機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第13講(2015)課件

1、 三、鏜孔鏜孔是在預(yù)制孔上用切削刀具使之?dāng)U大的一種加工方法，其加工范圍很廣，可以對(duì)不同直徑的孔進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。鏜孔工作既可以在鏜床上進(jìn)行，也可以在車床、銑床、數(shù)控加工中心及自動(dòng)機(jī)床上進(jìn)行。第三節(jié) 孔 加 工1鏜孔方式（1）工件旋轉(zhuǎn)，刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 這種鏜孔方式適于加工與外圓表面有同軸度要求的孔。圖3-37 工件旋轉(zhuǎn)、刀具進(jìn)給的鏜孔方式刀具進(jìn)給方向與工件回轉(zhuǎn)軸線平行刀具進(jìn)給方向與工件回轉(zhuǎn)軸線不平行（2）刀具旋轉(zhuǎn)，工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 這種鏜孔方式鏜桿的懸伸長(zhǎng)度一定，鏜桿變形對(duì)孔的軸向形狀精度無(wú)影響。 但工作臺(tái)進(jìn)給方向的偏斜會(huì)使工件孔中心線產(chǎn)生位置誤差。 圖3-38a） 刀具旋轉(zhuǎn)、工件進(jìn)給

2、的鏜孔方式1-鏜桿 2-鏜刀 3-工件 4-工作臺(tái) 5-主軸 6-拖板 7-鏜模圖3-38b為專用鏜模鏜孔，鏜桿與機(jī)床主軸浮動(dòng)聯(lián)接，鏜桿支承在鏜模的兩個(gè)導(dǎo)套中，剛性較圖3-38b） 刀具旋轉(zhuǎn)、工件進(jìn)給的鏜孔方式1-鏜桿 2-鏜刀 3-工件 4-工作臺(tái) 5-主軸 6-拖板 7-鏜模 好。此時(shí)對(duì)所加工孔的位置精度由鏜模精度直接保證。 （3）刀具即旋轉(zhuǎn)又進(jìn)給 這種鏜孔方式因鏜桿圖3-38 刀具既旋轉(zhuǎn)又進(jìn)給的鏜孔方式1-鏜桿 2-鏜刀 3-工件 4-工作臺(tái) 5-主軸 的懸伸長(zhǎng)度是變化的，所以鏜桿的受力變形也是變化的，鏜出來(lái)的孔必然會(huì)產(chǎn)生形狀誤差。此外，鏜桿的懸伸長(zhǎng)度增大，主軸因自重引起的 彎曲變形也增

3、大，孔軸線將產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲。這種鏜孔方式只適于加工較短的孔。圖3-38 刀具既旋轉(zhuǎn)又進(jìn)給的鏜孔方式1-鏜桿 2-鏜刀 3-工件 4-工作臺(tái) 5-主軸金剛鏜最初用于加工有色金屬工件，現(xiàn)在也廣泛用于加工鑄鐵件和鋼件。但需注意的是，在加工鑄鐵件和鋼件時(shí)，只能使用硬質(zhì)合金或CBN制作的鏜刀。金剛鏜的加工質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，在大批大量生產(chǎn)中它被廣泛用于精密孔的最終加工。3鏜刀鏜刀可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。圖3-40 單刃鏜刀通孔單刃鏜刀盲孔單刃鏜刀圖3-41所示的浮動(dòng)的雙刃鏜刀，可消除因鏜刀安圖3-41 浮動(dòng)鏜刀 裝誤差或鏜桿偏擺引起的誤差；但它與鉸孔相似，只能保證尺寸精度，不能校正鉸孔前孔軸線的位置誤

