机床的分类及其特点

铸铁的分类及其性能特点

一、铸铁的分类

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业用铸铁是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有锰、磷、硫等杂质的多元合金。普通铸铁的成分大致为2.0~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn\0.1~1.2%P、0.08~0.15%S。有时为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，还加入Cr、Mo、V、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素含量，这种铸铁称作合金铸铁。

碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中。根据碳的存在形式不同，可将铸铁区分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。

1.白口铸铁 碳全部以渗碳体形式存在的铸铁称白口铸铁，断口呈银白色。这种铸铁组织中含有大量渗碳体和莱氏体共晶，因而其性能既硬又脆，所以不宜用作结构材料，一般都用作炼钢原料。

2.灰口铸铁 碳全部或大部分以石墨形式存在的铸铁，称作灰口铸铁，其断口呈灰暗色。生产中多用来铸造各种机械零件。

按石墨的形态不同，灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁。

（1） 普通灰口铸铁 其中碳大部分或全部以片状形式的石墨存在于铸铁中它也常简称为灰铸铁。一般情况下，其石墨片都比较粗大。但若在铁水浇注前，向铁水中加入一些能起形核作用的所谓孕育剂（通常是加入硅铁），将增加并加快石墨的形核，从而使石墨细化并且分布均匀。这种处理称作孕育处理，经过这种处理的灰口铸铁即称孕育铸铁。

（2） 可锻铸铁 它是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火后形成。其中的碳全部或大部以团絮状石墨形式存在于铸铁中。它又称韧性铸铁或马铁。可锻铸铁实际上并不可锻，只不过具有一定塑而已。

（3） 球墨铸铁 简称球铁，其中的碳全部或大部分以球状石墨形式存在于铸铁中。它是灰口铸铁中机械性能最好的一种。

二、灰口铸铁的组织及性能特点

1.铸铁的石墨化过程 在铸铁的冷凝过程中，原则上碳既可以渗碳体的形式析出，形成白口铸铁；也可以石墨的形式析出，形成灰口铸铁。析出石墨碳的过程，即称为石墨化。

随着电子技术、计算机技术及自动化、精密仪器与测量等技术的发展与综合应用，产生了机电一体化的新型机床——数控机床。

数控机床是一种利用信息处理技术进行自动加工控制的机电一体化加工装备。不同数控机床的用途有所不同，其中数控车床是国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。数控车床主要用来对旋转体零件进行车削、镗削、钻削、铰削、攻丝等工序的加工，一般采用计算机程序对各类控制信息进行处理，如可自动完成内外圆柱面、圆锥面、球面、螺纹、槽及端面等工序的切削加工，还可处理逻辑电路难以处理的各种复杂信息。本章介绍数控车床及车削中心的组成、分类、特点以及插补原理，以增强读者对数控机床的认识，同时为后续的数控编程奠定基础。

本章要点

 数控车床的组成及分类

 数控车床的加工范围及特点

 数控机床的分类

 数控机床的插补原理

1.1 数控车床的组成及分类

1.1.1 组成及分类概述

数控车床主要由计算机数控系统和数控车床本体组成，其中，计算机数控系统主要由输入装置、数控装置、伺服系统和位置检测反馈装置组成。数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。

1.1.2 相关知识

1.1.2.1 数控车床组成

现代数控车床的数控系统都采用模块化结构，伺服系统中的伺服单元和驱动装置为数SIEMENS数控车床编程与实训

2 控系统的一个子系统，输入/输出装置也为数控系统的一个功能模块，所以数控车床主要由计算机数控系统和数控车床本体组成，如图1-1所示。

输入/

输出

装置 车床本体

位置检测反馈装置

图1-1 数控车床的组成

1．输入装置

数控车床是按照编程人员编制的程序运行的。通常编程人员将程序以一定的格式或代码存储在一种载体上，如穿孔带或磁盘等，通过数控车床的输入装置输入到数控装置中。此外，还可以使用数控系统中的RS232接口或DNC接口与计算机进行信号的高速传输。

