机械加工工艺基础-中南大学课件word版本.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中南大学,Central South University,机械制造工程训练,中南大学,工程训练中心,多媒体教学课件,制造技术是将原材料转变为产品的应用技术，它既是科学技术走向实际应用的接口和桥梁，又是推动科学技术向前发展的基础。先进的制造技术对于创造物质财富和发展科学技术，具有十分重要的意义。,世界各工业发达国家都无不拥有先进的制造技术和庞大的制造业，制造业已成为各工业发达国家的基本支柱产业。所创造的物质财富达到国民经济总值的一半以上。所以，要使国家繁荣富强，必须大力创新制造技术，大力发展现代制造业。,机械制造工程训练,是一门以工艺理论教学与制造工程实践相结合的学科基础课程，本课程包括“材料成形工艺基础”、“机械加工工艺基础”两大部分。,材料成形工艺基础：,主要介绍机械零件毛坯成形方法的工,艺特点、工艺参数的选择、各类零件毛坯,的结构工艺性、零件的材料选择与成形方,法选择的基本原则,。,机械加工工艺基础：,主要介绍机械加工的基本概念、切削,基本原理、切削机床与刀具、切削加工基,本工艺过程、选择切削加工方法的基本原,则，以及零件机械加工结构工艺性,。,机械加工工艺基础,中南大学,工业训练中心,中南大学,Central South University,第一章.切削加工的基础知识,第二章,.金属切削机床,第三章.机械加工工艺过程,第四章.零件表面的加工方案,第五章.零件的结构工艺性,第六章.数控加工技术,第七章.加工中心自动编程与操作,第八章.,装配,第九章.快速,第九章,成形制造技术,第十章.,先进,制造技术,索引,第一章,切削加工的基础知识,返回索引,切削加工是利用刀具和工件的相对运动，刀具从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得,精度,和,表面粗糙度,均符合要求的零件的加工过程。,切削加工分为机械加工和钳工。,1/17/2025,1.切削加工的概念,1.1 钳工与机械加工,钳工,：,通过工人手持工具进行切削加工。,机械加工,：,采用不同的机床（如车床、铣,床、刨床、磨床、钻床等）对工,件进行切削加工。,2.零件表面质量的概念,零件几何参数：,宏观几何参数：,包括：,尺寸、形状、位置,等要素。,微观几何参数：,指：,微观表面粗糙程度。,1/17/2025,2.1 加 工 精 度,加工精度：指零件经切削加工后，其尺寸、形状、位置等参数同理论参数的相符合的程度，偏差越小，加工精度越高，它包括：,a.,尺寸精度：,零件尺寸参数的准确程度。,b.形状精度：,零件形状与理想形状接近程度。,c.位置精度：,零件上实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。,1/17/2025,1/17/2025,2.1 加 工 精 度,国家标准规定：常用的精度等级分为20级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2IT18表示。数字越大，精度越低。其中IT5-IT13常用。,高 精 度：IT5、IT6,通常由磨削加工获得。,中等精度：IT7-IT10,通常由精车、铣、刨获得。,低 精 度：IT11-IT13,通常由粗车、铣、刨、钻,等加工方法获得。,2.1.1 尺 寸 精 度,25,0,-0.04,零件尺寸要素的误差大小。,问：,精度的高低与哪两个因,素有关？,基本尺寸和公差大小,。,2.1.2 形 状 精 度,25 轴加工后可能产生的形状误差,0,0.013,2.1.2 形 状 精 度,指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；,国家标准规定了六类形状公差（见下表）,形状精度的标注：框格分为2格，,箭头指向待表达的表面，数字表示,允许误差的大小，单位为毫米。,2.1.3 位 置 精 度,指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。,圆圈中的英文字母表示基准，框格分3格，箭头指向待,表达的表面,精度等级,尺寸精度范围,Ra值范围,（,m）,相应的加工方法,低精度,IT13IT 11,2512.5,粗车、粗镗、粗铣、粗刨、钻孔等,中等,精度,IT10IT 9,6.33.2,半精车、半精镗、半精铣、半精刨、,扩孔等,IT8IT 7,1.60.8,精车、精镗、精铣、精刨、粗磨、粗,铰等,高精度,IT7IT 6,0.80.2,精磨、精铰等,特别,精密,精度,IT5IT2,Ra0.2,研磨、珩磨、超精加工、抛光等,零件精度等级及其相应的加工方法,2.2 表 面 粗 糙 度,表面粗糙度：,零件微观表面高低不平的,程度。