4、差。綜上分析可知， 鏜孔工藝范圍廣，可加工各種不同尺寸和不同精度等級(jí)的孔，對(duì)于孔徑較大、尺寸和位置精度要求較高的孔和孔系，鏜孔幾乎是唯一的加工方法。鏜孔的加工精度為IT9IT7級(jí)，表面粗糙度Ra為3.2 0.8m。工件進(jìn)給方向與銑刀的旋轉(zhuǎn)方向相反稱為逆銑；工件進(jìn)給方向與銑刀的旋轉(zhuǎn)方向相同稱為順銑。順銑和逆銑各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)加工的具體條件合理選擇。圖3-50 順銑與逆銑a）b）逆銑順銑（1）從切屑截面形狀分析 逆銑時(shí)，刀齒的切削厚度由零逐漸增加，由于切削刃鈍圓半徑的影響，刀齒在已加工表面上滑擦一段距離后才能真正切入工件，因而刀齒磨損快，加工表面質(zhì)量較差。順銑時(shí)則無(wú)此現(xiàn)象。順銑時(shí)銑刀壽命比逆銑高2

5、3倍，加工表面質(zhì)量也比較好，但順銑不宜銑帶硬皮的工件。圖3-50 順銑與逆銑逆銑順銑（2）從工件裝夾可靠性分析 逆銑時(shí)，刀齒對(duì)工件的垂直作用力Fv向上，容易使工件的裝夾松動(dòng)；順銑時(shí)，刀齒對(duì)工件的垂直作用力Fv向下，使工件壓緊在工作臺(tái)上，加工比較平穩(wěn)。 圖3-50 順銑與逆銑逆銑順銑（3）從工作臺(tái)絲杠、螺母間隙分析 逆銑時(shí)，工件承受的水平銑削力FH與進(jìn)給速度vf的方向相反，銑床工作臺(tái)絲杠始終與螺母接觸。vfvFHFv圖3-51 銑削時(shí)絲杠和螺母的間隙 a）逆銑螺母固定絲杠移動(dòng)順銑時(shí)，工件承受的水平銑削力 FH 與進(jìn)給速度 vf 相同，由于絲杠螺母間有間隙，銑刀會(huì)帶動(dòng)工件和工作臺(tái)竄動(dòng)，使銑削進(jìn)給量

6、不均勻，容易打刀。采用順銑法加工時(shí)必須采取措施消除絲杠與螺母之間的間隙。vfFHFVv圖3-51 銑削時(shí)絲杠和螺母的間隙 b）順銑螺母固定絲杠移動(dòng)端銑時(shí)，銑刀刀齒切入切出工件階段會(huì)受到很大的沖擊。由圖3-52可知，從減小刀齒切入工件時(shí)圖3-52 對(duì)稱銑和不對(duì)稱銑a）對(duì)稱銑 b）不對(duì)稱銑 受到的沖擊考慮，圖3-52b所示的不對(duì)稱銑比圖3-52a所示的對(duì)稱銑較為有利。 圖3-53 銑刀的類型鋸片銑刀立銑刀鍵槽銑刀圖3-53 銑刀的類型模具銑刀角度銑刀成形銑刀（2） 面銑刀的結(jié)構(gòu) 面銑刀的刀齒排列在刀體端面上，硬質(zhì)合金面銑刀是加工平面的最主要刀具。焊接夾固式面銑刀的結(jié)構(gòu)如圖3-55所示。這種銑刀有兩

7、種重磨方式：一種是體內(nèi)刃磨；另一種是體外刃磨。圖3-55 焊接夾固式面銑刀將刀片用機(jī)械夾固方式固定在刀體上的面銑刀叫做機(jī)夾可轉(zhuǎn)位面銑刀。圖3-56 錐柄機(jī)夾可轉(zhuǎn)位面銑刀（3） 銑刀的幾何角度圖3-57 銑刀的幾何角度a）圓柱形銑刀圓柱銑刀和面銑刀是銑刀的基本形式，圖3 -57給出了這兩種刀具的幾何角度。圖3-57 銑刀的幾何角度b）面銑刀3. 銑削的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍由于銑刀是多刃刀具，刀齒能連續(xù)地依次進(jìn)行切削，且主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)高速切削，故銑平面的生產(chǎn)效率一般都比刨平面高。其加工質(zhì)量與刨平面相當(dāng)，經(jīng)粗銑 精銑后，尺寸精度可達(dá) IT9 IT7 級(jí)，表面粗糙度Ra可達(dá)6.3 1.6m。由

