机械制造技术基础第5章

铣削加工工艺基础第五章铣削加工工艺基础5.1铣床概述5.2铣刀5.3平面、斜面、台阶面的铣削加工5.4槽的铣削加工5.5综合应用铣削加工工艺基础铣削加工是在铣床上利用铣刀加工工件的一种方式，铣刀是多齿刀具，加工时，铣刀作旋转运动，工件相对铣刀作纵向或横向进给运动，完成平面（斜面、台阶）、沟槽（T型槽、燕尾槽、键槽）、成形面（圆弧、齿轮、螺旋）、切断等加工，因此，铣削加工在机械制造行业中应用十分广泛。5.1铣床概述5.1铣床概述5.1.1卧式万能升降台铣床升降台式铣床是铣床中应用最广泛的一种。升降台式铣床的结构特征是，安装铣刀的主轴轴线位置通常固定不动；安装工件的工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置，并可在其中任一方向上实现进给运动。升降台式铣床根据主轴的布局可分为卧式和立式两种，卧式万能升降台铣床加工范围广，对产品的适应性强。图5-1所示为X6132型卧式万能升降台铣床，它具有功率大、转速高、刚性好、操作方便等特点，属于中型通用机床，多用于中小型工件单件、小批生产。5.1铣床概述X6132的含义如下：X6132主参数代号（工作台宽度的1/100）系代号（卧式铣床系）组代号（万能升降台组）类代号（铣床类）5.1铣床概述5.1.1.1X6132型卧式万能升降台铣床的主要组成部分（1）床身床身用来安装和联接其它部件。床身1固定在底座9上，床身内部装有主轴部件、主传动装置及其变速操纵机构等。床身正面有燕尾形的垂直导轨，用于升降台8上下移动。床身的顶部有燕尾形水平导轨，供悬梁3前后移动。（2）主轴主轴2用于铣刀或铣刀杆定心。（3）悬梁悬梁3安装在床身顶部的燕尾形水平导轨上，其位置可根据加工需要调整。（4）挂架挂架4安装在悬梁下方，用于支承刀杆的悬伸端，以提高刀杆刚性。5.1铣床概述（5）工作台工作台5用来安装工件或夹具，并带动工件沿回转盘上的导轨在垂直主轴轴线方向纵向移动。台面上有三条T型槽，以便用T形螺栓将工件、夹具或铣床附件固定在台面上。中间T型槽的中线通过回转工作台的中心，所以，一般将夹具或铣床附件的定向键安放在此槽内。工作台前侧面有一条小T型槽，用来安装行程挡铁，挡铁可以使工作台的机动进给自动停止。（6）回转盘回转盘6可在床鞍7上绕垂直主轴轴线在±45°范围内转动，可使工作台5实现斜向进给（如铣削螺旋表面）。回转盘位置调整好后必须锁紧。5.1铣床概述（7）床鞍床鞍7安装在升降台8的水平导轨上，可沿主轴轴线方向带动工作台一起横向移动，实现横向进给。（8）升降台升降台8可沿床身垂直导轨上下移动，用来调整工作台的高低位置。其内部装有进给运动的变速传动装置、快速传动装置及其操纵机构。（9）底座底座9用来承受铣床的全部重量及盛放切削液。5.1铣床概述5.1.1.2X6132型铣床的传动系统X6132型卧式万能升降台铣床的传动系统由主运动传动系统、进给运动传动系统等组成，如图5-2所示。由于在采用大直径铣刀铣削时，主轴转速要求低，但进给量可以加大；采用小直径铣刀铣削时，主轴转速要求高，但进给量要小，再者铣削加工时，主运动与进给运动之间无需保持严格的传动关系，所以，主运动和进给运动分别采用两个电机单独驱动。5.1铣床概述5.1铣床概述（1）主运动传动系统主运动传动装置的功能是使主轴实现变速、换向和主轴制动。铣床主电机的功率是7.5kW，转速为1450r/min。主电机的运动经皮带（150/290）传至轴Ⅱ，再经轴Ⅱ-Ⅲ间三联滑移齿轮（16/38，22/33，19/36）和轴Ⅲ-Ⅳ间三联滑移齿轮（38/26，17/46，27/37）及轴Ⅳ-Ⅴ间双联滑移齿轮（18/71，80/40）传至主轴。主轴转速为18级，转速范围为30～1500r/min。主轴旋转方向由电机的正反转来实现。主轴制动由多片式电磁制动器M来控制。5.1铣床概述（2）进给运动传动链进给运动传动装置的功能是使工作台实现在纵向、横向和垂直三个方向的进给运动和快速移动。