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1、课程名称：制造技术及发展上课时间：周三 9-10节（1-15周）上课地点：桃西楼 202答疑时间：每周五晚7：00 9：00答疑地点：15号楼404室机械系办公室任课教师：刘军电 话：63554632（办）、办 公 室：15号楼404机械系办公室考核形式：平时（20%，上课+作业等）+考试(80%)考试时间、地点：教务处安排（从网上查看）,制造技术及发展,主讲：刘 军教材：自编、讲义班级：临班0632（135人）学时：30,Zhizao Jishu ji Fazhan,制造技术及发展,1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理 3 机械设计技术 4 材料成型制造技术 5 金属切削加工技术
2、6 特种加工技术,使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件之间的相对运动中，从毛坯或半成品上切去多余的金属，以获得所需要的几何形状、尺寸精度和表面质量的零件，这种加工方法叫金属切削加工，也叫冷加工。,5 金属切削加工技术,2011年4月13日第7次课14学时,金属切削加工方式很多，一般可分为分机加工和钳工，机加工是工人操作机床完成，有车削加工、铣削加工、钻削加工、镗削加工、刨削加工、磨削加工、齿轮加工等，这是我们主要研究的。钳工是工人用手持工具来加工的，在某些场合下，钳工加工还是非常经济和方便的。切削加工的主要特点是：工件精度高、生产率高及适应性好，凡是要求具有,一定几何尺寸精度和表
3、面粗糙度的零件，通常都采用切削加工方法来制造。目前绝大多数零件的质量还要靠切削加工的方法来保证。金属切削加工虽有多种不同的形式，但在很多方面，如切削运动、切削工具以及切削过程的物理实质等都有着共同的现象和规律。这些现象和规律是学习各种切削加工方法的共同基础。,机器零件的形状虽很多，但分析起来，主要由下列几种表面组成，即外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面。因此，只要能对这几种表面进行加工，就基本上能完成所有机器零件的加工。外圆面和孔可认为是以某一直线为母线、以圆为轨迹作旋转运动所形成的表面。,5.1 切削运动及切削要素,5.1.1 零件表面的形成及切削运动,平面是以一直线为母线、以另一直线为轨迹
4、作平移运动所形成的表面。成形面可认为是以曲线为母线、以圆或直线为轨迹作旋转或平移运动所形成的表面。上述几种表面可分别用图5-1所示的相应的加工方法来获得。由图可知，要对这些表面进行加工，刀具与工件之间必须有一定的相对运动，即切削运动。,图5-1 零件不同表面加工时的切削运动,切削运动包括主运动（图中）和进给运动（图中）。主运动使刀具和工件之间产生相对运动，促使刀具前刀面接近工件而实现切削。它的速度很高，消耗功率最大。进给运动使刀具与工件之间产生附加的相对运动，与主运动配合，即可连续地切除切屑，获得具有所需几何特性的已加工表面。各种切削加工方法（如车削、钻削、刨削、磨削和齿轮齿形加工,等）都是为
5、了加工某种表面而发展起来的，因此也都有其特定的切削运动。如图5-2所示，切削运动有旋转的，也有直线的；有连续的，有间歇的。切削时，实际的切削运动是一合成运动（图5-2），其方向是由合成切削速度 角确定的。,图5-2 切削运动,切削用量用来衡量切削运动量的大小。在一般的切削加工中，切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。（1）切削速度vC。切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度，以vC表示，单位为 m/s 或 m/min。若主运动为旋转运动，切削速度一般为其最大线速度，vC按下式计算：,5.1.2 切削用量,式中：d工件或刀具的直径，mm；n工件或刀具的转速，r/s或r/mi
6、n。若主运动为往复直线运动（如刨削、插削等），则常以其平均速度为切削速度，vC 按下式计算：,式中：L往复行程长度，mm;nr主运动每秒或每分钟的往复次数，st/s 或 st/min。（2）进给量。刀具在进给运动方向上相对工件的位移量称为进给量。不同的加工方法，由于所用刀具和切削运动形式不同，进给量的表述和度量方法也不相同。用单齿刀具（如车刀、刨刀等）加工时，进给量常用刀具或工件每转或每行,程，刀具在进给运动方向上相对工件的位移量来度量，称为每转进给量或每行程进给量，以 f 表示，单位为 mm/r 或 mm/st（图5-3）。用多齿刀具（如铣头、钻头等）加工时，进给运动的瞬时速度称进给速度，以
