第三章机械制造中的加工方法及装置 机器零件都是由若干不同类型的基本表面(例如外圆表面、内圆表面、平面等)构成的,零件 的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。 第一节概述 、机械制造中的加工方法 切削加工:利用切削刀具从工件上切除多余材 0:材料累积:加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形 、零件表面成形原理及机床基本知识 (-)零件表面的形成方法及所需运动 1.零件表面的形状 零件表面可以看作是一条线(称为母线)沿另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统 称为形成表面的发生线。 旋转表而:母线沿圆导线转动形成,如圆枓表而、圆锥表而、球而等 零件表面 纵向表面:由母线A沿导线R移动形成,如平面、曲面等 (形状) 特形表面:如螺旋面等 2零件表面的形成方法及所需的成形运动 轨迹法:刀具切削点按一定的规律作轨迹运动,形成所需的发生线(刀具需要有 一个独立的成形运动 表面成形法:刀具刀刃就是切削线,它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致(刀 的形具不需要专门的成形运动) 成方相切法:刀具中心按一定规律作轨迹运动,切削点运动轨迹与工件相切就形成了发 法生线(刀具需要有两个独立的成形运动,即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动) 展成法:在形成发生线的过程中,切削线与发生线作纯滚动运动(展成运动)切削 线与发生线逐点相切,发生线是切削线的包络线(刀具和工件需要有一个独立一的 复合成形运动(展成运动) 用来形成被如表顺形状的运动称为表顺成形运动成形运动由机床的主运动和进给运动组成 1)主运动:机述上形成切削速度并消耗太部分切削动力的运动,是必不可少的成形运动。主运 动可由工件或刀具来实现:主运动可以是旋转运动,也可以是直线运动 2)进给运动:是醌食主运动维技切加工连续不断进行的运动。 除了上述表面成形运动之外,为完成工件加工,机床还必须具备与形成发生线不直接有关的 些辅助运动,以实现加工中的各种辅助动作。辅助运动主要有:切入运动、分度运动、操纵和控制 运动等。 (二)机床的基本结构和传动 27
27 第三章 机械制造中的加工方法及装置 机器零件都是由若干不同类型的基本表面（例如外圆表面、内圆表面、平面等）构成的，零件 的加工过程实际上就是获得这些表面的过程。 第一节 概 述 一、机械制造中的加工方法 二、零件表面成形原理及机床基本知识 （一）零件表面的形成方法及所需运动 1．零件表面的形状 零件表面可以看作是一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统 称为形成表面的发生线。 2．零件表面的形成方法及所需的成形运动 用来形成被加工表面形状的运动称为表面成形运动，成形运动由机床的主运动和进给运动组成。 1）主运动：机床上形成切削速度并消耗大部分切削动力的运动，是必不可少的成形运动。主运 动可由工件或刀具来实现；主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。 2）进给运动：是配合主运动维持切削加工连续不断进行的运动。 除了上述表面成形运动之外，为完成工件加工，机床还必须具备与形成发生线不直接有关的一 些辅助运动，以实现加工中的各种辅助动作。辅助运动主要有：切入运动、分度运动、操纵和控制 运动等。 （二）机床的基本结构和传动 表面 的形 成方 法 轨迹法：刀具切削点按一定的规律作轨迹运动，形成所需的发生线（刀具需要有 一个独立的成形运动 相切法：刀具中心按一定规律作轨迹运动，切削点运动轨迹与工件相切就形成了发 生线（刀具需要有两个独立的成形运动，即刀具的旋转和刀具中心按一定规律运动） 展成法：在形成发生线的过程中，切削线与发生线作纯滚动运动（展成运动）切削 线与发生线逐点相切，发生线是切削线的包络线（刀具和工件需要有一个独立一的 复合成形运动（展成运动）） 成形法：刀具刀刃就是切削线，它的形状及尺寸与需要成形的发生线一致（刀 具不需要专门的成形运动） 零件表面 （形状） 旋转表面：母线沿圆导线转动形成，如圆柱表面、圆锥表面、球面等 纵向表面：由母线 A 沿导线 B 移动形成，如平面、曲面等 特形表面：如螺旋面等 加工过程中 质量的变化 （ m ） ＜0：材料去除加工 ＝0：材料成形加工：如铸造、锻造、挤压、粉末冶金等 ＞0：材料累积：加工利用微体积材料逐渐叠加的方式使零件成形 切削加工：利用切削刀具从工件上切除多余材 料特种加工：指利用机械能以外的其他能量直 接去除材料