进给电机功率为1.5KW，转速为1410r/min，传动经过17/32锥齿轮副传至轴VI，然后通过不同的离合器结合，分两条传动路线传至ⅩI轴，当X轴上的M2结合，M1脱开时，轴VI的运动经齿轮副40/26，44/42及离合器M2传至轴Ⅹ，这是一条使工作台快速移动路线。当X轴上的M1结合，M2脱开时，轴VI的运动经齿轮副20/40传至轴ⅦⅧⅨ，再经轴Ⅶ-Ⅷ间的三联滑移齿轮（26/32，36/22，29/29）和轴Ⅷ-Ⅸ间的三联滑移齿轮（32/26，22/36，29/29）传至轴Ⅸ，轴Ⅸ至轴Ⅹ的传动由曲回机构实现，传动比为40/49。使用曲回机构，可扩大传动组内的传动比范围，试比较：5.1铣床概述轴Ⅷ-Ⅸ间，i最大=32/26，i最小=22/36,I范围=i最大/i最小=2.01，曲回机构的I范围=i最大/i最小=24.38但曲回机构应用齿轮多，噪音大，摩擦热大。轴Ⅹ的运动经离合器M3、M4、M5及相应的齿轮传动，使工作台分别获得垂向、横向和纵向三个方向的进给运动。工作进给量级数为21级，纵向和横向进给量的范围为10～1000mm/min，垂向进给量的范围为3.3～333mm/min。5.1铣床概述5.1.1.3X6132型铣床的典型结构（1）主轴部件结构主轴部件是保证机床加工精度及表面质量的关键部件，对主轴部件的要求有较高的回转精度、刚性和抗震能力。如图5-3所示为主轴部件结构，主轴采用三支承结构，以提高主轴刚度，其前支承采用P5级精度的圆锥滚子轴承，用来承受径向力和向左的轴向力；中间支承采用P6级的圆锥滚子轴承，用来承受径向力和向右的轴向力；后支承用P5级的深沟球轴承，只承受径向力。5.1铣床概述5.1铣床概述主轴的回转精度主要由前支承和中间支承来保证，后支承只起辅助作用。回转精度还取决于轴承间隙调整。调整前，先移开悬梁，拆下床身盖板，拧出中间轴承左侧螺母上的紧固螺钉3，用专用勾头扳手勾住螺母11，手动使主轴顺时针旋转，中间轴承的内圈向右移动，轴承间隙得以消除。继续旋转主轴，使其左移，通过轴肩带动前轴承6的内圈左移，消除前轴承间隙。调整后以一定的转速运转1小时，轴承温升应不超过60℃。5.1铣床概述飞轮9用螺钉和定位销与大齿轮紧固在一起，利用飞轮在高速旋转中的惯性，减少铣削过程中铣刀齿断续切削而产生的振动，使主轴运转平稳。主轴是一空心轴，前端有7:24锥孔和定心外圆柱面，端面上有一端面键紧固在一径向槽内。锥孔用于安装刀具或心轴，由于7:24锥度不能自锁，所以空心轴内通过一拉杆从尾部将刀具或心轴拉紧。前端端面键用来与刀杆上径向槽配合来传递转距。5.1铣床概述（2）工作台如图5-4所示，工作台部件由工作台7，床鞍1，回转盘3三层组成。床鞍1用其矩形导轨与升降台导轨相配合，使工作台在升降台导轨上作横向移动。工作台不作横向移动时，可通过手柄14经偏心轴13的作用将床鞍夹紧在升降台上。工作台7可沿回转盘3上面的燕尾形导轨作纵向移动，工作台还可连同回转盘一起绕锥齿轮的轴线ⅩⅧ回转±45°，并利用螺栓15和两块弧形压板2紧固在床鞍上。5.1铣床概述5.1铣床概述纵向丝杠4一端通过滑动轴承支承在后支架6上，另一端通过圆锥滚子轴承、推力球轴承支承在前支架11上，推力球轴承承受丝杠带动工作台移动时所产生的轴向力，螺母12用于调整轴承的间隙。轴XVIII的运动通过一对锥齿轮Z16、Z20传至Z20，Z20锥齿轮通过键带动离合器M5的左离合子运动，离合器M5的右离合子与丝杠滑键连接，当离合器的左右离合子啮合时，运动就传递到丝杠。由于双螺母是固定不动的，所以丝杠既转动，又移动，并通过支架6、11带动工作台作纵向进给运动。5.1铣床概述进给丝杠的左端有空套手轮5，用于手动移动工作台。操作时，将手轮向右移动，压缩弹簧，使离合器M合上，即可转动手轮使工作台移动。而松开手轮时在弹簧的作用于下，手轮自动与离合器脱开，保证工作台在机动进给和快速移动时，手轮不转，以免打伤操作者。纵向丝杠右端有带键槽的轴头，用来安装配换交换齿轮。