第一篇：1 緒論1緒論材料加工工藝(第2版) 11材料加工工藝在制造業中的地位材料

緒論

1緒論

材料加工工藝(第2版)

1.1材料加工工藝在制造業中的地位

材料加工工藝（materials processing technology）又稱材料成形技術，是金屬液態成形、焊接、金屬塑性加工、激光加工及快速成形、熱處理及表面改性、粉末冶金、塑料成形等各種成形技術的總稱。它是利用熔化、結晶、塑性變形、擴散、相變等各種物理化學變化使工件成形，達到預定的機器零件設計要求。材料加工成形制造技術與其他制造加工技術的重要不同點是工件的最終微觀組織及性能受控于成形制造方法與過程。換句話說，通過各種先進的成形加工工藝，不僅可以獲得無缺陷工件，而且能夠控制、改善或提高工件的最終使用特性。材料加工工藝與機械切削加工方法不同，在加工過程中機器零件不僅會發生幾何尺寸的變化，而且會發生成分、組織結構及性能的變化。因此材料加工工藝的任務不僅要研究如何獲得必要幾何尺寸的機器零部件，還要研究如何通過加工過程的控制而使零件具有設定的化學成分、組織結構和性能，從而保證機器零部件的安全性、可靠性和壽命。

圖11材料科學與工程四要素

關系三角錐

材料的使用性能取決于材料的組織結構和成分，然而材料的應用最終取決于材料的制備與成形加工。因而，材料的成形加工工藝是制造高質量、低成本產品的中心環節，是材料科學與工程四要素中極為關鍵的一個要素（圖11），也是促進新材料研究、開發、應用和產業化的決定因素。

材料加工技術不僅在機械電子工業領域、而且對制造業中的紡織工業、資源加工業及其他工業領域都起著重要作用。機械工業是國民經濟的支柱產業。我國機械工業近年來取得了飛速的發展。根據中國機械工業聯合會提供的統計數字,2006年我國機械工業的工業增加值占同期國內生產總值(GDP)的6.86%,國際上通常認為： 當一個產業的增加值超過國內生產總值的5%即為支柱產業，我國機械工業長期以來高于此值。我國的機械工業無論產值、利潤、新產品產值、進出口總額都在我國有著重要地位。

2006年，我國機械工業總產值突破5萬億元大關，全行業連續4年以20%以上的增幅快速發展。在主要機械產品中，2006年發電設備產量為1.1億千瓦，比2005年創造的9200萬千瓦的歷史紀錄又增加了1800萬千瓦。汽車產量為728萬輛，比上年增長27.6%，已超過德國，僅次于美國、日本，居世界第三位。金屬切削機床，按銷售額計僅次于日本、德國，居世界第三位。在其他重要機械產品中，產量已居世界第一位的還有大中型拖拉機、鏟土運輸機械、數碼相機、復印機械、塑料加工機械、起重設備、工業鍋爐、變壓器、電動工具、金屬集裝箱、摩托車等。

以鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、電鍍為代表的材料成形與改性加工技術是國民經濟的基礎制造技術，它所提供的產品零件具有精密化、輕量化、高質量和高精度、形狀復雜、生產效率高的特點，同時又能做到材料和能源消耗少、污染低，節約資源和能源，是一種可持續發展的技術。它對我國國民經濟的發展和國防力量的增長起著重要作用，占有重要地位。在汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產業中，鑄件都占有較大的比重。全世界鋼材的75%要進行塑性加工，65%的鋼材要用焊接得以成形，80%以上的零件需經過熱處理提高其性能； 汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、塑性加工、焊接、熱處理等加工方法而成形。

鑄造是制造業的基礎，也是國民經濟的基礎產業，各行業都離不開鑄件，從汽車、機床到航空、航天、國防以及人們的日常生活等都需要鑄件。汽車中鑄件重量占整車重量的19%（轎車）～23%（卡車）； 手機、筆記本電腦和許多照相機、錄像機的殼體都是鋁鎂輕合金鑄件。我國鑄件總產量2007年已達3127萬t，超過美國和日本鑄件年產量的總和，占世界產量的30%。我國鑄件出口數量呈逐年遞升趨勢，目前每年鑄件出口總量占鑄件總產量的1/10左右。我國也是世界塑性成形的第一大國，我國鍛造、沖壓、零件軋制成形超過2000萬t。我國生產大型鍛件的能力和擁有自由鍛造水壓機的數量、壓力等級及大型鍛件生產能力等均已跨入世界大型鍛件生產大國之列。通過技術引進、技術改造和科技創新，我國大型鍛件的生產技術水平大大提高，能提供如300MW核電機組及火電機組成套鍛件和軋鋼設備等用大型鍛件，已具備走向國際市場的能力。

我國2007年粗鋼產量達到4.8966億t，成品鋼材5.6894億t，成為世界最大的鋼生產與消費國，而焊接結構的用鋼量也相當于美國或日本一年的鋼產量，成為世界上最大的焊接鋼結構制造國。

我國每年鋼材熱處理的總重量約為全國鋼材總產量的30%，年實際熱處理生產量超過1億t。我國現有熱處理廠點約為2余萬家，主要分布在鋼鐵和機械行業中。

世界制造業的發展史告訴我們，要制造一部好的機器，不僅需要好的設計，更重要的是靠良好的制造工藝來保證，特別是要保證有好的零件毛坯； 用劣質的、不良的毛坯是無法裝配出優質的產品來。現在我國生產的汽車質量與工業發達國家相比仍有較大的差距，其原因主要不在于設計水平，而在于制造工藝水平較差； 汽車的使用壽命、耗油量、可靠性、安全性等無不與毛坯的制造工藝水平有密切關系。所以，材料加工工藝在制造業中占有非常重要的作用。

1.2材料加工工藝的展望

展望未來，材料成形制造技術一方面正在從主要制造毛坯向直接制造成工件即精確成形或稱凈成形工藝的方向發展； 另一方面為控制或確保工件質量，成形制造技術已經從主要憑經驗走向有理論指導的生產過程，成形制造過程的計算機模擬仿真技術已經進入實用化階段。近年來，精確鑄造成形技術發展迅速，方法繁多，在諸多的工業領域中，轎車鑄件的生產往往最集中地反映了精確鑄造成形技術發展的新動向。為了提高轎車的運行速度和節約能源，轎車鑄件生產朝著輕量化、精確化、強韌化和復合化方向發展。國外正在研究3mm壁厚的灰鑄鐵缸體，3mm壁厚的耐熱合金鋼排氣管和2.0～2.5mm壁厚的球墨鑄鐵件。擴大鋁鎂合金的應用是轎車工業的重要發展趨勢，國外汽車材料鋁合金用量以每年10%的速度遞增。日本全部轎車缸蓋已采用高強度鋁合金生產，預計越來越多的汽缸體也將采用鋁合金生產。國外已經提出從近精確成形鑄造向精確成形鑄造發展。為了實現這一目標，除繼續發展低壓鑄造及壓力鑄造等工藝外，各種新一代精確鑄造成形技術應用也更加普遍，水平更高。與此同時，各種鑄造工藝的復合、傳統鑄造合金與新型工程材料的復合成為鑄造生產的另一重要動向。21世紀的金屬塑性成形產品將朝著輕量化、高強度、高精度、低消耗的方向發展。同時，要有效地利用能源、改善環境。加工材料仍會是以汽車業為代表的大規模制造業所用的材料為主，但也有難加工的高價格材料的塑性成形。上述客觀需求將匯聚在精確塑性成形這個焦點上。1997年，我國的鍛件年產量為253萬t，其中模鍛件占151萬t,占鍛件總產量的59.6%。而1991年日本鍛件年產量就已達到243萬t，其中，模鍛件占70%，而冷溫精鍛件（不包括傳統的緊固件和軸承）估計為70萬t/年。展望21世紀，焊接技術仍將是金屬與非金屬材料重要的成形制造技術之一，從而也是先進制造技術領域的重要組成部分。精確焊接成形、特種材料及特種環境下的焊接技術、焊接過程的智能控制、膠接與復合材料構件的成形是當今世界焊接技術的主要發展趨勢。焊接生產自動化將突出表現為生產系統的柔性化和焊接控制系統的智能化。

隨著金屬間化合物材料、金屬基復合材料、各種新型功能材料、超導材料等高新技術材料的不斷出現，傳統的加工方式或多或少地遇到了困難。與新的材料制備和合成技術相適應，新的加工方法成為材料加工研究開發的一個重要領域。材料制備和材料加工一體化是一個發展趨勢。新材料的發展與新的成形加工技術密切相關。因此，要使材料達到極端狀態，則往往要改變材料的原有屬性。從新材料的合成與制造來看，往往利用極端條件作為必要的手段。如超高壓、超高溫、超高真空、極低溫、超高速冷卻及超高純等。

激光加工技術多種多樣，包括電子元件的精密微焊接、汽車和船舶制造中的焊接、坯料制造中的切割、雕刻與成形等。有不同種類的表面改性處理方法，如熱處理、表面修整、合金化、打標等，使用的激光器主要是大功率CO2激光器、YAG激光器。

納米材料是現代材料科學的一個重要的發展方向。作為新的結構功能材料的納米材料，其未來的應用在很大程度上取決于納米材料零件的成形技術的發展，以保證納米微結構的穩定性，保留成形加工后的納米團組良好的機械、磁學、固化性能等。

計算機技術的發展引起了機械制造工業一場新的革命。計算機模擬仿真或稱計算機輔助工程（CAE），并行工程技術及虛擬制造技術的相繼出現為成形制造技術注入了新的活力。計算機模擬仿真是在人類的大量生產實踐與實驗研究基礎上，建立物理及數學模型，充分利用計算機的強大計算功能而發展起來的多學科交叉的學科前沿領域。因此，在大力發展成形制造過程仿真研究的同時，仍然要重視成形制造過程的機理及基礎理論的實驗研究。并行工程的出現正在改變著制造工業的企業結構和工作方式，而材料成形制造過程模擬技術將成為與產品設計開發和制造加工緊密相連、必不可少的重要環節。

環境與資源是當今世界的兩個重大課題。遵循“減量化、再循環、再利用和再制造”的4R原則，實現可持續發展，這也是擺在材料加工領域的重要課題，所謂集約化制造和清潔生產是指整個制造生產過程中應滿足對環境無害、合理使用和節約自然資源、依靠科學技術得到最大的產出和效益等幾個要求。因此，在材料加工工藝的應用和發展中，必須充分重視環境保護和資源的合理利用，體現“以人為本”的思想，包括對企業周邊環境和工人作業環境、安全的保障。

1.3“材料加工工藝”課程的任務

“材料加工工藝”課程的任務是講授材料加工的一些主要方法及其相關的工藝裝備，使“材料成形與控制工程”專業或相近專業的學生對材料加工領域的技術現狀和發展趨勢有一個較為系統和全面的了解。與本門課程同時（或先后）講授的另一門課——“材料加工原理”則主要闡述材料加工過程中的內在規律和物理本質，從而揭示材料加工過程中所出現的共性現象。這兩門課程都是“材料加工工程”類專業學生所必須掌握的專業基礎知識。由于學時的限制，本書不可能介紹所有的加工方法，只能有重點地介紹一些常用的方法，對其他方法只作簡單介紹，學生如有興趣或需要，可以通過查閱有關書籍或選修課來了解。配合本門課程和“材料加工原理”開設的“材料加工系列實驗”則向同學提供了親自動手的機會，通過一系列實驗加深對各種工藝的感性認識和對課程的理解； 同時還可以了解由于篇幅和時間的限制在教材和課堂上沒有介紹的其他材料加工工藝。參考文獻

