机械制造技术基础课件第2章

1,第二章制造工艺装备Themachineformanufactionproessing,机械制造技术基础,2,第二章制造工艺装备,本章内容,夹具,机床,刀具,3,第二章制造工艺装备,【本章内容】1.切削刀具的材料、组成和角度，刀具的磨损及常用刀具（含磨具）；2.金属切削机床的分类、型号和基本结构，机床的传动，数控机床的发展；3.工件的安装，夹具的分类和组成，工件在夹具中的定位、夹紧以及典型夹具。【本章要求】1熟悉刀具的组成，能够对简单刀具的几何角度进行标注、分析及定性选择；2熟悉常用的刀具和磨具；3了解机械传动在机床中的作用，能分析简单的传动系统；4能熟练运用工件定位的六点定位原理，能对常见加工中的工件进行机床夹具的设计。,4,第一节金属切削刀具的基本知识第二节常用金属切削刀具与砂轮第三节金属切削机床的基本知识第四节车床第五节齿轮加工机床第六节磨床第七节组合机床第八节数字控制机床简介第九节机床夹具,第二章制造工艺装备,5,第一节金属切削刀具的基本知识,6,刀具与工件之间附加的相对运动,它配合主运动依次地或连续不断地切除切屑,从而形成具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可由刀具完成(如车削)，也可由工件完成(如铣削)，可以是间歇的（如刨削）,也可以是连续的（如车削）。,主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动。,第一节金属切削刀具的基本知识,由机床或人力提供的刀具与工件之间主要的相对运动,它使刀具切削刃及其邻近的刀具表面切入工件材料，使被切削层转变为切屑,从而形成工件的新表面。在切削运动中，主运动速度最高、耗功最大，是切下切屑所必须的基本运动。,各种切削加工的切削运动,第一节金属切削刀具的基本知识,8,第一节金属切削刀具的基本知识,9,图23车削时的切削层参数,第一节金属切削刀具的基本知识,10,切削层公称横截面积：ADhDbD=apf上述公式中可看出hD、bD均与主偏角有关，但切削层公称横截面积AD只与hD、bD或f、ap有关。,第一节金属切削刀具的基本知识,切削层公称厚度：hDfsinKr,切削层公称宽度：bDapsinKr,11,二、刀具角度,12,1.刀面,图24车刀的构成,三面两刃一尖,13,2.刀刃,3刀尖,14,刀具角度是为刀具设计、制造、刃磨和测量时所使用的几何参数，它们是确定刀具切削部分几何形状（各表面空间位置）的重要参数。用于定义和规定刀具角度的各基准坐标面称为参考系;参考系可分为刀具静止参考系和刀具工作参考系两类。,（二）定义刀具角度的参考系,15,1刀具静止参考系,16,图2-6正交平面参考系,17,通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。,通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。,通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。,18,图27车刀的主要角度,19,刀具标注角度,20,它在切削平面内标注或测量，但有正负之分。当主切削刃与基面平行时s=0；当刀尖点相对基面处于主切削刃上的最高点时s0；反之s0。,21,1)前角O前刀面与基面之间的夹角。,2)后角o后刀面与切削平面之间的夹角。,3)楔角o前刀面与后刀面之间的夹角，它是个派生角。它与前角、后角有如下的关系：o90(Oo)也是判断标注是否正确的验证式之一。,说明：以上标注角度是在刀尖与工件回转轴线等高、刀杆纵向轴线垂直于进给方向，以及不考虑进给运动的影响等条件下确定的。,22,1.前角O,O,刀刃锋利,，切屑变形,切削力和切削功率,刀刃和刀尖强度,，散热体积,刀具寿命,刀具角度的功用,23,刀具角度的功用,2.后角o,后刀面与工件的摩擦,后刀面的磨损率,24,o1,Pr,o2,25,3.主偏角r和副偏角r,r和r,刀刃强度,表面粗糙度,背向力Fp,残留面积高度,，散热条件,刀具寿命,，进给力Ff,26,kr1,Kr,kr2,Fp,Ff,27,4.刃倾角s,主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。,28,刀具在工作参考系中确定的角度称为刀具工作角度。研究刀具工作角度的变化趋势，对刀具的设计、改进、革新有重要的指导意义。,1刀具工作参考系的建立,刀具工作角度,29,刀具工作参考系,通过切削刃上的选定点，垂直于合成切削运动速度方向的平面。,通过切削刃上的选定点，与切削刃相切且垂直于工作基面的平面。,通过切削刃上的选定点，同时垂直于工作基面、工作切削平面的平面。,30,2刀具工作角度的分析,在工作正交平面参考系中，一般考核刀具工作角度(oe、oe、re、re、oe、se)的变化，对刀具角度设计补偿量以及对切削加工过程的影响情况。,在车削(切断、车螺纹、车丝杠)、镗孔、铣削等加工中，通常因刀具工作角度的变化，对工件已加工表面质量或切削性能造成不利影响。,31,32,33,图210轴向进给运动对工作角度的影响,34,图211,35,图211刀尖安装高低对工作角度的影响,36,37,图212车刀安装偏斜对工作主偏角、副偏角的影响,38,1.