教学材料《机械制造技术》-4

情境４.１车削加工及工装车床的通用性好，可完成各种回转表面、回转体端面及螺纹面等表面加工，是一种应用最广泛的金属切削机床。图４－１为卧式车床所能加工的各类成型表面。车床的种类很多，按用途和结构的不同，主要分为以下几类：（１）卧式车床。卧式车床的万能性好，加工范围广，是基本的和应用最广的车床。（２）立式车床。立式车床的主轴竖直安置，工作台面处于水平位置。主要用于加工径向尺寸大，轴向尺寸较小的大型、重型盘套类、壳体类工件。下一页返回情境４.１车削加工及工装（３）转塔车床。转塔车床有一个可装多把刀具的转塔刀架，根据工件的加工要求，预先将所用刀具在转塔刀架上安装调整好；加工时，通过刀架转位，这些刀具依次轮流工作，转塔刀架的工作行程由可调行程挡块控制。转塔车床适于在成批生产中加工内外圆有同轴度要求的较复杂的工件。（４）自动车床和半自动车床。自动车床调整好后能自动完成预定的工作循环，并能自动重复。半自动车床虽具有自动工作循环，但装卸工件和重新开动机床仍需由人工操作。自动和半自动车床适于在大批量生产中加工形状不太复杂的小型零件。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装（５）仿形车床。仿形车床能按照样板或样件的轮廓自动车削出形状和尺寸相同的工件。仿形车床适于在大批量生产中加工圆锥形、阶梯形及成形回转面工件。（６）专门化车床。专门化车床是为某类特定零件的加工而专门设计制造的，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床等。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装4.1.1

CA６１４０型卧式车床传动系统和结构１.机床布局其主要部件（如图４－２所示）及功能如下：（１）主轴箱１。它固定在床身６的左端，内部装有主轴和变速、传动机构。主轴箱的功能是支承主轴，并将动力经变速、传动机构传给主轴，使主轴按规定的转速带动工件转动。（２）尾座５。它装在床身６右端的尾座导轨上，并可沿此导轨纵向调整其位置。尾座的功能是安装作定位支撑用的后顶尖，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。（３）床身６。床身固定在左床腿和右床腿上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作时保持准确的相对位置。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装（４）床鞍和刀架９。它位于床身６中部，可沿床身导轨作纵向移动。刀架部件由几层刀架组成，它的功用是装夹刀具，使刀具作纵向、横向或斜向进给运动。（５）进给箱１１。它固定在床身６的左前部。送给箱内装有进给运动的变速装置，用于改变进给量。２.机床的传动系统１）主传动路线主运动传动链的两端部件是主电机与主轴，它的功用是把电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，并满足主轴变速和换向的要求如图４－３所示。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装运动由电动机经Ｖ带传动副传至主轴箱中的轴Ⅰ，在轴Ⅰ上装有双向摩擦离合器m１。m１的作用是使主轴正、反转和停止，离合器左结合轴Ⅰ的运动经齿轮或传给轴Ⅱ，从而使轴Ⅱ获得两种转速；离合器右结合轴Ⅰ的运动经齿轮传给轴Ⅶ，这时轴Ⅰ至轴Ⅱ的传动中多经过了一个中间齿轮３４，轴Ⅱ的转动方向与离合器左结合时相反，离合器左右均不结合时，轴Ⅰ的运动不能传给轴Ⅱ，实现主轴的停转。主轴的反转运动通常不用于切削，车螺纹时，为实现在不断开主轴和刀架间内联系传动链的情况下将刀架退回到起始位置，要求主轴作反转运动。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装（１）高速传动路线。主轴上的滑移齿轮５０移至左端，使之与轴Ⅲ上右端的齿轮６３啮合，于是运动就由轴Ⅲ经齿轮副直接传给主轴，使主轴获得４５０～１４００r／min的６种高转速。（２）低速传动路线。主轴上的滑移齿轮５０移至右端，使主轴上的离合器m２啮合，于是轴Ⅲ的运动就经齿轮副２０/８０或５０/５０传给轴Ⅳ，然后再由轴Ⅳ经齿轮副２０/８０或５１/５０传给轴V，再经齿轮副２６/５８和离合器m２传给主轴，使主轴获得１０～５００r／min的低转速。主运动的表达式为：２）主轴转速级数及转速上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装由传动系统图（４－３）中可以看出，当主轴正转时可以得到２×３×（１＋２×２）＝３０种传动主轴的路线，但实际上只能得到２×３×（１＋３）＝２４级不同的转速。由低速路线传动时，主轴只能得到２×３×（２×２－１）＝１８级转速。主轴由高速路线传动前获得６级转速，所以主轴共有２４级转速。同理，主轴反转时有３×［１＋（２×２－１）］＝１２级转速。３）车螺纹传动路线CA６１４０型车床能够车削米制、英制、模数制和径节制４种标准螺纹，还能够车削大导程、非标准和较精密的螺纹，这些螺纹可以是左旋的也可以是右旋的。车削螺纹传动链的作用，就是要得到上述各种螺纹的导程。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距，表４－１列出了米制、英制、模数制和径节制４种螺纹的螺距参数及其与螺距Ｐ、导程Ｌ之间的换算关系。车削螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹的一个导程Ｌ工，其运动平衡式为：Ｌ（主轴）×ｕ×Ｌ丝＝Ｌ工式中ｕ———从主轴到丝杠之间的总传动比；Ｌ丝———机床丝杠的导程（CA６１４０型车床Ｌ丝＝１２mm）；Ｌ工———被加工螺纹的导程（mm）。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装在这个平衡式中，通过改变传动链中的传动比ｕ，就可以得到要加工的螺纹导程。CA６１４０型车床车削上述各种螺纹时传动路线表达式为：其中ｕ基是轴ⅩⅢ和轴ⅩⅣ之间变速机构的８种传动比，即：上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装上述变速机构是获得各种螺纹的基本机构，称为基本螺距机构或称基本组。ｕ倍是轴ＸＶ和轴ＸＶii之间变速机构的４种传动比，即：上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装上述４种传动比按倍数关系排列。用于扩大机床车削螺纹导程的种数。这个变速机构称为增倍机构或增倍组。在加工正常螺纹导程时，主轴Ⅵ直接传动轴Ⅸ，其间传动比ｕ正常＝５８/５８＝１，此时能加工的最大螺纹导程Ｌ＝１２mm。如果需要车削导程更大的螺纹时，可将轴Ⅸ的滑移齿轮５８向右移动，使之与轴Ⅷ上的齿轮２６啮合，从主轴Ⅵ至轴Ⅸ间的传动比为：上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装程相应地扩大４倍或１６倍。通常把上述传动机构称之为扩大螺距机构。在CA６１４０型车床上，通过扩大螺距机构所能车削的最大米制螺纹导程为１９２mm。必须指出，扩大螺距机构的传动比ｕ是由主运动传动链中背轮机构齿轮的啮合位置所确定的，而背轮机构一定的齿轮啮合位置，又对应一定的主轴转速，因此，主轴转速一定时，螺纹导程可能扩大的倍数是确定的。具体地说，主轴转速是１０～３２r／min时，导程可扩大１６倍；主轴转速是４０～１２５r／min时，导程可扩大４倍；主轴转速更高时，导程不能扩大。这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装当需要车削非标准螺纹和精密螺纹时，需将进结箱中的齿式离合器m３、m４和m５全部接合上，此时，轴Ⅻ、ⅩⅣ、ⅩⅦ和丝杠ⅩⅧ联成一体，运动由挂轮直接传给丝杠，被加工螺纹的导程Ｌ可通过选配挂轮来实现，因此可以车削任意导程的非标准螺纹。同时，由于传动链大大地缩短，减少了传动件制造和装配误差对螺纹螺距精度的影响，若选用高精度的齿轮做为挂轮，则可加工精密螺纹。４）纵向和横向机动进给传动链纵向进给一般用于外圆车削，而横向进给用于端面车削。