1.金属切削机床的基本结构 图3-2形成表面发生线的4种方法 动力源:为机床执行机构的运动提供动力 运动执行机构:机床执行运动的部件 机床基丿传动机构:将机床动力源的运动和动力传给运动执行机构,或将运动由 本结构个执行机构传递到另一个执行机构.以保持两个运动少间的准确传动关系 控制系统:对机床运动进行控制,实现各运动之间的准确协调 支撑系统:机床的机械本体,属于机床的基础部分 2.金属切削机床的传动 传动链:枃成一个传动联系的一系列传动件 根据传动联系的性质,传动链可分为如下两类: (1)外联系传动链:机床动力源和运动热行机枃之间的传动联系。外联系传动链的作用是使执 行机构按预定的速度运动,并传递一定的动力。外联系传动链传动比的变化只影响执行机构的运动 速度,不影响发生线的性质,因此,外联系传动链不要求动力源与执行机构间有严格的传动比关系。 (2)内联系传动链:热行件与热行供之间的传动联系。内联系传动链的作用是将两个或两个以 上的单独运动组成复合的成形运动,内联系传动链所联系执行件之间的相对速度及相对位移量有严 格的要求 (三)机床的分类 机床的分类方法很多,最基本的是按机床的主要加工方法、所用刀具及其用途进行分类。根据 我国制定的机床型号编制方法,机床共分为11类:车床、钻床、胜床、磨床、齿轮加工机床、螺纹 加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。在每一类机床中,又按工艺范围、布局型式和 结构性能等,分为10个组,每一组又分为若干系(系列)。 同类机床按应用范围(通用性程度)又可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 同类机床按工作精度又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 (四)金属切削机床型号的编制 机床型号是机床产贔的代号·用以简明地表示机床的类型、性能和績枃特点、主要技术参数等 我国机床型号编制方法的现行国家标准是“GB/T15375-1994金属切削机床型号编制方法”,机床 型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。 1.通用机床的型号编制 (1)型号表示方法通用机床型号由基本部分和辅助部分组成,中间用“/”隔开,读作 ”。通用机床型号的表示:
28 1．金属切削机床的基本结构 2．金属切削机床的传动 传动链：构成一个传动联系的一系列传动件。 根据传动联系的性质，传动链可分为如下两类： （1）外联系传动链：机床动力源和运动执行机构之间的传动联系。外联系传动链的作用是使执 行机构按预定的速度运动，并传递一定的动力。外联系传动链传动比的变化只影响执行机构的运动 速度，不影响发生线的性质，因此，外联系传动链不要求动力源与执行机构间有严格的传动比关系。 （2）内联系传动链：执行件与执行件之间的传动联系。内联系传动链的作用是将两个或两个以 上的单独运动组成复合的成形运动，内联系传动链所联系执行件之间的相对速度及相对位移量有严 格的要求。 （三）机床的分类 机床的分类方法很多，最基本的是按机床的主要加工方法、所用刀具及其用途进行分类。根据 我国制定的机床型号编制方法，机床共分为 11 类：车床、钻床、胜床、磨床、齿轮加工机床、螺纹 加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和 结构性能等，分为 10 个组，每一组又分为若干系（系列）。 同类机床按应用范围（通用性程度）又可分为通用机床、专门化机床和专用机床。 同类机床按工作精度又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。 （四）金属切削机床型号的编制 机床型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、性能和结构特点、主要技术参数等。 我国机床型号编制方法的现行国家标准是“GB／T15375—1994 金属切削机床型号编制方法”，机床 型号由一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。 l．通用机床的型号编制 （1）型号表示方法 通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“／” 隔开，读作 “之”。通用机床型号的表示： 机床基 本结构 动力源：为机床执行机构的运动提供动力 传动机构：将机床动力源的运动和动力传给运动执行机构，或将运动由一 个执行机构传递到另一个执行机构，以保持两个运动之间的准确传动关系 支撑系统：机床的机械本体，属于机床的基础部分 运动执行机构：机床执行运动的部件 控制系统：对机床运动进行控制，实现各运动之间的准确协调
(△)O()△△△(x△)(O)/(④)(-②) 企业代号 其他特性代号 重大改进顺序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系代号 组代号 通用特性、结构特性代号 类代号 分类代号 注:1.有“()”的代号或数字,无内容时,可不表示:若有内容则不带括号。 2.有“O”符号者,为大写的汉语拼音字母。 3.有“凸”符号者,为阿拉伯数字 4.有“以’符号者,为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字,或两者兼有。 (2)机床类、组、系的划分 表3-1机床的类别代号 齿轮加螺纹加 类别车床钻床镗床 磨床 锐床刨插床拉床锯床其他 工机床工机床 代号 Q 读音车钻 每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组,用数字0-9表示。每组机床又分若干个系 (系列)。系的划分原则是:凡主参数相同,并按一定公比排列,工件和刀具本身的相对运动特点基 本相同,且基本结构及布局也相同的机床,划为同一系。机床的组、系代号分别用一位阿拉伯数字 表示,位于类代号或特性代号之后。(见教材表3-2P64)。 (3)机床的特性代号当某类型机床除有普通型外,还具有某种通用特性时,则在类代号之 后加上通用特性代号 表33通用特性代号 加工中心 特性高精度精密自动半自动数控 仿形轻型加重型 式成|性加数是高速 (自动换刀) 经济型工单元 代号 读音高密 换 (4)机床主参数和设计顺序号机床主参数代表机床规格的大小,用折算值(主参数乘以折算 系数,如1/10等)表示。