第3章常見機械加工方法及裝備課件

3.1外圓表面加工方法及裝備

3.2孔加工方法及裝備

3.3平面加工方法及裝備

3.4圓柱齒輪齒面加工方法及裝備

3.5特殊表面加工

3.6數(shù)控機床與數(shù)控加工

3.7特種加工3.1

外圓表面加工方法及裝備3.1.1外圓表面的車削加工加工方法粗車：IT12~IT11，Ra50~12.5μm；精車：IT8~IT6，Ra

1.6~0.8μm；細車：IT6~IT5，Ra

0.02~1.25μm，多用于磨削加工性不好的有色金屬工件的精密加工。提高外圓表面車削生產(chǎn)效率的途徑采用高速切削：硬質(zhì)合金車刀，200

~

250

m/min；陶瓷車刀，500m/min；采用強力切削采用多刀加工方法3.1.2

CA6140型臥式車床1.機床布局圖3-3

CA6140型臥式車床1-主軸箱2-刀架3-尾座4-床身5-右床腿6-溜板箱7-左床腿8-進給箱2.機床的傳動系統(tǒng)圖3-4

CA6140型臥式車床傳動系統(tǒng)原理框圖3.機床的主傳動鏈主運動傳動路線表達式：電動機

7.5kw1450r/minⅠ軸M1左,正轉(zhuǎn)56/3851/43Ⅱ軸39/4122/5830/50Ⅲ軸20/8050/50Ⅳ軸M2右20/8051/50Ⅴ軸26/58Ⅵ軸低速傳動路線M2左63/50Ⅵ軸高速傳動路線M1右,反轉(zhuǎn)50/34Ⅰ軸Ⅱ軸34/30Ⅶ軸反轉(zhuǎn)路線Ⅲ軸…4.主軸箱的主要機構(gòu)圖3-6

CA6140型臥式車床主軸箱的展開圖圖3-8

卡盤或撥盤的安裝1-螺釘2-鎖緊盤3-主軸4-卡盤座5-螺栓6-螺母圖3-9

雙向多片離合器1-雙聯(lián)齒輪2-外摩擦片3-內(nèi)摩擦片4-螺母5-固定銷6-花鍵滑套7-拉桿8-滑套9-銷軸10-擺桿11-撥叉12-空套齒輪13-擋銷圖3-10

制動及其操縱機構(gòu)1-拉桿2-銷3-I軸4-滑套5-擺桿6-調(diào)節(jié)螺釘7-杠桿8-制動帶9-制動輪10-扇齒輪11-手柄12-軸13-桿14-曲柄15-齒條軸16-撥叉17-IV軸3.1.3

外圓表面的磨削加工1.加工方法快速點磨①縱向進給磨削②橫向進給磨削（切入磨削）工件有中心支承的外圓磨削工件無中心支承的外圓磨削2.外圓磨削的尺寸控制單件小批量生產(chǎn)：試切法；大批量生產(chǎn)：主動測量。3.外圓磨削加工的工藝特點及應(yīng)用范圍①磨粒硬度高，它能加工一般金屬刀具所不能加工的工件表面（淬硬表面等）。?磨削加工能切除極薄切屑，加工精度高（IT6~IT5），加工表面粗糙度值?。≧a可小至0.1μm）。③大負(fù)前角切削，磨削速度高（30~90m/s），故磨削區(qū)的瞬間溫度極高。④磨削所消耗的能量大。磨削加工更適于精加工，可用于加工淬火鋼、硬質(zhì)合金等高硬度材料、帶有不均勻鑄、鍛硬皮的工件。不適宜加工塑性較大的有色金屬材料（如銅、鋁及其合金）。磨削加工既廣泛用于單件小批生產(chǎn)，也廣泛用于大批大量生產(chǎn)。高效磨削工藝：高速磨削、深切緩進給磨削等；先進制造磨削工藝：高精度磨削和低粗糙度表面磨削。3.1.4

外圓表面的光整加工光整加工是精加工后，從工件表面上不切除或切除極薄金屬層，用以提高加工表面的尺寸和形狀精度、降低表面粗糙度的加工方法。對于加工精度要求很高（IT6以上）、表面粗糙度要求很?。≧a為0.2μm以下）的外圓表面，需經(jīng)光整加工。光整加工的主要任務(wù)是減小表面粗糙度，有的光整加工方法還有提高尺寸精度和形狀精度的作用，但一般都沒有提高位置精度的作用。外圓表面的光整加工方法主要有研磨、超精加工、滾壓、拋光等。1.研磨研磨是在研具與工件之間加入研磨劑對工件表面進行光整加工的方法。研具材料比工件材料軟，對工件表面進行微量切削。研具材料的組織應(yīng)細密、耐磨，常用硬度為120~160HBW的鑄鐵，也可用銅、巴氏合金等。研磨劑由磨料、研磨液和表面活性物質(zhì)等混合而成。磨料（剛玉、碳化硅、碳

