機(jī)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(jī)床32第10講車床典型部件及數(shù)控機(jī)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(jī)床的特點(diǎn)及其加工原理和組成；了解數(shù)控機(jī)床的分類。明確加工中心的特點(diǎn)及其與數(shù)控機(jī)床的區(qū)別。掌握本章內(nèi)容的考試類型及要點(diǎn)。前一講內(nèi)容回顧1.傳動(dòng)原理圖2.傳動(dòng)框圖3.傳動(dòng)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(gè)比較復(fù)雜的部件。用于支承主軸和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并使其實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止、變速、和換向等功用。主軸箱通常包含傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主軸部件，啟動(dòng)、停止以及換向裝置，制動(dòng)裝置，操縱機(jī)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(dòng)器及其操縱機(jī)構(gòu)變速操縱機(jī)構(gòu)所謂展開圖，就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序，沿其軸心線剖開，并將其展開在一個(gè)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?yàn)檎归_圖不能表示出各傳動(dòng)件的空間位置及其它機(jī)構(gòu)(如操縱機(jī)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(bǔ)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(jī)床主軸部件的基本要求主軸部件是機(jī)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(dòng)件、密封件等組成。機(jī)床工作時(shí)，主軸帶動(dòng)工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)，并傳遞動(dòng)力，它所傳遞的功率約占整臺(tái)機(jī)床的80％。主軸部件又是工件或刀具的支承件，承受切削力、進(jìn)給力驅(qū)動(dòng)力及工件或刀具的重力等，并要保證與機(jī)床其它有關(guān)部件間有精確的相對(duì)位置。主軸轉(zhuǎn)速在很大程度上影響著機(jī)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(jī)床主軸的一個(gè)共同的要求，就是主軸在工作負(fù)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(jī)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(jī)床在空載低速時(shí)，在主軸端安裝工件、夾具或刀具部位上用千分表測(cè)得的徑向跳動(dòng)量和軸向跳動(dòng)量。它是機(jī)床的一項(xiàng)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(cè)量的，能在一定程度上起到保證受載時(shí)主軸動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度的作用。對(duì)于高精度機(jī)床還需作動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度測(cè)定。1．機(jī)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(shí)，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?yàn)檫@個(gè)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(dòng)件的布置方式、以及主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等。1．機(jī)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(jī)床進(jìn)行切削時(shí)，抵抗振動(dòng)保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)的工作能力。振動(dòng)會(huì)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(huì)產(chǎn)生噪聲，影響工作環(huán)境。主軸部件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少振動(dòng)，這對(duì)高速和高精度機(jī)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(dòng)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(jī)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(jī)床工作時(shí)，因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)中溫升過高會(huì)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(dòng)機(jī)。按JB2278—78規(guī)定：主軸在最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定溫度(溫度上升不超過每小時(shí)5℃)時(shí)，滑動(dòng)軸承溫度不得超過60℃，溫升不得超過室溫30℃；滾動(dòng)軸承溫度不得超過70℃，溫升不得超過室溫40℃。高精度機(jī)床(如坐標(biāo)鏜床)主軸軸承的溫度不得超過室溫10℃。1．機(jī)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(dòng)表面，包括主軸軸頸和滑動(dòng)軸承配合面、鉆鏜床等軸向移動(dòng)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(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶將運(yùn)動(dòng)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(gè)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(dòng)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(jìn)，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(jí)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(gè)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(dòng)支承左端帶鎖緊螺釘?shù)恼{(diào)整螺母，這時(shí)軸承內(nèi)環(huán)相對(duì)于主軸錐面向右移動(dòng)，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(dòng)的同時(shí)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(dòng)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(dòng)及軸向跳動(dòng)允差都是0.01mm。主軸的徑向跳動(dòng)影響加工表面的圓度或同軸度；軸向跳動(dòng)影響加工端面的平面度及螺距精度。當(dāng)主軸的跳動(dòng)量超過允許值時(shí)，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(dòng)量調(diào)整到允許值內(nèi)。如徑向跳動(dòng)仍達(dá)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(dòng)器的聯(lián)動(dòng)CA6140摩擦離合器與制動(dòng)器的聯(lián)動(dòng)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(dòng)帶，16制動(dòng)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(dòng)器的聯(lián)動(dòng)主軸變速操縱機(jī)構(gòu)動(dòng)畫CA6140主軸變速機(jī)構(gòu)之一主軸變速機(jī)構(gòu)之二CA6140進(jìn)給箱圖進(jìn)給箱2.4數(shù)控機(jī)床與加工中心2.4.1數(shù)控機(jī)床是計(jì)算機(jī)通過數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床自動(dòng)控制的機(jī)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(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、精密檢測(cè)、伺服驅(qū)動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等多方面的最新成果，是一種先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備。