《金属切削机床》-教学单元4

4-1任务的引入

铣床的用途十分广泛，在铣床上可以加工平面、沟槽、分齿零件(齿轮、链轮、棘轮、花键轴等)、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种成型和非成型曲面。此外，还可以加工内外回转表面，以及进行切断工作等，如图4-1。任务一键槽铣削铣削键槽，采用哪种装夹方式，选择什么刀具，工序如何编排，机床如何调整。下一页返回4-1任务的引入

任务二使用分度头分度分度头分度，采用哪种分度方法，分度头、机床如何调整。任务三典型平面零件的铣削加工(学生独立完成)

通过典型平面零件铣削加工，掌握熟悉平面和槽的铣削和检测技能，正确区分顺、逆铣，掌握设备和工艺装备的选择与使用，厂解机加工工艺系统对被加工零件的加工精度影响。上一页返回4-2相关知识4-2-1铣床的分类铣床的分类方法类很多，根据铣床的控制方式可以将其分为通用铣床和数控铣床两大类;根据布局和用途又可分为卧式铣床和立式铣床等，见图4-2、图4-3。常见主要类型有卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床，此外还有仿形铣床、仪表铣床和各种专门化铣床(如键槽铣床、曲轴铣床)。下一页返回4-2相关知识4-2-2X6132型万能升降台铣床的组成及传动系统一、X6132型万能升降台铣床主要组成部件

X6132臣卡式万能升降台铣床型号中各字母、数字含义如下:X—铣床;6—卧式升降台铣床;1—万能升降台铣床;32—主参数为工作台宽度(折算系数为1/10)，即工作台宽度为320mm。

X6132卧式万能升降台铣床的主要组成部分如图4-2所示。

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(1)床身1床身用来固定和支承铣床上所有的部件。电动机2、主轴变速机构3、主轴4等安装在它的内部。

(2)横梁5横梁的上面可安装吊架7，用来支承刀杆6外伸的一端，以加强刀杆的刚性。横梁可沿床身的水平导轨移动，以调整其伸出的长度。

(3)主轴4主轴是空心轴，前端有7:24的精密锥孔，用来安装铣刀刀杆并带动铣刀旋转。

(4)纵向工作台8纵向工作台可以在转台的导轨上作纵向移动，以带动台面上的工件作纵向进给。

(5)横向工作台10横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。上一页下一页返回4-2相关知识

(6)转台9转台的唯一作用是能将纵向工作台在水平面内扳转一个角度(正、反最大均可转过45)，以便铣削螺旋表面或槽等。

(7)升降台11升降台可以使整个工作台沿床身的垂直导轨上下移动，以调整工作台面到铣刀的距离，并作垂直进给。带有转台的卧铣，由于其工作台除厂能作纵向、横向和垂直方向移动外，尚能在水平面内左右扳转45，因此称为万能卧式铣床。二、X6132型万能升降台铣床的传动系统

X61犯型万能升降台铣床的传动系统一般是由主运动传动链、进给运动传动链及工作台快速移动传动链组成。上一页下一页返回4-2相关知识

铣床的主运动传动链的两端件是电动机与主轴，其任务是通过主变速传动装置把电动机的运动传给主轴，使其获得各种不同的转速，以满足加工的需要。进给运动传动链及工作台快速移动传动链的传动，使机床获得纵向、横向及垂直三个方向的工作进给或快速调整移动，以满足不同的加工需要。图4-4为X61犯型万能卧式升降台铣床传动系统，图中数字标号为齿轮的齿数。

1.主运动铣床的主运动是主轴的旋转运动。主运动传动链首端件为主电动机(轴I)，经且一W轴，最后传至末端件轴V(主轴)。主轴旋转方向的改变由主电动机正反转实现，主轴的制动由多片式电磁制动器M来控制。上一页下一页返回4-2相关知识2.进给运动

X61犯型万能卧式升降台铣床工作台可在相互垂直的三个方向作进给运动和快速移动。

3.工作台快速移动工作台的快速移动用于分别调整工作台在纵向、横向或垂直方向的位置。

4-2-3X6132型万能升降台铣床典型机构一、主轴部件主轴部件用于安装铣刀并带动其旋转，是保证机床加工精度和表面质量的关键部件，如图4-5。上一页下一页返回4-2相关知识

