机械加工工艺基础教案Word格式文档下载.docx
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如果间隙过大，则压不紧，摩擦片打滑，车床动力就显得不足，工作时易产生闷车现象，且摩擦片易磨损。
反之，如果间隙过小，起动时费力；
停车或换向时，摩擦片又不易脱开，严重时会导致摩擦片被烧坏。
同时，由此也可看出，摩擦
离合器除了可传递动力外，还能起过载保险的作用。
当机床超载时，摩擦片会打滑，于是主轴就停止转动，从而避免损坏机床。
所以摩擦片间的压紧力是根据离合器应传递的额定扭矩来确定的，并可用拧在压套上的螺母9a和9b来调整。
3、制动装置
制动装置功用在于车床停车过程中克服主轴箱中各运动件的惯性，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时间。
CA6140型卧式车床采用闸带式制动器实现制动。
制动带6的拉紧程度可由螺钉5进行调整。
其调整合适的状态，应是停车时主轴能迅速停止，而开车时制动带能完全松开。
（二）溜板箱
溜板箱的功用是：
将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给；
控制刀架运动的接通、断开和换向；
机床过载时控制刀架停止进给；
手动操纵刀架移动和实现快速移动。
因此，溜板箱通常设有以下几种机构：
接通丝杠传动的开合螺母机构；
将光杠的运动传至纵向齿轮齿条和横向进给丝杠的传动机构；
接通、断开和转换纵、横向进给的转换机构；
保证机床工作安全的过载保险装置和互锁机构；
控制刀架运动的操纵机构；
改变纵、横向机动进给运动方向的换向机构；
快速空行程传动机构。
1、纵横向进给操纵机构
CA6140型车床的纵、横机动进给运动的接通、断开和换向，采用一个手柄集中操纵方式。
当需要纵、横向移动刀架时，向相应的方向扳动操纵手柄1即可。
2、互锁机构
为了避免损坏机床，必须保证横、纵向机动进给运动和车螺纹进给运动不能同时接通。
为此，CA6140型车床的溜板箱中设有互锁机构。
因此，合上开合螺母后，纵横向机动进给都不能接通。
而接通纵向或横向机动进给后，开合螺母都不能合上。
第七章机械加工质量生产率和经济性
第一节机械加工质量
机械零件的加工质量包括两个方面：
加工精度和表面质量。
一、加工精度
（一）加工精度的概念
加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。
它由尺寸精度、形状精度和位置精度组成。
尺寸精度：
指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。
形状精度：
指加工后零件表面本身的实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。
位置精度：
指加工后零件各表面之间的实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。
（二）机械加工精度获得的方法
1．尺寸精度的获得方法
1）试切法这是一种通过试切工件—测量—比较—调整刀具—再试切—……再调整，直至获得要求的尺寸的方法。
2）调整法是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整确定刀具相对工件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批工件进行加工的方法。
3）定尺寸刀具法在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺寸精度的一种方法。
4）自动控制法通过由测量装置、进给装置和切削机构以及控制系统组成的控制加工系统，把加工过程中的尺寸测量、刀具调整和切削加工等工作自动完成，从而获得所要求的尺寸精度的一种加工方法。
2．形状精度的获得方法
机械加工中获得一定形状表面的方法可以归纳为以下三种。
1）轨迹法此法利用刀具的运动轨迹形成要求的表面几何形状。
刀尖的运动轨迹取决于刀具与工件的相对运动，即成形运动。
用这种方法获得的形状精度取决于机床的成形运动精度。
2）成形法此法利用成形刀具代替普通刀具来获得要求的几何形状的表面。
机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃所取代，从而简化了机床结构，提高了生产效率。
用这种方法获得的表面形状精度既取决于刀刃的形状精度，又有赖于机床成形运动的精度。
