第4章机械加工方法及设备

第4章机械加工方法及设备4.1金属切削机床的基本知识4.2车削加工与车床4.3磨削加工与磨床4.4齿轮加工与齿轮加工机床4.5铣削加工与铣床4.6孔的加工方法4.7其他加工方法与设备4.8组合机床4.1.1金属切削机床的分类按加工方式分：12大类按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨床拉床电加工机床切断机床其它机床4.1金属切削机床的基本知识4.1.2金属切削机床型号的编制按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定1.通用机床型号（△）○(○)△△△（×△）（○）/（◎）(-◎)企业代号其他特性代号重大改进序号主轴数或第二主参数主轴数或设计顺序号系代号组代号通用特性、结构特性代号类代号分类代号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床拉床电加工机床切断机床其它机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨2磨3磨牙丝铣刨拉电割其2.机床的类、组、系的划分及代号例：CA6140机床类别代号（车床类）机床特性代号（结构特性）机床组别代号（落地及卧式车床组）机床系别代号（卧式车床系）机床主参数代号（最大车削直径400mm）每类机床分10组（从0～9组），每组又分10系（从0～9型）3.机床的特性代号（1）通用特性代号通用特性代号通用特性代号高精度G自动换刀H精密M仿形F自动Z万能W半自动B轻型Q数字程序控制K简式J（2）结构特性代号区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O”不能用。例：CA6140型普通车床4.主要参数代号代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。5.机床重大改进序号用字母“A、B、C……”表示，附机床型号末尾，以示区别。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）专用机床型号型号表示方法：组合机床及自动线型号例：B1－3100北京第一机床厂第三组第100种专用机床（专用铣床）组合机床及自动线分类代号分类代号大型组合机床U小型组合机床H自换刀数控组合机床K大型组合机床自动线UX小型组合机床自动线HX自换刀数控自动线KX4.1.3机床的运动分析1.工件表面的形成零件上的常见表面：（1）圆柱面直线（母线）、圆（导线）（2）圆锥面直线（母线）、圆（导线）（3）平面直线或圆、直线（导线）（4）成形面（如螺纹面、渐开线表面）型线、螺旋线或直线母线和导线统称为形成表面的发生线。基本方法：表面—运动—传动—机构由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也不同，可归纳为四种：轨迹法：刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动而形成发生线。此发生线需要一个独立的成形运动成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线相同。此发生线不需要成形运动相切法：刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点运动轨迹的包络线形成一条发生线。此发生线需要两个独立的成形运动展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的包络线。此发生线需要一个独立的成形运动，刀工共同完成2.表面形成所需的运动也即形成发生线所需的运动—成形运动（1）按组成情况不同，可分为简单成形运动：复合成形运动：一个成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的。型线、螺旋线常需成型刀刃或几个简单运动组合，如由展成运动形成渐开线一个成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成。除成形运动外，还有下列运动：（1）分度运动（2）切入运动（3）辅助运动进刀、退刀、回程和转位等（4）操纵及控制运动操纵离合器、改变速度、进给量等（2）按作用情况不同，可分为主运动——速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。进给运动——可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是断续的。成形运动是机床最基本的运动4.1.4机床的传动1.机床的基本组成部分（1）动力源通常为电动机，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。（3）传动件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）执行件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。2.机床的传动联系把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件，构成了一个传动联系，这一系列传动件称为传动链。传动链两端的元件称为末端件，它可以是动力源或执行件。按传动链的性质不同可分为：①外联系传动链传动链两个末端件之间不要求有严格的传动比关系，如车削时电机与主轴间的传动链②内联系传动链传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如车削螺纹主轴与刀架间的传动链；滚切齿轮工件与滚刀间的传动链；内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动。传动链中通常包括两类传动机构(1)定比机构传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等(2)换置器官根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构，变速箱（滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等），数控系统等。补充：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。“模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距t与圆周率π的比值(m＝t/π)，以毫米为单位。模数是模数制轮齿的一个最基本参数。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。模数系列标准是根据设计、制造和检验等要求制订的。对於具有非直齿的齿轮，模数有法向模数mn、端面模数ms与轴向模数mx的区别，它们都是以各自的齿距(法向齿距、端面齿距与轴向齿距)与圆周率的比值，也都以毫米为单位。对於锥齿轮，模数有大端模数me、平均模数mm和小端模数m1之分。对於刀具，则有相应的刀具模数mo等。标准模数的应用很广。在公制的齿轮传动、蜗杆传动、同步齿形带传动和棘轮、齿轮联轴器、花键等零件中，标准模数都是一项最基本的参数。它对上述零件的设计、制造、维修等都起著基本参数的作用(见圆柱齿轮传动、蜗杆传动等)。•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。1）传动原理图为了便于研究机床的传动原理,用一些简明的符号把动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。并不表达实际传动机构的种类和数量3.传动原理图和传动系统图2）传动系统图表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，画在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置图4-3卧式车床的传动原理图1）主运动传动链2）进给运动传动链1）主运动传动链2）进给运动传动链1）根据传动系统图提供的数据确定某些执行件的运动速度和位移量；2）根据执行件的运动速度、位移量，或执行件之间的运动关系，确定相应传动链中的换置器官的传动比，进行调整。3.机床运动的调整计算计算步骤：1）确定传动件的两端件；2）确定两端件的计算位移；3）根据计算位移和传动比，列运动平衡式；4）计算运动速度、位移量，或换置公式、配换齿轮齿数；1）工艺范围2）加工精度和表面粗糙度；3）生产率与自动化程度；4）噪声与效率；5）人机关系（宜人性）。4.1.5机床的基本要求4.2车床车削加工与车床（CA6140）4.2.1概述车床占机床总数的20%～35%；加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等；运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动；所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等；车床种类：卧式车床及落地车床、回轮车床及转塔车床、立式车床、仿形及多刀车床、自动和半自动、专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床）加工精度：经济加工精度IT8~IT7,表面粗糙度Ra1.25~2.51.机床的特点及工艺范围通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类零件的内外回转面、端面，能加工米制、英制、模数制、径节制四种标准螺纹及加大螺距、非标准螺距螺纹等。但结构复杂，自动化程度低，适于单件小批生产及修配车间。2.组成部件（见图4-6）3.主要技术参数第一主参数：400mm(最大工件回转直径)；第二主参数：750，1000，1500，2000（mm）（床身长度）；其他技术参数：刀架上工件的最大回转直径，主轴中心至床身举行导轨的距离等。4.2.2CA6140型卧式车床的工艺范围及组成图4-5图4-6卧式车床的传动原理图4.2.3CA6140型卧式车床的传动系统CA6140型车床具有以下传动链：1.主运动传动链2.螺纹进给传动链3.纵向和横向进给传动链4.刀架快速移动传动链1.主运动传动链(1)传动路线分析方法：抓两端，连中间（2）主轴的转速及转速级数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/minΦ130•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)车削螺纹主轴转1r—刀具移动Smm运动平衡式1主轴×uS丝＝S1）车削普通螺纹运动平衡式：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种大螺距螺纹螺纹5）车削非标准螺距及精密螺纹离合器M3、M4、M5全部啮合,螺纹导程靠调整挂轮传动比u挂来实现运动平衡式：导程：S=KP非=1×58/58×33/33×u挂×12u挂=a/b×c/d=S/12=KP非/124）车削径节螺纹（英制蜗杆）径节DP＝Z/D分PDP=D分π/Z=π/DP吋导程为：SDP=KPDP=Kπ/DP×25.4mmSDP=1×58/58×33/33×64/100×100/97×1/u基×36/25×u倍×12=π/7×25.4×u倍/u基