工程学教案32.docx

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工程学教案32

理论课教案

学科

机械制造

工程学

第3章机床与刀具

第2节车削

教学类型

授新课

授课时数

4

授课班级

0916班

教学目的

和要求

1、了解车床加工工艺范围及主要结构。

2、掌握转速的计算。

教学重点

和难点

重点：

传动系统图

难点：

转速的计算

教具准备

挂图

复习提问

什么是传动系统图？

作业布置

附后

教学方法

主要教学内容和过程

附记

3.2车削

车床加工是机械加工的一部份。

车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。

在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工。

（车削中心）

3.2.1车削的工作原理及其运动

主要运动有：

1、表面成形运动

（1）工件的旋转运动：

主运动

（2）刀具的移动：

纵向、横向、斜向

车削螺纹时，只有一个符合的主运动，即螺旋运动。

（分解主轴旋转、刀具移动）

2、辅助运动

切入运动、刀架、尾座机动快速移动

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教学方法

主要教学内容和过程

附记

3.2.2车削的工艺范围和组成部件

1、车削加工的工艺特点

（1）车削加工范围广泛，适应性强。

能很好适应工件材料、结构（下图）、精度、表面粗糙度及生产批量的变化。

可车削各种钢材、铸件等金属，又可车削玻璃钢、尼龙、胶木等非金属。

对不易进行磨削的有色金属工件的精加工，也可采用金刚石车刀进行精细车削。

图3-7车床加工的典型表面

⒉车削加工一般是等截面（即切削宽度、切削厚度均不变，其中，粗车时毛坯余量的不均匀可忽略不计）的连续切削，因此，切削力变化小，切削过程平稳，可进行高速切削和强力切削，生产率较高。

⒊车削采用的车刀一般为单刃刀，其结构简单、制造容易、刃磨方便、安装方便。

同时，可根据具体加工条件选用刀具材料和刃磨合理的刀具角度。

这对保证加工质量、提高生产率、降低生产成本具有重大意义。

⒋车削加工尺寸精度范围一般在IT10～IT7之间，精细车达IT6～IT5，表面粗糙度值Ra为6.3～0.8µm，精细车Ra为0.4～0.2µm.适于工件的粗加工、半精加工和精加工。

车床通用性好，但结构复杂、自动化程度低，加工辅助时间多，适用于单件、小批量生产及修理。

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主要教学内容和过程

附记

2.CA6140型车床组成部件

图3-8CA6140型车床

（1）主轴箱（床头箱）主轴箱固定在床身的左上部，箱内装有齿轮、主轴等，组成变速传动机构。

该变速机构将电机的旋转运动传递至主轴，通过改变箱外手柄位置，可使主轴实现多种转速的正、反旋转运动。

（2）进给箱（走刀箱）进给箱固定在床身的左前下侧，是进给传动系统的变速机构。

它通过挂轮把主轴的旋转运动传递给丝杠或光杠，可分别实现车削各种螺纹的运动及机动进给运动。

（3）溜板箱（拖板箱）溜板箱固定在床鞍的前侧，随床鞍一起在床身导轨上作纵向往复运动。

通过它把丝杠或光杠的旋转运动变为床鞍、中滑板的进给运动。

变换箱外手柄位置，可以控制车刀的纵向或横向运动（运动方向、起动或停止）

（4）挂轮箱挂轮箱装在床身的左侧。

其上装有变换齿轮（挂轮），它把主轴的旋转运动传递给进给箱，调整挂轮箱上的齿轮，并与进给箱内的变速机构相配合，可以车削出不同螺距的螺纹，并满足车削时对不同纵、横向进给量的需求。

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主要教学内容和过程

附记

（5）刀架部件由两层滑板（中、小滑板）、床鞍与刀架体共同组成。

用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。

（6）床身是精度要求很高的带有导轨（山形导轨和平导轨）的一个大型基础部件，用以支承和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。

