第3章-常见机械加工方法及装备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.1,外圆表面加工方法及装备,3.2,孔加工方法及装备,3.3,平面加工方法及装备,3.4,圆柱齿轮齿面加工方法及装备,3.5,特殊表面加工,3.,6数控,机床与数控加工,3,.7特种加工,3.1,外圆表面加工方法及装备,3.1.1外圆表面的车削加工,1.,加工方法,粗车：IT12IT11，Ra 5012.5m；,精车：IT8IT6，Ra 1.60.8m；,细车：IT6IT5，Ra 0.021.25m，多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工。,2,提高外圆表面车削生产效率的途径,采用高速切削,：硬质合金车刀，200 250 m/min；陶瓷车刀，500m/min；,采用强力切削,采用多刀加工方法,3.1.2 CA6140型卧式车床,1.,机床布局,图3-3 CA6140型卧式车床,1-主轴箱 2-刀架 3-尾座 4-床身 5-右床腿 6-溜板箱 7-左床腿 8-进给箱,2.,机床的传动系统,图3-4 CA6140型卧式车床传动系统原理框图,3.,机床的主传动链,主运动传动路线表达式：,电动机,7.5kw,1450r/min,轴,M1,左,正转,56/38,51/43,轴,39/41,22/58,30/50,轴,20/80,50/50,轴,M2,右,20/80,51/50,轴,26/58,轴,低速传动路线,M2,左,63/50,轴,高速传动路线,M1,右,反,转,50/34,轴,轴,34/30,轴,反转路线,轴,4.,主轴箱的主要机构,图,3-6 CA6140,型卧式车床主轴箱的展开图,图3-8 卡盘或拨盘的安装,1-螺钉 2-锁紧盘 3-主轴 4-卡盘座 5-螺栓 6-螺母,图3-9 双向多片离合器,1-双联齿轮 2-外摩擦片 3-内摩擦片 4-螺母 5-固定销 6-花键滑套,7-拉杆 8-滑套 9-销轴 10-摆杆 11-拨叉 12-空套齿轮 13-挡销,图3-10 制动及其操纵机构,1-拉杆 2-销 3-I轴 4-滑套 5-摆杆 6-调节螺钉 7-杠杆 8-制动带 9-制动轮,10-扇齿轮 11-手柄 12-轴 13-杆 14-曲柄 15-齿条轴 16-拨叉 17-IV轴,3.1.3,外圆表面的磨削加工,1.,加工方法,快速点磨,纵向进给磨削,横向进给磨削（切入磨削）,工件有中心支,承的外圆磨削,工件无中心支,承的外圆磨削,2.,外圆磨削的尺寸控制,单件小批量生产：试切法；,大批量生产：主动测量。,3.,外圆磨削加工的工艺特点及应用范围,磨粒硬度高，它能加工一般金属刀具所不能加工的工件表面（淬硬表面等）。,磨削加工能切除极薄切屑，加工精度高（IT6IT5），加工表面粗糙度值小（Ra可小至0.1m）。,大负前角切削，磨削速度高（3090m/s），故磨削区的瞬间温度极高。,磨削,所消耗的能量大。,磨削加工更适于精加工，可用于加工淬火钢、硬质合金等,高,硬度材料、带有不均匀铸、锻硬皮的工件。不适宜加工塑性较大的有色金属材料（如铜、铝及其合金）。,磨削加工既广泛用于单件小批生产，也广泛用于大批大量生产。,高效磨削工艺：高速磨削、深切缓进给磨削等；,先进制造磨削工艺：,高精度磨削和低粗糙度表面磨削,。,3.1.4,外圆表面的光整加工,光整加工,是精加工后，从工件表面上,不切除或切除极薄金属层,，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、降低表面粗糙度的加工方法。,对于加工精度要求很高（IT6以上）、表面粗糙度要求很小（Ra为0.2m以下）的外圆表面，需经光整加工。,光整加工的主要任务是减小表面粗糙度，有的光整加工方法还有提高尺寸精度和形状精度的作用，但一般都没有提高位置精度的作用。,外圆表面的光整加工方法主要有,研磨、超精加工、滚压、拋光,等。,1.,研磨,研磨是,在研具与工件之间加入研磨剂,对工件表面进行光整加工的方法。,研具材料,比工件材料软，对工件表面进行微量切削。研具材料的组织应细密、耐磨，常用硬度为120160HBW的铸铁，也可用铜、巴氏合金等。,研磨剂,由磨料、研磨液和表面活性物质等混合而成。