前角O,O,刀刃锋利,，切屑变形,切削力和切削功率,刀刃和刀尖强度,，散热体积,刀具寿命,刀具角度的选择,39,o1,Pr,o2,40,前角大小取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。,工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。,41,2.后角o,o,后刀面与工件的摩擦,后刀面的磨损率,后角大小取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。,切削厚度越大，后角越小；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚度较差时，适当减小后角；,42,3.主偏角r和副偏角r,r和r,刀刃强度,表面粗糙度,背向力Fp,残留面积高度,，散热条件,刀具寿命,，进给力Ff,工艺系统刚性较好时，主偏角取较小值；反之取较大值。副偏角大小取决于表面粗糙度（515)，粗加工时取大值，精加工取小值。,43,kr1,Kr,kr2,Fp,Ff,44,4.刃倾角s,主要影响刀头的强度和切屑的流动方向。,加工一般钢料和铸铁，无冲击时：粗车s05，精车s0+5；有冲击时：s515；特别大时：s3045。切削加工高强度钢、冷硬钢时：s3045。,45,1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性,刀具材料,46,47,48,刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。,高速钢,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的23倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。,49,50,硬质合金,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。,硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。,51,52,陶瓷刀具材料,陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA9195）和耐热性，在1200的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。,主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。,53,超硬刀具材料,天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01m，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK65008000），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶立方氮化硼（CBN）由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度为HV30004500，耐热性达1200，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。,54,55,应当指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速钢及硬质合金，只有在加工难加工材料时，才考虑选用新牌号合金或高性能高速钢，在加工高硬度材料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。,56,第二节常用金属切削刀具与砂轮,一、车刀,车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具，它可以在普通车床、转塔车床、立式车床、自动与半自动车床上，完成工件的外圆、端面、切槽或切断等不同的加工工序。（图213）,57,图2-13几种常用的车刀,145弯头车刀；290外圆车刀；3外螺纹车刀；475外圆车刀；5成形车刀；690外圆车刀；7切断刀；8内圆切槽刀；9内螺纹车刀；10盲孔镗刀；11通孔镗刀,第二节常用金属切削刀具与砂轮,58,第二节常用金属切削刀具与砂轮,59,避免焊接引起的缺陷，提高了刀具耐用度；刀杆可重复使用利用率较高。但结构复杂、不能完全避免由于刃磨而可能引起刀片的裂纹。,1.不需刃磨，刀片材料能较好地保持原有力学性能、切削性能、硬度和抗弯强度。2.减少了刃磨、换刀、调刀所需的辅助时间，提高了生产效率。3.可使用涂层刀片，提高刀具耐用度。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,结构简单、紧凑，抗振性能好，制造方便使用灵活。但刀片易产生应力和裂纹。,60,刀具结构,61,主要用于孔的粗加工，IT11级以下；表面粗糙度Ra25m6.3m。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,二、孔加工刀具,62,图218麻花钻的组成和切削部分,63,图219麻花钻的几何角度,64,f,轴向力和扭矩,切削轻快,切削刃强度和散热条件,刀具寿命,影响排屑情况，它就是钻头的轴向前角。