第3章常见机械加工方法及装备课件

3.1外圆表面加工方法及装备

3.2孔加工方法及装备

3.3平面加工方法及装备

3.4圆柱齿轮齿面加工方法及装备

3.5特殊表面加工

3.6数控机床与数控加工

3.7特种加工3.1

外圆表面加工方法及装备3.1.1外圆表面的车削加工加工方法粗车：IT12~IT11，Ra50~12.5µm；精车：IT8~IT6，Ra

1.6~0.8µm；细车：IT6~IT5，Ra

0.02~1.25µm，多用于磨削加工性不好的有色金属工件的精密加工。提高外圆表面车削生产效率的途径采用高速切削：硬质合金车刀，200

~

250

m/min；陶瓷车刀，500m/min；采用强力切削采用多刀加工方法3.1.2

CA6140型卧式车床1.机床布局图3-3

CA6140型卧式车床1-主轴箱2-刀架3-尾座4-床身5-右床腿6-溜板箱7-左床腿8-进给箱2.机床的传动系统图3-4

CA6140型卧式车床传动系统原理框图3.机床的主传动链主运动传动路线表达式：电动机

7.5kw1450r/minⅠ轴M1左,正转56/3851/43Ⅱ轴39/4122/5830/50Ⅲ轴20/8050/50Ⅳ轴M2右20/8051/50Ⅴ轴26/58Ⅵ轴低速传动路线M2左63/50Ⅵ轴高速传动路线M1右,反转50/34Ⅰ轴Ⅱ轴34/30Ⅶ轴反转路线Ⅲ轴…4.主轴箱的主要机构图3-6

CA6140型卧式车床主轴箱的展开图图3-8

卡盘或拨盘的安装1-螺钉2-锁紧盘3-主轴4-卡盘座5-螺栓6-螺母图3-9

双向多片离合器1-双联齿轮2-外摩擦片3-内摩擦片4-螺母5-固定销6-花键滑套7-拉杆8-滑套9-销轴10-摆杆11-拨叉12-空套齿轮13-挡销图3-10

制动及其操纵机构1-拉杆2-销3-I轴4-滑套5-摆杆6-调节螺钉7-杠杆8-制动带9-制动轮10-扇齿轮11-手柄12-轴13-杆14-曲柄15-齿条轴16-拨叉17-IV轴3.1.3

外圆表面的磨削加工1.加工方法快速点磨①纵向进给磨削②横向进给磨削（切入磨削）工件有中心支承的外圆磨削工件无中心支承的外圆磨削2.外圆磨削的尺寸控制单件小批量生产：试切法；大批量生产：主动测量。3.外圆磨削加工的工艺特点及应用范围①磨粒硬度高，它能加工一般金属刀具所不能加工的工件表面（淬硬表面等）。➁磨削加工能切除极薄切屑，加工精度高（IT6~IT5），加工表面粗糙度值小（Ra可小至0.1µm）。③大负前角切削，磨削速度高（30~90m/s），故磨削区的瞬间温度极高。④磨削所消耗的能量大。磨削加工更适于精加工，可用于加工淬火钢、硬质合金等高硬度材料、带有不均匀铸、锻硬皮的工件。不适宜加工塑性较大的有色金属材料（如铜、铝及其合金）。磨削加工既广泛用于单件小批生产，也广泛用于大批大量生产。高效磨削工艺：高速磨削、深切缓进给磨削等；先进制造磨削工艺：高精度磨削和低粗糙度表面磨削。3.1.4

外圆表面的光整加工光整加工是精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺寸和形状精度、降低表面粗糙度的加工方法。对于加工精度要求很高（IT6以上）、表面粗糙度要求很小（Ra为0.2µm以下）的外圆表面，需经光整加工。光整加工的主要任务是减小表面粗糙度，有的光整加工方法还有提高尺寸精度和形状精度的作用，但一般都没有提高位置精度的作用。外圆表面的光整加工方法主要有研磨、超精加工、滚压、拋光等。1.研磨研磨是在研具与工件之间加入研磨剂对工件表面进行光整加工的方法。研具材料比工件材料软，对工件表面进行微量切削。研具材料的组织应细密、耐磨，常用硬度为120~160HBW的铸铁，也可用铜、巴氏合金等。研磨剂由磨料、研磨液和表面活性物质等混合而成。磨料（刚玉、碳化硅、碳