第1章 绪 论

教学提示：数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床，

它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。计算机、微电子、信息、自动控

制、精密检测及机械制造技术的高速发展，加速了数控机床的发展。目前数控机床正朝着

高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展，同时其应用范围也越

来越广泛。

教学要求：本章主要讲述数控机床的基本概念和特点、主要技术参数、分类以及技术

与发展水平等。本章内容是数控机床的基本知识和内容，要求学生理解并掌握数控机床的

基本概念、组成与特点以及分类，了解其发展趋势和在先进制造技术中的作用。

1.1 概 述

1.1.1 数控机床的定义

数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对

一台或多台机械设备进行控制的一门技术。

数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形

状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给

数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的

刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件。

实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。所以说数控机床是最典型的

机电一体化产品。

1.1.2 数控机床的组成及特点

1. 数控机床的组成 数控机床主要由程序介质、数控装置、伺服系统、机床主体四部分组成，如图1.1所示。

图1.1 数控机床的组成

·2· 其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过程、工艺参

数、位移数据、切削速度等。常用的程序介质有磁带、磁盘等。也有一些数控机床采用操

作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输

入到数控系统。在计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)集成系统中，加工程序可

不需要任何载体而直接输入到数控系统。

1 机床精度

机床的技术经济指标用来制造机器零件的设备通称为金属切削机床，简称机床。机床本身质量的优劣，直接影响所造机器的质量。衡量一台机床的质量是多方面的，但主要是要求工艺性好，系列化、通用化、标准化程度高，结构简单，重量轻，工作可靠，生产率高等。

具体指标如下：1. 工艺的可能性工艺的可能性是指机床适应不同生产要求的能力。通用机床可以完成一定尺寸范围内各种零件多工序加工，工艺的可能性较宽，因而结构相对复杂，适应于单件小批生产。专用机床只能完成一个或几个零件的特定工序，其工艺的可能性较窄，适用于大批量生产，可以提高生产率，保证加工质量，简化机床结构，降低机床成本。

2. 加工精度和表面粗糙度要保证被加工零件的精度和表面粗糙度，机床本身必须具备一定的几何精度、运动精度、传动精度和动态精度。

（1）几何精度、运动精度、传动精度属于静态精度几何精度是指机床在不运转时部件间相互位置精度和主要零件的形状精度、位置精度。机床的几何精度对加工精度有重要的影响，因此是评定机床精度的主要指标。运动精度是指机床在以工作速度运转时主要零部件的几何位置精度，几何位置的变化量越大，运动精度越低。传动精度是指机床传动链各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。

（2）以上三种精度指标都是在空载条件下检测的，为全面反映机床的性能，必须要求机床有一定的动态精度和温升作用下主要零部件的形状、位置精度。影响动态精度的主要因素有机床的刚度、抗振性和热变形等。机床的刚度指机床在外力作用下抵抗变形的能力，机床的刚度越大，动态精度越高。机床的刚度包括机床构件本身的刚度和构件之间的接触刚度。机床构件本身的刚度主要取决于构件本身的材料性质、截面形状、大小等。构件之间的接触刚度不仅与接触材料、接触面的几何尺寸和硬度有关，而且还与接触面的表面粗糙度、几何精度、加工方法、接触面介质、预压力等因素有关。 机床上出现的振动，可分为受迫振动和自激增动。自激振动是在不受任何外力、激振力干扰的情况下，由切削过程内部产生的持续振动。在激振力的持续作用下，系统被迫引起的振动为受迫振动。机床的抗震性和机床的刚度、阻尼特性、固有频率有关。由于机床的各个零部件热膨胀系数不同，因而造成了机床各部分不同的变形和相对位移，这种现象叫机床的热变形。由于热变形而产生的误差最大可占全部误差的70%。对于机床的动态精度，目前尚无统一标准，主要通过切削加工典型零件所达到的精度间接的对机床动态精度作出综合的评价。