某些通用机床,当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号 表 (5)主轴数和第二主参数的表示方法对于多轴车床、多轴钻床等机床,其主参数以实际值列 入型号,置于主参数之后,用“ⅹ”分开,读作“乘”。第二主参数一般是指最大模数、最大转矩、 最大工件长度、工作台工作面长度等。第二主参数也用折算值表示。 (6)机床的重大改进顺序号当机床的性能及结构布局有重大改进,并按新产品重新设计、试 制和鉴定时,在原机床型号的尾部,加重大改进顺序号,以区别于原机床型号。序号接A、B、C、,·等 字母的顺序选用。 (7)其他特征代号及其表示方法其他特征代号置于辅助部分之首,主要用以反映各类机床的 特征。例如,对于一般机床,可以反映同一型号机床的变型。 (8)企业代号及其表示方法企业代号中包括机床生产厂一或机床研究单位代号,置于辅助部 分末尾,用“一”号分开,读作“至”。 通用机床型号编制实例:CA6140型卧式车床
29 注：1．有“（）” 的代号或数字，无内容时，可不表示；若有内容则不带括号。 2．有“O”符号者，为大写的汉语拼音字母。 3．有“凸”符号者，为阿拉伯数字。 4．有“以’符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字，或两者兼有。 （2）机床类、组、系的划分 每类机床按其结构性能及使用范围划分为 10 个组，用数字 0－9 表示。每组机床又分若干个系 （系列）。系的划分原则是：凡主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的相对运动特点基 本相同，且基本结构及布局也相同的机床，划为同一系。机床的组、系代号分别用一位阿拉伯数字 表示，位于类代号或特性代号之后。（见教材表 3－2P64）。 （3）机床的特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有某种通用特性时，则在类代号之 后加上通用特性代号 （4）机床主参数和设计顺序号 机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算 系数，如 1／10 等）表示。某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号 表示。 （5） 主轴数和第二主参数的表示方法 对于多轴车床、多轴钻床等机床，其主参数以实际值列 入型号，置于主参数之后，用“X”分开，读作“乘”。第二主参数一般是指最大模数、最大转矩、 最大工件长度、工作台工作面长度等。第二主参数也用折算值表示。 （6）机床的重大改进顺序号 当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试 制和鉴定时，在原机床型号的尾部，加重大改进顺序号，以区别于原机床型号。序号接 A、B、C、，··等 字母的顺序选用。 （7）其他特征代号及其表示方法 其他特征代号置于辅助部分之首，主要用以反映各类机床的 特征。例如，对于一般机床，可以反映同一型号机床的变型。 （8）企业代号及其表示方法 企业代号中包括机床生产厂一或机床研究单位代号，置于辅助部 分末尾，用“一” 号分开，读作“至”。 通用机床型号编制实例：CA6140 型卧式车床
类代号(车床类) 结构特征代号(结构不同) 组代号(落地及卧式车床组) 系代号(卧式车床系) 主参数(最大车削直径400mm 2.专用机床的型号编制 专用机床型号由设计单位代号和设计顺序号组成。 (1)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 (2)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(由“0()”起始) 排列,位于设计单位代号之后,并用 号隔开,读作“至 第六讲 第二节外圆表面加工 、外国表面的车削加工 (-)加工方法 1.粗车车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法。由于粗车的目的主要是迅速地从毛坯上 切除多余的金属,因此,提高生产率是其主要任务 粗车通常采用尽可能大的背吃刀量和进给量来提高生产率。而为了保证必要的刀具寿命,切削 速度则通常较低。粗车时,车刀应选取较大的主偏角,以减小背向力,防止工件的弯曲变形和振动; 选取较小的前角、后角和负值的刃倾角,以增强车刀切削部分的强度。粗车所能达到的加工精度为 IT12-IT,表面粗糙度Ra为50-12.5um。 2.精车精车的主要任务是保证零件所要求的加工精度和表面质量。精车外圆表面一般采用 较小的背吃刀量与进给量和较高的切削速度进行加工。在加工大型轴类零件外圆时,则常采用宽刃 车刀低速精车。精车时车刀应选用较大的前角、后角和正值的刀倾角,以提高加工表面质量。精车 可作为较高精度外圆的最终加工或作为精细加工的预加工。精车的加工精度可达IT8-IT6级,表面 粗糙度Ra可达1.6-0.8um 3.精细车精细车的特点是:背吃刀量和进给量取值极小,切削速度高达150-2000m/min 精细车一般采用立方氨化硼(CBN)、金刚石等超硬材料刀具进行加工,所用机床也必须是主轴能作 高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。