3）范成法零件表面的几何形状是在刀具与工件的啮合运动中，由刀刃的包络面形成的。
因而刀刃必须是被加工表面的共扼曲面，成形运动间必须保持确定的速比关系，加工齿轮常用此种方法。
3．位置精度的获得方法
在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种。
1）一次装夹法工件上几个加工表面是在一次装夹中加工出来的。
2）多次装夹法即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面（亦是工件在前几次装夹时的加工面）之间的位置关系保证的。
在多次装夹法中，又可划分为：
①直接装夹法即通过在机床上直接装夹工件的方法。
②找正装夹法即通过找正工件相对刀具切削成形运动之间的准确位置的方法。
③夹具装夹法即通过夹具确定工件与刀具切削刃成形运动之间的准确位置的方法。
二、表面质量
（一）表面质量的概念
零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且也包括加工表面质量。
表面质量是指机械加工后零件表面层的几何结构，以及受加工的影响表面层金属与基体金属性质产生变化的情况。
表面层一般只有0.05～0.15mm。
在金属切削过程中，形成加工表面时发生金属的弹性变形和撕裂，同时伴随着切削力和切削热的作用，使整个工艺系统可能产生振动。
因此已加工表面不可能是理想的光滑的表面，而是存在着粗糙度、波纹等几何形状误差以及划痕、裂纹等表面缺陷。
零件表面层材料的化学和物理性质也发生一系列变化。
表面质量的主要内容包括以下方面：
1．表面的几何形状
2．表面层物理机械性能的变化
由于表面层沿深度的变化，所以表面层物理机械性能的变化主要有：
1）表面层的冷作硬化
2）表面层中残余应力的大小、方向及分布情况
3）表面层金相组织的改变
4）表面层的其它物理机械性能的变化
（二）表面质量对零件使用性能的影响
机械产品之所以要维修，更换某些零件或整个报废，一般不是因为它的零件发生了整体破坏，而是零件之间有相互运动的表面产生过大的磨损，从而改变了机械的性能，使之不能使用。
有时即使零件发生了整体断裂，究其原因也往往是首先在零件表面上形成了疲劳裂纹，裂纹不断扩展，从而造成了零件的整体破坏。
因此，了解零件的表面质量对其使用性能的影响，正确的提出对零件表面质量的要求是非常重要的。
1．表面粗糙度对耐磨性的影响
零件的耐磨性除与材料的性能、热处理状态和润滑条件有关外，零件自身的表面粗糙度起着十分重要的作用。
2．冷作硬化对耐磨性的影响
冷作硬化可以显著地提高零件表面的耐磨性。
3．表面层应力集中及残余应力对疲劳强度的影响
零件表面微观不平度会在它的“波谷”底部造成应力集中。
4．表面质量对零件耐蚀性能的影响
降低表面粗糙度值可以提高零件的抗腐蚀性能。
5．表面质量对配合性质的影响
对于间隙配合，如果零件表面粗糙度值过大，初期磨损就较严重，导致磨损量加大，从而使配合间隙增大，破坏了原设计要求的配合精度。
对于过盈配合，表面粗糙度值过大，装配中，在压入配合的表面上的部分微小波峰被挤平，使实际得到的过盈量比设计要求的小，降低了过盈表面的结合强度，从而影响零件联接的可靠性。
三、提高加工质量的措施
影响零件加工精度的因素很多，为了提高加工质量，保证机械加工精度，生产中采取的工艺措施很多，这里仅举一些实例，作简要说明。
（一）增强工件刚性的工艺措施
生产中常遇到一些零件刚性差，按传统的加工方法则很难达到加工精度，为此需采取工艺措施提高工件的刚性。
（二）采用减振、消振装置
第二节生产率和经济性
一、生产率
（一）生产率的概念
机械加工的劳动生产率，是指工人在单位时间内加工出合格零件的数目。
工艺过程的基本组成单元是工序，因此评价机械加工劳动生产率，主要看各个工序加工的单件工时，即该工序加工完成一个零件所需要的时间，以t单表示。
组成：
基本时间、辅助时间、服务时间、休息和自然需要时间、准备结束时间。
（二）提高生产率的途径
缩短基本时间、缩短辅助时间、缩短服务时间、缩短准备结束时间。
二、工艺过程的经济性
（一）生产成本和工艺成本
造一个产品或零件所必须的一切费用的总和，称为产品或零件的生产成本。
生产成本由两大部分费用组成：
即工艺成本和其它费用。
工艺成本是与工艺过程直接有关的费用，约占生产成本的70%～75%，它又包含可变费用（V）和不变费用（C）。
可变费用（V）的组成：
材料费；
操作工人工资；
机床维持费；
通用机床折旧费；
刀具维持费折旧费；
夹具维持费折旧费。
它们与年产量直接有关。
不变费用（C）的组成：