,产生的原因,：,1）切削时刀具与工件相,对运动产生的磨擦；,2）机床、刀具和工件在加工时的振动；,3）切削时从零件表面撕裂的切屑产生的痕迹；,4）加工时零件表面发生塑性变形。,2.2 表 面 粗 糙 度,表面粗糙度对零件质量的影响：,零件的表面粗糙度对机器零件的性能和使用寿命影响较大，主要有以下几个方面：,1）零件表面粗糙，将使接触面积减小，单位面积压力加大，接触,变形加大，磨擦阻力增大，磨损加快；,2)表面粗糙度影响配合性质。对于间隙配合，表面粗糙易磨损，,造成间隙迅速加大；对于过盈配合，在装配时，可使微小凸峰,挤平，有效过盈量减少，使配合件强度降低；,3）零件表面粗糙，低谷处容易聚积腐蚀性物质，且不易清除，造,成表面腐蚀；,4）当零件承受载荷时，凹谷处易产生应力集中，以致产生裂纹而,造成零件断裂。,2.2 表 面 粗 糙 度,评定参数：常用的是轮廓算术平均偏差Ra,2.2 表 面 粗 糙 度,1/17/2025,Ra,h1 h2 h3hn,2.2 表 面 粗 糙 度,国家标准规定：表面粗糙度分为14个等级，分别用 表示，,数字越大，表面越粗糙。,表面粗糙度符号上的数值Ra,单位是微米（m）。,1/17/2025,2.2 表 面 粗 糙 度,表面粗糙度符号的意义及应用,符号,符号说明,意义及应用,基本符号,单独使用无意义,基本符号上加一短划线,表示表面粗糙度是用去除法获得,基本符号内加一小圆,表示表面粗糙度是用不去除材料的方法获得,符号上加Ra值,用去除材料方法获得的表面，Ra的最大允许值,为3.2,m,2.3 常见加工方法的Ra表面特征,加工,方法,Ra(微米),表面特征,粗车,粗镗,50,可见明显刀痕,粗铣,粗刨,25,可见刀痕,钻孔,12.5,微见刀痕,精铣,精刨,半精车,6.3,可见加工痕迹,3.2,微见加工痕迹,精车,1.6,看不清加工痕迹,粗磨,0.8,可辨加工痕迹方向,精磨,0.4,微辨加工痕迹方向,精密加工,0.1-0.012,只能按表面光泽辩识,2.4零件的加工精度与表面粗糙度的关系,精度,：宏观几何参数的误差,表面粗糙度,：微观几何参数的误差,加工精度高，必须采用一系列的高精度的加工方法，而经过高精度的加工后零件表面粗糙度一定低，反之，表面粗糙度低，零件必须采用一系列的降低表面粗糙度的加工方法，而低表面粗糙度的加工方法不一定是高精度的加工方法。,实例：各种机床上的手柄：表面粗糙度非常低，但精度不高。,1/17/2025,零件的加工精度与表面粗糙度的关系如何？,提问,机器零件的基本表面包括：外圆、内圆（孔）、平面和成型面,基本表面主要由如下的加工方法获得,3.切削运动与切削用量,要完成零件表面的切削加工，刀具和工件应具备形成表面的基本运动，即切削运动,切削运动：,刀具和工件的相对运动,切削运动分为主运动和进给运动,主运动：,提供切削可能性的运动。主运动只有,一个,进给运动：,提供连续切削可能性的运动。进给,运动可以有多个,3.1 切削运动,3.1 切削运动,机床名称,主运动,进给运动,卧式车床,工件旋转运动,车刀纵向、横向、斜向直线移动,钻 床,钻头旋转运动,钻头轴向移动,卧铣、立铣,铣刀旋转运动,工件纵向、横向、斜向直线移动,牛头刨床,刨刀往复运动,工件横向间歇移动或刨刀垂向、斜向间歇移动,龙门刨床,工件往复运动,刨刀横向、垂向、斜向间歇移动,外圆磨床,砂轮高速旋转,工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动,内圆磨床,砂轮高速旋转,工件转动，同时工件往复移动，砂轮横向移动,平面磨床,砂轮高速旋转,工件往复移动，砂轮横向、垂向移动,机床的切削运动,3.2切削用量,切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量,切削速度,：,切削刃上选定点相对于工件主运动的瞬,时速度,用V表示，单位为m/s,进 给 量,：,刀具在进给运动方向上相对于工件的位,移量，用f表示，车、钻和铣削时单位,为mm/r,背吃刀量,:,已加工表面和待加工表面之间的垂直距,离，用a,p,表示，单位为mm，如下图：,3.2.1车削切削速度、背吃刀量的计算,V:切削速度,d:工件直径,n:工件转速,背吃刀量：,切削速度：,dmax:待加工表面直径,dmin:已加工表面直径,ap:背吃刀量,3.3 切削用量的合理选择问题,(1)粗加工按a,p,fv的顺序选择,a、粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多,余金属，只留后续工序的加工余量，所以应根据毛,坯尺寸首先选择a,p,b、粗加工不必考虑表面粗糙度，在a,p,确定后，选取大,的,f，减少走刀时间,c、a,p,和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提,下选择v,(2)精加工按v,f a,p,的顺序选择,精加工的主要目的是保证产品质量和降低零件的表面粗糙度。