金城機(jī)械制造第三章 機(jī)械制造中的加工方法

第三章機(jī)械制造中的加工方法及裝備

第一節(jié)概述3.1.1機(jī)械制造中的加工方法材料去除加工材料成形加工材料累積加工切削加工：利用切削刀具從工件上切除多余材料特種加工：指利用機(jī)械能以外的其他能量直接去除材料如鑄造、鍛造、擠壓、粉末冶金等加工利用微體積材料逐漸疊加的方式使零件成形，如電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂等2023/2/533.1.2零件表面成形原理機(jī)械零件常用的表面形狀零件的常用表面平面圓柱面特殊表面成型表面圓錐面2023/2/543.1.2零件表面成形原理機(jī)器零件上常用的各種典型表面2023/2/553.1.2零件表面成形原理零件表面的形狀零件表面可以看作是一條線（稱為母線）沿另一條線（稱為導(dǎo)線）運(yùn)動的軌跡。母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線旋轉(zhuǎn)表面縱向表面特形表面2023/2/563.1.3機(jī)床的基礎(chǔ)知識組成工件輪廓的幾何表面導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線母線導(dǎo)線母線母線母線母線母線母線導(dǎo)線導(dǎo)線導(dǎo)線2023/2/573.1.2零件表面成形原理相切法：刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動，刀具切削點(diǎn)運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線形成發(fā)生線。需要兩個獨(dú)立的成形運(yùn)動

軌跡法：以刀刃為切削點(diǎn)按一定的軌跡運(yùn)動而形成發(fā)生線。

需要一個獨(dú)立的成形運(yùn)動成形法：刀刃為一條切削線，其形狀與發(fā)生線相同。不需要成形運(yùn)動展成法：刀刃為一條切削線，但形狀與發(fā)生線不吻合，刀具與工件作展成運(yùn)動，發(fā)生線是切削刃各瞬時位置的的包絡(luò)線。需要一個獨(dú)立的成形運(yùn)動

，刀工共同完成2023/2/583.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)動力源：為機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動提供動力運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)：機(jī)床執(zhí)行運(yùn)動的部件傳動機(jī)構(gòu)：將機(jī)床動力源的運(yùn)動和動力傳給運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或?qū)⑦\(yùn)動由一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳遞到另一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以保持兩個運(yùn)動之間的準(zhǔn)確傳動關(guān)系控制系統(tǒng)：對機(jī)床運(yùn)動進(jìn)行控制，實現(xiàn)各運(yùn)動之間的準(zhǔn)確協(xié)調(diào)支撐系統(tǒng)：機(jī)床的機(jī)械本體，屬于機(jī)床的基礎(chǔ)部分

2023/2/593.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動

車床2023/2/5103.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動銑

床2023/2/5113.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動磨床2023/2/5123.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動鉆

床2023/2/5133.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動刨床2023/2/5143.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動立式數(shù)控銑床2023/2/5153.1.4機(jī)床的分類按加工方式分12大類2023/2/5163.1.4機(jī)床的分類按通用程度分：通用機(jī)床、專門化機(jī)床、專用機(jī)床按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度機(jī)床按自動化程度：手動、機(jī)動、半自動、自動機(jī)床按機(jī)床質(zhì)量分：儀表機(jī)床、中型、大型、重型機(jī)床按加工過程的控制方式分：普通機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心、柔性制造單元2023/2/5173.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制一、通用機(jī)床的型號編制（國家標(biāo)準(zhǔn)）

（△）

○

（○）

△

△

△

（Ⅹ△）（○）（）

其它特性代號重大改進(jìn)順序主軸數(shù)或第二主參數(shù)主參數(shù)或設(shè)計順序號系代號組代號通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號類代號分類代號2023/2/5183.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制一、通用機(jī)床的型號編制（國家標(biāo)準(zhǔn)）

C

A

6

1

4

0

主參數(shù)(最大加工直徑400mm)

系代號（臥式車床系）組代號（落地及臥式車床組）結(jié)構(gòu)特征代號（結(jié)構(gòu)不同）類代號（車床）2023/2/5193.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制一、通用機(jī)床的型號編制（國家標(biāo)準(zhǔn)）

X

6

2

主參數(shù)（主軸直徑20mm）

組：臥式升降臺銑床

銑床2023/2/5203.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制一、通用機(jī)床的型號編制（國家標(biāo)準(zhǔn)）

