《機(jī)械制造技術(shù)》課件第6章

第6章軸類零件加工工藝及工藝實(shí)施

6.1概述

6.2軸類零件主要表面的加工方法

6.3軸類零件的加工工藝分析

6.4軸類零件工藝實(shí)施

習(xí)題

6.1概述

6.1.1軸類零件的功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)軸類零件是機(jī)器中的主要零件之一，它的主要功能是支承傳動零件(齒輪、帶輪、離合器等)和傳遞扭矩。常見軸的種類如圖6-1所示。

圖6-1各種類型的軸

從軸類零件的結(jié)構(gòu)特征來看，它們都是長度L大于直徑d的回轉(zhuǎn)體零件，L／d≤12的軸通常稱為剛性軸，而L／d≥12的軸則稱為撓性軸。軸類零件的加工表面主要有內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、軸肩、螺紋、花鍵、溝槽等。

6.1.2軸類零件的技術(shù)要求

1．尺寸精度

軸類零件的支承軸頸一般與軸承配合，是軸類零件的主要表面，影響軸的回轉(zhuǎn)精度與工作狀態(tài)，通常對其尺寸精度要求較高，為IT5～I(xiàn)T7級；裝配傳動件的軸頸尺寸精度要求可低一些，為IT6～I(xiàn)T9級。

2．形狀精度

軸類零件的形狀精度主要是指支承軸頸的圓度、圓柱度，一般應(yīng)將其控制在尺寸公差范用內(nèi)，對精度要求高的軸，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其形狀公差。

3．位置精度

保證配合軸頸相對支承軸頸的同軸度或跳動，是軸類零件位置精度的普遍要求，它會影響傳動件的傳動精度。

4．表面粗糙度

一般與傳動件相配合的軸頸的表面粗糙度Ra值為2.5～6.3μm，與軸承相配合的支承軸頸的表面粗糙度Ra值為0.16～0.63μm。

6.1.3軸類零件的材料、毛坯及熱處理

1．軸類零件的材料

軸類零件應(yīng)根據(jù)其不同工作條件和使用要求選擇不同的材料和不同的熱處理方法，以獲得一定的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。

45鋼是一般軸類零件常用的材料，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合力學(xué)性能。40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火處理后，具有較高的綜合力學(xué)性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn可制造較高精度的軸，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻感應(yīng)加熱淬火后再回火，表面硬度可達(dá)50～58HRC，并具有較高的耐疲勞性能和耐磨性。對于在高轉(zhuǎn)速、重載荷等條件下工作的軸，可選用20CrMnTi、20Mn2B等低碳合金鋼或38CrMoAl中碳滲氮鋼。

2．軸類零件的毛坯

軸類零件常用的毛坯是圓棒料和鍛件，某些大型或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸（如曲軸），在質(zhì)量允許的情況下可采用鑄件。比較重要的軸大都采用鍛件。

3．軸類零件的熱處理

軸類零件在機(jī)加工前、后和過程中一般均需安排一定的熱處理工序。在機(jī)加工前，對毛坯進(jìn)行熱處理的目的主要是改善材料的切削加工性、消除毛坯制造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。如對鍛造毛坯通過退火或正火處理可以使鋼的晶粒細(xì)化，降低硬度，便于切削加工，同時也消除了鍛造應(yīng)力。對于圓棒料毛坯，通過調(diào)質(zhì)處理或正火處理可以有效地改善材料的切削加工性。在機(jī)加工過程中的熱處理，主要是為了消除各個加工階段產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以利于保證后續(xù)加工工序的加工精度。終加工工序前的熱處理，目的是為了工件能達(dá)到要求的表面力學(xué)物理性能，同時消除應(yīng)力。

6.2軸類零件主要表面的加工方法

6.2.1外圓表面的加工方法

1．外圓表面的車削加工車削加工是軸類零件外圓的主要加工方法，根據(jù)生產(chǎn)批量的不同，可在臥式車床、多刀半自動車床或仿形車床上進(jìn)行。外圓車削的工藝范圍很廣，根據(jù)毛坯的類型、制造精度以及軸的最終精度要求的不同，可采用粗車、半精車、精車和精細(xì)車等不同的加工。

對于中小型鑄鐵件和鍛件，可直接進(jìn)行粗車，經(jīng)過粗車后工件的精度可達(dá)到IT11～I(xiàn)T13級，表面粗糙度Ra值可達(dá)到12.5～50μm。粗車可以切除毛坯的大部分余量。

對于經(jīng)過粗加工的工件，采用半精車可以達(dá)到IT8～I(xiàn)T10級精度，表面粗糙度Ra值可達(dá)到3.2～6.3μm。對于中等精度的工件表面，半精車可以作為最終加工工序，也可以作為磨削或精加工的預(yù)加工工序。

精車可以作為最終加工工序或光整加工工序的預(yù)加工工序，精車后工件表面精度可以達(dá)到IT7～I(xiàn)T8級，表面粗糙度Ra值可以達(dá)到0.8～1.6μm。對于精度較高的毛坯（如圓棒料等），可以不經(jīng)過粗加工工序而直接進(jìn)行精車。

精細(xì)車是采用精度及剛性都很好的車床和耐磨性很好的刀具對工件表面進(jìn)行最終加工，可以達(dá)到IT6～I(xiàn)T7級精度，表面粗糙度Ra值可以達(dá)到0.025～0.4μm。加工大型精密外圓表面時可以替代磨削，特別是高速車削有色金屬時可取得更好的效果。

在外圓車削時，為提高加工生產(chǎn)率可采取如下措施：

（1）選用先進(jìn)的刀具材料和合理的刀具結(jié)構(gòu)，縮短磨刀、換刀等輔助時間。

（2）增大切削用量，提高金屬切削率，縮短機(jī)動時間。

（3）選用半自動或自動化車床，如液壓多刀半自動或仿形車床，使機(jī)動時間與輔助時間盡量縮短。

在中小批量多品種的現(xiàn)代生產(chǎn)組織方式中，使用具有多刀位回轉(zhuǎn)架的車削加工中心和數(shù)控車床是提高生產(chǎn)率的有效途徑。隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，這一方法的應(yīng)用越來越廣泛。

2．外圓表面的磨削加工

磨削加工是軸類零件外圓精加工的主要方法。它既可以加工淬火零件，也可以加工非淬火零件。磨削加工可以達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度為IT6級，表面粗糙度Ra值可以達(dá)到1.25～0.32μm。

根據(jù)不同的精度和表面質(zhì)量要求，磨削可分為粗磨、精磨、細(xì)磨和鏡面磨削等。粗磨后工件表面可以達(dá)到IT7～I(xiàn)T8級精度，表面粗糙度Ra值為1.0～1.25μm；精磨后工件表面可以達(dá)到IT6～I(xiàn)T7級精度，表面粗糙度Ra值為0.125～0.4μm；細(xì)磨（精密磨削）后工件表面精度可達(dá)到IT5～I(xiàn)T6級，表面粗糙度Ra值可以達(dá)到0.63～0.16μm；鏡面磨削后工件表面粗糙度Ra值可以到達(dá)0.01μm。通過磨削加工可以有效地提高軸類零件尤其是淬硬件的加工質(zhì)量。

外圓磨削可分為：中心磨削和無心磨削兩大類。

1）中心磨削

中心磨削是普通的外圓磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圓磨床和萬能外圓磨床上加工。其磨削方法及其運(yùn)動、特點(diǎn)見表6-1。

表6-1外圓表面的中心磨削方法

2）無心磨削

無心磨削是一種高生產(chǎn)率的精加工方法，它是以工件被磨削的外圓本身作為定位基準(zhǔn)，其工作原理如圖6-2所示。

(1)工件的軸心線稍高于砂輪，工件靠導(dǎo)輪與工件之間的摩擦力帶動旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)輪采用摩擦系數(shù)大的結(jié)合劑（橡膠）制造,直徑較小，速度較低，一般為20～80m／min。而砂輪的速度則大大高于導(dǎo)輪的速度，它擔(dān)負(fù)著磨削工件表面的重任。

(2)砂輪和工件的軸線總是水平放置的，而導(dǎo)輪的軸線通常要在垂直平面內(nèi)傾斜—個角度θ（θ＝1°～6°），從而使工件獲得一定的軸向進(jìn)給速度vf。根據(jù)計(jì)算可知θ愈大，工件的軸向進(jìn)給速度愈大，生產(chǎn)效率愈高，但工件的表面粗糙度也增大。在一般情況下，粗磨時取θ＝3°～6°，精磨時取θ＝1°～1.5°。