因此首先应选择尽可能高的v，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定a,p,4.,切 削 刀 具,刀具性能的好坏也是直接影响切削效果的一个重要因素，刀具性能主要取决于两个因素：即,刀具材料,和,刀具的几何角度,4.1 刀具材料应具备如下五个基本特性,：,1.,高硬度：HRC60 以上;,2.高的强度与韧性：保证能够承受切削力的作用而不破坏；,3.高的热硬性：材料在高温下仍然保持高硬度的性能，热硬性用热硬温度表示；,4.良好的耐磨性；,5.良好的工艺性和经济性；,碳素工具钢,：如T7、T8、T9T13等。适合于制造简单的手工工具，如锉刀、锯条等；,合金工具钢,：在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素，耐热性较低，如9SiCr等，适合于制造低速成型刀具，如丝锥；,高速钢,：含较多的钨、铬、钒等合金元素、常用的有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。适合于制造中速精加工刀具；,硬质合金,：成分由WC、TiC和Co组成，采用烧结方法获得,4.1.1 常用的刀具材料,4.1.1 常用的刀具材料,常用的硬质合金有：,钨钴钛类（牌号YT）硬质合金,：适合于加工钢等塑性材料，其代号有YT5、YT15、YT30等，粗加工用YT5,精加工用YT30;,钨钴类（牌号YG）硬质合金：,适合于加工铸铁、青铜等脆性材料，其代号有YG3、YG6、YG8等，粗加工用YG8，精加工用YG3。,4.1.2其它刀具材料,陶瓷：,常用的刀具陶瓷有两种：Al,2,O,3,基陶瓷和Si,3,N,4,基陶瓷。陶瓷刀具的最大特点是具有很高的硬度、很高的耐磨性和耐热性，其主要缺点是抗弯强度低，冲击韧性很差，不能承受较大的冲击载荷。,金刚石：,它分三种 天然单晶金刚石刀具,整体人造聚晶金刚石刀具,金刚石复合刀片,立方氧化硼：,由软的立方氧化硼在高温高压下加入催化剂转变而成,种 类,硬度HRC,抗弯强度GPa,热硬性,工艺性能,用 途,碳素工具钢,60-65,2.16,200-250,热成型,手工刀具,合金工具钢,60-65,2.35,300-400,同上,低速刀具,高速钢,63-70,1.9-4.4,600-700,同上,中速刀具,硬质合金,89-93,1.0-2.2,800-1000,烧结成型,高速刀具,陶瓷材料,91-95,0.4-0.9,1100-1200,同上,连续精加工刀具,常用的刀具材料,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。,车刀分为切削部分和夹持部分，切削部分由三个刀面组成：前刀面、主后刀面、副后刀面。,前,刀面和主后刀面的交线叫主切削刃,前刀面和副后刀面的交线叫副切削刃,两条切削刃的交点叫刀尖，但刀尖并非绝对,尖锐,为了研究刀具的几何角度，建立三个辅助平面：,基面,：通过主切削刃上的某一点，与该点切削速度方向垂直的平面。,切削平面,：通过主切削刃上的某一点，与该点加工表面相切的平面。,正交平面,：通过主切削刃上的某一点，与主切削刃在基面上的投影垂直的平面,4.2 刀具的几何角度(车刀的基本形状),前角,。,：在正交平面中，前刀面与基面之间的夹角；,后角,。,：在正交平面中，主后刀面与切削平面之间的夹角；,主偏角Kr,：在基面上，主切削刃的投影与进给方向的夹角。,副偏角Kr,：在基面上，副切削刃的投影与进给反方向的夹角。,刃倾角,s,4.2.1 车刀的几何角度,4.2.2 前角的正与负,一般加工韧性材料，应取较大的前角；加工脆性材料，应取较小的前角；前角的取值范围常在-5,+25,之间。,4.2.3 刃倾角,s,刃倾角s：,在切削平面中，主切削刃与基面,之间的夹角。,它主要影响刀头的强度和 排屑方向。一般取,s=10,+10,粗加工时常取负值，增加刀头强度；精加工时常取正值，避免切屑擦伤已加工表面。,4.2.4 刃倾角,s的正与负,当刀尖在主切削刃上最高点时，,s为正值，反之为负值。,4.3 刀具角度的合理选择问题,原 则：,粗加工时，为了提高切削效率，切削力会较大，因此强度要高；精加工时，切削力较小，为了保证零件质量因此刀具较锋利,。