,标准麻花钻的螺旋角=1830。黄铜、软青铜：=1017轻合金、紫铜：=3540高强度钢、铸铁:=1015,（1）螺旋角,指钻头最外缘处螺旋线的切线与钻头轴线的夹角。,65,（2）顶角2,指两主切削刃在与它们平行的平面上投影的夹角。（图218b）,2,主切削刃长度,单位切削刃上的负荷及轴向力,钻尖强度,有利于散热，提高钻头耐用度,而扭矩,66,（3）前角o,是在正交平面内测量的前刀面与基面间的夹角。（图219）,由于钻头的前刀面是螺旋面，且各点处的基面和正交平面位置亦不相同，故主切削刃上各处的前角也是不相同的，由外缘向中心逐渐减小。在图样上，钻头的前角不予标注，而用螺旋角表示。,67,（4）后角f,是在假定工作平面内测量的切削平面与主后刀面之间的夹角。（图219）,为改善切削条件，并能与切削刃上变化的前角相适应，而使各点的楔角大致相等，麻花钻的后角刃磨时应由外缘向中心逐渐增大。,68,（5）横刃角度,横刃角度包括横刃斜角、横刃前角o、和横刃后角o。（图220）,由于横刃前角为负值，因此横刃的切削条件很差，切削时因产生强烈的挤压而产生很大的轴向力。对于直径较大的麻花钻，一般都需要修磨横刃。,69,图220横刃切削角度,70,用于对已钻孔的进一步加工，IT10IT11级；表面粗糙度6.33.2m。,（1）扩孔钻的类型,（2）扩孔钻与麻花钻的比较,图221,1）刀齿数多（34个），故导向性好，切削平稳；2）刀体强度和刚性较好；3）没有横刃，改善了切削条件。因此，大大提高了切削效率和加工质量。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,71,第二节常用金属切削刀具与砂轮,72,用于中、小尺寸孔的半精加工和精加工，IT6IT8级；表面粗糙度1.60.4m。,（1）铰刀的类型,（2）铰刀与扩孔钻的比较,图222图2-23,1）刀齿数多（612个），故导向性好，切削平稳；2）刀体强度和刚性较好（容屑槽浅，芯部直径大）；因此，铰孔的加工质量更好。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,73,图222铰刀的类型（a）直柄机用铰刀（b）锥柄机用铰刀c）硬质合金锥柄机用铰刀（d）手用铰刀（e）可调节手用铰刀（f）套式机用铰刀（g）直柄莫式圆锥铰刀（h）手用1:50锥度铰刀,第二节常用金属切削刀具与砂轮,74,图223铰刀的结构,第二节常用金属切削刀具与砂轮,75,主要用于平面、台阶、沟槽和各种成形面的加工。（图）,1）圆柱铣刀的几何角度,图224,为了便于制造，规定圆柱铣刀的前角用法平面前角n表示。,铣削钢件：o=1020铣削铸铁件：o=515,第二节常用金属切削刀具与砂轮,三、铣刀,76,图铣刀种类,第二节常用金属切削刀具与砂轮,77,图224圆柱铣刀的几何角度,第二节常用金属切削刀具与砂轮,78,圆柱铣刀的后角是用正交平面后角o表示。（图）粗加工：o12精加工：o16,圆柱铣刀的螺旋角就是其刃倾角它能使切削刃逐渐切入和切离工件，而且同时工作齿数较多，故能提高铣削过程的平稳性。粗齿铣刀：4060细齿铣刀：3035,第二节常用金属切削刀具与砂轮,79,2）端铣刀的几何角度,端铣刀的每个刀齿类似车刀，有主、副切削刃和过渡刃。在正交平面系内端铣刀的标注角度有：o、o、kr、kr和s。,图225,第二节常用金属切削刀具与砂轮,80,图225端铣刀的几何角度,第二节常用金属切削刀具与砂轮,81,铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系。不同的铣削方式对刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大的影响。,（1）圆周铣削法（周铣法）,周铣法有两种铣削方式：逆铣法和顺铣法。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,82,逆铣时，刀齿的切削厚度从ac=0至acmax。当ac=0时，刀齿在工件表面上挤压和摩擦，刀齿较易磨损。同时，工件表面受到较大的挤压应力，冷硬现象严重，更加剧刀齿磨损，并影响已加工表面质量。此外，逆铣时刀齿作用于工件上的垂直进给力FfN朝上有挑起工件的趋势，这就要求工件装夹紧固。但是逆铣时刀齿是从切削层内部开始工作的，当工件表面有硬皮时，对刀齿没有直接影响；同时作用于工件上的进给力Ff与其进给方向相反，使铣床工作台进给机构中的丝杠螺母始终保持良好的右侧面接触，因此进给速度比较平稳。（图）,铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反。（图228）,第二节常用金属切削刀具与砂轮,83,图228逆铣与顺铣（a）逆铣（b）顺铣,第二节常用金属切削刀具与砂轮,84,第二节常用金属切削刀具与砂轮,85,顺铣时，刀齿的切削厚度从acmax到ac=0。容易切下切削层，刀齿磨损较少，已加工表面质量较高。顺铣法可提高刀具耐用度23倍。但在顺铣过程中，作用于工件上的进给力Ff与其进给方向相同，此时如果铣床工作台下面的传动丝杠与螺母之间的间隙较大，则力Ff有可能使工作台连同丝杠一起沿进给方向移动，导致丝杠与螺母之间的间隙转移到另一侧面上去，引起进给速度时快时慢，影响工件表面粗糙度，有时甚至会因进给量突然增加很多而损坏铣刀刀齿。