4第四章 金属切削机床

第四章金属切削机床第一节概述金属切削机床是一种用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，习惯上简称机床，它的加工工作量约占机械制造总量的40%-60%。一、机床的分类1、基本分类方法机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，机床共分为：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、特种机床、锯床和其它机床。2、其他分类方法按通用性程度分:（1）通用机床工艺范围很宽，可完成多种类型零件不同工序的加工，如卧式车床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。（2）专门化机床工艺范围较窄，是为加工某类零件或某类工序而专门设计和制造的，如铲齿车床、丝杠铣床等。（3）专用机床工艺范围最窄，一般是为某特定零件的特定工序而设计制造的，如汽车零件的各种钻、镗组合机床。按工作精度分：普通精度机床、精密机床、高精度机床；按重量和尺寸分：仪表机床、中型机床、大型机床机床（质量＞20t)、重型机床（质量＞30t)、超重型机床（质量＞100t）；按机床主要器官数目分：单轴、多轴、单刀、多刀机床等；按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动机床。二、机床的型号我国机床的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成。（一）通用机床的型号编制例3.1CA6140型卧式车床例3.2MG1432A型高精度万能外圆磨床（二）机床的组成(1)执行机构机床上最终实现运动的部件。如主轴、刀架、工作台等，它们带动工件或刀具旋转或移动。(2)动力源为执行元件提供运动和动力的装置。如交流异步电动机、直流或交流调速电动机或伺服电动机。(3)传动机构传递动力和运动的装置。通过它可把动力源的动力和运动传递给执行件，如丝杠等。1、应用：主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面，圆锥面及成形回转表面）和回转体的端面，有些车床可以加工螺纹面。2、运动：车床的主运动是由工件的旋转运动实现的；进给运动则由刀具的直线移动完成的。3、分类：按其用途和结构的不同，主要分为：卧式车床及落地车床，立式车床，转塔车床，仪表车床，单轴自动和半自动车床，多轴自动和半自动车床，彷形车床及多刀专门化车床，车床。第二节车床一、卧式车床（一）CA6140型卧式车床组成由主轴箱、进给箱、溜板箱、左床腿、右床腿、床身、尾架和刀架和动力装置组成。主轴箱溜板箱尾座挂轮机构刀架床腿光杠丝杠(二)CA6140型卧式车床工艺范围适用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，如：内圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工艺。（三）CA6140卧式车床的传动系统1.主运动传动链始末端件是主电动机与主轴，它的功能是把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。(1)传动路线注:ⅰ)在轴Ⅰ上装有双向多片摩擦离合器M1，使主轴正转、反转或停止。M1左部压紧时，正转；M1右部压紧时反转；中位停车；ⅱ)齿轮与轴的连接方式：固定、滑移、空套；ⅲ)主轴上的滑移齿轮50移至右端，使其与主轴上的齿式离合器M2啮合。主轴获得10r/min～500r/min的低转速；ⅳ)齿式离合器M2啮合脱开，运动由轴Ⅲ直接传给主轴，得到6级高转速，450r/min～1400r/min(2)主轴转速级数和转速由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，轴Ⅱ上的双联滑移齿轮可有左右两种啮合位置，分别经56/38或51/43使轴Ⅱ获得两种速度。其中的每种转速经轴Ⅲ的三联滑移齿轮39/41或30/50或22/58的齿轮啮合，使轴Ⅲ获得三种转速，因此轴Ⅱ的两种转速可使轴Ⅲ获得2*3=6种转速。经高速分支传动路线时，由齿轮副63/50使主轴Ⅵ获得6种高转速。经低速分支传动路线时，轴Ⅲ的6种转速经轴Ⅳ上的两对双联滑移齿轮，使主轴得到6*2*2=24种低转速。轴Ⅲ到轴Ⅴ间的两个双联滑移齿轮变速组得到的四种传动比u1=（50/50）*（51/50）=1u2=（50/50）*（20/80）=1/4u3=（20/80）*（51/50）=1/4u4=（20/80）*（20/80）=1/16其中u2、u3基本相等，因此经低速传动路线时，主轴Ⅵ获得的实际转速只有6*（4-1）=18级，有6种重复转速。同理，主轴反转时，只能获得3+3*（2*2-1）=12级转速。运动平衡式计算式中ε——V带轮的滑动系数，可取ε=0.02；uⅠ-Ⅱ——为轴I和轴Ⅱ间的可变传动比，其余类推。