机械基础 课件 第3-5章 金属切削加工、平面机构的结构分析、平面连杆机构

第3章金属切削加工

金属切削加工是用刀具从毛坯上切除多余金属，使零件具有符合要求的几何形状、尺寸及表面粗糙度的加工过程。

金属切削加工可分为钳工和机械加工。我们主要介绍机械加工。

机械加工是由工人操纵机床来完成的加工过程。其主要方式有车削、钻削、铣削、刨削、磨削等。

在现代机械制造中，除了很少一部分零件可以采用精密铸造或精密锻造的方法直接获得外，绝大部分零件，特别是精度较高和表面粗糙度值较小的零件，一般都要进行切削加工。因此，切削加工在机械制造过程中占有重要的地位。§3.1金属切削加工的基础知识3.1.1切削运动与切削要素（1）切削运动

机械零件的形状通常由外圆面、内圆面、平面和曲面所组成。切削加工应具备形成这些典型表面的切削运动，它包括主运动和进给运动两部分。1）主运动

主运动是从工件上切下多余金属层所必须的基本运动。主运动既可由工件，也可由刀具来实现。2）进给运动

进给运动是使新的金属层不断投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。进给运动可以是连续的或间断的，运动方向可以是直线、圆周或曲线。

不同加工方式的主运动和进给运动，见下表3)工件上的表面切削加工过程中，在切削运动的作用下，工件表面一层待切削的金属不断地被切下来变为切屑，从而加工出所需要的加工表面。在加工表面形成的过程中，工件上有3个依次变化着的表面，它们分别是待加工表面、过渡表面和已加工表面，如图3.1所示。①待加工表面即将被切去金属层的表面。②渡表面切削刃正在切削而形成的表面，过渡表面又称加工表面或切削表面。③已加工表面已经切去多余金属层而形成的加工表面。(2)切削要素切削要素包括切削用量要素和切削层尺寸平面要素。下面以车削加工为例介绍这些要素。1)切削用量切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和切削深度（旧称背吃刀量)的总称。它是用于调整机床、计算切削力、切削功率、核算工序成本等所必需的参数。切削速度(ν)

在单位时间内，工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离称为切削速度。

如主运动为旋转运动，则式中dw——工件待加工表面的最大直径或刀具的最大直径，mm；n——工件或刀具每分钟的转速，r／min。进给量(f)

如主运动为往复运动，则其平均速度式中L——往复运动行程长度，mm；

nr——主运动每分钟的往复次数，str／min。

工件或刀具每旋转一周，刀具或工件沿进给方向的相对位移量称为进给量，单位为mm／r。

对于主运动为往复直线运动(如刨削等)，一般仅规定间歇进给的进给量，其单位为mm／d·str(d·str为双行程)。切削深度(ap)

待加工表面和已加工表面之间的垂直距离称为切削深度。

切削深度的大小直接影响主切削刃的工作长度，反映了切削负荷的大小。对于外圆车削，则式中dw、dm——分别为工件待加工表面和已加工表面的直径，mm。3.1.2车削加工概述(1)车削加工在机械加工中的地位和作用车削加工是指在车床上应用刀具与工件作相对切削运动，用以改变毛坯的尺寸和形状等，使之成为零件的加工过程。车工在切削加工中是最常用的一种加工方法。车床占机床总数的1/2左右，故在机械加工中具有重要的地位和作用。(2)车床加工范围在车床上所使用的刀具主要是车刀，还有钻头、铰刀、丝锥及滚花刀等。车床主要用来加工各种回转表面，如：内外圆柱面；内外圆锥面;端面；内外沟槽；内外螺纹；内外成形表面;丝杠、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、套丝及滚花等，如图3.2所示。(3)车床种类及编号1）车床的种类车床的种类很多，最常用的为普通车床、六角车床、立式车床、自动和半自动车床、数控车床等。其中，应用最广泛的是普通车床。2)车床的编号由于车床的种类很多，为便于组织生产和供使用部门选用和管理，有必要对车床进行分类和编号，以便根据车床的型号，即可了解车床的类别，主要规格、性能和特征。我国自1957年1月颁布“机床型号编制办法”以来，已进行了多次修改。1995年实施的《金属切削机床型号编制方法》(GB/T15375—2008)是目前所采用的标准。机床的类代号用大写的汉语拼音字母表示。必要时，每类可分为若干分类。分类代号在类代号之前，作为型号的首位，并用阿拉伯数字表示。第一分类代号前的“1”省略，第“2”“3”分类代号则应予以表示。机床的类代号，按其相对应的汉字字意读音。例如，铣床类代号“X”，读作“铣”机床的类和分类代号见表3.2。现举几个机床型号的实例加以说明。3.1.3车削加工

在车床上用车刀加工工件的工艺过程称为车削加工。车削加工是机械加工中应用最广泛的一种加工方法。

通常车床占机床总数的一半以上。为了满足不同零件加工的需要以及提高车削加工的生产率，车床有很多类型。主要的有普通车床、六角车床、立式车床、自动和半自动车床、数控车床等。而其中应用最广泛的是普通车床。

(一)普通车床普通车床通用性强，但自动化程度低，适用于单件、小批生产。现以常用的C6132(旧型号C616)型普通车床为例，介绍其组成和传动。C6132型普通车床的组成C6132型普通车床的外形结构如图所示。它是由床身、床头箱、变速箱、挂轮箱、进给箱、光杠、丝杠、溜板箱、刀架和尾架等主要部件组成。C6132型普通车床的传动分析C6132型普通车床传动路线如图所示。C6132型普通车床传动系统如图所示1)主轴变速箱它内装主轴和变速机构。变速是通过改变设在床头箱外面的手柄位置，可使主轴获得12种不同的转速。主轴是空心结构，棒料能通过主轴孔的最大直径是29mm。主轴的右端有外螺纹，用以联接卡盘、拨盘等附件。主轴右端的内表面是锥孔，可插入锥套和顶尖。当采用顶尖并与尾架中的顶尖同时使用安装轴类工件时，其两顶尖之间的最大距离为750mm。床头箱的另一重要作用是将运动传给进给箱，并可改变进给方向。2）进给它是进给运动的变速机构。它固定在床头箱下部的床身前侧面。变换进给箱外面的手柄位置，可将床头箱内主轴传递下来的运动转为进给箱输出的光杆或丝杠获得不同的转速，以改变进给量的大小或车削不同螺距的螺纹。3)变速箱安装在车床前床脚的内腔中，并由电动机通过联轴器直接驱动变速箱中齿轮传动轴。变速箱外设有两个长的手柄，是分别移动传动轴上的双联滑移齿轮和三联滑移齿轮，可共获6种转速，通过皮带传动至床头箱。4)溜板箱溜板箱是进给运动的操纵机构。它使光杆或丝杠的旋转运动，通过齿轮和齿条或丝杠和开合螺母，推动车刀作进给运动。溜板箱上有3层滑板，当接通光杆时，可使床鞍带动中滑板、小滑板及刀架沿床身导轨作纵向移动；中滑板可带动小滑板及刀架沿床鞍上的导轨作横向移动。故刀架可作纵向或横向直线进给运动。当接通丝杠并闭合开合螺母时，可车削螺纹。溜板箱内设有互锁机构，使光杆、丝杠两者不能同时使用。5)刀架它是用来装夹车刀，并可作纵向、横向及斜向运动。6)尾架它用于安装后顶尖，以支持较长工件进行加工，或安装钻头、铰刀等刀具进行孔加工。偏移尾架可以车出长工件的锥体。7)光杆与丝杠将进给箱的运动传至溜板箱。光杆用于一般车削，丝杠用于车螺纹。8）床身它是车床的基础件，用来联接各主要部件并保证各部件在运动时有正确的相对位置。在床身上有供溜板箱和尾架移动用的导轨。9)前床脚和后床脚前床脚和后床脚是用来支承和联接车床各零部件的基础构件，床脚用地脚螺栓紧固在地基上。车床的变速箱与电机安装在前床脚内腔中，车床的电气控制系统安装在后床脚内腔中。(2)车削加工前的准备工作1）车刀的安装