Y

3

1

50

E

重大改進(jìn)序號

主參數(shù)（最大工件直徑500mm）

系代號（1）組：滾齒機(jī)齒輪加工機(jī)床

2023/2/5213.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床銑床刨床拉床電加工機(jī)床切斷機(jī)床其它機(jī)床代號CZTM2M3MYSXBLDGQ讀音車鉆鏜磨2磨3磨牙絲銑刨拉電割其機(jī)床的類別代號2023/2/5223.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制機(jī)床的特性代號結(jié)構(gòu)特性代號：用于區(qū)別主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)不同的機(jī)床，在型號中用漢語拼音區(qū)分。通用特性代號已用的字母及字母“I”、“O”不能用。例：CA6140型普通車床通用特性代號通用特性代號通用特性代號高精度G自動換刀H精密M仿形F自動Z萬能W半自動B輕型Q數(shù)字程序控制K簡式J2023/2/5233.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制機(jī)床的組別和系別代號主要參數(shù)代號機(jī)床重大改進(jìn)序號

每類機(jī)床分10組（從0～9組），每組又分10系（從0～9型）

代表機(jī)床規(guī)格大小的一種參數(shù)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，常用主參數(shù)的折算值（1/10或1/100或1/1）來表示

用字母“A、B、C……”表示，附機(jī)床型號末尾，以示區(qū)別2023/2/5243.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制例：2023/2/5253.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制二、專用機(jī)床型號型號表示方法：

例

：

B1－3100北京第一機(jī)床廠第三組第100種專用機(jī)床（專用銑床）2023/2/5263.1.5金屬切削機(jī)床型號的編制三、組合機(jī)床及自動線型號組合機(jī)床及自動線分類代號分類代號大型組合機(jī)床U小型組合機(jī)床H自換刀數(shù)控組合機(jī)床K大型組合機(jī)床自動線UX小型組合機(jī)床自動線HX自換刀數(shù)控自動線KX2023/2/527第二節(jié)外圓表面加工3.2.1外圓表面的車削加工加工方法粗車：IT12～I(xiàn)T11，Ra：50～12.5μm半精車：IT10～I(xiàn)T9，Ra：6.3～3.2μm精車：IT8～I(xiàn)T6，Ra：1.6～0.8μm精細(xì)車：IT6～I(xiàn)T5，Ra：0.4～0.05μm

（切削用量：v＞2.6m/s，aP≤0.03～0.05mm，f＝0.02～0.2mm/r；刀具：金剛石；加工范圍：小型有色金屬零件或零件結(jié)構(gòu)不宜磨削的光整加工）2023/2/5293.2.1外圓表面的車削加工提高外圓表面車削生產(chǎn)效率的途徑采用強(qiáng)力切削：強(qiáng)力切削是通過增大切削面積來提高生產(chǎn)效率的采用高速切削：高速切削是通過提高切削速度來提高加工生產(chǎn)效率的。切削速度的提高除要求車床具有高轉(zhuǎn)速外，主要受刀具材料的限制采用多刀加工方法：2023/2/5303.2.1外圓表面的車削加工車刀的種類和用途按用途分：直頭外圓車刀彎頭車刀偏刀切槽或切斷刀鏜孔刀螺紋車刀成形車刀2023/2/5313.2.1外圓表面的車削加工2023/2/5323.2.1外圓表面的車削加工車床的主要功能2023/2/5333.2.1外圓表面的車削加工車刀的結(jié)構(gòu)形式整體車刀焊接車刀機(jī)械夾固式車刀2023/2/5343.2.1外圓表面的車削加工

機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是采用機(jī)械夾固的方法將可轉(zhuǎn)位刀片固定在刀體上2023/2/5353.2.1外圓表面的車削加工

