第四章 装备与刀具

第四章装备与刀具 第一节机床的分类 型号编制方法和构造第二节车床与车刀第三节钻床 镗床与孔加工刀具第四节铣床与铣刀第五节刨床 拉床及工艺特点第六节磨床与砂轮第七节齿轮加工机床与齿轮加工刀具 第一节机床的分类 型号编制方法和构造 一 机床的分类 12大类 按万能性分 通用机床 普通机床 加工范围广 可用于多种零件的不同工序 专门化机床 专能机床 加工范围较窄 用于加工某一类 或几类 零件的某一道 或几道 特定工序 专用机床 用于加工某一种零件的某一道特定工序 大量的通用部件 少量的专用部件 二 机床型号编制方法 GB15375 94 1 通用机床 例 CA6140 2 专用机床 B1 015 三 机床的基本运动 表面成形运动 四 机床的传动链 动力源 提供动力执行件 执行运动部件传动装置 传递运动和动力 两种传动链 外联系传动链 联系动力源和机床执行件的传动链 它使执行件得到预定速度的运动并传递一定的动力 联系两个执行件 以形成复合成形运动的传动链 两个末端件之间的相对速度或相对位移必须有严格的比例关系 内联系传动链 五 五种基本传动副 带传动 齿轮传动 蜗杆传动 齿轮齿条传动 丝杠螺母传动 规定 i 被动轮转速 主动轮转速 n2 n1 平稳 吸振 通常用在高速级传动 传动比准确 传递动力大 但有噪音 传动平稳 无噪音 多用于大速比 交叉轴传动 将旋转运动变为直线运动 传动效率高 结构紧凑 将旋转运动变为直线运动 工作平稳 无噪音 传动效率低 六 机床的基本构造 主传动部件 用来实现机床的主运动 进给传动部件 用来实现机床的进给运动 刀具的安装部件 用来安装刀具 工件的安装部件 用来安装工件 支承部件 用来支承和连接机床各零部件 动力部件 为机床提供动力 第二节车床与车刀 车床的运动 主运动 工件的旋转进给运动 刀具的直线移动 车削加工的工艺特点 能保证轴 套 盘等类零件的各表面位置精度 加工范围广泛 适应性强 经济精度 IT8 IT7 Ra1 6 6 3对有色金属 利用精细车的方法可达到 IT6 IT5 Ra0 2 0 8 切削过程平稳 刀具简单 成本低 过程连续无冲击 CA6140车床运动分析 机床布局结构 CA6140传动系统分析 CA6140传动系统分析 主运动分析 抓两端 连中间 找首 末件 首件 电机 末件 主轴 连中间 写出传动机构式 主轴的转速级数 由结构式 正转速级数为 2 3 1 2 2 30级但 从 轴 轴的5种传动比中有两级基本相等 均为 1 4 故 实际级数为 2 3 1 2 2 1 24级反转速级数为 3 1 2 2 1 12级 主轴转速 主轴转速之间通常是等比级数排列 进给运动分析 找首 末件 首件 主轴 末件 刀架 计算位移 主轴转一转 刀架移动一个f 进给运动分析 连中间 写出传动结构式 CA6140车床共有64种纵向 横向进给量 分别由4种类型的传动路线来实现 即 正常进给量 32级 较大进给量 8级 加大进给量 16级 细进给量 8级 正常进给量 由主轴经正常螺距及公制螺纹传动路线来实现 正常进给量 化简 正常进给量 化简 正常进给量 较大进给量 运动由主轴经正常螺距及英制螺纹传动路线实现 其纵向进给运动平衡式 化简 较大进给量 其横向进给运动平衡式 化简 较大进给量 变换i倍 1可得 加大进给量 当主轴处于较低的12级转速时 10 125rpm 运动由主轴经扩大螺距机构及英制螺纹传动路线来实现 传动结构式 加大进给量 供强力切削时使用 细进给量 当主轴高速 450 1400rpm 其中500rpm除外 时 运动由主轴经扩大螺距机构及公制螺纹传动路线来实现 运动平衡式 化简 取 i倍 1 8 同样可得 综上所述 可得64级纵 横进给量 螺纹进给传动链 运动关系 主轴转一转 刀具均匀移动一个导程 i 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 运动平衡式 公制螺纹 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 