为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的，其传动路线表达式为：上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装CA６１４０型车床纵向机动进给量有６４级。其中，当进给运动由主轴经正常螺距米制螺纹传动路线时，可获得范围为０.０８～１.２２mm／r３２级正常进给量；当进给运动由主轴经正常螺距英制螺纹传动路线时，可获得０.８６～１.５９mm／r８级较大进给量；若接通扩大螺距机构，选用米制螺纹传动路线，并使ｕ倍＝１／８，可获得０.０２８～０.０５４mm／r８级用于高速精车的细进给量；而接通扩大螺距机构，采用英制螺纹传动路线，并适当调整增倍机构，可获得范围为１.７１～６.３３mm／r１６级供强力切削或宽刃精车之用的加大进给量。分析可知，当主轴箱及进给箱中的传动路线相同时，所得到的横向机动进给量级数与纵向相同，且横向进给量f横＝１／２f纵。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装５）刀架快速移动传动链刀架的快速移动是由装在溜板箱内的快速电动机（０.２５kＷ，２８００r／min）驱动的。按下快速移动按钮，启动快速电动机后，由溜板箱中的双向离合器m８和m９控制其纵、横双向快速移动。刀架快速移动时，可不必脱开机动进给传动链，在齿轮５６与轴ⅩⅩ之间装有超越离合器m６，可保证光杠和快速电机同时传给轴ⅩⅩ运动而不相互干涉。３.主要部件结构１）主轴箱上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装机床主轴箱是一个比较复杂的传动件。表达主轴箱各传动件的结构和装配关系时常用展开图，展开图是按各传动链传递运动的先后顺序，沿轴心线剖开，并展开在一个平面上的装配图（如图４－４）：该图是沿轴Ⅳ—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ（V）—Ⅵ—Ⅺ—Ⅹ的轴线剖切面展开的。展开图把立体展开在一个平面上，因而，其中有些轴之间的距离拉开了。如轴Ⅳ画得Ⅲ与轴V较远，因而使原来相互啮合的齿轮副分开了。读展开图时，首先应弄清楚传动关系。（１）卸荷带轮。电动机经皮带将运动传至轴Ⅰ左端的带轮２（见图４－４的左上部分）。带轮２与花键套１用螺钉连接成一体，支承在法兰３内的两个深沟球轴承上。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装法兰３固定在主轴箱体４上，这样带轮２可通过花键１带动轴Ⅰ旋转，皮带的拉力则经轴承和法兰３传至箱体４。轴Ⅰ的花键部分只传递转矩，从而可避免因皮带拉力而使轴Ⅰ产生弯曲变形。这种带轮是卸荷的（即把径向载荷卸给箱体）。（２）双向多片摩擦离合器、制动及其操纵机构。双向多片摩擦离合器装在轴Ⅰ上。原理图如图４－５：摩擦离合器由内摩擦片２、外摩擦片３、止推片４、压块７及空套齿轮块１和８所组成。离合器左、右两部分结构是相同的。左离合器传动主轴正转，正转用于切削，传递的扭矩较大，所以片数较多（外摩擦片８片，内摩擦片９片）。右离合器传动主轴正转，主要用于退刀，片数较少（外摩擦片４片，内摩擦片５片）。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装图４－５剖开部分是离合器。图中，内摩擦片２装在轴Ⅰ的花键上，与轴Ⅰ一起旋转，外摩擦片３的４个凸起装在齿轮１的缺口槽中，外片空套在轴Ⅰ上。当杆９通过销５向左推动压块７时，使内片２与外片３互相压紧，于是轴Ⅰ的运动便通过内外片之间的摩擦力传给齿轮１，使主轴正向转动。同理，当压块７向处于中间位置时，左右离合器处于脱开状态，这时，轴虽然转动，但离合器不传递运动，主轴处于停止状态。离合器的接合或脱开由手柄２１操纵，它位于进给箱及溜板箱的右侧。当向上扳动手柄２１时，轴２０向外移动，齿扇１８顺时针方向转动，齿条１７通过拨叉使滑套１０向右移动。滑套１０的内孔两端为锥孔，中间为圆柱孔。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装滑套１０向右移动时就将元宝销（杠杆）１１的右端向下压。由于元宝销１１是用销２３装在轴Ⅰ上的，所以这时元宝销就向顺时针方向摆动，于是元宝销下端的凸缘便推动装在轴Ⅰ内孔中的杆９向左移动，杆９通过左端的销５带动压块７，使压块７向左压。故将手柄２１扳到上端位置时，左离合器压紧，这时就可传动主轴正转。同理，将手柄２１扳至下端位置时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄２１处于中间位置时，离合器脱开，主轴停止转动。摩擦离合器除了能靠摩擦力传递动力外，还能起过载保险装置的作用。当机床超载时，摩擦片打滑，于是，主轴就能停止转动。这样，就可避免损坏机床。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装制动器（刹动）安装在轴Ⅳ上。它的功用是在摩擦离合器脱开的时刻制动主轴，使主轴迅速地停止转动，以缩短辅助时间。它是由装在轴上的制动盘１６，制动带１５，调节螺钉１２，弹簧１３和杠杆１４等件组成的。制动盘１６为一圆盘，它和轴用花键连接。制动带１５为一钢带，在它的内侧固定一层夹铁砂帆布，以增加摩擦面的摩擦系数。制动带的一端与杠杆１４相连接。制动和摩擦离合器共用一套操作机构。制动器也是由手柄２１操作的。当离合器脱开时，齿条轴１７上的凸起正处于与杠杆１４下端相接触的位置，使杠杆１４向逆时针方向摆动，将制动带拉紧，使轴Ⅳ与主轴迅速停止选择。当齿条轴１７移向左端或右端位置时，摩擦离合器接合，主轴旋转。制动时制动带在制动盘上的拉紧程度适当。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装如果制动带拉得不紧，就不能起制动作用，制动时主轴不能迅速地停止；如果拉得过紧，则摩擦力太大，将烧坏摩擦表面。制动带的拉紧程度由调节螺钉１２调整。（３）变速操纵机构。图４－４中，轴２的双联滑移齿轮和轴３上的三联滑移齿轮用一个手柄操纵。图４－６是其操纵机构。变速手柄每转一转，变换全部６种转速，故手柄共有均布的６个位置。变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链传动轴４。轴４上装有盘形凸轮３和曲柄２。凸轮３上有一条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮上有１～６个变速位置，如图４－６所示。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装位置１、２、３使杠杆５上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处。杠杆５经拔叉６将轴２上的双联滑移齿轮移向左端位置。位置４、５、６则将双联滑移齿轮向右端位置。曲柄２随轴４转动，带动拔叉，拔动轴Ⅲ上的三联齿轮，使它位于左、中、右三个位置。顺次转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现６种组合，使轴Ⅲ得到６种转速。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装4.4.2车加工刀具１.整体车刀整体车刀主要是高速钢车刀，俗称“白钢刀”，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行修磨。２.焊接车刀焊接车刀是在普通碳钢刀杆上镶焊（钎焊）硬质合金刀片，经过刃磨而成（图４－７），其优点是结构简单，制造方便，并且可以根据需要进行刃磨，硬质合金的利用也较充分，故目前在车刀中仍占相当比重。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装硬质合金焊接车刀的缺点是其切削性能主要取决于工人刃磨的技术水平，与现代化生产不相适应，此外刀杆不能重复使用。在制造工艺上，由于硬质合金和刀杆材料（一般是中碳钢）的线膨胀系数不同，当焊接工艺不够合理时容易产生热应力，严重时会导致硬质合金出现裂纹，因此在焊接硬质合金刀片时，应尽可能采用熔化温度较低的焊料，对刀片应缓慢加热和缓慢冷却，对于ＹＴ３０等易产生裂纹的硬质合金，应在焊缝中放一层应力补偿片。３.