干切削的技术及切削机床设计课程设计论文

西北工业大学明德学院专业综合课程设计综合课程设计论文题目：干切削的技术及切削机床的设计专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名赵坤指导教师李郁毕业时间二零一六年六月摘要干切削技术是为适应全球日益高涨的环保要求和可持续发展战略而发展起来的一项绿色切削加工技术。随着环境保护法律法规越来越严格，国外在汽车以及中小型制造业中，干切削的应用越来越广泛，目前在西欧已有近一半企业采用了干式切削加工，德国企业尤为普遍。日本的《生产设备市场》杂志选出的1997年日本工厂自动化行业的国内十大新闻中就包括“保护环境的加工技术具体化”。由此可见：干切削加工技术将成为未来加工技术的发展方向之一。干切削并不是简单地取消切削液就能实现，有意义且经济可行的干切削加工要求仔细分析特定的边界条件和掌握干切削加工的复杂因素，并为干切削工艺系统的设计提供所需的技术数据。干切削加工刀具工作条件恶劣，寿命缩短。因此，须合理选择刀具材料及涂层，设计合理的刀具几何参数。本文分析干切削加工的特点，提出了干切削对刀具的具体要求，讨论了干切削刀具的设计要点。追求生态效益和经济效益是推动干切削技术发展的主要动力。近10年来，由于超硬刀具材料，特别是刀具涂层材料的发展，刀具几何形状的改进和微量润滑材料的应用，以及适合干切削机床等相应配套设备的开发有利地推动了干切削技术的迅速发展。干切削技术经过多年的开发和实验，目前已进入了实用化阶段，当今相当多的切削加工工序已完全可以用干式或通过微量润滑来解决。随着干加工工艺过程可靠性的不断提高，干加工正在逐步进入机械加工业，特别是愈来愈多地进入汽车工业等大批量生产领域。我国在干切削理论研究方面和国外还存在较大的差距，在工业中的应用规模更小，有待于我们今后加快研究与推广应用。关键词：干切削；环境保护；刀具；研究；推广。AbstractDrycuttingtechnologyistomeettherisingglobalrequirementsofenvironmentalprotectionandsustainabledevelopmentstrategyandthedevelopmentofagreencuttingprocessingtechnology.Withincreasinglystrictenvironmentalprotectionlawsandregulationsand,foreignincarsandsmallandmedium-sizedmanufacturing,drycuttingisappliedmoreandmorewidely.Atpresent,nearlyhalfofenterprisesinWesternEuropehasthedrycutting,Germancompaniesareparticularlycommon.Japanese<productionequipmentmarket>magazineelected1997Japanesefactoryautomationindustry,thetopnews,including"theprocessingtechnologyofenvironmentalprotectionconcrete.Thus:drycuttingtechnologywillbecomeprocessingtechnologyinthefuturedirectionofdevelopment.Drycuttingisnotsimplycancelthecuttingfluidcanachieve,meaningfulandeconomicfeasibledrymachiningrequirescarefulanalysisofspecificboundaryconditionsandmasterofdrymachiningofcomplexfactors,andfordrycuttingprocesssystemdesignedtoprovidetherequiredtechnicaldata.Drycuttingtoolworkingconditionisbad,shortenlife.Therefore,reasonableselectionoftoolmaterialsandcoatingshouldbe,therationaldesignofcuttergeometryparameters.Basedontheanalysisofdrymachiningcharacteristicsanddrycuttingoftool'sspecificrequirements,discussedthedrycuttingtooldesignpoints.Pursuitofecologicalbenefitsandeconomicbenefitsistopromotethedrycuttingtechnologydevelopmentisthemaindrivingforce.Inrecent10years,duetothesuperhardtoolmaterials,especiallythedevelopmentoftoolcoatingmaterials,improvementoftoolgeometryandtracelubricatingmaterialsused,andsuitablefordrycuttingmachinetools,andthecorrespondingequipmentdevelopmentadvantageouslypromotedthedrycuttingtechnologyrapiddevelopment.Drycuttingtechnologyafteryearsofexperimentationanddevelopment,hasenteredthepracticalstage,nowadaysquitealotofcuttingprocesshasbeencompletelywithdryorbythemicrolubricationtosolve.Withthecontinuousimprovementofthereliabilityofthemachiningprocess,dryprocessingisgraduallyenteringthemachineandIndustry,especiallyinthefieldofautomobileindustryandsoon.Ourcountryindrycuttingtheoryandabroadtherearestillabiggap,intheindustrialapplicationofsmaller,tobetousinthefuturetoaccelerateresearchandapplication.Keywords:drycutting;environmentalprotection;cuttingtools;research;promotion.目录TOC\o"1-3"\h\u摘要1Abstract 2目录 4第一章前言 ..71.1正在发展的干切削技术71.2切削液的存在感81.3切削液的功能和负面影响101.4干切削在国内外的发展研究现状121.5本章小结 13第二章机械干切削加工的要素刀具 142.1干切削加工对刀具的要求142.2干切削刀具设计要点及应用152.3干切削刀具几何参数的优化172.4强化切削刃，减轻载荷182.5刃口强化、刀具几何参数与排屑202.6机械干加工的刀具选择212.6.1立方氮化硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用212.6.2陶瓷刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用232.6.3涂层刀具材料的性能和特点及刀具的应用25第三章机械干切削加工的要素机床28第四章论文总结43第五章课设小结45参考文献46致谢 47第一章前言1.1正在发展的干切削技术近十年来，人们日益认识到发展干切削(或准干切削)是进一步降低产品制造成本和消除冷却润滑液对环境污染的重要途径。原因是，冷却润滑液的供给、保养和处理以及冷却润滑液设备的折旧等费用约要占到工件制造成本的12%-17%，存在着降低产品成本的巨大潜力。另外，冷却润滑液的大量使用(如在德国，1997年在金属加工工业中约消耗了80万吨冷却润滑液。)是造成环境污染、破坏生态平衡的重要因素。如果经常接触冷却润滑液的反应生成物，会使人们患上肺病和皮疹。在对环境保护受到人们普遍重视、市场竞争日趋激烈的今天，开发和推行干切削技术已成为金属加工工业及其企业的一项迫切任务。干切削并非只要简单的取消冷却润滑液就可以实现的。由于在切削过程中缺少了冷却润滑液的润滑、冷却和冲屑作用，会导致刀具与工件间的摩擦增大、切削温度升高、粘结加剧和切屑堵塞，从而造成刀具寿命、加工精度和切削效率的下降。为克服由于缺少了冷却润滑液而造成的困难，需要通过开发和应用耐热的硬刀具材料，合适的刀具几何形状和微量润滑材料，以及通过采用适合于干切削的机床和选择相应的加工参数来解决，保证干切削过程的可靠进行。近年来，在干切削技术的开发上已取得了很大进展，有相当多的干切削工艺已在生产中推广应用。如德国的Liebherr公司在年产130台CNC滚齿机中，“纯干式加工机床”已占14%，“纯湿式加工机床”约占22%，而复合型机床占64%(这种机床只需花一天的时间可改装为干式或湿式加工机床)，经生产表明，该机床当采用高速干铣齿轮(目前，采用涂层硬质合金，切削速度可达300m/min；采用涂层的Cermets，切削速度可高达600m/min)时单件费用要比湿式铣齿低50%。又如，某工厂在对轿车变速擒纵轮工艺装备进行技改时，决定由原来的湿式加工改造为干切削。为此采用涂层硬质合金滚刀替代原来的涂层高速钢滚刀，切削速度由原来的110m/min提高到了290m/min。这不仅缩短了加工时间，提高了机床的加工能力，而且每件的加工费用降低了43%。由此可见，采用干切削可以获得很好的技术经济效益。据目前的技术发展，在工业发达国家的机器制造业中，预计今年干切削工艺的应用可望达到20%。1.2切削液的存在感就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到3%。以至没有谁会对此多加注意。可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占比例上升为15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境，国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此，越来越多的厂家开始采用干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。以前，金属加工行业使用切削液已形成""习惯""，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切，费用可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是“标准加工环境”。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷却液中，就能很明显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻时的两倍。在这种情况下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果，涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害的环境污染，这是不值得的。应该看到，现代的切削刀具能承受更高的切削热，具备高速切削所需的性能。必要时可以用压缩空气从切削区吹走热的切屑，以取代切削液。1.3切削液的功能和负面影响干切削并不是简单地停止使用切削液就能实现的。必须分析在停用切削液以后，会出现什么问题？应采取什么措施来消除这些不利影响？为此，首先应对切削液在机械加工中的作用和功能有一个全面、深入的认识。（1）在机械加工中，切削液的三大功能