安装车刀时，应注意下列几点：①车刀刀尖应与工件轴线等高。

②刀杆应与工件轴线垂直。

③车刀伸出方刀架的长度，一般不超过刀杆高度的1.5倍。

④每把车刀安装在刀架上时，不可能刚好对准工件轴线，一般会低，因此，可用一些厚薄不同的垫片来调整车刀的高低。⑤车刀位置装正后，应交替拧紧刀架螺钉。2）工件的安装在车床上装夹工件的基本要求是定位准确，夹紧可靠。因此，车削时必须把工件夹在车床的夹具上，经过校正、夹紧，使它在整个加工过程中始终保持正确的位置，这个工作称为工件的安装。在车床上安装工件应使被加工表面的轴线与车床主轴回转轴线重合，保证工件处于正确的位置;同时要将工件夹紧，以防止在切削力的作用下，工件松动或脱落，保证工作安全。工件的装夹常用的有以下5种方法：①三爪卡盘装夹三爪卡盘是车床上应用最广的通用夹具，由于三爪卡盘的3个爪是同时移动自行对中的，适合于安装棒料、圆盘形等工件。它的构造如图3.4所示。当转动小圆锥齿轮时，大圆锥齿轮便随着转动，它背面的平面螺纹就使卡盘的3个卡爪同时向中心靠近或退出。使用三爪卡盘装卸工件迅速方便并能自动定心，但定心精度不高，工件上同轴度较高的表面，应在一次安装中车出。

当转动小圆锥齿轮时，大圆锥齿轮便随着转动，它背面的平面螺纹就使卡盘的三个卡爪同时向中心靠近或退出。使用三爪卡盘装卸工件迅速方便并能自动定心，但定心精度不高(O.05～O.15mm)，工件上同轴度较高的表面，应在一次安装中车出。②四爪卡盘安装

四爪卡盘的构造如图所示。它的四个卡爪可以单独调整。每个卡爪后面有半瓣螺母与调节螺杆相配合，当转动螺杆时，卡爪即可沿卡盘的径向滑槽移动。

四爪卡盘由于4个卡爪是分别调整，且夹紧力大，所以适合于安装毛坏形状不规则或较大的工作。在四爪卡盘上安装时，需对工件进行找正，图示为在四爪卡盘上按划线找正的情形。用手转动卡盘检查划针所指的划线是否偏离转动中心，如有偏离，再分别调整相应之卡爪，找正较费时。③顶尖安装常用的顶尖有死顶尖和活顶尖两种,如图3.6所示。

顶尖适合于安装长轴类工件,如图3.7(a)所示。工件装夹在前后顶尖之间,由卡箍、拨盘带动旋转,有时也可用三爪卡盘代替拨盘,如图3.7(b)所示。前顶尖装在主轴上,与主轴一起旋转,后顶尖装在尾架的顶尖套中。顶尖不能将工件顶得太紧或太松,以免影响加工质量。

用顶尖安装时，工件两端面先用中心钻(图示)钻出中心孔，中心孔的圆锥部分与顶尖配合；圆柱部分是用来容纳润滑油和保证锥面处配合贴切。两顶尖装夹工件，多用于工件在加工过程中，需多次装夹，而要求有同一的定位基准，以保证加工精度。