7、vf 表示，单位为 mm/s 或 mm/min。刀具每转或每行程中每齿相对工件在进给运动方向上的位移量，称每齿进给量，以 fz 表,图5-3 车削时切削层尺寸,示，单位为mm/z。fz、f、vf 之间有如下关系：vf=fn=fzzn mm/s 或 mm/min式中：n刀具或工件转速，r/s或 r/min；z刀具的齿数。通常，切削加工中的主运动只有一个，而进给运动可以是一个或几个。,（3）背吃刀量ap。在通过切削刃上选定点并垂直于该点主运动方向的切削层尺寸平面中，垂直于进给运动方向测量的切削层尺寸，称为背吃刀量，以ap表示（图5-3），单位为mm。车外圆时，ap可用下式计算：式中：dw工件待加工
8、表面（图5-3）直径，mm；dm工件已加工表面直径，mm。,切削层是指切削过程中，由刀具切削部分的一个单一动作（如车削时工件转一圈，车刀主切削刃移动一段距离）所切除的工件材料层。它决定了切屑的尺寸及刀具切削部分的载荷。切削层的尺寸和形状，通常是在切屑层尺寸平面中测量的（图5-3）。,5.1.3 切削层参数,1）切削层公称横截面积AD。在给定瞬间，切削层在切削层尺寸平面里的实际横截面积，单位为 mm2。2）切削层公称宽度bD。在给定瞬间，作用主切削刃截形上两个极限点间的距离，在切削层尺寸平面中测量，单位为mm。3）切削层公称厚度hD。在同一瞬间的切削层公称横截面积与其公称宽度之比，单位为mm。,
9、由定义可知 因AD不包括残留面积，而且在各种加工方法中AD与进给量和背吃刀量的关系不同，所以AD不等于 f 和 ap 的积。只有在车削加工中，当残留面积很小时才能近似地认为它们相等，即,切削过程中，直接完成切削工作的是刀具。无论哪种刀具，一般是由切削部分和夹持部分组成。夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分，要求它能保证刀具正确的工作位置，传递所需要的运动和动力，并且夹固可靠，装卸方便。切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分，刀具,5.2刀具材料及刀具构造,切削性能的优劣，取决于切削部分的材料、角度和结构。5.2.1 刀具材料（1）对刀具材料的基本要求 刀具材料是指切削部分的材料。它在高温下工
10、作，并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等。因此应具备以下基本性能。,1）较高的硬度。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常温硬度一般应在60HRC以上。2）足够的强度和韧度，以承受切削力、冲击和振动。3）较好的耐磨性，以抵抗切削过程中的磨损，维持一定的切削时间。4）较高的耐热性，以便在高温下仍能保持较高硬度，又称为红硬性或热硬性。,5）较好的工艺性，以便于制造各种刀具。工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。因此，必须了解常用刀具材料的性能和特点，以便根据工件材料的性能和切削要求，选用合适的刀具材料。同时，应进行新型刀具材料的
11、研制。,（2）常用的刀具材料 目前，在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。碳素工具钢是含碳量较高的优质钢（含碳量为0.7%1.2%，如T10A等），淬火后硬度较高、价廉，但耐热性较差（表5-1）。在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素，形成合金工具钢,表5-1 常用刀具材料,（如9SiCr等），可适当减少热处理变形和提高耐热性（表5-1）。由于这两种刀具材料的耐热性较低，常用来制造一些切削速度不高的手工工具，如锉刀、锯条、铰刀等，较少用于制造其它工具。目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金，而陶瓷刀具主要用于精加工。1）高速钢。
12、它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。它的耐热性、硬,度和耐磨性虽低于硬质合金，但强度和韧性高于硬质合金（表5-1），工艺性较硬质合金好，而且价格也比硬质合金低。普通高速钢如W18Cr4V是国内使用最普遍的刀具材料，广泛地用于制造各种形状较为复杂的各种刀具，如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其它成形刀具等。2）硬质合金。它是以高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC）作基体，以金,属Co等作粘结剂，用粉末冶金的方制成的一种合金。它的硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高数倍，但其强度和韧性均比高速钢低（表5-1），工艺性也不如高速钢。因此，硬质合金常制成各种型式的刀片，焊接