焊接装配式车刀上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装焊接装配式车刀是将硬质合金刀片钎焊在小刀块上，再将小刀块装配到刀杆上。这种结构多用于重型车刀。重型车刀体积和重量较大，采用焊接装配式结构以后，只需装卸小刀块，刃磨省力，刀杆也可重复使用。４.机夹重磨车刀机夹重磨车刀将硬质合金刀片用机械夹固的方法安装在刀杆上，如图４－８所示。机夹重磨车刀只有一主切削刃，用钝后必须修磨，而且可修磨多次。其优点是刀杆可以重复使用，刀具管理简便；刀杆也可进行热处理，提高硬质合金刀片支承面的硬度和强度，减少打刀的危险性，提高刀具的使用寿命；刀片不经高温焊接，排除了产生焊接裂纹的可能性。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装机夹车刀在结构上要保证刀片夹固可靠，结构简单，刀片位车在重磨后能够调整尺寸，有时还要考虑断屑的要求。５.机夹可转位车刀机夹可转位车刀又称机夹不重磨车刀，将可转位刀片用机械夹固的方法安装在刀杆上，如图４－９所示。它与机夹重磨车刀的不同点在于刀片为多边形，每一边都可作为切削刃，用钝后只需将刀片转位，使新的切削刃投入工作，当每个切削刃都用钝后，再更换新刀片。可转位车刀除具备机夹重磨车刀的优点外，其最大优点在于几何参数完全由刀片和刀槽保证，不受工人技术水平的影响，因此切削性能稳定，适合现代化生产的要求。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装可转位车刀由刀杆１、刀片３、刀垫２和夹固元件４组成，如图４－９所示。硬质合金可转位刀片见国家标准ＧＢ２０７６—１９８７。刀片形状很多，常用的有三角形、各种凸三角形、正方形、五角形和圆形等，如图４－１０所示。刀片大多不带后角，但在每个切削刃上做有断屑槽并形成刀片的前角。刀具的实际角度由刀片和刀槽的角度组合确定。可转位车刀多利用刀片上的孔对刀片进行夹固，典型的夹固结构有：（１）偏心式夹固结构。如图４－１１所示，它以螺钉２作为转轴，螺钉上端为偏心圆柱销５，偏心量为ｅ。当转动螺钉时，偏心销就可以夹紧或松开刀片。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装（２）杠杆式夹固结构。图４－１２A所示为直杆式结构，图４－１２ｂ所示为曲杆式结构，利用螺钉带动杠杆转动而将刀片夹固在定位侧面上。（３）上压式夹固结构。如图４－１３所示，这种螺钉压板结构尺寸小，不需要多大的压紧力，夹固元件的位置易避开切屑流出方向。一般用于夹固不带孔的刀片。（４）楔销式夹固结构。如图４－１４所示，刀片５由销子４在孔中定位，楔块２向下运动时将刀片夹固在内孔的销子上，松开螺钉时，弹簧垫圈３自动抬起楔块。６.成形车刀的种类上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，它的切削刃形状是根据工件的廓形设计的。成形车刀操作简单，生产率高，成形表面的精度主要取决于刀具切削刃的制造精度，与工人熟练程度无关，因此它可以保证被加工工件表面形状和尺寸精度的一致性和互换性，加工精度可达IT９～IT１０，表面粗糙度rA６.３～rA３.２。成形车刀只需刃磨前刀面，而前刀面是一平面，所以刃磨简单。成形车刀的可重磨次数多，使用寿命较长，但是刀具的设计和制造较复杂，成本较高，故主要用在小型零件的大批量生产中。成形车刀主要有下列几类：１）平体成形车刀上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装如图４－１５，它的外形和普通车刀的外形相似，呈平条状，但其切削刃是根据工件的廓形设计的，具有一定的形状要求。螺纹车刀及铲齿车刀就是属于这类成形车刀。２）棱体成形车刀如图４－１６，外形是棱柱体，可重磨次数比平体成形车刀多。一般用专用刀夹夹住车刀的燕尾部分，安装在车床刀架上。３）圆体成形车刀如图４－１７，外形是回转体，由于刀体是圆柱状，重磨时刃磨前刀面，可重磨次数更多，而且既可以加工内成形表面，又可以加工外成形表面。圆体成形车刀以圆柱孔作为定位基准套装在刀夹上进行安装。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装4.1.3车床夹具在车床上用来加工工件的内外回转面及端面的夹具称为车床夹具。车床夹具多数安装在车床主轴上；少数安装在车床的床鞍或床身上。１.车床夹具的种类安装在车床主轴上的夹具，根据被加工工件定位基准和夹具的结构特点，分为以下４类：（１）卡盘和夹头式车床夹具，以工件外圆为定位基面，如三爪自定心卡盘及各种定心夹紧卡头等。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装（２）心轴式的车床夹具，以工件内孔为定位基面，如各种定位心轴（刚性心轴）、弹簧心轴等。图４－１８所示为一车床上常用的带锥柄的圆柱心轴。加工时，工件以内孔及端面为定位基准，在心轴上定位，用螺母通过开口垫圈将工件夹紧。该心轴以锥柄与车床主轴连接。设计心轴时，应注意正确选择工件孔与心轴配合。（３）以工件顶尖孔定位的车床夹具，如顶尖、拨盘等。（４）角铁和花盘式夹具，以工件的不同组合表面定位。图４－１９所示为车气门顶杆端面的角铁式车床夹具。由于该工件是以细小的外圆柱面定位，因此很难采用自动定心装置，于是采用半圆套定位元件，夹具体必然设计成角铁状。为了使夹具平衡，该夹具采用了在一侧钻平衡孔的办法上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装当工件定位基面为单一圆柱表面或与被加工表面轴线垂直的平面时，可采用各种通用车床夹具，如三爪自定心卡盘、四爪卡盘、顶尖、花盘等；当工件定位基面较复杂时，需要设计专用车床夹具。２.车床夹具设计要点车床夹具工作时，和工件随机床主轴或花盘一起高速旋转，具有离心力和不平衡惯量。因此设计夹具时，除了保证工件达到工序精度要求外，还应着重考虑以下问题：１）车床夹具的总体结构夹具结构应力求紧凑、轮廓尺寸小、重量轻。车床夹具的轮廓尺寸，可参考以下数据：。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装当夹具采用锥柄与机床主轴锥孔连接时，夹具上最大轮廓直径d＜１４０mm或d≤（２～３）d，d为锥柄大端的直径。当夹具采用过渡盘与机床主轴相连接时，在d＜１５０mm时，Ｂ／d≤１.２５；d＝１５０～３００mm时，Ｂ／d≤０.９；d＞３００mm时，Ｂ／d≤０.６。当为单支承的悬臂心轴时，其悬伸长度应小于直径的５倍。当为前后顶尖支承的心轴时，其长度应小于直径的１２倍。当心轴直径大于５０～６０时，可采用中空结构，以减轻重量。２）定位装置和夹紧装置的设计上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装车床夹具主要用来加工回转体表面，定位装置的作用必须使工件加工表面的轴线与车床主轴的回转轴线重合。对于盘套类或其他回转体工件，要求工件的定位基面、加工表面和车床主轴三者轴线重合，常采用心轴或定心夹紧夹具；对于壳体、支架、托架等形状复杂的工件，被加工表面与工序基准之间有位置尺寸和平行度、垂直度等相互位置要求，定位装置主要是保证定位基准与车床主轴回转轴线具有正确的尺寸和位置关系。加工这类工件多采用花盘式、角铁式车床夹具。由于车床夹具高速旋转，在加工过程中除受切削力作用外，还承受离心力和工件重力的作用。因此，要求车床夹具的夹紧机构必须安全可靠，夹紧力必须克服切削力、离心力等外力的作用，且自锁可靠。若采用螺旋夹紧机构，一般要加弹簧垫圈或使用锁紧螺母。上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装３）夹具的平衡问题车床夹具高速回转，若不平衡，就会产生离心力。不仅增加了主轴和轴承的磨损，还会产生振动，影响加工质量，降低刀具寿命。因此，设计车床夹具时，特别是角铁式、花盘式等结构不对称的车床夹具，必须采取平衡措施，以减少由离心力产生的振动和主轴、轴承的磨损。生产中常用加平衡块或加工减重孔的办法，通过平衡试验，来达到平衡夹具的目的。４）夹具与机床的连接方式主要取决于夹具的结构和机床主轴前端的结构形式。图４－２０所示是车床夹具与机床主轴常用的连接方式：上一页下一页返回情境４.１车削加工及工装图（A）所示以锥柄与主轴锥孔连接，夹具２以莫氏锥柄与机床主轴配合定心，由通过主轴孔的拉杆１拉紧。