模具加工机床

86 第 5章 模具加工机床 5.1 模具切削机床与数控机床基本知识 模具切削机床是用刀具切削的方法将模具毛坯加工成模具零件的机器。机床是模具制造 的基础机械，其技术性能的高低，质量的好坏，对模具产品的的质量、生产率和经济效益都 有重要的影响。机床诞生到现在已经有一百多年了，随着工业化的发展，机床品种越来越多， 技术也越来越复杂。在一般的机械制造厂中，机床可占机器总台数的 50％～70％；机床所 负担的加工工作量，约占机器制造总工作量 40％～60％。 5.1.1 机床的基本结构 机床的主要作用就是在其相应机构的带动下，安装在其上的工件和刀具按一定的规律运 动，通过切削刀具对工件的切削作用把多余的金属切除掉，使加工 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面成形。机床结构则是 为保证实现工件表面成形而构建的。为了实现加工过程所需的各种运动，机床的基本结构包 括如下几个部分： 1.执行件机构 执行机构是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其基本 任务是带动被加工工件或刀具完成一定形式的运动（旋转或直线运动），并保持准确的运动 轨迹。 2.动力源 动力源是为执行机构提供运动和动力的装置，是执行机构的运动来源。机 床动力源一般采用交流异步电动机、步进电动机、直流或交流伺服电动机及液压驱动装置等。 普通机床通常采用三相异步电动机作动力源，数控机床采用直流交流调速电机和伺服电机。 机床可以是几个运动共用一个动力源，也可以是一个运动单独使用一个动力源。 3.传动机构 传动装置是传递运动和动力的装置。通过它把动力源的运动和动力传递 给执行机构，使执行机构获得运动和动力；或将运动由一个执行机构传递到另一个执行机构， 以保持两个运动之间的准确传动关系。传动机构还可以实现变速、变向、改变运动形式等任 务。机床的传动机构有机械、液压、电气、气压等多种形式。 4.控制系统 控制系统一般是指数控机床上由计算机及相应的软、硬件构成的控制系 统。它对机床运动进行控制，实现各运动之间的准确协调。 5.支承系统 支承系统是机床的机械本体，包括床身、框架及相关机械联接在内的支 承结构，属于机床的基础部分。 在不同的机床中，根据其功能和应用范围的不同，上述几个组成部分可繁可简，实现功 能要求的具体方式也不同。 5.1.2 机床的传动链 机床上为了得到所需要的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源（例如主轴 和电动机），或者把执行件和执行件（如主轴和刀架）之间联接起来，以构成传动联系。构 成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。传动链可分为如下两类： 1.外联系传动链 它是联系机床动力源和执行机构之间的传动链，使执行机构按预定 的速度运动，并传递一定的动力。如车削外圆中，电动机至主轴和电动机至刀架的传动链。 外联系传动链不要求动力源和执行机构间有严格的传动比关系；外联系传动链中传动比的变 化，只影响生产率和表面粗糙度，不影响工件表面形状的形成。 2.内联系传动链 它是保证执行机构之间有严格相对运动关系，实现复合成形运动的 传动链。例如，在车床上用螺纹车刀车螺纹时，为了保证所加工螺纹的导程，主轴(工件)每 转一转，车刀必须移动一个导程。联系主轴—刀架之间的螺纹加工传动链，就是一条有严格 传动比要求的内联系传动链，如果传动比不准确，车螺纹时就不能得到所 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的导程。内联 系传动链中不允许采用传动比不准确(如带传动、摩擦传动)或瞬时传动比变化(如链传动)的 87 传动机构，否则无法保证所需的正确工件表面形状。 5.1.3 机床的分类和型号编制 机床是机械加工系统的主要组成部分。为适应不同的加工对象和加工要求，机床有许多 的品种和规格。为便于区别、使用和管理，需对机床进行分类和编制型号。 1．机床的分类 （1）按加工性质和使用的刀具分类 根据 GB/T 15375-1994制定的机床型号编制方 法，机床共分为十二大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、 刨插床、拉床、锯床、特种加工机床和其他机床。 （2）同类机床按通用性程度，又可分为通用机床、专门机床、专用机床三类： ①通用机床（也称万能机床） 其工艺范围很宽、通用性好，可用于加工一定尺寸范围 内的各种类型的零件的不同工序，但结构复杂，加工生产率低，适用于单件小批量生产和工 具修配生产，例如万能升降台铣床、万能外圆磨床等。 ②专门机床，其工艺范围较窄，只能加工某一类或少数几类的零件，完成某一道或少数 几道特定工序，例如曲轴车床、凸轮轴车床等。 ③专用机床，其工艺范围更窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。这类机床加工 生产率很高，适用于大批量生产。如汽车、拖拉机制造中的各种组合机床、专用铣床、加工 机床主轴箱的专用镗床等。 此外，同类机床根据加工精度又可分为普通精度机床、精密机床和超精密机床；根据自 动化程度可分为手动、机动、半自动、自动机床；根据质量和尺寸可分为轻型机床（如加工 仪表的机床）、中型机床（一般机床）、大型机床（重 10t以上）、重型机床（重 30t以上）和 超重型机床（重 100t以上）；根据主轴或刀架的数目又可进一步分为单轴、多轴、多刀等。 