精细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削 大体相当,加工精度可达IT6以上,表面粗糙度Ra可达0.4-0005μm。多用于磨削加工性不好 的有色金属工件的精密加工,对于容易堵塞砂轮气孔的铝及铝合金等工件,精细车更为有效。在加 工大型精密外圆表面时,精细车可以代替磨削加工 (二)提高外国表面车削生产效率的途径 车削是轴类、套类和盘类零件外圆表面加工的主要工序,也是这些零件加工耗费工时最多的工 序。提高外圆表面车削生产效率的途径主要有: 1)采用高速切削高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除 要求车床具有高转速外,主要受刀具材料的限制。 2)采用强力切削强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的。其特点是对车刀切削刃 进行改革,在刀尖处磨出一段副偏角为0、长度取为1.2-1.5f的修光刃,在进给量提高几倍甚至 十几倍的条件下进行切削时,加工表面粗糙度Ra仍能达到5-2.5μm。强力切削比高速切削的生 产效率更高,适用于刚度比较好的轴类零件的粗加工。采用强力切削时,车床加工系统必须具有足
30 2．专用机床的型号编制 专用机床型号由设计单位代号和设计顺序号组成。 （1）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。 （2）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（由“0（）”起始） 排列，位于设计单位代号之后，并用“一” 号隔开，读作“至”。 第六讲 第二节 外圆表面加工 一、外国表面的车削加工 （一）加工方法 1．粗车 车削加工是外圆粗加工最经济有效的方法。由于粗车的目的主要是迅速地从毛坯上 切除多余的金属，因此，提高生产率是其主要任务。 粗车通常采用尽可能大的背吃刀量和进给量来提高生产率。而为了保证必要的刀具寿命，切削 速度则通常较低。粗车时，车刀应选取较大的主偏角，以减小背向力，防止工件的弯曲变形和振动； 选取较小的前角、后角和负值的刃倾角，以增强车刀切削部分的强度。粗车所能达到的加工精度为 IT12－ITll，表面粗糙度 Ra 为 50－12．5μm。 2．精车 精车的主要任务是保证零件所要求的加工精度和表面质量。精车外圆表面一般采用 较小的背吃刀量与进给量和较高的切削速度进行加工。在加工大型轴类零件外圆时，则常采用宽刃 车刀低速精车。精车时车刀应选用较大的前角、后角和正值的刀倾角，以提高加工表面质量。精车 可作为较高精度外圆的最终加工或作为精细加工的预加工。精车的加工精度可达 IT8－IT6 级，表面 粗糙度 Ra 可达 1．6－0．8μm。 3．精细车 精细车的特点是：背吃刀量和进给量取值极小，切削速度高达 150－2000m／min。 精细车一般采用立方氨化硼（CBN）、金刚石等超硬材料刀具进行加工，所用机床也必须是主轴能作 高速回转、并具有很高刚度的高精度或精密机床。精细车的加工精度及表面粗糙度与普通外圆磨削 大体相当，加工精度可达 IT6 以上，表面粗糙度 Ra 可达 0．4－0.005μm。多用于磨削加工性不好 的有色金属工件的精密加工，对于容易堵塞砂轮气孔的铝及铝合金等工件，精细车更为有效。在加 工大型精密外圆表面时，精细车可以代替磨削加工。 （二）提高外国表面车削生产效率的途径 车削是轴类、套类和盘类零件外圆表面加工的主要工序，也是这些零件加工耗费工时最多的工 序。提高外圆表面车削生产效率的途径主要有： l）采用高速切削 高速切削是通过提高切削速度来提高加工生产效率的。切削速度的提高除 要求车床具有高转速外，主要受刀具材料的限制。 2）采用强力切削 强力切削是通过增大切削面积来提高生产效率的。其特点是对车刀切削刃 进行改革，在刀尖处磨出一段副偏角为 0、长度取为 1．2－1．5f 的修光刃，在进给量提高几倍甚至 十几倍的条件下进行切削时，加工表面粗糙度 Ra 仍能达到 5－2．5μm。强力切削比高速切削的生 产效率更高，适用于刚度比较好的轴类零件的粗加工。采用强力切削时，车床加工系统必须具有足
够的刚性及功率 3)采用多刀加工方法多刀加工是通过减少刀架行程长度提高生产效率的 三)车刀的种类和用途 车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。常用车刀种类 及用途详见图3-4。外国车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面,它分为直头和弯头两种。弯头车刀通 用性较好,可以车削外圆、端面和倒棱。外圆车刀又可分为粗车刀、精车刀和宽刃光刀,精车刀刀 尖圆弧半径较大,可获得较小的残留面积,以减小表面粗糙度:宽刃光刀用于低速精车;当外圆车 刀的主偏角为90度时,可用于车削阶梯轴、凸肩。端面及刚度较低的细长轴。外圆车刀按进给方向 又分为左偏刀和右偏刀。 车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。整体车刀主要是整体高速钢车刀 截面为正方形或矩形,使用时可根据不同用途进行刃磨:整体车刀耗用刀具材料较多,一般只用作 切槽。切断刀使用。焊接车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。它的优点是 结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活、制造方便,缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片 的使用性能,有的甚至会产生裂纹。