第8讲 32 金属切削机床部件

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1、第三章第三章 金属切削机床金属切削机床第三章第三章 金属切削机床金属切削机床一、概述一、概述二、机床上常用的传动副和传动链二、机床上常用的传动副和传动链三、金属切削机床部件三、金属切削机床部件机床上常用的定比传动机构机床上常用的定比传动机构-1类型类型示意图示意图传动比传动比特点特点皮带皮带传动传动优点：传动平稳，中心距变化范围大，结构简单，制造、维修方便，过载时皮带打滑，起到过载保护作用；缺点：外廓尺寸大，传动比不准确，摩擦损失大，传动效率低。齿轮齿轮传动传动优点：传动比准确恒定，结构紧凑，工作可靠，可传递较大的扭矩且传动效率高，使用寿命长；缺点：制造复杂，精度不高时传动不稳定，有噪声。涡轮

2、涡轮蜗杆蜗杆传动传动优点：传动准确，结构紧凑，承载能力大， 传动平稳，无噪声；缺点：传动效率低，摩擦产生的热量大，需要良好的润滑条件。211 212nDinD211 212nZinZ211 212nZinZ机床上常用的定比传动机构机床上常用的定比传动机构-2类型类型示意图示意图传动速度传动速度特点特点齿轮齿轮齿条齿条传动传动优点：传动效率较高，结构紧凑；缺点：当制造精度不高时，传动不够平稳。丝杠丝杠螺母螺母传动传动优点：传动平稳，无噪声，可以达到高的传动精度；缺点：传动效率较低。Sn dn mzSnp机床上常用的变速机构机床上常用的变速机构类型类型示意图示意图传动比传动比特点特点塔轮塔轮变速变

3、速机构机构优点：运转平稳、结构简单；缺点：停止转动时需要用手来推带换挡，使用不方便。滑动滑动变速变速机构机构优点：结构紧凑，传动效率高；缺点：不能在运转中变速。离合离合器变器变速机速机构构变速时齿轮不需移动，因此可以采用斜齿轮，使传动平稳。312123456;dddiiiddd351123246;ZZZiiiZZZ311224;ZZiiZZ机床上常用的换向机构机床上常用的换向机构类型类型示意图示意图传动比传动比特点特点三星三星齿轮齿轮换向换向机构机构优点：结构简单，紧凑，制造方便；缺点：结构刚性差，只能传递小功率。中间中间齿轮齿轮换向换向机构机构优点：可传递较大扭矩，结构稳固可靠，可以快速反转

4、；缺点：结构较大，制造成本较高。锥齿锥齿轮换轮换向机向机构构优点：可以改变垂直轴之间的运动方向；缺点：制造较难。311234ZZnnZZ31212234ZZZnnZZZ121222ZZnnZZ3124ZnnZ2123ZnnZ1123ZnnZ第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1. 传动系统传动系统 动力源动力源：电动机；：电动机； 变速装置及执行件变速装置及执行件：主轴、刀架、工作台；：主轴、刀架、工作台； 开停、换向机构开停、换向机构 制动机构制动机构l 主运动主运动主传动系统主传动系统l 进给运动进给运动进给传动系统进给传动系统第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.1

5、 主传动系统主传动系统 按驱动主传动的电动机类型按驱动主传动的电动机类型u 交流电动机驱动交流电动机驱动u 直流电动机驱动直流电动机驱动l 单速单速l 调速调速 多速多速 无级无级变频调速变频调速第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.1 主传动系统主传动系统 按传动装置类型按传动装置类型u 机械传动装置机械传动装置u 液压传动装置液压传动装置u 电气传动装置电气传动装置第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.1 机械传动系统机械传动系统-主运动主运动1.1 机械传动系统机械传动系统-主运动主运动（1）主运动传动路线表达式：）主运动传动路线表达式：电动机33/2219/34

6、 34/3222/4528/39 176/200 M1右移M1左移 27/2727/63 17/58主轴 (1440r/min)1.1 机械传动系统机械传动系统-主运动主运动=144033/2234/32176/20027/270.98=1980(r/min)n主min=144019/3422/45176/20027/6317/580.98=43(r/min)n主max（2）主轴转速的计算：）主轴转速的计算：第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.1 主传动系统主传动系统 按变速的连续性按变速的连续性u 分级变速分级变速l滑移齿轮变速滑移齿轮变速l交换齿轮变速交换齿轮变速l离合器变速

7、离合器变速优点优点：传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作：传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，广泛应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中；可靠，广泛应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中；缺点缺点：有速度损失，不能在运转中进行变速。：有速度损失，不能在运转中进行变速。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.1 主传动系统主传动系统u 无级变速无级变速l 机械摩擦无级变速器机械摩擦无级变速器 结构简单，使用可靠；常用在中小型结构简单，使用可靠；常用在中小型车床、铣床车床、铣床等主传动中。等主传动中。l 液压无级变速器液压无级变速器 传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直