a.润滑功能——当切削液进入切削区以后，它就会渗入到刀具、工件和切屑之间的接触面，形成一层润滑膜。这层润滑膜可减少切削过程的摩擦，减小切削力，减轻切屑与刀具的粘结现象并抑制积屑瘤的产生，有利于改善加工表面技术质量。

b.冷却功能——切削过程所消耗的能量90%以上都转化为切削热。切削液能有效地把切削热从机床的加工区迅速带走，从而大大降低机床切削区的温升，提高刀具的耐用度和工件的加工精度。c.协助排屑与断屑——切削液作为高压大流量的冲洗剂，能把细小的切屑冲离工件或刀具，将切屑迅速从机床中排出，以利于提高零件的加工精度和刀具的使用寿命。带状切屑则主要靠刀具的几何结构来实现断屑，但高压切削液对断屑和排屑也起一定的辅助作用。

(2)在机械加工中，切削液的三大负面影响a.成本高——切削液费用约占16%

，而刀具的费用只占总成本的4%。b.严重污染环境——如把未经处理的切削液排入江河湖海，就会污染土地、水源和空气，严重影响动植物的生长，破坏生态环境。

c.危害车间工人健康——目前生产中广泛使用的水基切削液含有对人体有害的化学成分。在切削(磨削)过程中，切削液受热挥发形成烟雾，在车间常常弥漫着难闻的异味，会引起操作工人肺部和呼吸道的诸多疾病，人手和切削液直接接触，还会诱发多种皮肤病，直接影响工人健康。

进行干切削时，由于缺少了切削液的润滑、冷却和辅助排屑与断屑等作用，因而切削热会急剧增加，机床加工区温度明显上升，刀具耐用度大大降低。要使干切削得以顺利进行，达到或超过湿加工时的加工质量、生产率和刀具耐用度，就必须从刀具、机床和工件各方面采取一系列的措施。因此干切削技术是一项庞大的系统工程，其中最大的难点在于如何提高刀具在干切削中的性能，同时也对机床结构、工件材料及工艺过程等提出了新的要求。切削液有损害而没有帮助。更多采用干切削最大的障碍之一是切削液对于取得较好光洁度和更长刀具寿命是必要的传统认识。虽然现实中对于许多应用仍然是必要的，但是研究表明有了现代切削刀具材料和当今更高的切削速度就不是这样的。先进的硬质合金材质等级，尤其是有涂层保护的，在高速高温下不使用切削液实际上切得更有效率。实际上在断续切削时切削区温度越高，切削液越变得不合适。这种似乎是跟直觉相反的趋势的原因在于切削区变得非常热，通常超过摄氏1000°，尤其是在高速切削和硬材料切削时。举例来说，假定切削液能克服铣刀高速旋转产生的离心力，切削液在到达切削区之前早已汽化并对那里几乎没有冷却作用。结果是有一个在当刀片切入切出时产生先天的温度波动更明显的区别。随着刀具的旋转当刀片切出时冷却，然后在切入时再一次被加热。虽然在干加工时也发生加热和冷却循环，但是当有切削液时温度波动更大。跟着发生的热冲击会在刀片上产生应力并会过早地破裂。相似的结果也在车削时发生。譬如当在切削速度高于130m/min时切削碳钢，暴露在冷却液里不涂层硬质合金刀片能承受显着的热冲击少于40秒。这种冲击通过轻微增加前刀面磨损和剧烈的后刀面磨损戏剧性地缩短刀具寿命。因为大多数生产车削少于40秒，对于刀具寿命来说干车通常是更可取的。另一方面，在钻削时为了提供润滑和把切屑从孔里冲出来切削液通常是必须的。没有切削液，切屑会堵在孔里，而且平均表面粗糙度Ra是湿式加工的两倍。切削液通过润滑边缘碰到孔壁的钻尖也能降低必要的马达扭矩。虽然涂层钻头在某种程度上会加倍切削液的润滑效果，但是降低切削力的涂层最可能的趋势是把摩察降到最低。因为还没有用于预测切削液效果和性能的科学模型，是否采用干切削你必定取决于具体的案例。润滑液通常针对低速加工、难加工材料、难加工和表面光洁度有要求，而一个有高冷却能力的切削液会提高高速加工、易切材料、简单加工、积屑瘤问题和紧尺寸公差加工的表现。然而很多时候切削液提供的额外性能并不值得额外的开销。在越来越多的应用中，切削液简直是不必要的或彻头彻尾有害的因为现代切削刀具适合更高的温度而且压缩空气能从切削区域带走热切屑1.4干切削在国内外的发展研究现状目前，国内外对高速干切削和准干切削进行了广泛而深入的研究，取得了一定成果，这些成果已部分应用与实践中。美国学者开发的纳米涂层（Nanocoating）刀具，可采用多种材料的不同组合（如金属/金属组合、金属陶瓷组合、陶瓷/陶瓷组合，固体润滑剂/金属组合等），以满足不同的功能和性能要求。纳米涂层可使刀具硬度和韧性显著增加，具有犹记得抗摩擦磨损及自润滑能。日本住友电气工业公司开发了能以较高速度对淬硬钢进行干式切削加工的刀材料——住硼磨料（立方氮化硼磨料工具商品名）BNX10、BNX25。住硼磨料BNX10适用于淬硬钢的高速连续干切削。住硼磨料BNX25，通过优化CBN磨粒及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作为结合项，提高了耐缺损性和耐月牙洼磨耗性，适用于淬硬钢的高速断续切削加工。