,粗加工：前角、后角均小，强度高,精加工：前角、后角均大，刀具锋利,主偏角：车台阶轴：取90度,既车外圆又车端面，取45度,副偏角：为降低表面粗糙度，取小值：一般为：,5-15度,刃倾角：粗加工常取负值，精加工取正值,麻花钻由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分又包括导向部分和切削部分,4.4 麻花钻的基本形状,螺旋角：,刃带切线与钻头轴线的夹角,一般=18-30度；,前角：。,后角：,f,顶角2：,两个主切削刃在垂直钻头轴线平面上投影的夹角，通常2=116-120度之间；,横刃斜角 ：,它是横刃与主切削刃在钻头垂直轴线平面上投影的夹角。通常为47-55度；,4.4.1 麻花钻的主要几何角度,砂轮：,是磨削加工的刀具，它是由磨料和结合剂烧结而成的。,磨料：,磨料是砂轮的主要组成因素，担负切削作用，所以磨料有很高的硬度。,粒度：,是指磨料颗粒的大小。,结合剂,：结合剂起粘结磨粒的作用。,硬度：,指砂轮上的磨粒脱落的难以程度,。,4.5 砂轮的材料及形状,系 别,名 称,代 号,特 性,适合于磨削,刚,玉,棕刚玉,A,硬度高，韧性好，价廉,碳钢、可锻铸铁、青铜,白刚玉,WA,硬度稍低，锋利,淬火钢、高速钢,碳化,硅,黑碳化硅,C,锋利，导热性好,铸铁、黄铜,绿碳化硅,GC,硬度高，导热好,硬质合金、宝石,超硬,材料,金刚石,D,硬度最高，韧性差,硬质合金、宝石、陶瓷等,立方氮化硼,CBN,硬度仅次于金刚石，韧性略好。,不锈钢、高矾高速钢,4.5.1 常用的磨料的特性及用途,砂轮名称,代号,断面简图,基本用途,平行砂轮,P,用途广泛、各种磨床,双斜边,PSX,1,用于精磨齿轮、螺纹,双面凹,PSA,外圆磨、刀具磨,薄片砂轮,PB,切断和开槽,筒形砂轮,N,立式平面磨削,杯形砂轮,B,端面刀具磨,碗形砂轮,BW,刀具磨、导轨磨,4.5.2 砂轮的形状、代号及用途,5.刀具磨损和刀具耐用度,刀具经过一定时间的使用后，由于摩擦和切削热的作用，使刀具变钝，切削温度上升，影响加工精度和表面质量，因此必须及时刃磨。,刀具耐用度是刀具从开始切削至达到磨损限度为止的切削时间。例：硬质合金焊接刀具的耐用度规定为60分钟。,1/17/2025,刀具使用,磨钝,刃磨刀具,包括：三种磨损形式与三个磨损阶段,5.1 刀具的使用过程,金属切削过程是指从工件表面切除一层多余的金属，从而形成切屑的过程：,1.金属在刀具前刀面的作用下，受到挤压产生弹性变形。,2.应力逐渐变大，产生塑性变形滑移。,3.应力达到强度极限，剪切滑移被挤裂形成切屑。,4.切离,。,1弹性变形 2 塑性变形 3 挤裂切屑,6.金属的切削过程,常见的切屑有如下三种：,a.带状切屑：,用大前角刀具、高切削速度、小进给量加工塑性材料时出现。,形成带状切屑时，切削力平稳，表面光洁，但切屑连续不断，不安全或容易刮伤已加工表面。,b.节状切屑：,用低切削速度，大进给量加工中等硬度的钢材时出现。形成,这种切屑时，金属经弹性变形、塑性变形、挤裂和切离阶段，是典型的切削过程，但切削力波动大，工件表面粗糙。,c.崩碎切屑：,加工铸铁、黄铜等脆性材料时出现，,形成这种切屑时，切削热和切削力均集中在刀刃和刀尖，刀具容易磨损。,6.1 金属的切屑类型,6.2 积 屑 瘤,积屑瘤,：,当切屑沿前刀面流出时，与前刀面接触的切屑底层受到摩擦阻力，速度变慢，形成滞流层，于是，金属粘附在切削刃附近，形成了积屑瘤。,积屑瘤的影响：,1、保护切削刃，粗加工时，希望产生积屑瘤,2、本身不断形成和脱落，会引起振动，影响工件表面粗糙度，精加工不希望产生积屑瘤。,6.3 切削力,1、,切向力（切削力）Fz：,总切削力在主运动方向上的正投影，其大小约占总切削力的9599%,是三个分力中最大的。消耗功率最多的分力，它是机床动力、重要零件的强度和刚度设计和校核的主要依据；,2、,轴向力（进给力）Fx:,总切削力在进给方向上的正投影，其大小约占总切削力的15%,它是设计和验算机床进给机构必须的参数；,3、,径向力（背向力）Fy:,总切削力在垂直工作平面上的分力，它作用在工件刚性较差的方向，容易使工件变形，同时引起振动，影响加工精度。所以加工刚性较差的工件（如细长轴）时，应该力求减少切削力。,6.3 切削力,Fy,切削力Fr的方向如左下图：可以沿三个方向分解为：,1.切向力Fz,2.轴向力Fx,3.径向力Fy,6.3 切削力,主偏角影响径向力的分配：,6.4 切削热,切削热产生原因：,1.切屑变形；,2.工件与刀具的摩擦；,切削热传出途径：,a.由切屑带走，带走越多越有利；,b.由周围空气和冷却介质带走，同样带走越多越有利；,c.