化硼等）主要起切削作用；研磨液（煤油、汽油、全損耗系統(tǒng)用油、工業(yè)甘油

等）主要起冷卻潤滑作用；表面活性物質(zhì)（油酸、硬脂酸等）附著在工件表面，使其生成一層極薄的軟化膜，易于切除。研磨分手工研磨和機械研磨兩種。研磨設(shè)備簡單，成本低，加工質(zhì)量容易保證，可加工鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金、光學(xué)玻璃、陶瓷等多種材料。研磨外圓可獲得很高的尺寸精度（IT6~IT4）、極小的表面粗糙度（Ra為0.1~0.008μm）和較高的形狀精度（圓度誤差為

0.003~0.001mm）。但研磨不能提高位置精度，生產(chǎn)效率較低。2.超精加工超精加工時用細粒度的磨條或砂帶進行微量磨削的一種光整加工方法。超精加工時，工件作低速旋轉(zhuǎn)（0.03~0.33m/s），磨具以恒定壓力（0.05~0.3MPa）壓向工件表面，在磨具相對工件軸向進給的同時，磨具作軸向低頻振動（振動頻率為8~30Hz、振幅為1~6mm）。超精加工是在加注大量冷卻潤滑液條件下進行的。磨具與工件表面接觸時，最初僅僅碰到前工序留下的凸峰，凸峰很快被磨掉。冷卻潤滑液的作用主要是沖洗切屑和脫落的磨粒，使切削能正常進行。當(dāng)被加工表面逐漸呈光滑狀態(tài)時，壓強不斷下降，切削作用減弱。最后，冷卻潤滑液在工件表面與磨具間形成連續(xù)的油膜，切削作用自動停止。超精加工的加工余量很?。ㄒ话銥?~8μm），常用于加工發(fā)動機曲軸、軋輥、滾動軸承套圈等。（a)超精加工示意圖

（b)超精加工磨粒運動軌跡圖3-18

外圓的超精加工超精加工設(shè)備簡單，自動化程度較高，操作簡便，生產(chǎn)效率高。超精加工能減小工件的表面粗糙度（Ra可達0.1~0.012μm），但不能提高尺寸精度和位置精度。工件精度由前面工序來保證。3.2

孔加工方法及裝備3.2.1

鉆孔與擴孔鉆孔鉆孔是在實心材料上加工孔的第一道工序，鉆孔直徑一般小于

80mm。鉆孔加工的兩種方式：一種是鉆頭旋轉(zhuǎn)，例如在鉆床、鏜床上鉆孔；另一種是工件旋轉(zhuǎn)，例如在車床上鉆孔。擴孔擴孔是用擴孔鉆對已有孔作進一步加工，以擴大孔徑并提高孔的加工質(zhì)量。擴孔加工既可以作為精加工孔前的預(yù)加工，也可以作為要求不高的孔的最終加工。3.2.2

鉸孔鉸孔是孔的精加工方法之一，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣。對于直徑較小的孔，相對于內(nèi)圓磨削及精鏜而言，鉸孔是一種較為經(jīng)濟實用的加工方法。鉸孔余量對鉸孔質(zhì)量的影響很大，余量不能太大，也不能太小，一般粗鉸余量取為0.15

~

0.35mm，精鉸取為0.05

~

0.15mm。鉸孔通常采用較低的切削速度（高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時，v<8m/min）進行加工。進給量的取值與被加工孔徑有關(guān)，孔徑越大，進給

量取值越大。用高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時，進給量常取為0.3

~1mm/r。鉸孔時必須用適當(dāng)?shù)那邢饕哼M行冷卻、潤滑和清洗。鉸孔尺寸精度一般為IT9~IT7級，表面粗糙度Ra一般為3.2~0.8μm。對于中等尺寸、精度要求較高（IT7級）的孔，鉆—擴—鉸工藝是生產(chǎn)中常用的典型加工方案。3.2.3

