机械制造技术实验第7章机械加工方法及设备

第7章机械加工方法及设备7.1金属切削机床的根本知识7.2车削加工与车床 7.3磨削加工与磨床7.4齿轮加工与齿轮加工机床7.5数控加工工艺分析的一般步骤与方法7.1金属切削机床的根本知识金属切削机床(简称机床)是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的设备，又称工作母机或工具机。7.1.1金属切削机床的分类按加工性质和所用刀具分类，金属切削机床共分为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、锯床和其它加工机床。按万能程度分类，金属切削机床共分为3类：通用机床(万能机床)、专门化机床、专用机床。按同类机床的工作精度分类，金属切削机床共分为3类：普通精度机床、精密机床、高精密机床。7.1.2金属切削机床型号的编制金属切削机床的型号按2021年公布的标准GB/T15375—2021?金属切削机床型号编制方法?(Metal-cuttingmachinetools—Methodoftypedesignation)编制(代替GB/T15375—94标准)。1．机床通用型号(1)型号的表示方法。型号由根本局部和辅助局部组成，中间用“/〞隔开，读作“之〞。前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。型号构成如下：注：①有“()”的代号或数字，当无内容时，可不表示；若有内容，则不带括号。②有“○”符号的，为大写的汉语拼音字母。③有“△”符号的，为阿拉伯数字。④有“”符号的，为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。(2)机床的分类及代号。机床的类代号用大写的汉语拼音字母表示。必要时，每类可分为若干分类。分类代号在类代号之前，作为型号的首位，并用阿拉伯数字表示。第一分类代号前的“1”省略，第“2”、“3”分类代号则应予以表示。机床的分类和代号见表7-1。对于具有两类特性的机床编制代号时，主要特性应放在后面，次要特性应放在前面。例如铣镗床是以镗为主、铣为辅。表7-1机床的分类和代号(3)通用特性代号、结构特性代号。这两种特性代号用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。①通用特性代号。通用特性代号有统一的规定含义，它在各类机床的型号中表示的意义相同。当某类型机床除有普通型外还有以下某种通用特性时，应在类代号之后加通用特性代号予以区分；如果某类型机床仅有某种通用特性，而无普通型，那么通用特性不予表示。当在一个型号中需要同时使用两至三个普通特性代号时，一般按重要程度排列顺序。通用特性代号，按其相应的汉字读音表示。机床的通用特性代号见表7-2。表7-2机床的通用特性代号②结构特性代号。对主参数值相同而结构、性能不同的机床，在型号中加结构特性代号予以区分。根据各类机床的具体情况，对某些结构特性代号，可以赋予一定含义。但结构特性代号与通用特性代号不同，它在型号中没有统一的含义，只在同类机床中起区分机床结构、性能不同的作用。当型号中有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后。结构特性代号用汉语拼音字母(通用特性代号已用的字母和“I〞、“O〞两个字母不能用)A、B、C、D、E、L、N、T、Y表示，当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用。如AD、AE等，或DA、EA等。(4)机床组、系的划分原那么及其代号。①机床组、系的划分原那么。将每类机床划分为十个组，每个组又划分为十个系(系列)。组、系划分的原那么如下：(a)在同一类机床中，主要布局或使用范围根本相同的机床，即为同一组。(b)在同一组机床中，其主参数相同、主要结构及布局型式相同的机床，即为同一系。②机床的组、系代号。机床的组，用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后。机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。(5)主参数的表示方法。机床型号中主参数用折算值表示，位于系代号之后。当折算值大于1时，取整数，前面不加“0〞；当折算值小于1时，取小数点后第一位数，并在前面加“0〞。机床的统一名称和组、系划分，以及型号中主参数的表示方法，请参照GB/T15375—2021标准内容。(6)通用机床的设计顺序号。某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，可在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号由1起始，当设计顺序号小于10时，由01开始编号。(7)主轴数和第二主参数的表示方法。①主轴数的表示方法。对于多轴车床、多轴钻床、排式钻床等机床，其主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用“×〞分开，读作“乘〞。单轴可省略，不予表示。②第二主参数的表示方法。第二主参数(多轴机床的主轴数除外)，一般不予表示，如有特殊情况，需在型号中表示。在型号中表示的第二主参数，一般以折算成两位数为宜，最多不超过三位数。