传入工件，使工件温度升高，引起工件变形，产生误差；,d.传入刀具，使刀具温度升高。刀具硬度降低，磨损加快。,6.5 降低切削温度的措施,1.减少切削热的产生：,包括选择合理的刀具几何角度和切削用量，比如适当增大刀具的前角以减少切屑变形，选用大的背吃刀量和小的进给量,。,2.改善散热条件：,包括使用冷却液等各种冷却措施；,冷却液一般有：,水溶液：,比热大，导热性好，但不能起润滑作用，如苏打水，苏打用于防锈。用于粗磨。,切削油：,如矿物油；比热小，但有润滑作用。,乳化液：,具有良好的流动性和导热性，它由乳化油加水稀释而成，应用最广泛。,第八章,零件表面的加工方案,复习思考题,1、试说明下列加工方法的主运动和进给运动：,（1）车端面；,（2）在车床上钻孔；,（3）在钻床上钻孔；,（4）在铣床上铣平面；,（5）在平面磨床上磨平面；,（6）在外圆磨床上磨孔。,2、试说明车削的切削用量（包括名称、定义、代号和单位），简述切削用量选择的原则。,3、对刀具材料的性能有那些要求？,4、高速钢和硬质合金在性能上的主要区别是,什么？各适合做什么刀具？,5、积屑瘤是如何形成的？它对切削加工有何,影响？,6、试分析车外圆时各切削分力的作用和影,响。,7、切削热对切削加工有什么影响？,8、简述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和,刃倾角的作用及选择原则。,第八章,零件表面的加工方案,9、切削液的主要作用是什么？常根据哪些主要因素选用切削液？,10、已知下列车刀的主要角度，试画出它们切削部分的示意图：,（1）外圆车刀：,o,=10 ,o,=8 ,=60,=10 s=4,(2)切断刀：,o,=10 ,o,=6 ,=90,=2 s=0,11、车削外圆时，工件转速n360 r/min，切削速,度v=150 m/min,试求工件直径d。,12、为什么不宜用碳素工具钢制造铣刀、钻花等复杂刀具？为什么目前常采用高速钢制造这类刀具？而较少采用硬质合金？,课间休息,第二章,金属切削机床,返回索引,1、机床的类型,金属切削机床是用来对工件进行加工的机器，故称为“工作母机”，习惯上称机床。,按加工性质和所用刀具分类：,分为车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床等12大类；,按精度分类：,分为普通精度、精密和高精度三种；,按重量分类：,分为一般机床、大型机床和重型机床。,机床的型号：如：C6136表示,2、机床的基本结构,1.主传动部件：,用来实现机床主运动；,2.进给传动部件：,主要用来实现机床进给运动；,3.工件安装装置：,用来安装工件；,4.刀具安装装置：,用来安装刀具；,5.支承件：,用来支承和连接机床各零部件，是机,床的基础构件；,6.机床动力部件：,为机床提供动力。,3、机床的传动,机床的传动有机械、液压、气动、电气等多种形势，最常见的是机械传动和液压传动。,机械传动包括皮带传动、齿轮传动、涡轮蜗杆传动、齿轮齿条传动和丝杆螺母传动,3.1 皮带传动,皮带传动,是靠胶带与带轮之间的磨擦作用，将主动皮带轮的转动传递到另一个被动皮带轮上去的。,皮带传动的优点是传动平稳、轴间距较大，结构简单、制造维修方便，过载时皮带打滑。不易引起机器损坏；其缺点是不能保证精确的传动比，且磨擦损失大，传动效率较低。,3.1 皮带传动,如果考虑皮带与皮带轮之间的滑动，其传动比为：,i,=(d,1,/d,2,),=(n,2,/n,1,),式中：d,1,主动皮带轮的直径 d,2,被动皮带轮的直径,n,1,主动皮带轮的转速 n,2,被动皮带轮的转速,滑动系数，约为0.98,3.2 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，这种传动方式种类多，如直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿轮传动等，最常见的是直齿圆柱齿轮。,设：z,1,和n,1,分别为主动轮的齿数和转速,z,2,和n,2,分别为被动轮的齿数和转速,传动比,i,=(z,1,/z,2,)=(n,2,/n,1,),3.3 涡轮、蜗杆传动,采用这种方式，只能由蜗杆带动蜗轮传动，其传动的优点是：可获得较大的降速比，传动平稳、噪音小，结构紧凑。其缺点是传动效率低，并需要良好的润滑条件,3.4 齿轮、齿条传动,齿轮齿条传动机构可将旋转运动转变为直线运动（当齿轮为主动轮时），也可将直线运动转变为旋转运动（当齿条为主动件时），在实际运用中，以前者居多。,齿轮齿条传动的效率很高，但制造精度不高时，传动的平稳性和准确性较差。,3.5 丝杆、螺母传动,丝杆、螺母传动可使旋转运动变成直线运动，例如在车床上车螺纹时，丝杆旋转，合上开合螺母后，刀架便作纵向运动。