《机械制造工艺与装备》第2章

第一节机械制造中的切削加工方法一、车削主运动：工件旋转进给运动：刀具直线移动加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=1.6~6.3um在整个运动系统中—速度最高、消耗的功率最大。主运动只有一个。速度低、消耗的功率小。有一个或多个。普通车床—适于各种中、小型轴、盘、套类零件的单件、小批量生产。转塔式六角车床—适于加工零件尺寸较小、形状较复杂的中、小型轴、盘、套类零件。立式车床—适于直径较大、长度较短的重型零件。（L/D=0.3~0.8）数控车床

—适于多品种、小批量生产复杂形状的零件。工件装夹的方法1.卡盘装夹适用于L/D4的工件。2.顶尖装夹适用于L/D=4~10的工件。3.心轴装夹适用于盘、套类零件的精加工。4.其它附件跟刀架、中心架、花盘等。车外圆面粗车：精车：车内圆面（车床上镗孔）车端面、切槽、切断①实体零件：钻孔—车（镗）扩、铰②已铸出、锻出孔：镗孔车锥面1)转动小刀架法:可加工内外圆锥面2)成形刀法:加工锥面较短3)偏移尾架法:较长外锥面4)靠模尺法车成形面车螺纹滚花车削的工艺特点1.易于保证各表面的位置精度。2.加工过程平稳。3.适合有色零件的精加工。钢铁：粗车半精车精车磨削有色金属：粗车半精车精车精细车4.刀具简单。粗车半精车、精车精细车切削用量ap大较小很小f较大较小很小vc低高速或低速150~2000m/min

刀具角度γo小大采用立方氮化硼（CBN）、金刚石等超硬材料αo小大λs负正加工质量精度IT12~IT11IT10~IT6IT6以上Ra(μm)50~12.56.3~0.80.4~0.05μm

二、铣削主运动:刀具旋转运动。铣削是平面加工的主要方法之一。加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=6.3~1.6um铣床龙门铣床升降台式铣床立式铣床卧式铣床铣削加工设备铣削方式周铣端铣—用圆柱铣刀的圆周刀齿加工平面。—用端铣刀端面刀齿加工平面。顺铣：在切削点铣刀的切削速度方向与工件的进给方向相同。逆铣：在切削点铣刀的切削速度方向与工件的进给方向相反。周铣顺铣逆铣刀具寿命长工件表面质量高有利于工件的夹紧工件表面质量低刀具磨损严重不利于工件的夹紧进给速度均匀进给速度不均匀（消隙）端铣对称铣：铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线重合。不对称铣：铣刀轴线与工件铣削宽度的对称中心线不重合。铣床上加工的各种表面加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=6.3~1.6um三、刨削刨削是平面加工的主要方法之一。加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=6.3~1.6um刨床牛头刨床：适于加工中、小型零件。龙门刨床：适于加工大型零件。刨削的工艺特点1)生产率较低、单件小批生产；2)通用性好。主要用于加工平面，也广泛用于加工各种沟槽、成形面等。四、钻削钻削加工—用钻头在实体零件上加工孔的方法。加工精度：IT13~IT11，表面粗糙度：Ra=25~12.5um刀具—钻头；设备—钻床（车床、镗床、铣床）钻床台式钻床立式钻床摇臂钻床台式钻床：（D<12mm）立式钻床：摇臂钻床：钻孔主要用于粗加工。如螺钉孔、油孔、内螺纹底孔等。单件、小批生产中、小型工件上的小孔（D<13mm），常用台式钻床加工。中、小型工件上较大的孔（D<50mm），常用立式钻床加工。大型工件上的孔，则采用摇臂钻床加工。回转体工件上的孔，多在车床上加工。扩孔和铰孔1）扩孔2）铰孔用扩孔钻对工件上已有的孔进行扩大加工。加工精度：IT10~IT9，表面粗糙度：Ra=3.2~1.6um用绞刀对工件上已有的孔进行精加工。加工精度：IT9~IT7，表面粗糙度：Ra=1.6~0.4um钻——扩——铰是非常典型的工艺。钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，不易保证位置精度？由于铰削余量较小，而铰刀在装夹后的刚性又差，加之铰刀又用切削刃的导向部分以铰削前的孔加工表面导向定位，均匀地切去余量，因此铰孔不能提高孔的位置精度。