以长度、深度值等表示的，其折算系数为l/100；以直径、宽度值表示的，其折算值为1/10；以厚度、最大模数值等表示的，其折算系数为1。当折算值大于1时，取整数；当折算值小于1时，取小数点后第一位数，并在前面加“0〞。(8)机床的重大改进顺序号。当机床的结构、性能有更高的要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，才按改进的先后顺序选用A、B、C等汉语拼音字母(但“I〞、“O〞两个字母不得选用)，加在型号根本局部的尾部，以区别原机床型号。重大改进设计不同于完全的新设计，它是在原有机床的根底上进行改进设计，因此，重大改进后的产品与原型号的产品，是一种取代关系。凡属局部的小改进，或增减某些附件、测量装置及改变装夹工件的方法等，因对原机床的结构、性能没有作重大的改变，故不属重大改进，其型号不变。(9)其它特性代号及其表示方法。①其它特性代号。其它特性代号，置于辅助局部之首。其中同一型号机床的变型代号，一般应放在其它特性代号之首位。②其它特性代号的含义。其它特性代号主要用以反映各类机床的特性。如：对于数控机床，可用来反映不同的控制系统等；对于加工中心，可用以反映控制系统、联动轴数、自动交换主轴头、自动交换工作台等；对于柔性加工单元，可用以反映自动交换主轴箱；对于一机多能机床，可用以补充表示某些功能；对于一般机床，可以反映同一型号机床的变型等。③其它特性代号的表示方法。其它特性代号可用汉语拼音字母(“I〞、“O〞两个字母除外)表示，其中L表示联动轴数，F表示复合。当单个字母不够用时，可将两个字母组合起来使用，如AB、AC、AD等，或BA、CA、DA等。其它特性代号也可用阿拉伯数字表示，还可用阿拉伯数字和汉语拼音字母的组合表示。(10)通用机床型号例如。例如1：工作台最大宽度为500mm的精密卧式加工中心，其型号为：THM6350。例如2：工作台最大宽度为400mm的5轴联动卧式加工中心，其型号为：TH6340/5L。例如3：最大磨削直径为400mm的高精度数控外圆磨床，其型号为：MKG1340。例如4：经过第一次重大改进，其最大钻孔直径为25 mm的四轴立式排钻床，其型号为：Z5625×4A。例如5：最大钻孔直径为40mm，最大跨距为1600 mm的摇臂钻床，其型号为：Z3040×16。例如6：最大车削直径为1250 mm，经过第一次重大改进的数显单柱立式车床，其型号为：CX51l2A。例如7：光球板直径为800 mm的立式钢球光球机，其型号为：3M7480。例如8：最大回转直径为400 mm的半自动曲轴磨床，其型号为：MB8240。根据加工的需求，在此型号机床的根底上交换的第一种型式的半自动曲轴磨床，其型号为：MB8240/1，变换的第二种型式的型号那么为：MB8240/2，依次类推。例如9：最大磨削直径为320 mm的半自动万能外圆磨床，结构不同时，其型号为：MBE1432。例如10：最大棒料直径为16 mm的数控精密单轴纵切自动车床，其型号为：CKM1116。例如11：配置MTC—2M型数控系统的数控床身铣床，其型号为：XK714/C。例如12：试制的第五种仪表磨床为立式双轮轴颈抛光机，这种磨床无法用一个主参数表示，故其型号为：M0405。后来，又设计了第六种为轴颈抛光机，其型号为：M0406。2．专用机床的型号(1)专用机床的型号表示方法。专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成。型号构成如下：(2)设计单位代号。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)。(3)专用机床的设计顺序号。专用机床的设计顺序号，按该单位的设计顺序号排列，由001起始位于设计单位代号之后，并用“-”隔开。(4)专用机床的型号例如。例如1：某单位设计制造的第1种专用机床为专用车床，其型号为：×××—001。例如2：某单位设计制造的第15种专用机床为专用磨床，其型号为：×××—015。例如3：某单位设计制造的第100种专用机床为专用铣床，其型号为：×××—100。3．机床自动线的型号(1)机床自动线代号。由通用机床或专用机床组成的机床自动线。其代号为：“ZX〞(读作“自线〞)，位于设计单位代号之后，并用“—〞分开。机床自动线设计顺序号的排列与专用机床的设计顺序号相同。位于机床自动线代号之后。(2)机床自动线的型号表示方法。(3)机床自动线型号示例。某单位以通用机床或专用机床为某厂设计的第一条机床自动线，其型号为：×××—ZX001。7.1.3机床的传动系统与运动计算1．机床的传动系统

实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各传动链，组成一台机床的传动系统。2．传动系统图表示实现机床全部运动的传动示意图叫传动系统图。分析传动系统图的一般方法是：首先找出运动链所联系的两个末端件，然后按运动传动(或联系)顺序，从一个末端件向另一个末端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动的传递关系。分析传动结构时，特别注意齿轮、离合器等传动与传动轴之间的连接关系(如固定、空套或滑移)，从而找出运动传递系。查明该运动链的传动路线以及变速、换向、接通和断开的工作原理。以XA6132万能升降台铣床的传动系统为例进行分析，如图7-1所示。(1)主运动传动链——联系电机和主轴，使主轴获得旋转主运动。其传动路线表达式如下：图7-1万能升降台铣床的传动系统(2)进给传动链——联系电机和工作台，使工件获得三个方向直线进给运动。其传动路线表达式如下：(3)快速空行程传动链——接合M4而脱开M3，进给电机运动由定比齿轮副和M4传给轴X，其它路线相同，获得快速运动。3．机床运动调整的计算