8、线运动，常用于主传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床磨床、拉床、刨床等的主传动中。等的主传动中。l 电气无级变速器电气无级变速器 简化机械结构，易于实现自动变速、连续变速和负载下变速，简化机械结构，易于实现自动变速、连续变速和负载下变速，目前目前数控数控机床上几乎都采用电气变速。机床上几乎都采用电气变速。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件1.2 进给传动系统进给传动系统 机械进给传动机械进给传动 液压进给传动液压进给传动 电气伺服进给传动电气伺服进给传动u 开环系统开环系统u 闭环系统闭环系统u 半闭环

9、系统半闭环系统 结构复杂，制造和装配工作量较大结构复杂，制造和装配工作量较大 工作可靠，便于检查维修，仍有很多机床采用工作可靠，便于检查维修，仍有很多机床采用第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件a 开环系统开环系统系统的输入信号不受输出信号影响的控制系统。系统的输入信号不受输出信号影响的控制系统。开环伺服系统的精度取决于步进电动机的步距角精度和传动开环伺服系统的精度取决于步进电动机的步距角精度和传动系统的传动精度。系统的传动精度。特点：特点：定位精度较低，系统简单，调试方便，成本低；定位精度较低，系统简单，调试方便，成本低；适用范围：适用范围：适用于精度要求不高的数控机床中。适用于精

10、度要求不高的数控机床中。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件b 闭环系统闭环系统输出量反馈到输入端，形成闭环参与控制的系统。输出量反馈到输入端，形成闭环参与控制的系统。优点优点：闭环控制可以消除整个系统的误差、间隙和失动，其：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、动态性能等定位精度取决于检测装置的精度，其控制精度、动态性能等比开环系统好；比开环系统好；缺点缺点：系统比较复杂，安装、调试和测试比较麻烦，成本高；：系统比较复杂，安装、调试和测试比较麻烦，成本高；适用范围适用范围：多用于精密型数控机床。：多用于精密型数控机床。第二节第二节

11、金属切削机床部件金属切削机床部件c 半闭环系统半闭环系统检测元件不直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中检测元件不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。间部位的旋转部件上。特点特点：与闭环系统相比，半闭环系统的精度略差，结构简单，：与闭环系统相比，半闭环系统的精度略差，结构简单，调整容易，价格低，应用较多。调整容易，价格低，应用较多。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件(2) 电气伺服进给系统电气伺服进给系统l 驱动部件驱动部件 l 机械传动部件机械传动部件 u 步进电机步进电机u直流伺服电机直流伺服电机u交流伺服电机交流伺服电机u直线伺服电机直线伺服

12、电机u 齿轮齿轮u丝杠螺母传动副丝杠螺母传动副第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件滚珠丝杠滚珠丝杠双向推力圆柱双向推力圆柱滚子轴承滚子轴承角接触球轴承角接触球轴承第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2 主轴部件主轴部件 承载并带动工件或者刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动承载并带动工件或者刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。力等载荷，完成表面成形运动。包括包括主轴、及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件主轴、及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.1 主轴部件应满足的基本要求主轴部件应满足的基本要求

13、l 旋转精度：旋转精度：径向和轴向跳动；径向和轴向跳动；l 刚度：刚度：影响加工精度和机床性能；影响加工精度和机床性能；l 抗振性：抗振性：影响刀具表面加工质量和刀具寿命；影响刀具表面加工质量和刀具寿命；l 温升和热变形：温升和热变形：降低加工精度。降低加工精度。 第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.2 主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式l 齿轮传动：齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能使结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能使用变转速、变载荷工作，应用最广，线速度不能过高；用变转速、变载荷工作，应用最广，线速度不能过高；l 带传动：带传动：结构简单、制造容易、成本低，

14、特别适合于中结构简单、制造容易、成本低，特别适合于中心距较大的两轴间传动；有弹性吸振作用，传动平稳，噪心距较大的两轴间传动；有弹性吸振作用，传动平稳，噪声小，适宜高速运动；声小，适宜高速运动；l 电机直接驱动：电机直接驱动：提高主轴刚度、降低噪声振动，调速范提高主轴刚度、降低噪声振动，调速范围宽，驱动功率和转矩较大。广泛应用于精密机床、高速围宽，驱动功率和转矩较大。广泛应用于精密机床、高速加工中心，数控车床。加工中心，数控车床。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(1) 主轴的支承形式主轴的支承形式前后两个支承前后两个支承：结构简单，制造装配方便，容易

15、保证精度。：结构简单，制造装配方便，容易保证精度。应对前后职称消除间隙或预紧以提高主轴部件刚度。应对前后职称消除间隙或预紧以提高主轴部件刚度。三个支承三个支承：可提高刚度和抗振性，一般采用前中为主支承：可提高刚度和抗振性，一般采用前中为主支承第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(2) 主轴的构造主轴的构造形状特点形状特点：空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间逐渐减小，：空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间逐渐减小，尾部径向尺寸最小。尾部径向尺寸最小。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(2) 主轴的构造主轴的构造主轴头

16、部的形状和尺寸应按照标准设计。主轴头部的形状和尺寸应按照标准设计。保证主轴前后轴颈的同轴度、锥孔相对于主轴中心线的径保证主轴前后轴颈的同轴度、锥孔相对于主轴中心线的径向圆跳动等。向圆跳动等。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(3) 主轴的材料和热处理主轴的材料和热处理普通机床主轴普通机床主轴：调质：调质45钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等部位局部高频淬硬。部位局部高频淬硬。大载荷和有冲击时大载荷和有冲击时：合金钢。：合金钢。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(3) 主轴的材料和热