鏜孔鏜孔是在預(yù)制孔上用切削刀具使之?dāng)U大的一種加工方法。鏜孔可以在鏜床上進行，也可以在車床上進行。1.鏜孔方式工件旋轉(zhuǎn)，刀具進給：在車床上鏜孔刀具旋轉(zhuǎn)，工件進給：在鏜床上鏜孔（3）刀具既旋轉(zhuǎn)又進給：在鏜床上鏜孔2.金剛鏜金剛鏜因最初用天然金剛石鏜刀加工而得名，其特點是背吃刀量小，進給量小，切削速度高，它可以獲得很高的加工精度（IT7~IT6）和很光潔的表面（Ra為0.4~0.05μm）。現(xiàn)在普遍采用硬質(zhì)合金、CBN和人造金剛石刀具加工。金剛鏜主要用于加工有色金屬工件，也可用于加工鑄鐵件和鋼件。金剛鏜床須具有較高的幾何精度和剛度，機床主軸支承常用精密的角接觸球軸承或靜壓滑動軸承，高速旋轉(zhuǎn)零件須經(jīng)精確平衡。此外，進給機構(gòu)的運動必須十分平穩(wěn)，保證工作臺能作平穩(wěn)低速進給運動。3.鏜孔的工藝特點及應(yīng)用范圍鏜孔的加工范圍廣，可加工各種不同尺寸和不同精度等級的孔。對于孔徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔系，鏜孔幾乎是唯一的加工方法。鏜孔的加工精度為IT9~IT7級，表面粗糙度Ra為3.2~0.8μm。鏜孔可以在鏜床、車床、銑床等機床上進行，也可以在鏜銑加工中心或?qū)Ｓ脵C床上進行，具有機動靈活的優(yōu)點，生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。在大批大量生產(chǎn)中，為提高鏜孔效率，常使用鏜?；?qū)Ｓ脵C床。3.2.4

珩磨孔1.珩磨原理及珩磨頭珩磨是利用帶有磨條（油石）的珩磨頭對孔進行光整加工的方法。珩磨時，工件固定不動，珩磨頭由機床主軸帶動旋轉(zhuǎn)并作往復(fù)直線運動。珩磨加工中，磨條以一定壓力作用于工件表面，從工件表面上切除一層極薄的材料，其切削軌跡是交叉的網(wǎng)紋（見圖3-24b）。手動調(diào)整結(jié)構(gòu)的珩磨頭圖3-25珩磨頭1-螺母

2-彈簧3-調(diào)整錐4-磨條5-本體6-砂條座7-頂銷8-彈簧卡箍2.珩磨的工藝特點及應(yīng)用范圍①珩磨能獲得較高的尺寸精度和形狀精度，加工精度為IT7

~

IT6級，孔的圓度和圓柱度誤差可控制在3

~

5μm的范圍之內(nèi)，但珩磨不能提高被加工孔的位置精度。②珩磨能獲得較高的表面質(zhì)量，表面粗糙度Ra為0.2

~

0.025μm，表層金屬的變質(zhì)缺陷層深度極微（2.5~

25μm）。③與磨削速度相比，珩磨頭的圓周速度雖不高（vc

=16

~60m/min），但由于砂條與工件的接觸面積大，往復(fù)速度相對較高（va

=8

~20m/min），所以珩磨仍有較高的生產(chǎn)率。珩磨在大批大量生產(chǎn)中廣泛用于發(fā)動機缸孔及各種液壓裝置中精密孔的加工，孔徑范圍一般為?

15～?

500mm或更大，并可加工長徑比大于

10的深孔。但珩磨不適于加工塑性較大的有色金屬工件上的孔，也不能加工帶鍵槽的孔、花鍵孔等。3.2.5

拉孔1.拉削與拉刀拉孔是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，它是用特制的拉刀在拉床上進行的。圖3-26是在臥式拉床上拉削圓孔的加工示意圖。拉孔時，強制使拉刀從工

件孔中通過，讓拉刀上尺寸逐齒增大的刀齒順序通過工件孔，從孔壁上一

層一層地切除余量，最后加工出滿足一定要求的孔。拉削時拉刀只作低速

直線運動（主運動）。是相鄰兩刀齒半徑上的高度差，即齒升量。用普通拉刀拉削鋼件圓孔時，粗切刀齒的齒升量為0.015～0.03mm/齒，精切刀齒的齒升量為0.005～0.015mm/齒。兩刀齒間的空間稱為容屑槽。拉刀同時工作的齒數(shù)一般應(yīng)不少于3個，但不超過6~