化硼等）主要起切削作用；研磨液（煤油、汽油、全损耗系统用油、工业甘油

等）主要起冷却润滑作用；表面活性物质（油酸、硬脂酸等）附着在工件表面，使其生成一层极薄的软化膜，易于切除。研磨分手工研磨和机械研磨两种。研磨设备简单，成本低，加工质量容易保证，可加工钢、铸铁、硬质合金、光学玻璃、陶瓷等多种材料。研磨外圆可获得很高的尺寸精度（IT6~IT4）、极小的表面粗糙度（Ra为0.1~0.008µm）和较高的形状精度（圆度误差为

0.003~0.001mm）。但研磨不能提高位置精度，生产效率较低。2.超精加工超精加工时用细粒度的磨条或砂带进行微量磨削的一种光整加工方法。超精加工时，工件作低速旋转（0.03~0.33m/s），磨具以恒定压力（0.05~0.3MPa）压向工件表面，在磨具相对工件轴向进给的同时，磨具作轴向低频振动（振动频率为8~30Hz、振幅为1~6mm）。超精加工是在加注大量冷却润滑液条件下进行的。磨具与工件表面接触时，最初仅仅碰到前工序留下的凸峰，凸峰很快被磨掉。冷却润滑液的作用主要是冲洗切屑和脱落的磨粒，使切削能正常进行。当被加工表面逐渐呈光滑状态时，压强不断下降，切削作用减弱。最后，冷却润滑液在工件表面与磨具间形成连续的油膜，切削作用自动停止。超精加工的加工余量很小（一般为5~8µm），常用于加工发动机曲轴、轧辊、滚动轴承套圈等。（a)超精加工示意图

（b)超精加工磨粒运动轨迹图3-18

外圆的超精加工超精加工设备简单，自动化程度较高，操作简便，生产效率高。超精加工能减小工件的表面粗糙度（Ra可达0.1~0.012µm），但不能提高尺寸精度和位置精度。工件精度由前面工序来保证。3.2

孔加工方法及装备3.2.1

钻孔与扩孔钻孔钻孔是在实心材料上加工孔的第一道工序，钻孔直径一般小于

80mm。钻孔加工的两种方式：一种是钻头旋转，例如在钻床、镗床上钻孔；另一种是工件旋转，例如在车床上钻孔。扩孔扩孔是用扩孔钻对已有孔作进一步加工，以扩大孔径并提高孔的加工质量。扩孔加工既可以作为精加工孔前的预加工，也可以作为要求不高的孔的最终加工。3.2.2

铰孔铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。对于直径较小的孔，相对于内圆磨削及精镗而言，铰孔是一种较为经济实用的加工方法。铰孔余量对铰孔质量的影响很大，余量不能太大，也不能太小，一般粗铰余量取为0.15

~

0.35mm，精铰取为0.05

~

0.15mm。铰孔通常采用较低的切削速度（高速钢铰刀加工钢和铸铁时，v<8m/min）进行加工。进给量的取值与被加工孔径有关，孔径越大，进给

量取值越大。用高速钢铰刀加工钢和铸铁时，进给量常取为0.3

~1mm/r。铰孔时必须用适当的切削液进行冷却、润滑和清洗。铰孔尺寸精度一般为IT9~IT7级，表面粗糙度Ra一般为3.2~0.8µm。对于中等尺寸、精度要求较高（IT7级）的孔，钻—扩—铰工艺是生产中常用的典型加工方案。3.2.3

