《机械制造工艺与装备》第2章.ppt

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1、,第一节 机械制造中的切削加工方法,一、车削,主运动：工件旋转进给运动：刀具直线移动,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=1.66.3um,在整个运动系统中 速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。,速度低、消耗的功率小。有一个或多个。,普通车床 适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。,转塔式六角车床 适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件。,立式车床 适于直径较大、长度较短的重型零件。（L/D=0.30.8）,数控车床 适于多品种、小批量生产复杂形状的零件。,工件装夹的方法,1.卡盘装夹,适用于L/D 4的工件。,2.顶尖装夹,适用于L/D=410的

2、工件。,3.心轴装夹,适用于盘、套类零件的精加工。,4.其它附件,跟刀架、中心架、花盘等。,车外圆面,粗车：,精车：,车内圆面（车床上镗孔）,车端面、切槽、切断,实体零件：,钻孔,车（镗）,扩、铰,已铸出、锻出孔：,镗孔,车锥面,1)转动小刀架法:可加工内外圆锥面,2)成形刀法:加工锥面较短,3)偏移尾架法:较长外锥面,4)靠模尺法,车成形面,车螺纹,滚花,车削的工艺特点,1.易于保证各表面的位置精度。,2.加工过程平稳。,3.适合有色零件的精加工。,4.刀具简单。,二、铣削,主运动:刀具旋转运动。铣削是平面加工的主要方法之一。,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=6.31.6um,铣床

3、,龙门铣床,升降台式铣床,立式铣床,卧式铣床,铣削加工设备,铣削方式,周铣,端铣,用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面。,用端铣刀端面刀齿加工平面。,顺铣：在切削点铣刀的切削速度方向与工件的进给方向相同。,逆铣：在切削点铣刀的切削速度方向与工件的进给方向相反。,周铣,顺铣,逆铣,刀具寿命长,工件表面质量高,有利于工件的夹紧,工件表面质量低,刀具磨损严重,不利于工件的夹紧,进给速度均匀,进给速度不均匀（消隙）,端铣,对称铣：铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线重合。,不对称铣：铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线不重合。,铣床上加工的各种表面,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=6.31.6um,三、

4、刨削,刨削是平面加工的主要方法之一。,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=6.31.6um,刨床,牛头刨床：适于加工中、小型零件。,龙门刨床：适于加工大型零件。,刨削的工艺特点,1)生产率较低、单件小批生产；,2)通用性好。,主要用于加工平面，也广泛用于加工各种沟槽、成形面等。,四、钻削,钻削加工 用钻头在实体零件上加工孔的方法。,加工精度：IT13IT11，表面粗糙度：Ra=2512.5um,刀具 钻头；,设备 钻床（车床、镗床、铣床）,钻床,台式钻床,立式钻床,摇臂钻床,台式钻床：（D12 mm）,立式钻床：,摇臂钻床：,钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔、油孔、内螺纹底孔等。,单件、小批

5、生产中、小型工件上的小孔（D13mm），常用台式钻床加工。,中、小型工件上较大的孔（D50mm），常用立式钻床加工。,大型工件上的孔，则采用摇臂钻床加工。,回转体工件上的孔，多在车床上加工。,扩孔和铰孔,1）扩孔,2）铰孔,用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工。,加工精度：IT10IT9，表面粗糙度：Ra=3.21.6um,用绞刀对工件上已有的孔进行精加工。,加工精度：IT9IT7，表面粗糙度：Ra=1.60.4um,钻扩铰 是非常典型的工艺。,钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，不易保证位置精度？,由于铰削余量较小，而铰刀在装夹后的刚性又差，加之铰刀又用切削刃的导向部分以铰削前的孔加工表面导向定

6、位，均匀地切去余量，因此铰孔不能提高孔的位置精度。,五、镗削,用镗刀对已有的孔进行再加工。,一般镗孔加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=1.60.8um,精细镗加工精度：IT7IT6，表面粗糙度：Ra=0.80.2um,回转体零件上的孔在车床上加工；,箱体类零件上的孔或孔系在镗床上加工。,在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、沟槽、钻、扩铰孔等。,图2-8 在镗床和车床上镗孔,卧式镗床,坐标镗床,镗刀的结构简单，调整方便。单刃镗刀 多刃镗刀,通用性大。经济精度：IT9IT7，Ra6.30.8精细镗(有色金属)：IT7IT6，Ra0.80.4,可保证孔的尺寸及位置精度。,生产率低。,图