④中心架和跟刀架的使用当车削细长轴（长径比>10)或端面带有深孔的细长工件时，由于工件本身的刚性很差，当受切削力的作用，往往容易产生弯曲变形和振动，容易把工件车成两头细中间粗的腰鼓形。为止上述现象发生，需要附加辅助支承，即中心架或跟刀架。中心架（见图3.9)主要用于加工有台阶或需要调头车削的细长轴，以及端面和内孔(钻中孔)。中心架固定在床身导轨上的，车削前调整其3个爪与工件轻轻接触，并加上润滑油。对不适宜调头车削的细长轴，不能用中心架支承，而要用跟刀架支承进行车削，以增加工件的刚性，如图3.10所示。跟刀架固定在床鞍上，一般有两个支承爪，它可跟随车刀移动，抵消径向切削力，提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。⑤用心轴安装工件精加工盘套类零件时，如孔与外圆的同轴度，以及孔与端面的垂直度要求较高时，常采用心轴安装。这时应先加工好孔，再以孔定位，安装在心轴上加工外圆和端面。根据工件的形状尺寸与精度要求可采用不同结构的心轴。当工件长度大于孔径时，可采用稍带有锥度（1:1000至1:2000)的心轴（见图3.11(a))，靠心轴圆锥表面与工件间的摩擦力而将工件夹紧。当工件长度比孔径小时，则应使用带螺母压紧的圆柱心轴（见图3.11(b))，为了保证内外圆同轴度要求，孔与心轴之间的配合间隙应尽可能小。(3)基本车削方法1)车外圆车外圆时常见的方法有以下3种（见图3.12)：①用直头车刀车外圆这种车刀强度较好，常用于粗车外圆。②用45°弯头车刀车外圆这种车刀适用车削不带台阶的光滑轴。③用主偏角为90°的偏刀车外圆这种车刀适于加工细长工件的外圆。①车端面车端面常用的刀具有偏刀和弯头车刀两种（见图3.13)。②车台阶A.低台阶车削方法较低的台阶面可用偏刀在车外圆时一次走刀同时车出，车刀的主切削刃要垂直于工件的轴线（见图3.14(a))，可用角尺对刀或以车好的端面来对刀（见图3.14(b))，使主切削刃和端面贴平。B.高台阶车削方法车削高于5mm台阶的工件，因肩部过宽，车削时会引起振动。因此，高台阶工件可首先用夕卜圆车刀把台阶车成大致形状，然后将偏刀的主切削刃装得与工件端面有5°左右的间隙，分层进行切削（见图3.15)，但最后一刀必须用横走刀完成，否则会使车出的台阶偏斜。为使台阶长度符合要求，可用刀尖预先刻出线痕，以此作为加工界限。3)切断和车外沟槽在车削加工中，经常需要把太长的原材料切成一段一段的毛坯，然后再进行加工，也有一些工件在车好以后，再从原材料上切下来，这种加工方法称为切断(见图3.16(a))。有时为了车螺纹或磨削时退刀的需要，在靠近台阶处车出各种不同的沟槽（见图3.16(b))。4)孔加工在车床上加工圆柱孔时，可用钻头、扩孔钻、铰刀及镗刀进行钻孔、扩孔、铰孔、和镗孔工作。①钻孔、扩孔和铰孔在实体材料上加工出孔的工作，称为钻孔。在车床上钻孔（见图3.17)，把工件装夹在卡盘上，钻头安装在尾架套筒锥孔内，钻孔前先车平端面，并定出一个中心凹坑，调整好尾架位置并紧固于床身上，然后开动车床，摇动尾架手柄使钻头慢慢进给，注意经常退出钻头，排出切屑。孔钻通后，应把钻头退出后再停车。在车床上钻孔的精度较低，表面粗糙，多用于对孔的粗加工。扩孔常用于铰孔前或磨孔前的预加工，常使用扩孔钻作为钻孔后的预精加工。为了提高孔的精度和降低表面粗糙度，常用铰刀对钻孔或扩孔后的工件再进行精加工。在车床上加工直径较小，而精度要求较高的孔，通常采用钻、扩、铰的加工工艺来进行。②车孔车孔是对钻出、铸出或锻出的孔的进一步加工（见图3.18)，以达到图纸上精度等技术要求。在车床上车孔要比车外圆困难，因镗杆直径比外圆车刀细得多，而且伸出很长，因此，往往因刀杆刚性不足而引起振动，所以切深和进给量都要比车外圆时小些，切削速度也要小10%〜20%。车不通孔时，由于排屑困难，故进给量应更小些。5)车圆锥面圆锥面具有配合紧密、定位准确、装卸方便等优点，并且即使发生磨损，仍能保持精密的定心和配合作用，因此圆锥面应用广泛。圆锥分为外圆锥（圆锥体）和内圆锥（圆锥孔）两种。圆锥面的车削方法有转动小刀架车圆锥（见图3.19(a))和偏移尾架法车圆锥（见图3.19(b))等。6)车螺纹车螺纹前，首先把工件的螺纹外圆直径按要求车好，然后在螺纹的长度上车一条标记，作为退刀标记，最后将端面处倒角，装夹好螺纹车刀。其次调整好车床，为了在车床上车出螺纹，必须使车刀在主轴每转一周得到一个等于螺距大小的纵向移动量。因此，刀架是用开合螺母通过丝杠来带动的，只要选用不同的配换齿轮或改变进给箱手柄位置，即可改变丝杠的转速，从而车出不同螺距的螺纹。7)车特形面有些机器零件，如手柄、手轮、圆球、凸轮等，它们不像圆柱面、圆锥面那样母线是一条直线，而是一条曲线，这样的零件表面称为特形面。在车床上加工特形面的方法有双手控制法、用样板刀法和用靠模板法等。8)滚花有些机器零件或工具，为了便于握持和夕卜形美观，往往在工件表面上滚出各种不同的花纹，这种工艺称为滚花。这些花纹一般是在车床上用滚花刀滚压而成的。花纹有直纹和网纹两种。滚花刀相应有直纹滚花刀和网纹滚花刀两种。(4)车削工艺过程示例制订车削工艺应考虑下列内容：①根据毛坯和零件的技术要求(包括精度、粗糙度以及热处理等），确定零件的加工顺序。②确定每一加工步骤中工件的安装方法及所用的机床、刀具、量具等以及检验方法。③合理选用切削用量。现以单件小批加工阶梯轴为例（毛坯选用035圆钢），说明其车削工艺过程见表3.4。3.2铣削加工3.2.1铣削概述(1)铣削加工在机械加工中的地位和作用铣削加工是在铣床上使用旋转多刃刀具，对工件进行切削加工的方法。铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，工件的移动是进给运动。铣刀可使用较大的切削速度，无空回程，故生产效率高。铣削是金属切削加工中常用的方法之一，在机械加工中具有较为重要的地位和作用。(2)铣床加工范围铣床是用铣刀进行切削加工的机床，它的用途极为广泛。在铣床上采用不同类型的铣刀，配备万能分度头、回转工作台等附件，可完成如图3.20所示的各种典型表面加工。(3)铣床种类及型号铣床种类很多，常用的有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、数控铣床及铣镗加工中心等。在一般工厂，卧式铣床和立式铣床应用最广。其中，卧式万能升降台铣床简称万能卧式铣床，应用最多。1)卧式万能升降台铣床卧式万能升降台铣床简称万能铣床,是铣床中应用最广的一种,如图3.21所示。其主轴是水平的,与工作台面平行。下面以X6132铣床为例,介绍万能铣床型号以及组成部分和作用。万能铣床的型号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仅在于它的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀(也称面铣刀）或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭的轮廓表面等。

如图3.22所示为常见的一种立式升降台铣床外形图。除立铣头外，其他主要组成部件与卧式升降台铣床相同。铣头可在垂直平面内调整角度，主轴可沿其轴线方向进给或调整位置。3）龙门铣床龙门铣床是一种大型高效能通用机床。它主要用于加工各类大型工件上的平面、沟槽，它不仅对工件可进行粗铣、半精铣，也可进行精铣加工。如图3.23所示为具有4个铣头的中型龙门铣床。4个铣头分别安装在横梁和立柱上，并可单独沿横梁或立柱的导轨作调整位置的移动。每个铣头既是一个独立的主运动部件，又能由铣头主轴套筒带动铣刀主轴，沿轴向实现进给运动和调整位置的移动，根据加工需要每个铣头还能旋转一定的角度。加工时，工作台带动工件作纵向进给运动，其余运动均由铣头实现。由于龙门铣床的刚性和抗振性比龙门刨床好，它允许采用较大切削用量，并可用几个铣头同时从不同方向加工几个表面，机床生产效率高，在成批和大量生产中得到广泛应用。龙门铣床的主参数是工作台面宽度。(4)铣削方式

铣削是一种高生产率的平面加工方法，而铣平面又是铣削加工的主要工作之一。铣削平面的方式有周铣法和端铣法两种。1）周铣法

用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件表面的方法称为周铣法。

根据铣刀旋转方向与工件移动方向间的关系，周铣法又可分为逆铣法和顺铣法。

在切削部位铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反为逆铣法，反之则为顺铣法。目前生产中大都采用逆铣法。2）端铣法

用端铣刀的端面齿来铣削平面的方法称为端铣法(也称立铣)。

端铣同时参加切削的刀齿多，切削力变化小，切削平稳。端铣刀的装夹刚性大，振动小，可镶硬质合金刀片，采用高速铣削。因此端铣加工质量好，生产率高，是平面加工的主要方式。3.2.2铣削加工(1)铣削的基本操作1）平面铣平面可用圆柱铣刀、端铣刀或三面刃盘铣刀在卧式铣床或立式铣床上进行铣削。①用圆柱铣刀铣平面圆柱铣刀一般用于卧式铣床铣平面，如图3.26(a)所示。圆柱铣刀通过长刀杆安装在卧式铣床的主轴上，刀杆上的锥柄与主轴上的锥孔相配，并用一拉杆拉紧。刀杆上的键槽与主轴上的方键相配，用来传递动力。②用端铣刀铣平面

端铣刀一般用于立式铣床上铣平面，有时也用于卧式铣床上铣侧面，如图3.26(b)所示。端铣刀一般中间带有圆孔。通常先将铣刀装在短刀轴上，再将刀轴装入机床的主轴上，并用拉杆螺丝拉紧。用端铣刀铣平面与用圆柱铣刀铣平面相比，其特点是:切削厚度变化较小，同时切削的刀齿较多，因此切削比较平稳;