8個。拉刀刀齒切削過程：拉削方式（拉削圖形）：（1）分層式拉削 拉刀將工件加工余量一層一層順序地切除。按分層式拉削方式設(shè)計的拉刀稱為普通拉刀。（2）分塊式拉削加工表面的每一層金屬由一組(2~3個刀齒)尺寸相同但切削位置相互交錯的刀齒切除。每個刀齒僅切去一層金屬的一部分。按分塊拉削方式設(shè)計的拉刀稱為輪切式拉刀。（3）綜合式拉削 這種方式集中了分層及分塊式拉削的優(yōu)點，粗切齒部分采用分塊式拉削，精切齒部分采用分層式拉削。按綜合拉削方式設(shè)計的拉刀稱為綜合式拉刀。圖3-30 圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)①-頭部 ②-頸部 ③-過渡錐部④-前導(dǎo)部⑤-切削部⑥-校準(zhǔn)部 ⑦-后導(dǎo)部⑧-支承部圓孔拉刀的結(jié)構(gòu)：2.拉孔的工藝特征及應(yīng)用范圍①拉刀是多刃刀具，在一次拉削行程中就能順序完成孔的粗加工、精加工和光整加工工作，生產(chǎn)效率高。②拉孔精度主要取決于拉刀的精度。通常條件下拉孔精度可達IT9~IT7，表面粗糙度Ra可達6.3~1.6μm。③拉孔時工件以被加工孔自身定位，拉孔不易保證孔與其他表面的相互位置精度。④拉刀不僅能加工圓孔，還可以加工成形孔、花鍵孔。拉孔常用在大批大量生產(chǎn)中加工孔徑為?10~

?80mm、孔深不超過孔徑5倍的中小零件上的通孔。3.3

平面加工方法及裝備3.3.1

概述平面是箱體類零件、盤類零件的主要表面之一。平面加工的技術(shù)要求包括：平面本身的精度（直線度、平面度等），表面粗糙度，平面相對于其他表面的尺寸精度、位置精度（平行度、垂直度等）。加工平面的方法很多，常用的有銑、刨、車、拉、磨削等方法。銑平面是平面加工最常用的方法。刨平面所用機床、工具結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，通用性好，但刨平面的生產(chǎn)率較低。平面加工中的車、拉、磨削等加工方法，其工藝特點與外圓表面及孔加工基本相同。3.3.2

銑平面銑削時，銑刀的旋轉(zhuǎn)運動是主運動。銑削時，ap為背吃刀量（銑削深度），是指平行于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸；ae是側(cè)吃刀量（銑削寬度），是指垂直于銑刀軸線方向測量的切削層尺寸；vf為進給速度，是單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進給方向的相對位移量。1.銑削方式（a)對稱銑（b)不對稱銑(a)逆銑(b)順銑周銑：用分布在銑刀圓柱面上的刀齒進行銑削端銑：用分布在銑刀端面上的刀齒進行銑削2.銑刀及其幾何角度（1）圓柱形銑刀：刀齒排列在刀體圓周上的銑刀。它的結(jié)構(gòu)形式分為由高速鋼制造的整體圓柱形銑刀和鑲焊硬質(zhì)合金刀片的鑲齒圓柱形銑刀（圖3-35）。圓柱形銑刀一般采用螺旋刀齒，以提高切削工作的平穩(wěn)性。（2）面銑刀：面銑刀的刀齒排列在刀體端面上。硬質(zhì)合金面銑刀是加工平面的最主要刀具，將刀片用機械夾固方式固定在刀體上的面銑刀稱為機夾可轉(zhuǎn)位面銑刀。機夾可轉(zhuǎn)位銑刀的結(jié)構(gòu)形式很多，圖3-36所示是小直徑（?

90mm以下）的錐柄機夾可轉(zhuǎn)位面銑刀。（3）銑刀的幾何角度：圓柱銑刀和面銑刀是銑刀的基本形式，一般應(yīng)標(biāo)注的幾何角度有：

前角 及法向前角 ；②后角 及法向后角

；

刃傾角 （端銑刀）或螺旋角β（圓柱銑刀）。圓柱銑刀的幾何角度端銑刀的幾何角度3.銑削的工藝特點及應(yīng)用范圍銑刀是多刃刀具，刀齒能連續(xù)地依次進行切削，沒有空程損失，且主運動為回轉(zhuǎn)運動，可實現(xiàn)高速切削，故銑平面的生產(chǎn)效率一般都比刨平面高。經(jīng)粗銑—精銑平面后，尺寸精度可達IT9~IT7級，表面粗糙度Ra可達6.3~1.6μm。在大批大量生產(chǎn)中銑平面已逐漸取代了刨平面。在成批生產(chǎn)中，中小件加工大多采用銑削，大件加工則銑刨兼用。而在單件小批生產(chǎn)中，特別是在一些重型機器制造廠中，刨平面仍被廣泛應(yīng)用。因為刨平面不能獲得足夠的切削速度，有色金屬材料的平面加工幾乎全部都用銑削。3.4