调整工人工资；
专用机床折旧费；
专用刀具折旧费；
专用夹具折旧费。
它们与年产量无直接关系。
因为专用机床、专用工装是专门为某种零件加工所用的，不能用于其它零件，所以它们的折旧费、维持费等是确定的，与年产量无直接关系。
从而，一个零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：
E=NV+C
（二）工艺成本与年产量的关系
（三）不同工艺方案经济性比较
对不同的工艺方案进行经济性比较时，有下列两种情况：
1．若两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本既作为衡量各方案经济性的重要依据。
2．若两种工艺方案的基本投资相差较大时，必须考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
第五章其他类型常用机床
第一节铣床
一、铣床类型与用途
铣床是用于铣削加工的机床。
根据构造特点及用途，铣床的主要类型有：
卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工作台不升降铣床、圆工作台铣床、龙门铣床、铣床、仿形铣床和各种专门化铣床。
铣床是一种用途广泛的机床。
它可以加工平面（水平面、垂直面、阶台面）、沟槽（键槽、T型槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴等）、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。
此外，还可用于对回转体表面及内孔进行加工，以及进行切断工作等。
二、各类铣床主要特点
铣床使用的是旋转的多齿刀具，生产效率较高。
但是，由于铣削加工为断续切削，铣刀的每个刀齿的切削层参数随时都在变化，所以铣削力的大小和方向也在不断变化，容易引起机床振动。
因此，铣床在结构上要求有较高的刚度和抗振性。
（一）万能升降台铣床
万能升降台铣床的主轴为水平布置，属卧式升降台铣床，主要用于铣削平面、沟槽和成形表面。
在工作台和床鞍之间有一层回转盘，它可以相对床鞍在水平面内调整±
45°
偏转，改变工作台的移动方向，从而可加工斜槽、螺旋槽等。
此外，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。
（二）立式升降台铣床
立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别在于安装铣刀的机床主轴是垂直于工作台面。
除立铣头外其它主要组成部件与卧式升降台铣床相同。
铣头可以在垂直平面内调整角度，主轴可沿其轴线方向进给或调整位置。
立式铣床用于加工平面、沟槽、台阶，还可铣削斜面、螺旋面、模具型腔和凸模成形表面等。
（三）其他常用铣床
1、龙门铣床
龙门铣床是一种大型的高效通用机床，它在结构上呈柜架式布局，具有较高的刚度及抗振性。
主要用于大中型工件的平面、沟槽加工。
可以进行粗铣、半精铣和精铣加工。
2、工作台不升降铣床
工作台不升降铣床一般为立式布局，工作台不作升降运动，机床的垂直进给运动由安装在立柱上的主轴箱作升降运动来实现。
这种铣床由于工作台层次少，刚性好，适用于加工外形为中等或大尺寸的工件。
工作台不升降铣床根据工作台面的形状，可分为矩形工作台式和圆形工作台式两类。
第二节钻床和镗床
钻床和镗床都是加工内孔的机床，主要用于加工外形复杂，没有对称旋转轴线的工件，如杠杆、盖板、箱体、机架等零件上的单孔或孔系。
一、钻床
钻床类机床的主要工作是用孔加工刀具进行各种类型的孔加工。
主要用于钻孔和扩孔，也可以用来铰孔、攻螺纹、锪沉头孔及锪凸台端面。
钻床分为坐标镗钻床、深孔钻床、摇臂钻床、台式钻床、立式钻床、卧式钻床、铣钻床、中心孔钻床等。
（一）立式钻床
立式钻床是钻床中应用较广的一种，其特点是主轴轴线垂直布置，且位置固定，需调整工件位置，使被加工孔中心线对准刀具的旋转中心线。
由刀具旋转实现主运动，同时沿轴向移动作进给运动。
因此，立式钻床适用于加工中、小型工件。
多轴立式钻床是立式钻床的一种，可对孔进行不同内容的加工或同时加工多个孔，大大提高了生产效率。
台式钻床实质上是一种加工小孔的立式钻床，结构简单小巧，使用方便，适于加工小型零件上的小孔。
（二）摇臂钻床
对于体积和质量都比较大的工件，在立式钻床上加工很不方便，此时可以选用摇臂钻床进行加工。
主轴箱可沿摇臂上的导轨横向调整位置，摇臂可沿立柱的圆柱面上、下调整位置，还可绕立柱转动。