(3)由于導(dǎo)輪的軸線傾斜了θ角，如果導(dǎo)輪的徑向截形仍做成直線的，則導(dǎo)輪與工件之間將呈點(diǎn)接觸。為了保證磨削過程的平穩(wěn)性，導(dǎo)輪與工件之間應(yīng)保持線接觸，導(dǎo)輪表面應(yīng)修整成雙曲線回轉(zhuǎn)體的形狀。

圖6-2無心磨削工作原理圖在磨削加工過程中，由于各種因素的影響，會產(chǎn)生一些影響加工質(zhì)量的表面缺陷，主要包括以下幾個方面。

(1)多邊形缺陷。如圖6-3所示，由于磨削過程中，砂輪與工件沿徑向產(chǎn)生周期性振動，在工件外圓表面上沿軸線方向留下等距的直線痕跡，其深度小于0.5μm。產(chǎn)生振動的根本原因是加工過程中的強(qiáng)迫振源（如電動機(jī)或砂輪的不平衡）和工藝系統(tǒng)剛性不足（如軸承間隙、頂尖接觸不良等），要消除這種振動，就要從減小或消除強(qiáng)迫振源，提高工藝系統(tǒng)的剛性，減小磨削力等方面考慮，分析具體原因，有針對性地解決問題。

圖6-3多邊形缺陷

(2)螺旋形缺陷。螺旋紋是指在磨削后的工件外圓表面產(chǎn)生連續(xù)或局部的螺旋痕跡，其間距等于工件軸向每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量。產(chǎn)生這一缺陷的原因在于砂輪微刃的等高性被破壞或砂輪與工件局部接觸，例如砂輪與工件軸線不平行，砂輪軸因剛性不足而產(chǎn)生彎曲變形等。

(3)燒傷。由于砂輪硬度過高或磨削用量選擇不當(dāng)，以及砂輪鈍化、冷卻不足等原因都會造成因高溫作用而使工件表面層組織相變，即燒傷。適當(dāng)降低砂輪硬度，充分冷卻，以及及時修整砂輪等可以有效地避免燒傷。

3．外圓表面的精密加工

1）超精車削

超精車削可用金剛石車刀，也可用硬質(zhì)合金車刀。金剛石有很高的硬度、耐磨性和抗壓性，但較脆，故金剛石車刀前角應(yīng)不大于8°，刀尖角ε應(yīng)不小于90°。

超精車削的加工精度為IT5～I(xiàn)T6級，表面粗糙度Ra值小于0.1μm，主要用來加工難以用磨削、超精加工、研磨等方法作為最終加工工序的鋁合金、銅合金零件。

2）超精加工

超精加工是采用細(xì)粒度磨粒的油石在一定的壓力下作低頻往復(fù)運(yùn)動（振幅A＝1～5μm），對旋轉(zhuǎn)著的工件表面進(jìn)行微量磨削的一種光整加工方法，如圖6-4所示。

超精加工大致可分為以下幾個階段：

（1）強(qiáng)烈切削階段。加工開始時，由于工件表面粗糙，凸蜂處的比壓極大，切削作用強(qiáng)烈，磨粒易產(chǎn)生破碎、脫落，因此，磨粒切刃鋒利，工件表面上的凸峰很快被磨去。

圖6-4超精加工（2）正常切削階段。當(dāng)工件表面的粗糙層被磨去后，油石磨粒不易產(chǎn)生破碎、脫落，但仍有切削作用，隨著加工的進(jìn)行，工件表面逐漸變得平滑。

（3）微弱切削階段。此時磨粒已變鈍，切削作用微弱，切下的微細(xì)切屑逐漸鑲嵌在油石孔隙中，油石從微弱切削過渡到只對工件表面起拋光作用，使工件表面呈現(xiàn)光澤。

（4）停止切削階段。油石和加工表面已很光滑，接觸面積大為增加，比壓很小，磨粒已不能穿破工件表面的油膜，切削過程終止。

超精加工只能切除很小的加工余量（0.003～0.025mm），因此，超精加工修正零件尺寸和幾何形狀誤差的能力很弱。

3）研磨

研磨是最早出現(xiàn)的一種光整加工方法，由于它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，所以一直到今天，它仍然是一種最常用的光整加工方法。

研磨是用研具輕壓在工件表面上，在研具與工件表面之間放入用磨料與油脂組成的研磨劑或研磨用的“軟膏”，用人工或機(jī)械使研具和工件表面產(chǎn)生不規(guī)則的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)研磨工作。

工件經(jīng)研磨加工后，不但可獲得高的尺寸精度和小的表面粗糙度值，還可提高其表面形狀精度，但不能提高工件表面的相互位置精度。

4）滾壓加工

滾壓加工是用滾壓工具對金屬材質(zhì)的工件施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而降低工件表面粗糙度，強(qiáng)化表面性能的加工方法，它是一種無切削加工。

滾壓加工不能提高工件的形狀精度和位置精度，生產(chǎn)率高。鑄鐵件一般不適合滾壓加工。

6.2.2外圓表面加工方案的選擇

以上介紹了外圓表面加工常用的幾種方法，零件表面的精度要求僅用一種方法往往是難以達(dá)到的，通常需要不同加工方法的有序組合。加工方案的選擇通常采用倒推法，先由加工表面的技術(shù)要求確定最終加工方法，然后根據(jù)此種加工方法的特點(diǎn)確定前道工序的加工方法，依此類推。外圓表面加工方案選擇可參考表6-2。

由表6-2中可以看出獲得同一精度及表面粗糙度的加工方法有若干種，實(shí)際選擇時應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸大小、材料及熱處理要求等全面考慮。如表中序號3和序號5兩種加工方案都能達(dá)到經(jīng)濟(jì)精度IT7～I(xiàn)T8級，但加工表面需淬硬時，最終加工方法只能采用磨削，如果不需淬硬，兩種加工方案均可采用。若零件材料為有色金屬，則一般不宜采用磨削。

表6-2外圓表面加工方法

6.3軸類零件的加工工藝分析

6.3.1軸類零件加工的定位及安裝軸類零件自身的結(jié)構(gòu)特征決定了最常用的定位基面是兩中心孔，即以軸線作為定位基準(zhǔn)是最理想的。由于軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度等這些精度要求，故設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，而大多數(shù)的工序加工都是采用中心孔裝夾的方式。這樣既符合了基準(zhǔn)重合原則，又符合了基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。但在軸類零件粗加工工序中，為了提高工件剛度，常采用軸外圓表面作為定位基面，或以外圓和中心孔同時作定位基面，即一夾一頂?shù)姆绞健?/p>

6.3.2階梯軸的加工工藝過程分析

圖6-5所示為減速箱傳動軸，生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)，材料為45熱軋圓鋼，零件需調(diào)質(zhì)處理。設(shè)計(jì)零件的加工工藝過程主要從以下幾個方面入手。

圖6-5傳動軸

1．分析零件的主要表面及其技術(shù)要求

由圖6-5可知，軸頸M、N，外圓P、Q尺寸精度很高，公差等級均為IT6級；軸肩G、H、I的表面粗糙度Ra值為0.8μm，并且有相互位置精度的要求，因此這些均為主要表面。此外，為提高該軸的綜合力學(xué)性能，還安排了調(diào)質(zhì)處理。

2.確定主要表面的加工方案

由于該軸大部分為回轉(zhuǎn)表面，應(yīng)以車削為主。又因主要表面M、N、P、Q的尺寸公差等級較高，表面粗糙度Ra值小，車削加工后還需進(jìn)行磨削，為此從表6-2中可以查出這些表面的加工順序應(yīng)為：粗車—半精車—磨削。

3．考慮次要表面的加工

在主要表面的加工方案確定以后，還要考慮次要表面的加工及熱處理要求。要求不高的外圓在半精車時就可加工到設(shè)計(jì)要求尺寸；退刀槽、越程槽、倒角和螺紋應(yīng)安排在半精車時加工，鍵槽在半精車后進(jìn)行劃線和銑削加工；調(diào)質(zhì)處理安排在粗車之后，半精加工之前進(jìn)行，調(diào)質(zhì)處理后一定要修研中心孔，以消除熱處理變形和氧化皮。磨削之前，一般還應(yīng)修研一次中心孔，以提高定位精度。