镗孔镗孔是在预制孔上用切削刀具使之扩大的一种加工方法。镗孔可以在镗床上进行，也可以在车床上进行。1.镗孔方式工件旋转，刀具进给：在车床上镗孔刀具旋转，工件进给：在镗床上镗孔（3）刀具既旋转又进给：在镗床上镗孔2.金刚镗金刚镗因最初用天然金刚石镗刀加工而得名，其特点是背吃刀量小，进给量小，切削速度高，它可以获得很高的加工精度（IT7~IT6）和很光洁的表面（Ra为0.4~0.05μm）。现在普遍采用硬质合金、CBN和人造金刚石刀具加工。金刚镗主要用于加工有色金属工件，也可用于加工铸铁件和钢件。金刚镗床须具有较高的几何精度和刚度，机床主轴支承常用精密的角接触球轴承或静压滑动轴承，高速旋转零件须经精确平衡。此外，进给机构的运动必须十分平稳，保证工作台能作平稳低速进给运动。3.镗孔的工艺特点及应用范围镗孔的加工范围广，可加工各种不同尺寸和不同精度等级的孔。对于孔径较大、尺寸和位置精度要求较高的孔和孔系，镗孔几乎是唯一的加工方法。镗孔的加工精度为IT9~IT7级，表面粗糙度Ra为3.2~0.8μm。镗孔可以在镗床、车床、铣床等机床上进行，也可以在镗铣加工中心或专用机床上进行，具有机动灵活的优点，生产中应用十分广泛。在大批大量生产中，为提高镗孔效率，常使用镗模或专用机床。3.2.4

珩磨孔1.珩磨原理及珩磨头珩磨是利用带有磨条（油石）的珩磨头对孔进行光整加工的方法。珩磨时，工件固定不动，珩磨头由机床主轴带动旋转并作往复直线运动。珩磨加工中，磨条以一定压力作用于工件表面，从工件表面上切除一层极薄的材料，其切削轨迹是交叉的网纹（见图3-24b）。手动调整结构的珩磨头图3-25珩磨头1-螺母

2-弹簧3-调整锥4-磨条5-本体6-砂条座7-顶销8-弹簧卡箍2.珩磨的工艺特点及应用范围①珩磨能获得较高的尺寸精度和形状精度，加工精度为IT7

~

IT6级，孔的圆度和圆柱度误差可控制在3

~

5μm的范围之内，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。②珩磨能获得较高的表面质量，表面粗糙度Ra为0.2

~

0.025μm，表层金属的变质缺陷层深度极微（2.5~

25μm）。③与磨削速度相比，珩磨头的圆周速度虽不高（vc

=16

~60m/min），但由于砂条与工件的接触面积大，往复速度相对较高（va

=8

~20m/min），所以珩磨仍有较高的生产率。珩磨在大批大量生产中广泛用于发动机缸孔及各种液压装置中精密孔的加工，孔径范围一般为ϕ

15～ϕ

500mm或更大，并可加工长径比大于

10的深孔。但珩磨不适于加工塑性较大的有色金属工件上的孔，也不能加工带键槽的孔、花键孔等。3.2.5

拉孔1.拉削与拉刀拉孔是一种高生产率的精加工方法，它是用特制的拉刀在拉床上进行的。图3-26是在卧式拉床上拉削圆孔的加工示意图。拉孔时，强制使拉刀从工

件孔中通过，让拉刀上尺寸逐齿增大的刀齿顺序通过工件孔，从孔壁上一

层一层地切除余量，最后加工出满足一定要求的孔。拉削时拉刀只作低速

直线运动（主运动）。是相邻两刀齿半径上的高度差，即齿升量。用普通拉刀拉削钢件圆孔时，粗切刀齿的齿升量为0.015～0.03mm/齿，精切刀齿的齿升量为0.005～0.015mm/齿。两刀齿间的空间称为容屑槽。拉刀同时工作的齿数一般应不少于3个，但不超过6~