加工时，工件固定不动，靠调整主轴的位置，使其中心对准被加工孔的中心，并快速夹紧，保持准确的位置。
摇臂钻床广泛地应用于单件和中、小批生产中，加工大、中型零件。
如果要加工任意方向和任意位置的孔和孔系，可以选用万向摇臂钻床，机床主轴可在空间绕二特定轴线作回转。
机床上端还有吊环，可以吊放在任意位置。
故它适于加工单件、小批生产的大中型工件。
为了提高钻削加工效率，目前正在发展钻削加工中心。
集钻孔、攻螺纹和铣削于一体，可得到很高的加工精度和生产率。
二、镗床
镗床类机床主要工作是用镗刀进行镗孔，也可进行铣平面、车凸缘、切螺纹等工作。
有卧式镗床、立式镗床、落地镗床、金刚镗床和坐标镗床等多种类型。
（一）卧式镗床
卧式镗床又称万能镗床，可以进行孔加工、车端面、车凸缘、车螺纹和铣平面等。
尤其适于加工箱体零件中尺寸较大、精度较高且相互位置要求严格的孔系。
（二）落地镗床
为适应某些庞大而笨重工件的加工，产生了落地镗床。
落地镗床具有万能性大、集中操纵、移动部件的灵敏度高、操作方便等特点。
为提高生产效率和加工精度，在落地镗床的基础上还发展了以铣削为主的铣镗床。
（三）坐标镗床
坐标镗床主要用于镗削高精度的孔，特别适用于加工相互位置精度很高的孔系，如钻模、镗模和量具等零件上的精密孔加工。
坐标镗床制造精度很高，具有良好的刚度和抗振性，最主要特点是具有坐标位置的精密测量装置，加工时，按直角坐标来精确定位。
坐标镗床还可钻孔、扩孔、铰孔等工作。
也可以用于精密刻度、划线、及孔距和直线尺寸的测量等工作。
所以坐标镗床是一种万能性很强的精密机床。
坐标镗床有立式的和卧式的，立式坐标镗床又有单柱和双柱之分，以适应不同的加工需要。
金刚镗床是一种高速精镗床，采用很高的切削速度、极小的背吃刀量和进给量，可加工出质量很高的表面。
适于成批、大量生产中，加工精密孔。
第四章典型机床工作运动分析
二、CA6140型卧式车床传动系统分析
机床的加工过程中，需要有多少个运动就应该有多少条传动链。
所有这些传动链和它们之间的相互联系就组成了一台机床的传动系统。
分析传动系统也就是分析各传动链，分析各传动链时，应按下述步骤进行：
（1）根据机床所具有的运动，确定各传动链两端件。
（2）根据传动链两端件的运动关系，确定计算位移量。
（3）根据计算位移量及传动链中各传动副的传动比，列出运动平衡式。
（4）根据运动平衡式，推导出传动链的换置公式。
传动链中换置机构的传动比一经确定，就可根据运动平衡式计算出机床执行件的运动速度或位移量。
要实现机床所需的运动，CA6140型卧式车床的传动系统需具备以下传动链：
实现主运动的主传动链；
实现螺纹进给运动的螺纹进给传动链；
实现纵向进给运动的纵向进给传动链；
实现横向进给运动的横向进给传动链；
实现刀架快速退离或趋近工件的快速空行程传动链。
（一）主运动传动链
1、传动路线
CA6140型卧式车床主运动，是由主电动机经三角皮带传至主轴箱中的轴I，轴I上装有一个双向多片式摩擦离合器M1，用以控制主轴的启动停止和换向。
轴I的运动经离合器M1和轴II--III间变速齿轮传至轴III，然后分两路传递给主轴。
（1）高速传动路线主轴VI上的滑移齿轮Z50处于左边位置，运动经齿轮副直接传给主轴。
（2）中低速传动路线主轴VI上的滑移齿轮Z50处于右边位置，且使齿式离合器M2接合，运动经轴III-IV-V间的背轮机构和齿轮副传给主轴。
传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是“抓两端，连中间”：
首先找到传动链的两端件，然后按照运动传递或联系顺序，从一个端件到另一个端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。
2、主轴的转速级数与转速计算
根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得2´
3´
（2´
2-1）+2´
3=24级不同转速。
同理，主轴反转12级。
主轴的转速可按下列运动平衡式计算：
ｎ主
主轴反转一般不用来进行车削，而是为了在车螺纹时，使刀架在主轴与刀架之间的传动链不脱开的情况下退回至起始位置，以免下次走刀发生“乱扣”现象.同时为了节省退刀时间，主轴反转转速高于正转转速。
（二）螺纹进给运动传动链
CA6140型卧式车床螺纹进给运动传动链，可以保证机床车削公制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹。
此外，还可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹。