将螺距扩大4或16倍 最终获得44种螺距的螺纹 可加工的最大螺距为192mm 四 CA6140车床的主要结构 卸荷皮带轮 摩擦离合器 变速操纵机构 溜板操纵机构 六 车刀 六 车刀 第三节钻床 镗床及孔加工刀具 一 钻床的运动 主运动 钻头的旋转进给运动 钻头的直线移动 二 钻削的特点 麻花钻结构 钻削的特点 三差一大 刚性差 两个大而深的排屑槽使刚性 导向性差 导向棱少且窄 切削条件差 排屑困难 不易散热 轴向力大 由于横刃的存在 产生较大的轴向力 属于粗加工工序 经济精度 IT13 IT11 Ra25 12 5 三 钻床的加工方法 扩孔 对已有孔进行扩大加工的方法 经济精度 IT10 IT9 Ra6 3 3 2 扩孔余量 一般为孔径的1 8 铰孔 对已有孔进行精加工的方法 经济精度 IT9 IT7 Ra1 6 0 4 余量小 粗铰 0 12 0 35mm精铰 0 05 0 15mm切速低 V 0 025 0 16m s 四 钻床的类型 台式钻床 D 12mm 立式钻床 摇臂钻床 五 孔加工刀具 麻花钻的改进 修磨横刃 修磨棱边 修磨前刀面 修磨切削刃 磨出分屑槽 群钻 群钻特点 三尖七刃锐当先 月牙弧槽分两边 一侧外刃开屑槽 横刃磨低窄又尖 扩孔钻 3 4条切削刃及排屑槽 钻芯大 刚性强3 4条导向棱 稳定性 没有横刃 扩孔钻的种类 直柄 锥柄 套式 铰刀 6 12个刀刃 排屑槽更浅 刚性 有修光刃 可校准孔径和修光孔壁 切削条件好 切削余量小 铰刀的种类 五 镗床 镗床的运动 主运动 镗刀的旋转 进给运动 工件或镗刀的直线运动 2 镗孔的特点 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 IT8 IT7 Ra1 6 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 3 镗床的加工方法 4 镗床的主要类型 第四节铣床与铣刀 一 铣床的运动 主运动 铣刀的旋转 进给运动 工件的直线运动 周铣和端铣 二 铣削的工艺特点 1 铣削过程不平稳 有冲击 2 多齿刀具切削 生产率较高 3 经济精度 IT8 IT7 Ra6 3 1 6 4 铣削方式 三 铣床的类型 四 铣床的工作 五 常用铣刀 第五节刨床 拉床及工艺特点 一 刨床 刨床的运动 主运动 刀具的直线往复运动 进给运动 工件的间歇直线运动 工艺特点 机床 刀具简单 通用性好 生产率低 运动不连续 有空程损失 冲击大 切削用量不可过大 经济精度 IT8 IT7 Ra3 2 1 6 3 刨床的类型 二 拉床 1 拉刀的特点 切削刃与被加工表面的横截面形状相同 切削刃的高度逐齿递增 其递增量即为每齿进给量 拉刀的最后几个齿为修光齿 其形状 尺寸与被加工表面的最后尺寸形状完全一致 2 拉削方式 分层式拉削 特点 可获得较高的表面质量 刀齿上的分屑槽造成切屑上有一加强筋 切屑卷曲困难 拉刀长度较长 降低了拉削生产率 拉刀成本高 2 拉削方式 分块式拉削 特点 切削厚度大 在相同余量下 拉刀所需的刀齿总数较分层式少 切屑上无加强筋 切屑卷曲顺利 拉刀长度短 提高了拉削生产率 可拉削带硬皮的铸件 锻件 拉削后的表面质量较差 2 拉削方式 综合式拉削 特点 粗切齿制成轮切式结构 分块拉削 精切齿采用成形式结构 分层拉削 缩短了拉刀长度 提高了拉削生产率 拉削后的表面质量较好 3 拉削的工艺特点及应用 生产率高 加工精度高 表面质量好 IT8 IT7 Ra0 8 0 4刀具成本高 可拉削特形表面 机床结构简单 只有一个运动 第六节磨床与砂轮 一 磨削运动 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 二 磨削过程 滑擦阶段 刻划阶段 切削阶段 三 砂轮的特性与选择 磨料 三 砂轮的特性与选择 粒度 指磨料颗粒的大小 磨粒 用筛选法分类 它的粒度号以筛网上1英寸长度内的孔眼数来表示 微粉 用显微测量法分类 