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1、第七节 其他各种机床简介l本章重点机床的结构特点机床的工艺范围本章重点2!加工内孔的机床钻 床概述概述l钻床是加工内孔的机床l主要用于加工外形复杂、没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。l加工特点直径不大、精度要求较低的孔。l加工方法用钻头在实心材料上钻孔，及扩孔、铰孔、攻螺纹、或锪平面等加工。4钻床加工方法钻床加工方法5主运动及进给运动主运动及进给运动l主运动刀具旋转作为主运动l进给运动刀具沿轴向移动作为进给运动6主要类型主要类型l台式钻床l立式钻床l摇臂钻床l深孔钻床7立式钻床一、立式钻床l特点主轴轴线垂直布置，且位置固定加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔
2、的中心线重合，必须移动工件（相当于调整坐标位置）l适于加工中小型工件上的孔。8立式钻床立式钻床的传动原理l主运动单速电动机经齿轮分级变速机构传动；主轴旋转方向的变换，靠电动机正反转实现l进给运动主轴随同主轴套筒在主轴箱中作直线移动。进给量用主轴每转一转时，主轴的轴向移动量来表示9摇臂钻床二、摇臂钻床10摇臂钻床摇臂钻床的传动原理与立式钻床相同l组成底座、立柱、摇臂、主轴箱、主轴、工作台l主轴支承在主轴套筒上、下端的滚动轴承上，在套筒内作旋转主运动。l套筒外圆的一侧铣有齿条，由齿轮传动，连同主轴一起作轴向进给运动。11摇臂钻床l摇臂钻床与立钻区别主轴可以很方便地在水平面上调整位置，使刀具对准被加
3、工孔的中心，而工件则固定不动。l摇臂钻床的运动工作运动主轴的旋转运动主轴的轴向进给运动辅助运动主轴箱沿摇臂的水平移动摇臂的升降运动摇臂的回转运动12摇臂钻床传动系统图13台钻三、台钻直径一般在16mm以下自动化程度低，手动进给结构简单，使用方便，小巧灵活应用小型零件小孔加工14台式钻钻床15镗 床!镗床类机床的主要工作是用镗刀进行镗孔，所以叫镗床。镗床l镗床镗床类机床的主要工作是用镗刀进行镗孔，所以叫镗床。17镗床l通常加工尺寸较大且精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上,孔距和位置精度（平行度、垂直度和同轴度等）要求很严格的孔系如箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔系加工l加工方法镗刀镗削工件
4、上铸出或已粗钻出的孔18镗床l机床加工时的运动与钻床类似l进给运动根据机床类型和加工条件不同，由刀具完成，或者由工件完成；l功用除镗孔外，大部分镗床还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔等工作。l镗床的主要类型卧式镗床坐标镗床金刚镗床等19卧式镗床1组成部件及运动后支承架1、后立柱2、工作台3、镗轴4、平旋盘5、径向刀具溜板6、前立柱7、主轴箱8、后部后尾筒9、床身10、下滑座11、上滑座12卧式镗床20卧式镗床的主要加工方法卧式镗床的主要加工方法21卧式铣镗床运动卧式铣镗床运动l主运动镗轴的旋转运动平旋盘的旋转运动l进给运动镗轴的轴向运动平旋盘刀具溜板的径向进给运动主轴箱的垂直进给运动工作台的纵向
5、和横向进给运动22辅助运动l辅助运动工作台的转位后立柱纵向调位后支承架的垂直方向调位主轴箱沿垂直方向的快速调位运动工作台沿纵、横方向的快速调位运动23!铣床是用铣刀进行加工的机床铣 床铣床l铣床铣床是用铣刀进行加工的机床25工艺范围工艺范围铣平面（水平面、垂直面等）铣沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）铣多齿零件上齿槽（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）铣螺旋形表面（螺纹和螺旋槽）铣各种曲面铣回转体表面及内孔切断等26工艺范围27铣床的主运动及进给运动铣床的主运动及进给运动l主运动铣刀旋转l进给运动工件或铣刀的移动28铣床的特点铣床的特点l生产率高于刨床铣刀是多刃刀具，在同一时刻有若干刀齿进入切削部位；且