2.机床的型号编制 机床型号是机床产品的代号，用来简明地表示机床的类型、通用特性、结构特性、主要 技术参数等。GB／T15375—1994《金属切削机床型号编制方法》规定：机床型号由一组汉 语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合而成，适用于各类通用机床和专用机床(组合机 床、特种加工机床除外)。 通用机床的型号表示方式为： (1)类别代号 分为十一大类，用汉语拼音第一个大写字母表示，如表 5-1所示。需 要时，类以下还可有若干分类，分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前，作为型号的 首位，但第一分类不予表示。如磨床类机床就有 M、2M、3M三个分类。 88 表 5-1 机床的类别代号 (2)通用特性代号 当某类机床除有普通型式外，还有某种通用特性时，应在类代号 后加上通用特性代号。表 5-2所示为常用的通用特性代号。当某种机床无普通型式时，则通 用特性不予表示。例如：“MG”表示高精度磨床。对主参数相同而结构、性能不同的机床， 在型号中加结构特性代号于一区分。结构特性代号为汉语拼音字母，位置排在通用特性代号 之后，用除“工”、“O”及表示通用特性外的字母表示。例如：CA6140型卧式车床中的“A” 就是结构特性代号。 表 5-2 通用特性代号 (3)组、型代号 机床的组、型代号位于类代号或特性代号之后，用两位阿拉伯数字 表示。第一位表示组别，分为 0～9共 10个组，主要布局、使用范围基本相同的同一类机床 为同一组，如车床类组别中的“6”表示落地及卧式车床；第二位数字表示型别，表示每组 又分为若干个型，主参数相同、主要结构及布局型式相同的同一组机床即为同一型，如车床 类中的“6”组又分为 0～5共 6 个型，即 60(落地车床)、6l(卧式车床)、62(马鞍车床)、 63(无丝杠车床)、64(卡盘车床)及 65(球面车床)。各类机床的组、型代号可查阅有关资料。 (4)主参数、设计顺序号 机床主参数代表机床规格的大小，是机床的最主要的技术 参数，反映机床的加工能力，取机床规格的 1、l／10或 1／100的折算值表示，位于型代号 之后。当无法用一个主参数表示时，采用设计顺序号表示。 (5)主轴数和第二主参数 机床有多根主轴时，应以实际数值列入型号，置于主参数 之后，用“X”分开。第二主参数一般是指最大模数、最大转矩、最大工件长度、工作台工 作面长度等。第二主参数也用折算值表示。 (6)重大改进顺序号 用于表示当机床的性能及结构上有重大改进，在原机床型号的 尾部，加重大改进顺序号，以区别于原型，序号按 A、B、C……等字母的顺序表示。 (7)其他特性代号 用于反映各类机床的特性。如对于一般机床，可反映同一机床的 变型。 (8)企业代号 指机床生厂或研制单位代号，置于最后，用“一”分开，若“／”右 边只有企业代号，则不加“一”。 通用机床型号编制实例：CA6140型卧式车床 89 5.1.4 数控机床概述 数字控制是一种自动控制技术，是用数字化信息进行控制的一种方法，简称数控(NC)。 采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床，称为数控机床。 1.数控机床的工作原理与组成 (1）数控机床的工作原理 数控机床加工零件时，首先要编制零件的数控加工程序，这是数控机床的工作指令。将 数控加工程序输入数控装置，再由数控装置控制机床主运动的变速、起停，进给运动的方向、 速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的起停等动作，使 刀具和工件及其他辅助装置严格地按照数控加工程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从 而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。 (2)数控机床的组成 数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成 (图 5-1)。 图 5-1 数控机床的组成框图 ①信息载体 它是储存零件加工信息的介质。常用的有穿孔带、磁带、磁盘等。也可利 用键盘直接将程序及数据输入。另外，用 CAD/CAM软件在通用计算机上编程，然后用计算机 与数控系统的通信接口将程序或数据送到数控装置。 ②数控装置 它由输入装置、控制器、运算器和输出装置等组成 (图 5-2)。 图 5-2 数控装置的信息处理框图 输入装置接受信息载体上的信息，经过识别和译码之后，将指令送到控制器，将数据送 到运算器，作为运算和控制的原始依据。 控制器接受输入装置送来的控制指令，控制运算器与输出装置。 运算器接受控制器的指令，将输入的数据信息进行处理，并将处理的结果不断输送到输 出装置，输出装置根据控制器的指令，将运算处理结果，以脉冲形式，经放大或转换成模拟 电压量之后，输送到伺服系统。 ③伺服系统 它是接受数控装置的指令，驱动机床执行机构运动的驱动部件 (如主轴 驱动、进给驱动)。伺服系统包括伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机等。伺服电动 机常用的有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。 ④测量反馈装置 它由测量部件和相应的测量电路组成，其作用是 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 速度和位移，并 90 将信息反馈给数控装置，构成闭环控制系统。没有测量反馈装置的系统称为开环控制系统 常用的测量部件有脉冲编码器、旋转变压器、感应同步器、光栅尺和磁尺等。 ⑤机床本体 它是数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分，包括床身、 立柱、主轴、进给机构等机械部件。机床本体是被控对象，其运动的位移和速度以及各种开 关量是被控制的。数控机床采用高性能的主轴及进给伺服驱动装置，其机械传动结构大为简 化, 此外，数控机床还有一些辅助装置和附件设备，如电气、液压、气动系统与冷却、排屑、 润滑、照明等装置以及编程机、对刀仪等。 2.数控机床的分类 数控机床品种繁多，功能各异，有多种分类方法。按控制方式分为三种。 (1）开环控制数控机床 这类数控机床不带有位置检测装置，如图 5-3所示。数控装置根据信息载体的输入指 令，经控制运算，把一定数量的电脉冲信号分配给步进电动机或伺服电动机，驱动工作台或 刀具移动一定距离。机床的加工精度由电动机和传动机构的精度来保证，定位精度一般达到 士 0.O2mm。由于其具有结构简单、成本较低、调试维修方便等优点，因此被广泛应用于经 济型、中小型数控机床。 图 5-3 开环控制系统框图 (2）闭环控制数控机床 这类机床的工作台带有位置检测装置，如图 5-4所示。检测装置能将工作台实际位移 量转变成脉冲信号，输入比较器，与数控装置发来的指令位移信号进行比较，用两者的差值 控制工作台向使误差减小的方向移动。直到差值为零时，进给轴停止运动。常用的位置检测 装置有光栅、感应同步器、磁尺等。这种闭环控制的数控机床加工精度高，但设备造价高， 调试和维修较麻烦。 图 5-4 闭环控制系统框图 (3）半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在开环控制数控机床的丝杠上或进给电动机的轴上装有角位移 检测装置，如圆光栅、光电编码器以及旋转变压器等，如图 5-5所示。检测装置不是直接 测 量工作台位移量，而是通过检测丝杠或进给电动机转角间接地测量工作台位移量，然后反馈 给比较器。由于丝杠螺母的传动误差无法测量，所以系统不能补偿传动机构的误差，因此， 精度较闭环控制的数控机床差。但由于角位移检测简单，而惯性大的移动件不包括在闭环中， 所以系统有很好的稳定性，调试方便，被广泛用于中等以上精度的数控机床中。 91 图 5-5 半闭环控制系统框图 此外，按机床加工的运动轨迹分为:点位控制数控机床 (如数控钻床、数控镗床)、直 线控制数控机床 (如简易数控车床、简易数控铣床)及轮廓控制数控机床 (如数控车床、数 控铣床、加工中心)；按工艺用途分为:一般数控机床 (如数控车、铣、钻和镗床等)及自动 换刀数控机床 (如车削加工中心、钻削加工中心和镗削加工中心等)。 3．数控机床的坐标系 为准确地描述数控机床上的运动部件在成形运动和辅助运动中的运动方向和运动距离 的大小，需要建立一个坐标系才能实现，这个坐标系称为数控机床坐标系。国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化组织 (IS0)和我国有关部门都对数控机床的坐标系制定了相应的标准，并且两者是等效的。 (1）机床坐标系的规定 标准规定采用右手笛卡儿直角坐标系。基本坐标轴为 x、y、z相应每个坐标轴的旋转坐 标分别为 A、B、C，如图 5-6所示。 图 5-6 右手笛卡儿坐标系 (2）坐标轴及运动方向的规定 标准规定以增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴的正方向。 ①z 坐标 规定与机床主轴轴线平行的坐标轴为 z 坐标，取刀具远离工件的方向为正 方向。 ②x坐标 规定 z坐标轴为水平方向，且垂直于 z轴并平行于工件的装夹面。 对于工件旋转的机床 (如数控车床、数控磨床)，取横向离开工件旋转中心的方向为 x 92 轴正方向。对于刀具旋转的机床 (如数控铣床、数控镗床)，则规定:当 z轴为水平时，从 刀具主轴后端向工件方向看，向右方向为 z轴正方向；当 z轴为垂直时，对于单立柱机床， 面对主轴向立柱方向看，向右方向为 x轴正方向。 ③y坐标 当 x轴、z轴确定之后，用笛卡儿直角坐标右手定则法确定 y坐标轴及其正 方向。 ④A、B、C坐标 A、B、C坐标分别为绕 x、y、z坐标的旋转坐标，按右手螺旋定则来 确定 A、B、C坐标的正方向。 ⑤附加坐标 如果有第二或第三组坐标平行于 z、y、z，则分别指定用 U、V、W和 P、 Q、R 表示。若除了 A、B、C第一旋转坐标系以外，还有其他的旋转坐标，则用 D、E、F等 表示。 ⑥对于工件运动时的相反方向 当工件是移动的，而刀具固定时，坐标轴用带“ ’” 的字母表示，如+ x’，表示工件相对于刀具的正向移动。而不带 “ ’”的字母，如+ x 则表示刀具相对于工件的正向移动。二者表示的运动方向正好相反。 图 5-7至图 5-10给出了几种典型机床的标准坐标系简图。图中字母表示运动的坐标， 箭头表示正方向。 图 5-7 卧式车床坐标系 图 5-8 卧式升降台铣床坐标系 93 图 5-9 立式升降台铣床坐标系 图 5-10 卧式镗铣床坐标系 4．数控机床的特点和应用 (1)自动化程度高 在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都 由机床自动完成。