金属切削与机床 第4章 铣床.ppt

第4章铣床,4.1X6132万能卧式升降铣床4.2其他机床,陈龙灿,铣削加工,铣削加工是用旋转的铣刀在工件上切削出各种表面或沟槽特点:铣刀旋转（主运动）工件或铣刀移动为进给运动铣刀是多刃刀具，每个刀齿都相当于一个车刀切削过程是断续的成形原理：旋切法（刀刃的包络线作为母线）,图铣削加工的应用,.铣床的运动主运动：铣刀的旋转运动（r/min）,进给运动：,一般，由工件在垂直于铣刀轴线方向的直线运动来实现,少数，机床的回转运动或曲线运动,根据具体要求，可在相互垂直的三个方向上调整位置并实现一个方向上的进给,工件进给和位置的调整可由工件或刀具及工件来实现。,2.铣床的分类,铣床种类很多，一般按布局形式和范围来分，主要有：,升降台铣床（包括卧室、立式、万能等）,工作台不升降铣床,龙门铣床工具铣床仿行铣床单柱铣床和单臂铣床仪表铣床专门化铣床（花键铣床、曲轴铣床等）,铣削加工,铣削加工,铣削加工,铣削加工,铣削加工范围,端铣平面周铣平面立铣平面立铣槽（直槽、键槽、燕尾槽、T型槽、圆弧槽）周铣槽（直槽、角度槽、螺旋槽）立铣成形面周铣成形面,铣削加工零件,铣刀,立铣刀,铣刀,面铣刀,铣刀,圆柱铣刀粗齿细齿三面刃铣刀周刃铣刀,铣刀,模具铣刀球头铣刀立铣刀,铣刀,螺纹铣刀,铣刀安装,1用刀杆安装（圆柱铣刀）2用中间套筒和弹簧夹头（立铣刀、面铣刀）,铣削用量,背吃刀量ap侧吃刀量ae铣削速度vc进给量（af、f、vf）,背吃刀量ap,指平行于铣刀旋转轴线测量的切削层尺寸周铣时，ap为被加工表面的宽度端铣时，ap为切削层深度,侧吃刀量ae,指垂直于铣刀旋转轴线测量的切削层尺寸周铣时，ae为切削层深度端铣时，ae为被加工表面的宽度,铣削速度vc,指切削刃上选定点相对于工件的线速度vc=dn/1000d：铣刀直径（mm）n：铣刀转速（r/min或r/s）,进给量（af、f、vf）,每齿进给量af：指铣刀每转一个齿工件沿进给方向的位移量单位mm/z每转进给量f：指铣刀每转一转工件沿进给方向的位移量单位mm/r进给速度vf：指在单位时间内工件沿进给方向的位移量单位mm/minf=af*zvf=f*n=af*z*n注意：进给是工件相对于刀具,铣削方式,逆铣：铣削速度与进给速度趋反时为逆铣顺铣：铣削速度与进给速度趋同时为顺铣,逆铣,特点切削厚度逐渐增大刀具实际切削前角减少刀齿在加工表面上挤压、滑行（加工硬化）刀齿容易磨损加工表面粗糙度增大,顺铣,特点切削厚度逐渐减少刀齿在加工表面上无挤压、滑行切削力压向工件台，使工件稳定刀齿磨损延长加工表面粗糙度减少不适宜于铣削带硬皮的工件不适宜于在无丝杆螺母间隙消除装置的机床上进行,对称与不对称端铣,对称端铣不对称端铣不对称逆铣：切入时切削厚度最小，可减少冲击不对称顺铣：切出时切削厚度最小，可提高切削速度,铣床,立式升隆台铣床卧式升隆台铣床万能升隆台铣床万能工具铣床龙门铣床平面仿形铣床,立式铣床,卧式铣床,龙门铣床,立铣头/卧铣头,立铣头：是卧式铣床的附件卧式铣床装上立铣头后可当立式铣床使用有的数控车床上也可装上立铣头，进行铣削加工卧铣头：是立式铣床的附件立式铣床装上卧铣头后可当卧式铣床使用,回转工件台,分度头,高度游标尺,深度千分尺,百分表,4.1X6132型万能升降台铣床1.X6132型万能升降台铣床的主要参数X6132型万能升降台铣床的主参数是工作台面宽度，第二主参数是工作台面长度。