五、镗削用镗刀对已有的孔进行再加工。一般镗孔加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=1.6~0.8um精细镗加工精度：IT7~IT6，表面粗糙度：Ra=0.8~0.2um回转体零件上的孔——在车床上加工；箱体类零件上的孔或孔系——在镗床上加工。在镗床上除可加工孔或孔系外，还可加工平面、沟槽、钻、扩铰孔等。图2-8在镗床和车床上镗孔卧式镗床坐标镗床镗刀的结构简单，调整方便。单刃镗刀多刃镗刀通用性大。经济精度：IT9~IT7，Ra6.3~0.8精细镗(有色金属)：IT7~IT6，Ra0.8~0.4可保证孔的尺寸及位置精度。生产率低。图2-9镗床加工方法a）镗孔b）镗大孔c）车螺纹d）铣形面e）车端面f）钻孔g）铣平面h）车螺纹金刚镗（有色金属）浮动镗精镗浮动镗刀块属定尺寸刀具，它安装在镗刀杆的方槽中，沿镗刀杆径向可以自由滑动，其加工精度和表面粗糙度都比较好，但不能提高位置精度。六、齿面加工齿面切削加工方法分两大类：成形法（又称仿形法）展成法（又称范成法）

滚齿插齿成型法加工齿轮七、复杂曲面加工八、磨削用砂轮作为刀具磨削工件的工艺过程。是零件精加工的主要方法之一。加工精度：IT6~IT4，表面粗糙度：Ra=1.25~0.01um磨削过程指砂轮表面的磨粒从工件表面切除细微金属层的过程。砂轮磨粒结合剂空隙工件主运动：砂轮的旋转。径向进给运动：指砂轮径向切入工件的运动。轴向进给运动：工件相对于砂轮的轴向运动。工件运动：工件的旋转或直线移动。凸起、锋利的磨粒：起切削作用。切削厚度较大。凸起较小、较钝的磨粒：起刻滑、挤压作用。凹下、更钝的磨粒：起滑擦作用。磨削—切削、刻滑、滑擦三个作用的综合。可加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料，也能加工高硬度的淬硬钢、硬质合金、陶瓷、玻璃等难切削材料，但不适宜塑性较大的有色金属。外圆磨床：床身头架磨头砂轮架尾座工作台横向导轨滑鞍手轮外圆磨削方法：纵磨法横磨法(切入磨法)综合磨法(先横后纵)深磨法外圆磨削方法：纵磨法横磨法(切入磨法)综合磨法(先横后纵)深磨法外圆磨削方法：纵磨法横磨法(切入磨法)综合磨法(先横后纵)深磨法内圆磨床:床身头架砂轮修整器砂轮砂轮架工作台横向手轮纵向手轮纵磨法磨内孔横磨法磨内孔利用端磨头磨平面内圆磨削方法平面磨床:卧轴矩台式立轴矩台式卧轴圆台式立轴圆台式平面磨削方法:周磨端磨自定位方式加工，适用于细长光轴，可得到较高质量的尺寸精度和几何形状精度，但不能保证位置精度。无心磨床：导轮工件工件托板托板磨削轮磨削轮导轮砂轮高速旋转进行磨削,导轮以较慢速度同向旋转，带动工件旋转作圆周进给。贯穿磨削时，通过调整导轮轴线的微小倾斜角来实现轴向进给，适于磨削细长圆柱形工件、无中心孔的短轴和套类工件等。内圆磨与外圆磨相比较：①表面粗糙度大；

②生产率低。

内圆磨与铰孔和拉孔相比较：①可以加工淬硬工件的孔；②不仅能保证孔本身的尺寸精度和表面质量，还可以提高孔的位置精度和形状精度。③生产率低比铰孔低，比拉孔更低。磨孔一般仅用于淬硬工件孔的精加工。拉削（补充）加工精度：IT8~IT7，表面粗糙度：Ra=0.4~0.8um用拉刀在拉床加工工件的工艺方法。头部颈部前导部切削部校准部尾部后导部拉削（补充）拉削的特点：①生产率高；②加工范围广；③加工精度高，表面粗糙度低；九、研磨加工精度：IT5~IT3，表面粗糙度：Ra=0.1~0.008um图2-15研磨外圆的方法研磨是利用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精密加工方法。研磨时，工件作回转运动，研具作轴向往复运动。氧化铝、碳化硅、金刚石、碳化硼以及氧化铁、氧化铬微粉铸铁、铜、铝或硬木珩磨精度可达到IT6~IT4，表面粗糙度可以达到Ra0.8~0.005μm十、珩磨利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时做相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的一种精密加工方法。十一、抛光抛光是利用涂有抛光膏的软轮（抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削(余量很小)，从而降低工件表面粗糙度的一种精密加工方法。(不能提高尺寸和位置精度)十二、超精加工是指工件作回转运动，用细磨粒油石作高频短幅振动和送进运动，以很小的压力对工件表面进行加工的一种加工方法。改变形状和位置精度的能力较弱0.02m以下第二节金属切削机床基础一、概述1．机床的基本组成动力源（电机。。。传动系统（变速箱、进给箱。。。支承部件（床身。。。运动执行机构（主轴、工作台。。。控制系统冷却系统润滑系统其它装置（排屑、自动测量。。。动力源、传动系统支承部件、执行部件控制系统、冷却系统润滑系统、其它装置2．机床的运动机床的切削加工是由刀具或砂轮等与工件之间的相对运动来实现的。机床的运动表面成形运动辅助运动主运动进给运动空行程运动切入运动其它辅助运动3．机床技术性能指标1）机床的工艺范围工艺范围是指：在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。