圓柱齒輪齒面加工方法及裝備3.4.1

概述1.齒輪的主要技術(shù)要求齒輪傳動應(yīng)滿足的要求：傳遞運動的準(zhǔn)確性；傳遞運動的平穩(wěn)性；載荷分布的均勻性；齒側(cè)具有間隙。齒輪制造應(yīng)達到的精度標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10095.1—2001《圓柱齒輪精度制第1部分：輪齒同側(cè)齒面偏差的定義和允許值》規(guī)定了13個精度等級。對于分度傳動用的齒輪，對齒輪的運動精度要求高；對于高速動力傳動用齒輪，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于低速重載傳動用齒輪，則要求齒面載荷分布均勻；對于換向和讀數(shù)機構(gòu)用的齒輪，則應(yīng)嚴(yán)格控制齒側(cè)間隙。除了上述各項精度外，還應(yīng)對齒輪裝配基準(zhǔn)面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等提出要求。2.圓柱齒輪齒面的加工方法齒面的切削加工齒面的無屑加工成形法展成法銑齒拉齒磨齒滾齒插齒剃齒珩齒磨齒冷擠齒（精軋齒）軋齒（熱軋齒）精密鍛造齒輪3.4.2

滾齒與插齒1.滾齒加工原理滾齒是應(yīng)用一對交錯軸斜齒圓柱齒輪副嚙合原理，使用齒輪滾刀進行切齒的一種加工方法。（a)滾齒示意圖（b）齒輪滾刀圖3-37

滾齒示意圖和齒輪滾刀1-齒輪滾刀2-被切削齒輪3-切削刃4-容屑槽圖3-38

滾齒時的主要運動和齒廓的形成滾齒機的三種基本運動：滾刀的旋轉(zhuǎn)運動（nc）；工件的旋轉(zhuǎn)運動（nw）；軸向進給運動（f），且：2.插齒原理插齒是利用一對平行軸圓柱齒輪副嚙合原理，使用插齒刀進行切齒的一種加工方法。插齒刀1相當(dāng)于一個切削刃為漸開線并磨出前角和后角的假想圓柱齒輪2（其模數(shù)及壓力角與被加工齒輪3相同）。插齒刀緊固在插齒機的主軸上。插齒時，插齒刀與被切削齒輪間嚴(yán)格保持一對圓柱齒輪的嚙合傳動關(guān)系，插齒刀刀齒的連續(xù)運動軌跡在工件上包絡(luò)出輪齒齒廓。插削直齒圓柱齒輪時插齒機的基本運動：切削運動：插齒刀沿其軸線方向的快速直線往復(fù)運動。展成運動：插齒刀與工件的旋轉(zhuǎn)運動構(gòu)成插齒加工的展成運動。插齒刀與工件的旋轉(zhuǎn)運動之間，必須嚴(yán)格保持一對圓柱齒輪副的嚙合傳動關(guān)系，其傳動比i應(yīng)滿足：圓周進給運動： 插齒刀的旋轉(zhuǎn)運動（以插齒刀每往復(fù)運動一次在其節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長表示，mm/str)。徑向進給運動： 工件逐漸地相對于插齒刀作徑向進給運動（以插齒刀每往復(fù)運動一次工件徑向移動量fr

表示，mm/str)。讓刀運動

：插齒刀向上運動為空行程退刀，為避免插齒刀在空行程中擦傷已切削齒面和減少插齒刀的磨損，插齒刀在徑向方向有一讓刀運動e，使插齒刀與被切削齒面脫離接觸。插齒刀空行程完成后，工作臺或插齒刀再返回原位，以進行下一切削行程。3.4.3

剃齒1.剃齒加工原理剃齒是利用一對交錯軸斜齒輪嚙合時沿齒向存在相對滑動而創(chuàng)建的一種齒輪精加工方法。剃齒刀與工件的切向速度vct與vwt不相等，故剃齒刀與被剃削齒輪嚙合時在齒向上就有相對滑動發(fā)生。由于剃齒刀的齒面上開有許多切削刃，剃齒刀便在被切齒面上剃下一層又薄又細的切屑。2.剃齒機運動剃齒刀的正、反向轉(zhuǎn)動。工作臺軸向進給運動。徑向（垂直）進給運動。3.剃齒的工藝特點與應(yīng)用范圍剃齒機床結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。剃齒可修正輪齒的徑向誤差、齒形誤差和減小齒面粗糙度，但它對輪齒的齒距累積誤差等切向誤差的修正能力差。剃齒加工精度主要取決于刀具，使用A、B等級的剃齒刀，可加工7～6級精度的齒輪，齒面粗糙度可達Ra0.40～1.25μm。剃齒是一種高生產(chǎn)率的齒面加工方法。在大批大量生產(chǎn)中加工中等模數(shù)、7～6級精度、未經(jīng)淬硬的齒輪，剃齒是最常用的齒輪精加工方法。3.4.4