主要技术规格如下：工作台尺寸（长宽）1250mm320mm工作台最大行程纵向800mm横向300mm垂直400mm工作台最大回转角度45T型槽数3条,主轴转速范围（18级）301500r/min主轴端孔锥度724主轴孔径29mm主轴中心线到工作台面距离30430mm主轴中心线到悬梁距离155mm床身垂直导轨到工作台面中心距离215515mm刀杆直径22、27、32mm进给量范围（21级）纵向101000mm/min横向101000mm/min垂直3.3333mm/min,快速进给量纵向与横向2300mm/min垂直766.6mm/min主电动机功率7.5kW转速1450r/min进给电动机功率1.5kW转速1410r/min机床外形尺寸（长宽高）1831mm2064mm1718mm,2.X6132型万能升降台铣床的主要部件X6132型万能升降台铣床主要由底座、床身、悬梁、刀杆支架、主轴、工作台、床鞍、升降台、回转盘等组成，如图7-20所示。床身2固定在底座1上，其内部装有主轴5和主变速机构，其上部的燕尾导轨安装有悬梁3。刀杆支架4装在悬梁的一端，用以支承刀杆。工作台6可沿回转盘7上的燕尾导轨纵向移动，还可随回转盘一起绕床鞍8的垂直轴线调整一定角度。床鞍可沿升降台9上的矩形导轨作横向移动，升降台又可以沿床身侧面导轨作垂直移动。铣床的进给变速机构装在升降台内部。,3.X6132型万能升降台铣床的传动系统图是X6132型万能升降台铣床的传动系统图。该铣床有主运动传动链、进给运动传动链和快速运动传动链。,图X6132型万能升降台铣床传动系统图,1）主运动传动链主运动传动链的两端件分别是主电动机与主轴。主电动机通过主传动装置使主轴获得工作时所需的各种转速、转向以及停止前的制动。主运动的传动路线表达式如下：,主运动传动链通过三个串联的齿轮变速组，使主轴获得332=18级转速。主轴的换向通过改变主电动机的正、反转实现。主轴停止前的制动由装在轴右端的电磁制动器M实现。,2）进给运动传动链进给运动传动链分又为纵向、横向、垂直进给以及快速移动四条传动链，四条传动链的两端件都是进给电动机与工作台。进给电动机通过进给传动装置使工作台获得纵向、横向垂直三个方向的进给运动及快速移动。进给运动的传动路线表达式如下：,分析进给传动链可知，进给电动机的运动经齿轮副17/32传到轴后，分为两条传动路线:一条经齿轮副40/26、44/42及电磁离合器M2直接传动轴，属工作台快速移动路线；另一条经20/44传动轴，然后经三个齿轮变速组，由电磁离合器M1传动轴，属工作台正常进给传动路线。轴经齿轮副38/52传动轴后，又分为两条传动路线：一条经齿轮副29/47、47/38传动轴，再经过相关齿轮副、离合器分别传动纵向或横向丝杠，使工作台实现纵向或横向移动；另一条经齿轮副29/47、离合器M3，传动垂直丝杠，使工作台实现垂直移动。,从理论上讲，工作台在纵向、横向、垂直三个方向都可获得333=27级不同进给量，但轴到轴之间的9种传动比中，却有三种相等：,因此，工作台实际应获得（332）3=21级进给量。,纵向、横向、垂直进给运动平衡式分别如下：,式中:n电进给电动机转速（r/min）；u-轴至轴之间滑移齿轮变速机构传动比；u-轴至轴之间滑移齿轮变速机构传动比；u-轴至轴之间滑移齿轮变速机构传动比；L纵、L横、L垂分别是纵向、横向、垂直进给丝杠的导程。,4.X6132型万能升降台铣床的主轴部件图7-22是X6132型万能升降台铣床的主轴部件结构图。主轴11为阶梯形空心轴，前端直径大于后端直径，使得主轴前端具有较大的抗变形能力。主轴前端724的精密锥孔，用于安装铣刀刀杆或端铣刀刀柄，并使其准确定心，保证铣刀刀杆中心与主轴旋转中心同轴。拉杆通过主轴中心孔拉紧刀杆或刀柄，使其定位可靠。端面键7用于在主轴与刀杆之间传递扭矩。,图7-22X6132型万能铣床主轴部件,3.X6132型铣床主要部件的结构,1.