门铣床、工具铣床、圆台铣床、仿形铣床和各种专门化铣床等。
下图为卧式升降台铣床，其主轴水平布置。
卧式升降台铣床配置立铣头后，可作立式铣床使用。
立式升降台铣床的主轴为垂直布置，可用端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮及凸轮等表面。
铣床加工的典型表面
卧式升降台铣床
龙门刨床龙门刨床如图1—78所示.主要用于加工大型或重型零件上的各种平面、沟槽和各种导轨面，也可在工作台上一次装夹数个中小型零件进行多件加工。
插床插床实质上是立式刨床，主运动是滑枕带动插刀所作的直线往复运动。
图1—79所示为插床的外形。
插床主要用于加工工件的内表面，如内孔中的键槽及多边形孔等，也可用于加工成形内外表面。
拉床是用拉刀进行加工的机床，可加工各种形状的通孔、平面及成形表面等。
拉床的运动比较简单，只有主运动，被加工表面在一次拉削中成形。
因拉削力较大，拉床的主运动通常采用液压驱动。
卧式内拉床
拉削典型表面形状
1.组合机床的特点
1)组合机床中有70％～90％的通用零部件，而这些通用部件经过了长期生产实践考验，且由专业厂家集中成批制造，质量易于保证，所以工作稳定可靠，制造成本较低。
2)设计和制造组合机床，只限于少量专用部件设计制造，故机床设计和制造周期短。
3)当被加工对象改变时，它的大部分通用零部件均可重新使用，组成新的组合机床。
有利于企业产品的更新换代。
故从总体看来，组合机床对加工产品变化的适应性较好。
1702.组合机床的工艺范围1车平面、铣平面、锪平面、车外圆、钻、扩、铰、镗孔、倒角、攻螺纹等。
此外，组合机床还可以完成焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗、零件分类等非切削工作。
2组合机床应用最广泛的是大批大量的生产场合，如汽车、拖拉机、电机、阀门等行业。
主要加工箱体类零件，如气缸体、气缸盖、变速箱、阀门壳体和电动机座等，也可以完成如曲轴、汽缸套、拨叉、盖板类零件加工。
此外，一些重要零件的关键工序，虽然生产批量不大，也可采用组合机床来保证其加工质量。
单、双工位组合机床
1721)单工位组合机床的工作特点。
加工过程中工件位置固定不动，由动力部件移动来完成各种加工。
这类机床加工精度较高，适合于大、中型箱体类零件的加工。
2)多工位组合机床的工作特点。
工件在加工过程中，按预定的工作循环作周期移动或转动，以便顺次地在各个工位上，对同一部件进行多工步加工，或者对不同部位顺序加工，从而完成一个或数个面的比较复杂的加工工序。
这类机床适合于大批大量生产中比较复杂的中小型零件的加工。
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