床身由纵向的床壁组成，床壁间有横向筋条用以增加床身刚性。

床身固定在左、右床腿上。

（7）床脚前后两个床脚分别与床身前后两端下部连为一体，用以支撑安装在床身上的各个部件。

同时，通过地脚螺栓和调整垫块使整台车床固定在工作场地上，通过调整，能使床身保持水平状态。

（8）尾座尾座是由尾座体、底座、套筒等组成的。

它安装在床身导轨上，并能沿此导轨作纵向移动，以调整其工作位置。

尾座上的套筒锥孔内可安装顶尖、钻头、铰刀、丝锥等刀、辅具，用来支承工件、钻孔、铰孔、攻螺纹等。

（9）丝杠丝杠主要用于车削螺纹。

它能使拖板和车刀按要求的速比作很精确的直线移动。

（10）光杠光杠将进给箱的运动传递给溜板箱，使床鞍、中滑板作纵向、横向自动进给。

（11）操纵杆操纵杆是车床的控制机构的主要零件之一。

在操纵杆的左端和溜板箱的右侧各装有一个操纵手柄，操作者可方便的操纵手柄以控制车床主轴的正转、反转或停车。

（12）冷却装置冷却装置主要通过冷却泵将箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具的使用寿命和工件表面的加工质量。

3.2.3车床的传动系统及主要结构

CA6140型卧式车床传动系统图

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主要教学内容和过程

附记

传动系统图：

表明机床的全部运动联系。

传动系统包括：

（主运动传动链、进给运动传动链）

1、主运动传动链

主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴,它的功用是把动力源的运动及动力传给主轴,使主轴带动工件实现主运动,并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。

（1）传动路线

运动由电动机（7.5kＷ，1450r/min）经Ｖ带轮传动副Φ130/Φ230传至主轴箱中的轴I。

在轴I的双向片式摩擦离合器，使主轴正转、反转或停止。

当压紧离合器左部的摩擦片时，轴I的运动经齿轮副或传给轴II，使轴II获得两种转速。

压紧右部摩擦片时，经齿轮50（齿数）、轴VII上的空套齿轮34传给轴II上的固定齿轮30。

这时轴I至轴II间多一个中间齿轮34，故轴II的转向与经左部传动时相反，反转转速只有一种。

当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧，轴I的运动不能传至轴II，主轴停转。

轴II的运动可通过轴II和轴III间三对齿轮中的任一对传至轴III。

运动由轴III传往主轴Ⅵ有两条路线：

　1）经轴III至主轴IV（高速路线）。

即主轴上的齿轮50滑移到左边与轴III上的齿轮63啮合，运动由这一对齿轮直接传至主轴。

2）经轴III轴IV轴V轴VI（低速路线）。

即主轴上的齿轮50移到左边与主轴上的齿式离合器啮合。

轴III的运动经齿轮副或传给轴IV，又经齿轮或传给轴V、再经固定齿轮副及齿式离合器传给主轴。

上述的传动路线可由传动路线表达式来表示：

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（2）主轴转速级数和转速值

由传动系统图或传动路线表达式可以看出，主轴正转时，可得1×2×3×（1+2×2×1）=30级转速。

但实际上轴III至轴V间的两个双联滑移齿轮变速组得到的四种传动比中，有两种重复，即：

其中i2=i3，故实际上只有3种不同的传动比，因此，为1×2×3×【1+（2×2-1）×1】=24级转速。

同理，主轴反转的级数为3×（1+2×2-1）=12级。

主轴的各级转速，可由传动时所经过的传动件的运动参数列出运动平衡式求得。

如下式：

nmax=1450×（130/230）×（1-0.02）×（56/38）×（39/41）×（63/50）=1418（r/min）

nmin=1450×（130/230）×（1-0.02）×（51/43）×（51/43）（20/80）×（20/80）×（26/58）≈10（r/min）

正转24级：

10---1400r/min反转12级：

14--1580r/min

主轴转速之间按等比级数排列，CA6140为1.25。

反转通常不用于切削，主要切螺纹时退刀，避免乱扣。

为节省时间，反转速度较高，级数较少。

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2.进给运动传动链

（1）螺纹进给传动链（米制螺纹、模数制、英制、径节制）

还能车削大导程、非标准和较精密的螺纹。

以车削米制螺纹为例：

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（2）纵向和横向进给传动链

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：

（3）刀架快速机动移动

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（0.25kW，2800r/min）的运动便经齿轮副传至轴XX，然后再经溜板箱中与机动进给相同的传动路线传至刀架，使其实现纵向和横向的快速移动。