图（ｂ）所示以主轴前端外圆柱面与夹具过渡盘连接（或直接与夹具连接），夹具３通过过渡盘２的内锥孔与主轴１的前端定心轴颈配合定心，并用螺钉紧固在一起。图（C）所示以主轴前端短圆锥面与夹具过渡盘连接，夹具３通过过渡盘２的内锥孔与主轴１前端的短锥面相配合定心，并用螺钉紧固在主轴上。图（d）所示是以主轴前端长圆锥面与夹具过渡盘连接，夹具４通过过渡盘３的内锥孔与主轴１前端的长锥面相配合定心，并用锁紧螺母２紧固。在锥面配合处用键５连接传递扭矩。上一页返回情境4.2铣削加工及工装4.2.1铣床１.铣床的功用和主要类型铣床是主要用铣刀进行加工的机床。铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。铣床的工艺范围很广，可以加工平面、沟槽、分齿零件、螺旋面等。铣床采用多刃刀具连续切削，生产效率很高。铣床在机器制造业中应用很广，在绝大多数场合替代了刨床。铣床的主要类型有卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、床身铣床、工具铣床等以及各种专门化铣床。卧式升降台铣床的主轴水平布置，简称“卧铣”。图４－２１为其外形图。床身２固定在底座１上，用于安装和支撑机床的各个部件，内装主轴部件、主传动装置和变速操纵机构等。下一页返回情境4.2铣削加工及工装悬梁３可沿水平方向调整其位置，支架５用于支撑刀杆的悬伸端。。工件通过６、滑座７和升降台８带动，可以在互相垂直的三个方向实现任一方向的进给和调整。万能升降台铣床比一般卧式铣床在工作台和滑座之间多一个回转盘，回转盘可带工作台绕垂直轴线在±４５°范围内转动，以便切削不同角度的螺旋槽。立式升降台铣床和卧式升降台铣床的主要区别是其主轴是竖直安装的，故简称“立铣”，见图４－２２。龙门铣床是一种大型高效的通用机床，主要加工各类大型工件的平面、沟槽等。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装１）圆周铣削方式①逆铣。铣刀切削速度方向与工件进给速度方向相反时，称为逆铣，见图４－２３（A）。②顺铣。铣刀切削速度方向与工件进给速度方向相同时，称为顺铣，见图４－２３（ｂ）。①对称铣削（图４－２４（A））。切入、切出时切削厚度相同。②不对称逆铣（图４－２４（ｂ））。切入时切削厚度最小，切出时切削厚度最大。铣削碳钢和一般合金钢时，这种铣削方式可减小切入时的冲击，可提高硬质合金铣刀耐用度一倍以上。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装不对称顺铣（图４－２４（C））。切入时切削厚度最大，切出时切削厚度最小。实践证明，不对称顺铣用于加工不锈钢和耐热合金时，可减少硬质合金的剥落磨损，切削速度可提高４０％～６０％。铣削加工一般用于加工平面、沟槽、缺口以及成型曲面等，铣床夹具也是常用的夹具。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装4.2.2铣刀１.铣刀的种类铣刀的种类很多，一般按用途分类，也可按齿背形式分类。１）按用途分类①圆柱铣刀。如图４－２５（A）所示，圆柱铣刀仅在圆柱表面上有切削刃，没有副切削刃，用于在卧式铣床上加工平面。圆柱铣刀采用螺旋形刀齿以提高切削工作的平稳性，它主要用高速钢制造，也可以镶焊螺旋形的硬质合金刀片。②端铣刀。如图４－２５（ｂ）

所示，端铣刀轴线垂直于被加工表面，刀齿在铣刀的端部，主切削刃分布在圆锥表面或圆柱表面上，端部切削刃为副切削刃。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装③盘形铣刀。盘形铣刀分槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀和错齿三面刃铣刀，如图４--２５（C）～（f）所示。另外铣刀还有锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、角度铣刀、成形铣刀等类型。２）按齿背加工形式分类①尖齿铣。刀尖齿铣刀的特点是齿背经铣制而成，并在切削刃后面磨出一条窄的后刀面，铣刀用钝后只需刃磨后刀面。尖齿铣刀是铣刀中的一大类，图４－２５（A）～（j）所示皆为尖齿铣刀。②铲齿铣刀。铲齿铣刀的特点是齿背经铲制而成，铣刀用钝后仅刃磨前刀面，因此适用于切削刃廓形状复杂的铣刀，如成形铣刀等。图４－２５（k）所示即为铲齿成形铣刀。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装③成形铣刀。它是在铣床上加工成形表面的专用刀具，它与成形车刀相同之处是刀具廓形都要根据工件廓形设计。如果廓形复杂的成形铣刀做成尖齿的，制造和刃磨将非常困难，因而廓形复杂的铣刀常做成铲齿成形铣刀，其前刀面是平面，刃磨方便。铲齿成形铣刀的前刀面多取为通过轴线的平面，即"f＝０°，刃磨前刀面。为保证铣刀重磨后廓形保持不变，刀齿各径向剖面廓形应与新刀廓形相同，同时为了保持应有的后角不变，廓形应依次、逐渐向铣刀轴线靠近。铣刀后刀面的实质是以新刀切削刃廓形为母线，绕铣刀轴线旋转并同时向轴线靠近所得的轨迹（图４－２６）。通过铣刀切削刃上任意点作端剖面，端剖面与齿背表面（后刀面）的交线称为齿背曲线。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装齿背曲线的形状影响刀齿后角#f的大小，而对刀齿后刀面廓形没有影响。生产上广泛采用阿基米德螺线作为成形铣刀的齿背曲线。阿基米德螺线上各点的向量半径$值，随向径转角θ值的增减而等比例地增减。因此，等速回转运动与沿半径方向的等速直线运动合成后，就得到阿基米德螺线，生产中很容易实现。如图４－２６所示，A－A、Ｂ－Ｂ都是径向剖面且廓形相同，Ｂ－Ｂ剖面中廓形靠近铣刀轴线，以形成铣刀的后角#f。这种齿背面通常在铲齿车床上铲削加工出来。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装4.2.3铣床夹具１.夹具分类按铣削时的进给方式不同，铣床夹具可分为直线进给、圆周进给和靠模进给三种类型。１）直线进给式铣床夹具这类夹具安装在铣床工作台上，在加工中随工作台按直线进给方式运动。按照在夹具中同时安装工件的数目和工位多少分为单件加工、多件加工和多工位加工夹具。如图４－２７所示为多件加工的直线进给式铣床夹具，该夹具用于在小轴端面上铣一通槽。６个工件以外圆面在活动Ｖ形块２上定位，以一端面在支承钉６上定位。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装。活动Ｖ形块装在两根导向柱７上，Ｖ形块之间用弹簧３分离。工件定位后，由薄膜式气缸５推动Ｖ形块２依次将工件夹紧。由对刀块９和定位键８来保证夹具与刀具和机床的相对位置。２）圆周进给铣床夹具圆周进给铣床夹具多用在回转工作台或回转鼓轮铣床，依靠回转台或鼓轮的旋转将工件顺序送入铣床的加工区域，实现连续切削。在切削的同时，可在装卸区域装卸工件，使辅助时间与机动时间重合，因此，它是一种高效率的铣床夹具。３）靠模进给式铣床夹具上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装它是一种带有靠模的铣床夹具，适用于专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。按照进给运动方式可分为直线进给式和圆周进给式两种。如图４－２８所示为圆周进给式靠模铣床夹具示意图。夹具装在回转工作台３上，回转工作台３装在滑座４上。滑座４受重锤或弹簧拉力f的作用使靠模２与滚子５保持紧密接触。滚子５与铣刀６不同轴，两轴相距为k。当转台带动工件回转时，滑座也带动工件沿导轨相对于刀具作径向辅助运动，从而加工出与靠模外形相仿的成型面。２.典型铣床夹具结构分析：铣键槽用的简易专用夹具如图４－２９所示，该夹具用于铣削工件４上的半封闭键槽，夹具的结构与组成如下：上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装①Ｖ形块１是夹具体兼定位元件，它使工件装夹时轴线位置必须在Ｖ形面的角平分线上，从而起到定位作用。对刀块６同时也起到端面定位作用。②压板２和螺栓３及螺母是夹紧元件，它们用以阻止工件在加工过程中因受切削力而产生的移动和振动。③对刀块６除对工件起轴向定位外，主要用以调整铣刀和工件的相对位置。