机械制造技术第3章 -- 机械零件加工方法与设备

1、第3章机械零件加工方法与设备,第一节外圆表面加工及设备第二节内圆表面加工及设备第三节螺纹的加工第四节平面加工第五节齿轮的齿形加工,第一节外圆表面加工及设备,一、外圆表面的加工外圆表面是构成机器零件的基本表面，如轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面的加工在机器零件制造中是很常见的，根据外圆表面的尺寸、材料及加工要求不同，可选择不同的加工方法。常见的外圆表面的加工方法及特点如下。1.外圆表面的车削加工(1)粗车。外圆表面的粗车是最经济、最有效的方法，粗车在车床工艺系统允许的前提下，尽可能地采用大的背吃刀量和进给量，以提高生产率，但为了保证刀具耐用度，切削速度通常选为低速，粗车所能达到的加工精度为IT11IT12，表面粗糙度Ra为12. 550um。(2)精车。外圆表面的精车一般作为最终工序或光整加工的预加工工序。精车后工件尺寸精度可达IT7IT8，表面粗糙度Ra为0. 81. 6um。,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,(3)高速细精车。高速细精车是采用硬质合金、立式氮化硼或金刚石刀具，用高切削速度(160mm/min以上)，小的背吃刀量(0.030. 05mm)和

2、小的进给量(0.020.2mm/r)，对工件进行精细加工的方法。对于硬度较低的有色金属(如铜、铝)，如果采用磨削加工，磨屑容易糊住砂轮，一般在高精度的车床上，采用金刚石刀具进行高速细精车，工件尺寸精度可达IT5IT6，表面粗糙度Ra为0. 11.0um,甚至可达镜面效果。2.外圆表面的磨削加工外圆表面的磨削加工是主要精加工方法，能经济地获得高的加工精度和小的表面粗糙度值。加工精度通常可达IT5IT7，表面粗糙度Ra值可达0. 20. 8um。采用高精度的磨削方法，表面粗糙度Ra值可达0. 0060.1um。磨削加工不但可精加工，而且可进行粗磨荒磨、重负荷磨削。特别适合于各种高硬度和悴火后的零件的精加工。3.外圆表面的精整、光整加工,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,外圆表面的精整、光整加工是精加工以后进行的超精密加工方法，适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。(1)研磨。用研磨工具和研磨剂，通过研具与工件在一定压力下，做相对滑动，从工件表面上磨掉一层极薄的金属，以提高工件尺寸、形状精度和降低表面粗糙度的精整加工方法。研磨精度可达0.025m，圆柱度可达0.1 m，表面粗

3、糙度可达Ra0.01 m。研磨主要用于精密的零件，如量规、精密配合件、光学零件等。(2)抛光。抛光能降低表面粗糙度，但不能提高工件的尺寸精度和形状精度。普通抛光工件表面粗糙度可达Ra0.4 m。由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选择合理的加工方法。表3-1所示为外圆表面各种加工方案和经济加工精度。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,二、外圆表面的车削加工 1.车床 (1)车床主要类型及工艺范围。车床主要是用于进行车削加工。通常由工件旋转完成主运动，而由刀具沿平行或垂直于工件旋转轴线移动完成进给运动。与工件旋转轴线平行的进给运动称为纵向进给运动，垂直的称为横向进给运动。车床的种类很多，按其用途和结构的不同，主要可分为卧式车床及落地车床、立式车床、转塔车床、多刀半自动车床、仿形车床及仿形半自动车床、单轴自动车床、多轴自动车床及多轴半自动车床、车削加工中心。此外，还有各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、铲齿车床等。在大批量生产的工厂中还有各种专用车床。如表3-2所列为车床的主要类型、工作方法和应用范围。其中卧