1柳百成，沈厚發.21世紀的材料成形加工技術與科學.香山科學會議第184次學術討論會.北京，2002,1

2柳百成,李敏賢,吳浚郊,等.材料加工成形制造,國家自然科學資金優先資助領域戰略研究報告——先進制造技術基礎.北京： 高等教育出版社，1998,144～182

3石力開.新材料的發展趨勢及其在我國的發展狀況.科技成果縱橫,1996（5），25～27

4中國工程院咨詢研究項目.裝備制造業自主創新戰略研究.北京： 高等教育出版社，2007,12

5謝建新.材料加工新技術與新工藝.北京： 冶金工業出版社，2004，3

6柳百成主編.工程前沿，第1卷： 未來的制造科學與技術.北京： 高等教育出版社，2004,12

液態金屬成形

2液態金屬成形

材料加工工藝(第2版)

2.1概述

液態金屬成形，通常也稱鑄造，是將液態金屬注入鑄型中使之冷卻、凝固而形成零件的方法。所鑄出的金屬制品稱為鑄件。絕大多數鑄件用作毛坯，需要經機械加工后才能成為各種機器零件； 少數鑄件當達到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求時，可作為成品或零件直接應用。2.1.1鑄造生產的特點 1.適用范圍廣

鑄造方法幾乎不受零件大小、厚薄和復雜程度的限制，適用范圍廣，可以鑄造壁厚范圍為0.3mm～1m，長度從幾個毫米到幾十米，重量從幾克到500多噸的各種鑄件。鑄件形狀可以非常復雜，例如汽車發動機汽缸體鋁合金鑄件（圖21）。

圖21戴姆勒克萊斯勒12缸汽車發動機鋁合金汽缸體鑄件

2.可制造各種合金鑄件

用鑄造方法可以生產鑄鋼件、鑄鐵件、各種鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金及鋅合金等鑄件。對于脆性金屬或合金，鑄造是唯一可行的加工方法。在生產中以鑄鐵件應用最廣，約占鑄件總產量的70%以上。3.鑄件的尺寸精度高

一般比鍛件、焊接件尺寸精確，可節約大量金屬材料和機械加工工時。4.成本低廉

鑄件在一般機器生產中約占總重量的40%～80%，而成本只占機器總成本的25%～30%。成本低廉的原因是： ①容易實現機械化生產； ②可大量利用廢、舊金屬料； ③與鍛件相比，其動力消耗低； ④尺寸精度高，加工余量小，節約加工工時和金屬。2.1.2鑄造方法 鑄造方法有許多種，一個鑄件到底選擇什么鑄造方法來制造，必須根據這個鑄件的合金種類、重量、尺寸精度、表面粗糙度、批量、鑄件成本、生產周期、設備條件等方面的要求綜合考慮才能決定。表21是一些鑄件基本尺寸的公差等級（CT），表22是各種鑄造方法應用范圍，可根據鑄造企業的實際情況適當選擇。在所有各種鑄造方法中，砂型鑄造是應用最廣的方法，我國和世界范圍內，大部分鑄件（約為鑄件總產量的60%～70%）是應用砂型鑄造方法生產的，其次是熔模鑄造、離心鑄造、金屬型鑄造、壓鑄等鑄造方法。因此，本章以介紹砂型鑄造工藝為主，其他工藝方法為輔。

表21一些鑄件基本尺寸的公差等級 mm

鑄件基 本尺寸

鑄件公差等級CT ***13141516 10 0.1 0.14 0.20 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3 4.4 — — — —

0.15 0.22 0.30 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 400 — — — 0.64 0.90 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 4000 — — — — — — — — 7.0 10 14 20 28 35 44 56

注： 此表為一些鑄件基本尺寸所對應的公差等級舉例，詳細內容見國家標準GB/T 6414—1999。

表22各種鑄造方法應用范圍

序 號

鑄造工藝 適用合金 種類 鑄件質量 范圍 最小壁厚 /mm 鑄件表面 粗糙度 Ra/μm 鑄件尺寸 公差等級 CT 批量砂型鑄造 不限 不限 3 12.5～100 8～10 不限殼型鑄造 不限 幾十克～ 幾十千克 2.5 1.6～50 6～9 中、大批量 續表

序 號

鑄造工藝 適用合金 種類 鑄件質量 范圍 最小壁厚 /mm 鑄件表面 粗糙度 Ra/μm 鑄件尺寸 公差等級 CT 批量熔模鑄造

不限（主要是合金鋼、碳鋼、不銹鋼）幾克～ 幾百千克 約0.5，最小孔徑0.5 0.8～6.3 4～7 大、中、小批量金屬型 鑄造

不限（主要是非鐵合金）幾十克～ 幾百千克 2～3(鋁)5（鐵）3.2～12.5 6～9 中、大批量低壓鑄造 非鐵合金 幾百克～ 幾十千克 2（鋁）2.5(鑄鐵)3.2～25 5～8 大、中、小批量壓力鑄造 非鐵合金 幾克～ 幾十千克 0.3～1.0，2（銅）

1.6～6.3(鋁)0.2～6.3(鎂)4～8 大批量離心鑄造 不限 管件、套筒類 最小內徑8 1.6～12.5 —

大、中、小批量陶瓷型 鑄造 鋼、鐵 中、大件 2 3.2～12.5 5～8 單件、小批石膏型 鑄造

以非鐵合金為主 幾克～ 幾百千克 約0.5，最小孔徑0.5 0.8～6.3 4～7 大、中、小批量連續鑄造 不限

坯料或型材 4 12.5～100 — 大批 11 真空鑄造 不限 小件 5 — —

中、大批量擠壓鑄造 不限 幾十克～ 幾十千克 1 1.6～6.3 5 中、大批量消失模 鑄造 不限 不限 2～3 3.2～50 6～9 不限

2.2金屬的熔煉

液態金屬的凝固成形，首先必須獲得符合要求（化學成分、溫度等）的液態金屬（熔體），即把固態金屬，例如生鐵錠、鋁錠、廢鋼、回爐料等在專門的熔爐里進行熔煉； 然后進行必要的熔體處理，例如孕育、球化、凈化、除氣等，并達到規定的溫度范圍，然后澆入鑄型凝固成形。

2.2.1鑄鐵的熔煉

鑄鐵熔煉爐種類較多，主要有沖天爐和感應電爐，因為小型沖天爐造價低，上馬容易，所以目前我國鑄造企業中沖天爐應用更普遍。1.沖天爐

沖天爐靠焦炭燃燒加熱金屬使之熔化,其結構見圖22(a)。從熱交換角度分析，沖天爐的工作過程是焦炭燃燒放出熱量和金屬爐料吸熱熔化并過熱的過程； 從冶金角度分析，沖天爐的工作過程又是各種元素或物質發生一系列物理、化學變化達到冶煉的過程。沖天爐熔化后的鐵液溫度一般為1300～1500℃。沖天爐內爐氣氣氛、爐氣溫度、金屬溫度的變化曲線，如圖22（b）所示。

圖22沖天爐結構（a）及其爐內溫度、爐氣成分分布曲線(b)

1—鐵槽； 2—出鐵口； 3—前爐爐殼； 4—前爐爐襯； 5—過橋窺視孔； 6—出渣口； 7—前爐蓋； 8—過橋；

9—火花捕集器； 10—加料機械； 11—加料桶； 12—鑄鐵磚； 13—層焦； 14—金屬爐料； 15—底焦；

16—爐襯； 17—爐殼； 18—風口； 19—風箱； 20—進風管； 21—爐底； 22—爐門； 23—爐底板；

24—爐門支撐； 25—爐腿

為了實現沖天爐的節能、減排和冶金質量的提高，國內外近年來出現了熱風沖天爐、水冷長爐齡沖天爐、外熱式沖天爐等熱效率高、煙氣排放少的新型沖天爐。圖23就是帶有爐氣點燃、鼓熱風、爐氣冷卻、布袋除塵器的沖天爐系統。沖天爐排出的爐氣溫度在200℃左右，經過燃燒室時將CO點燃，爐氣溫度可達950℃，與新鼓入的冷風混合后的溫度可達450℃。需要排放的廢氣溫度經過氣體冷卻器降溫達到200℃以下，然后經布袋除塵器除去粉塵顆粒再排放到大氣中，達到國家規定的排放標準。

圖23帶有爐氣處理的沖天爐系統

2.無芯感應電爐

感應電爐可用于鑄鋼、鑄鐵、各種有色合金的熔煉，是所有熔煉爐中應用最廣的爐型之一，一般按電源的頻率分為工頻爐（頻率為50Hz）、中頻爐(頻率為500～1000Hz)和高頻爐（頻率≥1000Hz）； 按爐型結構分為無芯(坩堝式)爐和有芯(溝槽式)爐，還可按變頻技術、連接形式、調控方式、工作狀態等進行分類。對于鑄鐵合金的熔煉，大多采用靜態變頻的中頻無芯（坩堝式）感應電爐（見圖24），熱轉換效率高、鐵液溫度高、升溫速度快、節省能源。

圖24無芯（坩堝式）中頻感應電爐結構示意圖（a）和外形（b）

1—感應線圈； 2—坩堝爐； 3—金屬液； 4—金屬液內部的運動； 5—液面升高

第二篇：面粉加工工藝流程 工藝1

面粉加工工藝流程 工藝1： 原糧→磁選→（篩選）初清篩→風選→去石機→精選→打麥機→風選→著水→撞擊機→去石機→打麥機→篩選（平面篩）→磁選→磨粉→篩理→面粉半成品→絞龍→保險篩→磁選→打包→入庫 工藝2： 原糧→磁選→篩選（初清篩）→風選→去石機→精選→打麥機→風選→著水→撞擊機→去石機→打麥機→篩選（平面篩）→磁選→磨粉→篩理→面粉半成品→絞龍→基粉倉→配粉倉→混合機→打包倉→保險篩→磁選→打包→入庫

第三篇：《數控加工工藝及設備》教案2

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

備

注

第二章

數控機床機械結構

第一節 數控機床機械結構特點

一、數控機床機械結構的組成

主要由以下幾部分組成：

1．機床基礎部件，如床身、立柱、工作臺等； 2．主傳動系統； 3．進給傳動系統；

4．實現某些動作和輔助功能的系統和裝置，如液壓、氣動、潤滑、冷卻等系統及排屑、防護裝置和刀架、自動換刀裝置；

5．工件實現回轉、定位的裝置及附件，如數控回轉工作臺； 6．特殊功能裝置，如監控裝置、加工過程圖形顯示、精度檢測等。掌握這些結構對于正確合理使用數控機床是非常必要的。