磨料（,刚玉、碳化硅、碳化硼等,）主要起切削作用；研磨液（煤油、汽油、全损耗系统用油、工业甘油等）主要起冷却润滑作用；表面活性物质（,油酸、硬脂酸等,）附着在工件表面，使其生成一层极薄的软化膜，易于切除。,研磨分手工研磨和机械研磨两种。,研磨设备简单，成本低，加工质量容易保证，可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷等多种材料。研磨外圆可获得很高的尺寸精度（IT6IT4）、极小的表面粗糙度（Ra为0.10.008m）和较高的形状精度（圆度误差为0.0030.001mm）。但研磨不能提高位置精度，生产效率较低。,2.,超精加工,超精加工时用细粒度的磨条或砂带进行微量磨削的一种光整加工方法。,超精加工时，工件作低速旋转（0.030.33m/s），磨具以恒定压力（0.050.3MPa）压向工件表面，在磨具相对工件轴向进给的同时，磨具作轴向低频振动（振动频率为830Hz、振幅为16mm）。超精加工是在加注大量冷却润滑液条件下进行的。磨具与工件表面接触时，最初仅仅碰到前工序留下的凸峰，凸峰很快被磨掉。冷却润滑液的作用主要是冲洗切屑和脱落的磨粒，使切削能正常进行。当被加工表面逐渐呈光滑状态时，压强不断下降，切削作用减弱。最后，冷却润滑液在工件表面与磨具间形成连续的油膜，切削作用自动停止。,超精加工的加工余量很小（一般为58m），常用于加工发动机曲轴、轧辊、滚动轴承套圈等。,（a)超精加工示意图 （b)超精加工磨粒运动轨迹,图3-18 外圆的超精加工,超精加工设备简单，自动化程度较高，操作简便，生产效率高。超精加工能减小工件的表面粗糙度（Ra可达0.10.012m），但不能提高尺寸精度和位置精度。工件精度由前面工序来保证。,3.2,孔加工方法及装备,3.2.1,钻孔与扩孔,1.,钻孔,钻孔是在实心材料上加工孔的第一道工序，钻孔直径一般小于,80mm,。钻孔加工的两种方式：一种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔；另一种是工件旋转，例如在车床上钻孔。,2.,扩孔,扩孔是用扩孔钻对已有孔作进一步加工，以扩大孔径并提高孔的加工质量。扩孔加工既可以作为精加工孔前的预加工，也可以作为要求不高的孔的最终加工。,3.2.2,铰孔,铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于直径较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。,铰孔余量对铰孔质量的影响很大，余量不能太大，也不能太小，一般粗铰余量取为,0.15,0.35mm,，精铰取为,0.05 0.15mm,。,铰孔通常采用较低的切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时，,v,8m/min,）进行加工。进给量的取值与被加工孔径有关，孔径越大，进给量取值越大。用高速钢铰刀加工钢和铸铁时，进给量常取为0.3,1mm/r。,铰孔时必须用适当的切削液进行冷却、润滑和清洗。,铰孔尺寸精度一般为,IT9,IT7,级，表面粗糙度,R,a,一般为,3.2,0.8,m,。对于中等尺寸、精度要求较高,（,IT7,级）,的孔，钻,扩,铰工艺是生产中常用的典型加工方案。,3.2.3,镗孔,镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法。镗孔可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。,1.,镗孔方式,（,1,）工件旋转，刀具进给：在车床上镗孔,（,2,）刀具旋转，工件进给：在镗床上镗孔,（,3,）刀具既旋转又进给：,在镗床上镗孔,2.,金刚镗,金刚镗因最初用天然金刚石镗刀加工而得名，其,特点是背吃刀量小，进给量小，切削速度高，它可以获得很高的加工精度（,IT7,IT6,）和很光洁的表面（,R,a,为,0.4,0.05,m,）。现在普遍采用硬质合金、,CBN,和人造金刚石刀具加工。金刚镗主要用于加工有色金属工件，也可用于加工铸铁件和钢件。,金刚镗床须具有较高的几何精度和刚度，机床主轴支承常用精密的角接触球轴承或静压滑动轴承，高速旋转零件须经精确平衡。