机械夹固车刀简称机夹车刀,根据使用情况不同又分为机夹重 磨车刀和机夹可转位车刀 可转位车刀的刀片夹固机构应满足夹紧可靠、装卸方便、定位精确等要求。常用的夹固机构: 压孔式夹固机构利用沉头螺钉2的斜面将刀片夹紧,它的结构简单、刀头部分小,适用于小型刀具。 上压式夹固机构由压板6将刀片压紧,适用于不带孔刀片的夹固。杠杆式夹紧机构以曲杠2上的凸 部为支点,向下旋进压紧螺钉6,可使曲杠2摆动,将刀片压紧在刀槽定位面上:刀垫4由一个弹 簧套3在其孔中定位,松开刀片时,弹簧套3的张力使刀垫4保持原位,弹簧7自动托起曲杠2松 开刀片,此时可使刀片转位或更换新的可转位刀片。综合式夹固机构综合采用了两种刀片夹固方式, 夹紧刀片时,一方面靠压块5上楔面部分的推力作用,使刀片孔紧靠在圆柱销4上:一方面靠压块 5上楔钩的向下压力,使刀片3压紧在刀垫。这种夹固方式夹紧力大,刀片固定准确可靠,适用于 重负荷切削及有冲击负荷的切削 四)CA6140型卧式车床 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。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 (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 行程由可调行程档块控制。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 适于在大批大量生产中加工形状不太复杂的小型零件。 (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 床适于在大批大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 下面以CA6140型卧式车床为例介绍车床的传动和结构 1.机床布局 其主要部件及功能如下 (1)主轴箱1它固定在床身4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
31 够的刚性及功率。 3）采用多刀加工方法 多刀加工是通过减少刀架行程长度提高生产效率的。 （三）车刀的种类和用途 车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。常用车刀种类 及用途详见图 3－4。外国车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面，它分为直头和弯头两种。弯头车刀通 用性较好，可以车削外圆、端面和倒棱。外圆车刀又可分为粗车刀、精车刀和宽刃光刀，精车刀刀 尖圆弧半径较大，可获得较小的残留面积，以减小表面粗糙度；宽刃光刀用于低速精车；当外圆车 刀的主偏角为 90 度时，可用于车削阶梯轴、凸肩。端面及刚度较低的细长轴。外圆车刀按进给方向 又分为左偏刀和右偏刀。 车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。整体车刀主要是整体高速钢车刀， 截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行刃磨；整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作 切槽。切断刀使用。焊接车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。它的优点是 结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活、制造方便，缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片 的使用性能，有的甚至会产生裂纹。机械夹固车刀简称机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重 磨车刀和机夹可转位车刀。 可转位车刀的刀片夹固机构应满足夹紧可靠、装卸方便、定位精确等要求。常用的夹固机构： 压孔式夹固机构利用沉头螺钉 2 的斜面将刀片夹紧，它的结构简单、刀头部分小，适用于小型刀具。 上压式夹固机构由压板 6 将刀片压紧，适用于不带孔刀片的夹固。杠杆式夹紧机构以曲杠 2 上的凸 部为支点，向下旋进压紧螺钉 6，可使曲杠 2 摆动，将刀片压紧在刀槽定位面上；刀垫 4 由一个弹 簧套 3 在其孔中定位，松开刀片时，弹簧套 3 的张力使刀垫 4 保持原位，弹簧 7 自动托起曲杠 2 松 开刀片，此时可使刀片转位或更换新的可转位刀片。综合式夹固机构综合采用了两种刀片夹固方式， 夹紧刀片时，一方面靠压块 5 上楔面部分的推力作用，使刀片孔紧靠在圆柱销 4 上；一方面靠压块 5 上楔钩的向下压力，使刀片 3 压紧在刀垫。这种夹固方式夹紧力大，刀片固定准确可靠，适用于 重负荷切削及有冲击负荷的切削。 （四） CA6140 型卧式车床 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。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。 （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 行程由可调行程档块控制。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 适于在大批大量生产中加工形状不太复杂的小型零件。 （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 床适于在大批大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。 下面以 CA6140 型卧式车床为例介绍车床的传动和结构。 1．机床布局 其主要部件及功能如下： （1）主轴箱 1 它固定在床身 4 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