主轴部件如图所示：,主轴要求：较高的刚度和抗振性主轴结构如图所示，空心阶梯轴结构，前端7：24精密锥孔。为提高刚性，主轴采用三支撑结构，主轴回转精度主要由前端轴承和中间轴承保证，调整过程：要求：调整后主轴最高转速运转1h，轴承温度不超过60。为减少断续切削引起的冲击和振动，提高主轴运转的平稳性，主轴前端装有飞轮。,顺铣、逆铣定义：,铣刀最低点的切削速度与工件的进给运动方向相同。,铣刀最低点的切削速度与工件的进给运动方向相反。,螺母给丝杠的力,工作给丝杠的力,螺母给丝杠的力,工作给丝杠的力,顺铣,逆铣,2.顺铣机构,顺铣、逆铣特点比较,顺铣：加工中，铣刀与工件不会产生挤压作用，以加工表面冷作硬化现象较轻，有利于保证已加工质量，刀具耐用度比逆铣时提高23倍。水平切削分力会导致工作台出现窜动现象，引起机床振动，甚至造成刀具刀齿折断。作用在工件上的垂直切削分力将压紧工件，使工件的定位夹紧更为可靠。,逆铣：切削厚度由薄变厚，切削力由小变大，冲击较小，切削较平稳。逆铣还避免了铣刀刀齿先接触工件的粗硬外皮，当工件为铸、锻件时，对刀刃有保护作用。作用在工件上的水平切削分力与进给方向相反，避免工作台的窜动。但因刀刃一开始不易切入工件，刀具与工件已加工表面产生强烈的挤压，使工件表面产生冷作硬化现象，加速刀具磨损并影响加工表面质量。工件所受垂直分力向上，不利于工件的夹紧。,顺铣机构的作用顺铣时，消除丝杠螺母之间的间隙，使工作台不产生轴向窜动，保证顺铣顺利进行。逆铣或快速移动时，使丝杠螺母自动松开，降低螺母加在丝杠上的预紧力，减少丝杠与螺母之间的磨损。,顺铣机构的工作原理及作用,工作原理：在6的作用下使5向右移（向里），从而使4顺时针旋转，1、2作想反方向运动，消除间隙。间隙大小调整：即调整弹簧6的压力。,2.孔盘操纵机构X6132主运动、进给运动变速操纵机构采用集中式孔盘操纵机构控制。其工作原理是利用孔盘上不同孔的组合，使其控制的齿条实现不同位置的组合形式，从而达到带动上面的拨叉拨动相应的滑移齿轮实现不同位置的传动。其工作原理如下图所示：,X6132的变操纵机构工作原理,1外拉,逆时针旋转,带动5转动,使6旋转,带动10向右运动,使12脱离各组齿条轴.转动4到合适转速,使心轴上齿轮传动带动12转到相应的孔的位置,然后反向操纵1复位.为操纵方便用SQ6作用,4.2其它铣床简介1.立式升降台铣床立式升降台铣床与前述卧式升降台铣床的区别仅在于主轴采用立式布局，如图7-23所示。主轴2安装在立铣头1内，可沿其轴线方向进给或手动调整位置。立铣头在垂直平面内可向左或向右回转45，使主轴相对工作台面倾斜成所需角度，以扩大加工范围。立式铣床的其它部件，如工作台、床鞍、升降台等的结构与卧式升降台铣床相同。,图7-23立式升降台铣床,2.无升降台铣床无升降台铣床根据工作台面形状，可分为矩形工作台式和圆形工作台式两类。图7-24(a)为矩形工作台式，其工作台只能在台座上作纵向、横向进给运动，垂直方向的调整和进给运动由主轴箱的上下移动来实现。图7-24(b)为圆形工作台式，其工作台除作横向进给运动外也可作圆周进给运动。,图7-24无升降台铣床(a)矩形工作台式;(b)圆形工作台式,3.工具铣床图7-25为万能工具铣床的外形图及其所用附件。该机床主运动仍为主轴的旋转，横向进给运动由主轴座1的移动来实现，纵向或垂直方向的进给运动分别由工作台2和升降台3的移动来实现。万能工具铣床配备了多种附件，进一步扩大了机床的加工范围。因此,这种铣床更适用于在工具车间加工夹具零件、各种刀具、模具等。