制造工艺装备.doc

第2章 制造工艺装备本章重点、难点：刀具切削部分的几何参数；工件在夹具中的定位原理、方法、定位误差分析.2.1金属切削刀具2-1.1金属切削加工的基本概念一、切削表面与切削运动（一）切削表面切削加工过程是一个动态过程，在切削过程中，工件上通常存在着三个不断变化的切削表面。即： 待加工表面：工件上即将被切除的表面。已加工表面：工件上已切去切削层而形成的新表面。过渡表面(加工表面)：工件上正被刀具切削着的表面，介于已加工表面和待加工表面之间。以车削外圆为例，如下图。图2-1 切削运动（二）切削运动刀具与工件间的相对运动称为切削运动（即表面成形运动）。按作用来分，切削运动可分为主运动和进给运动。上图给出了车刀进行普通外圆车削时的切削运动，图中合成运动的切削速度Ve、主运动速度Vc和进给运动速度Vf之间的关系。 1、主运动主运动是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，机床通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。2、进给运动进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是间歇的。 3、合成运动与合成切削速度当主运动和进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切削运动，其大小和方向用合成速度向量ve表示, 见上图。Ve=Vc+Vf二、切削用量三要素与切削层参数(一）切削用量三要素1、切削速度vc切削速度vc是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度。由于切削刃上各点的切削速度可能是不同，计算时常用最大切削速度代表刀具的切削速度。当主运动为回转运动时： vc =dwn/1000式中d切削刃上选定点的回转直径，mm； n主运动的转速，r/s或r/min。2、进给速度vf 、进给量f进给速度vf切削刃上选定点相对于工件的进给运动瞬时速度，mm/s或mm/min.。进给量f刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述，mm/r或mm/行程。Vf= n f3、切削深度ap 对于车削和刨削加工来说，切削深度ap（背吃刀量）是在与主运动和进给运动方向相垂直的方向上度量的已加工表面与待加工表面之间的距离，单位mm。 （二）切削层参数在切削过程中，刀具的切削刃在一次走刀中从工件待加工表面切下的金属层，称为切削层。切削层参数切削层公称厚度hD 在过渡表面法线方向测量的切削层尺寸，即相邻两过渡表面之间的距离。hD反映了切削刃单位长度上的切削负荷。由图得：hD=fsinkr其中：hD切削层公称厚度，(mm)；f进给量，(mm/r）；kr车刀主偏角，(。)。切削层公称宽度bD 沿过渡表面测量的切削层尺寸。bD反映了切削刃参加切削的工作长度。由图得：bD=ap/sinkr其中：bD切削层公称宽度，(mm)。切削层公称横截面积AD 切削层公称厚度与切削层公称宽度的乘积。由图得： AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap其中: AD切削层公称横截面积，(mm2)。2-1.2刀具的几何角度外圆车刀是最基本、最典型的切削刀具，其切削部分（又称刀头）由前刀面、主刀后面、副刀后面、主切削刃、副切削刃和刀尖所组成。其定义分别为：（1）前刀面 刀具上与切屑接触并相互作用的表面（即切屑流过的表面）。（2）主刀后面 刀具上与工件过渡表面相对并相互作用的表面。（3）副刀后面 刀具上与已加工表面相对并相互作用的表面。（4）主切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它完成主要的切削工作。（5）副切削刃 前刀面与主后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作，并最终形成已加工表面。（6）刀尖 主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的直线段或圆弧。具体参见切削运动与切削表面图和车刀的组成图。其它各类刀具，如刨刀、钻头、铣刀等，都可以看作是车刀的演变和组合。（一）刀具标注角度参考系1、假定运动条件：用刀具主运动向量vc近似代替合成运动向量ve，然后再用平行或垂直于主运动方向的坐标平面构成参考系。2、假定安装条件：假定刀具的安装位置恰好使其底面或轴线与参考系的平面平行或垂直。3、刀具标注角度参考系诸平面：（见下图） 1) 基面pr：通过切削刃某一点，垂直于假定主运动方向的平面。2) 切削平面ps：通过切削刃某一点，与工件加工表面（或与主切削刃）相切的平面。切削平面ps与基面pr垂直。3)主剖面P0：通过切削刃某一点，同时垂直于切削平面ps与基面pr的平面。4)法剖面Pn：通过切削刃某一点，垂直于切削刃的平面。5)进给剖面Pf：通过切削刃某一点，平行于进给运动方向并垂直于基面pr的平面。6) 背平面Pp：通过切削刃某一点，同时垂直于进给剖面Pf与基面pr的平面。（二）刀具工作角度参考系上述刀具标注角度参考系，在定义基面时，都只考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件确定的参考系。但刀具在实际使用过程中，这样的参考系所确定的刀具角度，往往不能确切反映切削加工的真实情况。只有用合成切削方向ve来确定参考系，才符合切削加工的实际。P8的图1.10。另外，刀具实际安装位置也影响工作角度的大小。只有采用刀具工作角度参考系，才能反映切削加工的实际。刀具工作角度参考系与刀具标注角度参考系的唯一区别是：用合成切削方向ve取代主运动切削方向vc，用实际进给运动方向取代假定进给运动方向。（三）刀具的标注角度 刀具的标注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具设计图上予以标注的角度。