磨齒1.磨齒方法分類及特點成形法磨齒 成形法磨齒（圖3-42a）是將砂輪修整成與被加工齒輪齒槽相對應(yīng)的形狀，對被加工齒輪齒槽逐個進行磨削。磨削時，砂輪一面旋轉(zhuǎn)（nc），一面沿齒寬方向作往復(fù)運動（A1），磨完一個齒后，通過分度，再磨下一個齒。展成法磨齒①單片錐形砂輪磨齒（圖3-42b）。砂輪的截面形狀相當(dāng)于假想齒條的一個齒。②雙片碟形砂輪磨齒（圖3-42c）。兩片碟形砂輪傾斜安裝后，構(gòu)成假想齒條的兩個齒面。③蝸桿砂輪磨齒（圖3-42d）。蝸桿砂輪與被磨齒輪相當(dāng)于一對交錯軸斜齒副嚙合傳動。(a)成形砂輪磨齒(b)錐形砂輪磨齒(c)碟形砂輪磨齒(d)蝸桿砂輪磨齒砂輪假想齒條被磨齒輪2.磨齒的工藝特點和應(yīng)用范圍磨齒加工的質(zhì)量高，磨齒可糾正齒輪預(yù)加工中產(chǎn)生的各項齒輪誤差，其加工精度比剃齒、珩齒高得多，磨齒的表面粗糙度可達到Ra0.2～0.8μm,而且能加工淬硬齒輪。加工3～6級精度的淬硬齒輪，磨齒是最有效的精加工方法。磨齒的主要缺點是生產(chǎn)效率低和成本較高。采用蝸桿砂輪磨齒工藝和立方碳化硼（CBN）砂輪成形磨齒工藝可使磨齒效率成倍提高，加工成本不斷下降，故在大量生產(chǎn)中逐漸得到廣泛應(yīng)用。單片錐形砂輪磨齒和雙片碟形砂輪磨齒只在單件和小批量生產(chǎn)中應(yīng)用。3.5

特殊表面加工特殊表面一般也稱為復(fù)雜曲面。復(fù)雜曲面由刀具相對于工件在三維空間內(nèi)作坐標(biāo)運動形成，其切削加工方法主要有仿形銑和數(shù)控銑兩種，使用的刀具一般是頭部為圓形的球頭銑刀。仿形銑必須預(yù)先制造出具有與被加工曲面相同形狀的樣件作為靠模。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展及數(shù)控加工設(shè)備的普及，特別是隨著CAD/CAM和計算機輔助編程技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控銑削現(xiàn)已成為復(fù)雜曲面切削加工最主要的方法。3.6

數(shù)控機床與數(shù)控加工3.6.1

數(shù)控機床的加工原理1.數(shù)控機床及其坐標(biāo)系用數(shù)字化信息進行控制的技術(shù)稱為數(shù)字控制技術(shù)；裝備了數(shù)控系統(tǒng)，能應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)進行加工的機床稱為數(shù)控機床。輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)及機床本體是數(shù)控機床的四個基本組成部分。數(shù)控機床加工時，首先把加工過程所需要的幾何信息和工藝信息用數(shù)字量表示出來，并用規(guī)定的代碼和格式編制出數(shù)控加工程序，然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置。數(shù)控裝置對輸入信息進行處理與運算后，將結(jié)果輸入到機床的伺服系統(tǒng)，控制并驅(qū)動機床運動部件按預(yù)定的軌跡和速度運動。數(shù)控機床的坐標(biāo)系按照ISO841和我國的JB/T3051—1999標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定為右手直角笛卡爾坐標(biāo)系。X、Y、Z的正方向是增大工件和刀具間距離的方向。通常以平行于主軸的坐標(biāo)為Z軸，X軸平行于工件的主要裝夾面且與Z軸垂直，Y軸按右手笛卡爾坐標(biāo)系確定。三個回轉(zhuǎn)運動的坐標(biāo)軸A、B、C分別表示回轉(zhuǎn)軸線平行于X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)或擺動運動。其正方向分別用右手螺旋法則判定。2.數(shù)控機床的數(shù)控裝置早期：普通數(shù)控（NC）現(xiàn)代：計算機數(shù)控（CNC）CNC裝置CNC裝置的主要功能：功能控制位置控制信號處理虛線框內(nèi)3.數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、機械傳動機構(gòu)及執(zhí)行部件組成。它的作用是接收數(shù)控裝置發(fā)出的進給速度和位移指令