采用顺铣法加工时要求：铣床的进给机构具有消除丝杠螺母间隙的装置；工件表面没有硬皮，否则铣刀很易磨损。（图）,铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同。（图）,第二节常用金属切削刀具与砂轮,86,（2）端面铣削法（端铣法）,刀齿切入工件与切出工件的切削厚度ac相同者称为对称铣削。（图229a）,刀齿切入时的切削厚度小于或大于切出时的切削厚度者称为不对称铣削。（图229bc）,第二节常用金属切削刀具与砂轮,87,图229端面铣削方式,第二节常用金属切削刀具与砂轮,88,拉削加工质量好，生产率高。拉刀寿命长，并且拉床结构简单。但拉刀结构复杂，制造比较麻烦，价格较高，因而多用于大量和批量生产的精加工。,第二节常用金属切削刀具与砂轮,四、拉刀,89,图拉刀的类型,第二节常用金属切削刀具与砂轮,90,图拉削的各种表面,91,图230圆孔拉刀的结构1头部；2颈部；3过渡圆锥；4前导部5切削部；6校准部；7后导部；8尾部,第二节常用金属切削刀具与砂轮,92,图231拉刀切削部分的主要几何参数,第二节常用金属切削刀具与砂轮,1）齿升量af,2）齿距p,3）前角o,4）后角o,5）刃带宽度ba1,93,可获得较高的表面质量，但拉刀长度较长，生产率较低。（图）,拉刀长度短，生产率高，但拉刀结构复杂，制造困难，拉削后的工件表面比较粗糙。（图）,综合了上述两种拉削方式的优点，拉刀短，生产率高，加工表面也较光洁。（图）,第二节常用金属切削刀具与砂轮,94,分层式拉削,第二节常用金属切削刀具与砂轮,95,分块式拉削,第二节常用金属切削刀具与砂轮,96,综合式拉削,第二节常用金属切削刀具与砂轮,97,图232,利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等,第二节常用金属切削刀具与砂轮,齿轮刀具,98,图232成形齿轮铣刀,第二节常用金属切削刀具与砂轮,99,（1）插齿刀的基本工作原理,图233,（2）插齿刀的结构特点,（3）插齿刀的选用,图,第二节常用金属切削刀具与砂轮,100,图233插齿刀的基本工作原理,第二节常用金属切削刀具与砂轮,101,第二节常用金属切削刀具与砂轮,102,第二节常用金属切削刀具与砂轮,103,（1）齿轮滚刀的工作原理,（2）齿轮滚刀的基本蜗杆,（3）齿轮滚刀的选用,图235,图236,第二节常用金属切削刀具与砂轮,104,图235齿轮滚刀的工作原理,第二节常用金属切削刀具与砂轮,105,图236齿轮滚刀的基本蜗杆与刀刃位置,第二节常用金属切削刀具与砂轮,106,思考题,思考题：根据逆铣和顺铣的定义，分析哪个是不对称逆铣，哪个是不对称顺铣？适合哪种切削情况？,107,表2-5砂轮特性、代号和适用范围,108,即砂粒，是构成砂轮的主要成分,分为：,磨料,氧化物系碳化物系超硬材料,棕刚玉白刚玉,钢高速钢,黑碳化硅绿碳化硅,铸铁硬质合金,人造金刚石立方氮化硼,高硬材料难加工材料,硬质磨料中加入结合剂，经压坯、干燥、焙烧而制成,109,即磨料颗粒的大小,分为：,粒度,磨粒微粉,每英寸筛网长度上的筛孔数表示,30#46#一般磨削54#100#半精磨、精磨120#240#精密磨、超精磨,以颗粒最大尺寸的微米数表示,W60W28精密磨、超精磨W20W0.5超精磨、镜面磨,110,起粘结磨粒的作用,分为：,结合剂,陶瓷结合剂树脂结合剂橡胶结合剂金属结合剂,耐酸碱、强度较高、较脆各种砂轮,不耐酸碱、强度高、有弹性切断砂轮、高速砂轮等,不耐酸碱、强度高、弹性好薄片砂轮、抛光砂轮等,金刚石砂轮,111,磨粒从砂轮表面脱落的难易程度,取决于磨粒与粘合剂的粘结强度,硬度,砂轮硬度高，磨粒不易脱落硬度低，磨粒易脱落,磨未淬硬钢LN磨淬硬钢HK磨硬质合金HJ精密磨KL,112,磨料、结合剂、气孔三者之间的比例关系,磨料所占比例越大，组织越紧密，气孔少反之，组织疏松，气孔多,组织,组织号：014组织号大，磨料所占体积小，砂轮疏松,常用：47,113,表2-6常用砂轮的形状及用途,114,PSA400100127A60L5B35,PSA砂轮形状：双面凹砂轮,砂轮特性代号实例：,400尺寸外径：400mm,100厚度：100mm,127内径：127mm,A磨料：棕刚玉,60粒度：60#,L硬度：中软,5组织号：5号（中等）,B结合剂：树脂（B）,35最高线速度：35m/s,115,刀具部分结束,谢谢,116,一、机床的分类及型号,第三节金属切削机床的基本知识,117,按加工性质、所用刀具和机床用途分,车床,第三节金属切削机床的基本知识,118,第三节金属切削机床的基本知识,按机床的通用性程度分,通用机床,按机床工作精度分,普通机床,119,机床的技术参数是表示机床的尺寸大小和加工能力的各种数据，一般包括：主参数，第二主参数，主要工作部件的结构尺寸，主要工作部件的移动行程范围，各种运动的速度范围和级数，各电机的功率，机床轮廓尺寸等。