4．制定零件的加工工藝過程

表6-3傳動軸的加工工藝過程

表6-3傳動軸的加工工藝過程

表6-3傳動軸的加工工藝過程表6-3傳動軸的加工工藝過程6.3.3細(xì)長軸的加工工藝過程分析

1．改進(jìn)工件的安裝方法

一般采用一夾一頂?shù)陌惭b方式，同時在細(xì)長軸左端纏一圈鋼絲圈，利用三爪自定心卡盤夾緊，減小接觸面積，使工件在卡盤內(nèi)能自由地調(diào)節(jié)其位置，避免夾緊時形成彎曲力矩，在切削過程中發(fā)生的變形也不會因卡盤夾死而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。尾座頂尖改成彈性頂尖，當(dāng)工件因切削熱發(fā)生線性膨脹伸長時，頂尖能自動后退，可避免熱膨脹引起的彎曲變形。

2．采用跟刀架

采用三個支承塊跟刀架，以提高工件剛性和軸線的穩(wěn)定性，避免“竹節(jié)”形的產(chǎn)生。

3．采用反向走刀切削法

車削細(xì)長軸時，采用反向進(jìn)給，可使工件受到的軸向切削力指向尾座，使工件受拉力，其軸向變形可由彈性頂尖補(bǔ)償，這樣不易產(chǎn)生彈性彎曲變形，如圖6-6所示。

圖6-6反向走刀車削法

4．合理選擇車刀的幾何形狀、角度及切削用量

在不影響刀具強(qiáng)度的情況下，車削細(xì)長軸的車刀為減小切削力和降低切削熱，應(yīng)選用大前角（15°～30°）和正刃傾角（1°30′～3°），并盡量增大主偏角（一般κr=90°），以減小徑向力。

6.3.4軸類零件加工中的幾個主要工藝問題

1．錐堵和錐套心軸的使用

在加工有通孔的軸類零件時，需要以錐堵或錐套心軸定位。當(dāng)軸類零件錐孔錐度較小時，適于采用錐堵（如圖6-7所示）；當(dāng)錐孔錐度較大時，應(yīng)采用錐套心軸定位（如圖6-8所示）。為保證定位可靠，在使用錐堵或錐套心軸時應(yīng)注意以下問題：

(1）錐堵上的錐面應(yīng)保證兩中心孔有較高的同軸度。

(2）在使用過程中應(yīng)盡量減少錐堵的裝夾次數(shù)，以避免重新裝夾造成的安裝誤差。尤其是對中小批量生產(chǎn)來說，錐堵安裝后一般不得中途更換，直到精加工完各段外圓，不需要再用中心孔定位時才可拆卸。

(3）安裝錐堵或錐套心軸時，不能用力過大，尤其是對壁厚較薄的空心主軸，以免引起變形。

圖6-7錐堵

圖6-8錐套心軸

2．中心孔的研磨

作為定位基準(zhǔn)，中心孔的誤差會直接反映到工件上。若中心孔與頂尖接觸不良，會降低工藝系統(tǒng)剛度，增大受力變形，產(chǎn)生變形誤差。在以中心孔作為定位基準(zhǔn)的過程中，由于受切削力等作用的影響，中心孔也會磨損。因此，在各加工階段結(jié)束后，尤其是熱處理后，必須修研中心孔。

常用的中心孔的修研方法有兩種：一種方法是用鑄鐵頂尖或橡膠砂輪、成型油石作為研具加研磨劑，在車床或鉆床上研磨；另一種方法是用硬質(zhì)合金頂尖刮研，如圖6-9所示。通過頂尖上刃帶的切削或擠壓作用，提高中心孔表面質(zhì)量。

圖6-9硬質(zhì)合金頂尖

6.4軸類零件工藝實(shí)施

6.4.1刀具

1．車刀車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最為廣泛的刀具之一，它由刀體和切削部分組成，按不同使用要求，采用不同的結(jié)構(gòu)和材料。車刀有許多種類，按用途可分為：外圓車刀、端面車刀、切斷刀、螺紋車刀等；按刀具材料可分為:高速鋼車刀、硬質(zhì)合金車刀、陶瓷車刀、金剛石車刀等；按結(jié)構(gòu)可分為：整體式、焊接式、機(jī)夾式和可轉(zhuǎn)位式車刀等。

（1）整體式高速鋼車刀。選用一定形狀的整體高速鋼刀條，在其一端刃磨出所需的切削部分形狀就形成了整體式高速鋼車刀。這種車刀刃磨方便，可以根據(jù)需要刃磨出不同用途的車刀，尤其適宜于刃磨各種成形車刀，如切槽刀、螺紋車刀等。刀具磨損后可以多次重磨，但刀桿也為高速鋼材料，造成了刀具材料的浪費(fèi)。該類車刀刀桿強(qiáng)度較低，當(dāng)切削力較大時，容易造成破壞，一般用于較復(fù)雜成形表面的低速精車。

（2）硬質(zhì)合金焊接式車刀。這種車刀是將一定形狀的硬質(zhì)合金刀片釬焊在刀桿的刀槽內(nèi)制成的。其結(jié)構(gòu)簡單，制造刃磨方便，刀具材料利用充分，在一般的中小批量生產(chǎn)和修配生產(chǎn)中應(yīng)用較多。但其切削性能受工人的刃磨技術(shù)水平和焊接質(zhì)量的影響，不適應(yīng)現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的要求，且刀桿不能重復(fù)使用，造成了刀具材料的浪費(fèi)。

圖6-10可轉(zhuǎn)位式車刀的構(gòu)成

（3）可轉(zhuǎn)位式車刀?？赊D(zhuǎn)位式車刀是采用一定的機(jī)械夾固方式把一定形狀的可轉(zhuǎn)位刀片夾固在刀桿上形成的。它包括刀桿、刀片、刀墊、夾固元件等部分，如圖6-10所示。這種車刀用鈍后，只需將刀片轉(zhuǎn)過一個位置，即可使新的刀刃投入切削。當(dāng)幾個刀刃都用鈍后，可更換新的刀片。

可轉(zhuǎn)位式車刀的刀具幾何參數(shù)由刀片和刀片槽保證，不受工人技術(shù)水平的影響，切削性能穩(wěn)定，適于大批量生產(chǎn)和數(shù)控車床使用。其節(jié)省了刀具的刃磨、裝卸、調(diào)整時間，使生產(chǎn)輔助時間減少。同時又避免了由于刀片的焊接、重磨造成的缺陷。這種刀具的刀片由專業(yè)化廠家生產(chǎn)，刀片性能穩(wěn)定，刀具幾何參數(shù)可以得到優(yōu)化，并有利于新型刀具材料的推廣應(yīng)用，金屬切削刀具發(fā)展的方向。

可轉(zhuǎn)位式車刀的刀片有三角形、偏三角形、凸三角形、正方形、五角形和圓形等多種形狀，使用時可根據(jù)需要按國家標(biāo)準(zhǔn)或制造廠家提供的產(chǎn)品樣本選用?？赊D(zhuǎn)位刀片的結(jié)構(gòu)標(biāo)記方法見表6-4。

可轉(zhuǎn)位式車刀利用刀片上的孔和一定的夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對刀片的夾固。夾固結(jié)構(gòu)既要夾固可靠，又要定位準(zhǔn)確、操作方便，并且不能妨礙切屑的流出。根據(jù)夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不同，可轉(zhuǎn)位式車刀有偏心式、杠桿式、楔銷式、上壓式4種典型結(jié)構(gòu)，如圖6-11所示。

表6-4可轉(zhuǎn)達(dá)位刀片的標(biāo)記方法圖6-11可轉(zhuǎn)位式車刀的結(jié)構(gòu)

2．砂輪

1）砂輪的組成和特性

磨削用的砂輪是由許多細(xì)小而且極硬的磨粒用黏合劑黏結(jié)而成的多孔物體,如圖6-12所示。

圖6-12砂輪的構(gòu)造

磨料、黏合劑和孔隙是砂輪的三個基本組成要素。砂輪的特性由磨料的種類和粒度，黏合劑的種類，砂輪的硬度、組織等因素來決定。

（1）磨料的種類。磨料分為天然磨料和人造磨料兩類。一般天然磨料含雜質(zhì)多，質(zhì)地不勻。天然大金剛石雖然好，但價格昂貴，故目前主要使用人造磨料。磨料擔(dān)負(fù)切削工作，它的棱角必須鋒利，還應(yīng)具有很高的硬度及良好的耐熱性和一定的韌性。常用的人造磨料名稱、代號、特性和用途見表6-5。

表6-5常用磨料的性能及用途

（2）磨料的粒度。磨料的粒度是指磨料顆粒的粗細(xì)程度。粒度分磨粒和微粉兩組。磨粒用篩選法分類，它的粒度號以篩網(wǎng)上每英寸長度內(nèi)的網(wǎng)孔眼數(shù)來表示，例如60＃粒度的磨粒，說明其能通過每英寸60個孔眼的篩網(wǎng)，而每英寸70個孔眼的篩網(wǎng)就不能通過。微粉（供研磨用）用顯微測量法分類，其粒度號是在微粉實(shí)際尺寸前加W來表示。如表6-6所示。