8、于銑平面的生產(chǎn)率高，故在大批大量生產(chǎn)中銑平面已逐漸取代了刨平面。在成批生產(chǎn)中，中小件加工大多采用銑削，大件加工則銑、刨加工兼用，一般都是先粗銑后精刨。而在單件小批生產(chǎn)中，特別是在一些重型機(jī)器制造廠中，刨平面仍被廣泛采用。另外，因刨平面不能獲得足夠的切削速度，故有色金屬材料的平面加工幾乎全部都用銑削。三、復(fù)雜曲面加工曲面加工在機(jī)械制造中也占一定比例。從表面成形的觀點(diǎn)分析，有些曲面在形成原理上與平面相同。但另外還有一類曲面，如螺旋槳的表面，渦輪葉片表面，復(fù)雜模具型腔面等，其表面形狀比較復(fù)雜，不能用基本立體幾何要素（例如棱柱、棱錐、球等）描述，通常稱之為復(fù)雜曲面。復(fù)雜曲面的切削加工方法有仿形銑和數(shù)控

9、銑兩種，使用的刀具一般為頭部為圓形的球頭銑刀。目前數(shù)控銑削已成為復(fù)雜曲面切削加工最主要的方法。大型的復(fù)雜曲面需要在多軸聯(lián)動(dòng)加工中心上加工，加工中心上設(shè)有刀庫(kù)，一般都配備十幾把、幾十把甚至上百把刀具用來(lái)完成不同曲率半徑曲面的粗、精加工。第五節(jié) 數(shù)控機(jī)床與數(shù)控加工一、數(shù)控機(jī)床的加工原理1. 數(shù)控機(jī)床及其坐標(biāo)系用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的技術(shù)稱為數(shù)字控制技術(shù)；裝備了數(shù)控系統(tǒng)，能應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行加工的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床按用途分為普通數(shù)控機(jī)床和加工中心兩大類。數(shù)控機(jī)床的加工原理如3-58圖所示。輸入裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體反饋裝置加工程序輸入裝置、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的四個(gè)基

10、本組成部分。 圖3-58 數(shù)控機(jī)床的加工原理框圖在數(shù)控機(jī)床中，機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸按照ISO 841和我國(guó)的JB/T3051-1999標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定為右手直角笛卡爾坐標(biāo)系。 圖3-59 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能夠控制的運(yùn)動(dòng)數(shù)目通常稱為坐標(biāo)（軸）數(shù)。數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中不同坐標(biāo)軸之間可以聯(lián)動(dòng)，所謂聯(lián)動(dòng)是指機(jī)床可在各坐標(biāo)軸方向按一定的速度和軌跡同時(shí)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，它們的合成運(yùn)動(dòng)速度及軌跡符合預(yù)先規(guī)定的加工要求。 2. 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置 數(shù)控機(jī)床早期的數(shù)控裝置使用專用計(jì)算機(jī)，稱為（普通）數(shù)控（NC）。而目前數(shù)控裝置采用的是通用計(jì)算機(jī)，稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）。CNC裝置是數(shù)控機(jī)床的控制中心，由它接收和

11、處理輸入信息，并將處理結(jié)果通過(guò)接口輸出，對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制。數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成如圖3-60所示，圖中點(diǎn)劃線框內(nèi)的部分構(gòu)成CNC裝置。圖3-60 數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成CNC裝置的主要功能為：（1）功能控制 控制機(jī)床冷卻液供給、主軸電機(jī)開(kāi)停、調(diào)速以及換刀等功能。（2）位置控制 控制刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置或軌跡。（3）信號(hào)處理 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中得到的機(jī)床狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行分析處理，使系統(tǒng)作出相應(yīng)的反應(yīng)。3. 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。其作用是接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)電路作數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后，經(jīng)伺