,图7-25万能工具铣床及附件万能工具铣床;(b)可倾斜工作台;(c)圆工作台;(d)平口钳;(e)分度装置;(f)立铣头;(g)插削头,4.龙门铣床龙门铣床由床身、工作台、立柱、横梁、水平铣头、垂直铣头等组成，如图726所示。龙门铣床由立柱5、7和顶梁6构成龙门式框架，并由此而得名。两个垂直铣头4、8和两个水平铣头2、9分别安装在横梁3和两个立柱的导轨上，可沿各自导轨作调整移动。每个铣头都是一个独立的主传动部件，其中包括单独电动机、传动机构、变速机构、操纵机构等。工作台1装在底座10上，加工时工作台带动工件作纵向进给运动。各铣刀的切深运动由主轴套筒带动主轴沿轴向移动来实现。,图7-26龙门铣床,3铣床附件,1立铣头图7-27为立铣头，是卧式铣床常用的附件。卧式铣床装上立铣头后，可当立式铣床使用。立铣头主轴由铣床主轴通过齿轮传动，两者转速相同。立铣头在垂直平面内可沿顺时针或逆时针方向回转90，进一步扩大了铣床的加工范围。,图7-27立铣头,3.2圆工作台图7-28为圆工作台外形图。使用圆工作台可以加工圆弧形周边、圆弧槽、多边形以及有分度要求的槽或孔等。工作时回转工作台固定在铣床工作台上，除带动工件旋转外，还可对工件进行分度。圆形工作台可与铣床纵向进给传动相连接，以带动工件作机动圆周进给运动。回转工作台按其直径的大小有200、320、400和500mm等几种规格。,图7-28圆工作台,3.3万能分度头1.分度头的用途(1）由分度头主轴带动工件绕轴线回转一定角度，完成等分或不等分的分度工作，以加工六角头、花键、直齿圆柱齿轮等。(2）通过挂轮机构将分度头主轴与工作台丝杠联系起来，组成一条以分度头主轴与工作台纵向丝杠为两端件的内联系传动链，以加工各种螺旋表面、阿基米德螺线凸轮等。(3）用卡盘装夹工件并使工件轴线相对于铣床工作台倾斜一定角度，以加工与工件轴线相交成一定角度的沟槽、平面、直齿锥齿轮、齿形离合器等。,2.分度头的结构图7-29是FW250型万能分度头的结构与传动系统图。主轴10装在回转体9内，回转体以两侧轴颈支承在底座11上。这种结构可使主轴轴线在垂直平面内调整一定角度，以适应各种工件的加工。分度头主轴是一空心轴，两端有莫氏4号锥孔。主轴前端莫氏锥孔用于安装心轴或顶尖，外锥定位面用于安装三爪定心卡盘。主轴后端莫氏锥孔用于安装挂轮轴，经挂轮与侧轴6连接，实现差动分度。分度头由底座底面上两个定位键14在工作台上准确定位，由T型螺栓将其紧固在工作台上。,图7-29FW250型万能分度头(a)分度头的结构；(b)分度头传动图,FW250型万能分度头备有两块分度盘，每块分度盘前后两面皆有孔，正面6圈孔，反面5圈孔。它们的孔数分别为第一块正面每圈孔数：24，25，28，30，34，37；反面每圈孔数：38，39，41，42，43。第二块正面每圈孔数：46，47，49，51，53，54；反面每圈孔数：57，58，59，62，66。,3.分度方法1）简单分度法直接利用分度盘进行分度的方法称为简单分度法。这种方法适用于直齿圆柱齿轮、链轮、花键等零件的加工，主要用在加工件的分度数与分度头传动系统中的40可相约的场合。分度时用分度盘紧固螺钉锁定分度盘，拔出定位销转动分度手柄，通过传动系统使分度主轴转过所需的分度数，然后将定位销插入分度盘上与分度数对应的孔中。,由分度头传动系统可知，蜗杆副的传动比为140，即分度手柄转40圈，分度头主轴转1转。设被加工工件所需分度数为Z，每次分度时分度头主轴应转过1/Z转，此时手柄的转数可按下式求得:,为使分度时容易记忆，可将上式写成如下形式:,式中:a每次分度时手柄转过的整转数（当40/Z1时，a=0）；q所用孔盘中孔圈的孔数；p手柄转过整数转后，在q孔的孔圈上转过的孔间距数。