此外，进给机构的运动必须十分平稳，保证工作台能作平稳低速进给运动。,3.,镗孔的工艺特点及应用范围,镗孔的加工范围广，可加工各种不同尺寸和不同精度等级的孔。对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。,镗孔的加工精度为,IT9,IT7,级，表面粗糙度,R,a,为,3.2,0.8,m,。,镗孔可以在镗床、车床、铣床等机床上进行，也可以在镗铣加工中心或专用机床上进行，具有机动灵活的优点，生产中应用十分广泛。在大批大量生产中，为提高镗孔效率，常使用镗模或专用机床。,3.2.4,珩磨孔,1.,珩磨原理及珩磨头,珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行光整加工的方法。珩磨时，工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。珩磨加工中，磨条以一定压力作用于工件表面，从工件表面上切除一层极薄的材料，其切削轨迹是交叉的网纹（见图,3-24b,）。,手动调整结构的珩磨头,图,3-25,珩磨头,1-,螺母,2-,弹簧,3-,调整锥,4-,磨条,5-,本体,6-,砂条座,7-,顶销,8-,弹簧卡箍,2.,珩磨的工艺特点及应用范围,珩磨能获得较高的尺寸精度和形状精度，加工精度为,IT7,IT6,级，孔的圆度和圆柱度误差可控制在,3 5,m,的范围之内，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。,珩磨能获得较高的表面质量，表面粗糙度,R,a,为,0.2,0.025,m,，表层金属的变质缺陷层深度极微（,2.5 25,m,）。,与磨削速度相比，珩磨头的圆周速度虽不高（,v,c,=16,60m/min,），但由于砂条与工件的接触面积大，往复速度相对较高（,v,a,=8,20m/min,），所以珩磨仍有较高的生产率。,珩磨在大批大量生产中广泛用于发动机缸孔及各种液压装置中精密孔的加工，孔径范围一般为,15,500mm,或更大，并可加工长径比大于,10,的深孔。但珩磨不适于加工塑性较大的有色金属工件上的孔，也不能加工带键槽的孔、花键孔等。,3.2.5,拉孔,1.,拉削与拉刀,拉孔是一种高生产率的精加工方法，它是用特制的拉刀在拉床上进行的。图,3-26,是在卧式拉床上拉削圆孔的加工示意图。拉孔时，强制使拉刀从工件孔中通过，让拉刀上尺寸逐齿增大的刀齿顺序通过工件孔，从孔壁上一层一层地切除余量，最后加工出满足一定要求的孔。拉削时拉刀只作低速直线运动（主运动）。,是相邻两刀齿半径上的高度差，即齿升量。用普通拉刀拉削钢件圆孔时，粗切刀齿的齿升量为,0.015,0.03mm/,齿，精切刀齿的齿升量为,0.005,0.015mm/,齿。两刀齿间的空间称为容屑槽。拉刀同时工作的齿数一般应不少于,3,个，但不超过,6 8,个。,拉刀刀齿,切削过程：,拉削方式（拉削图形）,：,（,1,）分层式拉削 拉刀将工件加工余量一层一层顺序地切除。按分层式拉削方式设计的拉刀称为普通拉刀。,（,2,）分块式拉削 加工表面的每一层金属由一组,(23,个刀齿,),尺寸相同但切削位置相互交错的刀齿切除。每个刀齿仅切去一层金属的一部分。按分块拉削方式设计的拉刀称为轮切式拉刀。,（,3,）综合式拉削 这种方式集中了分层及分块式拉削的优点，粗切齿部分采用分块式拉削，精切齿部分采用分层式拉削。按综合拉削方式设计的拉刀称为综合式拉刀。,图,3-30,圆孔拉刀的结构,-,头部,-,颈部,-,过渡锥部,-,前导部,-,切削部,-,校准部,-,后导部,-,支承部,圆孔拉刀的结构：,2.,拉孔的工艺特征及应用范围,拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能顺序完成孔的粗加工、精加工和光整加工工作，生产效率高。,拉孔精度主要取决于拉刀的精度。通常条件下拉孔精度可达,IT9,IT7,，表面粗糙度,R,a,可达,6.3,1.6,m,。,拉孔时工件以被加工孔自身定位，拉孔不易保证孔与其他表面的相互位置精度。,拉刀不仅能加工圆孔，还可以加工成形孔、花键孔。,拉孔常用在大批大量生产中加工孔径为,10,80mm,、孔深不超过孔径,5,倍的中小零件上的通孔。