铣削加工时，根据铣刀旋转方向与工件进给运动方向的关系，可分为顺铣和逆铣两种方式。下面以圆柱铣刀铣平面为例进行分析。5.1铣床概述如图5-5所谓顺铣是指铣削时在铣刀与工件的接触处，铣刀旋转方向与工件进给运动方向相同。此时铣刀作用在工件上的水平铣削分力F纵与进给方向相同。逆铣是指铣削时铣刀旋转方向与工件进给运动方向相反，此时水平铣削分力F纵与进给方向相反。铣削时，工作台的纵向进给机构的丝杠螺母传动副以一侧面为工作面，另一侧有一定的间隙。如图5-5。顺铣时，进给推力Ff，使丝杠与螺母的螺纹在一个侧面相互紧贴，而在另一侧面则出现间隙△（见图5—5中放大图）。此时铣刀刀齿对工件的作用分力F纵传给工作台，使其受拉力，当拉力较大时，丝杆与螺母的紧贴面便会向存在间隙的一侧突然转移，使进给量突然增加一个间隙量。而且作用力F纵是不稳定的，时大时小，时有时无，这样，工作台就会在铣削加工过程中产生无规则的窜动现象，严重时甚至会引起啃刀、打刀等事故，工件也可能报废。5.1铣床概述逆铣时（图5—5b），铣削分力F纵与进给方向相反，F纵的作用始终是使丝杠螺纹右侧面贴紧螺母，不会产生工作台窜动现象，能够保证工作台实现平稳进给。图5－5顺铣和逆铣受力分析5.1铣床概述顺铣时，为使工作台运动平稳采用了双螺母机构（也称为顺铣机构），如图5-6所示。顺铣机构由右旋丝杠3、左螺母1、右螺母2、寇状齿轮4及齿条5等组成。在弹簧6的作用下，齿条5向右移动。使寇状齿轮4沿图示箭头方向回转，带动螺母1和2沿相反的方向回转。于是螺母1螺纹的左侧与丝杠螺纹的右侧靠紧，螺母2螺纹的右侧与丝杠螺纹的左侧靠紧。顺铣时，丝杠的轴向力由螺母1承受，由于丝杠与螺母1之间摩擦力的作用，使螺母1有随丝杠转动的趋势，并通过冠状齿轮使螺母2产生与丝杠反向旋转的趋势，从而消除螺母2与丝杠间的间隙，不会产生轴向窜动，保证了顺铣的加工质量。5.1铣床概述5.1铣床概述（3）孔盘变速机构X6132型铣床的主运动变速操纵机构采用孔盘变速操纵机构。图5-7所示为孔盘变速操纵机构原理图。由孔盘3、齿条2和2′、齿轮4及拔叉1组成。5.1铣床概述拔叉1固定在齿条2的左端，用它来拔动滑移齿轮。齿条2和2′右端有圆形推杆，推杆上有直径不同的两段台阶m、n，齿轮4与齿条2和2′啮合。在孔盘3的不同直径圆周上钻有直径大小不同的两种孔，使孔盘有大孔、小孔和未钻孔三种状态。齿条上m、n两段台阶可分别插入孔盘3的大孔、小孔中。变速时，先将孔盘3向右移动，使其离开齿条轴，根据变速要求，使孔盘3转动一定角度，再使孔盘左移复位。孔盘复位时，可通过孔盘上对应齿条轴的不同状态，使滑移齿轮获得三种不同的位置，从而达到变速的目的。5.1铣床概述假设孔盘变速机构开始处于图示b）状态，此时齿条轴2对应孔盘3的无孔状态，齿条轴2′对应孔盘3的大孔状态，滑移齿轮处于左位。退出孔盘，转动后再复位，此时齿条轴2对应孔盘3的小孔状态，齿条轴2′对应孔盘3的小孔状态，复位时，因为齿条轴2′的台肩m不能通过孔盘上的小孔，孔盘推动齿条轴2′向左移动，齿轮4顺时针转动，齿条轴2右移，台肩n刚好通过孔盘上的小孔，拔叉1带动滑移齿轮右移。如图c）所示。继续重复孔盘退出、转动、复位过程，可以使滑移齿轮处于右位，如图d）所示。5.1铣床概述X6132型万能升降台铣床的变速操纵机构立体示意图如图5－8所示。该变速机构操纵了主运动传动链的二个三联滑移齿轮和一个双联滑移齿轮，使主轴获得十八级变速，孔盘每转20度改变一种速度。变速是由手柄1和速度盘4联合操纵。变速时，将手柄1向外拉出，使手柄1绊绕销子3摆动而脱开定位销2，然后逆时针转动手柄1约250度，经操纵盘5、平键带动齿轮套筒6转动，再经齿轮9使齿条轴10向右移动，其上拔叉11拔动孔盘12右移并脱离各组齿条轴；接着转动速度盘4，经心轴，一对锥齿轮使孔盘12转过相应的角度（由速度盘4的速度标记确定）；最后反向转动手柄时，通过齿条轴10，由拔叉将孔盘12向左推入，推动各组变速齿条轴作相应的移位，改变三个滑移齿轮的位置，