机床运动调整的计算步骤如下：(1)确定传动链的两端件；(2)确定它们的计算位移；(3)列出运动平衡式；(4)导出换置公式(或计算出速度、位移量等)。7.1.4机床的传动联系及传动原理图1．机床的传动联系机床必须具备以下三个根本局部构成一个传动联系：①执行件；②动力源；③传动装置。2．传动链构成一个传动联系的一系列传动件称为传动链。根据传动联系的性质，传动链分为两类：(1)外联系传动链。联系动力源和机床执行件之间的传动链，使执行件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但不要求动力源和执行件之间有严格的传动比的关系。(2)内联系传动链。内联系传动链联系复合运动之间各个分解局部，因而传动链的执行件相互之间的相对速度(及相对位移量)有严格的要求，用来保证运动轨迹。(3)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。传动原理图常使用的一些符号如图7-2所示。卧式车床的传动原理图如图7-3所示。7.1.5机床的根本要求机床的根本要求如下：(1)工艺范围，指机床适应不同生产要求的能力。(2)加工精度和外表粗糙度。(3)生产率及自动化程度。(4)噪声和效率。(5)人机关系(宜人性)。图7-2传动原理图常用的一些示意符号图7-3卧式车床的传动原理图7.2车削加工与车床7.2.1车床的用途及分类1．车床的用途加工各种回转外表及其端面、螺纹。2．车床的分类(1)卧式车床及落地车床。(2)回转及转塔车床。(3)立式车床。(4)仿形车床及多刀车床。(5)单轴自动车床。(6)多轴自动及半自动车床。此外还有专门化车床和专用车床。本节内容主要介绍最常用的CA6140车床。7.2.2CA6140型卧式车床的工艺范围及其组成1．工艺范围能车削内外圆柱面、圆锥面、回转体成形面和环形槽、端面及各种螺纹，还可钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、套丝和滚花等，如图7-4所示。CA6140型卧式车床的通用性较大，生产率低，适用于单件、小批生产及修理车间。2．组成部件

CA6140车床组成部件如图7-5所示。图7-4卧式车床所能加工的典型外表图7-5CA6140车床外形3．CA6140车床的技术性能参数床身上最大工件回转直径 400 mm最大工件长度(4种规格) 750 mm；1000 mm；1500 mm；2000 mm最大车削长度值 650 mm；900 mm；1400 mm；1900 mm刀架上最大工件回转直径 210 mm主轴转速正转24级 10～1400 r/min反转12级 14～1580 r/min进给量纵向进给量64级 0.028～6.33 mm/r横向进给量64级 0.014～3.16 mm/r床鞍与刀架快速移动速度 4 m/min车削螺纹范围米制螺纹44种 T=1～192 mm英制螺纹20种 a=2～24牙/in模数螺纹39种 m=0.25～48 mm径节螺纹37种 DP=1～96牙/in主电动机 7.5 kW，1450 r/min7.2.3CA6140型卧式车床概述1．性能简介车床主要用于加工回转外表(内外圆柱面、圆锥面、成型回转外表等)和回转体的端面。车床在机械制造业中应用极为广泛。按其用途和结构不同，可分为普通车床、六角车床、立式车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、多刀车床、仿形车床、专门化(如铲齿车床、凸轮轴车床、曲轴车床等)，其中以普通车床应用最广泛。CA6140型普通车床是普通精度级的万能机床，它适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的内外回转外表，以及车削端面，还能加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，以及作钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。其加工范围较广，由于它的结构复杂，而且自动化程度低，所以适用于单件小批生产及修配车间。2．主要部件(1)主轴箱(床头箱)。它固定在床身的左端，在主轴箱中装有主轴，以及使主轴变速和变向的传动齿轮，通过卡盘等夹具装夹工件，使主轴带开工件按需要的转速旋转，实现主运动。(2)刀架部件。它装在刀架导轨上，并可沿刀架导轨作纵向移动，刀架部件由床鞍(大拖板)、横拖板、小拖板和四方刀架等组成。刀架部件是用于装夹车刀，并使车刀作纵向、横向和斜向的运动。(3)尾架。它装在床身右端，可沿尾架导轨作纵向位置的调整。尾架的功能是用后顶尖支承工件，还可安装钻头，铰刀等孔加工工具，以进行孔加工。尾架作适当调整，以实现加工长锥形的工件。(4)进给箱。它位于床身的左前侧，进给箱中装有进给运动的变速装置及操纵机构，其功能是改变被加工螺纹的螺距或机动进给时的进给量。(5)溜板箱。它位于床身前侧和刀袈部件相连接，它的功能是把进给箱的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。(6)床身。