端铣刀的主切削刃担负着主要的切削工作，而副切削刃又有修光作用，所以表面光整;

此外，端铣刀的刀齿易于镶装硬质合金刀片，可进行高速铣削，且其刀杆比圆柱铣刀的刀杆短些，刚性较好，能减少加工中的振动，有利于提高铣削用量。因此，端铣既提高了生产率，又提高了表面质量，所以在大批量生产中，端铣已成为加工平面的主要方式之一。2)铣斜面工件上具有斜面的结构很常见，铣削斜面的方法也很多，下面介绍常用的4种方法。①使用倾斜垫铁铣斜面如图3.27(a)所示，在零件设计基准的下面垫一块倾斜的垫铁，则铣出的平面就与设计基准面成倾斜位置，改变倾斜垫铁的角度，即可加工不同角度的斜面。②用万能铣头铣斜面如图3.27(b)所示，由于万能铣头能方便地改变刀轴的空间位置，因此，可转动铣头以使刀具相对工作倾斜一个角度来铣斜面。③用角度铣刀铣斜面如图3.27(c)所示，较小的斜面可用合适的角度铣刀加工。当加工零件批量较大时，则常采用专用夹具铣斜面。④用分度头铁斜面如图3.27(d)所示，在一些圆柱形和特殊形状的零件上加工斜面时，可利用分度头将工件转成所置铣出斜面。3)铣槽在铣床上能加工的沟槽种类很多，如直槽、角度槽、V形槽、T形槽、燕尾槽及键槽等。现仅介绍键槽、T形槽和燕尾槽的加工。①铣键槽常见的键槽有封闭式和敞开式两种。

在轴上铣封闭式键槽，一般用键槽铣刀加工，如图3.28(a)所示。键槽铣刀一次轴向进给不能太大，切削时要注意逐层切下。

敞开式键槽多在卧式铣床上用三面刃铣刀进行加工，如图3.28(b)所示。若用立铣刀加工，则由于立铣刀中央无切削刃，不能向下进刀。因此，必须预先在槽的一端钻一个落刀孔，才能用立铣刀铣键槽。②T形槽及燕尾槽如图3.29所示，T形槽应用很多，如铣床和刨床的工作台上用来安放紧固螺栓的槽就是T形槽。要加工T形槽及燕尾槽，必须首先用立铣刀或三面刃铣刀铣出直角槽，然后在立铣上用T形槽铣刀铣削T形槽和用燕尾槽铣刀铣削成形。但由于T形槽铣刀工作时排屑困难，因此，切削用量应选得小些，同时应多加冷却液，最后再用角度铣刀铣出倒角。4)铣齿形齿轮齿形的加工原理可分为两大类:

展成法（又称范成法），是利用齿轮刀具与被切齿轮的互相啮合运转而切出齿形的方法，如插齿和滚齿加工等;

成形法（又称型铣法），是利用仿照与被切齿轮齿槽形状相符的盘状铣刀或指状铣刀切出齿形的方法，如图3.30所示。在铣床上加工齿形的方法属于成形法。铣削时，常用分度头和尾架装夹工件，如图3.31所示。可用盘状模数铣刀在卧式铣床上铣齿，也可用指状模数铣刀在立式铣床上铣齿。(2)铣床附件及其应用铣床的主要附件有分度头、平口钳、万能铣头及回转工作台，如图3.32所示。1）分度在铣削加工中，常会遇到铣六方、齿轮、花键及刻线等工作。这时，就需要利用分度头分度。因此，分度头是万能铣床上的重要附件。分度头的作用：能使工件实现绕自身的轴线周期地转动一定的角度（即进行分度）；利用分度头主轴上的卡盘夹持工件，使被加工工件的轴线，相对于铣床工作台在向上90°和向下10°的范围内倾斜成需要的角度，以加工各种位置的沟槽、平面等（如铣圆锥齿轮）；与工作台纵向进给运动配合，通过配换挂轮，能使工件连续转动，以加工螺旋沟槽、斜齿轮等。万能分度头由于具有广泛的用途，在单件小批量生产中应用较多。2)平口钳平口钳是一种通用夹具贝经常用其安装小型工件。3）万能铣头在卧式铣床上装上万能铣头，不仅能完成各种立铣的工作，而且还可根据铣削的需要，把铣头主轴扳成任意角度。万能铣头的底座用螺栓固定在铣床的垂直导轨上。铣床主轴的运动通过铣头内的两对锥齿轮传到铣头主轴上。铣头的壳体可绕铣床主轴轴线偏转任意角度。铣头主轴的壳体还能在铣头壳体上偏转任意角度。因此，铣头主轴就能在空间偏转成所需要的任意角度。4)回转工作台回转工作台又称转盘、平分盘、圆形工作台等，它的内部有一套蜗轮蜗杆。

摇动手轮，通过蜗杆轴，就能直接带动与转台相联接的蜗轮转动。

转台周围有刻度，可用来观察和确定转台位置。

拧紧固定螺钉，转台就固定不动。

转台中央有一孔，利用它可方便地确定工件的回转中心。

3.3刨削加工3.3.1刨削概述(1)刨削加工在机械加工中的作用刨削加工是在刨床上利用刨刀（或工件）的直线往复运动进行切削加工的一种方法。刨刀或工件所作的直线往复运动是主运动，进给运动是工件或刀具沿垂直于主运动方向所作的间歇运动。在实际生产中，一般用于毛坯加工、单件小批生产、修配等。(2)刨削加工的范围刨削加工主要用来加工各种平面、直线形（母线为直线）沟槽和直线形成形面等，如图3.33所示。(3)刨床的种类刨床类机床主要有牛头刨床、龙门刨床和插床3种类型。1)牛头刨床牛头刨床是刨削类机床中应用较广的一种，如图3.34所示。它适合刨削长度不超过1000mm的中小型零件。下面以B6065型牛头刨床为例，介绍牛头刨床的型号和组成。牛头刨床由床身、滑枕、横梁、工作台及刀架等组成。①底座吊装和安装（支承和平衡)刨床。②床身安装在底座上，主要用来支承和联接各零部件。其顶面的水平导轨供滑枕作水平直线往复运动，侧面导轨供带动工作台的横梁升降运动。另外，床身内部还装有控制滑枕速度和行程长度的变速机构和摇臂机构。③滑枕主要用来带动刀架（或包彳刀）沿水平方向作直线往复运动，其运动快慢、行程长度、起始位置均可调整。④横梁主要用来带动工作台作上下和左右进给运动，其内部有丝杠螺母副。⑤工作台主要用来直接安装工件或装夹工件的夹具，台面上有T形槽供安装螺栓压板和夹具用。⑥刀架主要用来夹持刀具，其结构如图3.35所示。转动刀架进给手柄，刀架可上下移动，以调整刨削深度或加工垂直面时作进给运动。松开转盘上的螺母，将转盘扳转一定角度后，可使刀架作斜向进给，以加工斜面。滑板上装有可偏转的刀座，其上的抬刀板可使刨刀抬起，使刨刀在回程时充分抬起，防止划伤已加工表面和减少摩擦阻力。2)龙门刨床和插床①龙门刨床

