《机械制造技术基础》第一章-机床

2.1金属切削机床,第2章机械加工装备与方法,一、金属切削机床的分类,按加工方式分：12大类,按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床,2.1.1概述,二、金属切削机床型号的编制,按GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定（一）通用机床型号,1.机床的类别代号,例：CA6140机床类别代号（车床类）机床特性代号（结构特性）机床组别代号（落地及卧式车床组）机床系别代号（卧式车床系）机床主参数代号（最大车削直径400mm）,2.机床的特性代号（1）通用特性代号,（2）结构特性代号区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O”不能用。例：CA6140型普通车床,3.机床的组别和系别代号每类机床分10组（从09组），每组又分10系（从09型）,4.主要参数代号代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。,5.机床重大改进序号用字母“A、B、C”表示，附机床型号末尾，以示区别。,（二）专用机床型号型号表示方法：,（三）组合机床及自动线型号,例：B13100北京第一机床厂第三组第100种专用机床（专用铣床）,组合机床及自动线分类代号,三、机床的运动分析基本方法：表面运动传动机构,（一）工件表面的形成零件上的常见表面：1.圆柱面直线（母线）、圆（导线）2.圆锥面直线（母线）、圆（导线）3.平面直线或圆、直线（导线）4.成形面（如螺纹面、渐开线表面）型线、螺旋线或直线,母线和导线统称为形成表面的发生线,由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也不同，可归纳为四种：,1.轨迹法：刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动而形成发生线。此发生线需要一个独立的成形运动,2.成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线相同。此发生线不需要成形运动,3.相切法：刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点运动轨迹的包络线形成一条发生线。此发生线需要两个独立的成形运动,4.展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的的包络线。此发生线需要一个独立的成形运动，刀工共同完成,（二）表面形成所需的运动也即形成发生线所需的运动成形运动按组成情况不同，可分为简单成形运动：复合成形运动：,一个成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的。,型线、螺旋线常需成型刀刃或几个简单运动组合，如由展成运动形成渐开线。,一个成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成。,除成形运动外，还有下列运动：（1）分度运动（2）切入运动（3）辅助运动进刀、退刀、回程和转位等（4）操纵及控制运动操纵离合器、改变速度、进给量等,按作用情况不同，可分为主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。进给运动可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是断续的。成形运动是机床最基本的运动,四、机床的传动1.机床的基本组成部分,（1）动力源通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调速电机、步进电机等。,（3）传动件把动力源的动力和运动按要求传递给执行件或将运动由个执行件传递到另一执行件的零部件，如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等,（2）执行件机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、刀架、工作台等。,2.机床的传动联系,把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件，构成了一个传动联系，称其为传动链。传动链两端的元件称为末端件，它可以是动力源或执行件。,按传动链的性质不同可分为：外联系传动链传动链两个末端件之间不要求有严格的传动比关系，如车削时电机与主轴间的传动链内联系传动链传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如车削螺纹主轴与刀架间的传动链；滚切齿轮工件与滚刀间的传动链；内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动。,传动链中通常包括两类传动机构1.定比传动机构传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等2.换置机构根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,1）传动原理图为了便于研究机床的传动原理,用一些简明的符号把动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。并不表达实际传动机构的种类和数量,3.