13、或机械夹固在车刀、刨刀、端铣刀等的刀柄（刀体）上使用。国产的硬质合金般分为两大类：一类是由WC和Co组成的钨钴类（YG类，,相当于ISO标准的K类），一类是由WC、TiC和Co组成的钨钛钴类（YT类，相当于ISO标准的P类）。YG类硬质合金塑性较好，但切削塑性材料时，耐磨性较差，因此它适于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG3、YG6、YG8等，其中数字表示Co含量的百分率。Co的含量少者，较脆、较耐磨。,YT类硬质合金比YG类硬度高、耐热性好，并且在切削韧性材料时较耐磨，但韧性较小，适于加工钢件。常用的牌号有YT5、YTl5、YT30等，其中数字表示TiC含量的百分率。TiC的含量越多
14、，韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。3）陶瓷材料。它的主要成分是A12O3。陶瓷刀片硬度高、耐磨性好、耐热性高（表5-1），允许用较高的切削速度，加之,A12O3的价格比较低廉，原料丰富，因此很有发展前途。但陶瓷材料性脆怕冲击，切削时容易崩刃，所以，如何提高其抗弯强度已成为各国研究工作的重点。近十年来，各国先后研究成功“金属陶瓷”，如我国制成的AM、AMF、AMT、AMMC等牌号的金属陶瓷，其成分除AL2O3外，还含有各种金属元素，抗弯强度比普通陶瓷刀片高。,随着科学技术和工业的发展，出现了一些高强度、高硬度的难加工材料，需要性能更好的刀具，所以国内外对新型刀具材料进行了大量的研究和探索。1）高
15、速钢的改进。为了提高高速钢的硬度和耐热性，可在高速钢中增添新的元素。如我国制成的铝高速钢，即增添了铝,（3）其它新型刀具材料简介,等元素。它的硬度达到70HRC，耐热性超过600，属于高性能高速钢，又称超高速钢；也可以用粉末冶金法细化晶粒，消除碳化物的偏析，致使韧度大、硬度高，热处理时变形小，适于制造各种高精度的刀具。2）硬质合金的改进。硬质合金的缺点是强度和韧度低，对冲击和振动敏感。改进的方法是增添合金元素和细化晶粒，例,如加入碳化钽（TaC）或碳化铌（NbC）形成万能型硬质合金YW1和YW2，既适于加工铸铁等脆性材料，又适于加工钢等塑性材料。近年来还发展了涂层刀片，就是在韧性较好的硬质合金
16、（YG类）基体表面，涂敷约5m厚的一层TiC或TiN（氮化钛）或二者的复合，以提高其表层的耐磨性。,3）人造金刚石。人造金刚石硬度极高（接近10000HV，而硬质合金仅达10002000HV），耐热性为700-800。聚晶金刚石大颗粒可制成般切削工具，单晶微粒主要制成砂轮。金刚石除可以加工高硬度而耐磨的硬质合金、陶瓷、玻璃等外，还可以加工有色金属及其合金，但不宜于加工铁族金属。这是由于铁和碳原子的亲,和力较强，易产生粘结作用加快刀具磨损。4）立方氮化硼（CBN）。是人工合成的又一种高硬度材料，硬度（73009000HV）仅次于金刚石。但它的耐热性和和化学稳定性都大大高于金刚石，能耐130015
17、00的高温，并且与铁族金属的亲和力小。因此，它的切削性能好，不但适于非铁族难加工材料的加工，也适于铁,族材料的加工。CBN和金刚石刀具脆性大，故使用时机床刚性要好，主要用于连续切削，尽量避免冲击和振动。,切削刀具的种类虽然很多，但它们切削部分的结构要素和几何角度有着许多共同的特征。各种多齿刀具或复杂刀具，就其一个刀齿而言，都相当于一把车刀的刀头，如图5-4所示。下面从外圆车刀入手，进行分析和研究。,5.2.2 刀具角度,图5-4 刀具的切削部分,（1）车刀切削部分的组成。车刀切削部分是由三个刀面组成，即前刀面、主后刀面和副后刀面（图5-5)。1）前刀面。刀具上切屑流过的表面。2）后刀面。刀具上
18、，与工件上切削中产生的表面相对的表面。同前刀面相交形成主切削刃的后刀面称主后刀面；同前刀面相交形成副切削刃的后刀面称副后刀面。,图5-5 外圆车刀,3）切削刃（图5-5）。切削刃是指刀具前刀面拟作切削用的刃，有主切削刃和副切削刃之分。主切削刃是起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。切削时，主要的切削工作由它来负担。副切削刃是指切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。切削过程,中，它也起一定的切削作用，但不很明显。当刀具切削部分参与切削时，又把切削刃分为工作切削刃（刀具上拟作切削用的刃）和作用切削刃。