表6-6磨料粒度標(biāo)準(zhǔn)

表6-7磨料粒度號和適用范圍

（3）黏合劑的種類。黏合劑是用來把磨料黏結(jié)起來的物質(zhì)。砂輪的強(qiáng)度、抗沖擊性、耐熱性及抗腐蝕能力，主要取決于黏合劑的性能。常用黏合劑的種類、性能及應(yīng)用見表6-8。

表6-8黏合劑的種類及代號

（4）砂輪的硬度。砂輪的硬度是指黏合劑黏結(jié)磨粒的牢固程度，也是指砂輪表面上的磨粒在磨削力作用下脫落的難易程度。如果磨粒容易脫落，表明砂輪硬度低，反之則表明其硬度高。由此可見，砂輪的硬度與磨料的硬度是兩種不同的概念。常用的砂輪硬度等級見表6-9。

表6-9砂輪的硬度等級

選用砂輪的一般原則是:磨削較硬材料時用較軟的砂輪，而磨削較軟材料時用較硬的砂輪。但在磨削有色金屬時，因砂輪容易被磨屑堵塞，故應(yīng)選用較軟砂輪。在精磨或成形磨削時，特別需要保持砂輪的形狀精度，應(yīng)選用硬一點(diǎn)的砂輪。砂輪具有自銳性，當(dāng)砂輪的硬度選用合適時，磨粒磨鈍后因磨削力增大而自行脫落，使新的鋒利磨粒露出，因而磨削效率高，工件表面加工質(zhì)量好，砂輪的損耗也小。常用的砂輪硬度為H～N（R2～Z2）。

（5）砂輪的組織。砂輪的組織表示磨粒、黏合劑、氣孔三者體積的比例關(guān)系。它是用磨粒體積占整個砂輪體積的百分?jǐn)?shù)來表示的。見表6-10。

表6-10砂輪的組織號

砂輪組織如果疏松，磨粒間空隙大，能容納較多的磨屑，還可把切削液或空氣帶入磨削區(qū)域，以降低磨削溫度，減少工件熱變形，防止產(chǎn)生燒傷和細(xì)微裂紋。但過于疏松的砂輪，其磨粒含量太少，容易變鈍。常用的是中等組織5～6號。

2）砂輪的形狀及用途

根據(jù)磨床結(jié)構(gòu)及加工的需要，砂輪制成各種形狀和尺寸，表6-11列出了幾種常用的砂輪形狀、代號和用途。

表6-11常用砂輪的形狀、代號和用途

砂輪的特性、尺寸，用代號標(biāo)注在砂輪的端面上，組織號一般不標(biāo)出。如：

WA

60LVP400×40×127

磨料粒度

硬度

黏合劑

形狀

外徑×寬度×孔徑

有些砂輪上還標(biāo)有安全速度的數(shù)字，如“25-30m/s”代表允許的最大磨削速度。

3）砂輪的安裝和修整

（1）砂輪的安裝。砂輪在高速旋轉(zhuǎn)條件下工作，使用前應(yīng)仔細(xì)檢查，不允許有裂紋。安裝必須牢靠，并應(yīng)經(jīng)過靜平衡調(diào)整，以免造成人身和質(zhì)量事故。

（2）砂輪的修整。在磨削時，砂輪磨粒逐漸變鈍，作用在磨粒上的磨削抗力就會增大，結(jié)果使變鈍的磨粒破碎，一部分會脫落，露出鋒利的刃口繼續(xù)切削，這就是砂輪的自銳性。但是砂輪不能完全自銳，未能脫落的磨粒留在砂輪表面上使砂輪變鈍，磨削能力下降，其外形也會有變化，這就需要用金剛石進(jìn)行修整。

6.4.2夾具設(shè)計(jì)

車削和磨削過程中一些零件往往無法用三爪卡盤或頂尖等通用夾具來裝夾，這就需要專用夾具來適應(yīng)生產(chǎn)的需求。在車床夾具中，根據(jù)夾具在車床上的安裝位置，車床夾具可分為兩種基本類型：

(1)安裝在滑板或床身上的夾具。對于某些形狀不規(guī)則或尺寸較大的工件，通常把夾具安裝在車床滑板上連同工件作進(jìn)給運(yùn)動，刀具則安裝在機(jī)床主軸上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

(2)安裝在車床主軸上的夾具。除了各種卡盤、頂尖等通用夾具和機(jī)床附件外，往往根據(jù)加工需要設(shè)計(jì)各種心軸和其它專用夾具。加工時夾具隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，刀具作進(jìn)給運(yùn)動。

1．車床夾具的典型結(jié)構(gòu)

（1）角鐵式夾具。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有類似于角鐵的夾具體，常用于加工殼體、支座、接頭等零件上的圓柱面及端面。如圖6-13所示，要加工軸承座的內(nèi)孔，工件以底面和兩孔定位，采用兩壓板壓緊。夾具體與主軸端部定位錐配合，用雙頭螺柱聯(lián)接在主軸上。導(dǎo)向套用于引導(dǎo)刀具。平衡塊用于消除回轉(zhuǎn)時的不平衡現(xiàn)象。

圖6-13角鐵式車床夾具

（2）花盤式車床夾具?；ūP式車床夾具的夾具體為圓盤形。在花盤式車床夾具上加工的零件形狀一般比較復(fù)雜。工件的定位基準(zhǔn)大多采用與需加工圓柱面垂直的端面，夾具上平面定位元件的工作面與機(jī)床主軸的軸線相垂直。

圖6-14所示為齒輪泵殼體的工序圖。工件外圓D及端面A已經(jīng)加工，被加工表面為兩個?35孔、端面T和孔的底面B，并要求保證零件圖上規(guī)定的有關(guān)技術(shù)要求。兩個?35孔的直徑尺寸精度主要取決于加工方法的正確性，而其它技術(shù)要求則由夾具保證。

圖6-14齒輪泵體殼體工序圖

圖6-15所示為加工泵體的花盤式車床夾具。依次車削泵體的兩個孔，需保證兩孔的中心距尺寸。由于孔距較近，尺寸公差又要求較嚴(yán)，故采用分度夾具。工件以定位支板1、2和可移動的V形塊10實(shí)現(xiàn)定位，用兩塊壓板9夾緊，工件和定位夾緊元件都安裝在分度盤6上，分度盤繞偏離回轉(zhuǎn)軸線安裝的銷軸7回轉(zhuǎn)，用對定銷5在夾具體的兩個分度孔中定位。將分度盤轉(zhuǎn)動180°，對定銷在彈簧作用下，插入夾具體上的第二個分度孔中，利用鉤形壓板12將分度盤鎖緊，就可車削工件上的第二個孔。此夾具利用夾具體4上的止口，通過過渡盤3與車床主軸連接。為了安全，夾具上設(shè)有防護(hù)罩8。

圖6-15加工泵體兩孔的花盤式車床夾具

設(shè)計(jì)此類夾具時，為了保證工件的加工精度，需要規(guī)定下列技術(shù)條件：

①定位元件之間的相互位置要求。如定位元件1的D面和定位元件2的A面的垂直度，V形塊10對分度盤中心線的對稱度等。

②定位元件2的A面與分度盤6的回轉(zhuǎn)軸線之間的尺寸精度和平行度要求。

③夾具在機(jī)床主軸上的安裝基面B的軸線與分度盤定位基面C的軸線之間的尺寸精度和平行度要求。

④兩分度孔的位置精度和分度盤與銷軸的配合精度的要求。

（3）定心夾緊夾具。對于回轉(zhuǎn)體工件或以回轉(zhuǎn)體表面定位的工件可采用定心夾緊夾具。常見的定心夾緊夾具有彈簧套筒、液性塑料夾具等。如圖6-16所示的夾具中，工件以內(nèi)孔定位夾緊，采用了液性塑料夾具。工件套在定位圓柱上，軸向由端面定位。旋緊螺釘2，經(jīng)過滑柱1和液性塑料3使薄壁定位套4產(chǎn)生變形，同時使工件5定心夾緊。