刀具的标注角度主要有五个，以车刀为例，表示了几个角度的定义。前 角o 在主剖面P0内测量的前刀面与基面之间的夹角。前角表示前刀面的倾斜程度，有正、负和零值之分，其符号规定如图所示。后 角o 主剖面P0内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角。后角表示主后刀面的倾斜程度，一般为正值。主偏角r 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。副偏角r 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。刃倾角s 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。当主切削刃呈水平时，s=0；刀尖为主切削刃最低点时，s0；刀尖为主切削刃上最高点是，s0，如图示。车刀的主要角度四）刀具的工作角度在实际的切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，上述标注角度会发生一定的变化。角度变化的根本原因是切削平面、基面和正交平面位置的改变。以切削过程中实际的切削平面Ps、基面Pr和主剖面P0为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度，又称实际角度。1、刀具安装位置对工作角度的影响以车刀车外圆为例，若不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件轴线时，将引起工作前角oe和工作后角oe的变化，如下图示。车刀安装高度对工作角度的影响当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起工作主偏角re和工作副偏角re的变化，如下图示。2、进给运动对工作角度的影响 车削时由于进给运动的存在，使车外圆及车螺纹的加工表面实际上是一个螺旋面，如下图示。车端面或切断时，加工表面是阿基米德螺旋面，如下图示。因此，实际的切削平面和基面都要偏转一个附加的螺旋升角，使车刀的工作前角oe增大，工作后角oe减小。一般车削时，进给量比工作直径小很多，故螺旋升角很小，它对车刀工作角度影响不大，可忽略不计。但在车端面、切断和车外圆进给量（或加工螺纹的导程）较大，则应考虑螺旋升角的影响。横向进给运动对工作角度的影响2-1.3刀具材料刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构。刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响，因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用。（一）刀具材料应具备的性能1、高的硬度和耐磨性刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62以上；耐磨性表示抵抗磨损的能力，它取决于组织中硬质点的硬度、数量和分布。2、足够的强度和韧性为了承受切削中的压力冲击和韧性，避免崩刀和折断，刀具材料应具有足够的强度和韧性。3、高耐热性刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性得能力。4、良好的工艺性为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性。如，切削加工性、铸造性、锻造性和热处理性等。5、良好的经济性? （二）常用的刀具材料目前，生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳素工具钢（如T10A、T12A）、工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。1、 高速钢 定义：是一种加入较多的钨、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。性能：有较高的热稳定性；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造。是制造钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等的主要材料。分类：按用途分：通用型高速钢和高性能高速钢；按制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。1）通用型高速钢钨钢：典型牌号为W18Cr4V，有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。钨钼钢：典型牌号为W6Mo5Cr4V2，可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具；热塑性特别好，更适用于制造热轧钻头等；磨加工性好，目前各国广泛应用。2）高性能高速钢典型牌号为高碳高速钢9W18Cr4V、高钒高速钢W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8和超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8等。适合于加工高温合金、钛合金和超高强度钢等难加工材料。3）粉末冶金高速钢用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，高温下压制成致密的钢坯，而后锻压成材或刀具形状。适合于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高动载荷下使用的刀具等。? 2、 硬质合金 由难熔金属化合物（如WC、TiC）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金法制成。硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占50%）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。具有高耐磨性和高耐热性，但抗弯强度低、冲击韧性差，很少用于制造整体刀具。它还可用于高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。ISO将切削用的硬质合金分为三类：（各种牌号的应用范围见p16表1.1）1）YG(K)类，即WC-Co类硬质合金2）YT(P)类，即WC-TiC-Co类硬质合金3）?YW(M)类，即WC-TiC-TaC-Co类硬质合金（三）其它刀具材料1、涂层刀具2、陶瓷：硬度高、耐用度高，还可用于冲击负荷下的粗加工，切削效率显著提高。3、金刚石4、立方氮化硼三、刀具选用1.刀具种类的选择刀具种类主要根据被加工表面的形状、尺寸、精度、加工方法、所用机床及要求的生产率等进行选择。2.刀具材料的选择 刀具材料主要根据工件材料、刀具形状和类型及加工要求等进行选择。2-1.4刀具角度的选择刀具角度的选择主要包括刀具的前角、后角、主偏角和刃倾角的选择。（1）前角前角o对切削的难以程度有很大影响。增大前角能使刀刃变得锋利，使切削更为轻快，并减小切削力和切削热。但前角过大，刀刃和刀尖的强度下降，刀具导热体积减少，影响刀具使用寿命。前角的大小对表面粗糙度、排屑和断屑等也有一定影响。工件材料的强度、硬度低，前角应选得大些，反之小些；刀具材料韧性好（如高速钢），前角可选得大些，反之应选得小些（如硬质合金）；精加工时，前角可选得大些。粗加工时应选得小些。 （2）后角 后角o的主要功用是减小后刀面与工件间的摩擦和后刀面的磨损，其大小对刀具耐用度和加工表面质量都有很大影响。一般，切削厚度越大，刀具后角越小；工件材料越软，塑性越大，后角越大。工艺系统刚性较差时，应适当减小后角，尺寸精度要求较高的刀具，后角宜取小值。 （3）主偏角 主偏角r的大小影响切削条件和刀具寿命。在工艺系统刚性很好时，减小主偏角可提高刀具耐用度、减小已加工表面粗糙度，所以r宜取小值；在工件刚性较差时，为避免工件的变形和振动，应选用较大的主偏角。 （4）副偏角 副偏角r的作用是可减小副切削刃和副厚刀面与工件已加工表面之间的摩擦，防止切削振动。r的大小主要根据表面粗糙度的要求选取。 （5）刃倾角 刃倾角s主要影响刀头的强度和切屑流动的方向。2-1.5常用金属切削刀具简介（一）刀具分类由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类很多。刀具常按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具还可以按其它方式进行分类，如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。（二）常用刀具简介1.车刀车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具。它可以在车床上加工外圆、端平面、螺纹、内孔，也可用于切槽和切断等。车刀在结构上可分为整体车刀、焊接装配式车刀和机械夹固刀片的车刀。机械夹固刀片的车刀又可分为机床车刀和可转位车刀。机械夹固车刀的切削性能稳定，工人不必磨刀，所以在现代生产中应用越来越多。车刀的种类2.孔加工刀具 孔加工刀具一般可分为两大类：一类是从实体材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上已有孔进行再加工的刀具，常用的有扩孔钻、铰刀及镗刀等。例如，下图示标准高速钢麻花钻的结构。工作部分（刀体）的前端为切削部分，承担主要的切削工作，后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。孔加工刀具的种类3.铣刀铣刀是一种应用广泛的多刃回转刀具，其种类很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圆柱平面铣刀、端铣刀等；2）加工沟槽用的，如立铣刀、T形刀和角度铣刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圆和凹半圆铣刀和加工其它复杂成形表面用的铣刀。铣削的生产率一般较高，加工表面粗糙度值较大。铣刀的类型4.拉刀拉刀是一种加工精度和切削效率都比较高的多齿刀具，广泛应用于大批量生产中，可加工各种内、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分为各种内拉刀和外拉刀两类。使用拉刀加工时，除了要根据工件材料选择刀齿的前角、后角，根据工件加工表面的尺寸（如圆、孔直径）确定拉刀尺寸外，还需要确定两个参数：（1）齿升角af即前后两刀齿（或齿组）的半径或高度之差；（2）齿距p即相邻两刀齿之间的轴向距离。 圆孔拉刀的结构5.螺纹刀具螺纹可用切削法和滚压法进行加工。6.齿轮刀具齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。按刀具的工作原理，齿轮分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具。常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀和指形齿轮刀具等。常用的展成齿轮刀具有插齿刀、齿轮滚刀和剃齿刀等。选用齿轮滚刀和插齿刀时，应注意以下几点：（1）刀具基本参数（模数、齿形角、齿顶高系数等）应与被加工齿轮相同。（2）刀具精度等级应与被加工齿轮要求的精度等级相当。（3）刀具旋向应尽可能与被加工齿轮的旋向相同。滚切直齿轮时，一般用左旋齿刀。7.自动线与数控机床刀具 这类刀具的切削部分总的来说与一般刀具没有多大区别不同情况，只是为了适应数控机床和自动线加工的特点，对它们提出了更高的要求。