6、每一刀齿的大部分时间都在冷却；铣削时没有回程时间损失。l容易引起机床振动每个刀齿的切削过程是断续的，且每个刀齿的切削厚度变化，切削力相应发生变化。l对铣床的结构要求在结构上要求有较高的刚度和抗振性。29铣床的类型铣床的类型l卧式升降台铣床l立式升降台铣床l龙门铣床l工具铣床l仿形铣床l圆台铣床l各种专门化铣床等30卧式升降台铣床卧式升降台铣床31卧式升降台铣床32卧式升降台铣床33万能升降台铣床34万能升降台铣床35立式升降台铣床立式升降台铣床36立式升降台铣床37龙门铣床38圆台铣床39万能工具铣床40组合机床!组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组
7、成的半自动或自动专用机床。组合机床l组合机床组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。42组合机床43组合机床l组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒角、锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也
8、在不断扩大，出了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光，甚至还可进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。44组合机床l组合机床特点：1）由于组合机床用多刀加工，且自动化程度高，因此比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。2）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，有专门厂家生产制造，因此结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。3）在组合机床加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置，加工质量靠工艺装备保证，对工人的技术水平要求不高。4）当被加工产品更新调整时，专用组合机床可以调整部分部件达到生产要求，不必另行设计制
9、造。5）组合机床的的通用部件绝大多数已颁布国家标准，各通用部件间有配套关系，用户可根据被加工零件的尺寸、形状和技术要求等选用通用部件，组成不同形式的组合铣床以满足生产要求。6）组合机床上通用部件和标准部件所占比重大，设计制造周期短，投资少，经济效益高。45数字控制机床!是一种用数字化的代码作为指令，由数字控制系统进行处理而实现自动控制的机床数字控制机床l数字控制机床（简称数控机床）是一种用数字化的代码作为指令，由数字控制系统进行处理而实现自动控制的机床。它是综合应用计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等领域的先进技术成就而发展起来的一种新型自动化机床。它的出现和发展，有效地解决了多品种、小
10、批量生产精密、复杂零件的自动化问题。47数字控制机床一、数控机床的特点及应用范围1.数控机床的特点（1）加工精度高。因为数控机床是按照预定的加工程序自动进行加工的，加工过程消除了操作者的人为误差，所以同批零件加工尺寸的一致性好，而且加工误差还可以利用软件来进行校正及补偿，因此可以获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。（2）对加工对象的适应性强。由于数控机床是按照记录在信息载体上的指令信息自动进行加工的，当加工对象改变时，除了重新调整工件的装夹和更换刀具外，只需换上另一张载有加工程序的磁盘（或其他信息载体），或手动输入加工程序，便可加工出新的零件，而无需对机床作任何其他调整或制造专用夹具