对刀面A通过铣刀周刃对刀，调整铣刀与工件的中心对称位置；对刀面ｂ通过铣刀端面刃对刀，调整铣刀端面与工件外圆（或水平中心线）的相对位置。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装④定位键５在夹具与机床间起定位作用，使夹具体即Ｖ形块１的Ｖ形槽向与工作台纵向进给方向平行。３.铣床夹具设计要点由于铣削时切削用量较大，且为断续切削，故切削力较大，易产生冲击和振动，因此，设计铣床夹具时，要求工件定位可靠，夹紧力足够大，手动夹紧时夹紧机构要有良好的自锁性能，夹具上各组成元件应具有较高的强度和刚度。另外，铣床夹具一般有确定刀具位置和夹具方向的对刀块和定位键。１）对刀装置用于确定刀具与夹具的相对位置，主要由对刀块和塞尺构成。上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装如图４－３０所示为常见几种铣刀的对刀装置，图（A）是高度对刀装置，用于铣平面时对刀；图（ｂ）中３是直角对刀块，用于加工键槽或台阶面时对刀；图（C）、（d）是成形刀具对刀装置，用于加工成形表面时对刀；图（ｅ）为组合刀具对刀装置，３是方形对刀块，用于组合铣刀的垂直和水平方向对刀。对刀时，铣刀不能与对刀块工作表面直接接触，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损，应通过塞尺来校准它们之间的相对位置，即将塞尺放在刀具与对刀块的工作表面之间，凭抽动塞尺的松紧感觉来判断铣刀的位置。２）定位键上一页下一页返回情境4.2铣削加工及工装为确定夹具与机床工作台的相对位置，在夹具体底面上应设置定位键。铣床夹具通过两个定位键与机床工作台上的Ｔ形槽配合，确定夹具在机床上的位置。如图４－３１所示，定位键有矩形和圆形两种形式。常用的矩形定位键有A型和Ｂ型两种结构形式。A型定位键适用于夹具定向精度要求不高的场合。Ｂ型定位键的侧面开有沟槽，沟槽上部与夹具体的键槽配合，在制造定位键时，Ｂ１应留有修磨量０.５mm，以便与工作台Ｔ形槽修配，达到较高的配合精度。上一页返回情境4.3镗削加工及工装4.3.1镗床介绍镗床是一种用镗刀镗削带有孔及孔系箱体、机架类零件孔的加工机床。镗刀旋转为主运动，镗刀或工件一定为进给运动。一般镗床上加工孔尺寸较大，精度要求较高，且孔和孔系轴线有严格的同轴度、垂直度、平行度及孔间距离要求。使用不同刀具和附件，镗床上还可进行钻削、铣削、切螺纹以及加工外圆和端面等。镗床类型主要有：卧式铣镗床、坐标镗床、精镗床、立式铣镗床、深孔镗床等。１.卧式铣镗床下一页返回情境4.3镗削加工及工装卧式铣镗床是镗床类机床中应用最广泛一种机床。它主轴水平布置并可轴向进给，主轴箱沿前立柱导轨垂向运动，工作台可纵向或横向或纵、横向运动。除镗孔外，还可钻、扩、铰孔，车削内外螺纹、攻螺纹、车外圆柱面和端面及用端铣刀与圆柱铣刀平面等。卧式镗床结构较复杂，生产率不高，主要用于加工尺寸较大、形状复杂的零件，如各种箱体、床身、机架等。卧式镗床主参数是镗轴直径（图3--32）。２.坐标镗床坐标镗床是一种高精度级机床，它是测量坐标位置的精密测量装置，而且这种机床的主要零部件的制造和装配精度很高，并有良好的刚性和抗震性。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装所以它主要用来镗削精密的孔（IT５级或更高）和位置精度要求很高的孔系（定位精度达０.００２～０.０１），如钻模、镗模等精密孔。坐标镗床的工艺范围很广，除镗孔、钻孔、扩孔、铰孔、精铣平面和沟槽外，还可进行精密划线和刻线，以及孔距和直线尺寸的精密测量等工作。坐标镗床有立式和卧式的。立式坐标镗床还有单柱和双柱之分。图４－３３为卧式单柱坐标镗床，图４－３４为立式双柱坐标镗床。３.金刚镗床上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装金刚镗床是一种高速精密镗床，因以前采用金刚石镗刀而得名，现在已大量采用硬质合金刀具。这种机床的特点是切削速度很高（加工钢件ｖ＝１.７～３.３m／ｓ，加工有色合金件ｖ＝５～２５m／ｓ），而背吃刀量（切削深度）和进给量极小（背吃刀量一般不超过０.１mm，进给量一般为０.０１～０.１４mm／r），因此可以获得很高的加工精度（孔径精度一般为IT６～IT７级，圆度不大于３～５"m）和表面质量（表面粗糙度一般为０.０８"m＜rA≤１.２５"m）。金刚镗床常用于在成批生产、大量生产中加工有色金属零件上的精密孔。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装图４－３５是单面卧式金刚镗床的外形图。机床的主轴箱１固定在床身４上，主轴２高速旋转带动镗刀作主运动。工件通过夹具安装在工作台３上，工作台沿床身导轨作平稳的低速纵向移动以实现进给运动。工作台一般为液压驱动，可实现半自动循环。主轴组件是金刚镗床的关键部件，它的性能好坏，在很大程度上决定着机床的加工质量。这类机床的主轴短而粗，在镗杆的端部设有消振器；主轴采用精密的角接触球轴承或静压轴承支承，并由电动机经皮带直接传动主轴旋转，可保证主轴组件准确平稳地运转。金刚镗床的种类很多，按其布局形式可分为单面、双面和多面的；按其主轴的位置可分为立式、卧式和倾斜式；按其主轴的数目可分为单轴、双轴及多轴的。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装4.3.2镗刀镗床上用的刀具种类较多，除了采用钻床所用的各种孔加工刀具和铣床所用的各种铣刀外，还可用单刃镗刀、微调镗刀和浮动镗刀。在镗床上使用钻头、扩孔钻、铰刀等钻床所用的各种孔加工刀具时，可把刀具直接安装在镗杆主轴的莫氏锥孔中。在镗床上使用各种铣刀时，可把刀具直接安装在镗杆或平旋盘上。单刃镗刀切削部位与普通车刀相似，刀体较小，安装在镗杆的孔中，尺寸靠操作者调整。在镗床上用微调镗刀可以提高调整精度（图４－３６）。图中镗杆３上装有镗刀头６，刀片５装在镗刀头６上，镗刀头的外螺纹上装有锥形调整螺母４。拉紧螺钉２可将带有调整螺母４的镗刀头６拉紧在镗杆的锥窝中，螺纹尾部的两个导向键７用来防止镗刀头转动。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装转动调整螺母可将刀片调整到所需尺寸。为了消除镗孔时径向力对镗杆的影响，可采用浮动镗刀。浮动镗刀的刀块以间隙配合状态浮动地安装在镗杆的径向孔中，工作时刀块在切削力的作用下保持平衡位置，可以减少镗刀块安装误差及镗杆径向跳动所引起的加工误差。图４－３７为可调式浮动镗刀块，拧动尺寸调节螺钉３可以推动斜面垫板４，调整刀片１的位置。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装4.3.3镗床夹具镗床夹具又称镗模，它与钻床夹具相似，除具有一般元件外，也采用了引导刀具的镗套。镗套按照工件被加工孔系的坐标布置在一个或几个专门的零件即导向支架（镗模架）上。镗模主要用于保证箱体、支座等工件各孔间、孔与其他基准面之间的相互位置精度。１.镗床夹具结构类型及特点镗模按所用机床的不同，有立式镗模和卧式镗模之分，二者分别用于立式镗床和卧式镗床上；而按镗套及镗模支架的布置形式不同，又有单面导向镗模和双面导向镗模之分。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装图４－３８（A）为一单向导向镗模的示意图，其镗套结构简单，操作方便，适用于加工孔径较大而其长度较短及加工精度要求较低的孔系。图４－３８（ｂ）