我国邓建新等人以TiB2为添加剂Al203.为基体，研制了Al203/TiB2陶瓷刀具材料。用该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验，结果表明，当切削速度大于120m/min时，刀具开始表现出高温自润滑性能，自润滑膜的组成为Al203/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化物，它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用，进而降低降低前刀面的摩擦，减轻刀具的粘着摩擦，提高刀具的耐磨性能，具有良好的减摩和抗磨作用。杨海东等人利用YT15基体的氮化碳薄膜涂层刀具干车削硅铝合金，刀尖积瘤屑非常小，工件表面粗糙度值较小，刀具的使用寿命远高于硬质合金。1.5本章小结本章内容主要为介绍了近几年国内外对干切削加工的主要矛盾（切削液）的研究。干切削加工是一种理想的绿色制造工艺方法。虽然目前干切削加工的应用范围不是很广泛，但对它的研究却已成了目前的热点之一。国外的应用研究比较广泛，主要是迫于有关法律法规的严格要求和对干切削加工前景的看好，某些成功应用示范，推动了干切削加工技术的发展。国内对干切削加工目前尚有不同看法，但从发展的角度看，干切削的应用是必然的趋势。机械干切削加工的三个要素刀具要实现高速干切削技术,就要研究用相关的技术手段在加工过程中替代切削液的润滑、冷却、排屑的功能,以消除因缺少切削液而产生的刀具与工件、切屑之间的摩擦以及由此引起的刀具寿命下降、工件加工质量变差等问题,从而顺利进行干切削加工,达到或超过传统切削加工时的加工质量、生产率,并提高刀具耐用度。这些可以从包括机床、刀具、材料等在内的几个方面来实现。2.1干切削加工对刀具的要求干切削加工就是要在没有切削液的条件下创造具有与湿切相同或相近的切削条件。因此，对刀具提出了更高的要求。（1）刀具应具有优异的耐高温性能目前的刀具材料，如新性能硬质合金、聚晶陶瓷和CBN等有足够的耐高温磨损性能，能够在干切削条件下使用。此外，最有效的方法就是对刀具进行涂层。涂层在切削过程中的作用如同在刀具与切屑之间增加了一道力和热的隔离层，可阻止将热量传递到刀具基体，因而能保证刀具切削刃锋利，使刀头硬度不会很快下降，可大大提高其耐高温性能。生产实践证明，尽管在干切削中还不能将切削区产生的热量完全随切屑排出，但只要合理选择刀具几何形状、切削参数，将能使绝大部分切削热随切屑排出，取得良好的加工效果。（2）切屑和刀具之间的摩擦系数要尽可能小干切削加工时，在切削区产生的高温产生化学不稳定性、刀具与切屑之间的摩擦增大、排屑速度减慢，极易产生积屑瘤，加剧刀具磨损。因此，须减小切屑和刀具之间的摩擦系数，最有效的方法就是进行刀具表面涂层，并设计排屑良好的刀具结构。如大螺旋角TiAlN涂层丝锥就是具有这种性能的干切削刀具。（3）刀具的结构要能快速排屑干切削加工中，为了保证工件加工质量和刀具寿命，要求刀具能快速排出切屑，使传入工件和刀具的热量大大减少。（4）刀具应有更高的强度和耐冲击韧性选择适宜于干切削的刀具材料，如超细晶粒硬质合金、陶瓷和金属陶瓷刀具材料、金刚石和CBN等，也可在高速钢、硬质合金基体上进行适宜的涂层，如TiAlN涂层、TiCN涂层、TiAlN+MoS2涂层、类金刚石DLC（Diamond-Like-Carbon）涂层等。金刚石和CBN可用于干切铸铁、过共晶铝合金、各种钢和钛合金等。1.2干切削刀具设计要点及应用（1）干车(铣)刀具设计要点干切削刀具通常以月牙洼磨损为主要失效原因，这是因为加工中刀具与切屑接触区域的温度升高所致。因此，通常应使刀具有大的前角和刃倾角。但前角增大后，刀刃强度会受影响，此时应配合以适宜的负倒棱或前刀面加强单元，使刀尖和刃口有足够体积的材料和较合理的方式承受切削热和切削力，减缓冲击和月牙洼扩展，使刀尖和刃口可在较长的切削时间里保持足够的强度。此外，配合大的刀尖前角和刀尖后角，可使刀具刃口楔角增大，减少刀具与已加工表面之间的接触长度，有效降低后刀面的磨损和破损几率。

图1干铣刀片的几何形状

图2干切削和普通切削的加工过程比较采用如图1所示的几何形状刀片，可大大减小刀具与切屑之间的接触面积，使切屑带走大量热量。图2为干切削和普通车、铣的加工过程示意图。由图可见，当切屑流过普通刀片前刀面时，由于接触面积大，传入刀具的热量多，从而产生月牙洼磨损，降低刀具寿命；而采用图1所示的刀片，刀具前刀面上有加强棱，刀具与切屑的接触面积也大大减小，绝大部分热量被切屑带走，切削温度可比普通刀片降低约400℃，同时也增大了剪切角，使刀具寿命显着提高，可允许采用更高的切削速度，提高了生产效率，若保持普通的切削速度，则刀具寿命可提高3～4倍。对于陶瓷刀具，由于脆性较大，因此，可以选用T型或双T型棱面，或者研磨，或几种方法组合。如美国Valenite公司推荐将0.5×30°的T型棱面用于Al2O3+TiC刀片，干式加工淬硬钢，并尽量采用大的余偏角。根据不同刀片几何形状，半精车时的刀具余偏角为-5～30°，常用的刀片几何形状是正方形、三角形和80°菱形。对CBN刀具，倒棱太大，加工淬硬钢时，在刀具与工件接触处产生高温使刃口很快磨损。因此，一般不采用大倒棱，刃口可采用斜面或倒圆及负前角，尽可能大的余偏角。建议取值范围为：(15°～25°)×0.25mm的T型倒棱，再进行0.01～0.03mm的研磨。

图3干式与湿式加工比较加工条件：M6×1—G7P

通孔螺纹

工件材料：锌钢板，

螺纹长度3.2mm

底孔直径：5.55mm,

切削速度：15m/min试验条件：

M5×0.8丝锥

工件材料：纯铝Ly-2

螺纹孔形状：盲孔，

螺纹长11mm

底孔直径：4.2mm(切削)，

4.5mm(挤压)

切削速度：15m/min(切削)，

10m/min(挤压)