圖6-16液性塑料定心夾緊夾具

又如彈簧筒夾式夾緊結(jié)構(gòu)（如圖6-17所示），因工件的長徑比L/d>1，故將筒夾1的兩端設(shè)計(jì)為錯槽簧瓣。旋轉(zhuǎn)螺母系使錐套2和心軸體4的外錐面相互靠攏，迫使筒夾1兩端簧瓣向外均勻擴(kuò)張，將基準(zhǔn)孔定心夾緊。反向旋轉(zhuǎn)螺母系，帶退錐套2，便可卸下工件。

圖6-17彈簧筒夾心軸

2．車床夾具的設(shè)計(jì)要求

1）定位裝置的設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)車床夾具的定位裝置時，必須保證定位元件工作表面與回轉(zhuǎn)軸線的位置精度。例如在車床上加工回轉(zhuǎn)表面時，就要求定位元件工作表面的中心線與夾具在機(jī)床的安裝基準(zhǔn)面同軸。對于殼體、支座類工件，應(yīng)使定位元件的位置確保工件被加工表面的軸線與回轉(zhuǎn)軸線同軸。

2）夾緊裝置的設(shè)計(jì)要求

車削過程中，夾具和工件一起隨主軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以夾具要同時承受切削力和離心力的作用，轉(zhuǎn)速越高，離心力越大，夾具承受的外力也越大，這樣會抵消部分夾緊裝置的夾緊力。此外，工件定位基準(zhǔn)的位置相對于切削力和重力的方向來說是變化的，有時同向，有時反向。因此夾緊裝置所產(chǎn)生的夾緊力必須足夠，自鎖性能要好，以防止工件在加工過程中脫離定位元件的工作表面而引起振動、松動或飛出。設(shè)計(jì)角鐵式車床夾具時，夾緊力的施力方向要防止引起夾具體變形。如圖6-18(a)所示的施力方式，其夾緊裝置比較簡單，但可能會引起角鐵懸伸部分的變形和夾具體的彎曲變形，離心力、切削力會助長這種變形。如采用圖6-18(b)所示的鉸鏈壓板結(jié)構(gòu)，夾緊力雖大，壓板有變形，但不會影響加工精度。

圖6-18夾緊力施力方式的比較

3）車床夾具與機(jī)床主軸的連接方式

心軸類車床夾具一般以莫氏錐柄與機(jī)床主軸錐孔配合連接，用螺桿拉緊。有的心軸則以中心孔與車床前、后頂尖安裝使用。

根據(jù)徑向尺寸大小的不同，心軸類車床夾具一般與車床主軸有以下連接方式：

（1）對于徑向尺寸D＜140mm或D＜（2～3）d的小型夾具，一般用錐柄安裝在車床主軸的錐孔中，并用螺桿拉緊，如圖6-19(a)所示。

（2）對于徑向尺寸較大的夾具，一般用過渡盤與車床主軸前端連接。過渡盤與主軸配合處的形狀取決于主軸前端的結(jié)構(gòu)。如圖6-19(b)所示，過渡盤上有一個定位圓孔按H7/h6或H7/js6與主軸軸頸相配合，并用螺紋和主軸連接。如圖6-19(c)所示，過渡盤在其長錐面上配合定心，用套在主軸上的螺母來鎖緊，由鍵傳遞扭矩。如圖6-19(d)所示是以主軸前端短錐面與過渡盤連接的方式。過渡盤推入主軸后，其端面與主軸端面只允許有0.05～0.1mm的間隙，用螺釘均勻擰緊后，即可保證端面與錐面全部接觸，以使定心準(zhǔn)確，剛度好。

圖6-19車床夾具與車床主軸的連接

4）夾具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

（1）車床夾具一般在懸伸狀態(tài)下工作，為保證加工的穩(wěn)定性，夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)力求緊湊，輪廓尺寸要小，懸伸要短，重量要輕，且重心盡量靠近主軸。夾具懸伸長度L與其外輪廓直徑d之比可參考下式選?。?/p>

當(dāng)d＜150mm時，L/d≤1.25；

當(dāng)d＝150～300mm時，L/d≤0.9；

當(dāng)d＞300mm時，L/d≤0.6。

（2）夾具上的平衡裝置。由于夾具隨機(jī)床主軸高速回轉(zhuǎn)，如不平衡就會產(chǎn)生離心力，不僅引起機(jī)床主軸的過早磨損，而且會產(chǎn)生振動，影響工件的加工精度和表面粗糙度，降低刀具壽命。平衡措施有兩種：設(shè)置配重塊或加工減重孔，配重塊的重量和位置應(yīng)能調(diào)整。為此，夾具上都加工有開在徑向或周向的T形槽。

（3）夾具的各種元件或裝置不允許在徑向有凸出部分，也不允許有易松脫或活動的元件，必要時加防護(hù)罩，以免發(fā)生事故。

（4）加工過程中工件的測量和切屑的排除都要方便，還要防止冷卻潤滑液的飛濺。

6.4.3機(jī)床

1.車床

1）車床的類型

車床種類很多，按其用途和結(jié)構(gòu)不同，主要分為：臥式車床、落地車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、單軸自動車床、半自動車床、液壓仿形車床、多刀半自動車床等。此外，還有各種專門化車床，如曲軸與凸輪軸車床、鏟齒車床、車輪車床。

2）車床的工藝范圍

車床的工藝范圍較廣，如圖6-20所示。

圖6-20車床的工藝范圍

3）車床的組成

盡管車床類型很多，結(jié)構(gòu)布局各不相同，但其基本組成大致相同。它包括基礎(chǔ)件（如床身、立柱、橫梁等）、主軸箱、刀架（如方刀架、轉(zhuǎn)塔刀架、回輪刀架等）、進(jìn)給箱、尾座、溜板箱等幾部分。以CA6140臥式車床（如圖6-21所示）為例逐一介紹。

(1)床身。床身是臥式車床的基礎(chǔ)部件，它是車床其他部件的安裝基礎(chǔ)，保證其他部件相互之間的正確位置和正確的相對運(yùn)動軌跡。

(2)主軸箱。其安裝在床身的左上端，內(nèi)裝主傳動系統(tǒng)和主軸部件。主軸的端部可安裝卡盤，用以夾持工件，帶動工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動。

(3)進(jìn)給箱。進(jìn)給箱安裝在床身的左下方前側(cè)，內(nèi)有進(jìn)給運(yùn)動傳動系統(tǒng)，用以控制光杠及絲杠的進(jìn)給運(yùn)動的變換和不同進(jìn)給量的變換。

(4)溜板箱。溜板箱安裝在床身的前側(cè)拖板的下方，與拖板相連。其作用是實(shí)現(xiàn)縱橫向進(jìn)給運(yùn)動的變換，帶動拖板、刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動。

(5)拖板和刀架。拖板安裝在床身的導(dǎo)軌上，在溜板箱的帶動下沿導(dǎo)軌作縱向運(yùn)動。刀架安裝在拖板上，可與拖板一起縱向運(yùn)動，也可經(jīng)溜板箱的傳動在拖板上作橫向運(yùn)動。刀架上安裝刀具。

(6)尾座。尾座安裝在床身的右端尾座導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌縱向移動調(diào)整位置。它用于支承長工件和安裝鉆頭等刀具進(jìn)行孔加工。

圖6-21

CA6140車床外形

CA6140型普通車床是普通精度級中型車床。此車床能進(jìn)行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面和螺紋表面的加工及切環(huán)行槽和滾花，還能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔加工，適用于單件小批生產(chǎn)及維修車間。此車床所能達(dá)到的加工精度為：精車外圓的圓柱度是0.01／100mm；精車外圓的圓度是0.01mm；精車端面的平面度是0.02／300mm；精車螺紋的螺距精度是0.04／100mm；精車表面的粗糙度是Ra1.25～2.5μm。

CA6140型普通車床床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為400mm，最大的工件長度根據(jù)機(jī)庫的規(guī)格不同有750mm、1000mm、1500mm、2000mm等，最大的切削長度根據(jù)機(jī)床的規(guī)格也分別有650mm、900mm、1400mm、1900mm等多種，主軸的內(nèi)孔直徑為48mm,主電動機(jī)功率為7.5kW。

4）車床的傳動系統(tǒng)

CA6140車床為了加工出所需要的表面，機(jī)床的傳動系統(tǒng)主要有主運(yùn)動傳動鏈、車螺紋進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈、縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈和刀架的快速移動傳動鏈。前面介紹過分析機(jī)床的傳動系統(tǒng)最好的方法是采用傳動系統(tǒng)圖，CA6140車床的傳動系統(tǒng)圖見圖6-22。