为一双面导向镗模的示意图，其镗套和镗模支架布置在工件的两侧，镗杆与机床主轴采用柔性连接。镗模结构较为复杂，操作有时不太方便。孔系加工精度主要取决于镗模精度。由于这种镗模可以实现“以粗干精”的目的，即用精度较低的机床，借助于精化工艺装备，而加工出精度较高的工件来，因此，在生产中得到广泛应用。２.典型镗床夹具结构分析上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装图４－３９所示为镗削车床尾座孔镗模。由于加工孔长度比较长，即孔长与孔径比Ｌ／d＞１.５，采用前后单支承引导，即两个镗套分别设置在工件的前方和后方，镗刀杆９和主轴之间通过浮动接头１０连接。工件以底面、槽及侧面在定位板３、４及可调支承钉７上定位，限制６个自由度。采用联动夹紧机构，拧紧夹紧螺钉６，压板５、８同时将工件夹紧。镗模支架１上装有滚动回转镗套２，用以支承和引导镗刀杆。镗模以底面A装在机床工作台上，其位置用Ｂ面找正。３.镗床夹具的设计要点１）镗套的结构上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装镗套的结构和精度直接影响到加工孔的尺寸精度、几何形状和表面粗糙度。设计镗套时，可按加工要求和情况选用标准镗套，有特殊情况可自行设计。一般镗孔用的镗套主要有固定式和回转式两类，都已经标准化。①固定式镗套。图４－４０为固定式镗套，它与钻套相似，加工时镗套不随镗杆转动。A型不带油杯和油槽，靠镗杆上开的油槽润滑；Ｂ型则带油杯和油槽，使镗杆和镗套之间能充分润滑，从而减少镗套的磨损。固定式镗套优点是外形尺寸小，结构简单，精度高。但镗杆在镗套内一面回转，一面作轴向移动，使镗套容易磨损，因此只适用于低速镗孔。一般摩擦面线速度ｖ＜０.３m／ｓ。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装②回转式镗套。回转式镗套随镗杆一起转动，镗杆与镗套只能相对移动而无相对转动，从而大大减少了镗套的磨损，也不会因摩擦发热而出现“卡死”现象。因此，它适用于高速镗孔。回转式镗套可分为滑动式回转镗套（图４－４１A）和滚动式回转镗套（图４－４１（ｂ）、（C））两种。２）镗套的设计镗套的长度Ｌ直接影响导向性能，根据镗固定式镗套Ｌ＝（１.５～２）d滑动式回转镗套Ｌ＝（１.５～３）d滚动式回转镗套Ｌ＝０.７５d上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装镗套与镗杆及衬套等的配合，根据加工精度要求，按表４－２所列选取。镗套的材料可选用铸铁、青铜、粉末冶金材料制成，硬度一般应低于镗杆的硬度。在生产批量不大时多用铸铁，负荷大时采用２０钢渗碳，经热处理淬硬至５５～６０ＨrC。青铜比较贵，因此多用于生产批量较大的场合。３）镗杆的结构及其参数设计镗杆是连接刀具与机床的辅助工具，不属于夹具范畴。但镗杆的一些设计参数与镗模的设计关系密切，而且不少生产单位把镗杆的设计归于夹具的设计中。镗杆的导引部分是镗杆与镗套的配合，按与之配合的镗套不同，镗杆的导引部分可分为下列两种形式：上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装①固定式镗套的镗杆的导引部分结构。如图４－４２（A）

所示为开油槽的镗杆，镗杆的刚度和强度较好，但镗杆与镗套的接触面积大，磨损大。图４－４２（ｂ）

及４－４２（C）

为有较深直槽和螺旋槽的镗杆，这种结构可大大减少镗杆与镗套的接触面积，沟槽有一定的存屑能力，可以减少出现“卡死”现象，但其刚度降低。当镗杆导向部分的直径大于５０mm时，常常采用图４－４２（d）所示的镶条式结构。镶条应采用摩擦因数小和耐磨的材料，如铜或钢。镶条磨损后，可在底部添加垫片，重新修磨使用。这种结构的摩擦面积小，容屑量大，不容易“卡死”。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装②回转式镗套的镗杆导引部分结构。图４－４３（A）所示为镗套上开有键槽，镗杆上装键。镗杆上的键都是弹性键，当镗杆伸入镗套时，弹簧被压缩，在镗杆旋转过程中，弹性键便自动弹出落入镗套的键槽中并带动镗套一起回转。图４－４３（ｂ）所示为镗套上装键，镗杆上开键槽，镗杆端部做成螺旋导引结构，其螺旋角小于４５°。镗套为带尖键的滚动镗套。当镗杆伸入镗套时，其两侧螺旋面中任一面与尖头键的任一侧相接触，因而拨动尖头键带动镗套回转，可使尖头键自动进入镗杆的键槽内。③镗杆的直径和长度。镗杆的直径和长度对镗杆的刚性影响较大，所以镗杆的设计主要是确定恰当的直径和长度。上一页下一页返回情境4.3镗削加工及工装直径受到加工孔径的限制，但在可能的情况下应尽量取大些，使在一定的长度下有足够的刚度，以保证镗孔的精度，镗杆的直径一般取d＝（０.６～０.８）d。在设计镗杆时，镗孔直径d、镗杆直径d、镗刀的截面积Ｂ×Ｂ之间的关系可从表４－３上选取。根据镗杆的工作情况，一般要求其表面硬度较镗套高。而内部则要有较好的韧性。因此，一般都采用４５钢、４０Cr钢制造，淬火硬度４０～４５ＨrC；也可以用２０钢或２０Cr钢渗碳淬火，渗碳层厚０.８～１.２mm，淬火硬度为６１～６３ＨrC。上一页返回情境4.4磨削加工及工装4.4.1常用磨床的类型及功用用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床用于磨削各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面、齿轮的轮齿表面以及各种成形面等，还可以刃磨刀具，应用范围非常广泛。在所有机床类别中，磨床的种类最多。常用磨床主要有万能外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、各种工具磨床、各种刃具磨床，还有珩磨机、研磨机和超精加工机床等。１.mI４３２A型万能外圆磨床mI４３２A型万能外圆磨床是普通精度级的万能外圆磨床。下一页返回情境4.4磨削加工及工装它主要用于磨削精度IT６～IT７的圆柱形或圆锥形的外圆或内孔，表面粗糙度在rA１.２５～０.０８"m之间。图４－４４是m１４３２A型万能外圆磨床的外形图，它有下列主要部件组成：床身１、头架２、内圆磨具３、砂轮架４、尾座５、滑鞍和横向进给机构６、工作台８。图４－４５是该机床的几种典型加工方法及机床所需要的运动。这种机床的通用性较好，但生产率较低，适用于单件小批量生产。外圆磨削法分为纵向进给磨削法和横向进给磨削法。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装纵向进给磨削法磨外圆时［图４－４５（A），（ｂ），（d）］，工件旋转并与工作台一起作纵向往复运动f纵。工件每一纵向行程或往复行程终了时，砂轮作一次横向进给运动。在磨削最后阶段，在无横向进给的情况下，纵向往复运动几次，一直到火花消失为止，即所谓光磨。这种磨削法适合磨削较长的轴类零件，但走刀次数多，生产率低。把工作台面旋转一定的角度，可以磨削外圆锥面。横向进给磨削法（切入磨削法）磨外圆时［图４－４５（C）］，工件只作旋转运动，没有纵向往复运动，砂轮作连续的横向进给运动。横向进给磨削法主要用于加工磨削长度小于砂轮宽度的工件或刚性好的工件。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装m１４３２A型磨床的运动，是机械和液压联合传动的。工作台纵向往复移动、砂轮架快速进退和周期径向自动切入、尾座顶尖套筒缩回等运动采用液压传动，其余运动都采用机械传动。２.平面磨床平面磨床主要用于磨削各种平面。平面磨削方法分为周面磨削法（轮缘磨削法）和端面磨削法。有些平面磨床采用砂轮的轮缘（圆周）进行磨削，称为周面磨削法或轮缘磨削法，砂轮主轴水平放置（卧轴），如图４－４６（A）（d）所示。用周面磨削法磨削平面时，砂轮与工件接触面积少、发热少、散热快、排屑和冷却容易，可以得到较高的加工精度和表面粗糙度等级，但生产率较低。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装还有一些平面磨床采用砂轮的端面进行磨削，称为端面磨削法，砂轮主轴竖直放置（立轴），如图４－４６（ｂ）、（C）所示。端面磨削法磨头主轴伸出长度短，刚性好，可采用较大的切削用量，磨削面积大，生产率高。但由于砂轮与工件接触面积大，发热多，排屑和冷却困难，故加工精度和表面粗糙度等级较低，在大批量生产中多用于粗加工和半精加工。平面磨床的工作台有矩形和圆形两种。前者适宜加工长工件，但工作台作往复运动，较易发生震动；后者适宜加工短工件或圆工件的端面，工作台连续旋转，无往复冲击。３.内圆磨床内圆磨床主要有普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星运动内圆磨床。普通内圆磨床是生产中应用最广的一种。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装内圆磨床可以磨削圆柱形或圆锥形的通孔、盲孔、阶梯孔。图４－４７（A）