二、數控機床的結構特點

為了保證高精度、高效率的加工，數控機床的結構應具有以下特點： 1．高剛度和高抗振性 2．高靈敏度 3．熱變形小 4．高精度保持性 5．高可靠性

6．工藝復合化和功能集成化

第二節 數控機床的主傳動系統一、數控機床的主傳動系統特點

1．主軸轉速高、調速范圍寬并實現無級調速 2．主軸部件具有較大的剛度和較高的精度 3．良好的抗振性和熱穩定性

4．為實現刀具的快速或自動裝卸，數控機床主軸具有特有的刀具安裝結構

二、數控機床主軸的傳動方式

（一）齒輪傳動方式（圖2-1a）

（二）帶傳動方式（圖2-1b）

同步齒形帶傳動具有如下優點：

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

1．傳動效率高，可達98％以上。2．無滑動，傳動比準確。3．傳動平穩，噪聲小。

4．使用范圍較廣，速度可達50m/s，速比可達10左右，傳遞功率由幾瓦至數千瓦。

5．維修保養方便，不需要潤滑。

6．安裝時中心距要求嚴格，帶與帶輪制造工藝較復雜，成本高。

（三）調速電動機直接驅動主軸傳動方式（圖2-1c）

備

注

三、主軸組件

主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成了主軸組件。

（一）數控機床的主軸支承

主軸軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度直接影響主軸組件的工作性能。

1．主軸軸承類型

數控機床主軸經常采用滾動軸承和滑動軸承兩類軸承。（1）滾動軸承（2）滑動軸承 2．主軸軸承的配置

典型的主軸軸承的結構配置形式有下面三種：

（l）圖2-6a結構配置形式是現代數控機床主軸結構中剛性最好的一種。它使主軸的綜合剛度得到大幅度提高，可以滿足強力切削的要求，所以目前各類數控機床的主軸普遍采用這種配置形式。

（2）前支承采用3個超精密級角接觸球軸承組合方式，具有較好的高速性能。后支承結構有采用2個角接觸球軸承支承的，如圖2-6b，也有用一個圓柱滾子軸承支承的。

（3）圓錐滾子軸承，圖2-6c。這種軸承徑向和軸向剛度高，能承受重載荷，尤其能承受較大的動載荷，安裝與調整性能好，但是這種軸承配置方式限制了主軸的最高轉速和精度，所以僅適用于中等精度、低速與重載的數控機床主軸。

3．主軸軸承的裝配

采用選配定向法進行裝配，可提高主軸組件的精度。裝配時盡可能使主軸定位內孔與主軸軸頸的偏心量和軸承內圈與滾道的偏心量接近，并使其方向相反，這樣可使裝配后的偏心量減小。

4．滾動軸承的間隙與預緊

將滾動軸承進行適當預緊，使滾動體與內外圈滾道在接觸處產生預變形，使受載后承載的滾動體數量增多，受力趨向均勻，從而提高承載能力和剛度，有利于減少主軸回轉軸線的漂移，提高旋轉精度。若過盈量太大，軸承磨損加劇，承載能力將顯著下降。軸承所需的預緊量與軸承精度、類型和工作條件等因素有關。

（二）主軸準停功能

《數控加工工藝及設備》教案

內

容

機床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來傳遞，每次機械手自動裝取刀具時，必須保征刀柄上的鍵槽對準主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設計的裝置稱為主軸準停裝置或稱主軸定向裝置。主軸準停裝置是加工中心換刀過程中所要求的特別裝置，為了將主軸準確地停在某一固定位置上，以便在該處進行換刀等動作，這就要求主軸定向控制。

（三）主軸上刀具自動夾緊和切屑清除

加工中心為了實現刀具在主軸內的自動裝卸，其主軸必須設計有刀具的自動夾緊機構。刀桿采用7：24的錐柄，這種錐柄既有利于定心，也為松夾帶來了方便。

備

注

第三節 數控機床主傳動系統應用

一、SSCK20/500數控車床主傳動系統及主軸箱結構

（一）主傳動系統

SSCK20/500數控車床的主傳動系統由功率為11kw的AC伺服電動機驅動，經l：1的帶傳動帶動主軸旋轉，使主軸在 24~2400r/min的轉速范圍內實現無級調速，主軸箱內省去了齒輪傳動變速機構，提高了主軸精度，減少齒輪傳動躁聲的影響，結構簡單，維修方便。改變電機旋轉方向，可以得到相應的主軸正、反轉，主軸停車是由電機制動來實現。螺紋切削和主軸每轉進給量是通過主軸脈沖編碼器來實現。

（二）主軸箱結構

交流主軸電動機通過帶輪把運動傳給主軸。主軸有前后兩個支承，前支承采用預加負荷的超精密級角接觸球軸承組成，三個一組，其中兩個軸承用來承受向后的推力，另一個用于承受向前推力。主軸的后支承采用圓柱滾子軸承，用來承受較大的徑向載荷。前支承軸承的間隙用螺母來調整。主軸的支承形式為前端定位，主軸受熱膨脹向后伸長。前后支承所用軸承的支承剛性好，前支承中的角接觸球軸承能承受較大的軸向載荷，且允許的極限轉速高。主軸所采用的支承結構適宜高速重載的需要。

二、JCS－018A加工中心主傳動系統及主軸箱結構

（一）主運動傳動系統

主軸電動機采用的是FANUC AC電動機。主軸電動機在45~4500r／min轉速范圍通過一對1：2同步帶輪將運動傳給主軸，使主軸在22.5~2250r／min轉速范圍內可以實現無級調速。

（二）主軸箱結構 1．主軸結構

主軸的前支承4配置了三個高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷。前兩個軸承大口朝下，后面一個軸承大口朝上。前支承按預加載荷計算的預緊量由螺母5來調整。后支承6為一對小口相對應的角接觸球軸承，它們只

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承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承座和配置形式，能滿足主軸高轉速和承受較大軸向載荷的要求，主軸受熱變形向后伸長，不影響加工精度。

2．刀具的自動夾緊機構

它主要由拉桿

7、拉桿端部的四個鋼球

3、碟形彈簧

8、活塞

10、液壓缸11等組成。機床執行換刀指令，機械手要從主軸拔刀時，主軸需松開刀具。這時液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進入主軸錐孔上端的槽內，刀柄尾部的拉釘（拉緊刀具用）2被松開，機械手即拔刀。之后，壓縮空氣進入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準備。當機械手把下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧9的恢復力作用下，使拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，即碟形彈簧通過拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具被夾緊。

3．主軸準停裝置

JCS－018A加工中心采用的是主軸電氣式準停裝置，即用磁力傳感器檢測定向。在主軸上安裝一個發磁體，使之與主軸一起旋轉，在距離發磁體外1~2mm處固定一個磁傳感器。磁傳感器經過放大器與主軸控制單元連接，當主軸需要定向準停時，便控制主軸停止在預定的位置。

備

注

第四節 數控機床進給傳動系統一、數控機床對進給傳動系統的要求

對進給系統中的傳動裝置和元件要求具有高的壽命，高的剛度，無傳動間隙，高的靈敏度和低摩擦阻力的特點，如導軌必須摩擦力較小，耐磨性要高，通常采用滾動導軌、靜壓導軌等。為了提高轉換效率，保證運動精度，當旋轉運動被轉化為直線運動時，廣泛應用滾珠絲杠螺母副。為了提高位移精度，減少傳動誤差，對采用的各種機械部件首先保證它們的加工精度，其次采用合理的預緊來消除軸向傳動間隙，因此在進給傳動系統中采用各種措施消除間隙，但仍然可能留有微量間隙。此外由于受力而產生彈性變形，也會有間隙，所以在進給系統反向運動時仍然由數控裝置發出脈沖指令進行自動補償。

數控機床進給傳動系統的機電部件主要有伺服電動機及檢測元件、聯軸節、減速機構（齒輪副和帶輪）、滾珠絲杠螺母副（或齒輪齒條副）、絲杠軸承、運動部件（工作臺、導軌、主軸箱、滑座、橫梁和立柱）等。

二、導軌

導軌是用來支撐和引導運動部件沿著直線或圓周方向準確運動的。與支承件連成一體固定不動的導軌稱為支承導軌，與運動部件連成一體的導軌稱為動導軌。

（一）導軌的類型和要求 1．導軌的類型

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按運動部件的運動軌跡，導軌可分為直線運動導軌和圓周運動導軌。按導軌接合面的摩擦性，導軌可分為滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。滑動導軌又可分為普通滑動導軌和塑料滑動導軌。而靜壓導軌根據介質的不同又可分為液壓導軌和氣壓導軌。

2．導軌的要求（1）高的導向精度

導向精度保證部件運動軌跡的準確性。導向精度受導軌的結構形狀、組合方式、制造精度和導軌間隙調整等因素的影響。

（2）良好的耐磨性

耐磨性好可使導軌的導向精度得以長久保持。耐磨性一般受導軌副的材料、硬度、潤滑和載荷的影響。

（3）足夠的剛度

在載荷作用下，導軌的剛度高則保持形狀不變的能力好。剛度受導軌結構和尺寸的影響。

（4）具有低速運動的平穩性

運動部件在導軌上低速移動時，不應發生“爬行”的現象。造成“爬行”的主要因素有摩擦的性質、潤滑條件和傳動系統的剛度等。

（二）滑動導軌 1．滑動導軌的結構

滑動導軌的常見截面形狀有矩形、三角形、燕尾槽形和圓柱形。

矩形導軌（圖2-12a）承載能力大，制造簡單，水平方向和垂直方向上的位置精度互不相關。側面間隙不能自動補償，必須設置間隙調整機構。三角形導軌（圖2-12b）的三角形截面有兩個導向面，同時控制垂直方向和水平方向的導向精度。這種導軌在載荷的作用下能自行補償而消除間隙，導向精度較其他導軌高。燕尾槽導軌（圖2-12c）的高度值最小，能承受顛覆力矩，摩擦阻力也較大。圓柱形導軌（圖2-12d）制造容易，磨損后調整間隙較困難。以上截面形狀的導軌有凸形（圖2-12上圖）和凹形（圖2-12下圖）兩類。凹形導軌容易存油，但也容易積存切屑和塵粒，因此適用于防護良好的環境。凸形導軌需要良好的潤滑條件。

直線運動導軌一般由兩條導軌組成，不同的組合形式可滿足各類機床的工作要求。數控機床上滑動導軌的形狀主要為三角形一矩形式和矩形一矩形式，只有少部分結構采用燕尾式。

2．滑動導軌的材料

導軌材料主要有鑄鐵、鋼、塑料以及有色金屬。目前常采用一種導軌材料為金屬和塑料的滑動導軌，稱為塑料導軌（貼塑導軌），它具有剛度好，動、靜摩擦系數差值小，在油潤滑狀態下其摩擦系數約為0.06，耐磨性好，使用壽命為普通鑄鐵導軌的8~10倍，無爬行，減振性好。其形式主要有塑料導軌板和塑料導軌軟帶兩種。軟帶是以聚四氟乙烯為基材，添加青銅粉、二硫化鋁和石墨的高分子復合材料。軟帶應粘貼在機床導軌副的短導軌面上，如圖2-13所示，圓形導

備

注

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軌應粘貼在下導軌面上。塑料導軌軟帶有各種厚度規格，長與寬由用戶自行裁剪，粘貼方法比較固定。由于塑料導軌軟帶較軟，容易被硬物刮傷，因此應用時要有良好的密封防護措施。塑料導軌在機床上的應用形式如圖2-14所示。