由于铣床采用多齿刀具，引起铣削力周期性变化，从而使切削过程产生振动，这就要求主轴部件具有较高的刚度和抗振性，因此主轴采用三支承结构。

图4-6为X6132型万能卧式升降台铣床主轴部件结构，前支承采用圆锥滚子轴承6,用以承受径向力和向左的轴向力;中间支承采用圆锥滚子轴承4，用以承受径向力和向右的轴向力;后支承采用单列深沟球轴承2，只承受径向力。主轴的回转精度即工作精度主要由前支承和中间支承来保证，后支承只起辅助支承作用。当主轴的回转精度由于轴承磨损而降低时，须对主轴轴承进行调整。上一页下一页返回4-2相关知识

调整时，先移开悬梁并拆下床身盖板，拧松螺母11上的锁紧螺钉3，用专用勾头扳手勾住螺母11的轴向槽，然后用一根短铁棒通过主轴前端的端面键8，扳动主轴作顺时针旋转，使中间支承的内圈向右移动而消除中间支承4的间隙;再继续转动主轴，使主轴向左移动，通过主轴前端的台肩推动前轴承内圈一起向左移动，从而消除前支承6的间隙。调整好后，必须拧紧锁紧螺钉3，盖上盖板并恢复悬梁位置。飞轮9用螺钉和定位销与主轴上的大齿轮紧固定在一起，利用它在高速运转中的惯性，缓和铣削过程中的铣刀齿的断续切人而产生的冲击振动。上一页下一页返回4-2相关知识

二、孔盘变速操纵机构

X6132型铣床的主运动及进给运动的变速都采用厂孔盘变速操纵机构进行控制，下面以主变速操纵机构为例介绍其工作原理。

图4-7所示为利用孔盘变速操纵机构控制三联滑移齿轮的原理图。主变速操纵机构的结构如图4-8所示。它是安装在床身立柱左侧面的一个独立部件，由手柄1和速度盘10，进行变速操纵。变速时，将手柄1向外拉出，则手柄1以销轴2为回转中心，脱开定位销3在手柄槽中的定位;然后按逆时针方向转动手柄1约250，经操纵盘9、平键而使齿轮套筒4转动。上一页下一页返回4-2相关知识

再经齿轮5使齿条轴11向右移动，其上的拨叉12便拨动孔盘8向右移动，使孔盘8脱开各组齿条轴，为孔盘8的转位作好准备;转动速度盘10至所需转速位置，经一对锥齿轮使孔盘8转过相应的角度;最后，将手柄1推回到原来位置并重新定位，则孔盘8向左移动而推动各组齿条轴作相应的位移，实现转速的变换。变速时，为厂使滑移齿轮在改变啮合位置时易于啮合，机床上设有主电动机瞬时冲动装置，它利用齿轮5上的凸块6压动微动开关7，以瞬时接通电动机电源，使主电动机实现一次瞬时冲动，带动主变速箱内的传动齿轮以缓慢的速度转动，滑移齿轮即可顺利地移动到另一啮合位置工作。三、工作台及顺铣机构

(1)工作台结构

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升降台式铣床工作台的纵向进给及快速移动一般采用杠螺母副传动。图4-9所示为X61犯型万能卧式升降台铣床工作台结构图。它由工作台7、床鞍1、回转盘3三层组成。床鞍1用它的矩形导轨与升降台(图中未示出)的导轨相配合，使工作台在升降台导轨上作横向移动。工作台不作横向移动时，可通过手柄13经偏心轴12的作用将床鞍夹紧在升降台上。工作台7可沿回转盘3上面的燕尾导轨作纵向移动。上一页下一页返回4-2相关知识(2顺铣机构在铣床上加工工件时，常常采用逆铣和顺铣两种加工方式。逆铣:当工件的进给方向与圆柱铣刀的切削速度的方向相反称为逆铣。顺铣:当工件的进给方向与圆柱铣刀的切削速度的方向相同称为顺铣。顺铣有利于提高刀具的耐用度和工件装夹的稳定性，但容易引起工作台窜动，甚至造成事故。因此顺铣时机床应具有消除丝杠与螺母之间间隙的装置，并且顺铣的加工范围应限于无硬皮的工件。精加工时，铣削力小，不易引起工作台的窜动，多采用顺铣。因为顺铣无滑移现象，加工后的表面质量较好。上一页下一页返回4-2相关知识