2.2金属切削机床2-2.1机床概述金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。机床是机械制造的基础机械，其技术水平的高低，质量的好坏，对机械产品的生产率和经济效益都有重要的影响。金属切削机床诞生到现在已经有一百多年了，随着工业化的发挥咱，机床品种越来越多，技术也越来越复杂。我国第三次工业普查的结果表明，截止到1995年底，我国机床拥有量为383.52万台，其中金属切削机床为298.39万台，已占机床总数的77.80%。一、机床的分类机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11大类： 车床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨插床，拉床，锯床和其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围，布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。 除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法：1.按照万能性程度，机床可分为：通用机床： 这类机床的工艺范围很宽，可以加工一定尺寸范围内的多种类型零件，完成多种多样的工序。如，卧式车床，万能升降台铣床，万能外圆磨床等。专门化机床：这类机床的工艺范围较窄，只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种（或几种）特定工序。如，丝杆车床，凸轮轴车床等。专用机床：这类机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。如，加工机床主轴箱体孔的专用镗床，加工机床导轨的专用导轨磨床等。它是根据特定的工艺要求专门设计，制造的，生产率和自动化程度较高，使用于大批量生产。组合机床也属于专用机床。2.按照机床的工作精度，可分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。3.按照重量和尺寸，可分为仪表机床，中型机床（一般机床），大型机床（质量大于10t），重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。4.按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。5.按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续的自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需人工完成，因此不能连续地加工。二、机床的型号编制 机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。1.通用机床的型号编制1）通用机床型号的表示方法为：()- - ()- - - - ()- ()-/ ()- ()-其中： :分类代号 :类代号 :通用特性,结构性代号 :组代号 :系代号 :主参数或设计顺序号 :主轴数或第二参数 :重大改进顺序号 :其他特性代号 :企业代号 注:有()的代号或数字,当无内容时,则不表示.若有内容则不带括号； 有符号者,为大写的汉语拼音字母； 有符号者,为阿拉伯数字; 有符号者,为大写汉语拼音字母,或阿拉伯数字,或两者兼有之.机床的类别代号 : 类 别车 床钻 床镗 床磨 床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他 机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其1） 机床的特性代号 : 通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心 (自动换刀)彷型轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换彷轻重简柔显速2） 结构特性代号 为区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字分. 如:CA6140中的A3） 机床的组别,系别代号 4） 机床的主参数,设计顺序号和第二参数 机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值(1/10或1/150) 设计顺序号:当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示. 第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.5） 机床的重大改进顺序号 当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C.等.6） 其他特性代号:用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。 7） 企业代号:生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。 