金城机械制造第三章 机械制造中的加工方法

第三章机械制造中的加工方法及装备

第一节概述3.1.1机械制造中的加工方法材料去除加工材料成形加工材料累积加工切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直接去除材料如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形，如电镀、化学镀、热喷涂等2023/2/533.1.2零件表面成形原理机械零件常用的表面形状零件的常用表面平面圆柱面特殊表面成型表面圆锥面2023/2/543.1.2零件表面成形原理机器零件上常用的各种典型表面2023/2/553.1.2零件表面成形原理零件表面的形状零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线旋转表面纵向表面特形表面2023/2/563.1.3机床的基础知识组成工件轮廓的几何表面导线导线导线导线母线导线母线母线母线母线母线母线导线导线导线2023/2/573.1.2零件表面成形原理相切法：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发生线。需要两个独立的成形运动

轨迹法：以刀刃为切削点按一定的轨迹运动而形成发生线。

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。不需要成形运动展成法：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的包络线。需要一个独立的成形运动

，刀工共同完成2023/2/583.1.3机床的基本结构和传动机床的基本结构动力源：为机床执行机构的运动提供动力运动执行机构：机床执行运动的部件传动机构：将机床动力源的运动和动力传给运动执行机构，或将运动由一个执行机构传递到另一个执行机构，以保持两个运动之间的准确传动关系控制系统：对机床运动进行控制，实现各运动之间的准确协调支撑系统：机床的机械本体，属于机床的基础部分

2023/2/593.1.3机床的基本结构和传动

车床2023/2/5103.1.3机床的基本结构和传动铣

床2023/2/5113.1.3机床的基本结构和传动磨床2023/2/5123.1.3机床的基本结构和传动钻

床2023/2/5133.1.3机床的基本结构和传动刨床2023/2/5143.1.3机床的基本结构和传动立式数控铣床2023/2/5153.1.4机床的分类按加工方式分12大类2023/2/5163.1.4机床的分类按通用程度分：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、高精度机床按自动化程度：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、重型机床按加工过程的控制方式分：普通机床、数控机床、加工中心、柔性制造单元2023/2/5173.1.5金属切削机床型号的编制一、通用机床的型号编制（国家标准）

（△）

○

（○）

△

△

△

（Ⅹ△）（○）（）

其它特性代号重大改进顺序主轴数或第二主参数主参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2023/2/5183.1.5金属切削机床型号的编制一、通用机床的型号编制（国家标准）

C

A

6

1

4

0

主参数(最大加工直径400mm)

系代号（卧式车床系）组代号（落地及卧式车床组）结构特征代号（结构不同）类代号（车床）2023/2/5193.1.5金属切削机床型号的编制一、通用机床的型号编制（国家标准）

X

6

2

主参数（主轴直径20mm）

组：卧式升降台铣床

铣床2023/2/5203.1.5金属切削机床型号的编制一、通用机床的型号编制（国家标准）

Y

3

1

50

E

重大改进序号

主参数（最大工件直径500mm）

系代号（1）组：滚齿机齿轮加工机床

2023/2/5213.1.5金属切削机床型号的编制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机床的类别代号2023/2/5223.1.5金属切削机床型号的编制机床的特性代号结构特性代号：用于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J2023/2/5233.1.5金属切削机床型号的编制机床的组别和系别代号主要参数代号机床重大改进序号

每类机床分10组（从0～9组），每组又分10系（从0～9型）

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

用字母“A、B、C……”表示，附机床型号末尾，以示区别2023/2/5243.1.5金属切削机床型号的编制例：2023/2/5253.1.5金属切削机床型号的编制二、专用机床型号型号表示方法：

例

：

B1－3100北京第一机床厂第三组第100种专用机床（专用铣床）2023/2/5263.1.5金属切削机床型号的编制三、组合机床及自动线型号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KX2023/2/527第二节外圆表面加工3.2.1外圆表面的车削加工加工方法粗车：IT12～IT11，Ra：50～12.5μm半精车：IT10～IT9，Ra：6.3～3.2μm精车：IT8～IT6，Ra：1.6～0.8μm精细车：IT6～IT5，Ra：0.4～0.05μm

（切削用量：v＞2.6m/s，aP≤0.03～0.05mm，f＝0.02～0.2mm/r；刀具：金刚石；加工范围：小型有色金属零件或零件结构不宜磨削的光整加工）2023/2/5293.2.1外圆表面的车削加工提高外圆表面车削生产效率的途径采用强力切削：强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的采用高速切削：高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制采用多刀加工方法：2023/2/5303.2.1外圆表面的车削加工车刀的种类和用途按用途分：直头外圆车刀弯头车刀偏刀切槽或切断刀镗孔刀螺纹车刀成形车刀2023/2/5313.2.1外圆表面的车削加工2023/2/5323.2.1外圆表面的车削加工车床的主要功能2023/2/5333.2.1外圆表面的车削加工车刀的结构形式整体车刀焊接车刀机械夹固式车刀2023/2/5343.2.1外圆表面的车削加工

机夹可转位车刀是采用机械夹固的方法将可转位刀片固定在刀体上2023/2/5353.2.1外圆表面的车削加工

可转位车刀的刀片夹固机构应满足夹紧可靠、装卸方便、定位精确等要求。常用的夹固机构：压孔式夹固机构上压式夹固机构刀片沉头螺钉刀垫刀体刀体螺钉刀片压板刀垫螺钉2023/2/5363.2.1外圆表面的车削加工刀体刀垫刀片圆柱销压块螺钉2023/2/5373.2.1外圆表面的车削加工可转位车刀机夹式刀具现代先进刀具2023/2/5383.2.1外圆表面的车削加工现代先进刀具2023/2/5393.2.2车床2023/2/5403.2.2.1车床概述数量：占机床总数的20%~35%加工范围：轴、盘套类零件、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、绞刀、丝锥等车床种类：卧式、立式、转塔仿形、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Ra1.25~2.52023/2/5413.2.2.1车床概述XZn图