8个。拉刀刀齿切削过程：拉削方式（拉削图形）：（1）分层式拉削 拉刀将工件加工余量一层一层顺序地切除。按分层式拉削方式设计的拉刀称为普通拉刀。（2）分块式拉削加工表面的每一层金属由一组(2~3个刀齿)尺寸相同但切削位置相互交错的刀齿切除。每个刀齿仅切去一层金属的一部分。按分块拉削方式设计的拉刀称为轮切式拉刀。（3）综合式拉削 这种方式集中了分层及分块式拉削的优点，粗切齿部分采用分块式拉削，精切齿部分采用分层式拉削。按综合拉削方式设计的拉刀称为综合式拉刀。图3-30 圆孔拉刀的结构①-头部 ②-颈部 ③-过渡锥部④-前导部⑤-切削部⑥-校准部 ⑦-后导部⑧-支承部圆孔拉刀的结构：2.拉孔的工艺特征及应用范围①拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能顺序完成孔的粗加工、精加工和光整加工工作，生产效率高。②拉孔精度主要取决于拉刀的精度。通常条件下拉孔精度可达IT9~IT7，表面粗糙度Ra可达6.3~1.6μm。③拉孔时工件以被加工孔自身定位，拉孔不易保证孔与其他表面的相互位置精度。④拉刀不仅能加工圆孔，还可以加工成形孔、花键孔。拉孔常用在大批大量生产中加工孔径为ϕ10~

ϕ80mm、孔深不超过孔径5倍的中小零件上的通孔。3.3

平面加工方法及装备3.3.1

概述平面是箱体类零件、盘类零件的主要表面之一。平面加工的技术要求包括：平面本身的精度（直线度、平面度等），表面粗糙度，平面相对于其他表面的尺寸精度、位置精度（平行度、垂直度等）。加工平面的方法很多，常用的有铣、刨、车、拉、磨削等方法。铣平面是平面加工最常用的方法。刨平面所用机床、工具结构简单，调整方便，通用性好，但刨平面的生产率较低。平面加工中的车、拉、磨削等加工方法，其工艺特点与外圆表面及孔加工基本相同。3.3.2

铣平面铣削时，铣刀的旋转运动是主运动。铣削时，ap为背吃刀量（铣削深度），是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸；ae是侧吃刀量（铣削宽度），是指垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸；vf为进给速度，是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。1.铣削方式（a)对称铣（b)不对称铣(a)逆铣(b)顺铣周铣：用分布在铣刀圆柱面上的刀齿进行铣削端铣：用分布在铣刀端面上的刀齿进行铣削2.铣刀及其几何角度（1）圆柱形铣刀：刀齿排列在刀体圆周上的铣刀。它的结构形式分为由高速钢制造的整体圆柱形铣刀和镶焊硬质合金刀片的镶齿圆柱形铣刀（图3-35）。圆柱形铣刀一般采用螺旋刀齿，以提高切削工作的平稳性。（2）面铣刀：面铣刀的刀齿排列在刀体端面上。硬质合金面铣刀是加工平面的最主要刀具，将刀片用机械夹固方式固定在刀体上的面铣刀称为机夹可转位面铣刀。机夹可转位铣刀的结构形式很多，图3-36所示是小直径（ϕ

90mm以下）的锥柄机夹可转位面铣刀。（3）铣刀的几何角度：圆柱铣刀和面铣刀是铣刀的基本形式，一般应标注的几何角度有：

前角 及法向前角 ；②后角 及法向后角

；

刃倾角 （端铣刀）或螺旋角β（圆柱铣刀）。圆柱铣刀的几何角度端铣刀的几何角度3.铣削的工艺特点及应用范围铣刀是多刃刀具，刀齿能连续地依次进行切削，没有空程损失，且主运动为回转运动，可实现高速切削，故铣平面的生产效率一般都比刨平面高。经粗铣—精铣平面后，尺寸精度可达IT9~IT7级，表面粗糙度Ra可达6.3~1.6μm。在大批大量生产中铣平面已逐渐取代了刨平面。在成批生产中，中小件加工大多采用铣削，大件加工则铣刨兼用。而在单件小批生产中，特别是在一些重型机器制造厂中，刨平面仍被广泛应用。因为刨平面不能获得足够的切削速度，有色金属材料的平面加工几乎全部都用铣削。3.4