圖6-22CA6140型臥式車床傳動系統(tǒng)圖

（1）主運(yùn)動傳動鏈。主運(yùn)動傳動鏈可使主軸獲得24級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和12級反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。傳動鏈的首末端件是主電動機(jī)—主軸。主動電機(jī)的運(yùn)動經(jīng)V帶傳至主軸箱的Ⅰ軸，Ⅰ軸上的雙向摩擦片式離合器M1控制主軸的啟動、停止和換向。離合器左邊摩擦片被壓緊時，主軸正轉(zhuǎn)；右邊摩擦片被壓緊時主軸反轉(zhuǎn)；兩邊摩擦片均未壓緊時，主軸停轉(zhuǎn)。Ⅰ軸的運(yùn)動經(jīng)離合器M1和Ⅱ軸上的滑移變速齒輪傳至Ⅱ軸，再經(jīng)過Ⅲ軸上的滑移變速齒輪傳至Ⅲ軸，然后分兩路傳給主軸Ⅵ。當(dāng)主軸Ⅵ上的滑移齒輪Z50位于左邊位置時，Ⅲ軸運(yùn)動經(jīng)齒輪63／50直接傳給主軸Ⅵ，主軸獲得高轉(zhuǎn)速；當(dāng)Z50

位于右邊位置與Z58聯(lián)為一體時，運(yùn)動經(jīng)Ⅲ軸、Ⅳ軸、Ⅴ軸之間的背輪機(jī)構(gòu)傳給主軸Ⅵ，主軸獲得中低轉(zhuǎn)速。

CA6140型普通車床主運(yùn)動的傳動路線表達(dá)式如下：

由傳動路線表達(dá)式可以看出，主軸正轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速級數(shù)為:2×3+2×3×（2×2）=30種

同理，主軸反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速級數(shù)為:3+3×2×2=15種

由傳動路線表達(dá)式可以計(jì)算出軸Ⅳ到軸Ⅴ之間4條傳動路線的傳動比，即：

u2和u3相同，所以從軸Ⅳ到軸Ⅴ之間實(shí)際上只有3種不同的傳動比。因此，主軸實(shí)際得到的正轉(zhuǎn)級數(shù)為:2×3+2×3×（2×2-1）＝24種

反轉(zhuǎn)級數(shù)為:3+3×（2×2-1）＝12種

主軸反轉(zhuǎn)通常不用于切削，而是用于車螺紋，在完成一次車削后使車刀沿螺紋線退回，防止下一次車削時發(fā)生亂扣現(xiàn)象。為了節(jié)省退回時間，主軸反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速比較高。

（2）車削螺紋的進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈。車削螺紋時，主軸回轉(zhuǎn)與刀具的縱向進(jìn)給必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動關(guān)系，即主軸轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，刀具移動一個螺紋導(dǎo)程。這是—條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，其運(yùn)動平衡式應(yīng)為：

1主軸×uxS絲杠＝S螺紋

式中,ux——機(jī)床主軸至絲杠之間的總傳動比；

S絲杠、S螺紋——分別為車床絲杠和被加工螺紋的導(dǎo)程。在CA6140車床中，P絲杠＝12mm。

CA6140所能加工的4種螺紋的螺距、導(dǎo)程的換算關(guān)系見表6-12。表中k為螺紋頭數(shù)。表6-12螺距、導(dǎo)程的換算關(guān)系

在車削螺紋時，根據(jù)螺紋的標(biāo)準(zhǔn)和導(dǎo)程，通過調(diào)整傳動鏈實(shí)現(xiàn)加工要求，傳動路線表達(dá)式如下：

其中，u基為ⅩⅢ—ⅩⅣ軸之間的變速傳動傳動比，由此可以得到基本的螺紋導(dǎo)程，稱為基本變速組，共有8種傳動比。分別為：

這些傳動比值成等差數(shù)列排列。

u倍為ⅩⅤ—ⅩⅦ之間的變速傳動傳動比，稱為增倍變速組，共有4種傳動比，分別為：

這4種傳動比成倍數(shù)關(guān)系排列，通過改變u倍可以使被加工螺紋的導(dǎo)程成倍數(shù)變化，擴(kuò)大了車床能加工的螺紋導(dǎo)程數(shù)量。

為了實(shí)現(xiàn)對大導(dǎo)程螺紋的切削，傳動系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程機(jī)構(gòu)。其傳動路線表達(dá)式為：

傳動經(jīng)擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程機(jī)構(gòu)后，將所加工螺紋的導(dǎo)程增加了4～16倍。但必須注意，由于擴(kuò)大螺紋導(dǎo)程機(jī)構(gòu)的傳動齒輪實(shí)際上就是主運(yùn)動的傳動齒輪，因此，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速確定后，導(dǎo)程可能擴(kuò)大的倍數(shù)也就確定了，不可能再變動。

表6-13各種螺紋的傳動特征

由傳動路線可得加工螺紋的運(yùn)動平衡式，化簡后為：

1主軸×7×u基u倍=S螺紋選擇u基和u倍，可以加工各種導(dǎo)程的螺紋，表6-14列出了CA6140車床能加工的標(biāo)準(zhǔn)米制螺紋。

表6-14CA6140型車床的米制螺紋表

3）縱向或橫向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈。車削圓柱面和端面時，進(jìn)給運(yùn)動傳入進(jìn)給箱后，再通過基本變速組、移換機(jī)構(gòu)、增倍變速組傳到軸ⅩⅧ。這時將進(jìn)給箱中的離合器M5脫開，齒輪28與軸ⅩⅩ左端的齒輪56相嚙合，運(yùn)動由進(jìn)給箱傳出后，經(jīng)光桿傳至溜板箱，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向機(jī)動進(jìn)給（車圓柱面）或橫向機(jī)動進(jìn)給（車端面）。其傳動路線表達(dá)式為：

為了避免發(fā)生事故，刀架的縱向移動、橫向移動和車螺紋三種傳動路線同時只允許接通一種，這是由操縱機(jī)構(gòu)和互鎖機(jī)構(gòu)來保證的。

①縱向機(jī)動進(jìn)給。主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，機(jī)床的縱向機(jī)動進(jìn)給可以由4種類型的傳動路線產(chǎn)生64種不同的進(jìn)給量。

當(dāng)運(yùn)動是經(jīng)正常導(dǎo)程的公制螺紋的傳動路線時，由機(jī)動進(jìn)給運(yùn)動傳動路線表達(dá)式可得運(yùn)動平衡式為：

化簡后可得：

f縱=0.711u基u倍mm/r改變u基和u倍的值，就可以使刀架得到從0.08～1.22mm/r的32種正常進(jìn)給量。

當(dāng)運(yùn)動是經(jīng)擴(kuò)大導(dǎo)程機(jī)構(gòu)和公制螺紋的傳動路線，且主軸以高轉(zhuǎn)速（450～1500r／min，其中500mm/r除外）運(yùn)轉(zhuǎn)，時，可得：

f縱=0.315u基mm/r這時刀架可得0.028～0.054mm／r的8種較小的進(jìn)給量。

當(dāng)運(yùn)動是由正常導(dǎo)程的英制螺紋的傳動路線傳動，且u倍=1時，可得0.86～1.59mm/r的8種較大的縱向進(jìn)給量。

當(dāng)運(yùn)動是經(jīng)擴(kuò)大導(dǎo)程機(jī)構(gòu)和英制螺紋的傳動路線傳動，且主軸處于10～125mm/r的12級低轉(zhuǎn)速時，刀架可獲得從1.71～6.33mm/r的16種加大進(jìn)給量。

②橫向機(jī)動進(jìn)給。由于機(jī)床的橫向機(jī)動進(jìn)給的傳動路線除在溜板箱中從軸ⅩⅫ以后有所不同外，其余的則與縱向機(jī)動進(jìn)給的傳動路線一致，因此，機(jī)床的橫向機(jī)動進(jìn)給可使刀架獲得64種橫向進(jìn)給量，其值為相應(yīng)的縱向進(jìn)給的一半。

（4）刀架的快速移動。為了減輕工人的勞動強(qiáng)度和縮短輔助運(yùn)動的時間，CA6140型車床設(shè)計(jì)了刀架快速移動傳動鏈，它屬于外聯(lián)系傳動鏈?？焖僖苿觽鲃渔湹膬赡┒思榭焖匐妱訖C(jī)和刀架。

當(dāng)?shù)都苄枰焖僖苿訒r，按下快速移動按鈕，使快速電動機(jī)啟動。其運(yùn)動經(jīng)齒輪副18／24傳動，使軸ⅩⅫ高速轉(zhuǎn)動（見圖6-21），再經(jīng)蝸輪副4／29傳到溜板箱內(nèi)的傳動機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動。