这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。
不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距。
无论车削哪一种螺纹，都必须在加工中保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹一个导程的距离。
由此可列出螺纹进给传动链的运动平衡式：
1（主轴）×
u0×
ux×
L丝=L工
由上式可知，被加工螺纹的导程正比于传动链中换置机构的可变传动比。
为此，车削不同标准和不同导程的各种螺纹时，必须对螺纹进给传动链进行适当调整，使其传动比根据不同种类螺纹的标准数列作相应改变。
公制螺纹是我国常用的螺纹，在国家标准中已规定了其标准螺距值。
公制螺纹的标准螺距是按分段等差数列的规律排列的（参见表4-6），为此，螺纹进给传动链的变速机构也应按分段等差数列的规律变换其传动比。
这一要求是通过适当调整进给箱中的变速机构来实现的。
车削公制螺纹时，进给箱中的离合器M3、M4脱开，M5接合。
其运动由主轴VI经齿轮副，轴IX至轴XI间的左右螺纹换向机构，挂轮，传至进给箱的轴XII，然后再经齿轮副，轴XIII--XIV间的滑移齿轮变速机构（基本螺距机构），齿轮副传至轴XV，接下去再经轴XV—XVII间的两组滑移齿轮变速机构（增倍机构）和离合器M5传动丝杠XVIII旋转。
合上溜板箱中的开合螺母，使其与丝杠啮合，便带动了刀架纵向移动。
其传动路线表达式如下：
其中，u基为轴XIII－XIV间变速机构的可变传动比，共8种：
26/28、28/28、32/28、36/28、19/14、20/14、33/21、36/21，即6.5/7、7/7、8/7、9/7、9.5/7、10/7、11/7、12/7。
它们近似按等差数列的规律排列，是获得各种螺纹导程的基本机构，故通常称之为基本螺距机构，或基本组。
u倍为轴XV－XVII间变速机构的可变传动比，共4种：
28/35×
（35/28）、28/35×
（15/48）、18/45×
（35/28）、18/45×
（15/48），即1、1/2、1/4、1/8。
它们按倍数关系排列，用于扩大机床车削螺纹导程的种数，一般称之为增倍机构，或增倍组。
根据传动系统图或传动链的传动路线表达式，可列出车削公制螺纹的运动平衡式：
L=kP=1（主轴）u基u倍´
12
化简得：
L=7u基u倍
由此可得8´
4=32种导程值，其中符合标准的只有20种（见表4-6）
由上述可知，利用基本组中各传动副传动，可以车削出按等差数列规律排列的基本导程值；
经过增倍组后，又可把由基本组得到的8种基本导程值按1:
2:
4:
8的关系增大或缩小，两种变速机构的不同组合，便可得到常用的、按分段等差数列的规律排列的标准导程（或螺距）的公制螺纹。
加工其它不同种类和标准的螺纹时，只要通过离合器不同的离合状态和挂轮适当组合即可。
（三）机动进给传动链
实现一般车削时刀架机动进给的纵向和横向进给传动链，由主轴至进给箱中轴XVII的传动路线与车公制或英制常用螺纹的传动路线相同，其后运动经齿轮副传至光杠XIX（此时离合器M5脱开，齿轮Z28与轴XIX齿轮Z56啮合），再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至光杠齿轮齿条机构和横向进给丝杠XXVII，使刀架作纵向或横向机动进给，其纵向机动进给传动路线表达式如下：
溜板箱中的双向牙嵌式离合器M8、M9和齿轮传副组成的两个换向机构，分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。
利用进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，以及进给传动链的不同传动路线，可获得纵向和横向进给量各64种。
纵向和横向进给传动链的两端件的计算位移为：
纵向进给：
主轴转一转———刀架纵向移动f纵（单位：
mm）
横向进给：
主轴转一转———刀架横向移动f横（单位：
由传动分析可知，横向机动进给在其与纵向机动进给传路线一致时，所得的横向进给量是纵向进给量的一半。
（四）刀架的快速移动传动路线
刀架的快速移动是使刀具机动地快速退离或接近加工部位，以减轻工人的劳动强度和缩短辅助时间。
当需要快速移动时，可按下快速移动按钮，装在溜板箱中的快速电动机
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