第4章 机械加工方法及设备

第一节金属切削机床基本知识一、对金属切削机床的基本要求1.机床的性能方面（1）工艺范围是指机床适应不同加工要求的能力。通用机床专用机床（2）加工精度机床的加工精度是指该机床加工零件表面的实际几何参数与理想几何参数的符合程度，如：零件加工表面的尺寸、形状、位置及粗糙度。（3）生产效率及自动化程度生产效率即是单位时间内机床所能加工的工件数量。全自动半自动普通机床（4）人机适应性人机适应性的基本要求是可靠、安全和舒适。2.机床的经济性方面机床的经济性包括两方面：机床制造厂的经济效益机床使用厂的经济效益机床品种系列化、零部件通用化和标准化是生产和使用机床的一项重要的技术经济措施。二、金属切削机床的分类（1）按机床的加工性能分类车床C钻床Z铣床X镗床T磨床M齿轮加工机床Y拉床L螺纹加工机床S锯床G刨插床B其他机床Q（2）按机床的通用性分类1）通用机床2）专门化机床3）专用机床（3）按机床的自动化程度分类1）手动机床2）机动机床3）半自动机床4）全自动机床（4）按机床的工作精度分类1）普通精度机床2）精密机床3）高精度机床（5）按机床的主要工作部件数目精度分类1）单刀机床2）多刀机床3）单轴机床4）多轴机床（6）按机床的重量和尺寸分类1）仪表机床2）中型机床3）大型机床4）重型机床5）超大型机床（7）按加工过程的控制方式分类1）普通机床2）数控机床3）加工中心4）柔性制造单元三、金属切削机床型号的编制1.机床的技术参数及其结构尺寸系列机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据。机床的技术参数包括：主参数第二主参数主要工作部件的结构尺寸（如工作台面）主要工作部件的移动行程范围各种运动的速度范围和级数电机功率机床轮廓尺寸主参数：机床主参数是表示机床规格大小的一种参数，它直接反应出机床的加工能力的大小。2.机床型号机床型号是用来表明机床的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。类别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特种加工机床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨2磨3磨牙丝铣刨拉电割其1)机床类别的划分及其代号机床的类别用汉语拼音大写字母表示，类别代号及其读音如表所示：分类代号用数字表示，只有磨床才有。2)机床组、系的划分机床的组别和系别代号用两位数字表示。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10组，用数字0-9表示。系的划分原则是：主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的及相对的运动特点基本相同，且基本结构及布局型式相同的机床，即划为同一系。详见标准JB1838-85。3)机床的主参数和第二主参数主参数：主参数是反映机床最大工作能力的一个主要参数，它直接影响机床的其他参数和基本结构的大小。主参数一般是以机床加工的最大工件尺寸或与此有关的机床部件尺寸来表示。第二主参数：一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等。4)通用性、结构性代号表示机床所具有的特殊性能。当某类型机床除有普通型外，还具有如下表所列的某种通用特性，则在类别代号之后加上相应的特性代号。通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心仿形轻型加重型简式柔性加工数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速5、机床重大改进顺序号：当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床型号的尾部，加重大改进顺序号，以区别于原机床型号。序号按A，B，C……字母的顺序选用。CA6140C：类别代号（床类）A：结构性代号（A结构）6：组别代号（卧式车床组）1：系别代号（普通车床系）40：主参数代号（床身上最大回转直径400mm）THM6350/JCST：类别代号（镗床类）H：结构性代号（加工中心）M：通用特性代号（精密）6：组别代号（卧式铣镗床组）3：系别代号（卧式铣镗床系）50：主参数代号（工作台面宽度500mm）JCS：企业代号（北京机床研究所）Z3040X46/S2Z：类别代号（钻床类）3：组别代号（摇臂钻床组）0：系别代号（摇臂钻床系）40：主参数代号（最大钻孔直径40mm）X46:第二主参数（最大跨距1600mm）S2：企业代号（沈阳第二机床厂）MM7132AM：类别代号（磨床类）M：通用特性代号（精密）7：组别代号（平面及端面磨床组）1：系别代号（卧轴矩台平面磨床系）32：主参数代号（工作台面宽度320mm）A：重大改进顺序号（第一次重大改进）第二节外圆车削下面以CA6140普通卧式车床为例，介绍车床的功能和运动。一、车床的用途和分类1.用途主要用于加工各种回转表面和回转体的端面，有些车床还能加工螺纹。CA6140车床的功能2.车床的分类1）卧式车床及落地车床2）回轮车床及转塔车床3）立式车床4）仿形车床及多刀车床5）单轴自动车床6）多轴自动、半自动车床3.CA6140车床的运动1）车床的表面成型运动工件的旋转运动刀具的进给运动2）CA6140车床的组成a)执行件：通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调速电机、步进电机等。b)动力源：机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、刀架、工作台等。c)传动装置：把动力源的动力和运动按要求传递给执行件或将运动由—个执行件传递到另一执行件的零部件，如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等。恻盖主轴箱尾座床身卡盘齿条小刀架拖板方刀架溜板箱床鞍接盘左床腿操作手柄进给箱光杆丝杆右床腿操纵杆操作手柄二、CA6140卧式车床的传动系统什么是机床传动系统图？机床传动系统图是表示机床运动传递关系的示意图。(一)机床的机械传动1．机床上常用的传动副及其传动关系(1)带传动带传动是利用传动带与带轮之间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮带传动的优点是传动平稳；轴间距离较大；结构简单，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。但带传动不能保证准确的传动比，并且摩擦损失大，传动效率较低。(2)齿轮传动齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。