主要用于大型工件及大、中型工件的多件同时加工。加工时，工件安装在工作台上，工作台沿床身导轨作往复直线运动。

刀具则根据加工要求，安装在垂直刀架与侧刀架上，分别沿横梁和立柱作间歇进给运动。横梁可以沿着两个立柱垂直升降，以适应不同高度工件的加工。

龙门刨床工作台的往复运动均采用直流电动机驱动，或者采用液压传动，可以无级变速，并且运动平稳，操作方便。②插床又称立式刨床，主要用于单件、小批生产中插削内键槽和多边形孔等。加工时，插刀安装在滑枕的刀架上，由滑枕带动作直线往复运动（主运动）；工件安装在工作台上，可作纵向、横向和圆周向的进给运动。3.3.2刨削加工刨削主要用于加工平面、沟槽和成形面。(1)刨平面1)刨水平面刨削水平面的顺序如下：①正确安装刀具和零件。②调整工作台的高度，使刀尖轻微接触零件表面。③调整滑枕的行程长度和起始位置。④根据零件材料、形状、尺寸等要求，合理选择切削用量。⑤试切，先用手动试切。进给1〜1.5mm后停车，测量尺寸，根据测得结果调整背吃刀量，再自动进给进行刨削。⑥检验。零件刨削完工后，停车检验，尺寸和加工精度合格后即可卸下。2）刨垂直面和斜面刨垂直面的方法如图3.38所示。此时采用偏刀，并使刀具的伸出长度大于整个刨削面的高度。刀架转盘应对准零线，以使刨刀沿垂直方向移动。刀座必须偏转10°〜15°，以使刨刀在返回行程时离开零件表面，减少刀具的磨损，避免零件已加工表面被划伤。刨垂直面和斜面的加工方法一般在不能或不便于进行水平面刨削时才使用。刨斜面与刨垂直面基本相同，只是刀架转盘必须按零件所需加工的斜面扳转一定角度，以使刨刀沿斜面方向移动。如图3.9所示，采用偏刀或样板刀，转动刀架手柄进行进给，可刨削左侧或右侧斜面。(2)刨沟槽1)刨直槽用切刀以垂直进给完成，如图3.40所示。2)刨V形槽其方法如图3.41所示，先按刨平面的方法把V形槽粗刨出大致形状如图3.41(a)所示；然后用切刀刨V形槽底的直角槽，如图3.41(b)所示;再按刨斜面的方法用偏刀刨V形槽的两斜面，如图3.41(c)所示;最后用样板刀精刨至图样要求的尺寸精度和表面粗糙度，如图3.41(d)所示。3)刨T形槽和刨燕尾槽应先在零件端面和上平面划出加工线。刨燕尾槽的侧面时，须用角度偏刀（见图3.42)刀架转盘要扳转一定角度。

3.4磨削加工3.4.1磨削概述(1)磨削加工在机械加工中的地位和作用磨削加工是机械制造中最常用的加工方法之一。

它的应用范围很广，可磨削难以切削的各种高硬超硬材料:可磨削各种表面;可用于粗加工、精加工和超精加工。

磨削比较容易实现生产过程自动化，在工业发达国家，磨床已占机床总数的25%左右，个别行业可达到40%〜50%。(2)磨削的加工范围

磨削加工可磨削内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮、螺纹、花键以及复杂的成形表面，是零件精加工的主要方法。常见的磨削加工形式如图所示。(3)磨床的种类常用的磨床有万能外圆磨床、普通外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床、齿轮磨床及螺纹磨床等多种类型。下面介绍常见的几种磨床。1)万能外圆磨床

万能外圆磨床的外形如图所示。由床身、工作台、头架、尾架、砂轮架和内圆磨头等部分组成。万能外圆磨床上工作台的直线往复运动，以及砂轮的自动径向进给与快速自动后退和趋近等都采用液压传动，如图3.45所示。

由液压传动系统控制的工作台，沿床身上的导轨作纵向的直线往复运动。纵向行程长度通过调整挡块的位置来控制。工件安装在头架顶尖和尾架顶尖之间，并由拨盘带动旋转。横向送进是由砂轮架的横向移动实现的，它可以液压驱动，也可以手动。当一个工件加工完成时，砂轮架可由液压传动系统自动快速退回，以便装卸工件。砂轮上附有内圆磨头，翻下内圆磨头可以磨削内孔。

图示位置为工作台向左运动，其进、回油路如下：

进油路：油池-油泵-转阀-节流阀-换向阀-油缸右腔、工作台向左移动。

回油路：油缸左腔-换向阀-油池。

当工作台向左移至使固定在工作台侧面的行程挡块与换向手柄相碰时，自右向左推动换向手柄移至虚线位置，并使换向阀中的活塞向左移至虚线位置。于是进、回油路换向，使工作台向右返回。如此反复循环，从而实现了工作台的纵向往复运动。

液压传动的优点是传动平衡、结构紧凑、操纵方便、能无级调速、并易于实现自动化。2)平面磨床主要用来磨削工件的平面，如图3.46所示。3)内圆磨床主要用来磨削圆柱孔、圆锥孔、端面等，如图3.47所示。4)无心磨床主要用来磨削大批量的细长轴及无中心孔的轴、套、销等零件的外圆。它是高效率、高自动化的磨床。其原理是将工件放置在磨轮与导轮之间的托板上，磨轮与导轮同向转动并带动工件旋转磨削外圆。导轮轴线的略微倾斜所产生的轴向分力使工件自动沿轴向移动进给，如图3.48所示。3.4.2磨削加工

（1）外圆磨削

外圆磨削主要用于磨削外圆、锥面及端面等。常采用的磨削方法为纵磨法，如图a所示。对于磨削粗短轴的外圆则常采用横磨法，如图b所示。（2）内圆磨削内圆磨削方法与外圆磨削相似，只是砂轮的旋转方向与磨削外圆时相反，如图3.50所示。操作方法以纵磨法应用最广，且生产率较低，磨削质量较低。（3）平面磨削

平面磨削用于精加工各种零件的平面。平面磨床分为周磨和端磨两类(如图)。每一类又有矩形工作台和圆形工作台两种形式。应用最广泛的是矩形工作台的周磨平面磨床。

平面磨床工作台通常采用电磁吸盘来安装工作，工作方便。3.5工艺过程的基本知识3.5.1生产过程与工艺过程(1)生产过程生产过程是指将原材料转变为成品的所有劳动过程的总和。一台产品的生产过程包括原材料、半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备的购置、运输、检验、保管，专用工具、专用工装、专用设备的设计与制造等生产准备工作和毛坯制造、零件加工、热处理、表面处理、产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。(2）工艺过程生产过程中，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。它可通过不同的工艺方法来完成，是生产过程的一部分。

因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、表面处理及装配等工艺过程。用切削的方法逐步改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格的零件所进行的劳动过程，称为机械加工工艺过程。在机械制造业中，机械加工工艺过程是最主要的工艺过程。

在机械加工工艺过程中，针对零件的结构特点和技术要求，要采用不同的加工方法和装备，按照一定的顺序进行加工，才能完成由毛坯到零件的过程。1)工序工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变和加工是否连续。这里的连续，是指工序内的工作需连续完成，不能插入其他工作内容或者阶段性加工。