（三）滾動導軌

滾動導軌是在導軌工作面之間安排滾動件，使兩導軌面之間形成滾動摩擦，滾動導軌的摩擦系數小，而且動、靜摩擦系數相近，磨損小，潤滑容易。因此它低速運動平穩性好，移動精度和定位精度高。但滾動導軌的抗振性比滑動導軌差，結構復雜，對臟物也較為敏感，需要良好的防護。數控機床常用的滾動導軌有直線滾動導軌和滾動導軌塊兩種。

1．直線滾動導軌

直線滾動導軌又稱單元直線滾動導軌，它主要由導軌體、滑塊、滾珠、保持架、端蓋等組成。導軌體固定在不動部件上，滑塊固定在運動部件上。當滑塊沿導軌體移動時，滾珠在導軌體和滑塊之間的圓弧直槽內滾動，并通過端蓋內的滾道從工作負荷區運動到非工作負荷區，然后再滾動回到工作負荷區。這樣不斷循環，把滾動體和滑塊之間的移動變成滾珠的滾動。用密封墊來防止灰塵和臟物進入導軌滾道。

2．滾動導軌塊

滾動導軌塊用滾動體進行循環運動，滾動體為滾珠或滾柱，承載能力和剛度都比直線滾動導軌高，但摩擦系數略大。它多用于中等載荷的導軌，使用時有專業生產廠家提供各種規格、形式供用戶選擇。

（四）液體靜壓導軌

靜壓導軌通常在兩個相對運動的導軌面間通入壓力油，使運動件浮起。在工作過程中，導軌面上油腔中的油壓能隨外加負載的變化自動調節，保證導軌面間始終處于純液體摩擦狀態。所以靜壓導軌的摩擦系數極小（約為0.0005），功率消耗少。這種導軌不會磨損，因而導軌的精度保持性好，壽命長。它的油膜厚度幾乎不受速度的影響，油膜承載能力大、剛性高、吸振性良好。這種導軌的運行很平穩，既無爬行也不會產生振動。但靜壓導軌結構復雜，并需要有一套過濾效果良好的液壓裝置，制造成本較高。目前靜壓導軌一般應用在大型、重型數控機床上。

靜壓導軌按導軌的形式可分為開式和閉式兩種，數控機床上常采用閉式靜壓導軌。靜壓導軌按供油方式又可分為恒壓（即定壓）供油和恒流（即定量）供油兩種。

（五）導軌的潤滑與防護

導軌潤滑的目的是減少摩擦阻力和摩擦磨損，避免低速爬行，降低高速時的溫升。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂，前者用于滑動導軌，而滾動導軌兩者均可采用。數控機床上滑動導軌的潤滑主要采用壓力潤滑。一般常用壓力循環潤滑和定時定量潤滑兩種方式。如直線滾動導軌滑塊上配有潤滑油注油杯，只要定期將鋰基潤滑脂放入潤滑油注油杯即可實現潤滑。

導軌面上應有可靠的防護裝置。常用的防護裝置有刮板式、卷簾式和伸縮式

備

注

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等，數控機床上大多采用伸縮式防護罩。這些裝置結構簡單，由專門廠家制造。

備

注

三、滾珠絲杠螺母副

滾珠絲杠螺母副是回轉運動與直線運動相互轉換的新型理想傳動裝置。

（一）滾珠絲杠螺母副的特點

其工作原理是：在絲杠和螺母上加工有弧形螺旋槽，當把它們套裝在一起時形成螺旋通道，并且滾道內填滿滾珠。當絲杠相對于螺母旋轉時，兩者發生軸向位移，而滾珠則可沿著滾道流動，按照滾珠返回的方式不同可以分為內循環式和外循環式二種。內循環式帶有反向器，如圖2-17a，返回的滾珠經過反向器和絲杠外圓返回。外循環式如圖2-17b所示，其螺母旋轉槽的兩端由回珠管連接起來，返回的滾珠不與絲杠外圓相接觸，滾珠可以作周而復始的循環運動，在管道的兩端還能起到擋珠的作用，用以避免滾珠沿滾道滑出。

鋼珠每一個循環閉路稱為列。每個滾珠循環閉路內所含導程數稱為圈數。內循環滾珠絲杠副的每個螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈。外循環每列有1.5圈，2.5圈，3.5圈等幾種，剩下的半圈作回珠。外循環滾珠絲杠螺母副的每個螺母有1列2.5圈，1列3.5圈，2列1.5圈，2列2.5圈等，種類很多。

在傳動時，滾珠與絲杠、螺母之間基本上是滾動摩擦，所以具有下述特點： 1．摩擦損失小，傳動效率高

滾珠絲杠副的傳動效率可達92％~98％，是普通絲杠傳動的3~4倍。2．傳動靈敏，運動平穩，低速時無爬行

滾珠絲杠螺母副滾珠與絲杠和螺母是滾動摩擦，其動、靜摩擦系數基本相等，并且很小,移動精度和定位精度高。

3．使用壽命長

滾珠絲杠副采用優質合金鋼制成，其滾道表面淬火硬度高達60~62HRC，表面粗糙度值小，另外，因為是滾動摩擦，故磨損很小。

4．軸向剛度高

滾珠絲杠螺母副可以完全消除間隙傳動，并可預緊，因此具有較高的軸向剛度。同時，反向時無空程死區，反向定位精度高。

5．具有傳動的可逆性

既可以將旋轉運動轉化為直線運動，也可以把直線運動轉化為旋轉運動。因為滾珠絲杠副具有這些優點，所以現在被各類中、小型數控機床普遍采用。6．不能實現自鎖

由于其摩擦系數小不能自鎖，當用于垂直位置時，為防止因突然停斷電而造成主軸箱下滑，必須加有制動裝置。

7．制造工藝復雜成本高

滾珠絲杠和螺母的材料、熱處理和加工要求相當于滾動軸承，螺旋滾道必須磨削，制造成本高。目前已由專門廠集中生產，其規格、型號已標準化和系列化，這樣，不僅提高了滾珠絲杠螺母副的產品質量，而且也降低了生產成本，使滾珠

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絲杠螺母副得到廣泛的應用。

（二）滾珠絲杠螺母副間隙的調整

軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對轉動時，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動量。除了結構本身所有的游隙之外，還包括施加軸向載荷后產生彈性變形所造成的軸向竄動量。通常采用雙螺母預緊的辦法解決，預緊是指它在過盈的條件下工作，把彈性變形量控制在最小限度。而用雙螺母加預緊力調整后，基本上能消除軸向間隙。利用雙螺母加預緊力消除軸向間隙時，必須注意：

1．預加載荷能夠有效地減少彈性變形所帶來的軸向位移，預緊力太小不能起到消除間隙的作用。但預緊力也不宜過大，過大的預緊載荷將增加摩擦力，使傳動效率降低，縮短絲杠的使用壽命。

2．要特別減小絲杠安裝部分和驅動部分的間隙。消除間隙的方法除了少數用微量過盈滾珠的單螺母消除間隙外，常用的雙螺母消除軸向間隙的結構形式有墊片預緊方式、螺紋預緊方式和齒差預緊方式等。

（1）圖2-18是雙螺母墊片預緊方式結構，通過調整墊片的厚度使左右螺母產生軸向位移，就可達到消除間隙和產生預緊力的作用。

（2）圖2-19是雙螺母螺紋預緊方式結構，用鍵限制螺母在螺母座內的轉動。調整時，擰動圓螺母將螺母沿軸向移動一定距離，在消除間隙之后用圓螺母將其鎖緊。

（3）圖2-20是雙螺母齒差預緊方式結構，在兩個螺母1和2的凸緣上各制有一個圓柱外齒輪，兩個齒輪的齒數相差一個齒，即z1?z2?1。兩個內齒圈3和4與外齒輪齒數分別相同，并用預緊螺釘和銷釘固定在螺母座的兩端。調整時先將內齒圈取下，根據間隙的大小調整兩個螺母1、2分別向相同的方向轉過一個或多個齒。使兩個螺母在軸向移近了相應的距離達到調整間隙和預緊的目地。間隙消除量△可用下式簡便地計算出：

??（2-1）

式中

n —— 螺母在同一方向轉過的齒數；

t —— 滾珠絲杠的導程；

z1,z2——齒輪的齒數。

ntz1z2備

注

n??z1zt 例如，當z1=101，z2=100，t=5mm時，如果兩個螺母向相同方向各轉過一個齒時，其相對軸向位移量為?=5/（100×101）≈0.0005mm，若間隙量為0.002mm，n=0.002×100×101/5=4。則相應的兩螺母沿同方向轉過4個齒即可消除。

（三）滾珠絲杠螺母副的結構形式

接螺旋滾道法向截面形狀分單圓弧型和雙圓弧型；按滾珠循環方式分內循環式和外循環式；按消除軸向間隙和調整預緊方式的不同分為墊片預緊方式、螺紋預緊方式和齒差預緊方式三種；按用途分為定位滾珠絲杠副（P類）、傳動滾珠絲

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杠副（T類）兩類，數控機床進給運動采用P類。

國內生產的滾珠絲杠螺母副螺旋滾道法向截形有兩種：單圓弧型和雙圓弧型，見圖2-21。在螺紋滾道法向剖面內，滾珠與滾道接觸點法線與絲杠軸線的垂直線夾角稱接觸角?，理想接觸角等于45°。

1．單圓弧型

如圖2-21a所示。滾道半徑R稍大于滾珠半徑rb，取比值：R/rb=1.02~1.12，常取1.04或1.1。接觸角?隨初始間隙和軸向截荷大小而變化。當?增大后，軸向剛度、傳動效率隨之增大。為保證?=45°，必須嚴格控制徑向間隙。這種截面形狀滾道形狀簡單，用成形砂輪磨削可得到較高精度。為消除軸向間隙和調整預緊，必須采用雙螺母結構。

2．雙圓弧型

如圖2-21b所示。滾道由半徑R稍大于滾珠半徑rb的對稱雙圓弧組成。理論上軸向和徑向間隙為零，接觸角?=45°是恒定的。比值：R/rb也常取1.02~1.12，并也常取1.04或1.1。這種截形滾道接觸穩定，但加工較復雜。消除軸向間隙和調整預緊，不僅可以采用雙螺母結構，也可以采用增大滾珠直徑的單螺母結構。另外兩圓弧交接處有一小溝槽，可容納潤滑油和臟物，這對工作有利。

（四）滾珠絲杠螺母副的主要參數及代號 1．滾珠絲杠螺母副的主要參數

（1）公稱直徑dm：即滾珠絲杠的名義直徑（圖2-22）。.滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態時，包絡滾珠球心的圓柱直徑，是滾珠絲杠螺母副的特征尺寸。名義直徑與承載能力有直接關系，dm越大，承載能力和剛度越大，有的資料推薦滾珠絲杠螺母副的名義直徑應大于絲杠工作長度的 1/30。數控機床常用進給絲杠的名義直徑dm為?30mm至?80mm。國際標準ISO規定滾珠絲杠螺母副的名義直徑系列為：6，8，10，12，16，20，25，30，40，50，60，80，100，120，125，160及200 mm。