4、式车床的工艺范围很广，能进行多种表面的加工，如图3-1所示。能车削内外圆柱面、圆锥面、成形面、端面、各种螺纹、切槽、切断;也能进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,如果再利用一些特殊附件，那么卧式车床的工艺范围还能进一步扩大。 (2) CA6140型卧式车床简介。 CA6140型卧式车床的主要技术参数。床身上最大工件回转直径 400mm在刀架上最大工件回转直径 210mm工件最大长度(四种规格) 750;1 000;1 500;2000mm主轴中心高度 205mm主轴内孔直径 48mm主轴前端锥孔的锥度 莫氏6号主轴转速正转(24级) 101400r/min反转(12级) 101580r/min车削螺纹范围米制螺纹螺距(44种标准螺距) 1192mm,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,英制螺纹螺距(20种标准螺距) 224牙/in模数螺纹(39种标准螺距) 0. 2548mm径节螺纹(37种标准螺距) 196牙/in 纵向进给量(64级) 0. 0286. 33mm/r 横向进给量(64级) 0. 0143. 16mm/r 主

5、电动机功率/转速 7. 5 kW/1 450(r.min-1) 快速电动机功率/转速 0. 25kW/2 800(r.min-1) 尾座顶尖套锥孔锥度 莫氏5号 机床工件精度圆度 0.0020.005mm精车端面平面度 0.0050.01mm表面粗糙度Ra 0.83.2um,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备, CA6140型卧式车床的主要部件及其作用。CA6140型卧式车床的外形如图3-2所示，其主要部件如下。a.床身。床身4固定在左、右床腿上。床身是车床的基本支承件，在床身上安装着车床的各个主要部件并使它们在工作时保持准确的相对位置。b.主轴箱。主轴箱1固定在床身的左侧，作用是将电动机输出旋转运动传递给主轴，再通过装在主轴上夹具带动工件回转，实现主运动。主轴箱内有变速机构，通过变换箱外手柄的位置，可以改变主轴的转速，以满足不同车削工作的需要。c.进给箱。进给箱10固定在床身的左前侧，将主轴通过挂轮箱传递来的旋转运动传给光杠或丝杠。进给箱内有变速机构，可实现光杠或丝杠的转速变换，以调节机动进给的进给量或螺纹螺距。d.溜板箱。溜板箱8固定在床鞍的前侧，作用是将光杠或丝杠的回

6、转运动变为床鞍或中滑板及刀具的进给运动。变换溜板箱外的手柄位置，可以控制刀具纵向或横向进给运动的方向和运动的启动或停止。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,e.刀架。刀架2装在床身的床鞍导轨上，床鞍可沿导轨纵向移动。刀架部分由几层滑板组成。其作用是装夹车刀并使车刀作纵向、横向或斜向运动。f.尾座。尾座3装在床身尾部的导轨上，并可沿此导轨纵向调整位置。尾座的作用是用顶尖支承工件，还可安装钻头等孔加工刀具进孔加工。 g.挂轮箱。挂轮箱装在主轴箱的左边。它是把主轴的旋转运动传给进给箱的传动部件，挂轮箱内有挂轮装置，配换不同齿数的挂轮(齿轮)，可改变进给量或车螺纹时的螺距(或导程)。CA6140型卧式车床的传动。 CA6140型卧式车床的传动过程可用传动框图来表示，如图3-3所示。主运动电动机的旋转运动，经皮带轮传到主轴箱，在箱内经过变向和变速机构再传到主轴，使主轴获得24级正向和12级反向转速。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,进给运动主轴经过主轴箱，再经过挂轮、进给箱把旋转运动传给光杠或丝杠，最后通过溜板箱变成滑板、刀架的直线移动，使车刀作纵向或横向进给运动及