CA6140 图3-11CA1640型卧式车床 1一主轴箱2刀架3一尾座4一床身5一右床腿 6一溜板箱7一左床腿8-进给箱 (2)床鞍和刀架2它位于床身4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 (3)尾座3它装在床身4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 (4)进给箱8它固定在床身4的左前例。送给箱内装有进给运动的变速装置,用于改变进 给量。 (5)溜板箱6它固定在床鞍的底部,溜板箱的功用是把进给箱传来的运动传递给刀架,使 刀架实现纵向和横向进给或快速移动。溜板箱上装有各种操纵手柄和按钮 (6)床身4床身固定在左床腿7和右床腿5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。 2.机床的传动系统 CA6140型卧式车床的传动系统原理框图,概要地表示了由电动机带动主轴和刀架运动所经过 的传动机构和重要元件 电动机经主换向机构、主变速机构带动主轴转动;进给传动从主轴开始,经进给换向机构、交 换齿轮和进给箱内的变速机构和转换机构、溜板箱中的传动机构和转换机构传至刀架。溜板箱中的 转换机构起改变进给方向的作用,使刀架作纵向或横向、正向或反向进给运动 3.机床的主传动链 (1)传动路线图3-13为CA6140型卧式车床传动系统图 1)高速传动路线 2)低速传动路线 (2)主轴转速级数及转速由传动系统图中可以看出,当主轴正转时可以得到2X3x(1+2x 2)=30种传动主轴的路线,但实际上只能得到2x3x(1+3)=24级不同的转速。由低速路线传 动时,主轴只能得到2X3X(2ⅹ2-1)=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3x[1十(2x2-1)]=12级转速。 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
32 （2）床鞍和刀架 2 它位于床身 4 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。 （3）尾座 3 它装在床身 4 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。 （4）进给箱 8 它固定在床身 4 的左前例。送给箱内装有进给运动的变速装置，用于改变进 给量。 （5）溜板箱 6 它固定在床鞍的底部，溜板箱的功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，使 刀架实现纵向和横向进给或快速移动。溜板箱上装有各种操纵手柄和按钮。 （6）床身 4 床身固定在左床腿 7 和右床腿 5 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。 2．机床的传动系统 CA6140 型卧式车床的传动系统原理框图，概要地表示了由电动机带动主轴和刀架运动所经过 的传动机构和重要元件。 电动机经主换向机构、主变速机构带动主轴转动；进给传动从主轴开始，经进给换向机构、交 换齿轮和进给箱内的变速机构和转换机构、溜板箱中的传动机构和转换机构传至刀架。溜板箱中的 转换机构起改变进给方向的作用，使刀架作纵向或横向、正向或反向进给运动。 3．机床的主传动链 （1）传动路线 图 3－13 为 CA6140 型卧式车床传动系统图。 l）高速传动路线 2）低速传动路线 （2）主轴转速级数及转速 由传动系统图中可以看出，当主轴正转时可以得到 2 X3 x（l＋2 x 2）＝30 种传动主轴的路线，但实际上只能得到 2 x 3 x（l＋3）＝24 级不同的转速。由低速路线传 动时，主轴只能得到 2 X 3 X（2 X 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 3x[1 十（2 x 2-1）]＝12 级转速。 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
主轴箱 电动机 「换向机构 上变速机 构主轴门 轮 交换齿 [丝杠[螺母 车螺纹 进给变速机构 转换机构 (纵向进给 上[无杠[动机构[换机构片 (横向进给 进给箱 溜板箱 图3-12CA6140型车床传动系统原理框图 M1(左)38 主电动机 中130mm (正转)51 7.5kW 中230mm 1450r/min M1(右) (反转)34-30 6 (高速路线) Ⅵ(主轴) (低速路线) 主轴的各级转速,可根据各有关滑动齿轮的啮合关系求得。机床主轴转速为 n主=1450 xcr/min≈l0r/m 4.主轴箱的主要机构 (1)主轴组件 (2)卸荷带轮 (3)双向多片摩擦离合器、制动器及其操纵机构 (4)变速操纵机构 、外圆表面的磨削加工 (-)加工方法 1.工件有中心支承的外圆磨削 (1)纵向进给磨削砂轮旋转是主运动,工件除了旋转(圆周进给运动nw)外,还和工作台 起纵向往复运动(纵向进给运动人),工件每往复一次(或每单行程),砂轮向工件作横向进给运 动人,磨削余量在多次往复行程中磨去。在磨削的最后阶段,要作几次无横向进给的光磨行程,以 消除由于径向磨削力的作用在机床加工系统中产生的弹性变形,直到磨削火花消失为止。 纵向进给磨削外圆时,因磨削深度小、磨削力小、散热条件好,磨削精度较高,表面粗糙度较 小;但由于工作行程次数多,生产率较低;它适于在单件小批生产中磨削较长的外圆表面