,其传动的优点是工作平稳，无噪音，其缺点是传动效率较低。,4、机床的变速机构,在一般的通用机床上通过变速机构实现接近理想值的切削速度。,变换机床转速的主要装置是机床的齿轮箱，齿轮箱变速机构的形式多样，最常见的为滑动齿轮变速机构和离合器式齿轮变速机构,4.1 滑动齿轮变速机构,带长键的从动轴上装有滑动齿轮z,2,z,4,z,6,通过手柄上的拨叉可使它们分别与固定在主动轴上的齿轮z,1,z,3,z,5,相啮合，其传动比,i,1,=z,1,/z,2,i,2,=z,3,/z,4,i,3,=z,5,/z,6,轴,的转速分别为：n,2,=,i,1,n,1,或,n,2,=,i,2,n,1,或,n,2,=,i,3,n,1,（式中n,1,为轴,的转速,n,2,为轴的转速）,4.2 离合器式齿轮变速机构,从动轴两端空套有齿轮z,2,和z,4,，它们分别与固定在主动轴上的齿轮z,1,和z,3,啮合。轴中部带有键3，并装有压嵌式离合器4。当手柄左移或右移离合器时，离合器的爪1与齿轮z,2,啮合或爪2与齿轮z,4,啮合，这样轴可得到两种不同的转速，其传动比是：,i,1,=z,1,/z,2,i,2,=z,3,/z,4,5、车床的基本结构,主电机及变速机构,挂轮箱,床头箱,进给箱,卡盘,中心架,溜板箱,尾架,丝杆,光杆,5.1车床的主传动,5.1.1 车床的传动框图,车削的进给量,如果工件的转速加快，进给量是否会变化？,答：所谓进给量，是指主轴转一圈（一个工作循环）、刀架沿进给方向移动的距离，只要进给箱的挂轮手柄没有调整，主轴到进给箱的传动比没有变化，进给量就不会发生变化。,5.2车削的加工范围,车削是以加工回转体为主要加工目的。在车床上可以加工：外圆、端面、锥度、钻孔、钻中心孔、镗孔、铰孔、切断、切槽、滚花、车螺纹、车成型面、绕弹簧等。,5.3 车削的工艺特点,粗加工：经济精度可达到IT10，表面粗糙度在25-12.5之间;,精加工：经济精度可达IT7左右，表面粗糙度Ra6.3-1.6之间。,2.易于保证相互位置精度要求。一次装夹可加工几个不同的表面，避免安装误差。,3.刀具简单，制造、刃磨和安装方便，容易选用合理的几何形状和角度，有利于提高生产率。,4.应用范围广泛，几乎所有绕定轴心旋转的内外回转体表面及端面，均可以用车削方法达到要求。,5.可以用精细车的办法实现有色金属零件的高精度的加工（有色金属的高精度零件不适合采用磨削）,6 铣削加工,主轴箱,主轴,横溜板,工作台,升降台,底座,6.1立式铣床的基本结构,6.2 铣削的主要加工范围,6.3 铣床的分度加工功能,分度头手柄,工件,铣刀,卡盘,尾架,扇形夹,1.分度头手柄与卡盘中心轴之间的传动比为40：1，即手柄转 40圈，卡盘或工件转1圈。,2.孔圈和扇形夹的张开角度用于非整数圈的定位,孔圈,问题：,今欲在铣床上加工一个12等分的零件，分度手柄应转多少圈，用分度盘的哪个孔圈，扇形夹应张开多少个孔距？（已知：分度盘孔圈孔数有：24、25、28、30、37）,解：,因为主轴上固定有齿数为40的蜗轮，它与单头蜗杆相啮合。当分度手柄转一圈的同时，主轴(工件)转动了1/40 转,即,设工件等分数为Z，则每次分度时，工件应转过1/Z，因此手柄转数,根据题中已知条件，可选孔圈数24、扇形夹张开孔距为8孔，可选孔圈数30，扇形夹张开孔距为10孔,6.3 铣床的分度加工功能,6.4 逆铣和顺铣,逆铣：,铣刀旋向（或铣削力）与进给方向相反,顺铣：,铣刀旋向与进给方向一致,F,F,V,V,齿轮的种类和用途,6.5 铣削的工艺特点,1.,铣削加工的精度可达IT10-IT7，表面粗糙度可达6.3-1.6左右,2.生产效率高，铣刀是多刀齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加切削，主运动是刀具的旋转，所以铣削的生产效率比刨削高。,3.容易产生振动，铣刀的刀齿切入和切出时产生振动，加工过程中切削面积和切削力变化较大。,4.刀齿的散热条件较好，在刀具旋转过程的不切削时间内，刀具可以得到一定的冷却。,5.与刨床相比，铣床价格高，适用于批量生产,。,7.刨（插）削加工,刨床主要有牛头刨床和龙门刨床两种,牛头刨床:,刨刀的直线往复运动是主运动，工件在刨刀返回行程将结束时作横向进给运动。牛头刨床主要用于加工中小型零件,龙门刨床:,工作台往复运动，横梁上的刀架可以水平或垂直运动,龙门刨床主要用于加工大型零件,7.1,牛头刨床的摆杆机构,牛头刨床的摆杆机构,摆杆齿轮带动摇杆左右摆动，摇杆带动滑枕做往复运动。,摆杆机构的特点：返回行程比工作行程时间快。