它固定在左右床腿上，它是车床的根本支承元件，是机床各部件的安装基准，使机床各部件在工作过程中保持准确的相对位置。(7)光杠和丝杠。是将运动由进给箱传到溜板箱的中间传动元件，光杠用于一般车削，丝杠用于车螺纹。3．主轴箱结构(1)传动机构。主轴箱中的传动机构包括定比机构和变速机构两局部，前者仅用于传递运动和动力，或进行升速、降速，一般采用齿轮传动副；后者用来使主轴变速，通常采用滑移齿轮变速机构，因其结构简单紧凑，传动效率高。(2)传动齿轮。主轴箱中的传动齿轮多数是直齿的，为了使传动平稳，在Ⅴ—Ⅵ 轴间使用了一对斜齿轮。齿轮和传动轴的连接，有固定、空套和滑移三种。在主轴箱中共有七个滑移齿轮，其中：轴Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ上的滑移齿轮和主轴 Ⅵ 上的齿轮离合器M2上的齿轮是用于主轴变速的；轴Ⅹ、Ⅸ上的滑移齿轮是分别用于车削左、右旋螺纹及正常螺距、扩大螺距的变换。操纵这些滑移齿轮共用三套操纵机构。(3)传动轴的支承结构。主轴箱中的传动轴由于转速较高，一般采用向心球轴承或圆锥滚子轴承支承。常采用的双支承结构，对较长的传动轴，为了提高其刚性，那么采用三支承结构。例如，轴 Ⅲ、Ⅳ 的两端各装有一个圆锥滚子轴承，在中间还装有一个向心球轴承作为辅助支承。(4)卸荷式皮带轮。主轴箱的运动由电机经皮带传入。为了改善主轴箱输入轴的工作条件，并使传动平稳，主轴箱运动输入轴上的皮带轮采用卸荷结构。皮带轮与花键套用螺钉连接成一体，支承在法兰体内的两个向心球轴承上，而法兰体那么固定在主轴箱体上。这样，皮带轮可通过花键套带动Ⅰ轴旋转，而皮带的张力经法兰体直接传至箱体上，轴Ⅰ便不致受横向力作用而产生弯曲变形，提高了传动的平稳性。(5)主轴及轴承。主轴是车床的主要零件之一，在工作时承受很大的切削力，故要求主轴具有足够的刚度和较高的精度。主轴是一个空心的阶梯轴，其内孔(f

48 mm)用于通过f47mm以下的长棒料或穿入钢棒以卸下顶尖，也可用于装置气动、电动和液压夹紧机构。主轴前端的锥孔为莫氏6号锥度，用于安装顶尖套及前顶尖，也可安装心轴，有自锁作用，可借助于锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件转动。主轴后端具有锥度为1∶20的锥孔，它是加工主轴用的工艺基准面。主轴前端采用短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘，由主轴端面上的圆形拨块传递扭矩。主轴尾部的圆柱面用作安装各种辅具(电气、液压及气动装置等)的安装基面。主轴有前、中、后三个支承，保证主轴具有较好的刚性。这种支承方式要求箱体上三个支承孔的同轴度好，否那么不但装配困难，并影响主轴的工作性能。采用三支承后，主轴空转时摩擦功率的损耗较大。前支承由两个滚动轴承组成。前面是D级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承，用于承受径向力，这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小和承载能力大等优点。另外采用一个D级精度双列60°角接触向心推力轴承，以承受正反两方向的轴向力。这种轴承的轴向承载能力、刚性和极限转速都较高。该机床主轴推力轴承安装在前支承中，离加工部位的距离较近，中、后轴承都只能承受径向载荷，而在轴向方向可以游动，当主轴在长时间运转发热膨胀时，可以允许向后微量伸长，以减少主轴的弯曲变形，因而对加工精度的影响较小。但结构复杂，装配不方便。后支承使用一个E级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承。主轴的中间支承是一个E级精度的32216型单列向心短圆柱滚子轴承。主轴支承对主轴的运转精度及刚度影响很大。主轴轴承应在无间隙(或少量过盈)条件下进行运转。轴承中的间隙，直接影响机床的加工精度。因此，主轴轴承的间隙须定期地进行调整。前轴承间隙的调整方法为：松开前端螺母，拧动带锁紧键的圆螺母，这时轴承的内环就相对主轴锥形轴颈向右移动；由于该轴承内环很薄，而且内孔也和主轴锥面一样，具有1∶12的锥度，因此，内环在轴向移动时，便产生向外的径向弹性变形(胀大)，到达调整轴承径向间隙或预紧的目的。主轴的径向跳动和轴向跳动允差都是0.01 mm，主轴的径向跳动影响加工外表的圆度和同轴度；轴向跳动影响加工端面的平面度和螺距精度。当主轴跳动量超过许用值时，一般情况下是适当调整前支承的间隙，就可使主轴跳动量调整到许用值内。如径向跳动仍达不到要求时，可调整后轴承的间隙，中间支承的间隙不可调整。(6)摩擦离合器及操纵机构。在轴Ⅰ上装有双向摩擦片式离合器，它用于主轴起动和控制正、反转，并可起过载保护作用。该离合器由内摩擦片、外摩擦片、定位片、滑套及空套齿轮等组成。左离合器传动主轴正转，用于切削加工，传递的扭矩较大，因而片数多；右离合器片数少，传动主轴反转，主要用于退刀。离合器的内外片松开时的间隙要适当，当发生间隙过大或过小时，必须进行调整。调整方法为：将定位销压入缺口，然后转动左侧螺母，可调整左边摩擦片的间隙；转动右侧螺母，可调整右边摩擦片的间隙。调整好后，让定位销弹出，重新卡住螺母缺口，以防螺母在工作过程中松动。为了缩短辅助时间，提高生产率，在轴Ⅳ上装有钢带式制动器(刹车)，当需要机床停止工作时，即当摩擦的时候，为克服主轴的转动惯量，该制动器立即使主轴停止转动。制动器由杠杆、制动盘、调节螺钉及弹簧、制动带等组成。