可轉(zhuǎn)位車刀的刀片夾固機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足夾緊可靠、裝卸方便、定位精確等要求。常用的夾固機(jī)構(gòu)：壓孔式夾固機(jī)構(gòu)上壓式夾固機(jī)構(gòu)刀片沉頭螺釘?shù)秹|刀體刀體螺釘?shù)镀瑝喊宓秹|螺釘2023/2/5363.2.1外圓表面的車削加工刀體刀墊刀片圓柱銷壓塊螺釘2023/2/5373.2.1外圓表面的車削加工可轉(zhuǎn)位車刀機(jī)夾式刀具現(xiàn)代先進(jìn)刀具2023/2/5383.2.1外圓表面的車削加工現(xiàn)代先進(jìn)刀具2023/2/5393.2.2車床2023/2/5403.2.2.1車床概述數(shù)量：占機(jī)床總數(shù)的20%~35%加工范圍：軸、盤套類零件、內(nèi)外回轉(zhuǎn)面、端面、螺紋面等運(yùn)動特征：主運(yùn)動為主軸帶動工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動所用刀具：車刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、絞刀、絲錐等車床種類：臥式、立式、轉(zhuǎn)塔仿形、自動和半自動、專門化車床（曲軸、凸輪軸車床、鏟齒車床）加工精度：經(jīng)濟(jì)加工精度IT8~IT7,表面粗糙度Ra1.25~2.52023/2/5413.2.2.1車床概述XZn圖

臥式車床的基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)動1—主軸箱2—夾盤3—刀架4—后頂尖5—尾座6—床身7—光杠8—絲杠9—溜板箱10—底座11—進(jìn)給箱普通車床2023/2/5423.2.2.1車床概述立式車床適于加工高度小于直徑的大型盤套類零件2023/2/5433.2.2.1車床概述轉(zhuǎn)塔車床:六角車床適用于成批加工形狀復(fù)雜的盤套類零件2023/2/5443.2.2.1車床概述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：沒有絲杠和尾座，而在床尾裝有一個可縱向移動的轉(zhuǎn)塔刀架，其上可裝多把刀，工作中周期性轉(zhuǎn)位，順序地對工件進(jìn)行加工。刀具行程由擋塊控制，易保證精度，提高生產(chǎn)率。適用范圍：成批加工形狀復(fù)雜的盤套類零件轉(zhuǎn)塔車床:六角車床2023/2/5451.擋塊限送料長度；2.雙刀同時車外圓；3.車外圓及倒角；4.打中心孔；5.鉆孔；6.套車外螺紋；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滾花；10.切斷刀切下工件2023/2/5463.2.2.1車床概述CM1107型精密單軸縱切自動車床機(jī)床的用途：形狀較復(fù)雜，精度要求高，一次成形的小型軸類零件。用于成批大量生產(chǎn)的鐘表、儀器儀表行業(yè)。毛坯為棒料機(jī)床的工作原理：送料、夾緊、放松、縱向和橫向進(jìn)給皆由分配軸上的鼓輪或凸輪分別進(jìn)行控制。分配軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，完成一個工作循環(huán)2023/2/5473.2.2.2車床工作機(jī)理

2023/2/5483.2.2.3機(jī)床的運(yùn)動分析基本分析方法：表面—運(yùn)動—傳動—機(jī)構(gòu)工件表面的形式：圓柱面直線（母線）、圓（導(dǎo)線）圓錐面直線（母線）、圓（導(dǎo)線）平面直線或圓、直線（導(dǎo)線）成形面（如螺紋面、漸開線表面）型線、螺旋線或直線母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線由于刀刃形狀和加工方法不同，形成發(fā)生線的方法也不同，可歸納為四種：2023/2/5493.2.2.3機(jī)床的運(yùn)動分析相切法：刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動，刀具切削點(diǎn)運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線形成發(fā)生線。需要兩個獨(dú)立的成形運(yùn)動

軌跡法：以刀刃為切削點(diǎn)按一定的軌跡運(yùn)動而形成發(fā)生線。

需要一個獨(dú)立的成形運(yùn)動成形法：刀刃為一條切削線，其形狀與發(fā)生線相同。不需要成形運(yùn)動展成法：刀刃為一條切削線，但形狀與發(fā)生線不吻合，刀具與工件作展成運(yùn)動，發(fā)生線是切削刃各瞬時位置的的包絡(luò)線。需要一個獨(dú)立的成形運(yùn)動

，刀工共同完成2023/2/5503.2.2.3機(jī)床的運(yùn)動分析表面成形所需運(yùn)動即形成發(fā)生線所需的運(yùn)動—成形運(yùn)動按組成情況不同，可分為由單獨(dú)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動構(gòu)成的

型線、螺旋線常需成型刀刃或幾個簡單運(yùn)動組合，如由展成運(yùn)動形成漸開線。由兩個或兩個以上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動，按照某種確定的運(yùn)動關(guān)系組合而成復(fù)合成形運(yùn)動：簡單成形運(yùn)動：2023/2/5513.2.2.3機(jī)床的運(yùn)動分析表面成形所需運(yùn)動