7、车削螺纹。刀架的快速移动刀架快速移动是刀具作机动、快速地退离或接近加工部位，以减轻工人劳动强度及缩短辅助时间。CA6140型卧式车床的传动系统(见图3-4)由主运动传动链、车削螺纹运动传动链、纵向机动进给传动链、横向机动进给传动链和刀架快速移动传动链组成。a.主运动传动链。运动由主电动机经V形带轮传动 副 传至主轴箱中的轴I，轴I上装有双向多片摩擦离合器M1，使主轴正转、反转或停止。主运动传动链的传动路线表达式为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,由传动路线表达式可以看出，主轴可获得 级正转转速，由于轴III至轴V间的两组双联滑移齿轮变速组的4种传动比为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,其中 ,所以实际只有3种不同的传动比，因此主轴只能获得 级正转转速。同理主轴可获 得 级反转转速。主轴反转时，轴I-II间传动比的值大于正转时传动比的值，所以反转转速大于正转转速。主轴反转一般不用于切削，而是用于车削螺蚊时，切削完一刀后，使车刀沿螺旋线退回，以免下一次切削时“乱扣”。转速高，可节省辅助时间。b.车削螺纹运动传动链。CA6120型车床能够车削米制、英制、模数制

8、和径节制四种标准螺纹，还能够车削大导程、非标准和较精密的螺纹，这些螺纹可以是左旋的也可以是右旋 的。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,车削螺纹传动链的作用，就是要得到上述各种螺纹的导程。不同标准的螺纹用不同的参数表不其螺距，表3-3列出了米制、英制、模数制和径节制四种螺纹的螺距参数及其与螺距P导程L之间的换算关系。车削螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹的一个导程L工，其运动平衡式为-从主轴到钟杠之间的总传动比; L丝-机床钟杠上的导程(CA6120型车床L丝=12 mm) L工-被加工螺纹的导程(mm)。在这个平衡式中，通过改变传动链中的传动比 ，就可以得到要加工的螺纹导程。不同螺纹种类螺纹传动路线也不同，CA6120型车床车削米制螺纹时传动路线表达式为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,其中 是轴XIII和轴XIV之间变速机构的8种传动比，即,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,上述变速机构是获得各种螺纹的基本机构，称为基本螺距机构或称基本组。 是轴XV和轴XVII之间变速机

9、构的4种传动比，即上述4种传动比按倍数关系排列。用于扩大机床车削螺纹导程的种数。这个变速机构称为增倍机构或增倍组。在力口工正常螺纹导程时，主轴VI直接传动轴IX，其间传动比。 。时能加工的最大螺纹导程L=12mm。如果需要车削导程更大的螺纹时，可将轴IY的滑移齿轮58向右移动，使之轴珊上的齿轮26啮合，从主轴VI至轴IX间的传动比为,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,这表明，当车削螺纹传动链其他部分不变时，只做上述调整，便可使螺纹导程比正常导程相应地扩大4倍或16倍。通常把上述传动机构称之为扩大螺距机构。在CA6140型车床上，通过扩大螺距机构所能车削的最大米制螺纹导程为192mm。必须指出，扩大螺距机构的传动比 是由主运动传动链中背轮机构齿轮的啮合位置所确定的，而背轮机构一定的齿轮啮合位置，又对应一定的主轴转速。因此，主轴转速一定时，螺纹导程可能扩大的倍数是确定的。具体地说，主轴转速是1032 r/min时，导程可扩大16倍;主轴转速是40125 r/min时，导程可扩大4倍;主轴转速更高时，导程不能扩大。这也正好符合大导程螺纹只能在低速时车削的实际需要。,上一页,下一页,返回,第一节外圆表面加工及设备,当需要车削非标准螺纹和精密螺纹时，需将进给箱中的齿式离合器M3、 M4和M5全部接合上，此时，轴XII、XIV、XVII和丝杠XVIII批联成一体，运动由挂轮直接传给丝杠，被加工螺纹的导程L工可通过选配挂轮来实现，因此可以车削任意导程的非标准螺纹。同时，由于传动链大大地缩短，减少了传动件制造和装配误差对螺纹螺距精度的影响。若选用高精度的齿轮作为挂轮，则可加工精密螺纹。挂轮换置公式为c.纵向和横向机动进给传动链。纵向进给一般用于外圆车削，而横向进给用于端面车削。为了减少丝杠的磨损和便于操纵，机动进给是由光杠经溜板箱传动的，其传动路线表达式为CA6140型车床纵向机动进给量有64级。,

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