例如，图4-4所示齿轮啮合情况（离合器M2拨向左侧），主轴的转速n主（r/min）为：主轴反转主要用于车螺纹，保证螺距的准确。ⅣⅢⅢⅡⅡⅠ电主uuunn)1(230130min/450506358224351)02.01(2301301450rn主二、立式车床立式车床主要用于加工径向尺寸大而轴向尺寸相对较小，且形状比较复杂的大型或重型零件。其布局主要特点是主轴垂直布置，有一个直径大的圆形工作台，台面处于水平位置，便于笨重工件的装夹和找正。分为单立柱式和双立柱式两种。三、专用车床SG丝杠螺纹车床使用车刀和梳刀加工螺纹，刀具结构简单，通用性好，主要用于加工丝杠、螺母等零件上的传动螺纹。四、自动车床自动车床是指那些在调整好后无须工人参与便能自动完成表面成形运动和辅助运动，并且能自动地重复其工作循环的机床。若机床能自动完成预定的工作循环，但装卸工件仍由人工进行，这种机床称为半自动机床。第三节铣床铣床是利用铣刀在工件上加工各种表面的机床。铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。铣床可以加工各种平面、台阶、沟槽、分齿零件和螺旋面等。一、升降台铣床工作台安装在可垂直升降的升降台上，使工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置或完成进给运动，由于升降台刚性较差，只适合加工中小型零件。1.卧式升降台铣床主轴为水平位置，主要于单件及成批生产中加工平面、沟槽和成形表面。2.立式升降台铣床立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴垂直于工作台面，主要适用于单件及成批生产。可用端铣刀或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶，若采用分度头或圆形工作台等附件，还可铣削齿轮、凸轮以及螺旋面。3.万能升降台铣床与卧式升降台铣床基本相同。二、龙门铣床龙门铣床是一种大型高效通用铣床，主要用来加工大型工件上的平面和沟槽。三、工具铣床工具铣床除了能完成卧式铣床和立式铣床加工外，还配备有回转工作台、平口钳、立铣头和插销头等附件能完成镗、铣、钻、插等切削加工，用于加工各种刀具、夹具、冲模等小型模具及复杂零件。第四节磨床磨床是用非金属的磨料或磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）加工工件各种表面的机床。通常以磨具旋转为主运动，工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。主要用于精加工和硬表面加工，少数用于高效粗加工。一、外圆磨床外圆磨床主要用于磨削内、外圆柱和圆锥表面，也能磨削阶梯轴的轴肩和端面，可获得IT6～IT7级精度、表面粗糙度Ra在1.60～0.80m。1.万能外圆磨床（1）机床结构（2）机床的运动分析2.普通外圆磨床普通外圆磨床与万能磨床结构区别为：头架和砂轮架不能绕轴心在水平面内调整角度；头架主轴直接固定在箱体上不能转动，工件只能用顶尖支撑进行磨削；不配置内圆磨具。二、内圆磨床内圆磨床主要用于磨削圆柱孔和圆锥孔。三、无心磨床无心磨床通常指无心外圆磨床，其主参数为最大磨削工件直径。由床身、进给手轮、砂轮修整器、砂轮架及砂轮、托板、导轮修整器、导轮架及导轮等组成。无心磨床工作原理：四、平面磨床平面磨床用于磨削各种零件的平面。最常见的平面磨床为卧轴矩台式平面磨床和立轴圆台式平面磨床。图4-19是卧轴矩台式平面磨床的外形图。平面磨床的磨削方式：砂轮周边磨削砂轮端面磨削第六节数控机床与加工中心一、数控机床（一）数控机床的组成数控机床一般有控制介质、数控装置、伺服系统和机床共体组成。二、加工中心加工中心比数控机床有更高的集成度，往往配有刀库、换刀机械手、交换工作台、多动力头等装置。图4-30所示为JCS-018型立式镗铣加工中心，主要用于加工板类、盘类、模具及小型壳体件等复杂零件。第七节其他机床一、钻床与镗床1.钻床钻床是用钻头在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较小，精度要求不太高的孔，钻孔时，工件一般固定不动，刀具作旋转主运动，同时沿轴向作进给运动。钻床可以完成如下的工作：钻床的主要参数是最大钻孔直径，根据用途和结构不同，钻床可分为台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、深孔钻床及其他钻床（如中心孔钻床）2.镗床镗床是一种主要用镗刀在工件上加工有预制孔的机床，通常用于加工尺寸较大。精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔。卧式镗床结构及工作原理坐标镗床结构及工作原理二、刨床、插床1.刨床主要用于加工各种平面和沟槽。牛头刨床结构及工作原理龙门刨床的结构及工作原理2.插床插床实质上是立式刨床，主要用于单件小批量生产中插销与安装基面垂直的面，如孔中的键槽及多边形孔或内外成形表面。