12、服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以某一確定的速度、方向和位移量，沿機(jī)床坐標(biāo)軸移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)循環(huán)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)按位置檢測(cè)和反饋方式的不同分為以下兩類：（1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（圖3-61）圖3-61 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)（圖3-62）圖3-62 閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)反饋信號(hào)不是取自機(jī)床終端運(yùn)動(dòng)部件的閉環(huán)系統(tǒng)稱為半閉環(huán)系統(tǒng)（圖3-62中虛線部分）。圖3-62 閉環(huán)伺服系統(tǒng)二、數(shù)控銑床及加工中心的主運(yùn)動(dòng)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)1. 主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控銑床的主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)比普通銑床有更寬的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)能選用合理的切削速度，充分發(fā)揮機(jī)床性能。而加工中心為適應(yīng)各種不同

13、類型刀具和各種材料的切削要求，對(duì)主軸的調(diào)速范圍要求更高。為保證數(shù)控機(jī)床總是能在最有利的切削速度下進(jìn)行加工，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速在其調(diào)速范圍內(nèi)通常都是無(wú)級(jí)調(diào)速的。 在數(shù)控機(jī)床中，由于機(jī)床主軸的變速功能主要是通過(guò)主軸電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故其主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。數(shù)控機(jī)床和加工中心的主傳動(dòng)系統(tǒng)有以下三種不同形式： （1）電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，缺點(diǎn)是主軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩輸出特性和電動(dòng)機(jī)輸出特性相同，使用上受到一定限制。 圖3-63 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的三種形式（2）電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶或同步齒形帶傳動(dòng)主軸其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，機(jī)床主軸的圖3-63 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的三種

14、形式 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩輸出特性可得到改善。這種傳動(dòng)方式主要用于轉(zhuǎn)速較高、變速范圍不大、扭矩特性要求低的主軸傳動(dòng)。（3）電動(dòng)機(jī)經(jīng)14對(duì)變速齒輪傳動(dòng)主軸其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩輸出特性好，缺圖3-63 數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)的三種形式 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖3-63c所示帶有變速齒輪的主傳動(dòng)是大中型數(shù)控機(jī)床經(jīng)常采用的傳動(dòng)形式。在帶有變速齒輪的主軸箱中，齒輪變速大多采用液壓撥叉或直接由液壓缸帶動(dòng)齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3-64是三位液壓撥叉的原理圖。 圖3-64 三位液壓撥叉的工作原理1、5-液壓缸 2-活塞桿 3-撥叉 4-套筒2. 刀具自動(dòng)夾緊裝置和主軸周向定向裝置 加工中心為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸，要求配置刀具自

15、動(dòng)夾緊裝置，其作用是自動(dòng)地將刀具夾緊或松開(kāi)，以便機(jī)械手能在主軸上安放或取走刀具。圖3-71為JCS018型立式加工中心的主軸結(jié)構(gòu)圖，刀具自動(dòng)夾緊裝置裝在主軸內(nèi)孔中。圖3-71 主軸結(jié)構(gòu)1-刀柄 2-主軸 3-拉釘 4-鋼球 5-蝶形彈簧 6-拉桿 7-螺旋彈簧 8-活塞 9、10-行程開(kāi)關(guān)圖3-72是一種使用彈性卡爪的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)圖3-72 使用彈性卡爪的刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)1-主軸 2-刀柄 3-拉釘 4-彈性卡爪 5-蝶形彈簧 6-拉桿在刀具切削時(shí)，通常在主軸前端設(shè)置兩個(gè)端面鍵來(lái)傳遞切削轉(zhuǎn)矩。換刀時(shí)，刀柄上的鍵槽必須對(duì)準(zhǔn)端面鍵。為此，主軸在停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，要求主軸必須準(zhǔn)確地停在某一指定的周向位