机床：AG—32（2）干式螺纹加工刀具设计要点目前，在用丝锥攻丝时，以采用含有机氯化物抗极压的乳化液效果最好。但有机氯化物对环境污染很大。德国Emuge螺纹刀具厂为减少环境污染，研制开发了生态有利丝锥，它可在较广范围的材料上攻丝而无须切削液。为了完成干式攻丝，在丝锥参数设计时必须考虑：有小的摩擦阻力，以获得尺寸准确和表面粗糙度值小的螺纹；槽型设计应使切屑易于卷曲，并自由离开螺孔；对丝锥表面进行涂层处理，以获得理想的表面状态，减小切削应力，保护丝锥。这种丝锥的尺寸范围有两种，即M5～M10的加强柄尺寸系列和M12～M20的尺寸系列。干切削加工钢件螺纹的丝锥其槽型通常为螺旋槽，加工通孔螺纹和盲孔时的螺旋角大小不同。如加工盲孔螺纹时，往往采用35°的大螺旋角；当孔深大于2倍丝锥直径时，可采用小螺旋角，通常5°，此时丝锥切削锥部长度为C/2～3牙。而干切削加工铸铁螺纹时，无论是通孔还是盲孔，丝锥槽型均为直槽，其切削锥部长度为C/2～3牙。对于小直径丝锥，为了提高强度和刚度，其槽型也可设计成特殊形状，如无槽挤压丝锥。无槽挤压丝锥用于加工小直径螺纹或塑性较大材料上的螺纹是非常有效的。干切削加工丝锥通常均需进行涂层处理，常用的涂层有TiN或TiCN。除此之外，笔者对在A3、45钢等薄板件(厚2mm以下)上加工螺纹的工艺进行了探讨，采用了新型底孔成孔工艺，并成功地应用了干式切削及挤压螺纹工艺，采用专门设计和制造的底孔成型刀具和涂层挤压丝锥可使底孔和螺纹的加工同时完成，避免了原有工艺需要焊接螺母或设计制造专用模具冲孔的麻烦，解决了长期困扰汽车、钣金等行业的薄板件螺纹加工工艺，并有优异的加工效果。2.3干切削刀具几何参数的优化设计刀具的几何参数和结构设计必须满足干切削对断屑和排屑的要求。断屑槽在韧性材料加工中对断屑起着很关键的作用。目前在车刀三维曲面断屑槽方面的设计制造技术已经比较成熟，可针对不同的工件材料和切削用量，很快设计出相应的断屑槽结构与尺寸，并能大大提高切屑折断能力和对切屑流动方向的控制能力。

（1）选择大前角γ0

，增大后角α0

选择大前角γ0

，增大后角α0.可以是刀具锋利，减少刀具与加工便面的摩擦，减少切削力从而减少切削热，降低切削温度；减少刀具磨损。

（2）减小主偏角Кf，增大负刃倾角λs

减小主偏角Кf可以使切削刃单位长度上的负荷减小；增大负刃倾角λs可以使参加切削的切削刃长度增加，刀具和切屑之间接触面积减少，这些都可以改善散热，降低切削温度，提高刀具耐用度。

（3）改良刃具刃口

在干切削加工时，细颗粒优质硬质合金刀具和金刚石刀具的切削刃口可做轻微的钝化，以其自身基体的强度来保持刃口的锋利，达到降低切削温度的目的。此外，尽管增大前角和后角有利于保持刀具的锋利，但会降低刀具的强度，为此，常采用T形刃带，加强棱刀具。这不但可保持刀具的高性能，而且还可以保证刀具有最佳的使用寿命。（4）控制积屑瘤生长