信號，由伺服驅(qū)動電路作數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置（例如

伺服電動機、電液脈沖伺服馬達等）和機械傳動機構(gòu)（例如滾珠絲杠等），驅(qū)動機床的執(zhí)行機構(gòu)（例如工作臺、刀架、主軸箱等），以某一確定的速

度、方向和位移量，沿機床坐標(biāo)軸移動，實現(xiàn)加工過程的自動循環(huán)。開環(huán)伺服系統(tǒng)： 不帶反饋檢測裝置，數(shù)控指令單向，定位精度0.02mm，價格低。閉環(huán)伺服系統(tǒng)： 實際位移反饋，進行誤差修正，定位精度0.01~0.001mm，價格高。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)：

位移檢測反饋信號從伺服電動機軸或滾珠絲杠上取得，定位精度較閉環(huán)系統(tǒng)差，價格適中。圖3-46

開環(huán)伺服系統(tǒng)圖3-47

閉環(huán)伺服系統(tǒng)虛線部分半閉環(huán)3.6.2

數(shù)控銑床及加工中心的主運動及進給運動系統(tǒng)1.主運動系統(tǒng)數(shù)控銑床的主運動系統(tǒng)比普通銑床有更寬的調(diào)速范圍，加工中心主軸的調(diào)速范圍要求更高，其主軸轉(zhuǎn)速在其調(diào)速范圍內(nèi)通常都是無級可調(diào)的。數(shù)控機床的主傳動系統(tǒng)形式：電動機直接帶動主軸旋轉(zhuǎn)電動機經(jīng)V帶或同步齒形帶傳動主軸電動機經(jīng)1~4對變速齒輪傳動主軸2.進給運動系統(tǒng)數(shù)控機床進給系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲杠副傳遞運動，其優(yōu)點是摩擦因數(shù)小，傳動精度高，傳動效率高達95%~98%，是普通滑動絲杠副的2~4倍。圖3-491-絲杠滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖2-螺母

3-滾珠

4-插管滾珠絲杠傳動的軸向間隙會造成反向沖擊并引起反向“死區(qū)”，這在開環(huán)或半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中將影響定位精度。為了提高傳動的穩(wěn)定性及進給系統(tǒng)的剛度，滾珠絲杠在過盈條件下工作比較有利。消除絲杠螺母間隙和對絲杠螺母預(yù)加荷載的方法有多種，數(shù)控機床上比較常用的是雙螺母加墊片的方法。滾珠絲杠的預(yù)緊高速、超高速加工機床或加工中心，已開始應(yīng)用直線電動機以滿足快速進給和快速換速、換向的要求。學(xué)科前沿3.刀具自動夾緊裝置和主軸周向定向裝置加工中心為了實現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，要求配置刀具自動夾緊裝置，其作用是自動地將刀具夾緊或松開，以便機械手能在主軸上安放或取走刀具。由于在刀具切削時，切削轉(zhuǎn)矩不能完全靠主軸與刀桿錐面配合產(chǎn)生的摩擦力來傳遞，因此通常在主軸前端設(shè)置兩個端面鍵來傳遞轉(zhuǎn)矩。換刀時，刀柄上的鍵槽必須對準(zhǔn)端面鍵。為此，主軸在停止轉(zhuǎn)動時，

要求主軸必須準(zhǔn)確地停在某一指定的周向位置上，主軸定向裝置就是

為保證換刀時主軸能準(zhǔn)確停止在換刀位置而設(shè)置的。3.6.3

JCS—018型立式加工中心1.機床布局圖3-52 JCS—018型立式加工中心1-床身2-滑座3-工作臺4-立柱5-數(shù)控柜6-刀庫7-機械手

8-主軸箱9-操作面板

10-驅(qū)動電柜2.傳動系統(tǒng)3.伺服進給裝置1-電動機4-絲杠5、8-螺母圖3-54工作臺縱向伺服進給裝置2-錐環(huán)無鍵聯(lián)軸器

3-十字滑塊聯(lián)軸器6-墊圈

7-聯(lián)接鍵

9-螺母座主軸結(jié)構(gòu)圖3-551-刀柄2-主軸

3-旋彈簧

8-活塞拉釘

4-鋼球

5-碟形彈簧6-拉桿

7-螺9、10-行程開關(guān)4.主要部件結(jié)構(gòu)（1）主軸部件（2）自動換刀裝置：JCS—018型立式加工中心設(shè)有刀庫式自動換刀裝置，由刀庫和機械手兩部分組成。刀庫刀座（a）