,分度时q值尽量取分度盘上能实现分度的较大值，可使分度精度高些。为防止由于记忆出错而导致分度操作失误，可调整分度叉3的夹角，使两分度叉以内的孔数在q孔的孔圈上包含（p+1）孔，这样每次分度插销插入孔中时就可清楚地识别。举例：在铣床上加工齿数Z=32的直齿圆柱齿轮时，用FW250型万能分度头的分度情况如下：,每次分度时，手柄转过5/4转，当手柄转过一整转后，在孔数为28的孔圈上再转过7个孔距。,2）差动分度法当需要分度数为73、83、113等时，既不能与40相约，分度盘上又没有相应孔数的孔圈，这时就不能用简单分度法，而要用差动分度法，如图7-30所示。,图7-30差动分度法(a)差动分度挂轮；(b)差动分度传动；(c)差动分度原理,差动分度时手柄轴与分度盘之间的运动关系如下:,差动传动链运动平衡式为,整理上式得挂轮配换公式:,注意：选取的Z0应接近Z，可与40相约，且有相应的挂轮，使得调整计算易于实现。当Z0Z时，分度盘旋转方向与手柄转向相同；当Z0Z时，分度盘旋转方向与手柄转向相反。FW250型万能分度头所配备的挂轮的齿数分别是25（两个）、30、35、40、50、55、60、70、80、90和100。举例：在铣床上加工Z=73的直齿圆柱齿轮，用FW250型万能分度头的分度情况如下。因齿数73无法与40相约，分度盘又无73孔的孔圈，故只能用差动分度法。,取假定分度数75，于是,计算出挂轮数为,因Z0Z，所以分度盘旋转方向应与手柄转向相同。,4.铣螺旋槽的调整计算在万能升降台铣床上使用分度头加工螺旋槽，分度头主轴与工作台纵向丝杠之间应形成加工螺旋槽所需的内联系传动链，即工件转一转，工作台准确移动一个导程的运动关系。与此同时，还要保证工件轴线与刀具旋转平面之间夹角为工件的螺旋角，对于多条螺旋槽的工件，在加工完一条螺旋槽后，还要进行分度。其具体调整计算如下：(1）工件装夹在分度头主轴顶尖与顶尖座之间，其轴线与工作台运动方向一致。铣右旋螺旋槽时，工作台绕垂直轴线逆时针偏转一个角，使切削方向与螺旋槽方向一致。同样，左旋螺旋槽时，工作台绕垂直轴线顺时针偏转一个角，如图7-31(a)所示。,(2）工作台纵向丝杠通过Z1、Z2、Z3、Z4与分度头主轴连接，如图7-31（b）所示。当工作台纵向进给时，经挂轮及分度头内部的传动机构使分度头主轴旋转，实现加工螺旋槽的运动要求。整个加工过程中定位插销应插在分度盘的定位孔中，不能随意拔出。,图7-31铣削螺旋槽的调整,工作台纵向移动与分度头主轴旋转的运动关系如下：分度头主轴带动工件转一转工作台带动工件纵向移动一个工件导程L工分度头主轴与工作台的运动平衡式为,化简后得挂轮配换公式：,式中:L工工件螺旋导程（mm）；L丝工作台纵向丝杠导程（mm）。,螺旋槽导程按下式计算:,式中:工件螺旋角；D工件计算直径；L工工件螺旋槽导程。,(3）对于多条螺旋槽，加工完一条螺旋槽后，按简单分度法对工件进行分度。,其他练习及延伸,分度头的用途和传动系统,可作等分或不等分的圆周分度；例：齿轮，多边形等的加工，可将工件轴线相对于铣床工作台台面倾斜一定的角度，加工各种位置的沟槽、平面；例：斜楔通过挂轮，分度头主轴可带动工件做连续旋转，以加工螺旋沟槽，如油槽、阿基米德螺旋线凸轮等。,比如：由图螺旋槽的加工,作用,传动系统,主轴前后莫氏4号锥孔壳体4在-695内转动,孔盘三块：第一块：16、24、30、36、41、47、57、59第二块：22、27、29、31、37、49、53、63第二块：23、25、58、33、39、43、51、61,分度方法,直接分度法用于分度数较少或分度精度要求不高时,简单分度法这是一种常用的分度方法，用于分度数较多的场合。