,第三节金属切削机床的基本知识,120,121,CA6140,类别代号（车床类）,结构特性代号（结构不同）,组别代号（落地及卧式车床组）,系别代号（卧式车床系）,主参数代号（最大工件回转直径400mm）,举例：,第三节金属切削机床的基本知识,122,（1）机床的类别代号,123,（2）机床的特性代号,通用特性代号,124,表金属切削机床的类、组划分表,125,表金属切削机床的类、组划分表,126,表各类主要机床的主参数和折算系数,127,高精度万能外圆磨床,M类别代号（磨床类）,G通用特性（高精度）,1组别代号（外圆磨床组）,4系别代号（万能外圆磨床系）,32主参数（最大磨削直径320mm）,A重大改进顺序号（第一次重大改进）,MG1432A,【例】：,128,机床的技术参数,129,1）机械零件上常见的表面（图248）,2）零件表面的形成（图249）,是一条母线沿一条导线运动而形成。母线和导线统称为表面发生线。,图,第三节金属切削机床的基本知识,形成发生线的方法,轨迹法（图250a）,130,图248机械零件上常见的表面,第三节金属切削机床的基本知识,131,图249零件表面的形成,第三节金属切削机床的基本知识,132,第三节金属切削机床的基本知识,133,图250形成发生线所需的运动1刀尖或切削刃；2发生线；3刀具轴线的运动轨迹,第三节金属切削机床的基本知识,134,就机床上运动的功能来看，可区分为表面成形运动、切入运动、分度运动、调位运动和其它运动等。,是保证得到工件要求的表面形状的运动。它是机床上最基本的运动，是机床上的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。例如图250（a）中的A1和A2。,第三节金属切削机床的基本知识,135,使刀具切入工件表面一定深度，以使工件获得所需的尺寸。,工作台或刀架的转位或移位，以顺序加工均匀分布的若干个相同的表面或使用不同的刀具作顺次加工。,根据工件的尺寸大小，在加工之前调整机床上某些部件的位置，以便于加工。,第三节金属切削机床的基本知识,136,如刀具快速趋近工件或退回原位的空程运动，控制运动的开、停、变速、换向的操纵运动等。,三、机床的传动,（1）执行件,是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是装夹刀具或工件，直接带动它们误差一定形式的运动（旋转或直线运动），并保证运动轨迹的准确性。,为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有执行件、运动源和传动装置三个基本部分。,第三节金属切削机床的基本知识,137,（2）运动源,是为执行件提供运动和动力的装置，如交流异步电动机、直流或交流调速电动机和伺服电动机等。,（3）传动装置（传动件）,是传递运动和动力的装置，通过它将运动和动力从动力源传至执行件，使执行件获得运动速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。,第三节金属切削机床的基本知识,138,机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件与运动源（如把主轴和电机），获者把执行件和执行件（例如主轴和刀架）之间联系起来，称为传动联系。构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。,（1）外联系传动链,它是联系运动源（如电动机）和机床执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但不要求运动源和执行件之间有严格的传动比关系。（图）,第三节金属切削机床的基本知识,139,图251车床的传动原理图,第三节金属切削机床的基本知识,140,（2）内联系传动链,当传动链的两个末端件的转角或移动量之间有严格的比例关系要求时，该传动链称为内联系传动链。（图）,用一些简单的符合表示各执行件、运动源之间传动联系的图形，称为传动原理图。（图）,第三节金属切削机床的基本知识,141,用来表达传动系统中各轴转速的变化规律和传动副速比的图形，称为转速图。它可以用来拟定新的传动系统，也可以用来对现有的机床传动系统进行分析和比较。（图252）,图252主运动传动链的传动路线表达式（传动结构式）,第三节金属切削机床的基本知识,142,图253,为了表达传动链两个末端件计算位移之间的数值关系，常将传动链内各传动副的传动比相连乘组成一个等式，称为运动平衡式。,第三节金属切削机床的基本知识,143,图253主运动传动系统图,第三节金属切削机床的基本知识,144,车床(lathe)主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成形回转面、端平面和各种内外螺纹面等。（图254）,第四节车床,145,图243卧式车床的典型加工工序,第四节车床,146,卧式车床、马鞍车床转塔车床立式车床单轴自动车床多轴自动和半自动车床仿形车床多刀车床专门化车床,凸轮轴车床曲轴车床铲齿车床,车床,147,卧式车床,148,进给箱,卧式车床,主轴箱,卡盘,刀架,尾架,床身,床腿,床腿,溜板箱,149,马鞍车床,150,转塔车床,进给箱,主轴箱,前刀架,转塔刀架,床身,溜板箱,151,回轮车床,底座,进给箱,主轴箱,夹料夹头,回轮刀架,挡块轴,床身,152,图257立式车床1底座；2工作台；3侧刀架；4立柱；5垂直刀架；6横梁；7顶梁,第四节车床,153,液压仿形半自动车床,下刀架,主轴,靠模,液压仿形刀架,顶尖,床身,154,一、CA6140卧式车床,图256,第四节车床,155,CA6140型普通车床外形图,156,CA6140主轴