19、作用切削刃是指在特定瞬间，工作切削刃上实际参与切削，并在工件上产生过渡表面和已加工表面的那段刃。为区别起见，分别在主、副切削刃前冠以“工作”或“作用”二字。,主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃，称为刀尖。实际刀具的刀尖并非绝对尖锐，而是一小段曲线或直线，分别称为修圆刀尖和倒角刀尖。,刀具要从工件上切除余量，就必须使它的切削部分具有一定的切削角度。为定义、规定不同角度，适应刀具在设计、制造及工作时的多种需要，需选定适当组合的基准坐标平面作为参考系。其中用于定义刀具设计、制造、刃磨和测量时几何参数的参考系，称为刀具静止参考系；用于规定刀具进行切削加工时几何参数的参考,（2）车刀切削部分
20、的主要角度,系，称为刀具工作参考系。工作参考系与静止参考系的区别在于用实际的合成运动方向取代假定主运动方向，用实际的进给运动方向取代假定进给运动方向。1）刀具静止参考系。它主要包括基面、切削平面、正交平面和假定工作平面等（图5-6）。a）基面。过切削刃选定点，垂直于该点假定主运动方向的平面，以pr表示。,图5-6 刀具静止参考系的平面,b）切削平面。过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面，主切削平面以ps表示，副切削平面以ps表示。c）正交平面。过切削刃选定点，并同时垂直于基面和切削平面的平面，以po表示。d）假定工作平面。过切削刃选定点，垂直于基面并平行于假定进给运动方向的平面，以
21、pf。,2）车刀的主要角度。在车刀设计、制造、刃磨及测量时，必须的主要角度有以下几个（图5-7）：a）主偏角。在基面中测量的主切削平面与假定工作平面间的夹角。b）副偏角。在基面中测量的副切削平面与假定工作平面间的夹角。主偏角主要影响切削层截面的形状和参数，影响切削分力的变化，并和副偏角,图5-7 车刀的主要角度,一起影响已加工表面的粗糙度；副偏角还有减小副后刀面与已加工表面间摩擦的作用。当背吃刀量和进给量一定时，主偏角愈小，切削层公称宽度愈大而公称宽度愈大而公称厚度愈小，即切下宽而薄的切屑。这时，主切削刃单位长度上的负荷较小，并且散热条件较好，有利于刀具耐用度的提高。,当主、副偏角小时，已加工
22、表面残留面积的高度亦小，因而可减小表面粗糙度的值，并且刀尖强度和散热条件较好，有利于提高刀具耐用度。但是，当主偏角减小时，背向力将增大，若加工刚度较差的工件（如车细长轴），则容易引起工件变形，并可能产生振动。,主、副偏角应根据工件的刚度及加工要求选取合理的数值。一般车刀常用的主偏角有450、600、75、90等几种；副偏角为515，粗加工时取较大值。,c）前角。在正交平面中测量的前刀面与基面间的夹角。根据前刀面和基面相对位置的不同，又分别规定为正前角、零度前角和负前角。当取较大的前角时，切削刃锋利，切削轻快，即切削层材料变形小，切削力也小。但当前角过大时，切削刃和刀头的强度、散热条件和受力状况
23、变差，将使刀具磨损加快，耐用度降低，甚至崩刃损坏。,若取较小的前角，虽切削刃和刀头较强固，散热条件和受力状况也较好，但切削刃变钝，对切削加工也不利。前角的大小常根据工件材料、刀具材料和加工性质来选择。当工件材料塑性大、强度和硬度低或刀具材料的强度和韧性好或精加工时，取大的前角；反之取较小的前角。例如，用硬质合金车刀切削结,构钢件，o可取1020；切削灰铸铁件，o可取515等。d）后角0。在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。后角的主要作用是减少刀具后刀面与工件表面间的摩擦，并配合前角改变切削刃的锋利与强度。后角大，摩擦小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件变差，加速刀具磨损
24、。反之，后,角过小，虽切削刃强度增加，散热条件变好，但摩擦加剧。后角的大小常根据加工的种类和性质来选择。例如，粗加工或工件材料较硬时，要求切削刃强固，后角取较小值：0=608。反之，对切削刃强度要求不高，主要希望减小摩擦和已加工表面的粗糙度值，后角可取稍大的值：0=8012。,e）刃倾角s。在主切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角。与前角类似，刃倾角也有正、负和零值之分。（图5-7）刃倾角主要影响刀头的强度、切削分力和排屑方向。负的刃倾角可起到增强刀头的作用，但会使背向力增大，有可能引起振动，而且还会使切屑排向已加工表面，可能划伤和拉毛已加工表面。因此，粗加工时为了增强刀头，s常取负值；精,