33 主轴的各级转速，可根据各有关滑动齿轮的啮合关系求得。机床主轴转速为 4．主轴箱的主要机构 （1）主轴组件 （2）卸荷带轮 （3）双向多片摩擦离合器、制动器及其操纵机构 （4）变速操纵机构 二、外圆表面的磨削加工 （一）加工方法 1．工件有中心支承的外圆磨削 （1）纵向进给磨削 砂轮旋转是主运动，工件除了旋转（圆周进给运动 nw）外，还和工作台 一起纵向往复运动（纵向进给运动人），工件每往复一次（或每单行程），砂轮向工件作横向进给运 动人，磨削余量在多次往复行程中磨去。在磨削的最后阶段，要作几次无横向进给的光磨行程，以 消除由于径向磨削力的作用在机床加工系统中产生的弹性变形，直到磨削火花消失为止。 纵向进给磨削外圆时，因磨削深度小、磨削力小、散热条件好，磨削精度较高，表面粗糙度较 小；但由于工作行程次数多，生产率较低；它适于在单件小批生产中磨削较长的外圆表面
图3-20纵向进给磨削外圆 图3-21横向进给磨削外圆 ∞-2等等等常 导 坐送导9m照 e∞a寸 江
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(2)横向进给磨削(切入磨削)砂轮旋转是主运动,工件作圆周进给运动nw,砂轮相对工 件作连续或断续的横向进给运动,直到磨去全部余量。横向进给磨削的生产效率高,但加工精度低 表面粗糙度较大:这是因为横向进给磨削时工件与砂轮接触面积大,磨削力大、发热量多、磨削温 度高、工件易发生变形和烧伤:它适于在大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面。如将砂轮 修整成一定形状,还可以磨削成形表面 图3-22同时磨削外圆和端面 2.工件无中心支承的外圆磨削(无心磨削) 磨削时工件放在砂轮与导轮之间的托板上,不用中心孔支承,故称为无心磨削。导轮是用摩擦 系数较大的橡胶结合剂制作的磨粒较粗的砂轮,其转速很低(20-80mm/min),靠摩擦力带动工件 旋转。无心磨削时砂轮和工件的轴线总是水平放置的,而导轮的轴线通常要在垂直平面内倾斜一个 角度,其目的是使工件获得一定的轴向进给速度 无心磨削的生产效率高,容易实现工艺过程的自动化:但所能加工的零件具有一定的局限性, 不能磨削带长键槽和平面的圆柱表面,也不能用于磨削同轴度要求较高的阶梯轴外圆表面 磨削砂轮工件导轮 磨削砂轮 导轮工件 托板 图3-23无心外圆磨削 (二)外圆磨削的尺寸控制 磨削的主要特点之一是砂轮具有自锐作用,当磨粒的锋刃磨钝后,作用在磨粒上的力増大,使 磨粒被压碎,形成新的锋刃,或者整颗磨粒脱落露岀新的磨粒锋刃来工作。砂轮的自锐作用可以使 磨粒始终保持锋利状态,但它会使砂轮的径向磨损速度加剧,使磨削外圆一般不能用预先确定砂轮 径向进给量的方法来保证工件的直径尺寸。为保证外圆磨削的尺寸精度,需要根据工件在磨削过程 中的实际尺寸变化来控制砂轮的径向进给量。在实际生产中通常采用在磨削过程中对工件进行主动 测量的方法法来控制工件的尺寸 三)外圆磨削加工的工艺特点及应用范围 (1)磨粒硬度高,它能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面 (2)磨削加工能切除极薄极细的切屑,修正误差的能力强,加工精度高(6-II5),加工表 面粗糙度小,原因如下 1)磨粒的刃口钝圆半径产小 2)由于磨粒切除金属材料系大负前角切削,再加上磨削速度高(30-9m/s),故磨削区的瞬 35
35 （2）横向进给磨削（切入磨削） 砂轮旋转是主运动，工件作圆周进给运动 nw，砂轮相对工 件作连续或断续的横向进给运动，直到磨去全部余量。横向进给磨削的生产效率高，但加工精度低， 表面粗糙度较大；这是因为横向进给磨削时工件与砂轮接触面积大，磨削力大、发热量多、磨削温 度高、工件易发生变形和烧伤；它适于在大批大量生产中加工刚性较好的工件外圆表面。如将砂轮 修整成一定形状，还可以磨削成形表面。 2．工件无中心支承的外圆磨削（无心磨削） 磨削时工件放在砂轮与导轮之间的托板上，不用中心孔支承，故称为无心磨削。导轮是用摩擦 系数较大的橡胶结合剂制作的磨粒较粗的砂轮，其转速很低（20－80mm／min），靠摩擦力带动工件 旋转。无心磨削时砂轮和工件的轴线总是水平放置的，而导轮的轴线通常要在垂直平面内倾斜一个 角度，其目的是使工件获得一定的轴向进给速度 无心磨削的生产效率高，容易实现工艺过程的自动化；但所能加工的零件具有一定的局限性， 不能磨削带长键槽和平面的圆柱表面，也不能用于磨削同轴度要求较高的阶梯轴外圆表面。 （二）外圆磨削的尺寸控制 磨削的主要特点之一是砂轮具有自锐作用，当磨粒的锋刃磨钝后，作用在磨粒上的力增大，使 磨粒被压碎，形成新的锋刃，或者整颗磨粒脱落露出新的磨粒锋刃来工作。砂轮的自锐作用可以使 磨粒始终保持锋利状态，但它会使砂轮的径向磨损速度加剧，使磨削外圆一般不能用预先确定砂轮 径向进给量的方法来保证工件的直径尺寸。为保证外圆磨削的尺寸精度，需要根据工件在磨削过程 中的实际尺寸变化来控制砂轮的径向进给量。在实际生产中通常采用在磨削过程中对工件进行主动 测量的方法法来控制工件的尺寸。 （三）外圆磨削加工的工艺特点及应用范围 （1）磨粒硬度高，它能加工一般金属切削刀具所不能加工的工件表面。 （2）磨削加工能切除极薄极细的切屑，修正误差的能力强，加工精度高（IT6－IT5），加工表 面粗糙度小，原因如下： l）磨粒的刃口钝圆半径产小 2）由于磨粒切除金属材料系大负前角切削，再加上磨削速度高（30－90m／s），故磨削区的瞬