顺铣时，铣刀始终有一个向下的分力压紧工件，使铣削平稳;顺铣时，每个刀齿的切削厚度是从最大减小到零，易于切人工件，而且切出时对已加工面的挤压摩擦也小，刀刃磨损较慢，加工表面质量较高;顺铣时消耗在进给运动方向上的功率较小。顺铣时，刀刃从工件外表面切人，当工件是有硬皮和杂质的毛坯件时，刀刃易磨损和损坏;顺铣时，铣刀对工件的水平分力与进给方向相同，所以会拉动工作台，当丝杠与螺母、轴承的轴向间隙较大时，工作台被拉动将使铣刀每齿进给量突然增大，造成刀齿折断，刀轴弯曲，工件和夹具移动，甚至损坏机床。逆铣多用于粗加工，加工有硬皮的铸件、锻件毛坯时采用逆铣;使用无丝杠螺母调整机构的铣床加工时，也应采用逆铣。上一页下一页返回4-2相关知识

逆铣时，由于刀刃不是从工件的外表面切人，故铣削表面有硬皮的工件，对刀刃损坏的影响较小，但此时每个刀齿的切削厚度是从零增大到最大值，由于刀齿的刃口总有一定的圆弧，所以，刀齿接触工件后要滑动一段距离才能切人工件，刀刃易磨损，并使已加工面受挤压和摩擦，影响加工表面的质量。逆铣时，水平分力与工件进给方向相反，不会拉动工作台，丝杠与螺母、轴承之间总是保持紧密接触而不会松动，但逆铣时会产生向上的垂直分力，使工件有上抬的趋势，因此，必须使工件装夹牢固，而且垂直分力在切削过程中是变化的，易产生振动，影响工件表面粗糙度。逆铣时消耗在进给方向上的功率较大。

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逆铣时切削力F的水平分力FX的方向与进给运动f相反(见图4-10(a));若工作台向右进给，则丝杠螺纹左侧与螺母螺纹右侧接触，而在螺纹的另一侧则存在间隙。

图4-10为X6132型卧式铣床所用的顺铣机构结构图。此顺铣机构由右旋丝杠3、左螺母1、右螺母2、冠状齿轮4,齿条5及弹簧6等组成。其工作原理如下:齿条5在弹簧6作用下向右移(A-A截面)，推动冠状齿轮4及沿图中箭头方向回转，带动左、右螺母1及2沿相反方向回转，使左螺母1的螺纹左侧紧靠丝杠螺纹右侧，右螺母2的螺纹右侧紧靠}杠螺纹左侧。机床工作时，工作台所受向右的作用力通过丝杠由左螺母1承受;向左的作用力由右螺母2承受。上一页下一页返回4-2相关知识四、进给变速箱结构

X6132型铣床的进给速箱结构如图4-11所示。五、工作台纵向进给操纵机构

X6132型铣床工作台纵向进给操纵机构如图4-12所示。六、工作台的横向和垂向进给操纵机构

X6132型铣床工作台的横向和垂直方向进给操纵机构如图4-13所示。上一页下一页返回4-2相关知识4-2-4铣床附件一、万能分度头(dividinghead)