在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也 都由机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。 ) (2)加工精度高，加工质量稳定 数控加工的尺寸通常在 0.005一 0.lmm之间，目前最 高的尺寸精度可达土 0.0015mm，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的人 为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。 (3)对加工对象的适应性强 数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。当加工 对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工 程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周 期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。 (4)生产效率高 数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完 成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度 高，空行程时间短。目前，数控车床的主轴转速已达到 5000 一 7000r/min，数控高速磨削 94 的砂轮线速度达到 100一 2OOm/s，加工中心的主轴转速已达到 700OOr/min，各轴的快速移 动速度达到 20一 30m/min。 (5)易于建立计算机通信网络 由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计 和制造 (CAD/CAM)系统联接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系 统。 数控机床的不足之处是设备价格昂贵，维修复杂，对调试、维修人员的技术素质要求较 高，首件加工的准备周期较长。 数控机床最适合加工形状复杂、精度要求高，通用机床无法加工，或虽然能加工但很难 保证加工质量的零件；用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件；必须在一次装夹下合并 完成钻、扩、铰、铣、镗及攻螺纹等较多加工内容的零件。 5.2 车 床 5.2.1 车床的工艺范围和类型 车床是完成车削加工所必需的设备，广泛用于各种回转体零件和回转体的端面的加工。 车床上可完成的典型加工工艺见图 5-11 所示。在普通精度的车床上，加工外圆表面的精度 可达 IT8一 IT7，表面粗糙度 Ra 值可达 1．6～0．8μm。在精密级和高精密级车床上，利 用合适的刀具还可完成高精度零件的精密加工。 车床的主运动通常是由工件的旋转运动实现的，进给运动是则由刀具的直线移动完成 的。普通车床按其结构和用途的不同，可分为卧式车床、立式车床、转塔车床、回轮车床、 液压仿形车床、仪表车床、仿形车床、多刀自动和半自动车床及各种专用车床。 车床加工所使用的刀具主要是车刀，还可以采用钻头、扩孔钻、铰刀等孔加工刀具和丝 锥板牙等螺纹加工刀具。 图 5-11 卧式车床能加工的典型表面 5.2.2 CA6140型卧式车床 在各种车床中，以卧式车床应用最普遍、工艺范围最广泛。它通用性强，加工范围很广， 用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，如：内圆柱面，圆锥面，环槽及成形 回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔，扩孔，铰孔，和滚花等工艺，见图 5-11。 但自动化程度低，特别是加工形状复杂的零件时，换刀麻烦，生产效率低。所以，多适用于 95 单件小批量生产。本节将以 CA6140型卧式车床为例对其传动系统和主要结构进行介绍。 １．卧式机床的组成 图 5-12所示为 CA6140型卧式车床外形图，其主要组成部件及功 能如下： 图 5-12 CA6140车床外形图 1- 主轴箱 2-刀架部件 3-尾座 4-床身 5-床腿 6-光杠 7-丝杠 8-溜板箱 9-床腿 10-进给箱 11-挂轮变速机构 (1)主轴箱 主轴箱 1固定在床身 4的左上部。箱内装有主轴部件和变速、变向、传 动机构。其功能是支撑主轴，并将动力经变速、变向、传动机构传给主轴，使主轴按规定的 转速带动工件旋转，实现主运动。 (2)刀架部件 刀架部件 2位于床身 4的中部，安装在床身导轨上，可沿导轨作纵向 移动。刀架部件由几层刀架组成，其功能是带着夹持在上面的车刀移动，实现纵向、横向或 斜向进给运动。 (3)尾座 尾座 3安装在床身 4右端的尾座导轨上。其功能是用后顶尖支撑工件，也 可以安装钻头、铰刀及中心钻等孔加工刀具进行孔加工。尾座可沿导轨作纵向调整其位置， 然后夹紧在需要的位置上，以适应不同长度工件的加工需要。尾座还可以相对它的底座在横 向调整位置，以便车削锥度较小而长度较大的外圆锥面。 (4)进给箱 进给箱 10固定在床身 4的左前侧，箱内装有进给运动变换机构。其功能 是改变机动进给量或所加工螺纹的导程，并可按加工需要实现螺纹加工(经过丝杠)和一般机 动进给(经过光杠)的转换。 (5)溜板箱 溜板箱 8固定在刀架部件 2的底部，带动刀架运动。