生产规模不同，加工条件不同，其工艺过程及工序的划分也不同。如图3.52所示的阶梯轴，因不同的生产批量，就有不同的工艺过程及工序，见表3.5与表3.6。工序是组成工艺过程的基本单元，也是制订生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。2)安装安装是指工件(或装配单元)通过一次装夹后所完成的那一部分工序。一道工序中，工件可能被安装一次或多次。3）工位工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。

4)工步工步是指在加工表面（或装配时的连续表面)不变、加工工具不变和切削用量不变的条件下，所连续完成的那部分工序。工步是构成工序的基本单元，一道工序包括一个或几个工步。5）走刀走刀是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。3.5.2生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。人们按照产品的生产纲领、投人生产的批量，可将生产分为单件生产、批量生产和大量生产3种类型。(1)单件生产单个生产不同结构和尺寸的产品贝艮少重复甚至不重复，这种生产称为单件生产。例如，新产品试制、维修车间的配件制造和重型机械制造等都属此种生产类型。其特点是:生产的产品种类较多，而同一产品的产量很小，工作地点的加工对象经常改变。(2)大量生产同一产品的生产数量很大，大多数工作地点经常按一定节奏重复进行某一零件的某一工序的加工，这种生产称为大量生产。例如，自行车制造和一些链条厂、轴承厂等专业化生产即属此种生产类型。其特点是：同一产品的产量大，工作地点较少改变，加工过程重复。(3)批量生产一年中分批轮流制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复，这种生产称为成批生产。例如，一些通用机械厂、某些农业机械厂、陶瓷机械厂、造纸机械厂、烟草机械厂等的生产即属这种生产类型。其特点是:产品的种类较少，有一定的生产数量，加工对象周期性地改变，加工过程周期性地重复。同一产品（或零件)每批投人生产的数量，称为批量。根据批量的大小又可分为大批量生产、中批量生产和小批量生产。小批量生产的工艺特征接近单件生产，大批量生产的工艺特征接近大量生产。3.5.3机械加工工艺规程概述(1)机械加工工艺规程的概念机械加工工艺规程是将产品或零部件的制造工艺过程和操作方法按一定格式固定下来的技术文件。它是在具体生产条件下，本着最合理、最经济的原则编制而成的，经审批后用来指导生产的法规彡性文件。机械加工工艺规程包括零件加工工艺流程、加工工序内容、切削用量、采用设备及工艺装备、工时定额等。(2)机械加工工艺规程的类型根据原机械电子工业部指导性技术文件《工艺管理导则工艺规程设计》(JB/Z338.5)中规定，工艺规程的类型如下：1)专用工艺规程针对每一个产品和零件所设计的工艺规程。2)通用工艺规程①典型工艺规程为一组结构相似的零部件所设计的通用工艺规程。②成组工艺规程按成组技术原理将零件分类成组，针对每一组零件所设计的通用工艺规程。③标准工艺规程已纳入国家标准或工厂标准的工艺规程。3.5.4工艺路线的拟订工艺路线是指从毛坯制造开始经机械加工、热处理、表面处理生产出产品、零件所经过的工艺流程。工艺路线是工艺规程的总体布局，它主要涉及零件表面加工方法的选择、加工阶段的划分、加工工序数目的确定和工序的安與样。(1)表面加工方法的选择在选择零件各表面的加工方法时，主要应从以下5个方面来考虑：1)零件的结构2)各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糖度3)工件材料的性质4)工件的结构形状和尺寸5)生产率和经济性(2)加工阶段的划分零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多。从零件的整个机械加工工艺过程来看，可划分为以下5个加工阶段：1)粗加工阶段2)半精加工阶段3）精加工4)光整加工阶段5)超精密加工阶段(3)加工顺序的安排要满足零件图样的全部技术要求及生产的高效率和低成本，不仅要正确选择定位基准和每个表面的加工方法，而且要合理地安排工序顺序。这不仅指安排好机械加工间的顺序，而且要合理地安排好机械加工与热处理、表面处理及与辅助工序（如清洗、检验等）间的工序顺序。1)机械加工顺序的安排①基面先行；

②先主后次；③先粗后精；

④先面后孔。2)热处理工序的安排热处理工序在工艺过程中的安排是否恰当，是影响零件加工质量和材料使用性能的重要因素。热处理的方法、次数和在工艺过程中的位置应根据材料和热处理的目的而定。3)检验工序的安排检验工序是辅助工序中最重要的工序，为了确保零件的加工质量，在工艺过程中合理地安排检验工序是非常必要的。一般在重要工序的前后、零件送往另一个车间之前、各加工阶段之间及工艺过程的最终都应安排检验工序，以保证加工质量。零件的清洗工序一般安排在最终检验工序之前。第4章平面机构的结构分析组成机构的目的是为了使机构按照预定的要求进行有规律的运动而不能乱动，也就是说机构要有确定的运动。为此，要分析机构的自由度和具有确定运动的条件。这个问题对设计新机械、拟订运动方案或认识和分析现有机械都是非常重要的。实际机械的外形和结构往往比较复杂，为便于分析研究，常常需要用简单线条和符号绘制出机构的运动简图，作为机械设计的一种工程语。所谓平面机构，是指组成机构的所有构件均在同一平面或相互平行的平面内运动的机构;否则，则称为空间机构。迄今工程中常用的机构大多属于平面机构。本章只讨论平面机构。4.1平面机构的组成4.1.1运动副及其分类

机构是由若干个构件组成的。构件是机器中独立的运动单元体，零件是机器中加工制造的单元体，一个构件可以是一个零件，也可以是由若干个零件刚性联接在一起的一个独立运动的整体。

两个构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的联接，称为运动副。两构件接触不外乎点、线、面3种方式。通常把面接触的运动副，称为低副;把点、线接触的运动副，称为高副。(1)低副按两构件的相对运动情况来分类，常用的低副如下：1)移动副两构件接触处只允许作相对移动，如图4.1(a)所示。2)回转副两构件接触处只允许作相对转动，如图4.1(b)、（c)所示。

如图4.1(a)所示为移动副及其运动简图符号;如图4.1(b)、（c)所示为回转副及其运动简图符号，回转副有时也称铰链。(2)高副高副最常见的形式有以下两种:如图4.2(a)所示的凸轮与从动件之间的联接是点接触;如图4.2(b)所示的齿轮之间的联接是线接触。通常也相应称为凸轮副和齿轮副。以上运动副中，各构件的相对运动均在同一平面或相互平行的平面内运动，故又称平面运动副。4.1.2运动链运动链是两个构件或两个以上的构件通过运动副联接而成的相对可动的系统。运动链可以是首末封闭的闭链，如图4.3(a)、（b)所示;也可以是未封闭的开链，如图4.3(c)所示。一般机构都是闭链。在运动链中，将其中一个构件固定作为机架，其余各构件相对机架有确定运动的运动链，称为机构。机构中按给定运动规律独立运动的构件，称为原动件;其余活动构件，称为从动件。