齿轮传动的优点是机构紧凑，传动比准确，可传递较大的圆周力，传动效率高。缺点是制造比较复杂，当精度不高时传动不平稳，有噪声•(3)蜗杆传动蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。•蜗杆传动的优点是可以获得较大的降速比(因为k比z小很多)，•而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。但传动效率低，需要有良•好的润滑条件。(4)齿轮齿条传动若齿轮按箭头所指方向旋转，则齿条向左作直线移动，其移动速度为齿轮齿条传动可以将旋转运动变成直线运动(齿轮为主动)，也可以将直线运动变为旋转运动(齿条为主动)。齿轮齿条传动的效率较高，但制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。2.传动链及其传动比传动链是指实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和，它是由若干传动副按一定方法依次组合起来的为了便于分析传动链中的传动关系，把各种传动件进行简化，并规定了一些简图符号(表2—1)来表示各种传动件。3.机床常用的变速机构变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱。齿轮箱中的变速机构是由一些基本的机构组成的。(1)滑动齿轮变速机构(图2—12a)带长键的从动轴Ⅱ上，装有三联滑动齿轮(z2、z4和z6)。通过手柄可使它分别与固定在主动轴I上的齿轮z1、z3和z5相啮合、轴Ⅱ可得到三种转速.•(2)离合器式齿轮变速机构(图2—12b)从动轴Ⅱ两端套有•齿轮z2和z4它们可以分别与固定在主动轴I上的齿轮z1和z3•相啮合。轴Ⅱ的中部带有键3，并装有牙嵌式离合器4。当由•手柄5左移或右移离合器时，可使离合器的爪1或爪2与齿轮z•或z4相咬合，轴Ⅱ可得到两种不同的转速4.卧式车床传动简介图2—13为C616型(相当于新编型号C6132)卧式车床的传动系统图，它用规定的简图符号表示出整个机床的传动链。图中各传动件按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来。传动系统图只能表示传动关系，而不能代表各传动件的实际尺寸和空间位置。图中：罗马数字表示传动轴的编号，阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母M表示离合器等。5.机床机械传动的组成机床机械传动主要由以下几部分组成：(1)定比传动机构具有固定传动比或固定传动关系的传动机构，例如前面介绍的几种常用的传动副。(2)变速机构改变机床部件运动速度的机构。例如，图2—13中变速箱的轴Ⅰ一Ⅱ一Ⅲ间采用的为滑动齿轮变速机构，主轴箱中轴Ⅳ一V一Ⅵ间采用的为离合器式齿轮变速机构等。（3）换向机构变换机床部件运动方向的机构。为了满足加工的不通需要（例如车螺纹时刀具的进给和返回，车右旋螺纹和左旋螺纹等），机床的主传动部件和进给传动部件往往需要正、反向的运动。机床运动的换向，可以直接利用电动机反转（例如C616车床主轴的反转），也可以利用齿轮换向机构（例如图2-13主轴箱中Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ轴间的换向齿轮）等。（4）操纵机构用来实现机床运动部件变速、换向、启动、停止、制动及调整的机构。机床上常见的操纵机构包括手柄、手轮、杠杆、凸轮、齿轮齿条、拔叉、滑块及按钮等。（5）箱体及其他装置箱体用以支承和连接各机构，并保证它们相互位置的精度。为了保证传动机构的正常工作，还要设有开停装置、制动装置、润滑与密封装置等。6.机械传动的优缺点机械传动与液压传动、电气传动相比较，其主要优点如下：(1)传动比准确，适用于定比传动；(2)实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；(3)故障容易发现，便于维修。(二）C6140传动系统1.主运动传动链1）主运动传动链的传动路线2）主轴的转速级数和转速值1）主轴转速运动平衡式为：n主＝n电d/D（1-ε)u12u23u36主轴最高转速为：n主＝1450×130/230（1-0.02)56/38×39/41×63/50≈1400r/min主轴最低转速为：n主＝1450×130/230（1-0.02)51/43×22/58×20/80×20/80×26/58≈10r/min2）主轴转速级数正转时2×3×(1+3)=6+18=24级反转时1×3×(1+3)=3+9=12级2.进给运动传动链1）机床的传动联系a)执行件：通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调速电机、步进电机等。b)动力源：机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、刀架、工作台等。c)传动装置：把动力源的动力和运动按要求传递给执行件或将运动由—个执行件传递到另一执行件的零部件，如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等。2）运动链的内部联系和外部联系传动链：构成一个传动联系得一系列传动件（动力源—传动装置—执行件；执行件—传动装置—执行件），称为传动链。（1）外联系传动链：联系动力源和机床执行件之间才的传动链。（电动机—传动装置—主轴、刀架、工作台等）。特征：能改变运动的速度和方向，不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系。（2）内联系传动链：联系复合运动内的各个分解部分。特征：所联系的执行件间的相对速度（相对位移量）有严格的要求，以保证运动的轨迹。3）进给传动链a.车削外圆表面和端面的传动路线b.车削螺纹的传动链主轴转1r—刀具移动Smm运动平衡式1主轴×uS丝＝SⅠ车削米（公）制螺纹运动平衡式：S=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×12=7u基u倍可得8×4=32种导程值，符合标准的只有20种，通过背轮可车24种大螺距螺纹Ⅱ车削模数螺纹导程为：Sm=Kπm运动平衡式：Sm=1×58/58×33/33×64/100×100/97×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×12=7π/4u基u倍m=7u基u倍/(4K)Ⅲ车削英制螺纹导程为：Sa=KPa=K×25.4/a运动平衡式：Sm=1×58/58×33/33×63/100×100/75×1/u基×36/25×u倍×12=4/7×25.4×u倍/u基a=7K/4×u基/u倍（扣/英寸）Ⅳ车削径节螺纹径节DP＝Z/