25、加工时为了保护已加工表面，s常取正值或零度。车刀的刃倾角一般在-50+5之间选取。有时为了提高刀具耐冲击的能力，s可取较大的负值。在实际生产中，先进生产者通过改变车刀的几何参数，创造了不少先进车刀。例如高速车削细长轴的银白屑车刀，表面粗糙度Ra值可达 1.63.2m，切削效率比一般外圆车刀提高两倍以上。刀片材料,粗加工时为YT15，精加工时采用YT30。银白屑车刀的几何形状如图 5-8 所示，其特点为：a）采用90主偏角，以减小背向力，使工件变形减小。b）前角大（1530），切削力小，前刀面上磨有宽45mm的卷屑槽，卷屑排屑顺利，发热量小，切屑程银白色。,图5-8 银白屑车刀,c）主切削刃上磨
26、有 0.10.15mm 的倒棱，以增加主切削刃的强度。d）主切削刃刃倾角s=+3，使切屑向待加工表面排出，不致损伤已加工表面。这种车刀，在粗车或半精车时可以采用较大的切削用量；当采用高速小进给量时，也适于精加工。,（3）刀具的工作角度。它是指在工作参考系中定义的刀具角度。刀具工作角度考虑了合成运动和刀具安装条件的影响。一般情况下，进给运动对合成运动的影响可忽略，并在正常安装条件下，如车刀刀尖与工件回转轴线等高、刀柄纵向轴线垂直于进给方向等，这时，车刀的工作角度近似于静止参考系中的角度。但在切断、车,螺纹及车非圆柱表面时，就要考虑进给运动的影响。车外圆时，若刀尖高于工件的回转轴线，则工作前角oe
27、 o，而工件后角oeo。镗孔时的情况正好与此相反。当车刀刀柄的纵向轴线与进给方向不垂直时，将会引起主偏角和副偏角的变化。,刀具的结构形式对刀具的切削性能、切削加工的生产效率和经济效益有着重要的影响。下面仍以车刀为例，说明刀具结构的演变和改进。车刀的结构形式有整体式、焊接式、机夹重磨式和机夹可转位式等几种。早期使用的车刀，多半是整体结构，对贵重的刀具材料消耗较大。焊接式车刀的结构简,5.2.3 刀具结构,单、紧凑、刚性好、而且灵活性较大、可以根据加工条件和加工要求，较方便地磨出所需的角度，应用十分普遍。然而，焊接式车刀的硬质合金刀片经过高温焊接和刃磨后，产生内应力和裂纹，使切削性能下降，对提高生
28、产效率很不利。为了避免高温焊接所带来的缺陷，提高刀具切削性能，并使刀柄能多次使用，可采用机夹重磨式车刀。其主要特点时刀,片和刀柄是两个可拆开的独立元件，工作时靠夹紧元件把它们紧固在一起。图5-9所示为机夹重磨式切断刀的一种典型结构。,图5-9 机夹重磨式切断刀,近年来，随着自动机床、数控机床和机械加工自动线的发展，无论焊接式车刀还是机夹重磨式车刀，由于换刀、调刀等造成停机时间损失，都不能适应需要，因此研制了机夹可转位式车刀（曾称为机夹不重磨车刀）。实践证明，这种车刀不但在自动化程度高的设备上，而且在通用机床上，都比焊接式车刀或机夹重磨式车刀优越，是当前车刀发展的主要方向。,所谓机夹可转位式车刀
29、，是将压制有一定几何参数的多边形刀片，用机械夹固的方法装夹在标准的刀体上。使用时，刀片上一个切削刃用钝后，只需松开夹紧机构，将刀片转位换成另一个新的切削刃，便可继续切削。机夹可转位式车刀由刀体、刀片、刀垫及夹紧机构等组成，如图5-10所示为杠杆式可转位车刀。,图5-10 杠杆式机夹可转位车刀,机夹可转位式车刀的主要优点如下：1）避免了因焊接而引起的缺陷，在相同的切削条件下刀具切削性能大为提高。2）在一定条件下，卷屑、断屑稳定可靠。3）刀片转位后，仍可保证切削刃与工件的相对位置，减少了调刀停机时间，提高了生产效率。,4）刀片一般不需要磨，利于涂层刀片的推广使用。5）刀体使用寿命长，可节约刀体材料
30、及制造费用。,金属切削机床是对金属工件进行切削加工的机器。由于它是用来制造机器的，也是唯一能制造机床自身的机器，故又称为“工作母机”，习惯上简称机床。机床是机械制造业的基本加工装备，它的品种、质量和技术水平直接影响着其他机电产品的性能、质量、生产技术和企业的经济效益。机械工业为国民经济各部,5.3 金属切削机床的基本知识,门提供技术装备的能力和水平，在很大程度上取决于机床的水平，所以机床属于基础机械装备。实际生产中需要加工的工件种类繁多，其形状、结构、尺寸、精度、表面质量和数量等各不相同。为了满足不同加工的需要，机床的品种和规格也应多种多样。尽管机床的品种很多，各有特点，但它们在结构、传动及自
31、动化等方面有许多类似之处，也有着共同的原理及规律。,（1）机床的类型 机床种类繁多，为了便于设计、制造、使用和管理，需要进行适当的分类。机床可分为非数控机床（传统机床）和数控机床两大类，还可按如下分类方法划分为各种类型。按加工方式、加工对象或主要用途分为12大类，即车床、钻床、镗床、磨床、,5.3.1 机床的类型和基本构造,齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床等。按加工工件大小和机床质量，可分为仪表机床、中小机床、大型机床（1030t）、重型机床（30100t）和超重型机床（100t以上）。按机床适用范围，可分为通用机床、专门化机床和专用机床。,按加工精