从动件的运动规律取决于原动件的运动规律和机构的结构及尺寸。4.2机构运动简图4.2.1机构运动简图机构是由若干构件通过若干运动副组合在一起的。在研究机构运动时，为了便于分析，常常撇开它们因强度等原因形成的复杂外形及具体构造，仅用简单的符号和线条表示，并按一定的比例定出各运动副及构件的位置。这种简明表示机构各构件之间相对运动关系的图形，称为机构运动简图。4.2.2机构运动简图绘制(1)绘制机构运动简图的一般步骤①分析机构的组成和运动情况，找出机架、原动件与从动件。②从原动件开始，沿运动的传递顺序，分析构件间的相对运动性质，确定构件、运动副的类型和数目。③合理选择视图，通常选择平行于构件运动的平面作为视图平面。④选择适当的长度比例尺μ(m/mm)，定出各运动副之间的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘制机构运动简图，即(2)常用运动副的符号常用运动副的符号见表4.1。

(3)构件的表示构件的表示见图4.4。例4.1试绘制如图4.5(a)所示抽水唧筒的机构运动简图。4.3平面机构自由度的计算4.3.1自由度和运动副约束对于一个作平面运动的构件而言，仅有3个独立运动的参数，即沿x轴、y轴的移动和绕垂直于xoy平面的轴的转动，如图4.6所示。人们把构件相对于参考系所具有的独立运动参数的数目，称为构件的自由度。一个作平面运动的自由构件具有3个独立运动的数目，即具有3个自由度。两个构件通过运动副连接以后，相对运动受到限制。运动副对两构件间的相对运动所加的限制，称为约束。引入1个约束将减少1个自由度，运动副所引入的约束的数目与其类型有关。低副引入两个约束，减少两个自由度。每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。4.3.2平面机构自由度计算公式机构的自由度是机构所具有的独立运动的数目，设一个平面机构包含N个构件，其中1个构件为机架，则有n=N-1个活动构件。由于1个活动构件有3个自由度，在未用运动副连接之前，这些活动构件的自由度总数应为3n。当用运动副连接之后，各构件具有的自由度数减少。设有PL个低副和PH个高副，则机构中全部运动副引入的约束总数为2PL+PH。因此，活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度，以F表示，即F=3n–2PL–PH例4.2试计算如图4.7所示机构的自由度。当运动链自由度大于0时，如果原动件数少于自由度数，那么，运动链就会出现运动不确定现象，不能成为机构。如果原动件数大于自由度数，则运动链中最薄弱的构件或运动副可能被破坏，也不能成为机构。例4.4计算如图4.9所示牛头刨床中驱动滑枕机构的自由度。4.3.3机构具有确定运动的条件大多数机构都只有一个自由度，对于这样的机构，只要使其某一个构件按给定的运动规律运动，机构的运动便完全确定了，即只需要一个主动件。而对于具有两个自由度的机构，要使其具有完全确定的运动，就必须同时给定机构两个独立的运动规律，即需要两个主动件，以此类推。因此，机构具有确定的相对运动的条件是:输入的给定运动规律的主动件数W应等于机构自由度数F即W=F式(4.2)用于判断、检验或确定机构所需的主动件个数。4.3.4计算平面机构自由度时应注意的特殊情况在利用式(4.1)计算机构自由度时，不能忽视下面3种特殊情况，否则将得不到正确的结果。这些特殊情况是：(1)复合铰链两个以上的构件在同一处以回转副相联就形成复台铰链。如图4.10所示为3个构件在A点形成的复合铰链，由其俯视图可知，这3个构件共形成两个回转副。以此类推，k个构件形成的复合铰链应具有(k-1)个回转副。统计回转副数目时，应注意这一情况，以免遗漏。

(2)局部自由度局部自由度是指不影响机构其他构件的运动的局部运动自由度。在计算机构自由度时，必须将局部自由度除去。如图4.11所示凸轮机构，初看起来．机构自由度F=3n-2PL-PH＝3×3-2×3-1=2。但实际上该机构的自由度为1，亦即我们只要给凸轮1以确定的转动，从动件2的往复移动规律就是完全确定的。(3)虚约束

虚约束是指机构中某些对机构运动无约束作用的约束。工程中，往往为了改善机构或构件的受力情况或满足其他一些工作需要而使用虚约束，但不影响机构运动。因此，计算机构自由度时，应正确判断并加以去。平面机构的虚约束常出现在以下场合：①两个构件组成多个轴线重合的转动副或组成多个方向一致的移动副时，只需考虑其中一处约束，其余各处带入的均为虚约束。图4.12表示回转构件1的轴在固定件2的两个轴承中转动。这两个回转副只起一个回转副的约束作用，因为一个轴承就足以使轴1绕轴线a-a转动。引入另一轴承是为了改善轴和轴承的受力情况。因此，计算自由度时应只算作一个回转副。值得注意的是，必须满足一定的几何条件:左右两轴承必须共轴线，两个运动副才算是完全相同的重复约束，其中一个才可作为虚约束而除去不计。②机构运动时，两构件上两点间的距离始终保持不变，如果将此两点用构件和运动副连接，则会带进虚约束。在如图4.13所示的平行四边形机构中，连杆2始终与机架4保持平行并作平移运动。③机构中对运动不起作用的对称部分引入的约束。如图4.14所示，中心齿轮1通过两个对称布置的小齿轮2和3驱动内齿轮4。总之，机构中的虚约束是在一些特定几何条件下出现的。为保证实现这些几何条件，对制造和装配提出了必要的精度要求。若这些几何条件不能满足，则引入的虚约束就是真约束，“机构”将不能运动。使用虚约束时，必须注意这一点。在没有必要时，应少用虚约束。

第5章平面连杆机构平面连杆机构由若干个刚性构件用低副连接而成，且各构件均在同一平面或互相平行的平面内运动，又称平面低副机构。

低副连接使构件间接触面上的压强小、磨损轻、易润滑;另外，两构件接触表面都是圆柱面或平面，制造比较简单，因此，平面连杆机构在各种机械及仪器设备中获得广泛应用。

其缺点是：由于低副中存在间隙较大，运动时产生较大的累积误差，所以不容易精确实现复杂的运动规律，且构件运动时所产生的惯性力也难以平衡。

因此，常用于速度较低的运动场合。平面连杆机构中最常见的是由4个构件组成的平面四杆机构。

在平面四杆机构中，铰链四杆机构是最基础的形式，其他各种平面连杆机构都可以由它演化而来。因此，本章主要讨论平面连杆机构的类型、特点、应用、结构及常用的设计方法。5.1铰链四杆机构的类型及其演化所有运动副都是转动副的平面四杆机构，称为铰链四杆机构，如图5.1所示。固定不动的构件4称为机架，与机架相连的构件1、3称为连架杆，连架杆中能够绕机架作整周运动的构件1称为曲柄，只能在某一范围内绕机架作往复摆动的构件3称为摇杆，与两连架杆连接的构件2称为连杆，连杆作复杂的平面运动。5.1.1铰链四杆机构的类型在铰链四杆机构中，可根据两连架杆是曲柄还是摇杆将其分为3种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。(1)曲柄摇杆机构如图5.2(a)所示的铰链四杆机构中，构件1为曲柄，可绕固定铰链4做整周转动，杆3为摇杆，只能绕固定铰链D作往复摇动，故称其为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，若取曲柄为原动件，可将曲柄的连续转动转变成摇杆的往复摆动。如图5.3所示的雷达天线俯仰角调整机构；图5.所示的汽车刮雨器机构等。