箱图,157,CA6140主轴图,158,CA6140摩擦离合器,159,CA6140主轴变速机构之一,160,主轴变速机构之二,161,扩大螺距与变向操纵机构,162,CA6140进给箱图,163,安全与超越离合器结构,164,溜板箱互锁机构图,165,CA6140四方刀架图,166,CA6140尾架图,167,CA6140床身图,168,图256CA6140型卧式车床传动系统图,169,车床的传动原理图,车床的传动原理,内联系传动链:,主轴45if67丝杠,外联系传动链：,电动机12iv34主轴,170,车床的传动框图,车床的传动原理,171,空套连接,普通平键连接,导向平键连接,花键连接,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,车床常用传动件的简图符号,180,CA6140型卧式车床的传动系统图,机动示意图规定画法齿轮旁数字表示齿数只表示传动关系不代表实际尺寸和空间位置,车床的传动原理,181,C6140转速分布图,182,主轴转速级数和转速,正转：,高速6级；低速18级。(101400r/min),反转：,12级(141580r/min),转速图：,竖线轴,横线转速。等比数列，对数坐标，转速比=公比,斜线传动比。升速向上倾斜，降速向下倾斜,CA6140型卧式车床的主运动传动链,183,CA6140型卧式车床的进给传动链,车螺纹(经丝杆）,米制、英制、模数制和径节制,车圆柱和端面（经光杆）,传动路线,纵向机动进给量64种,横向机动进给量64种f横=f纵/2,刀架的快速移动,超越离合器,184,传动路线,CA6140型卧式车床的主运动传动链,主电动机-,-I,M1(正转),M1(反转)-,II,III-,M2(脱开)-,IV,V-,VI（主轴）,-M2(接合),185,186,187,按形成轮齿的原理可分为成形法和展成法两大类。成形法加工出来的渐开线齿廓是近似的，加工精度低，且生产率低。因此主要用于单件小批和加工精度要求不高的修配行业。展成法的加工精度和生产率较高，因而在齿轮加工机床中应用最为广泛。属于展成法的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等,第五节齿轮加工机床,188,一、滚齿机,依照交错轴螺旋齿轮啮合原理。滚齿时的成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动，这个复合运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。（图259）,图260,（1）展成运动传动链,滚刀（B11）45ux67工作台（B12）,（2）主运动传动链,电动机12uv34滚刀（B11）,（3）轴向进给运动传动链,工作台（B12）78uf910刀架（A2）,第五节齿轮加工机床,189,图259滚齿原理1滚刀；2工件,第五节齿轮加工机床,190,图260滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图,第五节齿轮加工机床,191,（1）机床的运动和传动原理图,（2）差动运动传动链,刀架（A21）1213uy1415（合成）67ux工作台（B22）图261（b）,图261（a）,第五节齿轮加工机床,192,图260滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,第五节齿轮加工机床,193,二、插齿机,插齿机加工原理类似一对圆柱齿轮相啮合，其中一个是工件，另一个是具有齿轮形状的插齿刀。（图264）,（1）展成运动传动链,（2）主运动传动链,（3）圆周进给运动传动链,插齿刀转动蜗杆副B9810ux1112蜗杆副C工作台,电动机M12uv345曲柄偏向盘A插齿刀主轴,曲柄偏心盘A546uf789蜗杆副B插齿刀转动,图,第五节齿轮加工机床,194,图264插齿原理及所需运动,第五节齿轮加工机床,195,第五节齿轮加工机床,196,第六、七节其它各类机床,一、磨床,用磨料、磨具（砂轮、砂带、油石、研磨料）为工具对工件进行切削加工的机床，统称为磨床。,磨床主要用于零件精加工，尤其是淬硬钢和高硬度材料零件的精加工。,197,（1）M1432A型万能外圆磨床,（2）无心外圆磨床,第五节齿轮加工机床,198,二、铣床,三、刨床和拉床,四、钻床和镗床,199,升降台式铣床床身式铣床龙门铣床工具铣床仿形铣床专门化铣床,铣床,凸轮铣床曲轴铣床,200,外圆磨床万能磨床内圆磨床平面磨床无心磨床工具磨床专门化磨床,磨床,螺纹磨床曲轴磨床导轨磨床,砂带磨床,201,卧式镗床坐标镗床金刚镗床,镗床,202,滚齿机插齿机剃齿机珩齿机磨齿机刨齿机,齿轮加工机床,203,数控机床的特点,1）适应性广（良好的柔性）,2）加工精度高、质量稳定,3）生产率高,4）减轻劳动强度、改善劳动条件,5）实现复杂零件的加工,6）便于现代化的生产管理,204,数控机床的组成,控制介质计算机数控装置伺服驱动系统机床机械部件,数控机床基本结构框图,205,零件图样,程序编制,信息载体,数控装置,主轴转速、转向选择、刀具选择其它功能选择,伺服系统,刀架或工作台,机床,零件,位移检测,反馈系统,数控机床加工零件的过程,206,数控机床的分类,按运动轨迹的方式：,点位控制直线控制轮廓控制,只要点位