（2）導程L0：絲杠相對于螺母旋轉一圈時，螺母上基準點的軸向位移。它按承載能力選取，并與進給系統的脈沖當量要求有關。導程的大小是根據機床的加工精度要求確定的。精度要求高時，應將導程取小一些，這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的摩擦阻力較小。但為了使滾珠絲杠具有一定的承載能力，滾珠直徑又不能太小。導程過小勢必使滾珠直徑變小，滾珠絲杠螺母副的承載能力亦隨之減小。若絲杠副的名義直徑不變，導程減小則螺旋升角也變小，傳動效率降低。因此在滿足機床加工精度的條件下，導程應盡可能取得大些。國際標準ISO規定滾珠絲杠螺母副的導程為 1，2，2.5，3，4，5，6，10，12，16，20，25，30，40 mm。應盡量選用2.5，5，10，20，40 mm。

此外還有接觸角?、絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、螺紋全長l、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、滾道圓弧偏心距e 以及滾道圓弧半徑R等參數。

備

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2．精度等級

根據JB3162.2—91滾珠絲杠螺母副按其使用范圍及要求分為7個精度等級，即1、2、3、4、5、7和10七個精度等級。一級精度最高，其余依次逐級遞減，一般動力傳動可選用4、5、7級精度，數控機床和精密機械可選用2、3級精度，精密儀器、儀表機床、螺紋磨床可選用1、2級精度。滾珠絲杠螺母副精度直接影響定位精度，承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲杠副的重要指標，選用時要予以考慮。

3．滾珠絲杠螺母副代號的標注

根據JB3162.2—91滾珠絲杠副代號的標注方法如圖2-23a所示。采用漢語拼音字母、數字及漢字結合標注法，標注示例如圖2-23b 所示。例如：CDM6012-3.5-P4LH它表示外循環插管式，墊片預緊，回珠管埋入式，公稱直徑為60mm，導程為12mm，螺紋旋向為左旋，負荷鋼球圈數為3.5圈，定位滾珠絲杠，精度等級為4級。滾珠絲杠副的特征代號見表2-1。

（五）滾珠絲杠螺母副的支承

滾珠絲杠主要承受軸向載荷，它的徑向載荷主要是臥式絲杠的自重。因此對滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高。此外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結構剛度也不容忽視。滾珠絲杠兩端常用支承形式如圖2-24所示。圖2-24a是一端固定一端自由的支承形式。其特點是結構簡單，軸向剛度低，它適用于短絲杠及垂直布置絲杠，一般用于數控機床的調整環節和升降臺式數控銑床的垂直坐標軸。圖2-24b是一端固定一端浮動的支承形式，絲杠軸向剛度與圖2-24a形式相同，絲杠受熱后有膨脹伸長的余地，需保證螺母與兩支承同軸。這種形式的配置結構較復雜，工藝較困難，適用于較長絲杠或臥式絲杠。圖2-24c是兩端固定的支承形式，這種支承結構只要軸承無間隙，絲杠的軸向剛度比一端固定形式高約4倍，固有頻率比一端固定的高，可預拉伸，在它的一端裝有蝶形彈簧和調整螺母，這樣既可對滾珠絲杠施加預緊力，又可使絲杠受熱變形得到補償，保持恒定預緊力，但結構工藝都較復雜，適用于長絲杠。

（六）滾珠絲杠螺母副的密封與潤滑 1．密封

通常滾珠絲杠副可用防塵密封圈和防護套密封，防止灰塵及雜質進入滾珠絲杠副。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，裝在滾珠螺母的兩端。防護套可防止塵土及雜質進入滾珠絲杠，影響其傳動精度。對于暴露在外面的絲杠一般采用螺旋鋼帶、伸縮套筒、錐形套管以及折疊式防護罩，以防止塵埃和磨粒粘附到絲杠表面。這些防護罩一端連接在滾珠螺母的端面，另一端固定在滾珠絲杠的支承座上。近年來還出現了一種鋼帶纏卷式絲杠防護裝置。

2．潤滑

使用潤滑劑，以提高耐磨性及傳動效率，從而維持傳動精度，延長使用壽命。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在安裝過程中放進滾珠螺母的滾道內，定期潤滑。使用潤滑油時應注意要經常通過注油孔注油。

（七）滾珠絲杠螺母副的選擇方法

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1．滾珠絲杠螺母副結構的選擇

可根據防塵、防護條件以及對調隙及預緊的要求選擇適當的結構形式。例如：允許間隙存在（如垂直運動）時，可選用具有單圓弧型螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；如果必須有預緊，并在使用過程中因磨損而需要定期調整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；當具備良好的防塵條件，只需在裝配時調整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊式結構。

2．滾珠絲杠螺母副結構尺寸的選擇

選用滾珠絲杠螺母副時主要選擇絲杠的公稱直徑和導程。公稱直徑應根據軸向最大工作載荷，按滾珠絲杠副的尺寸系列選擇。在允許的情況下螺紋長度要盡量短。導程（或螺距）應按承載能力、傳動精度及傳動速度選取。當要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲杠副。

3．滾珠絲杠螺母副的選擇步驟

在選用滾珠絲杠螺母副時，必須知道實際的工作條件，包括最大工作載荷（或平均工作載荷、最大載荷作用下的使用壽命、絲杠的工作長度（或螺母的有效行程）、絲杠的轉速（或平均轉速）、滾道的硬度及絲杠的工作狀況等，然后按下列步驟進行選擇：

（1）最大的工作載荷；

（2）最大動載荷。對于靜態或低速運轉的滾珠絲杠，需考慮另一種失效形式—滾珠接觸面上的塑性變形，即最大靜載荷是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷；

（3）剛度的驗算；

（4）壓桿穩定性核算。另外，滾珠絲杠在軸向力的作用下將伸長或縮短，在扭矩的作用下將產生扭轉而影響絲杠導程的變化，從而影響傳動精度及定位精度，故應驗算滿載時的預緊量。

備

注

四、傳動齒輪間隙消除機構

（一）直齒圓柱齒輪傳動間隙的調整 l．偏心套調整

如圖2-25所示偏心軸套消除傳動間隙結構。電動機1是用偏心套2與箱體連接的，通過轉動偏心套2的位置就能調整兩嚙合齒輪中心距，從而消除齒側間隙。其結構非常簡單，常用于電動機與絲杠之間齒輪傳動。

2．墊片調整

如圖2-26所示，在加工相互嚙合的兩個齒輪1、2時，將分度圓柱面制成帶有小錐度的圓錐面，使齒輪齒厚在軸向稍有變化，裝配時只需改變墊片3的厚度，使齒輪2作軸向移動，調整兩齒輪在軸向的相對位置即可達到消除齒側間隙的目的。

3．雙齒輪錯齒調整

如圖2-27所示，兩個相同齒數的薄片齒輪1、2與另外一個寬齒輪嚙合。可作相對回轉運動的齒輪1、2套裝在一起。每個薄片齒輪上分別開有周向圓弧槽，《數控加工工藝及設備》教案

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并在齒輪1、2的槽內壓有裝彈簧的短圓柱3，在彈簧4的作用下使齒輪1、2錯位，分別與寬齒輪的齒槽左右側貼緊，消除了齒側間隙。無論正向或反向旋轉都分別只有一個齒輪承受扭矩，因此承載能力受到限制，設計時必須計算彈簧4的拉力，使它能克服最大扭矩。

（二）斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除 1．軸向墊片調整

如圖2-28所示，寬齒輪同時與兩個相同齒數的薄片齒輪嚙合，薄片齒輪通過平鍵與軸聯結，相互間不能轉動。通過調整薄片齒輪之間墊片厚度的增減量，然后擰緊螺母，這時它們的螺旋線產生錯位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒槽左右兩齒面貼緊消除了齒側間隙。墊片厚度的增減量t和齒側間隙?的關系可由下式算出：

t??ctg?

（2-2）

式中?——斜齒輪的螺旋角；

?——齒側間隙； t——墊片厚度的增減量。

備

注

2．軸向壓簧調整

如圖2-29所示，軸向壓簧調整齒輪齒側間隙的原理與軸墊片法是一樣的。但用彈簧壓緊

能自動補償齒側間隙，達到無間隙傳動。彈簧彈力要用調整螺母達到適當的值。過大會使齒輪磨損加快，降低使用壽命；過小達不到消除齒側間隙的作用。

（三）圓錐齒輪傳動間隙的消除

1．周向壓簧調整

如圖2-30所示，將大錐齒輪加工成1和2兩部分，齒輪的外圈1開有三個圓弧槽8，內圈2的端面上的三個凸爪4，套裝在圓弧槽內。彈簧6的兩端分別頂在凸爪4和鑲塊7上，使內外齒圈1、2的錐齒錯位與小錐齒輪嚙合達到消除間隙的作用。為了安裝方便，螺釘5將內外齒圈相對固定，安裝完畢后即刻卸去。

2．軸向壓簧調整

如圖2-31所示，兩個錐齒輪相互嚙合。在其中一個錐齒輪的傳動軸上裝有壓簧，調整螺母可改變壓簧的彈力。錐齒輪在彈力作用下沿軸向移動，從而達到消除齒側間隙的目的。

五、回轉進給系統

數控機床靠回轉工作臺實現圓周進給運動。常用的回轉工作臺有分度工作臺和數控回轉工作臺，它們的功能各不相同，分度工作臺只是將工件分度轉位，實現分別加工工件的各個表面的目的，給零件的加工尤其是箱體類零件的加工帶來了很大的方便。而數控回轉工作臺除了分度和轉位的功能之外，還能實現圓周進給運動。

1．分度工作臺

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容

分度工作臺是按照數控系統的指令，在需要分度時工作臺連同工件按規定的角度回轉，有時也可采用手動分度。分度工作臺只能夠完成分度運動而不能實現圓周運動，并且它的分度運動只能完成一定的回轉度數如 90°、60°或45°等。

鼠牙盤式分度工作臺其結構如圖2-32 所示，它主要由工作臺面底座、夾緊液壓缸、分度液壓缸和鼠牙盤等零件組成。鼠牙盤是保證分度精度的關鍵零件，在每個齒盤的端面有相同數目的三角形齒。當兩個齒盤嚙合時，就能自動確定周向和徑向的相對位置。

（1）工作臺抬起，鼠齒盤脫離嚙合

機床需要進行分度時，數控裝置發出指令→電磁鐵控制液壓閥使壓力油經孔23進入到工作臺7中央的夾緊液壓缸下腔10→推動活塞6向上移動→經推力軸承5和13將工作臺7抬起→內齒輪12向上套入齒輪11→上下兩個鼠齒盤4和3脫離嚙合，完成分度前的準備工作。

（2）回轉分度

當工作臺7上升時，推桿2在彈簧力的作用下向上移動→使推桿1向右移動→微動開關S2復位→使壓力油經油孔21進入分度油缸左腔19→推動齒條活塞8向右移動→齒輪11作逆時針方向轉動→與齒輪11相嚙合的內齒輪12轉動→分度臺也轉過相應的角度。回轉角度的大小由微動開關和擋塊17決定，開始回轉時，擋塊14離開推桿15使微動開關S1復位，通過電路互鎖，始終保持工作臺處于上升位置。

（3）工作臺下降，完成定位夾緊圖

當工作臺轉到預定位置附近，擋塊17通過16使微動開關S3工作。壓力油經油孔22進入到壓緊液壓缸上腔9→活塞6帶動工作臺7下降→上鼠齒盤4與下鼠齒盤3在新的位置重新嚙合并定位壓緊。為了保護鼠齒盤齒面不受沖擊，液壓缸下腔10的回油經節流閥可限制工作臺的下降速度。