考虑到刀具表面的最大润滑性，防止积屑瘤的产生。选择合适的切削速度是控制积屑瘤生长的最有效措施。其次，增大前角，减少进给量，也可抑制积屑瘤的生长。2.4强化切削刃，减轻载荷尽管自从推出后它们的物理性能提高以及应用领域的发展，由金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD做成的刀具仍然比硬质合金更脆并且不能承受同样大的应力。因此，由它们做成的刀具需设计成能增强支撑和释放应力。一个设计这种刀具的重要部分是切削刃的磨削，它使得切削力偏离刀片刃口改变方向到它的基体。三个这样的刃口修磨是恰当的：负倒棱、珩磨、珩磨的负倒棱。负倒棱象切削刃的一个倒角状的平面，它取代薄弱锋利的刀尖。这里刀具设计人员的目标是发现使保证切削刃足够的强度和寿命的最小带宽和角度，因为宽度和角度增大后刀片得到强化但也增加了切削力。珩磨用于钝化锋利的切削刃。虽然它们不提供象负倒棱相同的抗微崩保护作用，但珩磨对由先进材料制作的小切深小进给以保持最小切削力的精加工刀片很有效。珩磨也能强化前、后刀面相交处负倒棱的作用。当用陶瓷粗车钢件发生微崩时，珩磨能释放该处的应力、强化刀片而不要加宽负倒棱。除了指定针对某个加工的最佳刃口修磨，刀具设计人员也必须优化切削角度并能排屑。通过加大后角降低切削力让刀具上的应力减少并降低切削区的温度。正前角的数值尽可能大，靠更好的剪切作用也减少切削力并加宽卷屑槽空间靠加大排除路径帮助切屑排出，特别是在钻削和螺纹加工时。保持低的切向切削力的另一种方法是高速切削。在很高主轴转速下的高进给率降低而不是增加对工件的冲击多达75%到90%，这取决于刀具和加工参数。更进一步，干加工改善切削过程的热稳定性；铣刀比五年前至少有更准确的大小；而且现代铣削和车削机床变得刚性越好足以消除过度的振动。所有这些发展都支持使用脆但更硬更耐磨的刀具材料。使用一种能承受高温的刀具的好处之一是切屑形成十分有效。举例来讲，加工铸铁时热量增加切削区材料的塑性并降低它的屈服强度。其结果是金属切除率比传统粗加工增加3倍。因为进给率高，刀具剪切切屑快以致大部分热留在切屑里而没有时间流向工件并引起扭曲。尽管切削温度很高，但工件的热稳定性更好而且要比在传统金属切除率条件下更精确。低冲击的精加工也使工件、夹具和机床以及在高线速度下以每转更低的进给使用安装小刀片低密度材料的刀盘的静态变形达到最小。因为支撑工件只需很低的夹紧力，所以夹具能做得简单，不需要一个加强筋、工件支撑和夹紧元件的复杂系统。结果是机床对箱体零件的各个面进刀更多。2.5刃口强化、刀具几何参数与排屑尽管近几年物理的进步与应用开发，用金属陶瓷、陶瓷、CBN和PCD制造的刀具仍然是比硬质合金要脆得多，不能经受太多的压力，因此用这些材料制造的刀具必须结合其特点进行设计，即对它加强支撑、分散压力。这一点很重要。例如，为了要改变磨削力的方向，使力从切削刃往里向着刀体，切削刃必须经过加工--刃口准备。有这样三种刃口准备而且其大小还要适当：T型刃带、强化、T型刃带强化。T型刃带就是一个倒棱--在刃口上磨出的窄的平面，以取代较脆弱而锋利的刀刃。刀具设计者的一个重要任务就是要找出最小的平面宽度和能赋予刀刃适当强度和寿命的角度；因为大的宽度和加强刀片的角度无疑会增切削力。强化就是圆整一下锋利的刃口。虽然强化不象T型刃带那们有棱有角，但是强化对用于精加工的先进的刀片材料效果很好。这些强化刀具应该用于浅切深、低速进给、并保持切削压力最小。T型刃带强化当强化用于倒棱的前面与后面相交处时，也能加强T型刃带。在应用中，微小的剥落发生时(就象用陶瓷刀粗车钢)，强化能分散这些点上的压力，没有使倒棱变大而加强了刀具刃口。刀具设计者除了针对工件确定最适合的刀具刃口外，还必须优化刀具的几何角度和排除切屑能力。通过增加后角来减小切削力和对刀具的压力，也降低了切削区的温度。要使正前角尽可能地大，这样由于较好的剪切作用能减少切削力。宽阔的容屑槽有助于切屑的排除，尤其是对钻削和螺纹加工。另一个使切削力降低的方法是在高速下切削。为了提高效率，宁可在很高的主轴速度下，把大的进给量减小，而不用增加进给量的方式。此外，现在的铣刀比五年前要精确得多，铣床和车床的机械稳定性、刚性也更高了，因而排除了可能的振动。所有这些都有利于脆的、较硬和耐磨的刀具材料的应用。应用能抗高温刀具的另一个有利因素是切屑形成有极高的效率。例如切削铸铁，热量使切削区的材料成为可塑体，这样就降低了切削区工件材料的强度。其结果是比普通粗加工金属切除率增加三倍。因为进给速度很高，刀具对金属材料切除得非常快，以至大量的热量停留在切屑中，没有时间传到工件和使它变形。尽管切削温度很高，工件温升却很小，比起在常规用量下切削所得到的工件精度也要高。用低轴向力精加工也能使工件、夹具、机床静变形最小化。这样的工序要求利用粗齿铣刀，低进给和铣刀高转速。由于夹持工件所需夹紧力小，工装夹具可以简单。对于棱形工件有较宽敞的铣刀通道。2.6机械干加工的刀具选择2.6.1立方氮化硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用（1）立方氮化硼的种类立方氮化硼(CBN)是自然界中不存在的物质，有单晶体和多晶体之分，即CBN单晶和聚晶立方氮化硼(Polycrystallinecubicbornnitride，简称PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素异构体之一，结构与金刚石相似。PCBN（聚晶立方氮化硼）是在高温高压下将微细的CBN材料通过结合相(TiC、TiN、Al、Ti等)烧结在一起的多晶材料，是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石的刀具材料，它与金刚石统称为超硬刀具材料。PCBN主PCBNPCBNPCBNO.5～决了CBN刀片抗弯强度低和焊接困难等问题。（2）立方氮化硼的主要性能、特点立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石，但却远远高于其他高硬度材料。CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多，可达1200℃以上(金刚石为700～800℃)，另一个突出优点是化学惰性大，与铁元素在1200～1300℃下也不起化学反应。立方氮化硼的主要性能特点如下。PCBNb.具有很高的700～800℃)几乎高l倍。3～5钢。c.—d.具有较好的热导性：CBN的热导性虽然赶不上金刚石，但是在各类刀具材料中PCBN的热导性仅次于金刚石，大大高于高速钢和硬质合金e.（3）立方氮化硼刀具应用：～0.20μm。(的钢等)立方氮化硼刀具2.6.2陶瓷刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐热性和化学稳定性优良等特点，且不易与金属产生粘接。陶瓷刀具在数控加工中占有十分重要的地位，陶瓷刀具已成为高速切削及难加工材料加工的主要刀具之一。陶瓷刀具广泛应用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工传统刀具根本不能加工的高硬材料，实现“以车代磨”；陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬质合金刀具高2～lO倍，从而大大提高了切削加工生产效率；陶瓷刀具材料使用的主要原料是地壳中最丰富的元素，因此，陶瓷刀具的推广应用对提高生产率、降低加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的意义，也将极大促进切削技术的进步。

（1）陶瓷刀具材料的种类

陶瓷刀具材料种类一般可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合氮化硅一氧化铝基陶瓷三大类。其中以氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具材料应用最为广泛。氮化硅基陶瓷的性能更优越于氧化铝基陶瓷。

（2）陶瓷刀具的性能、特点

陶瓷刀具的性能特点如下：

a.硬度高、耐磨性能好：陶瓷刀具的硬度虽然不及PCD和PCBN高，但大大高于硬质合金和高速钢刀具，达到93-95HRA。陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料，适合于高速切削和硬切削。

b.耐高温、耐热性好：陶瓷刀具在1200℃以上的高温下仍能进行切削。陶瓷刀具具有很好的高温力学性能，A12O3陶瓷刀具的抗氧化性能特别好，切削刃即使处于赤热状态，也能连续使用。因此，陶瓷刀具可以实现干切削，从而可省去切削液。

c.化学稳定性好：陶瓷刀具不易与金属产生粘接，且耐腐蚀、化学稳定性好，可减小刀具的粘接磨损。

d.摩擦系数低：陶瓷刀具与金属的亲合力小，摩擦系数低，可降低切削力和切削温度。

（3）陶瓷刀具有应用

陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适用于切削加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)和钢材(碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等)，也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。

陶瓷刀具材料性能上存在着抗弯强度低、冲击韧性差问题，不适于在低速、冲击负荷下切削。新型陶瓷刀具

6.2.3涂层刀具材料的性能和特点及刀具的应用

对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一。涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，它将刀具基体与硬质涂层相结合，从而使刀具性能大大提高。涂层刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。

新型数控机床所用切削刀具中有80％左右使用涂层刀具。涂层刀具将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。

（1）涂层刀具的种类

根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1000℃左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度在500℃左右；根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。根据涂层材料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和‘软”涂层刀具。“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性，其主要优点是硬度高、耐磨性能好，典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具追求的目标是低摩擦系数，也称为自润滑刀具，它与工件材料的摩擦系数很低，只有0.1左右，可减小粘接，减轻摩擦，降低切削力和切削温度。最近开发了纳米涂层(Nanoeoating)刀具。这种涂层刀具可采用多种涂层材料不同组合(如金属／金属、金属／陶瓷、陶瓷／陶瓷等)，以满足不同的功能和性能要求。设计合理的纳米涂层可使刀具材料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑性能，适合于高速干切削。（2）涂层刀具的特点