11、。所以数控加工方法为新产品的试制及单件、小批生产的自动化提供了极大的方便，或者说数控机床具有很好的“柔性”。48数字控制机床（3）加工形状复杂的工件比较方便。由于数控机床能自动控制多个坐标联动，因此可以加工一般通用机床很难甚至不能加工的复杂曲面。对于用数学方程式或型值点表示的曲面，加工尤为方便。（4）加工生产率高。在数控机床上加工，对工夹具要求低，只需通用的夹具，又免去划线等工作，所以加工准备时间大大缩短；数控机床有较高的重复精度，可以省去加工过程中对零件的多次测量和检验时间；对箱体类零件采用加工中心（可以自动换刀的数控机床）进行加工，可以实现一次装夹，多面加工，生产效率的提高更为明显。（5）
12、易于建立计算机通信网络。由于数控机床是用数字信息的标准代码输入，有利于与数字计算机联接，形成计算机辅助设计与制造紧密结合的一体化系统，同时也为实现制造系统的快速重组及远程制造等先进制造模式创造了条件。（6）使用、维修技术要求高，机床价格较昂贵。49数字控制机床2.数控机床的适用范围根据以上特点，数控机床最适合在单件、小批生产条件下，加工具有下列特点的零件：用普通机床难以加工的形状复杂的曲线、曲面零件；结构复杂、要求多部位、多工序加工的零件；价格昂贵、不允许报废的零件；要求精密复制或准备多次改变设计的零件。50数字控制机床51数字控制机床二、数控机床的组成与工作原理l数控机床通常由四个基本部分组
13、成输入介质数控装置伺服系统机床本体52数字控制机床l数控机床的工作过程大致如下：机床加工过程中所需的全部指令信息，都用数字化的代码来表示，由编程人员编制成规定的加工程序，通过输入介质送入数控装置。全部指令信息包括加工过程所需的各种操作（如主轴变速、主轴启动和停止、工件夹紧与松开、选择刀具与换刀、刀架或工作台转位、进刀与退刀、冷却液开关等），机床各部件的动作顺序以及刀具与工件之间的相对位移量等。数控装置根据这些指令信息进行运算与处理，不断地发出各种指令，控制机床的伺服系统和其他执行元件（如电磁铁、液压缸等）动作，自动地完成预定的工作循环，加工出所需的工件。53数字控制机床1.输入介质数控机床工作
14、时，不需要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，因此人和数控机床之间必须建立某种联系，这种联系的媒介物称之为输入介质或信息载体、控制介质。输入介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息和刀具相对工件的移动信息。输入介质按数控装置的类型而异，可以是磁盘、磁带，也可以是穿孔纸带或其他信息载体。以数字化代码的形式存储在输入介质上的零件加工工艺过程，通过信息输入装置（如磁盘驱动器、键盘、磁带阅读机或光电阅读机等）输送到数控装置中。54数字控制机床2.数控装置数控装置是数控机床的运算和控制系统，一般由输入接口、存储器、控制器、运算器和输出接口等组成，如图所示。55数字控制机床l数控装置工作过程输入接口接受
15、输入介质或操作面板上的信息，并对信息代码进行识别，经译码后送入相应的存储器，作为控制和运算的原始依据。控制器根据输入的指令控制运算器和输出接口，使机床按规定的要求协调地进行工作。运算器接受控制器的指令，及时地对输入数据进行运算，并按照控制器的控制信号不断地向输出接口输出脉冲信号。输出接口则根据控制器的指令，接受运算器的输出脉冲，经过功率放大，驱动伺服系统，使机床按规定要求运动。56数字控制机床数控装置中的译码、处理、计算和控制的步骤都是预先安排好的。这种安排可以用专用计算机的硬件结构来实现（称为硬件数控或简称NC：Numerical Control），也可以用通用微型计算机的系统控制程序来实现
16、（称为软件控制或简称CNC：Computer Numerical Control）。用微型计算机构成的数控装置，其CPU实现控制和运算；内部存储器中的只读存储器（ROM）存放系统控制程序，读写存储器（RAM）存放零件的加工程序和系统运行时的中间结果；I/O接口实现输入/输出功能。数控机床的功能强弱主要由数控装置来决定，所以它是数控机床的核心部分。57数字控制机床3.伺服系统伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，以加工出符合图纸要求的零件。伺服系统由伺服驱动装置和进给传动装置两部分组成。对于闭环控制系统，则还包