圆柱齿轮齿面加工方法及装备3.4.1

概述1.齿轮的主要技术要求齿轮传动应满足的要求：传递运动的准确性；传递运动的平稳性；载荷分布的均匀性；齿侧具有间隙。齿轮制造应达到的精度标准：国家标准GB/T10095.1—2001《圆柱齿轮精度制第1部分：轮齿同侧齿面偏差的定义和允许值》规定了13个精度等级。对于分度传动用的齿轮，对齿轮的运动精度要求高；对于高速动力传动用齿轮，对工作平稳性精度有较高要求；对于低速重载传动用齿轮，则要求齿面载荷分布均匀；对于换向和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙。除了上述各项精度外，还应对齿轮装配基准面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等提出要求。2.圆柱齿轮齿面的加工方法齿面的切削加工齿面的无屑加工成形法展成法铣齿拉齿磨齿滚齿插齿剃齿珩齿磨齿冷挤齿（精轧齿）轧齿（热轧齿）精密锻造齿轮3.4.2

滚齿与插齿1.滚齿加工原理滚齿是应用一对交错轴斜齿圆柱齿轮副啮合原理，使用齿轮滚刀进行切齿的一种加工方法。（a)滚齿示意图（b）齿轮滚刀图3-37

滚齿示意图和齿轮滚刀1-齿轮滚刀2-被切削齿轮3-切削刃4-容屑槽图3-38

滚齿时的主要运动和齿廓的形成滚齿机的三种基本运动：滚刀的旋转运动（nc）；工件的旋转运动（nw）；轴向进给运动（f），且：2.插齿原理插齿是利用一对平行轴圆柱齿轮副啮合原理，使用插齿刀进行切齿的一种加工方法。插齿刀1相当于一个切削刃为渐开线并磨出前角和后角的假想圆柱齿轮2（其模数及压力角与被加工齿轮3相同）。插齿刀紧固在插齿机的主轴上。插齿时，插齿刀与被切削齿轮间严格保持一对圆柱齿轮的啮合传动关系，插齿刀刀齿的连续运动轨迹在工件上包络出轮齿齿廓。插削直齿圆柱齿轮时插齿机的基本运动：切削运动：插齿刀沿其轴线方向的快速直线往复运动。展成运动：插齿刀与工件的旋转运动构成插齿加工的展成运动。插齿刀与工件的旋转运动之间，必须严格保持一对圆柱齿轮副的啮合传动关系，其传动比i应满足：圆周进给运动： 插齿刀的旋转运动（以插齿刀每往复运动一次在其节圆上转过的弧长表示，mm/str)。径向进给运动： 工件逐渐地相对于插齿刀作径向进给运动（以插齿刀每往复运动一次工件径向移动量fr

表示，mm/str)。让刀运动

：插齿刀向上运动为空行程退刀，为避免插齿刀在空行程中擦伤已切削齿面和减少插齿刀的磨损，插齿刀在径向方向有一让刀运动e，使插齿刀与被切削齿面脱离接触。插齿刀空行程完成后，工作台或插齿刀再返回原位，以进行下一切削行程。3.4.3

剃齿1.剃齿加工原理剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合时沿齿向存在相对滑动而创建的一种齿轮精加工方法。剃齿刀与工件的切向速度vct与vwt不相等，故剃齿刀与被剃削齿轮啮合时在齿向上就有相对滑动发生。由于剃齿刀的齿面上开有许多切削刃，剃齿刀便在被切齿面上剃下一层又薄又细的切屑。2.剃齿机运动剃齿刀的正、反向转动。工作台轴向进给运动。径向（垂直）进给运动。3.剃齿的工艺特点与应用范围剃齿机床结构简单，成本较低。剃齿可修正轮齿的径向误差、齿形误差和减小齿面粗糙度，但它对轮齿的齿距累积误差等切向误差的修正能力差。剃齿加工精度主要取决于刀具，使用A、B等级的剃齿刀，可加工7～6级精度的齿轮，齿面粗糙度可达Ra0.40～1.25μm。剃齿是一种高生产率的齿面加工方法。在大批大量生产中加工中等模数、7～6级精度、未经淬硬的齿轮，剃齿是最常用的齿轮精加工方法。3.4.4