,7.2 刨削加工的范围,3.1 插削加工,插床,又称立式刨床，其运动原理与牛头刨床相似，主要用于孔内表面加工，如方孔、多边形孔、键槽等的加工。,工件在工作台上可做纵向、横向和回转的运动，滑枕做上下往复运动。,7.3 插削主要加工范围,7.4 刨削加工的工艺特点,1.,加工精度通常为：精刨：IT7-IT10，粗糙度Ra为6.3-1.6之间。,2.通用性好，刨床简单、价格低、调整和操作简便，刨刀形状简单，制造、刃磨方便。,3.生产率一般比较低，主运动为往复直线运动，返回行程不参加切削。,4.适用于单件小批生产,。,8.钻削加工,钻床包括台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。如图：,工件直径12mm的孔一般使用台式钻床加工，孔径0;,若点（X,Z）在直线下方，则：ZXe-XZe0时，NC发出移动微指令，使控制轴向+X方向移动一个步长；,当F0时，NC发出移动微指令，使控制轴向+Z方向移动一个步长；,当F=0时，可以规定NC使控制轴向+X或+Z方向移动一个步长,这样可以不断地趋向终点，图中，带箭头的折线轨迹是机床实际运动的插补轨迹，直线OA是理论轨迹，由于插补运算所取的步长很小，所以可以近似地认为插补轨迹就是直线OA的理论轨迹,。,刀具补偿原理：是指NC对编程时零件轮廓轨迹与刀具实际运行轨迹差值进行补偿的功能。,如右图所示：用一个半径为R的刀具加工图中的实线表示的工件，刀具运行的实际中心轨迹应为图中的虚线所示，于是刀具离开工件的这一个距离就是偏置（二者之间相差一个刀具半径R），偏置量(offset value)是一个二维的矢量，可正可负,同理：在刀具长度方向上，每种刀具长度不一致，也是采用同样的方法进行补偿，称刀具长度补偿。,刀具补偿又可以分为形状补偿(geometry offset)和磨损补偿(wear offset)，运行程序前的刀具标称半径或长度是形状补偿量，在加工过程中，刀具由于磨损的作用发生细微的尺寸变化，这时，将磨损量输入到磨损补偿号中，可以不必改动形状补偿号。方便操作。,3.数控加工编程基础,.1,机,床,坐,标,系,.1.1,机床坐标系和主运动方向,1标准坐标系的规定,对数控机床中的坐标系和运动方向的命名，,ISO,标准和我国,JB3052,82,部颁标准都统一规定采用标准的右手笛卡儿直角坐标系，一个直线进给运动或一个圆周进给运动定义一个坐标轴。,标准中规定直线进给运动用右手直角笛卡儿坐标系,X,、,Y,、,Z,表示，常称基本坐标系。,X,、,Y,、,Z,坐标轴的相互关系用右手定则决定。如图,-1,所示，图中大拇指的指向为,X,轴的正方向，食指指向为,Y,轴的正方向，中指指向为,Z,轴的正方向。围绕,X,、,Y,、,Z,轴旋转的圆周进给坐标轴分别用,A,、,B,、,C,表示。根据右手螺旋法则，可以方便地确定,A,、,B,、,C,三个旋转坐标轴。以大拇指指向,X,、,Y,、,Z,方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动,A,、,B,、,C,方向。,图3,-1,右手直角笛卡儿坐标系,如果数控机床的运动多于,X,、,Y,、,Z,三个坐标，则可用附加坐标轴,U,、,V,、,W,分别表示平行于,X,、,Y,、,Z,三个坐标轴的第二组直线运动；如果在回转运动,A,、,B,、,C,外还有第二组回转运动，可分别指定为,D,、,E,、,F,。然而，大部分数控机床加工的动作只需三个直线坐标轴及一个旋转轴便可完成大部分零件的数控加工。,2运动方向的确定,数控机床的进给运动，有的是由刀具向工件运动来实现的，有的是由工作台带着工件向刀具来实现的。为了在不知道刀具、工件之间如何作相对运动的情况下，便于确定机床的进给操作和编程，统一规定标准坐标系,X,、,Y,、,Z,作为刀具,(,相对于工件,),运动的坐标系，增大刀具与工件距离的方向为坐标正方向，即坐标系的正方向都是假定工件静止、刀具相对于工件运动来确定的。考虑到刀具与工件是一对相对运动，即刀具向某一方向运动等同于工件向其相反方向运动的特点，图,3-1,中虚线所示的,X,、,Y,、,Z,必然是工件,(,相对于刀具,),正向运动的坐标系。,3坐标轴的确定,(1)Z,轴的确定。统一规定与机床主轴重合或平行的坐标为,Z,轴，远离工件的方向为正方向。机床主轴是传递切削动转矩的轴。如数控车床、数控外圆磨床是主轴带动工件旋转，数控铣床、数控钻床等是主轴带动刀具旋转。,对于没有主轴的机床，规定垂直于工件装夹表面的方向为,Z,坐标轴的方向，正向是使刀具离开工件的方向。,(2)X,轴的确定。,X,轴为水平的、平行于工件装夹面的轴。,对于加工过程中主轴带动工件旋转的机床，如数控车床、数控磨床等，,X,轴沿工件的径向并平行于横向拖板，刀具或砂轮离开工件旋转中心的方向为,X,轴的正向。