在铣削加工中，常会遇到铣六方、齿轮、花键和刻线等工作。这时，工件每铣过一面或一个槽之后，需要转过一个角度，再铣削第二个面、第二个槽等。这种工作叫做分度。分度头就是根据加工需要，对工件在水平、垂直和倾斜位置进行分度的机构(见图4-14、图4-15及图4-16)。其中最为常见的是万能分度头。1.万能分度头的用途升降台式铣床配备有多种附件，用来扩大工艺范围，其中万能分度头是常用的一种附件被加工的工件装在万能分度头主轴的顶尖或卡盘上，可进行以下工作:上一页下一页返回4-2相关知识①使工件绕轴线回转一定角度，以完成等分或不等分的圆周分度工作。如加工方头、六角头、齿轮、链轮以及不等分刀齿的铰刀等;②通过配换齿轮，由分度头带动工件连续转动，并与工作台的纵向进给运动相配合，可加工螺旋槽、螺旋齿轮和阿基米德螺旋线凸轮;③用卡盘夹持工件，使工件轴线相对于铣床工作台面倾斜一所需的角度，用于加工与工件轴线相交一定角度的沟槽或平面等。

2.万能分度头的构造下面以FW125型万能分度头为例，说明分度头的构造及调整方法。图4-17为其外形及传动系统。上一页下一页返回4-2相关知识3.简单分度法分度数日较多时，可采用简单分度法。分度前应使蜗杆与蜗轮啮合，用锁紧螺钉9将分度盘7固定使之不能转动，并调整插销J使其对准所选分度盘的孔圈。分度时先拔出插销J,转动手柄K，带动分度头主轴回转至所需分度位置，然后将插销重新插人分度盘孔中，如

图4-18。设工件所需等分数为Z，即每次分度时分度头主轴应转过1/Z转。

4.差动分度法由于分度盘上所具有的孔圈有限，某些分度数因选不到合适的孔圈而不可能用简单分度法进行分度，例如73,83,113等。这时可采用差动分度法来分度。

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差动分度时，应松开锁紧螺钉，使分度盘能被锥齿轮带动回转，并在分度头主轴后端锥孔内装上传动轴，经配换齿轮a,b,c,d与轴Ⅱ连接(图4-19)。二、铣螺旋槽的调整在万能升降台铣床上，用万能分度头铣螺旋槽时，应进行以下调整工作(图4-20)。

(1)工件夹持在分度头主轴顶尖上，并用尾座顶尖支承，将工作台绕垂直轴线偏转一角度，使铣刀旋转平面与工件螺旋槽的方向一致。工作台偏转方向根据螺旋槽的螺旋方向决定。

(2)在工作台纵向进给丝杠与分度头主轴之间，用配换挂轮Z1,Z2,Z3和Z4联系起来。上一页下一页返回4-2相关知识

当工作台和工件沿工件轴线方向移动时，将经过丝杠、配换齿轮(Z1/Z2)X(Z3/Z4)及分度头传动，带动工件作相应的回转运动。二、万能铣头在卧式铣床上装上万能铣头，不仅能完成各种立铣的工作，而且还可以根据铣削的需要，把铣头主轴扳成任意角度。

图4-21(a)为万能铣头(将铣刀2扳成垂直位置)的外形图。其底座1用螺栓5固定在铣床的垂直导轨上。铣床主轴的运动通过铣头内的两对锥齿轮传到铣头主轴上。铣头的壳体3可绕铣床主轴轴线偏转任意角度(图4-21(b))。铣头主轴的壳体4还能在壳体3上偏转任意角度(

图4-21(c))。因此，铣头主轴就能在空间偏转成所需要的任意角度。上一页下一页返回4-2相关知识

三、回转工作台回转工作台，又称为转盘、平分盘、圆形工作台等。其外形见图4-22。它的内部有一套蜗轮蜗杆。摇动手轮4，通过蜗杆轴3，就能直接带动与转台2相连接的蜗轮转动。转台周围有刻度，可以用来观察和确定转台位置。拧紧固定螺钉5，转台就固定不动。转台中央有一孔，利用它可以方便地确定工件的回转中心。当底座1上的槽和铣床工作台上的T形槽对齐后，即可用螺栓把回转工作台固定在铣床工作台上。铣圆弧槽时(图4-22)，工件安装在回转工作台上。铣刀旋转，用手均匀缓慢地摇动回转工作台而使工件铣出圆弧槽。