其功能是把进给箱 传来的运动传递给刀架部件，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。 (6)床身 床身 4 通过螺栓固定在左床腿 9 和右床腿 5 上，它是车床的基本支撑件， 在床身上安装着车床的各个主要部件。其功能是支撑其他部件并使它们在工作时保持准确的 相对位置或运动轨迹。 2．卧式机床的主要参数及性能 床身上最大工件回转直径 400mm 最大工件长度 750；1000；1500；2000mm 刀架上最大工件回转直径 210mm 主轴转速：正转 24级 10～1400r/min 反转 12级 14～1580r/min 进给量：纵向 64级 0.028～6.33mm/r 横向 64级 0.014～3.16mm/r 96 车削螺纹范围：公制螺纹 44种 P=1～192mm 英制螺纹 20种 α=2～24牙/in 模数螺纹 39种 m=0.25～48mm 径节螺纹 37种 DP=1～96牙/in 主电机功率： 7.5kW 3．CA6140普通卧式车床 CA6140 型普通车床是普通精度级的卧式车床的典型代表，经过长期的实际生产检验 和不断的完善，它在普通卧式车床中具有重要的地位。这种车床的通用性强，可以加工轴类、 盘套类零件；车削米制、英制、模数制、径节制 4种标准螺纹和精密、非标准螺纹；可完成 钻、扩、铰孔加工。这种机床的加工范围广，适应性强，但结构比较复杂，适用于单件小批 生产或机修、工具车间使用。 97 图 5- 13 C A 61 40 车 床 传 动 系 统 图 98 （1）机床的传动系统 图 5-13是 CA6140车床的传动系统图。它主要包括主运动传动链、进给运动传动和螺纹 车削传动链。 ①主运动传动链 主运动传动链可使主轴获得 24级正转转速和 12级反转转速。传动链 的首末端件是主电动机—主轴。主动电机的运动经 V带传至主轴箱的Ⅰ轴，Ⅰ轴上的双向摩 擦片式离合器 M1控制主轴的启动、停止和换向。离合器左边摩擦片被压紧时，主轴正转； 右边摩擦片被压紧时主轴反转；两边摩擦片均末压紧时，主轴停转。Ⅰ轴的运动经离合器 M1和Ⅱ轴上的滑移齿轮 50z 位于左边位置时，Ⅲ轴运动经齿轮 63/50 直接传给主轴，主轴获 得高转速；当 50z 位于右边位置与 58z 联为一体时，运动经Ⅲ轴、Ⅳ轴、Ⅴ轴之间的背轮机构 传给主轴，主轴获得中低转速。主运动传动路线的表达式为： 由传动路线表达式可知，主轴正转转速级数为 30)221(32 =´+´´=n 级。但在Ⅳ 轴、Ⅴ轴之间的 4 种传动化分别为 16/1u1 = 、 4/1u 2 » 、 4/1u 3 = 、 1u 4 » ，因而，实 际上只有 3 种不同的传动比。故主轴的实际转速级数是 24)1221(32n =-´+´´= 级 。 同理，反转时主轴的转速级数为 12级。 主轴的转速可按下列运动平衡式计算： ⅥⅢⅢⅡⅡ uuu ---´´= 1230 1301450n主 式中； —n主 主轴转速， min/r ； ⅡⅠu - 、 、ⅢⅡu - ⅣⅢu - ——分别为Ⅰ—Ⅱ轴、Ⅱ—Ⅲ轴、Ⅲ—Ⅵ轴之间的变速传动比。 ②螺纹车削传动链 车削螺纹时，主轴回转与刀具的纵向进给必须保持严格的运动关系， 即主轴转 1转，刀具移动一个螺纹导程。这是一条内联系传动链，其运动平衡式应为： 螺纹丝杠主轴 PPu X =´1 式中； Xu ——机床主轴至丝杠之间的总传动比； 螺纹丝杠、PP ——分别为车床丝杠和被加工螺纹的导程，在 CA6140中， mmP 12=丝杠 。 C6140所能加工的 4种螺纹的螺中、导程换算关系如表 5-3所示。表中 k为螺纹头数。 主轴 右 左 电动机 - ïþ ï ý ü ïî ï í ì --- þ ý ü î í ì -- þ ý ü î í ì -- ï þ ï ý ü ï î ï í ì -- ï þ ï ý ü ï î ï í ì --- þ ý ü î í ì - --- = —————50/63————— 58 26 50/51 80/20 50/50 80/20 50/30 58/22 41/39 30/3434/50 —— 43/51 38/56 230 130 2 1 1 5.7 min/1450 MⅤⅣ ⅢⅡ M M I kw rn f f 99 表 5-3 螺距、导程换算关系 螺纹种类 螺距参数 螺距/mm 导程/mm 米 制 模数制 英 制 径节制 螺距 mmT / 模数 mmm / 每英寸牙数 )//( ina 牙 径节 )//( mDP 牙 T mTm p= aTa /4.25= DPTDP /4.25 p= kTP = mkkTP mm p== akkTP aa /4.25== DPkkTP DPDP /4.25 p== 在车削螺纹时，根据螺纹的标准和导程，通过调整传动链实现加工要求。 a.车削米制螺纹 传动路线表达式如下： 其中， 基u 为ⅩⅢ—ⅩⅣ轴之间的变速传动传动化，由此可以得到基本的螺纹导程， 基u 称为 基本变速组，共有 8种传动比，分别为： 7/5.628/261 ==u ， 7/728/282 ==u ， 7/828/323 ==u ， 7/928/364 ==u 7/5.914/195 ==u ， 7/1014/206 ==u ， 7/1114/337 ==u ， 7/1214/368 ==u 倍u 为 ⅩⅦⅩⅤ - 轴之间的变速传动比，称为增倍变速组，共有 4种传动比，分别为： 4 1 48 15 35 28 8 1 48 15 45 18 21 =´==´= 倍倍 ，uu 1 28 35 35 28 2 1 28 35 45 18 43 =´==´= 倍倍 ，uu 上述 4 种传动比成倍数关系排列，通过改变 倍u 可以使被加工螺纹的导程成倍数变化， 扩大了车床能加工的螺纹导程数量。 