（4）復位為下次分度作準備

當分度工作臺下降時，推桿2和1啟動微動開關S2→分度液壓缸右腔18進壓力油→活塞齒條8退回→齒輪11順時針轉動→擋塊17、14回到原位，為下次分度作準備。

鼠齒盤式分度工作臺具有剛性好，承載能力強，重復定位精度高，分度精度高，能自動定心，結構簡單等特點。鼠齒盤制造精度要求高，它分度的度數只能是鼠齒盤齒數的整數倍。這種工作臺不僅可與數控機床做成一體，也可作為附件使用，廣泛應用于各種加工和測量裝置中。

2．數控回轉工作臺

為了實現任意角度分度，并在切削過程中能夠實現回轉，采用了數控回轉工作臺。它主要用于數控鏜銑床。從外形上看與分度工作臺沒有多大差別，但在內部結構和功能上則有較大的不同。

如圖2-33所示，由傳動系統、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成了數控回轉工作臺。它由伺服電動機1驅動，經齒輪2和4帶動蝸桿

9、蝸輪10使工作臺回轉。通過調整偏心環3來消除齒輪2和4嚙合側隙。為了消除軸與套的配合間

備

注

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容

隙，通過楔形拉緊圓柱銷5（A—A剖面）來連接齒輪4與蝸桿9。蝸桿9采用螺距漸厚蝸桿，蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚，這種蝸桿的左右兩側具有不同的導程。但由于同一側的螺距是相同的，所以仍能保持正確的嚙合。通過移動蝸桿的軸向位置來調節間隙，實現無間隙傳動。

當工作臺靜止時，必須處于鎖緊狀態。為此，在蝸輪底部裝有八對夾緊塊12及13，并在底座上均布著八個小液壓缸14，夾緊液壓缸14的上腔通入壓力油，使活塞向下運動，通過鋼球17撐開夾緊塊12及13，將蝸輪夾緊。當工作臺需要回轉時，數控系統發出指令，夾緊液壓缸14上腔的油流回油箱，鋼球17在彈簧16的作用下向上抬起，夾緊塊12和13松開蝸輪，這時蝸輪和回轉工作臺可按照控制系統的指令作回轉運動。

數控回轉工作臺的導軌面由大型滾柱軸承支承，并由圓錐滾子軸承及雙列圓柱滾子軸承保持回轉中心的準確。為消除累積誤差，數控回轉工作臺設有零點，當它作回零運動時首先由安裝在蝸輪上的擋塊碰撞限位開關，使工作臺減速，然后通過感應塊和無觸點開關的作用使工作臺準確停在零點位置上。分度角度位置通常由角度反饋元件圓光柵18反饋給數控系統。

數控回轉工作臺可作任意角度的回轉和分度，因此能夠達到較高的分度精度。

備

注

第五節

數控機床進給傳動系統應用

一、MJ-50數控車床進給傳動系統

（一）特點

數控車床的進給運動是把伺服電動機的旋轉運動轉化為刀架和滑板X、Z軸的直線運動，而且對移動精度要求很高，X軸最小移動量為0.0005mm（直徑編程），Z軸最小移動量為0.00lmm。采用滾珠絲杠螺母傳動副，可以有效地提高進給系統的靈敏度、定位精度并防止爬行。另外，消除絲杠螺母副的配合間隙和絲杠兩端的軸承間隙，也有利于提高傳動精度。

數控車床的進給系統采用伺服電動機驅動，經同步帶輪傳動到滾珠絲杠上，滾珠絲杠螺母帶動刀架或滑板移動，所以刀架或滑板的快速移動和進給運動均為同一傳動路線。

（二）X軸進給系統傳動裝置

圖2-34是MJ-50數控車床 X軸進給傳動裝置的結構簡圖。如圖a所示，功率為0.9kw的AC伺服電動機15經20：24同步帶輪 14和 10以及同步帶 12帶動滾珠絲杠6回轉，滾珠絲杠螺距為6mm，其上螺母7帶動刀架21（圖2-34b所示）沿滑板1的導軌移動，實現X軸的進給運動。電動機軸與同步帶輪14用鍵13連接。滾珠絲杠有前后兩個支承。前支承3由三個角接觸球軸承組成，其中一個軸承大口向前兩個軸承大口向后，分別承受雙向的軸向載荷。前支承的軸承由螺母2進行預緊。其后支承9為一對角接觸球軸承，軸承大口相背放置，由螺母11進行預緊。這種絲杠兩端固定的支承形式，其結構和工藝都較復雜，可以

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容

保證和提高絲杠的軸向剛度。脈沖編碼器16安裝在伺服電動機的尾部。圖中5和8是緩沖塊，在出現意外碰撞時起保護作用。

A-A剖面圖表示滾珠絲杠前支承的軸承座 4用螺釘20固定在滑板上。滑板導軌如B-B剖視圖所示為矩形導軌，鑲條17、18、19用來調整刀架與滑板導軌的間隙。

圖2-34b中22為導軌護板，26、27為機床參考點的限位開關和撞塊。鑲條23、24、25用于調整滑板與床身導軌的間隙。

因為滑板頂面導軌與水平面傾斜30°，回轉刀架的自身重力使其下滑，滾珠絲杠和螺母不能以自鎖阻止其下滑，故機床依靠AC伺服電動機的電磁制動來實現自鎖。

備

注

二、JCS-018A加工中心機床進給傳動系統及傳動裝置

JCS-018A機床的 X、Y、Z三個軸各有一套進給系統，分別由三臺功率為1.4kw的脈寬調速直流伺服電動機直接帶動滾珠絲杠旋轉。三個軸的進給速度均為1~400mm/min，快移速度X、Y軸為14 m/min，Z軸為10 m/min。為了保證各軸的進給傳動系統有較高的傳動精度，電動機軸和滾珠絲杠之間均采用了錐環無鍵連接和高精度十字聯軸器的連接結構。以Z軸進給裝置為例，分析電動機軸與滾珠絲杠之間的連接結構。圖2-35為Z軸進給裝置中電動機與絲杠連接的局部視圖。如圖中所示，l為直流伺服電動機，2為電動機軸，7為滾珠絲杠。電動機軸與軸套3之間采用的錐環4無鍵連接結構。錐面相互配合的內外錐環，當擰緊螺釘時，外錐環向外膨脹，內錐環受力后向電動機軸收縮，從而使電動機輪與軸套連接在一起。這種連接方式無需在被連接件上開鍵槽，而且兩錐環的內外圓錐面壓緊后，可以實現無間隙傳動，而且對中性較好，傳遞動力平穩，加工工藝性好，安裝與維修方便。選用錐環對數的多少，取決于所傳遞扭矩的大小。

高精度十字聯軸器由三件組成，其中與電動機軸連接的軸套3的端面有與中心對稱的凸鍵，與絲杠連接的軸套6上開有與中心對稱的端面鍵槽，中間一件聯軸節5的兩端面上分別有與中心對稱且互相垂直的凸鍵和鍵槽，它們分別與件3和件6相配合，用來傳遞運動和扭矩。為了保證十字聯軸節的傳動精度，在裝配時凸鍵與凹鍵的徑向配合面要經過配研，以便消除反向間隙和傳遞動力平穩。由于主軸箱垂直運動，為防止滾珠絲杠因不能自鎖而使主軸箱下滑，所以Z軸電動機帶有制動器。

第六節

自動換刀裝置自動換刀裝置應當滿足的基本要求： 1．刀具換刀時間短且換刀可靠； 2．刀具重復定位精度高；

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3．足夠的刀具儲存量； 4．刀庫占地面積小。

備

注

一、自動換刀裝置的形式

根據其組成結構，自動換刀裝置可分為回轉刀架式、轉塔式、帶刀庫式三種形式，下面作分別介紹。

（一）回轉刀架自動換刀裝置

數控機床上使用的回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置。根據不同的適用對象，刀架可設計為四方形、六角形或其它形式。回轉刀架可分別安裝四把、六把以及更多的刀具，并按數控裝置發出的脈沖指令回轉、換刀。

CK7815型數控車床采用 BA200L刀架，最多可以有 24個分度位置，機床可選用 12位、8位刀盤。其工作循環是：刀架接收數控裝置的指令→松開→轉到指令要求的位置→夾緊→發出轉位結束的信號。按照這個規律就可以分析各種結構刀架的工作過程。

圖2-36中，當電動機11通電時，尾部的電磁制動器30ms以后松開，電動機開始轉動，通過齒輪10、9、8帶動蝸桿7旋轉，從而使蝸輪5轉動。蝸輪內孔有螺紋，與軸6上的螺紋配合。這時軸6不能回轉，當蝸輪轉動時，使得軸6沿軸向向左移動，因為刀架1與軸

6、活動鼠牙盤2是固定在一起的，所以刀盤和鼠牙盤也向左移動，鼠牙盤2和3脫開。在軸6上有兩個對稱槽，內裝滑塊4，在鼠牙盤脫開后，蝸輪轉到一定角度與蝸輪固定在一起的圓盤14上的凸起便碰到滑塊4，蝸輪便通過軸6上的螺紋使軸6右移，鼠牙盤2、3結合定位，電磁制動器通電，維持電動機軸上的反轉力矩，以保證鼠牙盤之間有一定的壓緊力。最后電動機斷電，同時軸6右端的小軸13壓下微動開關12，發出轉位結束信號。刀架的選位由刷形選位器進行選位。松開、夾緊位置檢測則由微動開關12實行。整個刀架是一個純電器系統，結構簡單。

（二）轉塔式自動換刀裝置

在帶有旋轉刀具的數控機床中，轉塔刀架上裝有主軸頭，主軸頭通常有臥式和立式兩種，常用轉塔的轉位來更換主軸頭以實現自動換刀，它是一種比較簡單的換刀方式，各個主軸頭上預先裝有各工序加工所需要的旋轉刀具，當收到換刀指令時，各主軸頭依次的轉到加工位置，并接通主運動使相應的主軸帶動刀具旋轉，而其它處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。如圖2-37數控鉆鏜銑床，它是裝有8把刀具且繞水平軸轉位的轉塔式自動換刀裝置。

（三）帶刀庫的自動換刀裝置

帶刀庫的自動換刀系統由刀庫和刀具換刀機構組成，目前這種換刀方法在數控機床上的應用最為廣泛。

刀具的交換方式通常分為機械手交換刀具和由刀庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換即無機械手交換刀具兩種。刀具的交換方式及它們的具體結構直接影響機床的工作效率和可靠性。

1．無機械手交換刀具方式

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無機械手的換刀系統一般是采用把刀庫放在主軸箱可以運動到的位置，或整個刀庫或某一刀位能移動到主軸箱可以到達的位置，同時，刀庫中刀具的存放方向一般與主軸上的裝刀方向一致。換刀時，由主軸運動到刀庫上的換刀位置，利用主軸直接取走或放回刀具。

2．帶機械手交換刀具方式

采用機械手進行刀具交換方式在加工中心中應用最為廣泛。機械手是當主軸上的刀具完成一個工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一工步所需要的刀具從刀庫中取出來裝入主軸繼續進行加工的功能部件。