置，移动不加工,数控钻床、数控冲床和数控坐标镗床,要点准确，两点间为直线，并切削,数控铣平面，数控车台阶轴,对2方向以上运动同时控制并切削,数控铣三维曲面,207,数控机床的分类,按伺服系统的类型：,开环控制闭环控制半闭环控制,由步进电机、齿轮和丝杆螺母等组成无检测反馈装置，不能误差校正,结构简单经济型机床,由直流伺服电机、丝杆螺母和位移检测装置等组成，有检测反馈装置，位移精度高,系统复杂、调整困难高精度机床,位移检测装置安装在丝杆上精度不如闭环控制,简单稳定，易调试，应用广,208,数控车床,属轮廓控制型数控机床,经济型开环控制简易型半闭环控制,适宜加工精度高、形状复杂、工序多及品种多变的单件或小批零件,209,加工中心,具有自动换刀装置的数控机床,特征：,大容量刀库（10120把刀具）自动换刀机械手,可完成铣、钻、镗、铰、锪、攻螺纹等加工,适用于加工箱体、支架、盖板、壳体、模具、凸轮、叶片等复杂零件的多品种小批量加工,210,加工中心,以主轴的位置分：,卧式加工中心立式加工中心万能加工中心,211,加工中心,车削中心钻削中心复合加工中心,铣键槽、铣扁、铣六角、铣螺旋槽、钻横向孔、端面分度钻孔、攻螺纹等,钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等，小面积的端面铣削,主轴头可回转水平竖直,加工四侧面及侧面上孔,加工顶面及顶面上孔,(五面加工复合加工中心),212,加工中心,自动更换工作台自动更换主轴头自动更换主轴箱自动更换刀库,一个工作台上工件加工一个工作台上工件装卸、调整,有主轴头库卧铣、立铣、磨削和转位铣削等,有粗加工和精加工主轴箱提高加工精度和加工范围,刀库容量大多工序复杂零件加工,213,卧式升降台铣床,底座,床身,悬梁,主轴,支架,工作台,床鞍,升降台,214,图1.3万能卧式升降台式铣床,床鞍,底座,床身,悬梁,主轴,支架,工作台,回转盘,升降台,215,图1.4铣床加工的典型表面,216,立式升降台式铣床,升降台,立铣头,主轴,工作台,床鞍,217,圆台铣床,床身,滑座,圆工作台,立柱,主轴箱,218,龙门铣床,床身,工作台,水平铣头,横梁,垂直铣头,立柱,顶梁,立柱,垂直铣头,水平铣头,219,图1.5M1432A型万能外圆磨床,液压控制箱,床身,头架,工作台,内圆磨具,砂轮架,尾座,220,图1.6万能磨床加工示意图,221,内圆磨床,滑鞍,床身,工作台,头架,砂轮架,222,普通内圆磨床的磨削方法,223,卧轴矩台平面磨床,立柱,床身,工作台,砂轮架,滑座,224,立轴圆台平面磨床,立柱,床身,工作台,砂轮架,225,平面磨床的磨削方法,矩台周磨,矩台端磨,圆台周磨,圆台端磨,226,无心外圆磨床,227,无心磨示意图,228,图1.7卧式镗床,主轴箱,床身,下滑座,上滑座,后支架,后立柱,工作台,镗轴,平旋盘,径向刀架,前立柱,229,图1.8卧式镗床的主要加工方法,230,立式单柱坐标镗床,工作台,主轴,主轴箱,立柱,床鞍,床身,231,卧式金刚镗床,232,图1.9Y3150E型滚齿机,233,图1.9Y3150E型滚齿机,工作台,床身,立柱,刀架溜板,刀杆,刀架体,支架,心轴,后立柱,234,滚刀的安装角度,235,图1.10加工斜齿轮时滚刀的安装角,工件螺旋角,安装角,滚刀螺旋升角,236,插齿机,237,Y5132型插齿机,床身,立柱,刀架,插齿刀,工作台,挡块,238,图1.13CA6140型卧式车床的传动系统图,239,图1.13CA6140型卧式车床的传动系统图I,240,图1.13CA6140型卧式车床的传动系统图II,241,图1.13CA6140型卧式车床的传动系统图III,242,图1.14CA6140型卧式车床主轴转速分布图,转速公比=1.26,243,点位控制数控的加工方法,244,直线控制数控的加工方法,245,轮廓控制的加工方法,a)两坐标联动加工b)三坐标联动加工c)三坐标两联动加工,246,开环控制伺服系统,247,闭环控制伺服系统,248,半闭环控制伺服系统,249,图1.16数控车床的外观图,1.脚踏开关2.对刀仪3.主轴卡盘4.主轴箱5.机床防护门6.压力表7.对刀仪防护罩8.导轨防护罩9.对刀仪转臂10.操作面板11.回转刀架12.尾座13.滑板14.床身,250,图1.18JCS-018A型立式加工中心外观图,1.直流伺服电机2.换刀机械手3.数控柜4.盘式刀库5.主轴箱6.操作面板7.驱动电源柜8.工作台9.滑座10.床身,251,车削中心可加工工艺,a)铣端面槽b)铣扁方c)端面钻孔攻丝d)端面分度钻孔e)横向钻孔f)横向攻丝g)斜向钻孔、铣槽、攻丝,252,253,254,255,256,257,258,机床部分结束,谢谢,259,一、概述,为了加工出符合规定技术要求的表面，必须在加工前将工件装夹在机床上或解决中。,1.工件的装夹,实现工件的定位与夹紧,第九节机床夹具JigsandFixtures,260,定位：使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程。,夹紧：工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。,效率低，找正精度较高；适用单件小批量中形状简单的工件。,第九节机床夹具,通用性好，但效率低，精度不高；适用于单件小批量中形状复杂的铸件。