,3.3,平面加工方法及装备,3.3.1,概述,平面是箱体类零件、盘类零件的主要表面之一。平面加工的技术要求包括：平面本身的精度（直线度、平面度等），表面粗糙度，平面相对于其他表面的尺寸精度、位置精度（平行度、垂直度等）。,加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。铣平面是平面加工最常用的方法。刨平面所用机床、工具结构简单，调整方便，通用性好，但刨平面的生产率较低。平面加工中的车、拉、磨削等加工方法，其工艺特点与外圆表面及孔加工基本相同。,3.3.2,铣平面,铣削时，铣刀的旋转运动是主运动。铣削时，,a,p,为背吃刀量（铣削深度），是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸；,a,e,是侧吃刀量（铣削宽度），是指垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸；,v,f,为进给速度，是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。,1.,铣削方式,周铣：,端铣：,（a)对称铣 （b)不对称铣,(a)逆铣 (b)顺铣,用分布在铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削,用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣削,2.,铣刀及其几何角度,（1）圆柱形铣刀：刀齿排列在刀体圆周上的铣刀。它的结构形式分为由高速钢制造的整体圆柱形铣刀和镶焊硬质合金刀片的镶齿圆柱形铣刀（图3-35）。圆柱形铣刀一般采用螺旋刀齿，以提高切削工作的平稳性。,（2）面铣刀：面铣刀的刀齿排列在刀体端面上。硬质合金面铣刀是加工平面的最主要刀具，将刀片用机械夹固方式固定在刀体上的面铣刀称为机夹可转位面铣刀。机夹可转位铣刀的结构形式很多，图3-36所示是小直径（90mm以下）的锥柄机夹可转位面铣刀。,（3）铣刀的几何角度：圆柱铣刀和面铣刀是铣刀的基本形式，一般应标注的几何角度有：,前角 及法向前角 ；,后角 及法向后角 ；刃倾角 （端铣刀）或螺旋角,（圆柱铣刀）。,圆柱铣刀的几何角度,端铣刀的几何角度,3.,铣削的工艺特点及应用范围,铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，没有空程损失，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比刨平面高。经粗铣精铣,平面,后，尺寸精度可达IT9IT7级，表面粗糙度Ra可达6.31.6m。,在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小件加工大多采用铣削，大件加工则铣刨兼用。而在单件小批生产中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍被广泛应用。,因为刨平面不能获得足够的切削速度，有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。,3.4,圆柱齿轮齿面加工方法及装备,3.4.1,概述,1.,齿轮的主要技术要求,齿轮传动应满足的要求：传递运动的准确性；传递运动的平稳性；载荷分布的均匀性；齿侧具有间隙。,齿轮制造应达到的精度标准：国家标准GB/T10095.12001圆柱齿轮 精度制 第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值规定了13个精度等级。对于分度传动用的齿轮，对齿轮的运动精度要求高；对于高速动力传动用齿轮，对工作平稳性精度有较高要求；对于低速重载传动用齿轮，则要求齿面载荷分布均匀；对于换向和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙。,除了上述各项精度外，还应对齿轮装配基准面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等提出要求。