传动原理图和传动系统图,2）传动系统图表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，画在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置,2.1.2车床,一、概述车床占机床总数的20%35%；加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等；运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动；所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等；车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床）加工精度：经济加工精度IT8IT7,表面粗糙度Ra1.252.5,（一）机床的特点及用途通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类零件的内外回转面、端面，能加工米制、英制、模数制、径节制四种标准螺纹及加大螺距、非标准螺距螺纹等。但结构复杂，自动化程度低，适于单件小批生产及修配车间,（二）机床的传动系统分析为便于了解和分析机床的运动和传动情况，常用机床的传动系统图。传动系统可分解为主运动传动链和进给运动传动链。进给运动传动链又可分为纵向机动和横向机动进给传动链、螺纹进给传动链，还有刀架快速移动传动链。,二、CA6140型卧式车床,1.主运动传动链(1)传动路线分析方法：抓两端，连中间,（2）主轴的转速及转速级数1）主轴转速运动平衡式为：n主n电d/D（1-)u12u23u36主轴最高转速为：n主1450130/230（1-0.02)56/3839/4163/501400r/min主轴最低转速为：n主1450130/230（1-0.02)51/4322/5820/8020/8026/5810r/min,130,2）主轴转速级数正转时23(1+3)=6+18=24级反转时13(1+3)=3+9=12级,2.进给运动传动链(1)车削螺纹主轴转1r刀具移动Smm运动平衡式1主轴uS丝S,1）车削普通螺纹运动平衡式：S=158/5833/3363/100100/7525/36u基25/3636/25u倍12=7u基u倍可得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,2）车削模数螺纹（米制蜗杆）导程为：Sm=Km运动平衡式：Sm=158/5833/3364/100100/9725/36u基25/3636/25u倍12=7/4u基u倍m=7u基u倍/(4K),3）车削英制螺纹导程为：Sa=KPa=K25.4/a运动平衡式：Sm=158/5833/3363/100100/751/u基36/25u倍12=4/725.4u倍/u基a=7K/4u基/u倍（扣/英寸）,4）车削径节螺纹（英制蜗杆）径节DPZ/D分PDP=D分/Z=/DP吋导程为：SDP=KPDP=K/DP25.4mmSDP=158/5833/3364/100100/971/u基36/25u倍12=/725.4u倍/u基mmDP=7Ku基/u倍牙/英寸,5）车削非标准螺距及精密螺纹离合器M3、M4、M5全部啮合,螺纹导程靠调整挂轮传动比u挂来实现运动平衡式：导程：S=KP非=158/5833/33u挂12u挂=a/bc/d=S/12=KP非/12,螺纹,1)纵向机动进给量普通螺纹正常螺距路线，32种纵向进给量,f纵=158/5833/3363/100100/7525/36u基25/3636/25u倍28/5636/3232/564/2940/3030/4828/802.512=0.71u基u倍mm/r,f横=158/5833/3363/100100/7525/36u基25/3636/25u倍28/5636/3232/564/2940/3030/4859/185mm/r,英螺纹常螺距8种较大普螺纹扩大螺距机构(6高速),8种细进给量英螺大距16种大进量,2)横向机动进给量f横/f纵1/2,3)刀架的快速移动260013/29,(2)机动进给传动链,三、其它车床简介,（一）立式车床适于加工高度小于直径的大型盘套类零件,（二）转塔车床（六角车床）,适用范围：成批加工形状复杂的盘套类零件,结构特点：没有丝杠和尾座，而在床尾装有一个可纵向移动的转塔刀架，其上可装多把刀，工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控制，易保证精度，提高生产率。,1.挡块限送料长度；2.双刀同时车外圆；3.车外圆及倒角；4.打中心孔；5.钻孔；6.套车外螺纹；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滚花；10.切断刀切下工件,（三）CM1107型精密单轴纵切自动车床1.机床的用途形状较复杂，精度要求高，一次成形的小型轴类零件。用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料,2.机床的工作原理送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由分配轴上的鼓轮或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环。,单轴纵切自动车床,2.1.3磨床,一、概述磨削应用广泛，精加工精度IT7IT5级，Ra0.80.04um，也可粗加工，高速磨、强力磨；可磨普通材料，又可磨高硬度难加工材料；适应各种工件形状、表面及生产批量。