32、度(指相对精度)，可分为普通精度级机床、精密级机床和高精度级机床。还有其他一些分类方法，不再一一列举。为了简明地表示出机床的名称、主要规格和特性，以便对机床有一个清晰的概念，需要对每种机床赋予一定的型号。关于我国机床型号现行的编制方法，可参阅,机械工业部部颁标准JBl8381985“金属切削机床型号编制方法”。需要说明的是，对于已经定型，并按过去机床型号编制方法确定型号的机床，其型号不改变，故有些机床仍用原型号。,（2）机床的基本构造 在各类机床中，车床、钻床、刨床、铣床和磨床是五种最基本的机床，图5-11至图5-15分别为它们构造的示意图。如图所示，尽管这些机床的外形、布局和构造各不相同，但
33、归纳起来，它们都是由如下几个主要部分组成的。1）主传动部件。用来实现机床的主运动，例如车床、钻床、铣床的主轴箱，刨床的变速箱磨床的磨头等。,图5-11 车床,图5-12 钻床,图5-13 刨床,图5-14 铣床,图5-15 磨床,2）进给传动部件。主要用来实现机床的进给运动，也用来实现机床的调整、退刀及快速运动等，例如车床的进给箱、溜板箱，钻床、铣床的进给箱，刨床的进给结构、磨床的液压传动装置等。3）工件安装装置。用来安装工件，例如卧式车床的卡盘和尾架，钻床、刨床、铣床和平面磨床的工作台等。,4）刀具安装装置。用来安装刀具，例如车床、刨床的刀架，钻床、立式铣床的主轴，卧式铣床的刀轴，磨床磨头的
34、砂轮轴等。5）支承件。用来支承和连接机床的各零部件，是机床的基础构件，例如各类机床的床身、立柱、底座、横梁等。6）动力源。为机床运动提供动力，即电动机。,其他类型机床的基本构造与上述机床类似，可看成是它们的演变和发展。5.3.2 机床的传动 机床的传动，有机械、液压、气动、电气等多种传动形式，其中最常见的是机械传动和液压传动。机床上的回转运动多为机械传动，而直线运动则是机械传动和液压传动都有应用。,（1）机床的机械传动 用来传递运动和动力的装置称为传动副。机床上常用的传动副及其传动关系如下：1）带传动。带传动是利用传动带与带轮间的摩擦作用，将主动带轮的转动传到从动带轮，如图5-16。带传动一般
35、有平带传动和V带传动之分，在机床的传动中，一般常用v带传动。带传动的传动比等于,图 5-16 带传动,主动带轮直径与从动带轮直径之比。在带传动中，带轮转速与其直径成反比。带传动的优点是传动平稳；轴间距离较大；结构简单，制造和维护方便；过载时打滑，不致引起机器损坏。但带传动不能保证准确的传动比，并且摩擦损失大，传动效率较低。2）齿轮传动。齿轮传动是目前机床中应用最多的一种传动方式。这种传动种类,很多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等，其中最常用的是直齿圆柱齿轮传动，如图5-17。齿轮传动的传动比等于主动齿轮与传动齿轮齿数之比。齿轮传动中，齿轮转速与其齿数成反比。齿轮传动的优点是机构紧凑，传动比准确
36、，可传递较大的圆周力，传动效率高。缺点是制造比较复杂，当精度不高时，传动不平稳，有噪声。,图5-17 齿轮传动,3）蜗轮传动。如图5-18所示。蜗杆为主动件，将其转动传给蜗轮。这种传动方式只能是蜗杆带动蜗轮转，反之则不可能。蜗轮传动的优点是可以获得较大的传动比，而且传动平稳，无噪声，结构紧凑。但传动效率低，需要有良好的润滑条件。,图5-18 蜗杆传动,4）齿轮齿条传动。如图5-19所示。可以将旋转运动变成直线运动（齿轮为主动），也可以将直线运动变为旋转运动（齿条为主动）。齿轮齿条传动的效率较高，但制造精度不高时传动的平稳性和准确性较差。,图5-19 齿轮齿条传动,5）螺杆传动。螺杆传动一般是将
37、旋转运动变为直线运动。其优点是传动平稳，无噪声，可以达到较高的传动精度，但传动效率较低。,图5-20 螺杆传动,传动链：在机床的传动系统中，通常用一些传动零件（轴、带轮、带、齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母机构、齿轮齿条机构等）把动力源（电动机）和执行机构（主轴、工作台、刀架等）或把两个执行机构连接起来，用以传递动力或运动，这种传动联系称为传动链。传动链是指实现从首端件向末端件传递运动的一系列传动件的总和，它是由若干传动副按一定方法,依次组合起来的。为了便于分析传动链中的关系，把各种传动件进行简化，并规定了一些简图符号来表示各种传动件。如图5-21 所示，运动自轴输入，转速为n1，经带轮d1、传动带和