制动盘和轴Ⅳ用花键连接，钢制制动带的内侧有一层夹铁砂帆布，以增加摩擦面的摩擦系数，制动带的一端与杠杆相连接，另一端由接头和调节螺钉固定于箱体。制动器和摩擦离合器共用一套操纵机构。当操纵手柄使离合器脱开时，齿条轴处于中间位置，此时，齿条轴上的凸起局部刚好处于与杠杆下端相接触的位置，使杠杆按逆时针方向摆动，使制动带拉紧，使轴 Ⅳ 和主轴迅速停止转动。假设摩擦离合器接合主轴转动时，杠杆处于齿条轴凸起局部的右边或左边的凹槽中，使制动带放松，主轴就不再被制动。这样制动器和离合器两者是互锁的。制动带对制动盘的制动力(即制动带的拉紧程度)可由调节螺钉进行调节。(7)润滑装置。为了保证机床的正常工作和减少零件的磨损，需采用合理的润滑装置。润滑方式有以下两种：①溅油润滑：依靠高速旋转的齿轮将润滑油飞溅各处。这种方式存在油量不能按需要控制，还会引起润滑油发热，润滑油输送到摩擦面之前不能滤净等缺点。机床很少采用，只使用在一些减速器中。②油泵供油循环润滑：润滑油由油泵从油箱中吸出，经滤油器滤清后输送至分油器，然后经油管送至各个摩擦面。CA6140型车床采用了油泵供油箱外循环润滑方式。这种润滑方式有两大优点：(a)可以把箱体内的热量带到箱外，降低主轴箱的温度，减少热变形，有利于保证加工精度。(b)可使主轴箱内的脏物等及时排除，减少传动件的磨损。7.3磨削加工与磨床7.3.1砂轮的特性以磨料为主制造而成的切削工具称磨具。其特性取决于磨料、粒度、结合剂、硬度和组织五个参数。1．磨料常用的磨料有刚玉类、碳化硅类和高硬度磨料类。2．粒度粒度指磨粒尺寸的大小。用筛分法确定较大磨粒的粒度，以磨粒通过的筛网上每英寸长度上的孔数表示粒度。粒度号大，磨料颗粒细。对用显微镜测量来确定粒度号的微粉，是以实测到的最大尺寸，并在前面冠以“W〞的符号来表示。粒度号越小，那么微粉颗粒越粗。粒度选择原那么：粗磨选小粒度号，精磨选大的粒度号。材料塑性大或磨削面积大，选小粒度号；成型磨削宜用大粒度号。3．结合剂常用的结合剂有陶瓷(V)、树脂(B)、橡胶(B)、青铜(J)。4．硬度硬度指磨粒受力后从砂轮表层脱落的难易程度。砂轮的硬度等级名称及代号见表7-3。砂轮硬度选择原那么：(1)工件材料越硬，应选越软的砂轮；反之，选越硬的。但有色金属，选用较软的砂轮。(2)磨削接触面大，应选较软的砂轮；薄壁和导热性差，也选较软砂轮。(3)精磨和成型磨削，应选较硬的砂轮。(4)粒度号较大的砂轮，应选较软的砂轮。表7-3砂轮的硬度等级名称及代号5．组织

组织指磨料、结合剂和气孔三者体积比例关系。砂轮组织号及适用范围见表7-4。6．砂轮形状砂轮形状如表7-5所示。例如：1—300×50×65－WA60M5－V－30 m/s。砂轮标志：平形砂轮，外径300，厚50，内孔65，磨料为白刚玉，粒度号60#，硬度中1，组织号5，结合剂为陶瓷，允许最高圆周速度30 m/s。表7-4砂轮组织号及适用范围表7-5砂轮形状7.3.2磨削原理1．磨粒形状及磨削的特点绝大局部磨粒的顶尖角在90°～120°之间，磨削时磨粒均以负前角进行切削，对加工外表产生强烈的摩擦和挤压作用。2．磨削加工类型(1)外圆磨削。用砂轮外圆周面来磨削工件的外回转外表，如图7-6所示。①纵磨法——砂轮高速旋转为主运动no，工件做圆周运动nw，同时随工件台沿工件轴向做纵向进给运动fa。每单次行程或往复行程终了时，砂轮做横向进给运动fp。②横磨法——砂轮宽度比工件磨削宽度大，工件不需做纵向进给运动，砂轮沿工件径向做横向进给运动。图7-6外圆磨削加工的各种方式(2)内圆磨削。用砂轮磨削工件内孔的方式。砂轮做高速旋转为主运动no，工件旋转做圆周进给运动nw，同时砂轮或工件做纵向进给运动fa，砂轮做径向进给运动fp。(3)平面磨削。常见有四种方式：①卧轴矩台平面磨床磨削；②卧轴圆台平面磨床磨削；③立轴矩台平面磨床磨削；④立轴圆台平面磨床磨削。其中①、②属于圆周磨削，③、④属于端面磨削。(4)无心外圆磨削。无心外圆磨削工作原理如图7-7所示。工件置于砂轮和导轮之间以工件自身外圆为定位基准。两种无心外圆磨削的方式：①贯穿磨法，如图7-7(a)、7-7(b)所示；②切入磨法，如图7-7(c)所示。图7-7无心外圆磨削的加工示意图7.3.3M1432A型万能外圆磨床1．机床的布局机床的布局如图7-8所示。2．机床的运动和传动纵磨法磨外圆时，机床需要三个外表成型运动：no、fa、nw；切入法磨短圆锥面时，只需二个外表成型运动：no、nw；另外，还有横向进给运动fp，二个辅助运动：砂轮快进快退，尾座套筒缩回。图7-8M1432A型万能外圆磨床3．主要部件结构1)砂轮架砂轮架由壳体、砂轮主轴部件、传动装置等组成。砂轮主轴前后径向支承为“短三瓦〞动压滑动轴承。主轴具有较高的回转精度，允许的速度也较高。装在主轴上的零件进行静平衡，特别是砂轮，整个主轴部件还要校正动平衡。保证主轴运转的平衡性。2)内圆磨具不工作时，内圆磨具翻向上方位置。采用平皮带传动，保证高速下的平稳性。3)头架头架主轴直接支承工件，其回转精度和刚度直接影响工件的加工精度。7.4齿轮加工与齿轮加工机床7.4.1齿轮的加工方法与齿轮加工机床的类型

齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。1．齿轮加工机床的工作原理1)成形法成形法是指使用切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状完全相符的成形刀具切出齿轮的方法。一般在铣床上用盘形齿轮铣刀或指状齿轮铣刀来铣削齿轮，也可在刨床或插床上用成形刀具加工。2)范成法范成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副(齿条—齿轮，齿轮—齿轮)中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。范成法需在专门的齿轮加工机床上加工。2．齿轮加工机床的类型圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机、车齿机。锥齿轮加工机床：加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机、加工弧齿锥齿轮的铣齿机。精加工齿面的有剃齿机、珩齿机、磨齿机。7.4.2Y3150E滚齿机

用来加工直齿和斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮以及花键轴的花键。1．滚齿原理

滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来的。将其中一齿轮齿数减少到一个或几个，螺旋角β增大到很大，就成了蜗杆。再将蜗杆开槽铲背成为齿轮滚刀，齿轮滚刀作旋转运动。工件轮坯按一对交错轴斜齿轮啮合传动关系配合滚刀一起转动，这样就在齿坯上滚出齿槽，形成渐开线齿面。滚齿时齿廓成形方法是范成法，成形运动是滚刀旋转和工件旋转组成的复合运动(B11+B12)，这就是范成运动。滚刀与工件之间必须保持严格的相对运动关系：滚刀转过一转时，工件相应转过K/Z转(K为滚刀头数，Z为工件齿数)。也就是滚刀转过一齿，工件也相应转过一齿。1)加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理图加工直齿圆柱齿轮时需要两个独立成形的运动：(1)一个复合成形运动(B11+B12)——生成渐开线母线。(2)一个简单成形运动A2——生成直线形齿线。滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图如图7-9所示。有三个传动链：(1)范成运动传动链：滚刀(B11)—4—5—Ux—6—7—工件(B12)(2)主传动链：电机—1—2—Uv—3—4—滚刀(3)轴向进给传动链：工件—7—8—Uf—9—10—刀架丝杆图7-9滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图传动链中换置机构Ux用于适应工件齿数和滚刀头数变化，Uv用于调整渐开线齿廓成形的速度。按工艺条件确定的滚刀转速来调整其传动比。Uf用于调整轴向进给量的大小和进给方向，以适应不同加工外表粗糙度的要求。三个传动链中，范成运动传动链是一条内联系传动链，不仅要求传动比数值准确，而且要求滚刀和工件两者的旋转方向符合一对交错轴斜齿轮啮合传动时的相对运动方向。主运动传动链和轴向进给传动链是外联系传动链。2)加工斜齿轮时的运动和传动原理加工斜齿轮时需要两个复合成形的运动：(1)一个复合成形运动(B11+B22)——生成渐开线母线；(2)一个复合成形运动(A21+B22)——生成螺旋线导线。滚切斜齿圆柱齿轮时两个成形运动都各需一条内联系传动链和一条外联系传动链，如图7-10所示，范成运动与滚切直齿时相同。产生螺旋线的外联系传动链——轴向进给传动链与滚直齿时相同，还需要一条产生螺旋线的内联系传动链——差动传动链，以保证刀架转动一个导程L时，工件附加转动一转。图7-10滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理由于工件旋转运动既要与滚刀旋转运动配合(B12)，又要与滚刀刀架直线运动配合(B22)，而且是同时进行的，所以加工时工件的旋转运动是两个运动的合成：(B12+B22)。为此，要使工件同时接受两个运动不矛盾，需要采用合成机构将两个运动合成之后再传给工件。滚切斜齿时的四条传动链是：(1)范成运动传动链：滚刀—4—5—[合成]—6—7—Ux—8—9—工件(2)主运动传动链：电机—1—2—Uv—4—滚刀(3)轴向进给传动链：工件—9—10—Uf—11—12—刀架丝杆(4)差动传动链：刀架(A12)—12—13—Uy—14—15—[合成]—6—7—Ux—8—9—工作台(B22)3)滚齿机的运动合成机构齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿行星机构。图7-11为Y3150E型滚齿机所用的合成机构。设nX、nⅨ、nH分别为轴Ⅹ、Ⅸ和转臂H的转速，则代入Z1 = Z2a = Z2b = Z3则图7-11滚齿机运动合成机构工作原理(Y3150E)合成机构中从动件转速nX为nX = 2nH - nIX在范成运动链中，由ZX经合成机构转主轴X，设nH = 0，则在差动传动链中，来自刀架的运动由齿轮Zy，传给转臂H，再经合成机构传给主轴X，可设nⅨ = 0，则U合2 = nX/nH = 2。综上所述，加工斜齿轮时，范成运动和附加运动同时通过合成机构传动，分别按U合1=-1，U合2 = 2经轴X和齿轮e传工作台。加工直齿轮时，工件不需要附加运动。为此，将离合器M1装在轴X上，M1通过链和轴X连接，联成一体。在范成运动，运动由Zx经轴 Ⅸ 直接传至轴X及齿轮e，=1。2．滚齿的特点及应用(1)适应性好；(2)生产效率高；(3)被切齿轮的齿距偏差小；(4)滚齿加工的齿廓表面粗糙度大于插齿加工；(5)滚齿加工主要用于加工直齿、斜齿和蜗轮，不能加工内齿和多联齿轮。