磨齿1.磨齿方法分类及特点成形法磨齿 成形法磨齿（图3-42a）是将砂轮修整成与被加工齿轮齿槽相对应的形状，对被加工齿轮齿槽逐个进行磨削。磨削时，砂轮一面旋转（nc），一面沿齿宽方向作往复运动（A1），磨完一个齿后，通过分度，再磨下一个齿。展成法磨齿①单片锥形砂轮磨齿（图3-42b）。砂轮的截面形状相当于假想齿条的一个齿。②双片碟形砂轮磨齿（图3-42c）。两片碟形砂轮倾斜安装后，构成假想齿条的两个齿面。③蜗杆砂轮磨齿（图3-42d）。蜗杆砂轮与被磨齿轮相当于一对交错轴斜齿副啮合传动。(a)成形砂轮磨齿(b)锥形砂轮磨齿(c)碟形砂轮磨齿(d)蜗杆砂轮磨齿砂轮假想齿条被磨齿轮2.磨齿的工艺特点和应用范围磨齿加工的质量高，磨齿可纠正齿轮预加工中产生的各项齿轮误差，其加工精度比剃齿、珩齿高得多，磨齿的表面粗糙度可达到Ra0.2～0.8μm,而且能加工淬硬齿轮。加工3～6级精度的淬硬齿轮，磨齿是最有效的精加工方法。磨齿的主要缺点是生产效率低和成本较高。采用蜗杆砂轮磨齿工艺和立方碳化硼（CBN）砂轮成形磨齿工艺可使磨齿效率成倍提高，加工成本不断下降，故在大量生产中逐渐得到广泛应用。单片锥形砂轮磨齿和双片碟形砂轮磨齿只在单件和小批量生产中应用。3.5

特殊表面加工特殊表面一般也称为复杂曲面。复杂曲面由刀具相对于工件在三维空间内作坐标运动形成，其切削加工方法主要有仿形铣和数控铣两种，使用的刀具一般是头部为圆形的球头铣刀。仿形铣必须预先制造出具有与被加工曲面相同形状的样件作为靠模。随着数控加工技术的发展及数控加工设备的普及，特别是随着CAD/CAM和计算机辅助编程技术的发展，数控铣削现已成为复杂曲面切削加工最主要的方法。3.6

数控机床与数控加工3.6.1

数控机床的加工原理1.数控机床及其坐标系用数字化信息进行控制的技术称为数字控制技术；装备了数控系统，能应用数字控制技术进行加工的机床称为数控机床。输入装置、数控装置、伺服系统及机床本体是数控机床的四个基本组成部分。数控机床加工时，首先把加工过程所需要的几何信息和工艺信息用数字量表示出来，并用规定的代码和格式编制出数控加工程序，然后将加工程序输入到数控装置。数控装置对输入信息进行处理与运算后，将结果输入到机床的伺服系统，控制并驱动机床运动部件按预定的轨迹和速度运动。数控机床的坐标系按照ISO841和我国的JB/T3051—1999标准，规定为右手直角笛卡尔坐标系。X、Y、Z的正方向是增大工件和刀具间距离的方向。通常以平行于主轴的坐标为Z轴，X轴平行于工件的主要装夹面且与Z轴垂直，Y轴按右手笛卡尔坐标系确定。三个回转运动的坐标轴A、B、C分别表示回转轴线平行于X、Y、Z的旋转或摆动运动。其正方向分别用右手螺旋法则判定。2.数控机床的数控装置早期：普通数控（NC）现代：计算机数控（CNC）CNC装置CNC装置的主要功能：功能控制位置控制信号处理虚线框内3.数控机床的进给伺服系统数控机床的进给伺服系统由伺服驱动电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成。它的作用是接收数控装置发出的进给速度和位移指令