(b)

(c)

(d)（e）

(f)

(g)

(h)換刀過程示意圖1、2-彈簧3-鎖緊銷機械手臂和手爪4-銷

5-活動銷

6-固定爪

7-錐銷3.6.4

數(shù)控加工程序編制數(shù)控加工程序編制步驟分析零件圖樣和編制數(shù)控加工工藝計算刀具運動軌跡編寫加工程序并進行程序校驗數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)與程序段格式一個完整的數(shù)控加工程序由程序號和若干個程序段組成。程序號由地址碼O與程序編號組成，例如O0100。每個程序段表示數(shù)控機床的一個加工工步或動作。程序段由一個或若干個字組成，每個字由字母和數(shù)字組成，每個字表示數(shù)控機床的一種功能。目前各種機床數(shù)控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的是字地址程序段格式。程序段實例：N105

G01

X15.0Y32.0Z6.5F100M03S1500T0101；N——程序段號代碼（或稱作地址符），105表示該程序的編號；G——準(zhǔn)備功能代碼，用以規(guī)定數(shù)控機床的運動方式。本例中G01表示直線插補；X、Y、Z——沿相應(yīng)坐標(biāo)軸運動的終點坐標(biāo)位置代碼，其后的數(shù)字為相應(yīng)坐標(biāo)軸的終點坐標(biāo)值；F——進給速度代碼，其后的數(shù)字表示進給速度為100mm/min；M——輔助功能代碼，用于規(guī)定數(shù)控機床加工時的開關(guān)功能，如主軸正、反轉(zhuǎn)及開停等。本例中M03表示主軸正轉(zhuǎn)；S——主軸轉(zhuǎn)速功能代碼，其后數(shù)字表示主軸轉(zhuǎn)速為1500r/min；T——刀具功能代碼，其后數(shù)字0101表示使用一號刀具和該刀具的一號補償值；；——為程序段結(jié)束符。3.數(shù)控加工程序編制實例【例3-1】

在數(shù)控立式銑床上精銑圖3-61所示零件的凸臺輪廓，試為該工序編寫數(shù)控加工程序。圖3-61 數(shù)控加工零件圖解

根據(jù)零件加工要求，本例選用直徑為?20mm的立銑刀進行加工。切削用量取為：主軸轉(zhuǎn)速n=1000r/min，垂直進給速度vf=30mm/min，輪廓加工進給速度vf=50mm/min。工件原點設(shè)定在工件的左下角，走刀路線為：P1→P2→P3→P4→P5→P6。該數(shù)控加工程序為(/*后為對程序段的說明)：O1234N01

G00X-15.0Y-15.0Z35.0；N02

X0Y0Z22.5S1000M03；N03

G01Z10.0F30.0M08；N04

X60.0F50；N05

Y35.0；/*程序號/*快速移至起刀點/*快速移至P1，主軸正轉(zhuǎn)/*以30mm/min的進給速度直線插補至Z=10mm處，開切削液/*以50mm/min的進給速度直線插補至P2/*直線插補至P3，進給速度不變N06G03X35.0Y60.0I-15.0J0；/*逆時針圓弧插補至P4，進給速度不變，X、Y為圓弧的終點坐標(biāo)，I、J為圓心相對于圓弧起點的坐標(biāo)N07G01X0；/*直線插補至P5，進給速度不變N08Y0；/*直線插補至P6，進給速度不變N09Z22.5M09；/*刀具退離工件，關(guān)切削液N10G00X-15.0Y-15.0Z35.0；/*刀具快速回到起刀點N11M30；/*程序結(jié)束并返回至程序起點3.7

特種加工3.7.1

電火花加工1.加工原理電火花加工是利用工具電極和工件電極間脈沖性電火花放電產(chǎn)生的高溫去除工件上多余的材料，使工件獲得預(yù)定的形狀、尺寸和表面粗糙度要求。電火花加工方法有兩類：電火花穿孔或電火花成形加工：用具有一定形狀的電極工具（石墨、銅或是它們的合金）進行加工；電火花線切割加工：用細絲（鉬絲、鎢絲或銅絲）電極加工二維輪廓形狀，按電極絲的走絲速度分為快速走絲和慢速走絲兩類。圖3-62 電火花成形加工原理示意圖1-工件

2-脈沖電源3-自動進給調(diào)節(jié)裝置4-工具 5-工作液6-過濾器7-工作液泵圖3-63 電火花線切割加工原理1-絕緣板

2-工件

3-脈沖電源

4-電極絲

5-導(dǎo)向輪

6-支架

7-卷絲筒2.工藝