5）車床的主要結(jié)構(gòu)

（1）主軸箱和主軸部件。主軸箱的作用是支承主軸并使其實(shí)現(xiàn)啟動、停止、變速和換向等功能，因此，主軸箱中通常包含主軸及其軸承，傳動機(jī)構(gòu)，啟動、停止以及換向裝置，制動裝置，操作機(jī)構(gòu)和潤滑裝置等。①主軸及其軸承。主軸部件是機(jī)床的核心部件，其精度和承載能力將直接影響機(jī)床的相關(guān)技術(shù)性能指標(biāo)。在保證精度要求的前提下，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)，CA6140的主軸形成了前后雙支承、后端定位的結(jié)構(gòu)，如圖6-23所示。其中，前軸承采用雙列圓柱滾子軸承，用于承受徑向力，通過軸承內(nèi)環(huán)與主軸在軸向的相對移動使內(nèi)環(huán)產(chǎn)生彈性變形，以調(diào)整軸承的徑向間隙；后支承采用推力軸承和角接觸球軸承組合，分別用以承受雙向的軸向力。軸向間隙由主軸后端的螺母調(diào)整。前后軸承均采用油泵供油潤滑。軸上z58斜齒輪靠近主軸前端布置，以減小徑向力對主軸彎曲變形的影響，同時可抵消主軸承受的軸向載荷。

圖6-23CA6140車床主軸部件圖

②開停和換向裝置。開停裝置用于控制主軸的啟動和停止，中型車床多用機(jī)械式摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，少數(shù)機(jī)床也有采用電磁離合器或液壓離合器實(shí)現(xiàn)的。尺寸較小的車床，由于電動機(jī)功率較小，為簡化結(jié)構(gòu)，常直接由電動機(jī)開停來實(shí)現(xiàn)。

換向裝置用于改變主軸旋轉(zhuǎn)方向。若主軸的開停由電動機(jī)直接控制，則主軸換向通常采用改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向來實(shí)現(xiàn)；若采用摩擦離合器控制，則換向裝置由同一離合器（雙向的）和圓柱齒輪組成，大部分中型臥式車床都采用這種換向裝置。

圖6-24所示為CA6140型臥式車床采用的用于控制主軸開停和換向的雙向多片式摩擦離合器結(jié)構(gòu)圖。它由左右兩部分組成，左離合器接合時主軸正轉(zhuǎn)，右離合器接合時主軸反轉(zhuǎn)。從圖中可知，當(dāng)撥叉13受操縱機(jī)構(gòu)控制，撥動滑套10右移時，擺塊12繞軸11順時針擺動，其尾部撥動拉桿9向左移動。拉桿通過固定在其左端的長銷6，帶動壓套5和螺母4壓緊左離合器的內(nèi)外摩擦片2、3，內(nèi)摩擦片是內(nèi)孔為花鍵孔的圓形薄片，與軸Ⅰ花鍵聯(lián)接，外摩擦片其內(nèi)孔是光滑圓孔，空套在軸Ⅰ花鍵外圓上，其外圓開有四個凸爪，卡在空套齒輪1右端套筒的四個缺口內(nèi)。內(nèi)外摩擦片相間安裝。由于離合器中還裝有止推片，當(dāng)壓套5向左移動時才能將內(nèi)外摩擦片壓緊。壓緊之后將Ⅰ的運(yùn)動傳至空套上的齒輪1，使主軸得到正轉(zhuǎn)。右離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理同左離合器一樣，只是內(nèi)外摩擦片數(shù)量少一些，當(dāng)撥動滑套10左移時，壓套6向右移動將右離合器的內(nèi)外摩擦片壓緊，壓緊之后將Ⅰ的運(yùn)動傳至空套上的齒輪1，使主軸得到反轉(zhuǎn)。當(dāng)撥動滑套10處于中間位置時，左右兩離合器的摩擦片都松開，斷開主軸的傳動，同時在制動裝置作用下，主軸迅速停轉(zhuǎn)。摩擦片間的壓緊力可用擰在壓套上的螺母4和7來調(diào)整。

圖6-24雙向片式摩擦離合器

③制動裝置。制動裝置的作用是在車床停車過程中克服主軸箱中各運(yùn)動件的慣性，使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動，以縮短輔助時間。臥式車床主軸箱中常用的制動裝置有閘帶式和片式兩種。當(dāng)直接用電動控制主軸開停時，也可以采用電動機(jī)控制制動方式。圖6-25為閘帶式制動器。

雙向片式摩擦離合器與制動裝置采用同一操縱機(jī)構(gòu)控制（如圖6-26所示），協(xié)調(diào)兩機(jī)構(gòu)的工作。

圖6-25閘帶式制動器

圖6-26主軸開停及制動裝置的操縱機(jī)構(gòu)

④變速操縱機(jī)構(gòu)。它用一個手柄同時操縱軸Ⅱ、Ⅲ上的雙聯(lián)滑移齒輪和三聯(lián)滑移齒輪，變換軸Ⅱ～Ⅲ間的六種傳動比，見圖6-27。

圖6-27主軸變速操縱機(jī)構(gòu)

（2）溜板箱。溜板箱的功用是將絲杠或光杠傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榱锇逑涞闹本€運(yùn)動并帶動刀架進(jìn)給，控制刀架運(yùn)動的接通、斷開和換向。通常包含以下機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)刀架快慢移動自動轉(zhuǎn)換的超越離合器，起過載保護(hù)作用的安全離合器，接通、斷開絲杠傳動的開合螺母機(jī)構(gòu)，接通、斷開和轉(zhuǎn)換縱、橫向機(jī)動進(jìn)給運(yùn)動的操作機(jī)構(gòu)以及避免運(yùn)動干涉的互鎖機(jī)構(gòu)等。這里簡單介紹以下幾種機(jī)構(gòu)。

①縱、橫向機(jī)動進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu)。它利用一個手柄集中操縱縱、橫向機(jī)動進(jìn)給運(yùn)動的接通、斷開和換向，且手柄扳動方向與刀架運(yùn)動方向一致，使用非常直觀方便,如圖6-28所示。當(dāng)手柄在中間位置時機(jī)動進(jìn)給傳動鏈斷開。當(dāng)手柄搬至左、右、前、后任一位置時，如按下裝在手柄1頂端的按鈕K，則快速電動機(jī)啟動，刀架便在相應(yīng)方向上快速移動。

圖6-28縱、橫向機(jī)動進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu)

②互鎖機(jī)構(gòu)。機(jī)床工作時，如因操作錯誤同時將絲杠傳動和縱、橫向機(jī)動進(jìn)給（或快速運(yùn)動）接通，則將損壞機(jī)床。為了防止發(fā)生上述事故，溜板箱中設(shè)有互鎖機(jī)構(gòu)，以保證開合螺母合上時，機(jī)動進(jìn)給不能接通；反之，機(jī)動進(jìn)給接通時，開合螺母不能合上。如圖6-29所示。

圖6-29互鎖機(jī)構(gòu)工作原理

另外，CA6140型車床的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給也是互鎖的，在操縱進(jìn)給方向手柄的面板上開有十字槽，以保證手柄向左或向右扳動后，不能前后扳動；反之，向前或向后扳動后，不能左右扳動。

6）其他常用車床簡介

（1）立式車床。立式車床主要用于加工徑向尺寸大，軸向尺寸相對較小的大型和重型零件，如各種機(jī)架、殼體、盤、輪類零件。

立式車床在結(jié)構(gòu)布局上的主要特點(diǎn)是主軸垂直布置，并有一個直徑很大的圓形工作臺，供裝夾工件之用，工作臺臺面水平放置，因此，笨重工件的裝夾和找正比較方便。此外，由于工件及工作臺的重力由床身導(dǎo)軌推力軸承承受，大大減輕了主軸及其軸承的負(fù)荷，故而較易保證加工精度。如圖6-30所示。

圖6-30立式車床外形

（2）轉(zhuǎn)塔車床。在成批生產(chǎn)較復(fù)雜的工件時，為了增加安裝刀具的數(shù)量，減少更換刀具的時間，將普通車床的尾座去掉，安裝可以縱向移動的多工位轉(zhuǎn)塔式刀架，并在傳動和結(jié)構(gòu)上作相應(yīng)的改變，就成了轉(zhuǎn)塔車床（如圖6-31所示）。轉(zhuǎn)塔式刀架由塔頭和床鞍構(gòu)成，塔頭有立式和臥式兩種。