信号，由伺服驱动电路作数模转换和功率放大后，经伺服驱动装置（例如

伺服电动机、电液脉冲伺服马达等）和机械传动机构（例如滚珠丝杠等），驱动机床的执行机构（例如工作台、刀架、主轴箱等），以某一确定的速

度、方向和位移量，沿机床坐标轴移动，实现加工过程的自动循环。开环伺服系统： 不带反馈检测装置，数控指令单向，定位精度0.02mm，价格低。闭环伺服系统： 实际位移反馈，进行误差修正，定位精度0.01~0.001mm，价格高。半闭环伺服系统：

位移检测反馈信号从伺服电动机轴或滚珠丝杠上取得，定位精度较闭环系统差，价格适中。图3-46

开环伺服系统图3-47

闭环伺服系统虚线部分半闭环3.6.2

数控铣床及加工中心的主运动及进给运动系统1.主运动系统数控铣床的主运动系统比普通铣床有更宽的调速范围，加工中心主轴的调速范围要求更高，其主轴转速在其调速范围内通常都是无级可调的。数控机床的主传动系统形式：电动机直接带动主轴旋转电动机经V带或同步齿形带传动主轴电动机经1~4对变速齿轮传动主轴2.进给运动系统数控机床进给系统中普遍采用滚珠丝杠副传递运动，其优点是摩擦因数小，传动精度高，传动效率高达95%~98%，是普通滑动丝杠副的2~4倍。图3-491-丝杠滚珠丝杠的结构示意图2-螺母

3-滚珠

4-插管滚珠丝杠传动的轴向间隙会造成反向冲击并引起反向“死区”，这在开环或半闭环伺服系统中将影响定位精度。为了提高传动的稳定性及进给系统的刚度，滚珠丝杠在过盈条件下工作比较有利。消除丝杠螺母间隙和对丝杠螺母预加荷载的方法有多种，数控机床上比较常用的是双螺母加垫片的方法。滚珠丝杠的预紧高速、超高速加工机床或加工中心，已开始应用直线电动机以满足快速进给和快速换速、换向的要求。学科前沿3.刀具自动夹紧装置和主轴周向定向装置加工中心为了实现刀具在主轴上的自动装卸，要求配置刀具自动夹紧装置，其作用是自动地将刀具夹紧或松开，以便机械手能在主轴上安放或取走刀具。由于在刀具切削时，切削转矩不能完全靠主轴与刀杆锥面配合产生的摩擦力来传递，因此通常在主轴前端设置两个端面键来传递转矩。换刀时，刀柄上的键槽必须对准端面键。为此，主轴在停止转动时，

要求主轴必须准确地停在某一指定的周向位置上，主轴定向装置就是

为保证换刀时主轴能准确停止在换刀位置而设置的。3.6.3

JCS—018型立式加工中心1.机床布局图3-52 JCS—018型立式加工中心1-床身2-滑座3-工作台4-立柱5-数控柜6-刀库7-机械手

8-主轴箱9-操作面板

10-驱动电柜2.传动系统3.伺服进给装置1-电动机4-丝杠5、8-螺母图3-54工作台纵向伺服进给装置2-锥环无键联轴器

3-十字滑块联轴器6-垫圈

7-联接键

9-螺母座主轴结构图3-551-刀柄2-主轴

3-旋弹簧

8-活塞拉钉

4-钢球

5-碟形弹簧6-拉杆

7-螺9、10-行程开关4.主要部件结构（1）主轴部件（2）自动换刀装置：JCS—018型立式加工中心设有刀库式自动换刀装置，由刀库和机械手两部分组成。刀库刀座（a）