是用纵磨法磨孔，图４－４７（ｂ）是用切入法磨孔。图４－４７（A）、（ｂ）的f横是切入运动。有的内圆磨床还附有磨削端面的磨头，可以在一次装夹下磨削端面和内孔，以保证端面垂直于孔中心线，如图４－４７（C）和（d）所示，此时f纵是切入运动。磨孔时，砂轮尺寸受到孔径尺寸限制，砂轮轴径一般为孔径的０.５～０.９倍，因此刚性较差，影响内圆磨孔质量和生产率。内圆磨削时，因为砂轮尺寸小，若使砂轮的圆周速度达到一般的２５～３０m／ｓ，就需要极高的转速。４.无心磨床（无心外圆磨床）上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装无心外圆磨削是外圆磨削的一种特殊形式。如图４－４８所示，磨削时，工件不用顶尖来定心和支承，而是直接将工件５放在砂轮１和导轮２之间，用托板３支承着，工件被磨削的外圆做定位面。导轮２是用树脂或橡胶为粘结剂制成的刚玉砂轮，它与工件５之间的摩擦系数较大，工件由导轮的摩擦力带动旋转。导轮的线速度一般在１０～５０m／min左右，工件的线速度基本上等于导轮的线速度。磨削砂轮１就是一般外圆磨削砂轮，其线速度很高，所以磨削砂轮与工件之间有很大的切削速度。在无心磨床上加工工件时，工件不需打中心孔，且装夹工件省时省力，可连续磨削，所以生产效率较高。为了避免磨削出棱圆形工件，工件的中心应高于磨削砂轮与导轮中心的连心线。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装因为，这样就使工件和导轮及砂轮的接触，相当于在假想的Ｖ形槽中转动，工件的凸起部分和Ｖ形槽的两侧面不可能对称的接触，因此，就可使工件在多次运动中，逐步磨圆。工件中心高出的距离约为工件直径的１５％～２０％。如果高出的距离过大，导轮对工件的向上方向垂直分力也随着增大，磨削时易引起工件跳动，影响加工表面的粗糙度，所以，高出的距离不宜过大。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装4.4.2砂轮砂轮是用结合剂把磨料粘结起来，经压坯、干燥和焙烧的方法制成的。砂轮的特性由下列参数来确定：磨料、粒度、结合剂、硬度、组织及形状尺寸。１.磨料常用磨料有刚玉类、碳化硅类及高硬磨料类。刚玉类磨料的主要成分是Aｌ２Ｏ３，由于它的纯度不同和加入金属元素不同，而分为不同的品种。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等为基体，也是因材料的纯度不同而分为不同品种。高硬磨料系主要有人造金刚石和立方氮化硼。其性能及适用范围见表４－４。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装２.粒度粒度分为磨粒及微粉二类。磨粒用筛选法分级，如粒度６０＃的磨粒，表示其大小正好能通过１英寸长度上孔眼数为６０的筛网。直径小于４０“m的磨粒称为微粉，微粉按实际尺寸大小表示，如尺寸为２８”m的微粉，其粒度号标为Ｗ２８（表4--5）。磨粒的粒度直接影响磨削的表面质量和生产率。一般粗磨时磨削量较大，要求较高的磨削效率，宜选用粒度粗的砂轮；精磨时，为了获得小的表面粗糙度及高的廓形精度，宜选用粒度细的砂轮。当工件材料软、塑性大时，为避免砂轮堵塞应选用粒度粗的砂轮。当磨削的面积大时，为避免过度发热而引起工件表面烧伤，也应选用粒度粗的砂轮。３.结合剂上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装结合剂的作用是将磨粒粘结在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。常用的结合剂的性能及适用范围见表４－６。４.硬度砂轮的硬度是指磨粒在外力作用下自砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，磨粒难以脱落；砂轮软，磨粒容易脱落。砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念。砂轮硬度等级见表４－７。一般情况下，软材料选用较硬砂轮，硬材料选用较软砂轮。粗磨采用较软砂轮，精磨采用较硬砂轮。当工件材料太软（如有色金属、橡胶、树脂等）时，为避免砂轮堵塞应选用较软的砂轮。当工件与砂轮接触面积大时，应选用较软砂轮。５.组织上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装砂轮组织是指磨粒、结合剂与气孔三者之间的体积比。根据磨粒在砂轮总体积中所占的比例，将砂轮组织分为紧密、中等、疏松三大级，细分为１５个号（表４－８）。组织号越小，磨粒所占比例越大，表明组织越紧密，气孔越少。反之，组织号越大，表明组织越疏松，气孔越多。砂轮中气孔可以容纳切屑，不易堵塞，并把切削液带入磨削区，使磨削温度降低，避免烧伤和产生裂纹，减少工件的热变形。但气孔太多，磨粒含量少，容易磨钝和失去正确外形。一般７～９级组织的砂轮最常用。在精密磨削及成形磨削时应采用较紧密的砂轮；而在平面磨削、内圆磨削及磨削热敏性强的材料时应选用较疏松的砂轮。上一页下一页返回情境4.4磨削加工及工装4.4.3磨削原理１.磨料的形状特征磨料的形状是很不规则的、但大多呈菱形八面体。顶锥角在８０°～１４５°范围内，但大多数为９０°～１２０°。因此，磨削时磨粒基本上都以很大的负前角进行切削。一般磨粒切削刃都有一定大小的圆弧，其刃口圆弧半径在几微米到几十微米之间，磨粒磨损后，其负前角和圆弧半径rn都将增大。２.磨屑形成过程上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装由于砂轮工作表面形貌特点，其磨粒工作状态有三种：一种是参加切除金属的称为有效磨粒；第二种是与切削层金属不接触的称无效磨粒；第三种是刚好与切削层金属接触，仅产生滑擦而切不下金属。现将一个有效磨粒切削过程分析如下（图４－４９）：当磨粒刚进入切削区时，磨粒与切削层金属产生挤压和摩擦。随着切入，挤压力加大，磨粒切入工件，但只刻划出沟槽，金属被挤压向两侧，形成隆起；当继续切入时，磨粒切削厚度进一步加大，磨粒前面的金属开始形成磨屑。因此，磨屑形成过程可划分三个阶段：滑擦阶段、刻划阶段和切屑形成阶段。３.磨削力的主要特征上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装（１）虽然单个磨粒切除的材料很少，但砂轮表层有大量磨粒同时工作，而且由于磨粒几何形状的随机性和参数不合理，磨削时的单位磨削力很大，可达７００００n／mm２以上。（２）总磨削力可分解为三个分力：径向分力fｘ、切向分力fｙ、轴向分力fｚ，如图４－５０所示，三向分力中径向分力fｘ最大。因径向分力fｘ与砂轮轴、工件的变形及振动有关，直接影响加工精度和表面质量，故该力是十分重要的。１）磨削温度概念①工件平均温度。指磨削热传入工件而引起的工件温升，它影响工件的形状和尺寸精度。在精密磨削时，为获得高的尺寸精度，要尽可能降低工件的平均温度并防止局部温度不均。上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装②磨粒磨削点温度。指磨粒切削刃与切屑接触部分的温度，是磨削中温度最高的部位，其值可达１０００℃左右，是研究磨削刃的热损伤、砂轮的磨损、破碎和粘附等现象的重要因素。③磨削区温度。它是砂轮与工件接触区的平均温度，一般约有５００℃～８００℃，它与磨削烧伤和磨削裂纹的产生有密切关系。磨削加工工件表面层的温度分布，是指沿工件表面层深度方向温度的变化，它与加工表面变质层的生成机理、磨削裂纹和工件的使用性能有关。２）影响磨削温度的因素影响磨削温度的因素有磨削用量，砂轮参数等。磨削用量对磨削温度的影响关系如下：上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装①随着砂轮径向进给量fr的增大，即磨削深度Aｐ的增大，工件表面温度升高。②随着工件速度Ｖｗ的增大，工件表面温度可能有所减小。③随着砂轮速度Ｖｓ的增大，工件表面温度升高。所以，要使磨削温度降低，应该采用较小的砂轮速度和磨削深度，并加大工件速度。而砂轮硬度对磨削温度的影响有明显规律，砂轮软，磨削温度低，砂轮硬，磨削温度高。５.砂轮的磨损及耐用度砂轮磨损有三种基本形态：磨耗磨损、破碎磨损及脱落磨损。（１）磨耗磨损。磨耗磨损表现为砂轮磨粒上形成磨损小棱面。上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装在磨削过程中，由于工件硬质点的机械摩擦，高温氧化及扩散等作用均会使磨粒切刃产生耗损钝化。（２）破碎磨损。磨粒在磨削过程中，经受反复多次急热急冷，在磨粒表面形成极大的热应力，最后磨粒沿某面出现局部破碎。（３）脱落磨损。磨削过程中，随磨削温度的上升，结合剂强度相应下降。当磨削力增大超过结合剂强度时，整个磨粒从砂轮上脱落，即成脱落磨损。砂轮磨损的结果，导致磨削性能的恶化，其主要形式有钝化型、脱落型（外形失真）及堵塞型三种。当砂轮硬度较高，修整较细，磨削载荷较轻时，易出现钝化型。这时，加工表面质量虽较好，但金属切除率显著下降。上一页下一页返回境4.4磨削加工及工装