,操作简单，效率高，容易保证加工精度，适用于各种生产类型。,261,直接找正,262,263,264,2.机床夹具的用途,机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。（图）,3.机床夹具的分类,按夹具的应用范围和特点分,通用夹具,第九节机床夹具,265,图264尾座套筒铣键槽夹具1油缸；2杠杆；3拉杆；4压板；5夹具体6对刀装置；7定向键；8V形块；9限位螺钉,第九节机床夹具,266,4.机床夹具的组成,机床夹具的组成,定位元件,第九节机床夹具,267,二、基准及其分类,基准,用于确定零件上其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,设计图样上所采用的基准就是设计基准。（图）,在加工时用于工件定位的基准，称为定位基准。（图）,在加工中或加工后用来测量工件时采用的基准,在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所采用的基准,在工序图上使用的基准。,加工、测量、装配过程中使用的基准。,第九节机床夹具,268,图2-69钻套的设计基准,第九节机床夹具,269,图2-70齿轮的装配基准,第九节机床夹具,270,图2-71工件钻孔工序简图,第九节机床夹具,271,三、工件在夹具中的定位,定位的任务,1、六点定位原理,第九节机床夹具,272,图272工件在空间的自由度与工件六点定位,第九节机床夹具,273,限制自由度与加工技术要求的关系,完全定位与不完全定位,定位与夹紧的区别,第九节机床夹具,274,图2-74完全定位与不完全定位,第九节机床夹具,275,欠定位应该消除的自由度没有消除，不允许。过定位几个支承点重复限制某个自由度，一般不允许，应用是有条件的。（图）,欠定位与过定位,正确配置支承点,正确处理过定位,提高工件定位表面与定位元件之间的位置精度；改变定位元件的结构。（如图）,一般按三、二、一布置。主要定位表面受力面积越大越好。,第九节机床夹具,276,图275常见的几种过定位实例,第九节机床夹具,277,图2-76改善过定位的措施,第九节机床夹具,278,2、支承点与定位元件,在具体的夹具中，与工件为点接触的支承点是由对工件起定位作用的定位元件如支承钉、支承板、圆柱销等来体现的。一个定位元件可以体现一个或多个支承点。某一定位元件相当支承点的数目，由该定位元件限制的工件自由度数来判断。（图示）,常见定位方式中的定位元件所限制的自由度和相当的支承点数见表29。,第九节机床夹具,279,图2-73连杆的定位1定位销2支承板3圆柱销4工件,第九节机床夹具,280,Z,281,282,完全定位,283,第九节机床夹具,284,第九节机床夹具,285,第九节机床夹具,286,应该限制五个自由度：,1）、在长方体工件上铣通槽,2）、在长方体工件上铣不通槽,应该限制六个自由度：,不完全定位,完全定位,第九节机床夹具,2、六点定位原理应用举例,287,应该限制一个自由度：,3）、在球面上铣平面,4）、在车床上车外圆,应该限制四个自由度：,不完全定位,不完全定位,第九节机床夹具,288,1）车光轴外圆,2）车套筒外圆,分析下列定位方案中各定位元件限制了那些自由度,289,3）车光轴外圆的三种安装方式。,a),b),c),第九节机床夹具,290,常用定位元件及定位方式,以平面定位,A型用于精基准，B型用于粗基准，C型用于侧面定位。支承钉与夹具孔的配合为H7/r6或H7/n6。若支承钉需经常更换时可加衬套，其外径与夹具体孔的配合亦为H7/r6或H7/n6，内径与支承钉的配合为H7/js6。使用几个A型支承钉时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性,支承钉,适用于精基准。A型用于侧面和顶面定位，B型用于底面定位。支承板用螺钉紧固在夹具体上。若受力较大或支承板有移动趋势时，应增加圆锥销或将支承板嵌入夹具体槽内。采用两个以上支承板定位时，装配后应磨平工作表面，以保证等高性,支承板,常用定位元件及定位方式,291,以平面定位,适用于毛坯（如铸件）分批制造，其形状和尺寸变化较大的粗基准定位。亦可用于同一夹具加工形状相同而尺寸不同的工件，或用于专用可调整夹具和成组夹具中。在一批工件加工前调整一次，调整后用锁紧螺母锁紧,调节支承,支承本身在定位过程中所处的位置，随工件定位基准面位置的变化而自动与之适应，其作用相当于一个固定支承，只限制一个自由度。由于增加了与定位基准面接触的点数，故可提高工件的安装刚性和稳定性。适用于工件以粗基准定位或刚性不足的场合,自位支承,常用定位元件及定位方式,292,调节支承应用实例,常用定位元件及定位方式,293,以平面定位,旨在提高工件的装夹刚性和定位的稳定性，并不起消除自由度的作用。使用时必须逐个工件进行调整，以适应工件支承表面的位置变化结构简单，但效率较低,螺旋式辅助支承,支承销的高度高于主要支承，当工件装夹在主要支承上后，支承销被工件定位基准面压下，并与其他主要支承一起与工件定位基准面保持接触，然后锁紧。适用于工件重量较轻，垂直作用的切削负荷较小的场合,自位螺旋式辅助支承,常用定位元件及定位方式,294,以圆柱孔定位,当工作部分直径D1时，心轴的工作部分应稍带锥度，直径D1按r6制造，其基本尺寸为孔的最大极限尺寸；