,对于如铣床、钻床、镗床等刀具旋转的机床，若,Z,轴水平,(,主轴是卧式的,),，当从主轴,(,刀具,),向工件看时，,X,轴的正向指向右边，如数控卧式镗床、铣床；若,Z,轴垂直,(,主轴是立式的,),，对于单立柱机床，当从主轴向立柱看时，,X,轴的正向指向右边，对于双立柱机床，当从主轴向左侧立柱看时，,X,轴的正向指向右边。,(3)Y,轴的确定。根据,X,、,Z,轴及其方向，可按右手直角笛卡儿坐标系，利用右手螺旋法则确定轴。,根据,X,、,Y,、,Z,轴及其方向，利用右手螺旋法则即可确定,A,、,B,、,C,的方向。一些数控机床的坐标系如图,3-2,所示。,3.1.2 机床原点和机床参考点,1机床原点,机床原点是机床基本坐标系的原点，是工件坐标系、机床参考点的基准点，又称机械原点、机床零点，它是机床上的一个固定点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变，如图,3-3,所示。数控车床的机床原点一般在卡盘前端面或后端面的中心；数控铣床的机床原点，各生产厂不一致，有的在机床工作台的中心，有的在进给行程的终点。,图,3-3,数控机床的机床原点与参考点,2机床参考点,机床参考点是机床坐标系中一个固定不变的点，是机床各运动部件在各自的正向自动退至极限的一个点,(,由限位开关精密定位,),，如图,3-3,所示。机床参考点已由机床制造厂测定后输入数控系统，并记录在机床说明书中，用户不得更改。,实际上，机床参考点是机床上最具体的一个机械固定点，既是运动部件返回时的一个固定点，又是各轴启动时的一个固定点，而机床零点,(,机床原点,),只是系统内运算的基准点，处于机床何处无关紧要。机床参考点对机床原点的坐标是一个已知定值，可以根据该点在机床坐标系中的坐标值间接确定机床原点的位置。,在机床接通电源后，通常要做回零操作，使刀具或工作台运动到机床参考点。注意，通常我们所说的回零操作，其实是指机床返回参考点的操作，并非返回机床零点。当返回参考点的工作完成后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已经自动建立。机床在回参考点时所显示的数值表示参考点与机床零点间的工作范围，该数值被记忆在,CNC,系统中，并在系统中建立了机床零点作为系统内运算的基准点。也有机床在返回参考点时，显示为零,(X0,，,Y0,，,Z0),，这表示该机床零点被建立在参考点上。,3.1.3 工件坐标系和工件原点,工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸上的某一固定点为原点所建立的坐标系，编程尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。为保证编程与机床加工的一致性，工件坐标系也应该是右手笛卡儿坐标系，而且工件装夹到机床上时，应使工件坐标系与机床坐标系的坐标轴方向保持一致。,工件坐标系的原点称为工件原点或编程原点。工件原点在工件上的位置可以任意选择，为了有利于编程，工件原点最好选在工件图样的基准上或工件的对称中心上，例如回转体零件的端面中心、非回转体零件的角边、对称图形的中心等。,在数控车床上加工零件时，工件原点一般设在主轴中心线与工件右端面或左端面的交点处如图,3-4(a),所示；在数控铣床上加工零件时，工件原点一般设在工件的某个角上或对称中心上，如图,3-4(b),所示。,图,3-4,工件原点设置,(a),数控车床；,(b),数控铣床,3.1.4 工件坐标系和机床坐标系的关系,编程时，尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定，不必考虑工件在机床上的安装位置和安装精度，但在加工时需要确定机床坐标系、工件坐标系、刀具起点三者的位置才能加工。工件装夹在机床上后，可通过对刀确定工件在机床上的位置。,所谓对刀，就是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。在加工时，工件随夹具在机床上安装后，测量工件原点与机床原点之间的距离，这个距离称为工件原点偏置，如图,3-5,所示。在用绝对坐标编程时，该偏置值可以预存到数控装置中，在加工时工件原点偏置值可以自动加到机床坐标系上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。,图,3-5,机床坐标系与工件坐标系,对刀过程一般从各坐标方向分别进行，可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点,(