在曲柄摇杆机构中若以摇杆为主件，则可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的连接转动。如图所示的缝纫机踏板机构等。(2)双曲柄机构在铰链四杆机构中，如果两个连架杆都能绕机架作整周运动，则称为双曲柄机构，如图5.2(c)所示。在双曲柄机构中，主动曲柄一般作等速转动，从动曲柄作变速转动。如图5.6所示的惯性筛子机构，当主动曲柄等速回转一周时，从动曲柄变速回转一周，从而使筛子具有较大变化的加速度，筛子中的物料由于惯性作用而被筛选。在双曲柄机构中，若其相对两杆平行且相等，则称为正平行四边形机构，如图5.7所示。如图5.8所示的机车车轮联动机构，即是利用正平行四边形机构来传递运动和动力的。这种机构运动时两曲柄转向相同，角速度相等，连杆作平移运动。如图5.9所示的摄影平台；5.10所示的铲斗机构

在双曲柄机构中，若其对边相等而不平行时，则成为反平行四边形机构。如图所示的车门机构，运动时主、从动曲柄作反向转动，使两扇车门同时敞开或关闭。（3）双摇杆机构

若以和最短杆相对的构件为机架(如图所示)，则因两连架杆均为摇杆，则称其为双摇杆机构。

如图所示的鹤式起重机即为双摇杆机构的应用例子，当摇杆AB摆动时，另一摇杆CD随之摆动，使悬挂在E点上的重物在近似的水平直线上运动，避免重物平移时因不必要的升降而消耗能量。5.1.2铰链四杆机构类型的判断铰链四杆机构3种类型的判别取决于连架杆是否为曲柄及曲柄的数目。在图5.13所示的铰链四杆机构中，设机构中各杆长度为a、b、c、d，取AD为机架，AB、CD为连架杆，欲使AB为曲柄，则必须使曲柄AB的B点能顺利通过AB1、AB2两个极端位置。当B点运动到B1极端位置时，机构形成了三角形当B点运动到B1极端位置时，机构形成了三角形AC2D。由三角形三边关系可知：

并且a＜b，a＜c，a＜d即铰链四杆机构中，存在曲柄时必要的杆长条件为：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。但这只是必要条件，机构中是否一定存在曲柄，还要看哪个构件为机架，若以最短杆AB为连架杆，则AB为曲柄，另一连架杆CD为摇杆，该机构为曲柄摇杆机构，如图5.2（a）（b）所示；若取最短杆AB为机架，则两连架杆BC和AD都能相对机架作整周转动，该机构为双曲柄机构，如图5.2（c）所示；若取最短杆AB相对的CD杆为机架，则两连架杆BC和AD相对机架CD都只能在一定角度内摆动，该机构为双摇杆机构，如图5.2（d）所示。由此可得，铰链四杆机构存在曲柄的充分条件如下：①最短杆与最长杆之和小于或等于另外两杆长度之和；②最短杆为机架或连架杆。铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取哪个构件为机架，均无曲柄存在，只能得双摇杆机构。5.1.3铰链四杆机构的演化

（1）

曲柄滑块机构在实际机械中，除了铰链四杆机构以外，还广泛地采用着其他形式的平面四杆机构，这些平面四杆机构都可看作由铰链四杆机构演化而来的。

曲柄转动中心距导路之间的距离e称为偏距。若e≠0，称为偏置式曲柄滑块机构，如图5.14(b)所示；若e=0，如图5.14（c）所示，称为对心式曲柄滑块机构。

曲柄滑块机构广泛地应用于往复式机械中，如活塞式内燃机、冲床等。如图5.15所示为曲柄滑块机构在冲床中的应用。（2）导杆机构导杆机构可以看成是改变曲柄滑块机构中的固定构件演化而来的，如图5.16（a）所示的曲柄滑块机构中，以杆1为机架时，即得图5.16（b）所示的导杆机构，在机构中与滑块作相对移动的构件4称为导杆。当L1≤L2时，导杆4能作整周转动，称为转动导杆机构，图5.17所示的小型刨床机构简图中，采用的就是转动导杆机构。同样以杆1为机架，当A>4时，导杆4只能在一定角度内摆动，称为摆动导杆机构。如图5.18所示为摆动导杆机构在牛头刨床中的应用。（3）摇块机构

若改取图a所示曲柄滑块机构的机架为杆2，即得图c所示的摇块机构。

一般取杆1和杆4为原动件，当杆1作转动和摆动时，杆4相对杆3滑动，并一起绕C点摆动，杆3即为摇块。这种机构广泛应用于液压驱动装置、摆缸式内燃机等机械中。

图示的卡车车厢自动翻转卸料机构就是摇块机构的应用例子。(4)定块机构

若再将图a中的机架改取为3，即得图d所示的定块机构了。

这种机构一般取杆1为原动件，使杆2绕c点往复摆动，而杆4仅相对杆3作往复移动。杆3为定块。这种机构用于抽水泵和抽油泵中。如图5.20所示是定块机构在手压唧水机中的应用。

除此之外，通过改变构件的形状和相对尺寸还可以演化出一些其它形式的四杆机构。

例如图a所示为一曲柄滑块机构，当因结构需要使曲柄尺寸过小而不便加工，或因运动要求需加大曲柄的重量以增大惯性力时，则将回转副B同心放大至将A也包括在内，使图a中的杆1放大成图b中的圆盘1，圆盘1的几何中心为B，转动中心则为偏心A，故称圆盘1为偏心轮。该机构则称为偏心轮机构。

当偏心轮1转动时，通过杆2使滑块3往复移动。偏心轮中A点和B点的距离称为偏心距e，它与原曲柄长度相等，其它各杆长也都相等，故图a和图b两机构为等效机构。

同理，图c所示曲柄摇杆机构与图d所示的偏心轮机构同样等效。

偏心轮机构广泛应用于剪床、冲床、颚式破碎机等机械中。

综上所述，虽然不同形式的四杆机构，各有其不同特点，却有其规律性的内在联系，都可以认为是由曲柄摇杆机构演化而来的。4．双滑块机构

双滑块机构则是含有两个移动副的四杆机构，它也是由曲柄滑块机构演化来的。

如在图a所示的曲柄滑块机构中，由于铰链B相对于铰链C运动的轨迹为圆弧aa，所以若将连杆2作成滑块形式并使之沿圆弧导轨aa运动(如图b所示)，显然其运动性质并未发生变化，若再将图a中杆2的长度增至无限长，则圆弧导轨aa将成为直线，于是该机构将演化成图c所示的双滑块机构。5.2平面四杆机构的基本特性

5.2.1急回特性

在如图5.22所示的曲柄摇杆机构中，曲柄作整周转动，当其处于两个极限位置时（即AB运动到AB1、AB2时），摇杆3分别处于C1D和C2D两个极限位置，其夹角ψ称为摇杆3的摆角；曲柄1相应的两个位置AB1和AB2之间所夹的锐角θ称为极位夹角。如图5.22所示，曲柄AB沿顺时针方向由AB1转过φ1=180°+θ到达位置