卧式车床的基本结构及运动1—主轴箱2—夹盘3—刀架4—后顶尖5—尾座6—床身7—光杠8—丝杠9—溜板箱10—底座11—进给箱普通车床2023/2/5423.2.2.1车床概述立式车床适于加工高度小于直径的大型盘套类零件2023/2/5433.2.2.1车床概述转塔车床:六角车床适用于成批加工形状复杂的盘套类零件2023/2/5443.2.2.1车床概述结构特点：没有丝杠和尾座，而在床尾装有一个可纵向移动的转塔刀架，其上可装多把刀，工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控制，易保证精度，提高生产率。适用范围：成批加工形状复杂的盘套类零件转塔车床:六角车床2023/2/5451.挡块限送料长度；2.双刀同时车外圆；3.车外圆及倒角；4.打中心孔；5.钻孔；6.套车外螺纹；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滚花；10.切断刀切下工件2023/2/5463.2.2.1车床概述CM1107型精密单轴纵切自动车床机床的用途：形状较复杂，精度要求高，一次成形的小型轴类零件。用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料机床的工作原理：送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由分配轴上的鼓轮或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环2023/2/5473.2.2.2车床工作机理

2023/2/5483.2.2.3机床的运动分析基本分析方法：表面—运动—传动—机构工件表面的形式：圆柱面直线（母线）、圆（导线）圆锥面直线（母线）、圆（导线）平面直线或圆、直线（导线）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：2023/2/5493.2.2.3机床的运动分析相切法：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发生线。需要两个独立的成形运动

轨迹法：以刀刃为切削点按一定的轨迹运动而形成发生线。

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。不需要成形运动展成法：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的包络线。需要一个独立的成形运动

，刀工共同完成2023/2/5503.2.2.3机床的运动分析表面成形所需运动即形成发生线所需的运动—成形运动按组成情况不同，可分为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。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复合成形运动：简单成形运动：2023/2/5513.2.2.3机床的运动分析表面成形所需运动

辅助运动分度运动切入运动辅助运动进刀、退刀、回程和转位等操纵及控制运动操纵离合器、改变速度、进给量等

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，也可是断续的

成形运动是机床最基本的运动2023/2/5523.2.2.4机床的传动机床的基本组成部分动力源

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。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。2023/2/5533.2.2.4机床的传动机床的传动联系传动链：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的传动联系.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：

外联系传动链：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内联系传动链：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

2023/2/554传动链中通常包括两类传动机构

定比传动机构：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、丝杠螺母副等换置机构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、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构3.2.2.4机床的传动2023/2/5553.2.2.4机床的传动传动原理图和传动系统图传动原理图：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2023/2/556传动原理图和传动系统图传动系统图：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3.2.2.4机床的传动2023/2/5572023/2/5583.1.3机床的基本结构和传动CA6140车床的传动框图2023/2/5593.2.2.5CA6140机床的传动CA6140的传动系统图分析方法：抓两端，连中间2023/2/560主轴传动路线分析方法：抓两端，连中间2023/2/561CA6140型普通车床传动系统2023/2/562CA6140的传动M1：双向多片摩擦离合器换向机构M2：齿式离合器滑移齿轮变速结构2023/2/563主轴正转靠左2023/2/564主轴反转靠右2023/2/5652023/2/566同向2023/2/567主轴正转快速（高速）靠左2023/2/568主轴反转快速靠右主轴反转快速（高速）2023/2/569主轴传动路线分析方法：抓两端，连中间主轴转速：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/min2023/2/570CA6140的主轴传动路线主轴转速级数

正转时2×3×(1+3)=6+18=24级反转时1×3×(1+3)=3+9=12级(M2脱开)(M2啮合)靠左靠右快速传动2023/2/5712023/2/5722.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＝S5）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/12螺纹3）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）4）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×25.4

mmSDP=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

mmDP=7Ku基

/u倍牙/英寸1）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2）车削模数螺纹（米制蜗杆）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/4

u基

u倍

m=7u基

u倍/(4K)2023/2/573脱开脱开啮合基本变速组2826/28,28/28,32/28,36/28,19/14,20/14,33/21,36/21

等差数列增倍变速组普通米制螺纹交换齿轮主轴的方向决定螺纹的旋向2023/2/574

1)纵向机动进给量①普通螺纹正常螺距路线，32种纵向进给量f纵=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×28/56×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×28/80×π×2.5×12=0.71u基u倍

mm/rf横=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×28/56×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×59/18×5mm/r②英螺纹常螺距8种较大③普螺纹扩大螺距机构

(6高速),8种细进给量④英螺大距16种大进量2)横向机动进给量

f横/f纵≈1/23)刀架的快速移动

2600×13/29×……(2)机动进给传动链2023/2/575脱开M8、M9

:超越、安全离合器M6、M7:双向端齿离合器纵向进给：刀架左移向下2023/2/576脱开向上纵向进给：刀架右移M8、M9

:超越、安全离合器M6、M7:双向端齿离合器2023/2/577脱开向上横向进给：刀架向前移M8、M9

:超越、安全离合器M6、M7:双向端齿离合器2023/2/578脱开向下横向进给：刀架向后移M8、M9

:超越、安全离合器M6、M7:双向端齿离合器2023/2/579横向进给：刀架快速机动移动M8、M9

:安全离合器M6、M7:超越离合器2023/2/5802023/2/5813.2.2.5C