圖2-39a是單臂單爪回轉式機械手，帶一個夾爪的手臂可自由回轉，裝刀卸刀均靠這個夾爪進行，因此，換刀時間較長。

圖2-39b是單臂雙爪擺動式機械手，手臂上的一個夾爪只完成從主軸上取下“舊刀”送回刀庫的任務，而另一個夾爪則執行由刀庫取出“新刀”送到主軸的任務，其換刀時間較單爪回轉式機械手要短。

圖2-39c是雙臂回轉式機械手，手臂兩端各有一個夾爪，能夠同時完成抓刀→拔刀→回轉→插刀→返回等一系列動作。為了防止刀具掉落，各機械手的活動爪都帶有自鎖機構。由于雙臂回轉機械手的動作比較簡單，而且能夠同時抓取和裝卸機床主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間可進一步縮短，是最常用的一種形式。圖右邊的機械手在抓取刀具或將刀具送入刀庫主軸時，其兩臂可伸縮。

圖2-39d是雙機械手，相當于兩個單臂單爪機械手，它們相互配合完成自動換刀動作。

圖2-39e是雙臂往復交叉式機械手。這種機械手的兩臂可以進行往復運動，并交叉成一定的角度。一個手臂從主軸上取下“舊刀”送回刀庫，另一個手臂由刀庫中取出“新刀”裝入主軸，整個機械手可沿某導軌直線移動或繞某個轉軸回轉，以實現刀庫與主軸間的換刀動作。

圖2-39f是雙臂端面夾緊式機械手。它的特點是靠夾緊刀柄的兩個端面來抓取刀具，而其它機械手均靠夾緊刀柄的外圓表面抓取刀具。

備

注

二、刀庫

刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的，是自動換刀裝置中最主要的部件之一。

1．刀庫的類型

按刀庫的結構形式可分為圓盤式刀庫、鏈式刀庫和箱型式刀庫。圓盤式刀庫如圖2-40，結構簡單，應用也較多。但因刀具采用單環排列，空間利用率低，因此出現了將刀具在盤中采用雙環或多環排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴大，轉動慣量也增大，選刀時間也長。所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈式刀庫如圖2-41所示，適用于刀庫容量較大的場合。鏈的形狀可以根據機床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當需要增加鏈式刀庫的刀具容量時，只需增加鏈條的長度，在一定范圍內，無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數量30~120把時都采用鏈式刀庫。箱型式刀庫的結構

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也比較簡單，有箱型和線型兩種，如圖2-42，圖2-43。箱型刀庫一般容量比較大，刀庫的空間利用率較高，換刀時間較長，往往用于加工單元式加工中心。線型刀庫容量小，一般在十幾把刀左右，多用于自動換刀的數控車床，數控鉆床也有采用。

另外，按設置部位的不同刀庫可以分為頂置式、側置式、懸掛式和落地式等

備

注

多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫（簡稱刀庫）和主軸箱刀庫。

2．刀庫的容量

確定刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。對若干種工件進行分析表明，各種加工所必需的刀具數量是：4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數目統計，則80％的工件（中等尺寸，復雜程度一般）完成全部加工任務所需的刀具數為40種以下。所以對于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀庫就能夠滿足70％~95％工件的加工需要。

3．刀庫的選刀方式

目前，加工中心刀庫使用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種

順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調刀。加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復使用。這樣就會增加刀具的數量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩定。其優點是刀庫的驅動和控制都比較簡單。因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型自動換刀裝置。

隨著數控系統的發展，目前絕大多數的數控系統都具有刀具任選功能。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識別的編碼條，如圖2-44，一般都是根據二進制編碼原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，并對每把刀具編碼。由于每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以放在刀庫中的任何一個刀座內，這樣不僅刀庫中的刀具可以在不同的工序中多次重復使用，而且換下的刀具也不用放回原來的刀座，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應地減少。而且還可以避免由于刀具順序的差錯所造成的事故。但是由于每把刀具上都帶有專用的編碼系統，使刀具的長度加長，制造困難，刀具剛度降低，同時使得刀庫和機械手的結構也變得復雜。對于刀套

二、刀庫

刀庫是用來儲存加工刀具及輔助工具的，是自動換刀裝置中最主要的部件之一。

1．刀庫的類型

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按刀庫的結構形式可分為圓盤式刀庫、鏈式刀庫和箱型式刀庫。圓盤式刀庫如圖2-40，結構簡單，應用也較多。但因刀具采用單環排列，空間利用率低，因此出現了將刀具在盤中采用雙環或多環排列的形式，以增加空間利用率。但這樣使刀庫的外徑擴大，轉動慣量也增大，選刀時間也長。所以，圓盤式刀庫一般用于刀具容量較小的刀庫。鏈式刀庫如圖2-41所示，適用于刀庫容量較大的場合。鏈的形狀可以根據機床的布局配置，也可將換刀位突出以利于換刀。當需要增加鏈式刀庫的刀具容量時，只需增加鏈條的長度，在一定范圍內，無需變更刀庫的線速度及慣量。一般刀具數量30~120把時都采用鏈式刀庫。箱型式刀庫的結構也比較簡單，有箱型和線型兩種，如圖2-42，圖2-43。箱型刀庫一般容量比較大，刀庫的空間利用率較高，換刀時間較長，往往用于加工單元式加工中心。線型刀庫容量小，一般在十幾把刀左右，多用于自動換刀的數控車床，數控鉆床也有采用。

另外，按設置部位的不同刀庫可以分為頂置式、側置式、懸掛式和落地式等

備

注

多種類型。按交換刀具還是交換主軸，刀庫可分為普通刀庫（簡稱刀庫）和主軸箱刀庫。

2．刀庫的容量

確定刀庫的容量首先要考慮加工工藝的需要。對若干種工件進行分析表明，各種加工所必需的刀具數量是：4把銑刀可完成工件95％左右的銑削工藝，10把孔加工刀具可完成70％的鉆削工藝，因此，14把刀的容量就可完成70％以上工件的鉆銑工藝。如果從完成工件的全部加工所需的刀具數目統計，則80％的工件（中等尺寸，復雜程度一般）完成全部加工任務所需的刀具數為40種以下。所以對于一般的中、小型立式加工中心，配有14~30把刀具的刀庫就能夠滿足70％~95％工件的加工需要。

3．刀庫的選刀方式

目前，加工中心刀庫使用的選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種

順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具按照工藝要求依次插入刀庫的刀套中，順序不能有差錯。加工時按順序調刀。加工不同的工件時必須重新調整刀庫中的刀具順序，因而操作十分繁瑣，而且加工同一工件中各工序的刀具不能重復使用。這樣就會增加刀具的數量，而且由于刀具的尺寸誤差也容易造成加工精度的不穩定。其優點是刀庫的驅動和控制都比較簡單。因此這種方式適合加工批量較大、工件品種數量較少的中、小型自動換刀裝置。

隨著數控系統的發展，目前絕大多數的數控系統都具有刀具任選功能。任選刀具的換刀方式可以有刀套編碼、刀具編碼和記憶等方式。刀具編碼或刀套編碼都需要在刀具或刀套安裝用于識別的編碼條，如圖2-44，一般都是根據二進制編碼原理進行編碼。刀具編碼選刀方式采用了一種特殊的刀柄結構，并對每把刀具編碼。由于每把刀具都具有自己的代碼，因而刀具可以放在刀庫中的任何一個刀座內，這樣不僅刀庫中的刀具可以在不同的工序中多次重復使用，而且換下的刀具也不用放回原來的刀座，這對裝刀和選刀都十分有利，刀庫的容量也可以相應地減少。而且還可以避免由于刀具順序的差錯所造成的事故。但是由于每把刀具

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上都帶有專用的編碼系統，使刀具的長度加長，制造困難，刀具剛度降低，同時使得刀庫和機械手的結構也變得復雜。對于刀套編碼的方式，一把刀具只對應一個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。因此，無論是刀具編碼還是刀套編碼都給換刀系統帶來麻煩。目前在加工中心上絕大多數都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式是第一次給刀庫裝刀時，告訴控制系統刀庫中的每個刀套號和該刀套上的刀具號，刀具在使用中不一定被送還到原來的刀套上，但是控制系統仍能記住該刀具號所在的新刀套號。這種方式有利于縮短換刀、選刀時間。由于這種方式經常改變刀具號與刀套的對應關系，所以在重新啟動機床時必須使刀庫回零，校驗一下顯示器上顯示的內容與實際刀具的情況。

刀庫選刀方式一般采用就近移動原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時，都要向距離換刀最近的方向移動，以節省選刀時間。

備

注

三、實例

這是JCS-018A加工中心的自動換刀裝置。1．自動換刀工作過程

（1）刀套下轉90°

本機床的刀庫位于立柱左側，刀具在刀庫中的安裝方向與主軸垂直，如圖2-45所示。換刀之前，刀庫2轉動將待換刀具5送到換刀位置，之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

（2）機械手轉75°

如K向視圖所示，在機床切削加工時，機械手1的手臂與主軸中心到換刀位置的刀具中心線的連線成75°，該位置為機械手的原始位置。機械手換刀的第一個動作是順時針轉75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

（3）刀具松開

機械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動夾緊機構松開刀具。

（4）機械手拔刀

機械手下降，同時拔出兩把刀具。

（5）交換兩刀具位置

機械手帶著兩把刀具逆時針轉180°（從K向觀察），使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

（6）機械手插刀

機械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。（7）刀具夾緊

刀具插入主軸錐孔后，刀具的自動夾緊機構夾緊刀具。（8）液壓缸復位

液壓缸復位驅動機械手逆時針轉180°的液壓缸復位，機械手無動作。

（9）機械手反轉75°

機械手反轉75°，回到原始位置。

（10）刀套上轉 90°

刀套帶著刀具向上翻轉90°，為下一次選刀做準備。2．機械手傳動過程

本機床上使用的換刀機械手為雙臂回轉式機械手。圖2-46為機械手傳動結構示意圖，它是目前加工中心上用得較多的一種。這種機械手的拔刀、插刀動作大都由油缸完成。根據結構要求可以采取“油缸動、活塞固定”或“活塞動、油缸

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固定”的結構形式。它的手臂的回轉動作通過活塞帶動齒條齒輪傳動來實現，并且活塞的可調行程來保證機械手臂的不同回轉角度。

3．刀庫結構

圖2-47是本機床盤式刀庫的結構簡圖。如圖a所示，當數控系統發出換刀指令后，直流伺服電動機1接通，其運動經過十字聯軸節

2、蝸桿

4、蝸輪3傳到如圖b所示的刀盤14，刀盤帶動其上面的16個刀套13轉動，完成選刀的工作。每個刀套尾部有一個滾子11，當待換刀具轉到換刀位置時，滾子11進入撥叉7的槽內。同時氣缸5的下腔通壓縮空氣（如圖a所示），活塞桿6帶動撥叉7上升，放開位置開關9，用以斷開相關的電路，防止刀庫、主軸等有誤動作。如圖 b所示，撥叉 7在上升的過程中，帶動刀套繞著銷軸 12逆時針向下翻轉 90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。

刀套下轉90°后，撥叉7上升到終點，壓住定位開關10，發出信號使機械手抓刀。通過圖a中的螺桿8，可以調整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對主軸軸線的位置。