通用机床----工艺范围宽

专用机床----加工范围很窄。

数控机床既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要求，也有较高的生产率，并可实现自动化加工。2）机床的技术参数尺寸参数反映机床的加工范围，包括主参数、第2主参数和与加工零件有关的其它参数。运动参数指机床执行件运动的速度，例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量（或进给速度）。动力参数指机床电机功率，有些机床给出主轴允许承受的最大转矩等。常用机床的主参数和第2主参数序号机床名称主参数第2主参数1卧式车床床身上工件最大回转直径工件最大长度2立式车床最大车削直径3摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距4卧式镗床主轴直径5坐标镗床工作台工作面宽度工作台工作面长度6外圆磨床最大磨削直径最大磨削长度7平面磨床工作台工作面宽度工作台工作面长度8滚齿机最大工件直径最大模数9龙门铣床工作台工作面宽度工作台工作面长度10升降台铣床工作台工作面宽度工作台工作面长度11龙门刨床最大刨削宽度12牛头刨床最大刨削长度4．机床精度与刚度机床精度：加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度。机床精度包括：几何精度运动精度传动精度定位精度工作精度精度保持性几何精度是指机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对的精确程度。如导轨的直线度，主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的基本指标。它主要决定于结构设计、制造和装配。是指机床空载、以工作速度运行时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。它与结构设计及制造等因素有关。运动精度传动精度

是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计、传动元件的制造和装配精度。定位精度

定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸和形状精度。机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。工作精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。精度保持性在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。机床的刚度是指机床系统抵抗变形的能力。载荷：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等按照载荷的性质不同，可分为静载荷（不随时间变化或变化极为缓慢的力）和动载荷（随时间变化的力）机床刚度相应地分为静刚度及动刚度，后者是抗振性的一部分。通常所说刚度一般指静刚度。1）机床的分类5．机床的分类和型号编制（1）车床C（2）钻床Z（3）镗床T（4）磨床M,2M,3M（5）齿轮加工机床Y（6）铣床X（7）刨床B（8）拉床L（9）螺纹加工机床S（10）电加工机床D（11）切断机床G（12）其他机床Q按加工性质和使用的刀具和用途分类：按工艺范围、布局型式和结构，每一类分十组，同一组机床的结构性能和使用范围基本相同。每组又分十个系，同一系列机床的基本结构和布局型式相同。同类型机床按通用性程度（应用范围）又可分为：普通机床：加工范围较广，通用性大，结构较复杂，适用于单件、小批量生产。卧式车床、万能升降台铣床。专门化机床：加工形状类似而尺寸不同的工件的某一种工序，适合成批生产。例如：曲轴车床、凸轮轴车床等。专用机床：用于某一种零件的某道特定的工序，工艺范围最窄，适用于大批量生产。如东风牌汽车发动机气缸镗床。

按机床的工作精度又可分为:普通精度机床精密机床高精度机床按机床自动化程度又可分为:手动机床机动机床半自动机床自动机床按机床的尺寸和重量分为仪表机床中型机床（一般机床）大型机床（重量大于10t）重型机床（重量大于30t）超重型机床（重量大于100t）根据轴数分为单轴、多轴机床。根据刀数分为单刀、多刀机床等。按照数控功能：非数控机床、一般数控机床、加工中心和柔性制造单元。2）通用机床的型号编制○为大写的汉语拼音字母△为阿拉伯数字

（△）○（○）△△△（×△）（○）/（◎）（-◎）—企业代号——其他特性代号——重大改进序号——主轴数或第二参数——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