时温度极高,有时甚至高达能使表面金属熔化的程度 3)磨粒在砂轮上随机分布,同时参加磨削的磨粒数相当多,磨痕轨迹纵横交错,容易磨出表面 粗糙度小的光洁表面。 (3)由于大负前角磨粒在切除金属过程中消耗的摩擦功大,再加上磨屑细薄,切除单位体积金 属所消耗的能量,磨削要比车削大得多 综上分析可知,磨削加工更适用于做精加工工作,也可用砂轮磨削带有不均匀铸、锻硬皮的工 件:但它不适宜加工塑性较大的有色金属材料(例如铜、铝及其合金),因为这类材料在磨削过程中 容易堵塞砂轮,使其失去切削作用。磨削加工既广泛用于单件小批生产,也广泛用于大批大量生产 、外圆表面的精整、光整加工 糙、光加丁是精加忑后·丛丁供表上不切除惑切除极護淾属层·用以提高加J表面的尺 丈和形状積度、诚小表粗糙度或用以强化表面的加工法 1.研磨 硏是在研具与J侁之阅加人研慶剂,对表面进行糙整、光整加丁的友法。研磨时,工件 和研具之间的相对运动较复杂,研磨剂中的每一颗磨粒一般都不会在工件表面上重复自己的运动轨 迹,具有较强的对误差与缺陷的修正能力,能提高加工表面的尺寸精度、形状精度和减小表面粗糙 度。 研磨分手工研磨和机械研磨两种。手工硏磨是手持硏具进行硏磨,研磨外圆时,可将工件装夹 在车床卡盘上或顶尖上作低速旋转运动,研具套在工件上用手推动研具作往复运动。机械研磨在研 磨机上进行 图3-25机械研磨外圆 1、2一研磨盘3一工件隔离盘4—工件 研磨属精整、光整加工,研磨前加工面要进行良好的精加工,研磨余量在直径上一般为0.1 0.03mm 研磨的工艺特点是设备和研具简单、成本低、容易保证质量。如果加工条件控制得好,研磨外 圆可获得很高的尺寸精度(IT6-II4)和极小的表面粗糙度以及较高的形状精度(圆度误差为0.003 0.o0lmm);但硏磨不能提高位置精度,生产效率较低。硏磨可加工钢、铸铁、硬质合金、光学 玻璃、陶瓷等多种材料 2.超精加工 超糙加是用细粒度的腹条或砂带进行微曩慶削的一秧糙整、光斃加丁友法。加工时工件作低 速旋转(0.03-0.33m/s),磨条以恒定压力压向工件表面,在磨头沿工件轴向进给的同时,磨条 作轴向低频振动,对工件表面进行加工。超精加工是在加注大量冷却润滑液条件下进行的,磨条与 工件表面接触时,最初仅仅碰到前工序留下的凸峰,这时单位压力大,切削能力强、凸峰很快被磨 掉,冷却润滑液的作用主要是冲洗切屑和脱落的磨粒,使切削能正常进行。当被加工表面逐渐呈光 滑状态时,磨条与工件表面之间的接触面不断增大、压强不断下降,切削作用减弱;最后,冷却润
36 时温度极高，有时甚至高达能使表面金属熔化的程度； 3）磨粒在砂轮上随机分布，同时参加磨削的磨粒数相当多，磨痕轨迹纵横交错，容易磨出表面 粗糙度小的光洁表面。 （3）由于大负前角磨粒在切除金属过程中消耗的摩擦功大，再加上磨屑细薄，切除单位体积金 属所消耗的能量，磨削要比车削大得多。 综上分析可知，磨削加工更适用于做精加工工作，也可用砂轮磨削带有不均匀铸、锻硬皮的工 件；但它不适宜加工塑性较大的有色金属材料（例如铜、铝及其合金），因为这类材料在磨削过程中 容易堵塞砂轮，使其失去切削作用。磨削加工既广泛用于单件小批生产，也广泛用于大批大量生产。 三、外圆表面的精整、光整加工 精整、光整加工是精加工后，从工件表面上不切除或切除极薄金属层，用以提高加工表面的尺 寸和形状精度、减小表面粗糙度或用以强化表面的加工方法。 1．研磨 研磨是在研具与工件之间加人研磨剂，对工件表面进行精整、光整加工的方法。研磨时，工件 和研具之间的相对运动较复杂，研磨剂中的每一颗磨粒一般都不会在工件表面上重复自己的运动轨 迹，具有较强的对误差与缺陷的修正能力，能提高加工表面的尺寸精度、形状精度和减小表面粗糙 度。 研磨分手工研磨和机械研磨两种。手工研磨是手持研具进行研磨，研磨外圆时，可将工件装夹 在车床卡盘上或顶尖上作低速旋转运动，研具套在工件上用手推动研具作往复运动。机械研磨在研 磨机上进行。 研磨属精整、光整加工，研磨前加工面要进行良好的精加工，研磨余量在直径上一般为 0．1－ 0．03mm。 研磨的工艺特点是设备和研具简单、成本低、容易保证质量。如果加工条件控制得好，研磨外 圆可获得很高的尺寸精度（IT6－IT4）和极小的表面粗糙度以及较高的形状精度（圆度误差为 0．003 －0．001mm）；但研磨不能提高位置精度，生产效率较低。研磨可加工钢、铸铁、硬质合金、光学 玻璃、陶瓷等多种材料。 2．超精加工 超精加工是用细粒度的磨条或砂带进行微量磨削的一种精整、光整加工方法。加工时工件作低 速旋转（0．03－0．33m／s），磨条以恒定压力压向工件表面，在磨头沿工件轴向进给的同时，磨条 作轴向低频振动，对工件表面进行加工。超精加工是在加注大量冷却润滑液条件下进行的，磨条与 工件表面接触时，最初仅仅碰到前工序留下的凸峰，这时单位压力大，切削能力强、凸峰很快被磨 掉，冷却润滑液的作用主要是冲洗切屑和脱落的磨粒，使切削能正常进行。当被加工表面逐渐呈光 滑状态时，磨条与工件表面之间的接触面不断增大、压强不断下降，切削作用减弱；最后，冷却润