它的粒度号以磨料的实际尺寸来表示 选择 粗磨时选粗磨料 精磨时选较细的磨料 软金属选粗磨料 硬金属选较细的磨料 三 砂轮的特性与选择 砂轮的硬度 是指砂轮工作时 磨料在磨削力作用下 从砂轮上脱落的难易程度 选择 精磨时选用较硬的砂轮 以保证精度和表面质量 磨削较硬的金属 选用软砂轮 反之 则选用硬砂轮 三 砂轮的特性与选择 结合剂 用来粘结磨料的物质 其性能决定着砂轮的强度 抗冲击性 耐热性以及抗腐蚀能力 陶瓷结合剂 V 树脂结合剂 B 橡胶结合剂 R 金属结合剂 M 性能 强度高 耐热 耐腐蚀性好 气孔率大 但较脆 弹性差 适用范围 适用于通用砂轮 成形磨削砂轮 一般V 35m s 性能 强度高 弹性好 耐热性差 300 气孔率小 易磨损 适用范围 适用于高速磨削 速度达50m s以上 可制成薄片砂轮 用于切口 开槽 性能 强度与弹性均高于陶瓷和树脂结合剂 但耐热性差 150 适用范围 多用于切断 开槽 抛光用砂轮以及无心磨床的导轮 速度高达65m s 性能 强度最高 导热性好 但自锐性差 常见的是青铜结合剂 适用范围 主要用于金刚石砂轮及电解磨削用砂轮 磨削硬质合金 玻璃 陶瓷等 三 砂轮的特性与选择 组织 指组成砂轮的磨粒 结合剂 气孔三部分体积的比例关系 共分15级 组织号 0 14 越小 砂轮越致密 金刚石砂轮用浓度表示 4 39克拉 cm3时为100 有25 75 150 等 四 磨削工艺特点 精度高 表面粗糙度小 经济精度 IT6 IT5 Ra0 8 0 2 砂轮有自锐性 径向力Fy最大 Fy 1 6 3 2 Fz 轴向力Fx很小 用于加工较硬的金属 非金属材料 磨削温度高 易烧伤工件 退火烧伤 回火烧伤 淬火烧伤 工件表面温度超过相变温度AC3 但无冷却液 工件表面被退火 工件干磨时易发生这种烧伤 工件表面温度未达到相变温度AC3 但超过马氏体的转变温度 工件表层组织为回火屈氏体或索氏体 工件表面温度超过相变温度AC3 冷却充分 工件表面被二次淬火 但淬透层很薄 其下层仍为回火屈氏体或索氏体 五 常见的磨床类型及应用 外圆磨床 床身 头架 内圆磨头 砂轮架 尾座 工作台 横向导轨 滑鞍 手轮 五 常见的磨床类型及应用 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 五 常见的磨床类型及应用 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 五 常见的磨床类型及应用 内圆磨削方法 五 常见的磨床类型及应用 平面磨床 卧轴矩台式立轴矩台式卧轴圆台式立轴圆台式 五 常见的磨床类型及应用 平面磨削方法 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 五 常见的磨床类型及应用 无心磨床 六 先进磨削方法 高速磨削 缓进给 深磨削 强力磨削 砂带磨削 宽砂轮 多砂轮磨削 低粗糙度磨削 磨削深度达3 30mm 约为普通磨削的100 1000倍 生产率高 磨削质量好 现已成功用于丝杠 齿轮 转子槽等沟槽的以磨代铣加工 砂轮的线速度大于50m s 目前 国内普遍采用V 50 80m s国外发达国家已达230m s经济效益明显 生产率提高30 100 砂轮耐用度提高0 7 1倍 与普通磨削相比 磨削前 工件表面Ra 0 4 m 砂轮需精细修整 进给量 0 005 0 025mm s V 15 30m s 第七节齿轮加工机床及刀具 第七节齿轮加工机床及刀具 齿轮的技术要求 运动精度 指传递运动的准确性 即要求在齿轮每转一转的范围内的最大转角误差不应超过一定的限度 产生转角误差的主要原因 齿轮的几何偏心 运动偏心以及轮齿分布不均等 工作平稳性 指运转平稳 冲击小 振动和噪声低 必须限制齿轮瞬时传动比的变化量 影响工作平稳性的主要因素 齿形误差 基节偏差等 齿轮的技术要求 接触精度 指啮合齿面沿齿高和齿宽的实际接触程度 要求接触齿面上载荷分布的均匀性好 以避免因应力集中造成齿面局部过早磨损 