輔助運(yùn)動分度運(yùn)動切入運(yùn)動輔助運(yùn)動進(jìn)刀、退刀、回程和轉(zhuǎn)位等操縱及控制運(yùn)動操縱離合器、改變速度、進(jìn)給量等

按作用情況不同，可分為主運(yùn)動：速度最高，消耗功率最大，通常只有一個主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動：可以是一個或多個；可以是連續(xù)的，也可是斷續(xù)的

成形運(yùn)動是機(jī)床最基本的運(yùn)動2023/2/5523.2.2.4機(jī)床的傳動機(jī)床的基本組成部分動力源

通常為電動機(jī)，包括交流電動機(jī)、直流電動機(jī)、伺服電動機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。傳動件

把動力源的動力和運(yùn)動按要求傳遞給執(zhí)行件或?qū)⑦\(yùn)動由—個執(zhí)行件傳遞到另一執(zhí)行件的零部件，如齒輪、絲杠螺母、液壓傳動件等執(zhí)行件

機(jī)床上直接夾持刀具或工件并實現(xiàn)所需運(yùn)動的零部件，如主軸、刀架、工作臺等。2023/2/5533.2.2.4機(jī)床的傳動機(jī)床的傳動聯(lián)系傳動鏈：把動力源和執(zhí)行件或執(zhí)行件之間聯(lián)系起來的一系列傳動件構(gòu)成的傳動聯(lián)系.傳動鏈兩端的元件稱為末端件，它可以是動力源或執(zhí)行件按傳動鏈的性質(zhì)不同可分為：

外聯(lián)系傳動鏈：兩個末端件之間不要求有嚴(yán)格的傳動比關(guān)系.如

車削時電機(jī)與主軸間的傳動鏈內(nèi)聯(lián)系傳動鏈：兩個末端件之間要求有嚴(yán)格的傳動比關(guān)系.如

車削螺紋主軸與刀架間的傳動鏈；滾切齒輪工件與滾刀間的傳動鏈；內(nèi)聯(lián)系傳動鏈中不能用帶傳動、摩擦輪傳動和鏈傳動

2023/2/554傳動鏈中通常包括兩類傳動機(jī)構(gòu)

定比傳動機(jī)構(gòu)：傳動比和傳動方向固定不變的傳動機(jī)構(gòu)，如：定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠螺母副等換置機(jī)構(gòu)根據(jù)加工要求可變換傳動比和傳動方向的傳動機(jī)構(gòu)，如：掛輪變速機(jī)構(gòu)、滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)、離合器換向機(jī)構(gòu)3.2.2.4機(jī)床的傳動2023/2/5553.2.2.4機(jī)床的傳動傳動原理圖和傳動系統(tǒng)圖傳動原理圖：為了便于研究機(jī)床的傳動原理,用一些簡明的符號把動力源、執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系表示出來的示意圖。并不表達(dá)實際傳動機(jī)構(gòu)的種類和數(shù)量2023/2/556傳動原理圖和傳動系統(tǒng)圖傳動系統(tǒng)圖：表示機(jī)床全部運(yùn)動的傳動關(guān)系的示意圖，用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號表示各種傳動元件，并按照運(yùn)動傳遞的順序，畫在能反映機(jī)床外形和各主要部件相互位置的展開圖中。只表示傳動關(guān)系，而不表示各零件的實際尺寸和位置3.2.2.4機(jī)床的傳動2023/2/5572023/2/5583.1.3機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和傳動CA6140車床的傳動框圖2023/2/5593.2.2.5CA6140機(jī)床的傳動CA6140的傳動系統(tǒng)圖分析方法：抓兩端，連中間2023/2/560主軸傳動路線分析方法：抓兩端，連中間2023/2/561CA6140型普通車床傳動系統(tǒng)2023/2/562CA6140的傳動M1：雙向多片摩擦離合器換向機(jī)構(gòu)M2：齒式離合器滑移齒輪變速結(jié)構(gòu)2023/2/563主軸正轉(zhuǎn)靠左2023/2/564主軸反轉(zhuǎn)靠右2023/2/5652023/2/566同向2023/2/567主軸正轉(zhuǎn)快速（高速）靠左2023/2/568主軸反轉(zhuǎn)快速靠右主軸反轉(zhuǎn)快速（高速）2023/2/569主軸傳動路線分析方法：抓兩端，連中間主軸轉(zhuǎn)速：運(yùn)動平衡式為：n主＝n電d/D（1-ε)u12u23u36