7.4.3齿形的其它加工方法1．插齿主要用于加工直齿，特别适用于加工内齿轮和多联齿轮。2．剃齿常用于未淬火圆柱齿轮的精加工。3．珩齿用于加工淬硬齿面的齿轮精加工。4．磨齿加工精度高，可以修正误差和加工外表硬度高的齿轮，用于加工精度要求很高的齿轮。7.5数控加工工艺分析的一般步骤与方法数控加工工艺时，需要针对不同数控加工问题进行加工工艺的分析，下面介绍数控加工工艺分析的一般步骤与方法。程序编制人员在进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用适宜的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。7.5.1数控加工工艺分析一般步骤与方法在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料和种类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。概括起来有三点：①要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品；②有利于提高生产率；③尽可能降低生产本钱(加工费用)。7.5.2数控加工零件工艺性分析数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。1．零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原那么(1)零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸，这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局局部散的标注方法，这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏使用特性，因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法。(2)构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分，使编程时无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。2．零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。(2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的上下、转接圆弧半径的大小等有关。(3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。(4)应采用统一的基准定位。在数控加工中，假设没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要防止上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。零件上最好有适宜的孔作为定位基准孔，假设没有，要设置工艺孔作为定位基准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。假设无法制出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的外表作为统一基准，以减少两次装夹产生的误差。此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。7.5.3加工方法的选择与加工方案确实定1．加工方法的选择加工方法的选择原那么是保证加工外表的加工精度和外表粗糙度的要求。由于获得同一级精度及外表粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可到达精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时那么应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。常用加工方法的经济加工精度及外表粗糙度可查阅有关工艺手册。2．加工方案确定的原那么零件上比较精密外表的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步到达的。对这些外表仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。确定加工方案时，首先应根据主要外表的精度和外表粗糙度的要求，初步确定为到达这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的IT7级精度的孔，最终加工方法取精铰时，那么精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。7.5.4工序与工步的划分1．工序的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大局部或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，假设不能那么应决定其中哪一局部在数控机床上加工，哪一局部在其它机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。