數(shù)控機(jī)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(dòng)條件。1．?dāng)?shù)控機(jī)床的特點(diǎn)（1）適應(yīng)性廣適應(yīng)性即柔性，指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對(duì)象而變化的適應(yīng)能力。數(shù)控機(jī)床的加工對(duì)象改變時(shí)，只需重新編制相應(yīng)的加工程序，輸入計(jì)算機(jī)就可以自動(dòng)地加工出新的工件。為解決多品種、中小批量零件的自動(dòng)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(jī)床最突出的優(yōu)點(diǎn)。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的柔性也在不斷地?cái)U(kuò)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(jī)床是按數(shù)字指令脈沖自動(dòng)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(dá)到了0.001mm，進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲杠導(dǎo)程誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)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(jī)床能有效地減少零件的加工切削時(shí)間和輔助時(shí)間。數(shù)控機(jī)床的功率和剛度高，可采用較大的切削用量；同時(shí)可以自動(dòng)換刀、自動(dòng)變換切削用量、快速進(jìn)退、自動(dòng)裝夾工件等；能在一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行多個(gè)表面的、不同工藝方法的連續(xù)加工；可自動(dòng)控制工件的加工尺寸和精度，而不必經(jīng)常停機(jī)檢驗(yàn)。（4）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件應(yīng)用數(shù)控機(jī)床時(shí)，操作者只需編程序、調(diào)整機(jī)床、裝卸工件等，而后就由數(shù)控系統(tǒng)來自動(dòng)控制機(jī)床，免除了繁重的手工操作。機(jī)床一般是封閉式加工，清潔、安全。（5）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工數(shù)控機(jī)床可以完成普通機(jī)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(shí)現(xiàn)幾乎是任意軌跡的運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)管理現(xiàn)代化的重要手段。數(shù)控機(jī)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(jī)床上使用計(jì)算機(jī)控制，為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助制造和計(jì)算機(jī)管理一體化奠定了基礎(chǔ)。2.數(shù)控機(jī)床的工作原理及組成數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先按照加工零件圖紙的要求，編制加工程序，即數(shù)控機(jī)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(duì)輸入的信息進(jìn)行處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息，控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的啟停、變速，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格按數(shù)控程序規(guī)定的順序，路線和參數(shù)，自動(dòng)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(jìn)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(duì)機(jī)床的控制等幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。所有這些工作都由計(jì)算機(jī)進(jìn)行合理的組織，使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊地工作。數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)圖2.52數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)框圖數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)主要有控制介質(zhì)、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床機(jī)械部件組成。1）控制介質(zhì)數(shù)控加工程序是數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件的工作指令。在對(duì)零件進(jìn)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(jī)床上的安裝位置；②刀具與零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的尺寸參數(shù)；③零件加工的順序；④主運(yùn)動(dòng)的啟停、換向、變速等；⑤進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度、方向、位移量等工藝參數(shù)；⑥輔助裝置的動(dòng)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(jìn)行，也可由計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)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(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和主運(yùn)動(dòng)控制部分，控制機(jī)床的各部分進(jìn)行有序的動(dòng)作。3）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行部分，包括伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、各種驅(qū)動(dòng)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(hào)，控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量，是執(zhí)行部件按規(guī)定軌跡移動(dòng)或精確定位，加工出符合圖樣要求的工件。每個(gè)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。每個(gè)脈沖信號(hào)使機(jī)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(jī)床的機(jī)械部件主要包括：主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（如工作臺(tái)、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(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫、交換刀具的機(jī)械手等部件。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、精度和抗振性等方面的要求很高，且傳動(dòng)和變速系統(tǒng)要便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。1—腳踏開關(guān)2—對(duì)刀儀3—主軸卡盤4—主軸箱5—機(jī)床防護(hù)門6—壓力表7—對(duì)刀儀防護(hù)罩8—導(dǎo)軌防護(hù)罩9—對(duì)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