影响接触精度的主要因素 齿向误差 接触线误差 齿形误差等 齿侧间隙 指齿轮副啮合轮齿非工作面之间沿法线方向的间隙 其作用在于补偿齿轮的加工误差和安装误差 补偿热变形和防止齿轮卡死 GB10095 88中规定了12个精度等级 其中 1 2级为远景级精度 3 5级为高级精度 6 8级为中级精度 9 12级为低级精度 GB10095 88中规定了三个公差组 分别控制运动精度 平稳性精度及载荷分布均匀性 齿侧间隙是根据工作条件通过选择齿厚极限偏差获得 与齿轮精度没有直接关系 国标中规定了14个齿厚极限偏差 代号为 C D E F G H J K L M N P R S 其值依次降低 举例 677HKGB10095 88 表示运动精度为6级 平稳性和接触精度均为7级 齿厚上偏差为H 下偏差为K 7FLGB10095 88 表示三种精度均为7级 齿厚上偏差为F 下偏差为L 二 铣齿及齿轮铣刀 铣齿为成形法加工齿轮的方法 齿轮铣刀 盘状齿轮铣刀 m 8指状齿轮铣刀 m 8 铣齿的特点 成本低 生产率低 精度低 用于9级以下齿轮的加工 铣齿时 应根据被切齿轮的齿数选出相应刀号的铣刀 三 滚齿机滚齿 滚齿原理 根据范成法的原理 模拟一对斜齿园柱齿轮啮合过程 2 滚刀的结构 3 滚齿的运动 主运动 滚刀的旋转 以n0表示 传动链 电机 1 2 iv 3 4 滚刀 分齿运动 维持滚刀与被切齿轮之间的啮合关系 B11 B12 内传动链 滚刀 4 5 ix 6 7 工件 轴向进给运动 保证滚刀在齿轮全齿宽上切除齿形 A2 传动链 工件 7 8 if 9 10 刀架升降丝杠 工件每转一转 滚刀移动的距离 mm r 滚切斜齿园柱齿轮 附加运动 产生螺旋线的运动 用来保证工件准确地转一转时 滚刀刚好移动一个工件的螺旋线导程 B22 4 滚刀的安装 滚刀的等级 滚刀有AAA AA A B C五个精度等级 AAA级最高 A B C为普通级 A级滚刀可加工出8级精度的齿轮 AA级可直接滚切出7级精度的齿轮 5 滚齿机结构 四 插齿机插齿 插齿原理 根据范成法的原理 模拟一对园柱齿轮啮合过程 2 插齿刀结构 插齿刀是一个具有不等变位系数并制出前 后角而形成切削刃的高精度齿轮 其渐开线齿形精确 3 插齿机及其运动 主运动 插刀的直线往复运动 str min 传动链 电机 1 2 iv 3 4 偏心轮 刀具主轴 分齿运动 维持插齿刀与被切齿轮之间的啮合关系 内传动链 B11 8 9 ix 10 11 B12 径向进给运动 在分齿运动的同时 插齿刀沿工件半径方向的进给运动 当进给到要求深度时 径向进给停止 圆周进给运动 插齿刀的转动 传动链 偏心轮 4 5 6 if 7 8 刀具主轴 让刀运动 插齿刀在回程时径向退离工件 切削时复原 五 滚齿与插齿的比较 加工精度和齿面粗糙度基本相同 精度为8 7级 Ra值为1 6 m左右 插齿的分齿精度略低于滚齿 而齿形精度高于滚齿 插齿后的齿面粗糙度略优于滚齿 滚齿的生产率高于插齿 加工范围不同 插齿通常用于内齿轮 小间距的多联齿轮等的加工 园柱齿轮 螺旋齿轮 蜗轮 齿轮轴等多由滚齿加工 刨齿 六 齿轮的精加工 剃齿 非强制啮合的展成加工 用于未经淬火的齿轮的精加工 精度 7 6级 Ra0 8 0 4 主运动 剃齿刀正 反转 轴向进给 工件沿轴向往复进给 径向进给 工件每往复一次 剃齿刀沿工件径向进给一次 六 齿轮的精加工 珩齿 用于淬硬后齿轮的精加工 精度7 6级 Ra0 4 原理与剃齿完全相同 所不同的是刀具 典型工艺 滚齿 剃齿 淬火 珩齿 六 齿轮的精加工 磨齿 成形法 精度6 5级 展成法 双斜边砂轮磨齿 两个碟形砂轮磨齿 精度 5 4级 六 齿轮的精加工 研齿 齿轮光整加工 只降低齿面粗糙度 不能提高齿形精度 Ra1 6 0 2 第八节数控机床工作原理 概述 数控机床就是采用了数控技术的机床 或者说是装备了数控系统的机床 二 数控机床的工作原理 程序 输入设备 输出设备 计算机数字控制装置 CNC装置 主轴控制单元 速度控制单元 可编程序控制器 三 数控机