16、置上，主軸定向裝置就是為保證換刀時(shí)主軸能準(zhǔn)確停止在換刀位置而設(shè)置的。圖3-73 主軸周向定向裝置示意圖 1-塔輪 2-磁感應(yīng)器 3-發(fā)磁體 4-墊片3. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與普通機(jī)床不同。伺服電動(dòng)機(jī)在接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號(hào)后產(chǎn)生相應(yīng)的角位移運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)減速齒輪傳動(dòng)或直接帶動(dòng)絲杠螺母副運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成縱向、橫向或垂直向的直線運(yùn)動(dòng)。因此，數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變得十分很簡(jiǎn)單。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中普遍采用滾珠絲杠副。圖3-65為滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-65 滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)示意圖1-絲杠 2-螺母 3-滾珠 4-插管為了提高滾珠絲杠的軸向剛度，滾珠絲杠常用推力軸承來(lái)支承。

17、滾珠絲杠常用的支承方式見(jiàn)圖3-66。 圖3-66 滾珠絲杠常用的支承方式為了提高傳動(dòng)精度的穩(wěn)定性及進(jìn)給系統(tǒng)的剛度，應(yīng)消除絲杠螺母間隙和對(duì)絲杠螺母預(yù)加載荷。圖3-67 絲杠螺母的預(yù)緊三、JCS-018型立式加工中心1. 機(jī)床布局 JCS-018型立式加工中心是一種具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控立式鏜銑床。在工件的一次裝夾中，機(jī)床可連續(xù)自動(dòng)地對(duì)其上平面進(jìn)行銑削和對(duì)垂直孔進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、锪、攻絲等多種加工。JCS-018型立式加工中心外形及布局見(jiàn)圖3-68。圖3-68 JCS-018型立式加工中心1-床身 2-滑座 3-工作臺(tái) 4-立柱 5-數(shù)控柜 6-刀庫(kù) 7-機(jī)械手 8-主軸箱 9-操作面板 10-

18、驅(qū)動(dòng)電柜2. 傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-68所示為 JCS-018型立式加工中心的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖3-69 JCS-018型立式加工中心傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖3. 伺服進(jìn)給系統(tǒng)JCS-018型立式加工中心工作臺(tái)縱向（X軸）伺服進(jìn)給裝置如圖3-70所示。圖3-70 工作臺(tái)縱向（X軸）伺服進(jìn)給裝置1-電動(dòng)機(jī) 2-錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器 3-十字滑塊聯(lián)軸器 4-絲杠 5、8-螺母 6-墊圈 7-聯(lián)接鍵 9-螺母座4. 主要部件結(jié)構(gòu)（1）主軸部件（2）自動(dòng)換刀裝置JCS-018型立式加工中心設(shè)有刀庫(kù)式自動(dòng)換刀裝置，它安裝在立柱左側(cè)上部，由刀庫(kù)和機(jī)械手兩部分組成，刀庫(kù)可容納16把刀具。圖3-74給出了刀庫(kù)及刀座的主要結(jié)構(gòu)。圖3-74 刀庫(kù)及刀座1-撥叉 2-刀座頂部滾子 3-支承板 4-刀座 5-滾子 6-固定導(dǎo)盤 7-刀庫(kù)圓盤 8-蝸輪 9-蝸桿 10-彈簧球頭銷 11-彈簧 12-銷JCS-018機(jī)床上使用的換刀機(jī)械手為回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手。在換刀過(guò)程中（參見(jiàn)圖3-75），機(jī)械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫(kù)上的刀具位置、插刀、機(jī)械手復(fù)位以及刀座復(fù)位等動(dòng)作。圖3-75 換刀過(guò)程示意圖圖3-76為機(jī)械手手臂和手爪