,2.,圆柱齿轮齿面的加工方法,齿面的切削加工,齿面的无屑加工,成形法,展成法,铣齿,拉齿,磨齿,滚齿,插齿,剃齿,珩齿,磨齿,冷挤齿（精轧齿）,轧齿（热轧齿）,精密锻造齿轮,3.4.2,滚齿与插齿,1.,滚齿加工原理,滚齿是应用一对交错轴斜齿圆柱齿轮副啮合原理，使用齿轮滚刀进行切齿的一种加工方法。,（a)滚齿示意图 （b）齿轮滚刀,图3-37 滚齿示意图和齿轮滚刀,1-齿轮滚刀 2-被切削齿轮 3-切削刃 4-容屑槽,图3-38 滚齿时的主要运动和齿廓的形成,滚齿机的三种基本运动：滚刀的旋转运动（,n,c,）；工件的旋转运动（,n,w,）；轴向进给运动（,f,），且：,2.,插,齿原理,插齿是利用一对平行轴圆柱齿轮副啮合原理，使用插齿刀进行切齿的一种加工方法。,插齿刀1相当于一个切削刃为渐开线并磨出前角和后角的假想圆柱齿轮2（其模数及压力角与被加工齿轮,3,相同）。插齿刀紧固在插齿机的主轴上。插齿时，插齿刀与被切削齿轮间严格保持一对圆柱齿轮的啮合传动关系，插齿刀刀齿的连续运动轨迹在工件上包络出轮齿齿廓。,插削直齿圆柱齿轮时插齿机的基本运动：,（,1,）切削运动,：插齿刀沿其轴线方向的快速直线往复运动。,（,2,）展成运动,：插齿刀与工件的旋转运动构成插齿加工的展成运动。插齿刀与工件的旋转运动之间，必须严格保持一对圆柱齿轮副的啮合传动关系，其传动比,i,应满足：,（,3,）圆周进给运动,：插齿刀的旋转运动（以插齿刀每往复运动一次在其节圆上转过的弧长,表示，,mm/str),。,（,4,）径向进给运动,：工件逐渐地相对于插齿刀作径向进给运动（以插齿刀每往复运动一次工件径向移动量,f,r,表示，,mm/str),。,（,5,）让刀运动,：插齿刀向上运动为空行程退刀，为避免插齿刀在空行程中擦伤已切削齿面和减少插齿刀的磨损，插齿刀在径向方向有一让刀运动,e,，使插齿刀与被切削齿面脱离接触。插齿刀空行程完成后，工作台或插齿刀再返回原位，以进行下一切削行程。,3.4.3,剃齿,1.,剃齿加工,原理,剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合时沿齿向存在相对滑动而创建的一种齿轮精加工方法。,剃齿刀与工件的切向速度,v,ct,与,v,wt,不相等，故剃齿刀与被剃削齿轮啮合时在齿向上就有相对滑动发生。由于剃齿刀的齿面上开有许多切削刃，剃齿刀便在被切齿面上剃下一层又薄又细的切屑。,2.,剃齿机运动,（,1,）,剃齿刀的正、反向转动。,（,2,）,工作台轴向进给运动。,（,3,）,径向（垂直）进给运动。,3.,剃齿的工艺特点与应用范围,剃齿机床结构简单，成本较低。剃齿可修正轮齿的径向误差、齿形误差和减小齿面粗糙度，但它对轮齿的齿距累积误差等切向误差的修正能力差。,剃齿加工精度主要取决于刀具，使用,A,、,B,等级的剃齿刀，可加工,7,6,级精度的齿轮，齿面粗糙度可达,R,a,0.4,0,1.25,m,。,剃齿是一种高生产率的齿面加工方法。,在大批大量生产中加工中等模数、,7,6,级精度、未经淬硬的齿轮，剃齿是最常用的齿轮精加工方法。,3.4.4,磨齿,1.,磨齿方法分类及特点,（,1,）成形法磨齿 成形法磨齿（图3-42a）是将砂轮修整成与被加工齿轮齿槽相对应的形状，对被加工齿轮齿槽逐个进行磨削。磨削时，砂轮一面旋转（,n,c,），一面沿齿宽方向作往复运动（,A,1,），磨完一个齿后，通过分度，再磨下一个齿。,（,2,）展成法磨齿,单片锥形砂轮磨齿（图,3,-42,b,）。砂轮的截面形状相当于假想齿条的一个齿。,双片碟形砂轮磨齿（图3-42c）。两片碟形砂轮倾斜安装后，构成假想齿条的两个齿面。,蜗杆砂轮磨齿（图3-42d）。蜗杆砂轮与被磨齿轮相当于一对交错轴斜齿副啮合传动。,(a),成形砂轮磨齿,(b),锥形砂轮磨齿,(c)碟形砂轮磨齿 (d)蜗杆砂轮磨齿,1-,砂轮,2-,假想齿条,3-,被磨齿轮,2.,磨齿的工艺特点和应用范围,磨齿加工的质量高，磨齿可纠正齿轮预加工中产生的各项齿轮误差，其加工精度比剃齿、珩齿高得多，磨齿的表面粗糙度可达到,R,a,0.2,0.8,m,而且能加工淬硬齿轮。加工,3,6,级精度的淬硬齿轮，磨齿是最有效的精加工方法。,磨齿的主要缺点是生产效率低和成本较高。采用蜗杆砂轮磨齿工艺和立方碳化硼（CBN）砂轮成形磨齿工艺可使,磨齿效率成倍提高，加工成本不断下降，故,在大量生产中逐渐得到广泛应用。