通用机床类、组划分表组别类别0123456789车床C仪表车床单轴自动、半自动车床多轴自动、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超精机内圆研磨机外圆及其他研磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机其他磨床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床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研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套丝机攻丝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彷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锉锯床其他机床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通用机床的型号编制举例： C A 6 1 40 （CA6140型卧式车床）主参数（最大车削直径400mm） 系别代号（卧式车床系） 组别代号（落地及卧式车床组） 结构特性代号（结构不同） 类别代号（车床）M G 1 4 32 A（MG1432A型高精度万能外圆磨床）重大改进顺序号(第一次重大改进) 主参数(最大磨削直径320mm) 系别代号(万能外圆磨床系 组别代号(外圆磨床组) 通用特性(高精度) 类别代号(磨床类)2.专用机床的型号编制1）专用机床型号表示方法 专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成，其表示方法为：()2）设计单位代号 包括机床生产厂和机床研究单位代号（位于型号之首），见金属切削机床型号编制方法（GB/T15975-1994）附录A。3）专用机床的设计顺序号 按该单位的设计顺序号(从“001”起始)排列，位于设计单位代号之后，并用“”隔开，读作“至”。例如，北京第一机床厂设计制造的第100种专用机床为专用铣床，其型号为B1100。三、机床的主要技术参数（主参数和基本参数）主参数：代表机床规格的大小，在机床型号中，用阿拉伯数字给出的是主参数折算值（1/10或/100）。 基本参数：包括尺寸参数、运动参数和动力参数。 1. 尺寸参数：机床的主要结构尺寸 。 2. 运动参数：机车执行中的运动速度，包括主运动的速度范围、速度列表和进给量的范围，进给数列以及空行程速度等。 各类主要机床的主参数和折算系数机床主参数名称主参数折算系数第二主参数卧式车床床身上最大回转直径1/10最大工件长度立式车床最大车削直径1/100最大工件高度摇臂钻床最大钻孔直径1/1最大跨距卧式镗铣床镗轴直径1/10坐标镗床工作台面宽度1/10工作台面长度外圆磨床最大磨削直径1/10最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径1/10最大磨削深度矩台平面磨床工作台面宽度1/10工作台面长度齿轮加工机床最大工件直径1/10最大模数龙门铣床工作台面宽度1/100工作台面长度升降台铣床工作台面宽度1/10工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度1/100最大刨削长度插床及牛头刨床最大插削及刨削长度1/10拉床额定拉力（t）1/1最大行程主运动参数1.主轴转数：对作回转运动的机床，其主运动参数是主轴转数。计算公式为：n=1000v/(*d)主运动是直线运动的机床，如：插床，刨床。其主运动参数是机床工作台或滑枕的每分钟往复次数。2.主轴最低和最高转数的确定 专用机床用于完成特定的工艺，主轴只需一种固定的转速。 通用机床的加工范围较宽，主轴需要变速，需要确定其变速范围既最低和最高转数。采用分级变速时，还应确定转速的级数。 Nmin=1000Vmin/DmaxNmax=1000Vmax/(*Dmin) 变速范围为：Rm=Nmax/Nmin;3.有级变速时主轴转速序列 无级变速时，Nmax与Nmin之间的转速是连续变化的 有级变速时，应该在Nmax和Nmin确定后，再进行转速分级，确定各中间级转速。 主运动的有级变速的转速数列一般采用等比数列。满足nj+1=nj；nz=n*?z-14.标准公比 为了便于机床设计和使用，规定了标准公比值： 1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2.00其中，?=1.06时公比数列的基本公比，其他可以由基本公比派生而来。 进给运动参数 进给量：a.大部分机床（如车，钻床等）：进给量用工件或刀具每转的位移（mm/r)表示；b.直线往复运动机床（如刨，插床）：进给量以每以往复的位移量表示；c.铣床和磨床：进给量以每分钟的位移量（mm/min)表示。动力参数 机床的动力参数是指驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机功率。? 主传动功率： P主=P切+P空+P附1、切削功率P切：与加工情况.工件和刀具材料及切削用量的大小有关。 P切=Fz*Vc/600002、空载功率P空：是指机床不进行切削，及空转时所消耗的功率。3、附加功率P附：指机床进行切削时，因负载而增加的机械摩擦所耗的功率。进给传动功率：通常也采用类比和计算相结合的方法来确定。空行程功率：指为节省零件加工的辅助时间和减轻工人劳动强度，在机床移动部件空行程时快速移动所需的传动功率。其大小由移动部件重量和部件启动时的惯性力决定。四、工件表面成形方法与机床运动分析1、工件表面成形方法 机械制造过程是工艺设计要求实现的过程。在这一过程中，针对不同的要求可以采用 不同的加工方法，如锻造、铸造、焊接、机械加工、热处理等。就机械加工而言，是根据具体的设计要求选用相应的切削加工方法即：在机床上通过刀具与工件的相对运动，从工件毛坯上切除多余金属，使之形成符合要求的形状、尺寸的表面的过程。因此，机械加工过程是工件表面的形成过程。 (一) 工件表面的构成机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如下图1，由这些表面组成各种类型的零件。下图2是几种常见的零件类型。 常见表面类型 常见成形方法（二）常见工件表面的成形方法 机械加工中，工件表面是由工件与刀具之间的相对运动和刀具切削刃的形状共同实现的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之间的相对运动也不相同，这是形成各种加工方法的基础。