涂层刀具的性能特点如下：

a.力学和切削性能好：涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。因此，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具可提高2倍以上，并允许有较高的进给量。涂层刀具的寿命也得到提高。b.通用性强：涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用。

c.涂层厚度：随涂层厚度的增加刀具寿命也会增加，但当涂层厚度达到饱和，刀具寿命不再明显增加。涂层太厚时，易引起剥离；涂层太薄时，则耐磨性能差。

d.重磨性：涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、工艺要求高、涂层时间长。

e.涂层材料：不同涂层材料的刀具，切削性能不一样。如：低速切削时，TiC涂层占有优势；高速切削时，TiN

较合适。（3）涂层刀具的应用

涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力，将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，满足高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等材料的需要。纳米涂层刀具图3—1立式车床构造1-回转工作台床身2-立柱导轨3-横梁4-联系梁5-垂直刀架6-侧刀架7-控制按钮站8-基础9-调整垫铁10-地脚螺栓11-框式水平仪12-百分表13-平平尺14-检测用等高垫铁15-内径千分尺16-左立柱中心基准17-右立柱中心基准18-回转工作台中心基准第三章机械干切削加工的三个要素机床3.1车床的构造立式车床由机座、立柱、活动横梁、顶梁、垂直刀架、侧刀架、操作盒、等组成，如图3-1所示。3.2底座安装3.2.1．地脚螺栓预埋（1）立式车床的地脚螺栓，通常为预埋螺栓，在浇注基础混泥土时安装好，按进厂设备实物用样板划定地脚螺栓中心位置。样板使用薄铁皮为宜。（2）制作预埋螺栓固定架，固定架要能保证螺栓的铅垂度，在浇注混泥土时不发生变形。（3）固定架在浇注基础前准备定位，并安装牢固，防止在浇注过程中发生位移，底座和立柱底的相互中心距离必须准确。（4）地脚螺栓安装在固定架上，调好标高和铅垂度，将螺栓固定稳妥。（5）浇注混泥土时要注意观察和检查，防止发生固定架和螺栓移动。3.2.2．安置垫铁（1）根据车床的重量、加工零件的最大重量、以及地脚螺栓的规格和个数为16个，混泥土强度等来确定垫铁的组数和排列方式，并可按下式近似计算垫铁的面积A()：A=式中C——安全系数，一般取C=1.5~3；——机床质量，单位kg；——地脚螺栓拧紧力，单位N；R——基础或地坪的承载强度，单位MP。（2）基础达到可安装的强度后，划出基础纵、横中心线。（3）垫铁处基础铲凿平整，用垫铁和平尺检查水平。（4）某些立式车床变速箱后面处，应使用可调垫铁，以便于微动调整变速箱。3.2.3．安装变速箱和基座（1）当变速箱和基座底面为非加工面时，允许少量垫铁接触不平处用钢板插入垫平、垫实这是一句话还是两句话？，待基座找平后点焊住。将油道油腔清洗并吹扫洁净。这是一句话还是两句话？（2）调整找平基座。在基座导轨上放置纵向和横向调整垫铁，将平尺通过底座导轨回转中心放在垫快上，用水平仪测量，纵向和横向偏差均不大于0.04/1000mm，调平后紧固地脚螺栓。（3）在底座上安装工作台。1）将工作台和底座主轴键槽的位置划出，并引出延伸到工作台和底座的侧外缘边。2）将工作台吊升到底座上方，对正键槽划线，缓缓落入基座轴套内。3）工作台找水平度。在工作台上按纵向和横向放置垫铁，上放平尺，用水平仪按纵向和横向测量工作台的水平度，其偏差均不应超过设备技术文件的规定。3.3.左、右立柱的安装3.3.1．清洗检查立柱清洗立柱各加工面上的防锈油漆，检查立柱导轨面应无锈蚀、损伤等缺陷，结合面无锈斑、销钉和销孔配合合适。检查安装侧刀架平衡配重的右立柱内孔，铲除突出的铸造毛边。3.3.2．吊装立柱将平衡配重吊入右立柱下坑内，找中心位置，避免在立柱吊装落位时发生碰阻。立柱吊装就位时，要平正靠近底部垫铁和基座结合处，利用调整垫铁和连接螺栓使立柱于螺栓接合面贴合对正后，插入定位销，拧紧连接螺栓，下部垫铁要垫实。3.3.3．调整立柱铅垂度用水平仪在正导轨面和外侧导轨面上测量，同时在工作台中央放垫铁、平尺、水平仪测量，正、侧两面和工作台纵、横两方向的读数代数差值即偏差值，不应大于0.04/1000mm,如图3-2所示。图3-2检查立柱导轨对工作台或底座导轨的垂直度3.3.4．检验两立柱正导轨面的共面度用平尺靠贴立柱正导轨面，用0.04mm塞尺检查，不应插入。3.3.5．安装主变速箱（1）在吊横梁前将主变速箱就位，于底座找正连接固定。（2）检查并调整变速箱最末从动轴齿轮于工作台大齿圈的齿合情况，使之达到设备技术文件要求的技术条件。3.4横梁和顶梁安装3.4.1．横梁和顶梁安装步骤（1）清洗横梁、立柱结合面，检查结合面。应无锈迹、损伤等缺陷，涂抹上润滑油。（2）在横梁下边垫上方木层。将横梁吊平吊升到安装位置，贴靠立柱找正落于垫木上。（3）顶梁经清洗检查后吊升到立柱上，调整后有控制定距垫板时，将垫板插入顶梁和立柱间，然后拧紧连接螺栓。（4）顶梁的栏杆和扶梯应在顶梁安装时安上，以便于在顶梁上操作。（5）安装横梁的传动螺杆，与横梁上的螺母连接，上端与顶梁上传动机构连接。（6）装配横梁与立柱导轨上的镶条、压板、压板弹簧，初步调整导轨间隙。3.4.2．横梁质量检查调整。（1）检查横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度。1）在工作台中央放检验棒或精密角尺；将百分表固定在横梁上，使其测头触到检验棒或角尺上。2）检验横梁的垂直移动偏差：在横梁行程的上、中、下三个位置，移动横梁测量，在1000mm的测量长度上至少应测取三个读数。3）检验横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度：平行度偏差以百分表读数的最大差值计，在平行于横梁的平面内的平行度检测如图3-3a所示，在1000mm测量长度上，不应大于0.04mm；在垂直于横梁的平面内的平行度检测如图3-3b所示，在1000mm测量长度上，不应大于0.06mm。