单片锥形砂轮磨齿和双片碟形砂轮磨齿只在单件和小批量生产中应用。,3.5,特殊表面加工,特殊表面一般也称为复杂曲面。,复杂曲面由刀具相对于工件在三维空间内作坐标运动形成，其切削加工方法主要有,仿形铣,和,数控铣,两种，使用的刀具一般是头部为圆形的球头铣刀。,仿形铣必须预先制造出具有与被加工曲面相同形状的样件作为靠模。,随着数控加工技术的发展及数控加工设备的普及，特别是随着CAD/CAM和计算机辅助编程技术的发展，数控铣削现已成为复杂曲面切削加工最主要的方法。,3.6,数控机床与数控加工,3.6.1,数控机床的加工原理,1.,数控机床及其坐标系,用数字化信息进行控制的技术称为数字控制技术；装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工的机床称为数控机床。,输入装置、数控装置、伺服系统及机床本体,是数控机床的四个基本组成部分。,数控机床加工时，首先把加工过程所需要的几何信息和工艺信息用数字量表示出来，并用规定的代码和格式编制出数控加工程序，然后将加工程序输入到数控装置。数控装置对输入信息进行处理与运算后，将结果输入到机床的伺服系统，控制并驱动机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。,数控机床的坐标系按照,ISO 841,和我国的,JB/T3051,1999,标准，规定为右手直角笛卡尔坐标系。,X,、,Y,、,Z,的正方向是增大工件和刀具间距离的方向。通常以平行于主轴的坐标为,Z,轴，,X,轴平行于工件的主要装夹面且与,Z,轴垂直，,Y,轴按右手笛卡尔坐标系确定。三个回转运动的坐标轴,A,、,B,、,C,分别表示回转轴线平行于,X,、,Y,、,Z,的旋转或摆动运动。其正方向分别用右手螺旋法则判定。,2.,数控机床的数控装置,早期：普通数控（,NC,）,现代：计算机数控（,CNC,）,CNC,装置,CNC,装置的主要功能：,功能控制,位置控制,信号处理,虚线框内,3.,数控机床的进给伺服系统,数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动电路作数模转换和功率放大后，经伺服驱动装置（例如伺服电动机、电液脉冲伺服马达等）和机械传动机构（例如滚珠丝杠等），驱动机床的执行机构（例如工作台、刀架、主轴箱等），以某一确定的速度、方向和位移量，沿机床坐标轴移动，实现加工过程的自动循环。,（,1,）,开环伺服系统,：不带反馈检测装置，数控指令单向，定位精度0.02mm，价格低。,（,2,）,闭环伺服系统,：实际位移反馈，进行误差修正，,定位精度0.0,1,0.001,mm，价格高。,半,闭环伺服系统,：,位移检测反馈信号从伺服电动机轴或滚珠丝杠上取得，定位精度较闭环系统差，价格适中。,图3-46 开环伺服系统,图3-47 闭环伺服系统,虚线部分半闭环,3.6.2,数控铣床及加工中心的,主运动及进给运动系统,1.,主运动系统,数控铣床的主运动系统比普通铣床有更宽的调速范围，加工中心主轴的调速范围要求更高，其主轴转速在其调速范围内通常都是无级可调的。,数控机床的主传动系统形式：,电动机直接带动主轴旋转,电动机经,V,带或同步齿形带传动主轴,电动机经,1,4,对变速齿轮传动主轴,2.,进给运动系统,数控机床进给系统中普遍采用滚珠丝杠副传递运动，其优点是摩擦因数小，传动精度高，传动效率高达,95%,98%,，是普通滑动丝杠副的,24,倍。,图,3-49,滚珠丝杠的结构示意图,1-,丝杠,2-,螺母,3-,滚珠,4-,插管,滚珠丝杠传动的轴向间隙会造成反向冲击并引起反向,“,死区,”,，这在开环或半闭环伺服系统中将影响定位精度。为了提高传动的稳定性及进给系统的刚度，滚珠丝杠在过盈条件下工作比较有利。消除丝杠螺母间隙和对丝杠螺母预加荷载的方法有多种，数控机床上比较常用的是双螺母加垫片的方法。,滚珠丝杠的预紧,高速、超高速加工机床或加工中心，已,开始应用,直线电动机,以,满足快速进给和快速换速、换向的要求。,学科前沿,3.,刀具自动夹紧装置和主轴周向定向装置,加工中心为了实现刀具在主轴上的,自动装卸,，要求配置,刀具自动夹紧装置,，其作用是自动地将刀具夹紧或松开，以便机械手能在主轴上安放或取走刀具。