在传动路线中，通过改变挂轮就可以实现米制螺纹与模数制螺纹的加工转换。由传动路 线可得加工米制螺纹的运动平衡式，化简后为： 螺纹倍基主轴 Puu =´´ 71 加工模数制螺纹的运动平衡式为： 12 25 36 36 25 36 25 97 100 100 64 33 33 58 581 ´´´´´´´´´´== 倍基 uumkPm p 其中， 48/7 36 25 97 100 100 64 p»´´ 。化简后为： 丝杠 模数制螺纹 米制螺纹 左螺纹 右螺纹 扩大螺距 正常螺距 主轴 倍基 ----------- þ ý ü î í ì -- -- - þ ý ü î í ì ---- - -- ï þ ï ý ü ï î ï í ì ----- þ ý ü î í ì ---- - 525 36 36 25 36 25 97/100100/64)( 75/100100/63)( — 33/2525/33)( —————33/33)( 58 26 44 44 50/50 20/80 20 80 26 58)( ———————58/58———————)( MⅩⅦuⅩⅣuⅩⅢⅫ Ⅹ Ⅸ ⅧⅢⅣⅤ 100 mkuu =´´ )4/(71 倍基主轴 式中：m——模数制螺纹的模数； k——模数制螺纹的头数。 b.车削英制螺纹 为实现英制螺纹的特殊因子和以每英寸长度上的螺纹牙数表示螺距的 要求，把米制螺纹加工的传动路线进行调整。首先，改变ⅩⅢ、ⅩⅣ轴的主从动关系，从而 使基本组的传动比变为原来的倒数；其次，在传动链中改变部分传动副的传动比，使之包含 特殊因子 25.4。其传动路线表达式如下： 同理，通过改变挂轮可以实现英制螺纹与径节制螺纹的转换。 加工英制螺纹时，其运动平衡式为： 12 25 361 75 100 100 63 33 33 58 5814.25 ´´´´´´´´== 倍 基 u ua kPa 式中， 21/4.25 25 36 75 100 100 63 »´´ 。上式可简化为： auku =´ )4/(71 倍基主轴 式中：a——螺纹每英寸长度上的牙数。 加工径节制螺纹时，同理可得运动平衡式为： DPuku =´ 倍基主轴 /71 式中：DP——径节制螺纹的导程主参数（径节数）。 在加工非标准螺纹和精密螺纹时，可将M3、M4、M5全部啮合，主轴的运动经过挂轮后， 由ⅩⅡ轴、ⅩⅣ轴、ⅩⅦ轴直接传给丝杠。被加工螺纹的导程通过调整挂轮的传动比来实现。 这时，传动路线缩短，传动误差减小，螺纹精度可以得到较大的提高。其运动平衡式为： Pu =´´ 121 挂主轴 在普通车削机动进给时，为避免丝杠过快磨损，刀具的进给动动通过光杠传动。其传动 路线表达式如下： 丝杠 径节制螺纹 英制螺纹 左螺纹 右螺纹 扩大螺距 正常螺距 主轴 倍 基 ----------- þ ý ü î í ì -- -- - þ ý ü î í ì ---- - -- ï þ ï ý ü ï î ï í ì ----- þ ý ü î í ì ---- - 53 25 361 97/100100/64)( 75/100100/63)( 33/2525/33)( —————33/33)( 58 26 44 44 50/50 20/80 20 80 26 58)( ———————58/58———————)( MⅩⅦuⅩⅤⅩⅢ u ⅩⅣMⅫ Ⅹ Ⅸ ⅧⅡⅥⅤ 101 ï ï î ï ï í ì ----- ïþ ï ý ü ïî ï í ì ¯-´ -­- -´-- ïþ ï ý ü ïî ï í ì ¯-´ -­- ----------- þ ý ü î í ì )()( 80 28 48/3030/40 48/40 )( 18 59 48 48 48/3030/40 48/40 29 4 56 32 32 36 56 28— 12 8 8 9 9 76 纵向进给刀架齿条 横向进给刀架 光杠 英制螺纹路线 米制螺纹路线 主轴 zⅩⅩⅢⅩⅫ M M ⅩⅩⅤ M M ⅩⅪⅩⅩMMⅩⅦ 5.2.3 数控车床 数控车床与普通车床相比，具有加工灵活、通用性强、自动化程度高、能适应产品品种 和规格频繁变化的特点，特别适合于加工形状复杂的轴类和盘类零件，在新产品的开发和多 品种、小批量、自动化生产中被广泛应用。 1.数控车床的分类 数控车床的种类很多，对它的分类有以下几种方法： （1）按数控系统的功能分类 分为主轴采用异步电动机驱动，进给采用步进电动机驱动， 开环控制的经济型数控车床；主轴采用能调速的交、直流主轴控制单元驱动，进给采用伺服 电动机驱动，半闭环或闭环控制的全功能数控车床；在全功能数控车床基础上配上刀库、自 动换刀装置以及动力刀具 (如铣刀和钻头)的车削中心。 （2）按主轴的配置形式分类 分为主轴水平布置的卧式数控车床和主轴垂直布置的立式 数控车床。 （3）按数控系统控制的轴数分类 分为只有一个回转刀架的可实现两坐标轴联动的两轴 控制的数控车床和有两个独立的回转刀架，可实现四轴联动的四轴控制的数控车床。 2.数控车床的组成 虽然数控车床种类较多，但一般均由机床本体、数控装置、伺服系统、位置检测装置以 及辅助装置等几部分组成。图 5-14 是 AD25 型数控车床外形图，是由河南安达机床有限公 司引进日本技术生产的全功能精密数控车床。它由床身底座、斜床身、主轴箱、后拖板、电 动刀架、液压尾座、控制系统等主要部分构成。它能完成普通卧式车床所能完成的各种加工 工艺。