图3-3检验横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度a）平行横梁平面内b）垂直横梁平面内3.4.3．导轨间隙调整导轨间隙调整根据机床结构，通常有平镶条导轨间隙调整、楔形镶条导轨间隙调整或压板导轨间隙调整、滚珠导轨间隙调整等类型。（1）平镶条导轨间隙调整。平镶条导轨间隙调整步骤见图3-4：旋松螺母，拧紧或放松螺钉，移动平镶条1的位置，则导轨间隙变小或变大，如图3-4a，b和c所示。调整时，宜先拧松固定螺钉2，调整完成后在拧紧螺钉2。调整间隙时，可用塞尺在导轨的两头和中间测量，间隙应均匀，最后旋紧螺母。平镶条只局部与螺钉接触，较易发生变形，与导轨接触状态较差。（2）楔形镶条导轨间隙调整。楔形镶条导轨间隙调整步骤如图3-4所示：旋转调节螺钉2、拔杆3带动楔形板延长度方向移动，从而最大或减小间隙，拔杆还可以限制楔形镶条在工作智能中发生窜动，如图3-4d所示。反向调整调节螺钉2（先拧松一端，在拧松对应端），拔杆3推动楔形镶条移动，使导轨间隙增大或减小，测量达到要求间隙值后，旋紧另一端的调整螺钉，将楔形镶条固定，防止在工作中出现窜动而改变了间隙值，如图3-4e所示。当需调大导轨间隙时，先拧松螺母M，再将调节螺钉2拧松拔杆3带动镶条外移使导轨间隙增大，测量间隙值符合要求后，旋紧螺母M和N，将镶条定位。需调小间隙时，先拧松螺母N，再将调节螺钉2拧紧其操作与调大间隙相同，如图3-4f所示。图3-4用镶条调整轨道间隙的方法a），b），c）平镶条d），e），f）楔形镶条1－镶条2－调节螺钉3－调整拔杆（3）压板导轨间隙调整。压板导轨间隙调整步骤如图3-5所示：将压板面m与n是平面磨准或刮准来保证需要的间隙，如图3-5a的间隙在n面。拧开固定螺钉2，调整压板与导轨结合面间的垫片厚度来改变间隙值，测量间隙时，要拧紧固定螺钉，否则间隙值不准确，如图3-5b所示。图3-5c所示是用调整螺钉来改变压板的位置，从而增大或减小导轨间隙。图3-5用压板调整导轨间隙a）用磨削或刮削压板的厚度来保证间隙b）用改变垫片厚度来调整间隙c）用螺钉调整平镶条的位置来调整间隙1－压板2－固定螺钉3－垫片4－平镶条5－调节螺钉（4）滚珠导轨间隙调整。滚珠导轨间隙调整步骤如图3-6所示：镶钢滚珠导轨是将下部镶钢导轨固定在床身上，如图3-6a中的5和6：上部镶钢导轨固定在工作台上，导轨中间是钢珠滚动体，用保持器将各钢珠隔开，间隙不用调整。图3-6b为用调节螺钉7调整外侧导轨的位置来调大或调小导轨间隙测量间隙符合要求后，将螺钉、螺母拧紧螺钉7还可将导轨进行预紧，以增加导轨刚度，提高导轨的运动精度和承受较大的倾侧力矩。图3-6滚珠导轨间隙调整a）不需机械调整，利用油压顶浮形成间隙b）用螺钉调整镶钢导轨移动来调整间隙1，2，5，6－镶钢导轨3－钢球4－保持器7－调节螺钉（5）滚柱导轨间隙调整。滚柱导轨间隙调整调整步骤与滚珠导轨间隙调整、V形和矩形截面导轨及润滑面导轨调整步骤类似，其中V形和矩形截面导轨、由于该结构只在上、下导轨间虽加装滚柱体，但其间隙会因为工作台自重而不需要调整，间隙靠润滑油压形成，如图3-7a所示。滚柱导轨承载能力比滚珠导轨大，应用较广，但对导轨平行度要求高。燕尾形滚柱导轨间隙调整可通过调整螺钉1来移动上燕尾导轨，改变燕尾斜面与滚柱体间的间隙，水平滚柱体的间隙不需调整，如图3-7b所示。图3-7滚珠导轨间隙调整a）不需机械调整，利用油压顶浮形成间隙b）用螺钉调整燕尾形导轨移动来调整间隙1－调整螺钉2－燕尾形导轨3－滚动体3.5刀架安装3.5.1．垂直刀架安装（1）拆开刀架上的导轨镶条和压板，清洗导轨及加工面。检查导轨面，应完好无锈蚀。（2）左右垂直刀架分别吊装安于横梁上，在导轨面上抹上润滑油，刀架移动传动的齿轮应对正横梁装配孔，装上压板、镶条，调整导轨间隙。（3）装好垂直刀架升降的底轴，拆除平衡锤的压紧构件，使平衡锤起配重平衡作用。3.5.2．侧刀架安装（1）拆下镶条、压板，清洗导轨及其他加工面，检查无缺陷后抹上润滑油。（2）安装刀架与配重的连接件，如轴承、滑轮（或链轮）、轮轴、吊挂钢索或链子等，清洗防护油漆。（3）在右立柱正面下部放上方木，擦净立柱导轨面，抹上润滑油，将侧刀架吊平正，缓缓靠近立柱正面导轨，安上镶条、压板，初步调好导轨间隙，连接升降机构。（4）将配重和侧刀架连接起来，用手摇操作刀架上升，检查有无卡阻现象，拆除方木。3.5.3．刀架质量检测（1）检测垂直刀架水平移动对工作台面的平行度方法见图3-8所示，其步骤如下：图3-8检验工作台固定型立式车床垂直刀架水平移动对工作台的平行度1）在工作台距中心等距离且与横梁平行位置，放两个检验调整用等高垫块，上放平尺，使平尺与横梁水平导轨平行。2）将横梁锁定在较下部位置，百分表固定在垂直刀架上，测头触及平尺检测表面。3）未检验的另一垂直刀架置于该侧立柱前。4）移动垂直刀架，在任意1000mm长度上，百分表的读数最大代数差值即不平行度偏差，不应大于0.03mm.。5）用同样的方法检验另一台垂直刀架，均应符合要求。6）当测得偏差值超过规定时，经分析确定无测量误差后，应调整相关部位的座底垫铁来满足刀架的几何精度。（2）侧刀架上下移动对工作台旋转轴线的平行度检测见图3-9所示，其步骤如下：图3-9检验侧刀架移动对工作台旋转轴线的平行度或侧刀架移动对工作台面的垂直度1）按垂直刀架水平移动对工作台面的平行度检测方法的相同要求，在工作台上纵向放平尺，上放检验用精密角尺，或将检验棒放在工作台中心，百分表固定在测刀架上，侧头触及检验棒或精密角尺。2）移动侧刀架，测量并记录百分表的读数最大代数差值，在任意300mm测量长度上，不应大于0.03mm.。3.6润滑系统和液压系统安装3.6.1．检查随机带来的所有润滑设备、附件及油管，应与设备润滑图相符，油管无破损及挤扁现象。3.6.2．用压缩空气吹扫所有油管、油孔、油道，应畅通无污染。必要时，可用煤油和锭子油的混合液清洗油管或按说明书的要求清洗。3.6.3．安装油泵、油箱、操纵台，按图进行管道连接。3.6.4．检查油箱内部，确认清洁后，按说明书要求加入润滑油到规定油位。3.6.5．全部安装完成后，按润滑系统开车程序启动油泵，观察油泵的运转情况是否良好、润滑系统各接头处有无泄漏情况。3.6.6．将各给油点接头拆开，排除管内的空气，至给油点连续稳定来油为止。3.6.7．