有轨迹法、成形法、展成法、相切法等。见上图3。 1、轨迹法：指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，通过刀具与工件之间的相对 运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。2、成形法：是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。3、展成法：是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。4、相切法: 利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法2、机床运动分析机床的运动:表面成形运动和辅助运动. 表面成形运动:形成发生线的运动. 按组成情况不同,可分为:简单成形运动和复合成形运动。按作用情况不同,可分为:主运动和进给运动。1、主运动：是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。2、进给运动：是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是步进的。辅助运动:实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。切入运动、切出运动、调整运动、分度运动以及其他各种空行程运动。3、机床的运动联系 要实现加工过程所需的各种运动，机床必需具备以下几个主要组成部分：1）执行机构 机床上最终实现所需运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，它们带动工件或刀具旋转或移动。2）动力源 机床上动力源般采用交流异步电动机、步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。它们为机床执行机构的运动提供动力，以克服切削阻力及摩擦阻力。机床可以几个运动共用一个动力源，也可以每个运动单独使用一个动力源，前者如普通机床，后者如数控机床。3）传动装置 把动力源的运动和动力传递给执行机构，或将运动由个执行机构传递到另个执行机构，以保持二个运动之间的准确关系。传动系统还可以变换运动的方向、速度及运动的类别，如将旋转运动变为直线运动。由动力源一传动装置一执行件或执行件一传动装置一执行件构成的传动联系，称为传动链。按传动链的性质不同可分为： 外联系传动链 联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得一定的速度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状和精度。因此，外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传动副。如普通车床在电机与主轴之间的传动链就是外联系传动链。 内联系传动链 联系一个执行机构和另一个执行机构之间运动的传动链。它决定着加工表面的形状和精度，对执行机构之间的相对运动有严格要求。因此，内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链传动）。车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。传动链中通常包含两类传动机构：一类为:定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构；另一类是换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向）：，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。传动原理图:为了便于研究机床的传动联系,常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来,这就是传动原理图。机床的传动系统 为便于了解和分析机床运动的传递、联系情况，常采用传动系统图。它是表示实现机床全部运动的传动示意图。图中将每条传动链中的具体传动机构用简单的规定符号（见国家标准GB446084机城制图机构运动简图符号）表示，并标明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。传动链的传动机构，按照运动传递或联系顺序依次排列，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。2-2.2 车 床一、 车床 1.应用：主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面，圆锥面及成形回转表面）和回转体的端面，有些车床可以加工螺纹面。2.运动：车床的主运动是由工件的旋转运动实现的； 车床的进给运动则由刀具的直线移动完成的。3.分类：车床种类繁多，按其用途和结构的不同，主要分为：卧式车床及落地车床，立式车床，转塔车床，仪表车床，单轴自动和半自动车床，多轴自动和半自动车床，彷形车床及多刀车床，专门化车床。（一）CA6140型卧式车床 1.工艺范围：很广，它适用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，如：内圆柱面，圆锥面，环槽及成形回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔，扩孔，铰孔，和滚花等工艺.2.