7、2-9 镗床加工方法,a）镗孔 b）镗大孔 c）车螺纹 d）铣形面,e）车端面 f）钻孔 g）铣平面 h）车螺纹,金刚镗（有色金属）,浮动镗,精镗,浮动镗刀块属定尺寸刀具，它安装在镗刀杆的方槽中，沿镗刀杆径向可以自由滑动，其加工精度和表面粗糙度都比较好，但不能提高位置精度。,六、齿面加工,齿面切削加工方法分两大类：成形法（又称仿形法）展成法（又称范成法）,滚齿 插齿,成型法加工齿轮,七、复杂曲面加工,八、磨削,用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程。是零件精加工的主要方法之一。,加工精度：IT6IT4，表面粗糙度：Ra=1.250.01um,磨削过程,指砂轮表面的磨粒从工件表面切除细微金属层的过程。

8、,主运动：砂轮的旋转。,径向进给运动：指砂轮径向切入工件的运动。,轴向进给运动：工件相对于砂轮的轴向运动。,工件运动：工件的旋转或直线移动。,凸起、锋利的磨粒：起切削作用。切削厚度较大。,凸起较小、较钝的磨粒：起刻滑、挤压作用。,凹下、更钝的磨粒：起滑擦作用。,磨削 切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。,可加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也能加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等难切削材料，但不适宜塑性较大的有色金属。,外圆磨床：,床身,头架,磨头,砂轮架,尾座,工作台,横向导轨,滑鞍,手轮,外圆磨削方法：,纵磨法,横磨法(切入磨法),综合磨法(先横后纵),深磨法,外圆磨削方法：,纵磨法

9、,横磨法(切入磨法),综合磨法(先横后纵),深磨法,外圆磨削方法：,纵磨法,横磨法(切入磨法),综合磨法(先横后纵),深磨法,内圆磨床:,床身,头架,砂轮修整器,砂轮,砂轮架,工作台,横向手轮,纵向手轮,内圆磨削方法,平面磨床:,卧轴矩台式立轴矩台式卧轴圆台式立轴圆台式,平面磨削方法:,自定位方式加工，适用于细长光轴，可得到较高质量的尺寸精度和几何形状精度，但不能保证位置精度。,无心磨床：,砂轮高速旋转进行磨削,导轮以较慢速度同向旋转，带动工件旋转作圆周进给。贯穿磨削时，通过调整导轮轴线的微小倾斜角来实现轴向进给，适于磨削细长圆柱形工件、无中心孔的短轴和套类工件等。,内圆磨与外圆磨相比较：,表

10、面粗糙度大；,生产率低。,内圆磨与铰孔和拉孔相比较：,可以加工淬硬工件的孔；,不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔的位置精度和形状精度。,生产率低比铰孔低，比拉孔更低。,磨孔一般仅用于淬硬工件孔的精加工。,拉削（补充）,加工精度：IT8IT7，表面粗糙度：Ra=0.40.8um,用拉刀在拉床加工工件的工艺方法。,拉削（补充）,拉削的特点：,生产率高；,加工范围广；,加工精度高，表面粗糙度低；,九、研 磨,加工精度：IT5IT3，表面粗糙度：Ra=0.10.008um,图2-15 研磨外圆的方法,研磨是利用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精密加工方法。,研磨时，工件作

11、回转运动，研具作轴向往复运动。,氧化铝、碳化硅、金刚石、碳化硼以及氧化铁、氧化铬微粉,铸铁、铜、铝或硬木,珩磨精度可达到IT6IT4，表面粗糙度可以达到 Ra0.80.005m,十、珩磨,利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时做相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的一种精密加工方法。,十一、抛光 抛光是利用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削(余量很小)，从而降低工件表面粗糙度的一种精密加工方法。(不能提高尺寸和位置精度),十二、超精加工是指工件作回转运动，用细磨粒油石作高频短幅振动和送进运动，以很小的压力对工件表面进行加工的一种加工方法。,改变形状和位置精度的