将工作台吊起，检查机座导轨的来油情况是否正常。3.6.8．检查工作台转动及其他运动部位是否与油管相碰；特别注意检查工作台主轴的供油情况，油管是否固定牢靠、有无碰擦现象。3.6.9．检查油箱回油情况，油箱的油位在泵供油后是否符合规定油位要求，如低于规定油位，应补充加入同牌号油。3.7.试运转3.7.1．试车条件（1）机床全部组装完毕，并清洗洁净。（2）所有机床部件的安装几何精度，经检验合格。（3）润滑、液压系统清洗合格，按技术文件要求加注润滑油、液压油，系统运转良好。（4）机械、电气安全装置，调整正确、可靠；制动和锁紧机构应调整适当。（5）各操作手柄转到灵活，定位应准确，并应将手柄置于“停止”位置上。（6）电气操作控制系统接线应正确，接头牢固可靠，绝缘、接地、接零良好。各电机旋转方向符合机床工作要求。（7）运动部位的安全防护装置已安装好。（8）试车场地杂物清理干净，备用工机具、应急物品准备妥当。3.7.2．试车前的准备工作（1）检查各导轨的间隙是否符合设备技术文件的要求，导轨和镶条的配合松紧程度是否良好。（2）检查各刀架、横梁的锁紧调整情况是否符合要求。（3）检查各电机的运转方向是否与机床运转方向要求相符。（4）检查各运动部件有无有与其他部件发生碰撞和摩擦现象。（5）润滑油的品种、规格及油量是否符合要求，各给油点供油是否正常。（6）油盘供油的各给油点出油是否符合设备技术文件的要求。（7）检查各手柄的操作是否灵活，位置是否正确，仪表指针有无错误。3.7.3．试运转操作（1）电机空负荷运转。将电机与机械运转机构脱开，按电气启动程序运转0.5～2h；主电机的绕组温升和轴承温度应符合设备技术文件的规定；电机空负荷试运转合格后，方可与机械运转机构连接。（2）工作台试运转1）点动启动。检查有无异常声响，方向是否正确。2）以低速启动运转。低速运转时间不少于5min。3）正常运转。低速运转正常后，再以各级工作速度进行运转，每级速度运转不少于5min。4）高速运转。正常运转试验结束后做机床的高速运转，高速运转试验应以主轴达到稳定温度为止。试运转中，应反复变换工作台速度，变速机构应灵活可靠，指示正确。高速运转之后，再次选定工作台中等速度，检验启动、停止、制动、正反转等动作，反复进行10次，其动作应灵活、可靠；电气、液压、润滑系统工作应良好、可靠。（3）横梁运行试验。慢速开动横梁的上升、下降，启动、运行应平稳，无冲击、爬行现象；横梁与立柱导轨的夹紧机构的松开、夹紧动作协调；行程开关动作准确、可靠；润滑油供油正常；启动、停止灵活、可靠；慢速试验合格后，做中速和快速试验，均应符合要求。（4）刀架进给试验。垂直刀架与侧刀架逐个作启动、停止试验，应动作准确、可靠；作慢速进给试验，反复动作10次，其动作应灵活正确；变速机构应灵活、可靠，指示准确；夹紧机构动作应协调、灵活可靠；行程开关动作准确、可靠；启动、停止动作准确、可靠；润滑供油良好；刀架慢速进给试验合格后，按相同操作程序做中速、高速进给试验，均应达到上述要求。（5）刀架做水平移动（垂直刀架）和升降试验（侧刀架）。启动和停止应准确、可靠；夹紧机构动作协调、灵活、准确；运动应平稳，无卡涩和爬行现象；行程限位开关应准确、可靠；润滑供油良好；各种速度下均能达到上述要求。（6）做机床联合动作试验。单项动作试验合格后，做工作台、横梁、垂直刀架，侧刀架联合动作试验。机床联合动作试验中，各项运动应协调准确、平稳；变速操作机构应灵活、可靠；启动、制动、停止、正反向运动应灵活、准确；各运动工作部位润滑良好、温升正常；电气系统、润滑系统、液压系统工作正常；整机连续空负荷运转时间，可按表3-1的要求进行；主轴承温度和温升应符合按设备技术文件或表3-2的要求。表3-1机床连续空负荷运转时间机床控制形式机械控制电液控制数字控制一般数控机床加工中心时间（h）481632表3-2主轴承温度和温升℃轴承形式温度温升轴承形式温度温升滑动轴承≤60≤30滚动轴承≤70≤403.8试运转常见故障及其消除3.8.1．试车故障（1）发热。温度急剧升高，温升或最高温度超过规定值，甚至出现冒烟现象。发热部位有轴承、滑动摩擦导轨、气缸、齿轮箱等运动部位及绕组线圈、油、水和气体介质。（2）震动。机身和运动部位产生超过正常允许的振幅值。表现在转轴轴承座、机身或外壳等处。用手触摸、检验棒测听或仪器检测，有明显异常感觉。（3）噪声。运动部分内部或管道内部发出异常的噪声，听觉有明显刺激。用噪声分贝计测量，其分贝值大大超过允许值。（4）异常响声。内部发生撞击声、冲击声、摩擦沙沙声。用检验棒在外部侧听油明显感觉，甚至能直接听到这些异常声响。（5）爬行和冲击运动。此种故障发生在滑动摩擦面的导轨上，表现为运动部连续，有时快、有时慢，甚至短暂停止和突然前进。（6）压力异常变化。气压、油压、水压突然急剧降低或增高，可从压力指示变化、控制仪表报警及物流量的变化中发现。（7）油液产生大量泡沫。从油箱中可观察到泡沫的存在，严重时大量带油液的泡沫外溢，给油点给油不稳定等。（8）突然发生泄漏。外部泄漏可直接观察到；内部泄漏从指示仪表或工作状态可作判断，压力表有明显压降。（9）齿轮崩牙。可听到突然的金属折断声，传动出现周期性的异常声响。（10）其他故障。如手操作或机构操纵不发生运动、抱轴、打滑、变形、拉伤、出力不足等。3.8.2．故障产生的一般原因机械设备试车中出现故障。由于设备的结构不同、工作性质差异大、试车重点部位不同，出现的故障会各不相同。但是，发生故障的原因却基本相似，一般试车中出现故障主要的原因有：间隙调整不合理，紧固件连接不牢或松动，齿轮啮合不良，润滑不良，内部不清洁及有异物，弹簧压力调整不当，调整找中不良，试车负荷过大，结构设计不合理和零部件加工精度达不到要求等。以上这些故障原因通常来自于三个环节：设计方法的原因、制造装配方面的原因、安装调试和操作方面的原因。一般情况下以最后一个环节的因素居多，也是我们分析、研究、消除的重点。下面将各环节可能存在的影响因素分别加以说明，供分析参考。（1）设计方面。主要有结构设计存在不足处；设计技术参数不当；元件选配不合理，选材不尽合理，设计的精度和间隙存在问题等。（2）制造装配方面。加工精度存在问题；装配配合不当；材料代用欠妥；加工工序遗漏；零件发生了变形等。（3）安装、调试、操作方面。主要有找正对中有问题、间隙调整不合理，连接不牢固或松动，组装装配不当，拧紧力不均匀产生变形，内部有异物、系统内不清洁，油压油量调整不符合要求，操作不当或失误等。3.8.3．机床设备