,由于在刀具切削时，切削转矩不能完全靠主轴与刀杆锥面配合产生的摩擦力来传递，因此通常在,主轴前端,设置,两个端面键,来,传递转矩,。,换刀时，刀柄上的键槽必须对准端面键,。为此，主轴在停止转动时，要求,主轴必须准确地停在某一指定的周向位置,上，,主轴定向装置,就是为保证换刀时主轴能准确停止在换刀位置而设置的。,3.6.3,JCS018,型立式加工中心,1.,机床布局,图,3-52 JCS,018,型立式加工中心,1-,床身,2-,滑座,3-,工作台,4-,立柱,5-,数控柜,6-,刀库,7-,机械手,8-,主轴箱,9-,操作面板,10-,驱动电柜,2.,传动系统,3.,伺服进给装置,图,3-54,工作台纵向伺服进给装置,1-,电动机,2-,锥环无键联轴器,3-,十字滑块联轴器,4-,丝杠,5,、,8-,螺母,6-,垫圈,7-,联接键,9-,螺母座,4.,主要部件结构,图,3-55,主轴结构,1-,刀柄,2-,主轴,3-,拉钉,4-,钢球,5-,碟形弹簧,6-,拉杆,7-,螺旋弹簧,8-,活塞,9,、,10-,行程开关,（1）主轴部件,（,2,）自动换刀装置：,JCS,018,型立式加工中心设有刀库式自动换刀装置，由刀库和机械手两部分组成。,刀库,刀座,（,a,）,(b)(c)(d),（,e,）,(f)(g)(h),换刀过程示意图,机械手臂和手爪,1,、,2-,弹簧,3-,锁紧销,4-,销,5-,活动销,6-,固定爪,7-,锥销,3.6.4,数控加工程序编制,1.,数控加工程序编制步骤,（,1,）分析零件图样和编制数控加工工艺,（,2,）计算刀具运动轨迹,（,3,）编写加工程序并进行程序校验,2.,数控加工程序的结构与程序段格式,一个完整的数控加工程序由程序号和若干个程序段组成。程序号由地址码,O,与程序编号组成，例如,O0100,。每个程序段表示数控机床的一个加工工步或动作。程序段由一个或若干个字组成，每个字由字母和数字组成，每个字表示数控机床的一种功能。目前各种机床数控系统广泛应用的是字地址程序段格式。,程序段实例：,N105 G01 X15.0Y32.0Z6.5F100M03S1500T0101,；,N,程序段号代码（或称作地址符），,105,表示该程序的编号；,G,准备功能代码，用以规定数控机床的运动方式。本例中,G01,表示直线插补；,X,、,Y,、,Z,沿相应坐标轴运动的终点坐标位置代码，其后的数字为相应坐标轴的终点坐标值；,F,进给速度代码，其后的数字表示进给速度为,100mm/min,；,M,辅助功能代码，用于规定数控机床加工时的开关功能，如主轴正、反转及开停等。本例中,M03,表示主轴正转；,S,主轴转速功能代码，其后数字表示主轴转速为,1500r/min,；,T,刀具功能代码，其后数字,0101,表示使用一号刀具和该刀具的一号补偿值；,；,为程序段结束符。,3.,数控加工程序编制实例,【例,3-1,】,在数控立式铣床上精铣图,3-61,所示零件的凸台轮廓，试为该工序编写数控加工程序。,图,3-61,数控加工零件图,解,根据零件加工要求，本例选用直径为,20mm,的立铣刀进行加工。切削用量取为：主轴转速,n,=1000r/min,，垂直进给速度,v,f,=30mm/min,，轮廓加工进给速度,v,f,=50mm/min,。工件原点设定在工件的左下角，走刀路线为：,P,1P2P3P4P5P6,。该数控加工程序为(/*后为对程序段的说明)：,O1234,/*,程序号,N01 G00X-15.0Y-15.0Z35.0,；,/*,快速移至起刀点,N0,2,X0Y0Z22.5S1000M03,；,/*,快速移至,P1,，主轴正转,N0,3,G01Z10.0F30.0M08,；,/*,以,30mm/min,的进给速度直线插补至,Z=10mm,处，开切削液,N0,4,X60.0F50,；,/*,以,50mm/min,的进给速度,直线插补至,P2,N0,5,Y35.0,；,/*,直线插补至,P3,，进给速度不变,N0,6,G03X35.0Y60.0I-15.0J0,；,/*,逆时针圆弧插补至,P4,，进给速度不变，,X,、,Y,为圆弧的终点坐标，,I,、,J,为圆心相对于圆弧起点的坐标,N0,7,G01X0,；,/*,直线插补至,P5,，进给速度不变,N0,8,Y0,；,/*,直线插补至,P6,，进给速度不变,N0,9,Z22.5M09,；,/*,刀具退离工件，关切削液,N,10,G00X-15.0Y-15.0Z35.0,；,/*,刀具快速回到起刀点,N,11,M30,；,/*,程序结束并返回至程序起点,3.7,特种加工,3.7.1,电火花加工,1.,加工原理,电火花加工是利用工具电极和工件电极间脉冲性电火花放电产生的高温去除工件上多余的材料，使工件获得预定的形状、尺寸和表面粗糙度要求。