38、带轮d2传至轴，再经圆柱齿轮1、2传动轴，经圆锥齿轮3、4传动轴，经圆柱齿轮5、6传到轴，最后经蜗杆k及蜗轮7传至轴，并把运动输出。,图5-21 传动链图例,机械传动与液压传动、电气传动相比较，其主要优点如下：1）传动比准确，适用于定比传动；2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；3）故障容易发现，便于维修。但是，机械传动一般情况下不够平稳；制造精度不高时，振动和噪声较大；实现无级变速的结构较复杂，成本高。因,2011年4月27日第8次课16学时,此，机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中。（2）机床的液压传动 机床液压传动主要由以下几部分组成：1）动力元件-油泵。其作用是把油泵输
39、入的液体压力能转变为工作部件的机械能，是能量转换装置（能源）。,2）执行机构-油缸或油马达。其作用是把油泵输入的液体压力能转变为工作部件的机械能，它也是一种能量转换装置（液动机）。3）控制元件-各种阀。其作用是控制和调节油液的压力、流量（速度）及流动方向。4）辅助装置-油箱、油管、滤油器、压力表等。其作用是创造必要的条件，以保证液压系统正常工作。,5）工作介质-矿物油。它是传递能量的介质。液压传动与机械传动、电气传动相比较，其主要优点如下：1）易于在较大范围内实现无级变速；2）传动平稳，便于实现频繁的换向和自动防止过载；3）便于采用电液联合控制，实现自动化；,4）机件在油中工作，润滑好，寿命长
40、。由于液压传动有上述优点，所以应用广泛。但是，由于油有一定的可压缩性，并有泄露现象，所以液压传动不适于作定比传动。,5.3.3 卧式机床的传动简介 为了清晰地表示机床传动系统中各个零件及其相互连接关系，按照国家标准规定的图形符号画出机床各个传动链的综合简图，称为机床传动系统图。图5-22为C6132卧式车床的传动系统图，它用规定简图符号表示整个机床的传动链。图中各传动件按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来。传动系统图只能表示传,动关系，而不能代表各传动件的实际尺寸和空间位置。图中：罗马数字表示传动轴的编号，阿拉伯数字表示齿轮齿数或带轮直径，字母M表示离合器等。,请看：钳工.mpg 车（
41、实习）.mpg 车工实习.mpg 数控车实习.mpg 车床附件（清华）.asf 车床的装夹及附件.asf 铣工实习.mpg 铣刨（实习）.mpg 平面及成形面加工cxm.wmv 成型磨削原理.wmv,机器零件的大小不一，形状和结构各异，加工方法也多种多样，其中常用的有车削、钻削、镗削、刨削、拉削、铣削和磨削等。尽管它们在基本原理方面有许多共同之处，但由于所用机床和刀具不同，切削运动形式各异，所以它们有着各自的工艺特点及应用。,5.4 常用加工方法,在零件的组成表面中，回转面用得最多，主运动为工件回转的车削，特别适于加工回转面，故比其他加工方法应用得更加普遍。为了满足加工的需要，车床类型很多，主
42、要有卧式车床、立式车床、转塔车床、自动车床和数控车床等。,5.4.1 车削的工艺特点及其应用,1）易于保证工件各加工面的位置精度。车削时，工件绕某一固定轴线回转，各表面具有同一的回转轴线，故易于保证加工面间同轴度的要求。例如在卡盘或者花盘上装夹工件时（图5-23），回转轴线是车床主轴的回转轴线；利用前、后顶尖装夹轴类工件，或利用心轴装夹盘、套类工件时，回转轴线是两顶尖中心的连线。,（1）车削的工艺特点,图5-23 利用卡盘或花盘装夹工件,工件端面与轴线的垂直度要求，则主要由车床本身的精度来保证，它取决于车床横溜板导轨与工件回转轴线的垂直度。2）切削过程比较平稳。除了车削断续表面之外，一般情况下
43、车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中刀齿有多次切入和切出，产生冲击。并且当车刀几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削层公称横截面积是不变的。因,此，车削时切削力基本上不发生变化，车削过程比铣削和刨削平稳。又由于车削的主运动为工件回转，避免了惯性力和冲击的影响，所以车削允许采用较大的切削用量进行高速切削或强力切削，有利于提高生产效率。3）适用于有色金属零件的精加工。某些有色金属零件，因材料本身的硬度较低，塑性较大，若采用砂轮磨削，软的磨,屑易堵塞砂轮，难以得到很光洁的表面。因此当有色金属表面的粗糙度值要求较小时，不宜采用磨削加工，而要用车削或铣削等。用金刚石刀具，在车床上以很小
44、的背吃刀量（）和进给量（）以及很高的切削速度（）进行精细车削，加工精度可达IT6IT5，表面粗糙度 Ra 值达 0.10.4 m。,4）刀具简单。车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度。因此，车削的适应性较广，并且有利于加工质量和生产效率的提高。（2）车削的应用 在车床上使用不同的车刀或其他刀具，可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、沟槽、端面和成,形面等。加工精度可达 IT8IT7,表面粗糙度 Ra 值达 1.60.8 m。车削常用来加工单一轴线的零件，如直轴和一般盘、套类零件等。若改变工件的装夹位置或将车床适当改装，还可