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四、平口钳平口钳是一种通用夹具，经常用其安装小型工件。使用时先把平口钳钳口找正并固定在工作台上，然后再安装工件。常用的按划线找正的安装方法如图4-23所示。4-2-5其他铣床简介一、龙门铣床

1.主参数工作台面宽度。

2.主要特征具有多个铣头，生产率高，在成批、大量生产中广泛应用。上一页下一页返回4-2相关知识

龙门铣床包括有床身、架设在床身上的工作台及控制系统。具有龙门式框架和卧式长床身的铣床。龙门铣床加工精度和生产率均较高，适合在成批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面。龙门铣床(图4-24)由立柱和顶梁构成门式框架。横梁可沿两立柱导轨作升降运动。横梁上有1~2个带垂直主轴的铣头，可沿横梁导轨作横向运动。两立柱上还可分别安装一个带有水平主轴的铣头，它可沿立柱导轨作升降运动。这些铣头可同时加工儿个表面。每个铣头都具有单独的电动机(功率最大可达150kW、变速机构、操纵机构和主轴部件等。加工时，工件安装在工作台上并随之作纵向进给运动。上一页下一页返回4-2相关知识

大型龙门铣床(工作台6mx22m)的总重量达850t。龙门铣床还有一些变型以适应不同的加工对象。①龙门铣锁床:横梁上装有可铣可锁的铣锁头，其主轴(套筒或滑枕)能作轴向机动进给并有运动微调装置，微调速度可低至5mmn/min。②桥式龙门铣床:加工时工作台和工件不动，而由龙门架移动。其特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行程可达20m，便于加工特长或特重的工件。并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动是进给运动，铣刀的旋转运动是主运动。在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生产效率比较高，适用于成批和单件生产。上一页下一页返回4-2相关知识3.主要用途主要用于加工大型工件上的平面、沟槽等。二、立式升降台铣床立式升降台铣床外形结构如图4-25所示。1.分类及其特点

(1)铣头与床身连成整体的称为整体立式铣床。其主要特点是刚性好。

(2)铣头与床身分为两部分，中间靠转盘相连的称为回转式立式铣床。其主要特点是根据加工需要，可将铣头主轴相对于工作台台面扳转一定的角度，使用灵活方便，应用较为广泛。

2.主参数立式铣床主参数为工作台面宽度。上一页返回4-3任务的实施4-3-1机床参数的确定任务一尾座套筒定向键槽铣削

1.零件图分析本任务需要铣削的工件材料为HT200铸铁，导向键槽宽度12H11，长度282mm(理论正确尺寸)，表面粗糙度要求Ra3.2，属于开口键槽，但因为键槽收尾部分为垂直面内的圆弧面，所以选用卧式铣床加工。一般采用三面刃盘铣刀，由于铣刀的摆差会扩大键槽宽度尺寸，所以铣刀宽度应比所需键槽宽度稍小一些，根据三面刃盘铣刀直径不同，通常减小0.2~0.4mm左右。

下一页返回4-3任务的实施2.刀具选用卧式铣床铣键槽一般采用三面刃盘铣刀，由于铣刀的摆差会扩大键槽宽度尺寸，所以铣刀宽度应比所需键槽宽度稍小一些，根据三面刃盘铣刀直径不同，通常减小0.2~0.4mm左右。铣刀直径的选择:铣刀直径的选择可按下式计算:D>2t+d式中D—铣刀直径(mm);t—工件厚度(或棒料的直径)(mm);d—刀杆垫圈直径(mm)上一页下一页返回4-3任务的实施

本任务选用必120mm，宽度11.6mm的高速钢三面刃盘铣刀。铣刀选好装夹后，即可调整铣刀与工件的相对位置，使铣刀中心对准轴的中心。对中心的方法有:(1)用对称测量法对中心

(2)按工件侧面对中心:先使铣刀侧面刀刃接触工件侧面(要使铣刀转动，为厂避免划伤工件，要在工件侧面用油贴上一层薄纸，以铣刀把纸划直为准)，然后降下工作台，再横向移动一个距离AoA值可用下式算出:A=D/2+B/2+b(mm)上一页下一页返回4-3任务的实施式中D—工件直径(mm);B—铣削宽度(mm);b—贴纸厚度(一般薄纸厚度为0.05mm)。