分度时传动如下：,根据传动路线可知，手柄转40转时主轴（工件）转1转。假设工件等分数为Z,手轮要转过的转数为nk,则手柄转过的转数为：,其中：a表示受柄转过的整转数(z40时为0)p/q表示手柄在在q孔圈上转过p个孔间距,例4-1在F1125型分度头上铣削正10边形工件，试确定每铣一边后分度手柄的转数？,解：应分析应该采用什么分度方法根据方法采用相关的公式进行计算并确定手柄应转过的转数，对分度头进行相关的调整陈述结果,即每铣完一边后，分度手柄应转过4圈,例4-2在F1125型分度头上加工六边形螺母，试确定每铣一面，分度手柄的转数？,解：经分析应采用简单分度法分度此时，,应选用3的倍数的孔圈，这可选用36的孔圈，则,即分度手柄在36的孔圈上转过6转又24个孔距（25个孔）时，工件转1/6转。,应尽量选用大的孔圈,角度分度法,角度分度法是由简单分度法派生出来的。根据前面的公式可知：手柄每转一转（360）时,所以当工件要转过的角度为时，分度手柄应转过的转数为：,例4-3在轴上铣两键槽，其夹角为77应如何分度,解：经分析应采用角度分度法分度,77,即分度手柄在63的孔圈上转过8转又35个孔距。,注意：分度时应用螺钉把分度盘固定死,差动分度法,主要用于无法用简单分度法分度但又有较高的分度精度的情况。例分度数为67、79、97、107等无法与40相约，在孔圈上也找不到合适的孔圈质数的分度。,差动分度：指当手柄k转动时，通过齿轮、蜗杆副和挂轮驱动分度盘随主轴的转动而慢速转动，此时，手柄的实际转数是手柄相对于分度盘的转数和分度盘本身的转数的代数和。这种分度法称为差动分度法假设工件等分数为z，分度主轴每次分度应转过1/z转，手柄应转过40/z转，即从图中A点移到C点，但是C点处没有孔，所以不能用简单分度法分度。但可以按假设的齿数Z0来分度，简单分度时手柄相对于孔盘转到B处，手柄转过40/Z0转，少转40/Z-40/Z0转，为补偿少转的转数，通过传动，当手轮转动的同时让分度盘转，转过的角度为40/Z-40/Z0转，这样手轮实际转过的转数为40/Z转。,分度原理如上图所示，分度时分度盘松开，通过挂轮实现差动传动，达到分度的目的。其过程与下图相似,根据传动关系有手柄转转分度盘转转,运动平衡式为：,化简后得：,Z是工件的等分数Z0假想的等分数a、b、c、d表示配换挂轮的齿数，配换齿轮有20、25、30、35、40、50、55、60、70、80、90、100共12个。,当Z0Z时挂轮传动比为正值，手柄K与分度盘转动方向相同；反之手柄K与分度盘转动方向相反。,例4-4加工需97等分的工件，试确定手柄的转数及交换齿轮的齿数，并确定孔盘孔圈数。,解：应分析应该采用什么分度方法差动分度法并假定等分数为Z0=100根据方法采用相关的公式进行计算并确定手柄应转过的转数,即分度手柄应在30的孔圈上转过12个孔距,对分度头进行相关的调整确定挂轮的齿数,陈述结果即a=30、b=50、c=40、d=20，正号表示手柄与分度盘的转动方向相同,注意事项：能用简单分度法分度时应采用简单分度法分度以保证分度精度；差动分度时先松开孔盘的紧固螺钉；加工前应用切痕法检验分度是否正确。,例1.加工等分数为30、61、81等工件2.在轴类零件上铣两个小平面，夹角为66,近似分度法近似分度法应用与差动分度法类似，也是用于不能采用简单分度法分度的情况下，但是该法存在一定的分度误差，主要用于分度精度不高的场合。其原理如下,例铣削z=91的齿轮。采用简单分度法时,因为分度盘上没有91的孔圈，不能分度。此时可任意选用一孔圈，比如61进行分度，那么：,因为孔盘上没有小数的孔圈，无