圖6-31轉(zhuǎn)塔車床

2．磨床

用磨料磨具（砂輪、砂帶、油石和研磨料）作為工具對工件進(jìn)行磨削加工的機(jī)床統(tǒng)稱磨床。隨著現(xiàn)代機(jī)械對零件質(zhì)量要求的不斷提高，各種高硬度材料的應(yīng)用日益增多，精度較高的毛坯可不經(jīng)切削粗加工而直接由磨削加工至成品。因此,磨床在金屬切削加工機(jī)床中的比重不斷上升。

1）磨床的主要類型

(1)外圓磨床,包括萬能外圓磨床、普通外圓磨床、無心外圓磨床等。

(2)內(nèi)圓磨床,包括普通內(nèi)圓磨床、行星內(nèi)圓磨床、無心內(nèi)圓磨床等。

(3)平面磨床,包括臥軸矩臺平面磨床、立軸矩臺平面磨床、臥軸圓臺平面磨床等。

(4)工具磨床,包括工具曲線磨床、鉆頭溝槽磨床等。

(5)刀具刃具磨床,包括萬能工具磨床、車刀刃磨磨床、短刀刃磨磨床等。

(6)專門化磨床,包括花鍵軸磨床、曲軸磨床、齒輪磨床、螺紋磨床等。

(7)其它磨床,包括珩磨機(jī)、研磨機(jī)、砂帶磨床、超精加工機(jī)床等。

2）M1432B型萬能外圓磨床

M1432B型萬能外圓磨床是普通精度級萬能外圓磨床，它主要用于磨削IT6～I(xiàn)T7級精度的內(nèi)外圓柱、圓錐表面，還可磨削階梯軸的軸肩、端平面等，磨削表面粗糙度Ra值為1.25～0.08μm。

（1）磨床組成。圖6-32所示是M1432B型萬能外圓磨床的外形圖，它由下列主要部件組成：

圖6-32M1432B型萬能外圓磨床

①床身:是磨床的基礎(chǔ)支承件，其上裝有工作臺、砂輪架、頭架、尾座等部件。床身的內(nèi)部用作液壓油的油池。

②頭架:用于安裝及夾持工件，并帶動工件旋轉(zhuǎn)。

③工作臺:由上下兩層組成，上工作臺可相對于下工作臺在水平面內(nèi)回轉(zhuǎn)一定角度（±10°），用于磨削錐度較小的長圓錐面。工作臺上裝有頭架與尾座，它們隨工作臺一起做縱向往復(fù)運(yùn)動。

④內(nèi)磨裝置：主要由支架和內(nèi)圓磨具兩部分組成。內(nèi)圓磨具是磨內(nèi)孔用的砂輪主軸部件，它做成獨(dú)立部件安裝在支架孔中，可以方便地進(jìn)行更換。通常每臺磨床都備有幾套尺寸與極限工作轉(zhuǎn)速不同的內(nèi)圓磨具。

⑤砂輪架:用于支承并傳動高速旋轉(zhuǎn)的砂輪主軸，當(dāng)需磨削短錐面時，砂輪架可以在水平面內(nèi)調(diào)整至一定角度（±30°）。

⑥尾座:和前頂尖一起支承工件。

⑦腳踏操縱板：用于控制尾架送進(jìn)和退出。

（2）磨床的基本應(yīng)用與磨削運(yùn)動。圖6-33所示為M1432B型萬能外圓磨床的加工示意圖。該磨床可以磨削內(nèi)外圓柱面、圓錐面。其基本磨削方法有兩種：縱向磨削法和橫向磨削法（又稱為切入磨削法）。

縱向磨削法（如圖6-33(a)、(b)、(d)所示）磨削時，需要三個運(yùn)動：①砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動nc為主運(yùn)動；②工件縱向進(jìn)給運(yùn)動fa；③工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動也稱為圓周進(jìn)給運(yùn)動nω。

切入磨削法（如圖6-33(c)所示）磨削時，只需要兩個表面成形運(yùn)動：①砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動nc

；②工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動nω

。圖6-33

M1432B萬能外圓磨床加工示意圖

（3）磨床的傳動。M1432B外圓磨床的傳動系統(tǒng)圖見圖6-34。

①外圓磨削砂輪的傳動。砂輪架電動機(jī)（4kW,1440r/min）經(jīng)V帶直接帶動砂輪主軸旋轉(zhuǎn)。

②頭架的傳動。頭架上雙速電動機(jī)（0.5～1.1kW，700～1360r/min）經(jīng)三級V帶傳動，把運(yùn)動傳給頭架的撥盤撥動工件作圓周進(jìn)給運(yùn)動。

③內(nèi)圓磨具的傳動。內(nèi)圓磨具電動機(jī)（1.1kW，2840r/min）經(jīng)平帶直接帶動內(nèi)圓磨具主軸旋轉(zhuǎn)。

④工作臺的傳動。工作臺既可液壓傳動，又可手動傳動。

⑤砂輪架的橫向進(jìn)給運(yùn)動,由手輪B來實(shí)現(xiàn)。

圖6-34M1432B萬能外圓磨傳動系統(tǒng)圖

（4）磨床主要部件結(jié)構(gòu)。

①砂輪架。砂輪架由殼體、砂輪主軸組件、傳動裝置等組成，其中砂輪主軸組件的結(jié)構(gòu)將直接影響工件的加工精度和表面粗糙度，應(yīng)具有較高的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性及耐磨性。圖6-35所示為M1432B型萬能外圓磨床砂輪架結(jié)構(gòu)圖，砂輪主軸5的前后徑向支承均采用“短四瓦”動壓液體滑動軸承。每個軸承由均布在圓周上的四塊扇形軸瓦19組成（長徑比為0.75），每塊軸瓦由球頭螺釘20支承。由于球頭中心在周向偏離軸瓦對稱中心，當(dāng)主軸高速旋轉(zhuǎn)時，在軸徑與軸瓦之間形成四個楔形壓力油膜，將主軸懸浮在軸承中心而成純液體摩擦狀態(tài)。主軸軸徑與軸瓦之間的間隙（一般為0.01～0.02mm）用球頭螺釘20調(diào)整，調(diào)整好后鎖緊，以防止球頭螺釘20松動而改變軸承間隙，最后用封口螺塞23密封。當(dāng)砂輪主軸受外界載荷作用而產(chǎn)生徑向偏移時，在偏移方向處楔形縫隙變小，油膜壓力升高，而相反方向的楔形縫隙增大，油膜壓力減小，于是便產(chǎn)生了一個使砂輪主軸對中的趨勢。由此可見，這種軸承具有較高的回轉(zhuǎn)精度和剛度。該類主軸部件只有在某一回轉(zhuǎn)方向、較高轉(zhuǎn)速下才能夠形成壓力油膜，承受載荷。

圖6-35M1432B型萬能外圓磨床砂輪架

②內(nèi)磨裝置。圖6-36為內(nèi)圓磨頭裝配圖。內(nèi)磨裝置以鉸鏈聯(lián)接方式安裝在砂輪架前上方（如圖6-32所示）。使用時翻下，不用時翻向上方。內(nèi)圓磨削時，要求砂輪軸具有很高的轉(zhuǎn)速，因此要求內(nèi)圓磨具在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)動平穩(wěn)，主軸軸承具有足夠的剛度和壽命。該內(nèi)圓磨具主軸支承采用4個D級精度的角接觸軸承，采用彈簧3預(yù)緊，預(yù)緊力大小通過主軸后端螺母調(diào)節(jié)。當(dāng)主軸熱膨脹伸長或者軸承磨損時，彈簧能自動補(bǔ)償，并保持穩(wěn)定的預(yù)緊力，使主軸軸承的剛度和壽命得以保證。軸承用鋰基潤滑脂潤滑，當(dāng)被磨削內(nèi)孔長度改變時，接長桿1可以更換。

圖6-36內(nèi)圓磨頭裝配圖

3）其它類型磨床

（1）普通外圓磨床。它和萬能外圓磨床在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于：普通外圓磨床的頭架和砂輪架均不能繞其垂直軸線調(diào)整角度，頭架主軸也不能轉(zhuǎn)動，沒有內(nèi)圓磨具。因此，普通外圓磨床的工藝范圍較窄，只能磨削外圓柱面和錐度較小的外圓錐面。但由于其主要部件的結(jié)構(gòu)層次少，剛性好，可采用較大的磨削用量，因此生產(chǎn)率較高，同時也易于保證磨削質(zhì)量。

（2）無心外圓磨床。無心外圓磨床進(jìn)行磨削時，工件不是支承在頂尖上或夾持在卡盤中，而是直接被放在砂輪和導(dǎo)輪之間，用托板和導(dǎo)輪支承，以工件被磨削