在数控系统的控制下，它可以不增加特殊的装置而通过数控编程完成各种复杂成形回 转曲面或非回转曲面的加工。适用于多品种轴类、盘套类以及异型复杂回转曲面的高效自动 化加工。该机床的主要技术性能如下: 最大车削直径： 360mm 最大车削长度： 53Omm 自动送料最大直径： 75mm 行程： x轴: 210mm 主轴转速： 35一 3500r 刀塔刀具数量： 10把 换刀时间： 1.0s 主轴电机： 18.5kW 3.主要机械结构 (1)主轴箱 由于传动系统的简化，该机床的主铀箱中只有一根轴，主轴箱结构得以大大 简化。为保证主轴的高速回转精度和足够的承载能力，主轴采用了高精密的角接触球轴承 双列圆柱滚子轴承组合构成主轴的支承。其中，前支承采用了一对背对背的角接触球轴承和 一个双列圆柱滚子轴承，用以承受双向的轴向力和径向力；后轴承采用了一个双列圆柱滚子 102 轴承，用以承受径向力。在主轴箱体内采用封闭式强制润滑系统，保证主轴的润滑。 (2)床身部件 AD25数控车床采用 45°倾斜式床身结构。与平形床身相比，这种结构便 于排屑和安装自动排屑器，便从工件上切下的热铁屑不致堆积在导轨上，可以减少机床热变 形；这种结构便于操作和安装机械手，实现单机自动化。另外，由于床身倾斜，占地面积减 小，结构简洁。床身上采用了两组平导轨，一组是后拖板的 z向运动导轨，另一组是尾座移 动导轨。 图 5-14 数控车床外形图 (3)电动刀架 数控车床的电动刀架是其主要部件之一，在刀架的转塔刀盘刀座上可安装 或夹持各种不同用途的刀具，通过转塔刀盘的旋转分度实现自动换刀的动作。其换刀动作包 括松开一分度一预定位一精定位一夹紧几个顺序步骤。 (4)后拖板 刀架安装在后拖板上，由后拖板带动作 z向和 x向进给运动，由于后拖板安 装在机床的斜后上方，在加工时，横向的切削抗力与刀架拖板的自身重力部分抵消，减小了 横向进给伺服电机的载荷，有利于保持机床的精度。 5.3 铣 床 5.3.1 铣床的工艺范围和特性 铣床是一种应用非常广泛的机床。在铣床可以加工平面（水平面、垂直面等）、曲面、台 阶、沟槽（键槽、燕尾槽、T形槽等）分齿零件（齿轮、花健轴等）及各种成形表面。此外， 还可用于对回转体表面及内孔进行加工，以及进行切断工作等。由于铣刀为多齿刀具，铣削 时有几个刀齿同时参加切削，还可以采用高速铣削，所以具有较高的生产率。 铣床工作时的主运动是铣刀的旋转运动。在多数铣床上，进给运动是由工件在垂直于铣 刀轴线方向的直线运动采实现的。在少数铣床上，进给运动是工件的回转运动或曲线运动。 为了适应加工不同形状和尺寸的工件，铣床保证工件与铣刀之间可在相互垂直的三个方向上 调整位置，并根据加工要求，在其中任一方向实现进给运动。在铣床上，工作进给和调整刀 具与工件相对位置的运动，根据机床类型不同，可由工件或分别由刀具及工件来实现。由于 铣床使用旋转的多刃刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削，因此生产率较高，且能改善 加工表面粗糙度。但是，由于铣刀每个刀齿的切削过程是断续的，同时每个刀齿的切削厚度 又是变化的，这就使切削力相应地发生变化，容易引起机床振动，因此，铣床在结构上要求 有较高的刚度和抗振性。 5.3.2 铣床的类型 铣床的类型很多，根据构造特点及用途分，主要类型有：升降台式铣床、工作台不升降 103 铣床、工具铣床、龙门铣床、仿形铣床、仪表铣床、专门化铣床(包括键槽铣床、凸轮铣床)、 数控铣床等。 1.升降台式铣床 升降台式铣床是铣床类机床中应用最广泛的一种类型。它在结构上的特征是，安装工件 的工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置，并可在其中任一方向上实现进给运动。加工 时安装铣刀的主轴仅作旋转运动，其轴线位置一般固定不动。升降台式铣床的工艺范围很广， 可用于加工中小型零件的平面、沟槽，配置相应的附件，可铣削螺旋槽、分齿零件以及钻、 镗孔、插削等工作。 根据主轴的布局，升降台式铣床可分为卧式及立式两种。 (1)卧式升降台铣床 卧式升降台铣床的主轴是水平安置的，主要用于单件及成批生产中加工平面、沟槽及成 形表面。 图 5-15 X6132卧式万能升降台铣床 1—底座 2—床身 3—悬梁 4—刀杆支架 5—主轴 6—工作台 7—床鞍 8—升降台 9—回转盘 X6132卧式万能升降台铣床的外形如图 5—15所示。床身 2固定在底座 l上，用于安装 和支撑机床的其他部件。床身内装有主轴部件、主运动变速传动机构和变速操纵机构等。床 身 2 的顶部的燕尾槽导轨上装有悬梁 3，可沿主轴轴线方向前后调整位置。在悬梁的下面装 有刀杆支架 4，用来支撑刀杆的悬臂端，以提高刀杆的刚度。升降台 8 安装在床身前面的垂 直导轨上，可以沿导轨上下移动（垂直移动）。升降台内装有进给机构及其操纵机构。升降台 的水平导轨上装有床鞍 7可沿平行于主轴 5的轴线方向移动(横向移动)。工作台 6安装在床 鞍 7的导轨上，可沿垂直于主轴轴线方向移动(纵向移动)。固定在安装在工作台上的工件， 通过工作台、床鞍及升降台，可以在相互垂直的三个方向实现任一方向的调整或进给运动。 X6132卧式万能升降台铣床的工作台 6和床鞍 7之间的回转盘 9，可绕垂直轴在±45º范 围内调整一定角度，改变工作台的移动方向，使工作台的运动轨迹与主轴成一定的夹角，从 而可加工斜槽、螺旋槽等。此外，万能升降台铣床还可选配立式铣头、圆工作台等附件，扩 大机床的加工范围。 (2)立式升降台铣床 这类铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴是垂直安置的，可用各 104 种端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶；若采用分度头或圆形工作台等附件，还可 铣削齿轮、凸轮及铰刀、钻头等螺旋面，立式升降台铣床很适合加工模具型腔和凸模成形表 面，故在模具加工中应用广泛。 图 5-16为立式升降台铣床中常见的一种。其工作台 3，床鞍 4及升降台 5的结构与卧式 升降台铣床相同。立铣头 1可根据加工要求在垂直平面内调整角度，主轴 2并可沿轴线方向 进行调整或作进给运动。 1—立铣头 2—主轴 3—工作台 4—床鞍 5—升降台 图 5-16 立式升降台铣床 综上所述，升降台式铣床的优点是工艺范围较广泛，工作时切削加工的高低位置不变， 利于操作者观察加工情况，且机床的操纵手柄较集中，便于调整及操纵。其缺点是工作台支 承在成悬臂状态的升降台上，且层次多，因而刚性较差，不适于进行重切削及加工大型工件。 图 5-17 龙门铣床 1—床身 2—卧铣头 3—立铣头 4—立柱 5—横梁 6—立铣头 7—操纵箱 8—卧铣头 9—工作台 3.龙门铣床 龙门铣床的外形结构如图 5-17所示。龙门铣床是一种大型的高效通用机床，主体结构呈 框架式，具有较高的刚度及抗振性。其横梁 5可以在立柱 4上升降，以适应加工不同高度的 工件。安装在横梁 5上的两个垂直铣削头(主轴箱)3和 6可在横梁上沿水平方向调整位置； 105 两个立柱上安装的两个卧铣头 2和 8则可沿垂直方向调整位置。每个铣头都是独立的运动部 件，铣刀旋转为主运动。9 为工作台，其上安装被加工的工件，铣削时沿床身 l 上的导轨做 直线进给运动。工作时，调整工作台侧面 T形槽内的撞块，可使工作台运动的实现自动循环。 4个铣削头都可沿各自的轴线走轴向移动，实现铣刀的吃刀运动。 龙门铣床主要用于各类大中型工件的平面、沟槽加工，借助于附件并可完成斜面、孔的 加工。由于在龙门铣床上可以用几个铣头同时加工工件的几个平面，所以，龙门铣床生产率 很高，在成批和大量生产中得到了广泛的应用。 5.4 钻 床 5.4.1 钻床的工艺范围与类型 主要用钻头在工件上加工孔的机床称为钻床，它是孔加工的主要机床。在车床上钻孔时， 工件旋转，刀具作进给运动。而在钻床上加工时，工件不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴 向移动作进给运动。故钻床主要用于加工外形较复杂、没有对称回转轴线的工件上的孔，尤 其是多孔加工。如加工箱体、机架等零件上的孔。 钻床一般用于加工尺寸较小，精度要求不太高的孔，如各种零件上的连接螺钉孔。此外， 还可进行扩孔、铰孔、锪孔、锪平面、钻埋头孔及攻螺纹等工作。如图 5-18所示。 (a)钻孔 (b)扩孔 (c)铰孔 (d)攻螺纹 (e)锪埋头孔 (f)锪平面 图 5-18 在钻床上能完成的工作 钻床的主参数是最大钻孔直径。根据用途和结构的不同，钻床可分为：立式钻床、台式 钻床、摇臂钻床、专门化钻床(如深孔钻床、中心钻床等深孔钻床以及中心孔钻床等。 在上述钻床中，应用最广泛的是立式钻床、摇臂钻床和立式数控钻床 5.4.2 常用钻床 1.立式钻床 立式钻床的主轴呈垂直布置且位置固定不动，被加工孔位置的找正，必须通过移动工件 来实现。根据主轴数，可分为单轴和多轴立式钻床。 106 图 5-19 立式钻床 图 5-20摇臂钻床 1—工作台 2—主轴 l—底座 2—立柱 3—摇臂 3—主轴箱 4—立柱 5—进给操纵手柄 4—主轴箱 5—主轴 6—工作台 图 5-19为立式钻床的外形。机床由主轴箱 3、立柱 4、工作台 1和底座等部件组成。立 柱 4是机床的基础件，上有垂直导轨。主轴箱 3和工作台 1可沿立柱的垂直导轨上下移动调 整它们的位置，以适应不同高度工件加工的需要。由于立式钻床主轴转速和进给量的级数比 较少，而且功能简单，所以把主运动和进给运动的变速操纵机构都装在主轴箱 3中。钻削时， 电动机通过变速箱带动主轴 2旋转，主轴旋转实现主运动，同时沿轴向移动实现进给运动。 利用装在主轴箱 3上的进给操纵机构，可实现主轴的快速升降、手动进给，以及接通和断开 机动进给。 立式钻床工作时，每加工完一个孔，需要移动工件才能使刀具旋转轴线对准下一个被加 工孔的中心线，因此，仅适用于单件小批量生产中加工中小型工件。 如果在工件上需钻削一个平行孔系，而且生产批量较大，则可考虑使用可调多轴立式钻 床。加工时，主轴使全部钻头一起转动，并同时进给。一次进给即将孔系加工出来，具有很 高的生产率。 2.摇臂钻床 对于体积和质量都比较大的工件在立式钻床上找正孔的位置很不方便，不仅费时多，劳 动强度大，且不易保证加工精度。因此，大中型工件上的孔需采用摇臂钻床来加工。摇臂钻 床与立式钻床的区别是，其工件固定不动，主轴可以很方便地在水平面上调整位置，使刀具 对准被加工孔冲心，而工件则固定不动。 图 5-20为摇臂钻床的外形。机床由底座 1、立柱 2、摇臂 3、主轴箱 4等部件组成。主 轴箱 4装在摇臂 3上，并可沿摇臂 3上的导轨水平移动。摇臂 3既可沿立柱 2作垂直升降运 动，又可绕立柱 2转动，这样能适应不同高度和不同位置的工件加工。为使钻削时机床有足 够的刚性，并使主轴箱 4的位置不变，当主轴箱 4在空间的位置完全调整好后，机床上设有 对产生上述相对移动和相对转动的立柱、摇臂和主轴箱相应的夹紧机构快速夹紧。摇臂钻床 的结构完善，操纵方便，主轴转速范围和进给量范围大，广泛用于单件、成批生产中。 107 3.立式数控钻床 数控