——分类代号类别

代号

读音

车床C

车

钻床

Z

钻

镗床

T

镗

磨床

M，2M，3M

磨，2磨，3磨

齿轮加工机床

Y

牙

铣床

X

铣

刨床

B

刨

拉床

L

拉

螺纹加工机床

S

丝

电加工机床

D

电

切断机床

G

割

其他机床

Q

其

通用特性

代号

读音

高精度G

高

精密

M

密

自动

Z

自

半自动

B

半

数字程序控制

K

控

自动换刀

H

换

仿型

F

仿

万能

W

万

轻型

Q

轻

简式

J

简

组别类别0123456789车床C仪表车床单轴自动车床多轴自动半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床Z坐标镗钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床中心孔钻床其他钻床镗床T深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床其他镗床金属切削机床类、组划分组别类别0123456789磨床M仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床2M超精机内圆绗磨机外圆及其他绗磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机可转位刀片磨削机研磨机其他磨床3M球轴承套圈沟磨床滚子轴承套圈滚道磨床轴承套圈超精机叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床组别类别0123456789齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿及铣齿机剃齿及绗齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床S套螺纹机攻螺纹机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床仿形铣床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣床工具铣床其他铣床刨插床B悬臂刨床龙门刨床插床牛头刨床边缘及模具刨床其他刨床组别类别0123456789拉床L侧拉床卧式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽、轴瓦及螺纹拉床其他拉床锯床G砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床镗锯床其他机床Q其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机刻线机切断机多功能机床代表机床规格大小的一种参数；通常用主参数的折算值表示。无法用一个主参数表示时，用设计顺序号表示。第二主参数指主轴数、最大跨距、最大工件长度等，也用折算值表示。除表示主轴数的第二主参数置于主参数后外，其余列于型号的末端。（4）机床主参数和设计顺序号及第二主参数机床主参数名称折算系数卧式车床立式车床摇臂钻床卧式镗床坐标镗床外圆磨床内圆磨床矩形平台磨床齿轮加工机床龙门铣床升降台铣床龙门刨床插床及牛头刨床拉床床身上最大回转直径最大车削直径最大钻孔直径镗轴直径工作台面宽度最大磨削直径最大磨削孔径工作台面宽度最大工作直径工作台面宽度工作台面宽度最大刨削宽度最大插削及刨削长度额定拉力1/101/1001/11/101/101/101/101/101/101/1001/101/1001/101/1主要机床的主参数和折算系数（5）机床的重大改进顺序号在原来的机床型号后加重大改进序号，以示区别。序号按A、B、C、…等字母的顺序使用。（6）其他特性代号在基本型号机床的基础上，仅改变机床的部分结构时，则在原机床型号之后加1、2、3…等变形代号，并用“/”分开，以示区别。CA6140类别代号结构特性代号（结构不同）组别代号（落地及卧式车床组）系别代号（卧式车床系）主参数（最大车削直径400mm）专用机床的型号编制方法设计单位代号，包括机床厂和机床研究单位代号，位于型号之首。组别代号，用一位阿拉伯数字（不包括0）表示。专用机床的组，按照产品的工作原理划分，由机床厂和机床研究所根据产品情况自行确定。该单位的设计顺序（由001起始）排列。位于专用机床组代号后。设计单位代号组别代号设计顺序号二、机床的结构和传动1．机床布局二、机床的结构和传动CA6140型车床传动系统原理图2．机床的传动系统3．机床的主传动链——车床的主传动链

主运动传动链的两末端件（主电动机－主轴）的传动路线：高速路线低速路线主轴转速级数和转速：由传动系统图可得主轴正转时共有：2×3×（1+2×2）=30条传动路线实际：2×3×[（2×2—1）]=24级不同的转速。M2右合，主轴获得较低转速:n主=10～500(r/min)，18级转速：2*3*（2*2-1）；M2左移时，主轴上滑动齿轮z50与轴Ⅲ上的z63啮合,主轴较高转速n主=450～1400(r/min)，6级转速：2*3；主轴反转的传动路线共有：3×（1+2×2）=15条，但转速级数只有3×[1+（2×2-1）]=12级，转速值为：14～1580(r/min)。车削螺纹时，进给运动传动链是内联系传动链；车削外圆和端面时，是外联系传动链；从进给箱传出的运动，经丝杠带动溜板箱，车螺纹传动链；经光杠带动溜板箱，进给传动链。首件：主轴——末件：刀架4．进给传动链主轴转一转，刀具均匀移动一个导程U：从主轴到丝杠之间的总传动比t丝：丝杠螺距。t丝=12mmS：被加工螺纹导程。传动结构式公制螺纹：公制螺纹：传动结构式：化简：经上述路线可加工20种标准螺距的螺纹，最大螺距：12mm。经扩大导程机构，将螺距扩