主軸最高轉(zhuǎn)速為：

n主＝1450×130/230（1-0.02)56/38×39/41×63/50≈1400r/min

主軸最低轉(zhuǎn)速為：

n主＝1450×130/230（1-0.02)51/43×22/58×20/80×20/80×26/58≈10r/min2023/2/570CA6140的主軸傳動路線主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)

正轉(zhuǎn)時2×3×(1+3)=6+18=24級反轉(zhuǎn)時1×3×(1+3)=3+9=12級(M2脫開)(M2嚙合)靠左靠右快速傳動2023/2/5712023/2/5722.進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈(1)車削螺紋

主軸轉(zhuǎn)1r—刀具移動Smm

運(yùn)動平衡式1主軸×uS絲＝S5）車削非標(biāo)準(zhǔn)螺距及精密螺紋

離合器M3、M4、M5全部嚙合,

螺紋導(dǎo)程靠調(diào)整掛輪傳動比u掛來實現(xiàn)

運(yùn)動平衡式：導(dǎo)程：

S

=KP非

=1×58/58×33/33×u掛×12u掛=a/b

×c/d=

S/12=KP非/12螺紋3）車削英制螺紋導(dǎo)程為：Sa=KPa=K×25.4/a

運(yùn)動平衡式：

Sm

=1×58/58×33/33×63/100×100/75

×1/u基

×36/25×u倍×12

=

4/7×25.4×u倍/u基

a=7K/4

×u基

/u倍（扣/英寸）4）車削徑節(jié)螺紋（英制蝸桿）徑節(jié)DP＝Z/D分

PDP=D分π/

Z=π/DP吋導(dǎo)程為：SDP=KPDP=Kπ/DP×25.4

mmSDP=1×58/58×33/33×64/100×100/97

×1/u基

×36/25×u倍×12

=

π/7×25.4×u倍/u基

mmDP=7Ku基

/u倍牙/英寸1）車削普通螺紋運(yùn)動平衡式：

S

=1×58/58×33/33×63/100×100/75

×25/36×u基

×25/36×36/25×u倍×12

=

7u基

u倍可得8×4=32種導(dǎo)程值，符合標(biāo)準(zhǔn)的只有20種，通過背輪可車24種大螺距螺紋2）車削模數(shù)螺紋（米制蝸桿）導(dǎo)程為：Sm=Kπm

運(yùn)動平衡式：

Sm

=1×58/58×33/33×64/100×100/97

×25/36×u基

×25/36×36/25×u倍×12

=

7π/4

u基

u倍

m=7u基

u倍/(4K)2023/2/573脫開脫開嚙合基本變速組2826/28,28/28,32/28,36/28,19/14,20/14,33/21,36/21

等差數(shù)列增倍變速組普通米制螺紋交換齒輪主軸的方向決定螺紋的旋向2023/2/574

1)縱向機(jī)動進(jìn)給量①普通螺紋正常螺距路線，32種縱向進(jìn)給量f縱=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×28/56×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×28/80×π×2.5×12=0.71u基u倍

mm/rf橫=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36×u基×25/36×36/25×u倍×28/56×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×59/18×5mm/r②英螺紋常螺距8種較大③普螺紋擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)

(6高速),8種細(xì)進(jìn)給量④英螺大距16種大進(jìn)量2)橫向機(jī)動進(jìn)給量

f橫/f縱≈1/23)刀架的快速移動

2600×13/29×……(2)機(jī)動進(jìn)給傳動鏈2023/2/575脫開M8、M9

:超越、安全離合器M6、M7:雙向端齒離合器縱向進(jìn)給：刀架左移向下2023/2/576脫開向上縱向進(jìn)給：刀架右移M8、M9

:超越、安全離合器M6、M7:雙向端齒離合器2023/2/577脫開向上橫向進(jìn)給：刀架向前移M8、M9

:超越、安全離合器M6、M7:雙向端齒離合器2023/2/578脫開向下橫向進(jìn)給：刀架向后移M8、M9

:超越、安全離合器M6、M7:雙向端齒離合器2023/2/579橫向進(jìn)給：刀架快速機(jī)動移動M8、M9

:安全離合器M6、M7:超越離合器2023/2/5802023/2/5813.2.2.5C