12、能力较弱,0.02m以下,第二节 金属切削机床基础,一、概述,1机床的基本组成,动力源（电机。传动系统（变速箱、进给箱。支承部件（床身。运动执行机构（主轴、工作台。控制系统冷却系统润滑系统其它装置（排屑、自动测量。,动力源、传动系统支承部件、执行部件控制系统、冷却系统润滑系统、其它装置,2机床的运动,机床的切削加工是由刀具或砂轮等与工件之间的相对运动来实现的。,机床的运动,表面成形运动,辅助运动,主运动,进给运动,空行程运动,切入运动,其它辅助运动,3机床技术性能指标,1）机床的工艺范围,工艺范围是指：在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。通用机床-工艺范围宽 专

13、用机床-加工范围很窄。数控机床既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，也有较高的生产率，并可实现自动化加工。,2）机床的技术参数,尺寸参数 反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它参数。运动参数 指机床执行件运动的速度，例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量（或进给速度）。动力参数 指机床电机功率，有些机床给出主轴允许承受的最大转矩等。,常用机床的主参数和第2主参数,4机床精度与刚度,机床精度：加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度。,机床精度包括：几何精度运动精度传动精度定位

14、精度工作精度精度保持性,几何精度是指机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对的精确程度。如导轨的直线度，主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的基本指标。它主要决定于结构设计、制造和装配。,是指机床空载、以工作速度运行时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。它与结构设计及制造等因素有关。,运动精度,传动精度,是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计、传动元件的制造和装配精度。,定位精度,定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直

15、接影响被加工工件的尺寸和形状精度。机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。,工作精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。,精度保持性在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。,机床的刚度,是指机床系统抵抗变形的能力。载荷：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等按照载荷的性质不同，可分为静载荷（不随时间变化或变化极为缓慢的力）和动载荷（随时间变化的力）机床刚度相应地分为静

16、刚度及动刚度，后者是抗振性的一部分。通常所说刚度一般指静刚度。,1）机床的分类,5机床的分类和型号编制,（1）车床C（2）钻床Z（3）镗床T（4）磨床M,2M,3M（5）齿轮加工机床Y（6）铣床X（7）刨床B（8）拉床L（9）螺纹加工机床S（10）电加工机床 D（11）切断机床G（12）其他机床Q,按加工性质和使用的刀具和用途分类：,按工艺范围、布局型式和结构，每一类分十组，同一组机床的结构性能和使用范围基本相同。每组又分十个系，同一系列机床的基本结构和布局型式相同。,同类型机床按通用性程度（应用范围）又可分为：普通机床：加工范围较广，通用性大，结构较复杂，适用于单件、小批量生产。卧式车床、万

17、能升降台铣床。专门化机床：加工形状类似而尺寸不同的工件的某一种工序，适合成批生产。例如：曲轴车床、凸轮轴车床等。专用机床：用于某一种零件的某道特定的工序，工艺范围最窄，适用于大批量生产。如东风牌汽车发动机气缸镗床。,按机床的工作精度又可分为:普通精度机床精密机床高精度机床,按机床自动化程度又可分为:手动机床机动机床半自动机床自动机床,按机床的尺寸和重量分为仪表机床中型机床（一般机床）大型机床（重量大于10t）重型机床（重量大于30t）超重型机床（重量大于100t）根据轴数分为单轴、多轴机床。根据刀数分为单刀、多刀机床等。,按照数控功能：非数控机床、一般数控机床、加工中心和柔性制造单元。,2）通

18、用机床的型号编制,为大写的汉语拼音字母 为阿拉伯数字,金属切削机床类、组划分,代表机床规格大小的一种参数；通常用主参数的折算值表示。无法用一个主参数表示时，用设计顺序号表示。第二主参数指主轴数、最大跨距、最大工件长度等，也用折算值表示。除表示主轴数的第二主参数置于主参数后外，其余列于型号的末端。,（4）机床主参数和设计顺序号及第二主参数,主要机床的主参数和折算系数,（5）机床的重大改进顺序号 在原来的机床型号后加重大改进序号，以示区别。序号按A、B、C、等字母的顺序使用。（6）其他特性代号在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分结构时，则在原机床型号之后加1、2、3等变形代号，并用“/”分开，

19、以示区别。,CA6140,类别代号,结构特性代号（结构不同）,组别代号（落地及卧式车床组）,系别代号（卧式车床系）,主参数（最大车削直径400mm）,专用机床的型号编制方法,设计单位代号，包括机床厂和机床研究单位代号，位于型号之首。组别代号，用一位阿拉伯数字（不包括0）表示。专用机床的组，按照产品的工作原理划分，由机床厂和机床研究所根据产品情况自行确定。该单位的设计顺序（由001起始）排列。位于专用机床组代号后。,设计单位代号,组别代号,设计顺序号,二、机床的结构和传动,1机床布局,二、机床的结构和传动,CA6140型车床传动系统原理图,2机床的传动系统,3机床的主传动链,车床的主传动链,主运