机床布局及主要级数性能由于卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘套类零件，所以采用卧式布局其主要性能：机床的主要技术性能：床身上最大工件回转直径-400mm最大工件长度-750；1000；1500；2000mm刀架上最大工件回转直径-210mm主轴转速：正转 24级-101400r/min反转 12级-141580r/min进给量： 纵向 64级-0.0286.33mm/r横向 64级-0.0143.16mm/r车削螺纹范围：米制螺纹 44种-P=1192mm英制螺纹 20种-=224牙/in模数螺纹 39种-m=0.2548mm径节螺纹 37种-DP=196牙/in主电机功率：-7.5kW3卧式车床的传动系统主运动传动链：两个末端分别是主电动机和主轴，它的功用是把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。进给运动传动链：两个末端分别是主轴和刀架，其功用是使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。主运动传动链主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，它的功用是把动力源(电动机)的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。1） 主运动传动路线主运动的动力源是电动机，执行件是主轴。运动由电动机经V带轮传动副130/230传至主轴箱中的轴。轴I上装有双向多片摩擦离合器M1，离合器左半部接合时，主轴正转；右半部接合时，主轴反转；左右都不接合时，轴空转，主轴停止转动。轴I运动经M1轴轴，然后分成两条路线传给主轴：当主轴上的滑移齿轮（Z=50）移至左边位置时，运动从轴经齿轮副63/50直接传给主轴，使主轴得到高转速；当主轴上的滑移齿轮（Z=50）向右移，使齿轮式离合器M2接合时，则运动经轴传给主轴，使主轴获得中、低转速。主运动传动路线表达如下：由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，轴上的双联滑移齿轮可有两种啮合位置，分别经56/38或51/43使轴获得两种速度。其中的每种转速经轴的三联滑移齿轮39/41或30/50或22/58的齿轮啮合，使轴获得三种转速，因此轴的两种转速可使轴获得2x 36种转速。经高速分支传动路线时，由齿轮副63/50使主轴获得6种高转运。经低速分支传动路线时，轴的6种转速经轴上的两对双联滑移齿轮，使主轴得到62224种低转速。因为轴到轴V间的两个双联滑移齿轮变速组得到的四种传动比中，有两种重复，即 基本相等，因此经低速传动路线时，主轴获得的实际只有6（41）=18级转速，其中有6种重复转速。同理，主轴反转时，只能获得3十3(221)12级转速。（2）进给运动传动链进给运动传动链的两个末端件分别是主轴和刀架，其作用是实现刀具纵向或横向移动及变速与换向。它包括车螺纹进给运动传动链和机动进给运动传动链。1）车螺纹进给运动传动链CA6140型普通车床可以车削米制、英制、模数和径节四种螺纹。车削螺纹时，主轴与刀架之间必须保持严格的传动比关系，即主轴每转一转，刀架应均匀地移动一个导程P。由此可列出车削螺纹传动链的运动平衡方程式为：运动平衡式 1主轴uS丝S式中 从主轴到丝杠之间全部传动副的总传动比机床丝杠的导程，CA6140型车床12mm；P被加工工件的导程（mm）。a）车削米制螺纹车削米制螺纹的传动路线车削米制螺纹时，运动由主轴经齿轮副58/58至轴，再经三星轮换向机构33/33（车左螺纹时经33/2525/33）传动轴，再经挂轮63/100100/75传到进给箱中轴X，进给箱中的离合器M3和M4脱开，M5接合，再经移换机构的齿轮副25/36传到轴V，由轴V和XV间的基本变速组、移换机构的齿轮副25/3636/25将运动传到轴，再经增倍变速组传至轴，最后经齿式离合器M5，传动丝杠，经溜板箱带动刀架纵向运动，完成米制螺纹的加工。其传动路线表达如下：?车削米制螺纹的运动平衡式由传动系统图和传动路线表达式，可以列出车削米制螺纹的运动平衡式：S =158/5833/3363/100100/7525/36u基 25/3636/25u倍12= 7u基 u倍式中 u基、u倍分别为基本变速组传动比和增倍变速组传动比。进给箱中的基本变速组 为双轴滑移齿轮变速机构，由轴V上的8个固定齿轮和和轴XV上的四个滑移齿轮组成，每个滑移齿轮可分别与邻近的两个固定齿轮相啮合，共有8种不同的传动比：不难看出，除了和外，其余的6个传动比组成一个等差数列。改变的值，就可以车削出按等差数列排列的导程组。可得84=32种导程值，符合标准的只有20种，通过背轮可车24种大螺距螺纹表4-5 CA6140型普通车床米制螺纹导程 （单位：mm）基本组导程P增倍组11.251.51.7522.252.533.544.555.56789101112b）车削英制螺纹英制螺纹是英、美等少数英寸制国家所采用的螺纹标准。我国部分管螺纹也采用英制螺纹。英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数(扣/in)表示，其标准值也按分段等差数列的规律排列。英制螺纹的导程。由于CA6140型车床的丝杠是米制螺纹，被加工的英制螺纹也应换算成以毫米为单位的相应导程值，即Sa=K Pa= K25.4/a车削英制螺纹时，对传动路线作如下变动，首先，改变传动链中部分传动副的传动比，使其包含特殊因子25.4；其次，将基本组两轴的主、被动关系对调，以便使分母为等差级数。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同。其运动平衡式为：Sm =158/5833/3363/100100/751/u基 36/25u倍12 = 4/725.4u倍/ u基a= 7K /4 u基 /u倍 （扣/英寸）c）车削模数螺纹模数螺纹主要用在米制蜗杆中，模数螺纹螺距P=m，P也是分段等差数列。所以模数螺纹的导程为：Pm=Km式中 Pm一模数螺纹的导程（mm）；k一螺纹的头数； m螺纹模数。模数螺纹的标准模数m也是分段等差数列。车削时的传动路线与车削米制螺纹的传动路线基本相同。由于模数螺纹的螺距中含有因子，因此车削模数螺纹时所用的挂轮与车削米制螺纹时不同，需用来引入常数，其运动平衡式为Sm =15