17、处理主轴的材料和热处理普通机床主轴普通机床主轴：调质：调质45钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等部位局部高频淬硬。部位局部高频淬硬。大载荷和有冲击时大载荷和有冲击时：合金钢。：合金钢。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构(4) 主轴轴承主轴轴承滚动轴承滚动轴承；液体动压轴承；液体静压轴承；空气静压轴承；液体动压轴承；液体静压轴承；空气静压轴承 角接触球轴承角接触球轴承 双列短圆柱滚子轴承双列短圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承 推力轴承推力轴承 第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件2.3 主轴部件结构主轴部件结构

18、(4) 主轴轴承主轴轴承润滑润滑 与与 密封密封 流体和半流体润滑流体和半流体润滑 固体润滑固体润滑第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件3 机床支承件机床支承件主要功能主要功能：保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动：保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动精度，保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐精度，保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。用度。床身、立柱、横梁、底座等，相互固定联接成机床的基础床身、立柱、横梁、底座等，相互固定联接成机床的基础和框架。和框架。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件3.1 支承件应满足的基本要求支承件应满足的基本要求 足

19、够的足够的刚度刚度和较高的刚度和较高的刚度-质量比；质量比； 较好的较好的动态特性动态特性：较大的位移阻抗和阻尼；较高的低阶频率，：较大的位移阻抗和阻尼；较高的低阶频率，各阶频率不致引起共振；不会因薄壁振动产生噪声；各阶频率不致引起共振；不会因薄壁振动产生噪声； 热稳定性热稳定性好，热变形对加床加工精度影响较小；好，热变形对加床加工精度影响较小； 排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件3.2 支承件的结构支承件的结构 箱形类箱形类：各类箱体、底座、升降台等；：各类箱体、底座、升降台等； 板块类板块类

20、：工作台、刀架等；：工作台、刀架等； 梁支类梁支类：立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等：立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等l 支承件的截面形状支承件的截面形状 空心截面：较高的抗弯刚度和抗扭刚度；空心截面：较高的抗弯刚度和抗扭刚度； 圆形截面：较高的抗扭刚度，较低的抗弯刚度；圆形截面：较高的抗扭刚度，较低的抗弯刚度； 封闭平面：高的刚度，尤其是抗扭刚度。封闭平面：高的刚度，尤其是抗扭刚度。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件3.3 支承件的材料支承件的材料 铸铁铸铁：铸造性好，阻尼系数大；（时效处理）：铸造性好，阻尼系数大；（时效处理） 钢板和型钢焊接钢板和型钢焊接：工艺简单、抗振性比铸铁差

21、；：工艺简单、抗振性比铸铁差； 预应力钢筋混凝土：预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低，脆性大；抗振性好，成本低，脆性大； 天然花岗岩：天然花岗岩：第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件4 机床导轨机床导轨导向，承受安装其上的运动部件和工件的质量和切削力。导向，承受安装其上的运动部件和工件的质量和切削力。4.1 导轨的主要技术要求导轨的主要技术要求 导向精度导向精度 承载能力大，刚度好承载能力大，刚度好：保证加工精度：保证加工精度 精度保持性：精度保持性：耐磨性耐磨性 低速运动平稳低速运动平稳第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件4.2 导轨的截面形状和组合方式导轨的截面形状和组

22、合方式 矩形矩形 三角形三角形 燕尾形燕尾形 圆柱形圆柱形第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件4.2 导轨的截面形状和组合方式导轨的截面形状和组合方式 双三角形导轨：双三角形导轨：导向性和精度保持性好，工艺性差，用于精导向性和精度保持性好，工艺性差，用于精度要求较高的机床（丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床）；度要求较高的机床（丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床）； 双矩形导轨：双矩形导轨：承载能力大，制造简单，用于普通精度机床和承载能力大，制造简单，用于普通精度机床和重型机床；重型机床； 矩形和三角形组合：矩形和三角形组合：导向性好，刚度好，制造方便，车床、导向性好，刚度好，制造方便，车床、磨

23、床、龙门铣床；磨床、龙门铣床； 矩形和燕尾形组合：矩形和燕尾形组合：能承受较大力矩，调整方便，横梁、立能承受较大力矩，调整方便，横梁、立柱、摇臂导轨中。柱、摇臂导轨中。第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件4.3 导轨的结构类型和特点导轨的结构类型和特点 滑动导轨滑动导轨 静压导轨静压导轨 卸荷导轨卸荷导轨 滚动导轨滚动导轨第二节第二节 金属切削机床部件金属切削机床部件5 机床刀架和自动换刀装置机床刀架和自动换刀装置 满足工艺过程所提出的要求满足工艺过程所提出的要求 好的精度和精度保持性好的精度和精度保持性 足够的刚度足够的刚度 可靠性高可靠性高 换刀时间短换刀时间短 操作安全方便操作安全方便