为了节省辅助时间及简化操作，在刀架快速移动过程中光杠仍可继续传动，不必脱开进给传动链。

这时，为了避免光杠和快速电动机同时传动轴XX而导致其损坏，在齿轮Z56及轴XX之间装有超越离合器，即可避免二者发生的矛盾。

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3．车床的主要结构

（1）主轴箱主轴箱功用：

支承并传动主轴，使其实现起动、停止、变速和换向。

CA6140主轴箱图

1）主轴组件

CA6140车床主轴是一个空心的阶梯轴，其内孔可用来通过棒料、拆卸顶尖，安装夹紧装置的杠件。

主轴前端的锥孔用以安装顶尖或心轴，主轴后端的锥孔是加工主轴时的工艺基面。

主轴尾端的外圆柱面可作为安装各种辅具的基面。

主轴前端用来安装卡盘或拨盘，短圆锥作定位基面。

法兰外圈的11个螺纹孔用来拉紧四爪卡盘或拨盘，另一个孔装定位销传递转矩。

内圈有8个螺纹孔用来安装三爪卡盘。

这种结构的优点是装卸方便、安全可靠、定心精度高、主轴前端悬伸短。

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卡盘的连接（车床主轴轴端的结构形式）

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2）变速操纵机构

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（2）溜板箱：

将丝杠或光杆传来的旋转运动转变为直线运动以带动刀架进给，同时控制刀架运动的接通、断开和换向，机床过载时能控制刀架自动进给以及手动操纵刀架异动或实现刀架的快速移动等。

1）纵向、横向机动进给及快速移动操纵机构。

2）超越离合器及安全离合器

当快速电动机使传动轴XX快速旋转时，依靠齿轮Z56与轴XX间的超越离分器M6，可避免与进给箱传来的慢速工作进给运动发生矛盾。

安全离合器为过载保险装置，其作用是防止过载和发生偶然事故时损坏机床的机构。

它由端面带螺旋形齿爪的左右两半部5和6组成，其左半部分5用键装在超越离合器M6的星轮4上，切与轴XX空套，右半部6与轴XX用花键联接。

在正常工作情况下，在弹簧9压力作用下，离合器左右两半部分相互啮合，由光杠传来的运动，经齿轮Z56、超越离合器M6和安全离合器M7，传至轴XX和蜗杆7，此时安全离合器螺旋齿面产生的轴向分力F轴，由弹簧9的压力来平衡。

刀架上的载荷增大时，通过安全离合器齿爪传递的扭矩以及作用在螺旋齿面上的轴向分力都将随之增大。

当轴向分力F轴超过弹簧9的压力时，离合器右半部6将压缩弹簧而向右移动，与左半部5脱开，导致安全离合器打滑。

于是机动进给传动链断开，刀架停止进给。

过载现象消除后，弹簧7使安全离合器重新自动接合，恢复正常工作。

机床许用的最大进给力，决定于弹簧9调定的压力。

拧转螺母3、通过装在轴XX内孔中的拉杆1和圆销10，可调整弹簧座8的轴向位置，改变弹簧9的压缩量，从而调整安全离合器能传送的扭矩大小。

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3.2.4车床类型

车床的种类很多，按其结构和用途可分为以下几类：

①卧式车床②立式车床③落地车床　④转塔车床⑤回轮车床⑥液压仿形车床⑦多刀自动和半自动车床⑧专用：

曲轴车床、凸轮车床、铲齿车床。

（图片）

1.立式车床

用于加工径向尺寸大，而轴向尺寸短，且形状复杂的大型或重型零件。

2、数控车床

适合于加工形状复杂或高精度的轴类、盘类及曲面零件，在新产品的开发和多品种、小批量、自动化生产中被广泛应用。

（配图）

分为：

经济型数控车床、全功能型数控车床、车削中心

3、车削中心

车削中心是一机多用的多工序加工机床，它是数控车床在扩大工艺范围方面的发展。

（配图）

3.2.5车刀

1.车刀的种类

车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、成形车刀、螺纹车刀和车孔刀等，如图所示。

按切削部分材料分为高速钢车刀、硬质合金车刀、陶瓷车刀、金刚石车刀。

由于车刀是由刀头和刀体组成的，故按其结构车刀又可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成形车刀等，如图所示。

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2.常用车刀的结构和应用

（1）硬质合金焊接式车刀

（2）机夹式硬质合金车刀

1）机夹重磨式车刀

2）机夹可转位式车刀

作业：

1、分析CA6140型车床进给运动传动系统，列出车削导程为1.5mm米制螺纹的运动平衡式。

2、分析CA6140型车床主传动系统，列出主轴最低转速运动平衡式并计算其大小。