,磨床种类：（1）外圆磨床普通、万能、无心外圆磨床等。（2）内圆磨床普通、无心、行星式内圆磨床等。（3）平面磨床卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床等。（4）工具磨床工具曲线磨床、钻头沟槽磨床等。（5）刀具刃磨床万能工具磨床、拉刀、滚刀磨床等。（6）专门化磨床曲轴、花键轴、齿轮、螺纹磨床等。（7）其它磨床研磨机、珩磨机、抛光机等。,二、M1432A型万能外圆磨床（一）机床的用途内、外圆柱面、圆锥面及阶梯轴轴肩和端平面。,（二）机床的运动,1.主运动：砂轮旋转运动(m/s)2.工件旋转运动（周向进给运动）3.工件纵向往复运动(轴向进给运动)4.砂轮横向进给运动,（三）机床的机械传动系统,2.砂轮的传动外圆砂轮的传动砂轮电机(1440r/min)127/113砂轮旋转（一般取v砂35m/s）内圆磨具的传动磨具电机(2840r/min)170/50或170/32磨具旋转(2种转速),3.工作台的手动驱动手轮A15/7218/72Z18/齿条工作台纵向移动手轮A转1转，工作台纵向移动量为：115/7218/721826mm工作台手动驱动与液压驱动之间有互锁装置。,4.砂轮架的横向进给运动手轮B50/50（粗进给）或20/80（细进给）44/88横向进给丝杠(t=4mm)砂轮架的横向移动粗进给时,手轮B转1转,砂轮横移量为：150/5044/884=2mm手轮圆周刻度为200格，转1格进给0.01mm；细进给时转1格进0.0025mm,三、其它磨床简介（一）普通外圆磨床头架、砂轮架不能转位，无内圆磨头，工艺范围窄，但刚度高，旋转精度好，适于中、大批量磨削外圆柱面、小锥度外圆锥面及阶梯轴轴肩。,（二）无心磨床工件不需夹持，放在砂轮和导轮之间，连续磨削，操作简单，生产率高，适于大批量磨削无中心孔的轴、套、销等零件。,（三）内圆磨床有普通、无心、行星式等，又分普通、半自动、全自动。一般采用纵磨法。因砂轮直径小，线速度较低1525m/s,砂轮轴细长，刚性差，进给量小，冷却、排屑条件差，生产率低，适于单件小批生产磨削淬硬零件上的孔。,（三）平面磨床卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床等（1）卧轴矩台平面磨床,周磨法：砂轮与工件接触面小，散热、排屑条件好，加工质量好。但刚性小，磨削用量较小，生产率低，适于精磨。,（2）立轴圆台平面磨床,端磨法：砂轮轴伸出短，刚性好，磨削用量较大，生产率高。但砂轮与工件接触面大，散热、排屑条件差，加工质量低。适于粗磨或半精磨。,2.1.4齿轮加工机床,一、齿轮加工方法与加工机床（一）齿轮加工方法按轮齿成形原理分两大类：1.成形法加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。2.展成法加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。,（二）齿轮加工机床圆柱齿轮：滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿锥齿轮铣齿机。剃齿机、珩齿机、磨齿机,成形法加工齿轮及滚齿,二、滚齿机（一）滚齿原理模拟一对螺旋齿轮啮合过程,（二）滚齿机运动分析主运动滚刀旋转运动；展成(啮合)运动齿坯与滚刀按一定速比转动；进给运动滚刀沿齿坯轴向运动。,1.加工直齿圆柱齿轮时的运动分析,内传动链为：滚刀45ux67齿坯ux为啮合运动传动比。,（3）进给运动A2齿坯78uf910刀架升降，uf为进给运动传动比。,（2）展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)齿坯旋转运动B121/z转(1齿),（1）主运动B11电机12uv34滚刀uv为主运动传动比。,（4）滚刀的安装滚刀螺旋升角为0，加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜角，称为安装角。=0右旋滚刀如图左旋相反,2.加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析,（1）主运动B11电机12uv34滚刀,（2）展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)齿坯旋转运动B121/z转(1齿),内传动链为：滚刀45ux67齿坯,（3）进给运动A21与B22(螺旋线)齿坯B1278uf910A21A2111uy127齿坯附加转动B22(产生螺旋线的内传动链)uy按被切齿轮的螺旋角调整,实际上必须用合成机构把展成运动要求工件转动B12和差动链要求工件附加转动B22迭加起来，然后再传给工作台。,滚齿机是根据滚切斜齿轮的传动原理设计的。当滚切直齿轮时，将差动链断开，并把合成机构固定成一个整体。,（4）滚刀的安装安装角取决于滚刀螺旋升角0、旋向及齿轮螺旋角、旋向。二者同向时=0；二者反向时=0右旋滚刀如图左旋相反,（5）齿坯附加转动的方向图a)为右旋滚刀切右旋齿轮，附加转动B22与B12同向，即比切直齿时多转些。图b)为右旋滚刀切左旋齿轮，附加转动B22与B12反向，即比切直齿时少转些。,（三）Y3150E滚齿机1.机床的特点及用途能加工工件最大直径为500mm，最大模数为8.,2.机床的运动分析抓两端连中间（1）主运动传动链电动机主轴（滚刀）（2）展成运动传动链,滚刀转1r工件转K/zr（3）进给传动链工件转1r刀架移动mm,（4）滚斜齿轮时的差动链