2．工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的外表进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原那么。(1)同一外表按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工外表按先粗后精加工分开进行。(2)对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形，先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。(3)按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。7.5.5零件的安装与夹具的选择1．定位安装的根本原那么(1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工外表。(3)防止采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。2．选择夹具的根本原那么数控加工的特点对夹具提出了两个根本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下四点：(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。(2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。(3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。(4)夹具上各零部件应不阻碍机床对零件各外表的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。7.5.6刀具的选择与切削用量确实定1．刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的外表尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯外表或粗加工孔时，可选硬质合金铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件。加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀工作。因此必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种，共包括16种不同用途的刀。2．切削用量确实定切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量，对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原那么是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工本钱；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工本钱。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。7.5.7对刀点与换刀点确实定在编程时，应正确地选择“对刀点〞和“换刀点〞的位置。“对刀点〞就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为“程序起点〞或“起刀点〞。对刀点的选择原那么是：(1)便于用数字处理和简化程序编制；(2)在机床上找正容易，加工中便于检查；(3)引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)，但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置那么以此孔来找正，使“刀位点〞与“对刀点〞重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点〞与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓“刀位点〞是指车刀、镗刀的刀尖，钻头的钻尖，立铣刀、端铣刀刀头底面的中心，球头铣刀的球头中心。零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值为对刀点在机床坐标系中的坐标值(X0，Y0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是X2、Y2；当按增量值编程时，对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是X2、Y2，不重合时，那么为(X1+X2)、(Y1+Y2)。对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0，Y0)来校核。所谓“机床原点〞是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。加工过程中需要换刀时，应规定换