20、动传动链的两末端件（主电动机主轴）的传动路线：,高速路线,低速路线,主轴转速级数和转速：由传动系统图可得主轴正转时共有：23（1+22）=30条传动路线实际：23（221）=24级不同的转速。,M2右合，主轴获得较低转速:n主=10500(r/min)，18级转速：2*3*（2*2-1）；M2左移时，主轴上滑动齿轮z50与轴上的z63啮合,主轴较高转速n主=4501400(r/min)，6级转速：2*3；主轴反转的传动路线共有：3（1+22）=15条，但转速级数只有31+（22-1）=12级，转速值为：141580(r/min)。,车削螺纹时，进给运动传动链是内联系传动链；车削外圆和端面时，是

21、外联系传动链；从进给箱传出的运动，经丝杠带动溜板箱，车螺纹传动链；经光杠带动溜板箱，进给传动链。,首件：主轴末件：刀架,4进给传动链,主轴转一转，刀具均匀移动一个导程,U：从主轴到丝杠之间的总传动比t丝：丝杠螺距。t丝=12mmS：被加工螺纹导程。,传动结构式,公制螺纹：,公制螺纹：,传动结构式：,化简：,经上述路线可加工20种标准螺距的螺纹，最大螺距：12mm。,经扩大导程机构，将螺距扩大4或16倍。,运动平衡式：,纵向、横向进给传动链,首件：主轴末件：刀架,计算位移：,主轴转一转刀架移动一个f,CA6140车床共有64种纵向、横向进给量，分别由4种类型的传动路线来实现。即：正常进给量（32

22、级）较大进给量（8级）加大进给量（16级）细进给量（8级）,纵向、横向进给传动链:,正常进给量,由主轴经正常螺距及公制螺纹传动路线来实现。,正常进给量,由主轴经正常螺距及公制螺纹传动路线来实现,正常进给量,化简：,正常进给量,化简：,运动由主轴经正常螺距及英制螺纹传动路线实现,较大进给量,其纵向进给运动平衡式：,化简：,较大进给量,其横向进给运动平衡式：,化简：,变换U倍=1 可得：,当主轴处于较低的12级转速时(10125rpm)，运动由主轴经扩大螺距机构及英制螺纹传动路线来实现。传动结构式：,加大进给量,加大进给量,供强力切削时使用,细进给量,当主轴高速(4501400rpm，其中500r

23、pm除外)时，运动由主轴经扩大螺距机构及公制螺纹传动路线来实现。运动平衡式：,化简：,取：U倍=1/8,同样可得：,可得64级纵、横进给量：,5主轴箱的主要机构,主轴组件 主轴（轴）空心阶梯轴，主轴前端锥孔用于安装顶尖或心轴。前支承双列圆柱滚子轴承，承受径向力；后支承由一个推力球轴承和一个角接触球轴承组成；推力球轴承承受自右向左作用的轴向力，角接触球轴承承受自左向右作用的轴向力同时承受径向力；轴承间隙和预紧程度由主轴后端的螺母23调整。,螺母,套筒,螺母,主轴箱剖切面,1-螺钉 2-锁紧盘 3-主轴 4-卡盘座 5-螺栓 6-螺母,卡盘安装,皮带轮卸荷装置 皮带轮不直接固定在主轴上，而是经花键套、通过两个轴承装在主轴箱体法兰上，皮带拉力（径向载荷）由主轴箱体承受。力皮带轮花键套轴承支承（法兰）箱体 传动力矩皮带轮花键套（内花键）轴（花键）,双向多片式摩擦离合器、制动器及其操纵机构,轴转内摩擦片3转外摩擦片2转空套齿轮1、12转,外摩擦片,拨叉,为何左摩擦片数较多？,制动及其操纵机构,变速操纵机构,主轴箱中共有七个滑动齿轮块 轴和轴上滑动齿轮的操纵机构 轴上，双联滑动齿轮块有左、右两个位置;轴上，三联滑动齿轮块有左、中、右三个位置 通过组合后可获得6种不同转速。,