17、括工作台等机床运动部件的位移检测装置。数控装置每发出一个脉冲，伺服系统驱动机床运动部件沿某一坐标轴进给一步，产生一定的位移量。这个位移量称为脉冲当量。常用的脉冲当量为每脉冲0.010.001mm，显然，数控装置发出的脉冲数量决定了机床移动部件的位移量，而单位时间内发出的脉冲数（即脉冲频率）则决定了部件的移动速度。58数字控制机床4.机床它是在普通机床的基础上发展起来的，但也作了许多改进和提高，如采用轻巧的滚珠丝杠进行传动，采用滚动导轨或贴塑导轨消除爬行，采用带有刀库及机械手的自动换刀装置来实现回自动快速换刀，以及采用高性能的主轴系统，并努力提高机械结构的动刚度和阻尼精度等。59数字控制机床三、
18、数控机床的分类1.按工艺用途分类（1）一般数控机床这类机床与传统的通用机床类型一样，有数控车、铣、钻、镗、磨和齿轮加工机床等。其加工方法、工艺范围也与传统的同类型通用机床相似，所不同的是，除装卸工件外，这类机床的加工过程是完全自动的，并且还可以加工形状复杂的表面。（2）可自动换刀的数控机床（又称加工中心）这类机床通常又称加工中心，与一般数控机床相比，其主要特点是带有一个容量较大的刀库（可容纳的刀具数量一般为10120把）和自动换刀装置，使工件能在一次装夹中完成大部分甚至全部加工工序。典型的加工中心有锤镗铣加工中心和车削加工中心。镗铣加工中心加工对象主要为形状复杂、需进行多面多工序（如铣、钻、镗
19、、铰和攻丝等）加工的箱体零件。60数字控制机床61数字控制机床2.按控制运动的方式分类 点位控制数控机床点位直线控制数控机床轮廓控制数控机床（1）点位控制数控机床这类机床只对点的位置进行控制，即机床的数控装置只控制刀具或机床工作台，从一点准确地移动到另一点，而点与点之间的运动轨迹不需要严格控制。为了减少移动部件的运动与定位时间，并保证良好的定位精度，一般应先以快速移动至终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置。移动过程中刀具不进行切削。采用点位控制的数控机床有数控钻床、数控镗床及数控车床等。62数字控制机床（2）点位直线控制数控机床这类机床不仅控制刀具或工作台从一点准确地移动到另一点，而
20、且还要保证两点之间的运动轨迹为一条直线。由于刀具相对于工件移动时要进行切削，因此移动速度也需控制。生产中，简易数控车床、数控磨床及数控铣床一般均为点位直线控制数控机床。（3）轮廓控制数控机床这类机床的特点是能对两个或两个以上的坐标轴进行严格的连续控制，它不仅要控制移动部件的起点和终点位置，而且还要控制整个加工过程中每一点的位置和速度，以将零件加工成一定的轮廓形状。功能比较齐全的数控铣床、数控车床和加工中心都属于轮廓控制数控机床。63数字控制机床3.按伺服系统类型分类（1）开环控制数控机床这类机床采用开环伺服系统，一般由步进电机、配速齿轮和丝杠螺母副等组成。步进电机每接收一个电脉冲信号，它就转过
21、一定角度，这个角度称为步距角。步进电机的步距角通常为0.75或1.5。为了得到要求的脉冲当量，在步进电机与传动丝杠之间设有配速齿轮。由于伺服系统没有检测反馈装置，不能对运动部件的实际位移量进行检测，也不能进行误差校正，故其位移精度主要决定于步进电机的步距角精度、配速齿轮和丝杠螺母副的制造精度与间隙，因而机床加工精度的提高受到限制。但开环伺服系统结构简单、调试维修方便、价格低廉，故适用于中、小型经济型数控机床。64数字控制机床（2）闭环控制数控机床这类机床采用闭环伺服系统，通常由直流伺服电机（或交流伺服电机）、配速齿轮、丝杠螺母副和位移检测装置组成。安装在机床工作台上的直线位移检测装置将检测到的
22、工作台实际位移值反馈到数控装置中，与指令要求的位置进行比较，用差值进行控制，直至差值为零。因此从理论上讲，这类机床运动部件的位移精度主要决定于检测装置的检测精度，而与机床传动链的精度无关。闭环伺服系统可保证机床达到很高的位移精度，但由于系统比较复杂，调整、维修比较困难，故一般应用在高精度的数控机床上。65数字控制机床（3）半闭环控制数控机床这类机床的伺服系统也属于闭环控制的范畴，只是位移检测装置不是装在机床的工作台上，而是装在传动丝杠或伺服电机轴上。由于丝杠螺母等传动机构不在控制环内，它们的误差不能进行校正，因此这种机床的精度不及闭环控制数控机床，但位移检测装置结构简单，系统的稳定性较好，调试较容易，因此应用比较广泛。66数字控制机床67