(3)按切痕对中心:这种对刀方法是铣削中最常用对刀方法之一。先把工件调整到大致在铣刀中心的下面，开动机床使铣刀旋转，再慢慢上升工作台，使铣刀在工件表面上切出个椭圆形的切痕，依据痕迹来判断铣刀与工件位置。移动横向工作台，逐步调整吃刀深度，使铣刀的两侧刀刃之刀尖同时加人轴内，形成两个直角边，即为中心位置。铣刀对中心后，即可调整铣削深度:首先使旋转的铣刀轻微擦划工件表面，然后移动纵向工作台，将工件退离铣刀，再上升工作台至槽深尺，即可开始铣削。

上一页下一页返回4-3任务的实施3.切削参数选择由于工件是铸铁件，使用高速钢铣刀，导向键槽需要在一次装夹中完成加工，表面粗糙度要求Ra3.2，所以按精铣选择切削用量，每转进给量0.2~1.0mm(取1.0mm，纵向进给量取23.5mm/min。

4.装夹方案工件单件、小批生产时采用平口钳夹紧，加工前应校正平口钳钳口与工作台纵向进给的平行度。装夹工件时，不要使工件伸出钳口太长，以防止切断过程中产生颤动。

5.铣床参数的确定

(1)任务一零件属于中、小型零件，适用的铣床种类很多，如X62W,X6132等型号，其中X6132型普通铣床应用广泛，具有典型性，所以本任务选用X6132型普通铣床。

上一页下一页返回4-3任务的实施(2)X6132型普通铣床主参数(工作台宽度)320mm，最大铣削工件长度700mm,满足工件加工要求。6.X6132型普通铣床调整

(1)主运动传动系统调整:(1)转动主轴箱侧面变速手柄，至刻度盘示值30r/min处。

(2)进给运动传动系统调整:转动进给箱侧面变速手柄，至刻度盘示值23.5mm/min处(相当于封杠3.91r/mn)。

7.键槽加工的主要问题有上一页下一页返回4-3任务的实施

(1)键槽的中心线与轴的中心线不重合，原因是在对中心时未有对正，或工作台横向位置有松动现象等，对于键槽对称性要求很严的工件，要用废料试铣，合格后再正式加工。另外，在水平进给时，铣刀受铣削力会向一边偏让，以致铣出的键槽偏向一边或者键槽两端尺寸增大。因此，在铣削中，水平进给速度一定要控制在选定的进给量范围内。

(2)槽宽尺寸过大或过小:原因是铣刀有振摆，加工前没有校正，或者是铣刀经磨损后尺J‘变小。

(3)键槽的已加工面粗糙度高:原因是纵向进给速度太快，切削速度选择不当或缺乏切削液及铣刀侧刃不锋利。上一页下一页返回4-3任务的实施4-3-2铣削直齿圆柱齿轮分度头调整计算任务二铣削直齿圆柱齿轮

1.零件图分析本任务需要铣削的工件材料为45钢调质处理，齿形宽度60mm,齿面粗糙度要求Ra1.6，模数2.5mm,齿数22，精度8级，属于单件生产，选用卧式铣床加工，需考虑铣后降低粗糙度值的方法，如无相应设备，可以考虑采用齿轮对辊法(需要留一定的余量)。

2.刀具选用因为齿轮的齿形曲线由该齿轮的基圆大小决定，基圆大小又与齿轮的模数、齿数、齿形角的大小有关。上一页下一页返回4-3任务的实施

因此，模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮，应有不同的铣刀，这样就需要制造许多不同齿形的铣刀，很不经济。为此，对同种模数、齿形角的齿轮盘铣刀，按被加工齿轮的齿数分段并编号，同一号齿轮铣JJ加工分段内齿数的齿轮，其所产生的齿形误差，对精度要求不高的齿轮来说是允许的。这样较经济易行，所以齿轮盘铣刀要分号。

3.切削参数选择由于工件是45钢，使用高速钢铣刀，需要在一次装夹中完成粗、精加工，表面粗糙度要求Ra