45、以加工多轴线的零件（如曲轴、偏心轮等）或盘形凸轮。图5-24为车削曲轴和偏心轮工件装夹的示意图。,图5-24 车削曲轴和偏心轴工件装夹的示意图,单件小批生产中，各种轴、盘、套等类零件多选用适应性广的卧式车床或数控车床进行加工；直径大而长度短（长径比L/D0.30.8）的重型零件，多用立式车床加工。成批生产外形较复杂，且具有内孔及螺纹的中小型轴、套类零件（图5-25）时，应选用转塔车床进行加工。,图5-25 转塔车床加工的典型零件,大批、大量生产形状不太复杂的小型零件，如螺钉、螺管、管接头、轴套类等（图5-26）时，多选用半自动和自动车床进行加工。它的生产效率很高但精度较低。,图5-26 单轴自
46、动车床加工的典型零件,孔是组成零件的基本表面之一，钻孔是孔加工的一种基本方法。钻孔经常在钻床和车床上进行，也可以在镗床或铣床上进行。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。（1）钻削的工艺特点 钻孔与车削外圆相比，工作条件要困难得多。钻削时，钻头工作部分处在已加,5.4.2 钻、镗削的工艺特点及其应用,工表面的包围中，因而引起一些特殊的问题。例如钻头的刚度和强度、容屑和排屑、导向和冷却润滑等。其特点可概括如下：1）容易产生“引偏”。所谓“引偏”，是指加工时由于钻头弯曲而引起的孔径扩大、孔不圆（图5-27a）或孔的轴线歪斜（图5-27b）等。钻孔时产生引偏，主要是,图5-27 钻孔引偏,因为钻
47、孔最常用的刀具是麻花钻,如图5-28，其直径和长度受所加工孔的限制，呈细长状，刚度较差。为形成切削刃和容纳切屑，必须制出两条较深的螺旋槽，使钻心变细，进一步消弱了钻头的刚度。为减少导向部分的与已加工孔壁的摩擦，钻头仅有两条很窄的棱边与孔壁接触，接触刚度和导向作用也很差。,图5-28 麻花钻,钻头横刃处的前角，具有很大的负值（图5-29），切削条件极差，实际上不是在切削，而是在挤刮金属。钻孔时一半以上的轴向力是由横刃产生的，稍有偏斜，将产生较大的附加力矩，使钻头弯曲。此外，钻头的两个主切削刃，也很难磨得完全对称，加上工件材料的不均匀性，钻孔时的背向力不可能完全抵消。,图5-29 横刃的角度,因此
48、，在钻削力的作用下，刚度很差且导向性不好的钻头，很容易弯曲，致使钻出的孔产生“引偏”，降低了孔的加工精度，甚至造成废品。在实际加工中，常采用如下措施来减少引偏：预钻锥形定心坑（图5-30a）。即先用小顶角（）大直径短麻花钻预先钻一个锥形坑，然后再用所需的钻头钻孔。由于预钻时钻头刚度好，锥形坑不,图5-30 减少引偏的措施,宜偏，以后再用所需的钻头钻孔时，这个坑就可以起定心作用。用钻套为钻头导向（图5-30b）。这样可减少钻孔开始时的引偏，特别是在斜面或曲面上钻孔时，更为必要。钻头的两个主切削刃刃磨对称。这样使两主切削刃的背向力互相抵消，减少钻头的引偏。,2）排屑困难 钻孔时，由于切削较宽，容屑
49、槽尺寸又受到限制，因而在排屑过程中往往与孔壁发生较大的摩擦，挤压、拉毛和刮伤已加工表面，降低表面质量。有时切屑可能阻塞在钻头的容屑槽里，卡死钻头，甚至将钻头扭断。因此，排屑问题成为钻孔时要妥善解决的重要问题之一。尤其是用标准麻花钻,加工较深的孔时，要反复多次把钻头退出排屑，很麻烦。为了改善排屑条件，可在钻头上修磨出分屑槽（图5-31），将宽的切屑分成窄条，以利于排屑。当钻深孔（L/D510）时，应采用合适的深孔钻进行加工。,图5-31 分屑槽,3）切削热不易传散 由于钻削是一种半封闭式的切削，钻削时所产生的热量，虽然也由切屑、工件、刀具、和周围介质传出，但他们之间的比例却和车削大不相同。如用标
50、准麻花钻不加切削液钻钢料时，工件吸收的热量约占52.2%，钻头约占14.5%，切屑约占28%，介质约占5%左右。,钻削时，大量高温切屑不能及时排出，切削液难以注入到切削区，切屑、刀具和工件之间的摩擦很大。因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，这就限制了钻削用量和生产效率的提高。,在各类机器零件上经常需要进行钻孔，因此钻削的应用还是很广泛的。但是，由于钻削的精度较低，表面较粗糙，一般加工精度在IT10以下，表面粗糙度值达，生产效率也比较低。因此，钻孔主要用于粗加工，例如精度和粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔和螺纹底孔等。但精度和,（2）钻削的应用,粗糙度要求较高的孔，也要以钻孔作为预加工工序。单件、