,电火花加工方法有两类：,电火花穿孔或电火花成形加工,：,用具有一定形状的电极工具（石墨、铜或是它们的合金）进行加工；,电火花线切割加工,：,用细丝（钼丝、钨丝或铜丝）电极加工二维轮廓形状，按电极丝的走丝速度分为快速走丝和慢速走丝两类。,图,3-62,电火花成形加工原理示意图,1-,工件,2-,脉冲电源,3-,自动进给调节装置,4-,工具,5-,工作液,6-,过滤器,7-,工作液泵,图,3-63,电火花线切割加工原理,1-,绝缘板,2-,工件,3-,脉冲电源,4-,电极丝,5-,导向轮,6-,支架,7-,卷丝筒,2.,工艺特点及应用范围,电火花加工工具不和工件直接接触，没有切削力作用，对机床加工系统的刚度要求不高；电火花加工可加工任何导电材料的工件，不受工件材料强度、硬度、脆性和韧性的影响，为耐热钢、淬火钢、硬质合金等难加工材料的加工提供了有效的加工手段。,电火花加工的应用范围很广，可加工各种型孔、曲线孔，微小孔及各种曲面型腔，还可以用于切割、刻字和表面强化等。,3.7.2,电解加工,1.,加工原理,电解加工是利用金属在电解液中受到电化学阳极溶解将工件加工成形的。,图,3-64,电解加工原理示意图,1-,直流电源,2-,工具阴极,3-,工件阳极,4-,调压阀,5-,电解液泵,6-,过滤器,7-,电解液,8-,过滤网,加工开始状态 加工结束状态,1,2.,工艺特点及应用范围,电解加工的生产效率极高，约为电火花加工的,5,10,倍；电解加工可以加工形状复杂的型面（例如汽轮机叶片）或型腔（例如模具）；电解加工中工具不和工件直接接触，加工中无切削力作用，加工表面无冷作硬化，无残余应力，加工表面周边无毛刺，能获得较高的加工精度和表面质量，表面粗糙度,R,a,可达,0.2,1.25,m,工件的尺寸误差可控制在,0.1mm,范围内。电解加工中工具电极无损耗，可长期使用。,电解加工广泛应用于加工型孔、型面、型腔、炮筒膛线等，并常用于倒角和去毛刺。另外，电解加工与切削加工相结合（例如电解磨削、电解珩磨、电解研磨等），往往可以取得很好的加工效果。,3.7.3,激光,加工,1.,加工原理,激光的亮度极高，方向性极好，波长的变化范围小，通过光学系统把激光聚集成一个极小的光束，其能量密度可达,10,8,10,10,W/cm,2,，远超金属达到沸点所需的能量密度（,10,5,10,6,W/cm,2,),。激光照射在工件表面上，光能被加工表面吸收，并迅速转换成热能，使工件材料被瞬间溶化、汽化去除。,图,3-66,激光加工原理示意图,1-,激光发生器,2-,反射镜,3-,聚焦镜,4-,工件,5-,工作台,6-,电源,2.,工艺特点及应用范围,激光加工是利用高端激光束进行加工的，不存在工具的磨损问题，工件也无受力变形。激光束能量密度高，可加工各种金属材料和非金属材料，例如硬质合金、陶瓷、石英、金刚石等。,激光适于在硬质材料上打小孔，常用于打金刚石拉丝模、宝石轴承、发动机喷油嘴、航空发动机叶片上的小孔；除打孔外，激光还广泛用于切割、焊接、热处理。,3.7.4,超声波,加工,1.,加工原理,超声波加工是利用工具端面的超声频振动（振动频率为,19000,25000Hz,），驱动工作液中的悬浮磨料撞击加工表面的加工方法。,图,3-67,超声波加工原理示意图,1-,工件,2-,悬浮液,3-,超声波发生器,4-,换能器,5-,变幅杆,6-,工具,7-,工作台,2.,工艺特点及应用范围,超声波加工既能加工导电材料，也能加工不导电体和半导体材料。超声波加工机床的结构相对简单，操作维修方便，但超声波加工生产效率相对较低。,超声波加工适于加工脆硬材料，尤其适于加工不导电的非金属硬脆材料，例如玻璃、陶瓷等。,为提高生产效率，降低工具损耗，在加工难切削材料时，常将超声振动和其他加工方法相结合进行复合加工，例如超声波切削、超声波电解加工、超声波线切割等。,