当砂轮硬度较低，修整较粗，磨削载荷较重时，易出现脱落型。这时，砂轮廓形失真，严重影响磨削表面质量及加工精度。在磨削碳钢时由于切屑在磨削高温下发生软化，嵌塞在砂轮空隙处，形成嵌入式堵塞；在磨削钛合金时，由于切屑与磨粒的亲和力强，使切屑熔结粘附于磨粒上，形成粘附式堵塞。砂轮堵塞后即丧失切削能力，磨削力及温度剧增，表面质量明显下降。上一页返回情境4.5钻削加工及工装4.5.1钻床钻床主要是用钻头钻削直径不大，精度要求较低的孔，此外还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。加工时，工件固定不动，刀具旋转形成主运动，同时沿轴向移动完成进给运动。钻床的应用很广，其主要加工方法见图４－５１。钻床的主要类型有台式钻床、主式钻床、摇臂钻床以及深孔钻床等。１.立式钻床立式钻床是应用较广的一种机床，其主参数是最大钻孔直径，常用的有２５mm、３５mm、４０mm和５０mm等几种。下一页返回情境4.5钻削加工及工装立式钻床的特点是主轴轴线是垂直布置，而且位置是固定的。加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，必须移动工件，因此立式钻床只适用于加工中小型工件上直径d≤５０mm的孔。图４－５２是立式钻床的外形图。变速箱中装有主运动变速传动机构，进给箱中装有进给运动变速机构及操纵机构。加工时，进给箱固定不动，转动操纵手柄，由主轴随主轴套筒在进给箱中作直线移动来完成进给运动。工作台和进给箱都装在立柱的垂直导轨上，并可上下调整位置，以适应加工不同高度的工件。２.摇臂钻床上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装摇臂钻床广泛地用于大、中型工件上直径d≤８０mm孔的加工。其外形如图４－５３。主轴箱可以在摇臂上水平移动，摇臂既可以绕立柱转动，又可沿立柱垂直升降。加工时，工件在工作台或机座上安装固定，通过调整摇臂和主轴箱的位置，使主轴５中心线与被加工孔的中心线重合。３.其他钻床台钻是一种加工小型工件上孔径d＝０.１～１３mm的立式钻床；多轴钻床可同时加工工件上的很多孔，生产率高，广泛用于大批量生产；中心孔钻床用来加工轴类零件两端面上中心孔；深孔钻床用于加工孔深与直径比ｌ／d＞５深孔。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装4.5.2钻床加工及刀具１.钻孔钻孔最常用的刀具是麻花钻。用麻花钻钻孔的尺寸精度为IT１３～IT１１，表面粗糙度rA值为５０～１２.５"m，属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工，例如螺栓孔、油孔等，也可作为质量要求较高孔的预加工。麻花钻由工具厂专业生产，其常备规格为!０.１～!８０mm。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成，见图４－５４。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装柄部是钻头的夹持部分，用以传递扭矩和轴向力。柄部有直柄和锥柄两种形式，钻头直径小于１２mm时制成直柄，见图（ｂ）；钻头直径大于１２mm时制成莫氏锥度的圆锥柄，见图（A）。锥柄后端的扁尾可插入钻床主轴的长方孔中，以传递较大的扭矩。颈部是柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。钻头的工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作，如图（C）所示，切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。螺旋槽的一部分为前刀面，钻头的顶锥面为主后刀面。导向部分的作用是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的后备部分。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装导向部分有两条螺旋槽和两条棱边，螺旋槽起排屑和输送切削液作用，棱边起导向、修光孔壁作用。导向部分有微小的倒锥度，即从切削部分向柄部每１００mm长度上钻头直径dｏ减少０.０３～０.１２mm，以减少与孔壁的摩擦。麻花钻的主要几何角度有顶角２!、螺旋角%、前角“ｏ、后角#ｏ和横刃斜角&等。这些几何角度对钻削加工的性能、切削力大小、排屑情况等都有直接的影响，使用时要根据不同加工材料和切削要求来选取。麻花钻虽然是孔加工的主要刀具，长期以来一直被广泛使用，但是由于麻花钻在结构上存在着比较严重的缺陷，致使钻孔的质量和生产率受到很大影响，这主要表现在：上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装（１）钻头主切削刃上各点的前角变化很大，钻孔时，外缘处的切削速度最大，而该处的前角最大，刀刃强度最薄弱，因此钻头在外缘处的磨损特别严重。（２）钻头横刃较长，横刃及其附近的前角为负值，达－５５°～－６０°。钻孔时，横刃处于挤刮状态，轴向抗力较大。同时横刃过长，不利于钻头定心，易产生引偏，致使加工孔的孔径增大、孔不圆或孔的轴线歪斜等。（３）钻削加工过程是半封闭加工。钻孔时，主切削刃全长同时参加切削，切削刃长，切屑宽，而各点切屑的流出方向和速度各异，切屑呈螺卷状，而容屑槽又受钻头本身尺寸的限制，因而排屑困难，切削液也不易注入切削区域，冷却和散热不良。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装大大降低了钻头的使用寿命。针对标准高速钢麻花钻存在的缺陷，在实践中采取多种措施修磨麻花钻的结构。如修磨横刃，减少横刃长度，增大横刃前角，减小轴向受力状况；修磨前刀面，增大钻芯处前角；修磨主切削刃，改善散热条件；在主切削刃后面磨出分屑槽，利于排屑和切削液注入，改善切削条件等等。用麻花钻综合修磨而成的新型钻头，即“群钻”。图４－５５是标准型群钻结构，适合于钻削碳素钢和低合金钢。其修磨主要特征为：①将横刃磨短、磨低，改善横刃处切削条件。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装①将横刃磨短、磨低，改善横刃处切削条件。②将靠近钻心附近主刃修磨成一段顶角较大的内直刃和一段圆弧刃，以增大该段切削刃前角。同时，对称的圆弧刃在钻削过程中起到定心及分屑作用。③在外直刃上磨出分屑槽，改善断屑、排屑情况。经过综合修磨而成的群钻，切削性能显著改善。钻削轴向力比标准麻花钻下降３５％～５０％，转矩降低１０％～３０％，切削轻快省力；改善了散热、断屑及冷却润滑条件，耐用度比标准麻花钻提高了３～５倍；另外，生产率、加工精度、表面质量都有所提高。２.钻深孔上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装对于孔的深度与直径之比ｌ／d＝５～１０的普通深孔，可以用接长麻花钻加工；对于孔的深度与直径之比ｌ／d＞５～１０的深孔，必须采用特殊结构的深孔钻才能加工。深孔加工难度大，技术要求高，这是深孔加工的特点所决定的。因此，设计和使用深孔钻时应注意钻头的导向，防止偏斜；保证可靠的断屑和排屑；采取有效的冷却和润滑措施。下面介绍几种常见深孔钻的工作原理与结构特点。１）单刃外排屑深孔钻单刃外排屑深孔钻又称枪钻。主要用于加工直径d＝３～２０mm，孔深与直径之比ｌ／d＞１００的小深孔。其工作原理见图４－５６。上一页下一页返回情境4.5钻削加工及工装切削时高压切削液（约为３.５～１０MＰa）从钻杆和切削部分的进液孔注入切削区域，以冷却、润滑钻头，切屑经钻杆与切削部分的Ｖ形槽冲出，因此称之为外排屑。枪钻的特点