(b)

(c)

(d)（e）

(f)

(g)

(h)换刀过程示意图1、2-弹簧3-锁紧销机械手臂和手爪4-销

5-活动销

6-固定爪

7-锥销3.6.4

数控加工程序编制数控加工程序编制步骤分析零件图样和编制数控加工工艺计算刀具运动轨迹编写加工程序并进行程序校验数控加工程序的结构与程序段格式一个完整的数控加工程序由程序号和若干个程序段组成。程序号由地址码O与程序编号组成，例如O0100。每个程序段表示数控机床的一个加工工步或动作。程序段由一个或若干个字组成，每个字由字母和数字组成，每个字表示数控机床的一种功能。目前各种机床数控系统广泛应用的是字地址程序段格式。程序段实例：N105

G01

X15.0Y32.0Z6.5F100M03S1500T0101；N——程序段号代码（或称作地址符），105表示该程序的编号；G——准备功能代码，用以规定数控机床的运动方式。本例中G01表示直线插补；X、Y、Z——沿相应坐标轴运动的终点坐标位置代码，其后的数字为相应坐标轴的终点坐标值；F——进给速度代码，其后的数字表示进给速度为100mm/min；M——辅助功能代码，用于规定数控机床加工时的开关功能，如主轴正、反转及开停等。本例中M03表示主轴正转；S——主轴转速功能代码，其后数字表示主轴转速为1500r/min；T——刀具功能代码，其后数字0101表示使用一号刀具和该刀具的一号补偿值；；——为程序段结束符。3.数控加工程序编制实例【例3-1】

在数控立式铣床上精铣图3-61所示零件的凸台轮廓，试为该工序编写数控加工程序。图3-61 数控加工零件图解

根据零件加工要求，本例选用直径为ϕ20mm的立铣刀进行加工。切削用量取为：主轴转速n=1000r/min，垂直进给速度vf=30mm/min，轮廓加工进给速度vf=50mm/min。工件原点设定在工件的左下角，走刀路线为：P1→P2→P3→P4→P5→P6。该数控加工程序为(/*后为对程序段的说明)：O1234N01

G00X-15.0Y-15.0Z35.0；N02

X0Y0Z22.5S1000M03；N03

G01Z10.0F30.0M08；N04

X60.0F50；N05

Y35.0；/*程序号/*快速移至起刀点/*快速移至P1，主轴正转/*以30mm/min的进给速度直线插补至Z=10mm处，开切削液/*以50mm/min的进给速度直线插补至P2/*直线插补至P3，进给速度不变N06G03X35.0Y60.0I-15.0J0；/*逆时针圆弧插补至P4，进给速度不变，X、Y为圆弧的终点坐标，I、J为圆心相对于圆弧起点的坐标N07G01X0；/*直线插补至P5，进给速度不变N08Y0；/*直线插补至P6，进给速度不变N09Z22.5M09；/*刀具退离工件，关切削液N10G00X-15.0Y-15.0Z35.0；/*刀具快速回到起刀点N11M30；/*程序结束并返回至程序起点3.7

特种加工3.7.1

电火花加工1.加工原理电火花加工是利用工具电极和工件电极间脉冲性电火花放电产生的高温去除工件上多余的材料，使工件获得预定的形状、尺寸和表面粗糙度要求。电火花加工方法有两类：电火花穿孔或电火花成形加工：用具有一定形状的电极工具（石墨、铜或是它们的合金）进行加工；电火花线切割加工：用细丝（钼丝、钨丝或铜丝）电极加工二维轮廓形状，按电极丝的走丝速度分为快速走丝和慢速走丝两类。图3-62 电火花成形加工原理示意图1-工件

2-脉冲电源3-自动进给调节装置4-工具 5-工作液6-过滤器7-工作液泵图3-63 电火花线切割加工原理1-绝缘板

2-工件

3-脉冲电源

4-电极丝

5-导向轮

6-支架

7-卷丝筒2.工艺