備

注

第七節

輔助裝置

一、數控機床的液壓和氣動系統

1．數控機床中的液壓和氣動裝置功能

液壓和氣動裝置在數控機床中一般完成如下輔助功能

（1）自動換刀所需的動作。如機械手的伸、縮、回轉和擺動以及刀具的松開和拉緊動作。

（2）主軸的自動松開、夾緊。

（3）機床運動部件的制動和離合器的控制，齒輪的撥叉掛檔等。（4）機床的潤滑、冷卻、防護罩、門的自動開關。（5）工作臺的松開夾緊，交換工作臺的自動交換動作等。

（6）機床運動部件的平衡。如機床主軸箱的重力平衡、刀庫機械手的平衡等。

2．數控機床中的液壓裝置

圖2-48所示為數控車床液壓系統原理圖。液壓系統采用單向變量液壓泵，系統壓力調整至4MPa，由壓力表顯示。泵出口的壓力油經過單向閥進入控制油路。機床的卡盤夾緊與松開、夾盤夾緊力的高低壓轉換、回轉刀架的松開與夾緊、刀架刀盤的正轉反轉、尾座套筒的伸出與退回動作都是由液壓系統驅動的，數控系統的PC控制液壓系統中各電磁閥電磁鐵的動作。

2位四通電磁閥1控制主軸卡盤的夾緊與松開，電磁閥2控制卡盤的高壓夾緊與低壓夾緊的轉換。當卡盤處于正卡（也稱外卡）且在高壓夾緊狀態下，夾緊力的大小由減壓閥6來調整，由壓力表12顯示卡盤壓力。系統壓力油經減壓閥6→電磁閥2（左位）→電磁閥1（左位）→液壓缸右腔，活塞桿左移，卡盤夾緊。

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這時液壓缸左腔的油液經閥1（左位）直接回油箱。反之，系統壓力油經減壓閥6→電磁閥2（左位）→電磁閥1（右位）→液壓缸左腔，活塞桿右移，卡盤松開。這時液壓缸右腔的油液經閥1（右位）直接回油箱。當卡盤處于正卡且在低壓夾緊狀態下，夾緊力的大小由減壓閥7來調整。系統壓力油經減壓閥7→電磁閥2（右位）→電磁閥1（左位）→液壓缸右腔，卡盤夾緊。反之，系統壓力油經減壓閥7→電磁2（右位）→電磁閥1（右位）→液壓缸左腔，卡盤松開。也可對刀架轉位、刀盤松開夾緊及尾座套筒動作的控制進行分析。

備

注

二、排屑裝置

1．排屑裝置在數控機床中的作用

切屑占用加工區域，如果不及時清除必然會覆蓋或纏繞在工件和刀具上，使自動加工無法繼續進行。此外，熾熱的切屑向機床或工件散發熱量，使機床或工件產生變形，影響加工的精度。因此迅速、有效地排除切屑對數控機床加工來說十分重要，而排屑裝置正是完成該工作的必備附屬裝置。排屑裝置的主要作用是將切屑從加工區域排出到數控機床之外。

2．排屑裝置的種類

（1）平板鏈式排屑裝置，圖2-49a。該裝置以滾動鏈輪牽引鋼質平板鏈帶在封閉箱中運轉，加工中的切屑落到鏈帶上而被帶出機床。這種裝置能排除各種形狀的切屑，適應性強，各類機床都能采用。在車床上使用時多與機床的冷卻液箱合為一體，以簡化機床結構。

（2）刮板式排屑裝置，圖2-49b。該裝置的傳動原理與平板鏈式的基本相同，只是鏈板不同，它的鏈板帶有刮板。這種裝置常用于輸送各種材料的短小切屑，排屑能力較強。但因負載大而需采用較大功率的驅動電動機。

（3）螺旋式排屑裝置，圖2-49c。該裝置采用電動機，經減速裝置驅動安裝在溝槽中的長螺旋桿。螺旋桿轉動時，溝槽中的切屑即被螺旋桿推動而連續向前運動，最終排入切屑收集箱中。螺旋式排屑裝置占用空間小，適于安裝在機床與立柱間空隙狹小的位置上，而且它結構簡單，排屑性能良好。但這種裝置只適于沿水平或小角度傾斜直線方向排運切屑，不能大角度傾斜、提升或轉向排屑。

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編碼的方式，一把刀具只對應一

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個刀套，從一個刀套中取出的刀具必須放回同一刀套中，取送刀具十分麻煩，換刀時間長。因此，無論是刀具編碼還是刀套編碼都給換刀系統帶來麻煩。目前在加工中心上絕大多數都使用記憶式的任選換刀方式。這種方式是第一次給刀庫裝刀時，告訴控制系統刀庫中的每個刀套號和該刀套上的刀具號，刀具在使用中不一定被送還到原來的刀套上，但是控制系統仍能記住該刀具號所在的新刀套號。這種方式有利于縮短換刀、選刀時間。由于這種方式經常改變刀具號與刀套的對應關系，所以在重新啟動機床時必須使刀庫回零，校驗一下顯示器上顯示的內容與實際刀具的情況。

刀庫選刀方式一般采用就近移動原則，即無論采取哪種選刀方式，在根據程序指令把下一工序要用的刀具移到換刀位置時，都要向距離換刀最近的方向移動，以節省選刀時間。

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注

三、實例

這是JCS-018A加工中心的自動換刀裝置。1．自動換刀工作過程

（1）刀套下轉90°

本機床的刀庫位于立柱左側，刀具在刀庫中的安裝方向與主軸垂直，如圖2-45所示。換刀之前，刀庫2轉動將待換刀具5送到換刀位置，之后把帶有刀具5的刀套4向下翻轉90°，使刀具軸線與主軸軸線平行。

（2）機械手轉75°

如K向視圖所示，在機床切削加工時，機械手1的手臂與主軸中心到換刀位置的刀具中心線的連線成75°，該位置為機械手的原始位置。機械手換刀的第一個動作是順時針轉75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸3上的刀柄。

（3）刀具松開

機械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動夾緊機構松開刀具。

（4）機械手拔刀

機械手下降，同時拔出兩把刀具。

（5）交換兩刀具位置

機械手帶著兩把刀具逆時針轉180°（從K向觀察），使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。

（6）機械手插刀

機械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。（7）刀具夾緊

刀具插入主軸錐孔后，刀具的自動夾緊機構夾緊刀具。（8）液壓缸復位

液壓缸復位驅動機械手逆時針轉180°的液壓缸復位，機

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械手無動作。

（9）機械手反轉75°

機械手反轉75°，回到原始位置。

（10）刀套上轉 90°

刀套帶著刀具向上翻轉90°，為下一次選刀做準備。2．機械手傳動過程

本機床上使用的換刀機械手為雙臂回轉式機械手。圖2-46為機械手傳動結構示意圖，它是目前加工中心上用得較多的一種。這種機械手的拔刀、插刀動作大都由油缸完成。根據結構要求可以采取“油缸動、活塞固定”或“活塞動、油缸固定”的結構形式。它的手臂的回轉動作通過活塞帶動齒條齒輪傳動來實現，并且活塞的可調行程來保證機械手臂的不同回轉角度。

3．刀庫結構

圖2-47是本機床盤式刀庫的結構簡圖。如圖a所示，當數控系統發出換刀指令后，直流伺服電動機1接通，其運動經過十字聯軸節

2、蝸桿

4、蝸輪3傳到如圖b所示的刀盤14，刀盤帶動其上面的16個刀套13轉動，完成選刀的工作。每個刀套尾部有一個滾子11，當待換刀具轉到換刀位置時，滾子11進入撥叉7的槽內。同時氣缸5的下腔通壓縮空氣（如圖a所示），活塞桿6帶動撥叉7上升，放開位置開關9，用以斷開相關的電路，防止刀庫、主軸等有誤動作。如圖 b所示，撥叉 7在上升的過程中，帶動刀套繞著銷軸 12逆時針向下翻轉 90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。

刀套下轉90°后，撥叉7上升到終點，壓住定位開關10，發出信號使機械手抓刀。通過圖a中的螺桿8，可以調整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對主軸軸線的位置。

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哦哦

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第四篇：第12章典型零件加工工藝作業

第12章典型零件加工工藝作業

1．頂尖在軸類零件加工中起什么作用？在什么情況下需進行頂尖孔的修答：軸類零件最常用兩中心孔為定位基準，既符合基準重合的原則，并能夠研？有哪些修研方法？

在一次裝夾中加工出全部外圓及有關端面，又符合基準統一的原則，所以頂尖在軸類零件加工中上重要的定位元件，起主要起定位作用。

當加工高精度軸類零件時，中心孔的形狀誤差會影響到加工表面的加工精度，另一方面，當零件進行熱處理后，中心孔表面會出現一定的變形，因此，要在各個加工階段對中心孔進行修研。

修研的方法有三種：用硬質合金頂尖修研；用油石、橡膠砂輪或鑄鐵頂尖修研；用中心孔磨床磨削。

2．主軸的機械加工工藝路線大致過程是怎樣安排的？

答：機床主軸一般是結構復雜，精度要求較高，其機械加工工藝路線為：備料-正火-車端面和鉆中心孔-粗車各外圓-調質-半精車-精車-表面淬火-粗、精磨外圓表面-磨內錐孔等幾個主要工序。

3．分析主軸加工工藝過程中如何體現基準統一、基準重合、互為基準的原答：主軸在加工過程中，各主要加工表面的精加工均采用錐心軸或錐堵等代則？它們在保證主軸的精度要求中都起了什么重要作用？

替內孔軸線，采用兩頂尖支承定位。一般在精加工完兩端的錐孔后，兩端用錐堵中心孔定位作為定位基準，這樣充分體現了基準統一和基準重合的原則； 而在精加工兩端錐堵時，又是以軸上的精加工的主要加工外圓作為基準的，體現了互為基準的原則。通過采用這些加工措施，充分保證了主軸的軸頸相對于支承軸頸的同軸度和端面對軸心線的垂直度等相互位置精度。

4．精磨主軸內錐孔的工序是怎樣進行？

答：主軸錐孔對主軸支承軸頸的徑向跳動，是機床的主要精度指標，因而錐孔的磨削是主軸加工的關鍵工序之一。在精磨主軸內錐孔時在專用的磨主軸錐孔夾具上進行。如圖1所示。

前后支架和底座固定在一起前支架由帶錐度的巴氏合金襯套支撐主軸工件前錐軸頸，后支架由鑲有尼龍的頂塊支撐工件。必須保證工件軸線與砂輪軸線等高，以免將錐孔母線磨成了曲線。浮動夾頭的錐柄裝在磨床主軸的錐孔內，工件尾端夾于卡頭彈性套內，用彈簧把彈性套連同工件向左拉，并通過鋼球壓向鑲有硬質合金的錐柄端面以限制工件的軸向竄動。

圖1 磨主軸錐孔夾具

1一彈性套；2一鋼球；3一彈簧；4一浮動夾頭：5一底座；6一支承架

5．箱體零件的結構特點及主要技術要求有哪些？這些要求對保證箱體零件答：箱體是機器中箱體部件的基礎零件，由它將有關軸、套和齒輪等零件組在機器中的作用和機器的性能有何影響？

裝在一起，使其保持正確的相互位置關系，彼此按照一定的傳動關系協調運動。箱體零件的結構特點是：構造比較復雜，箱壁較薄且不均勻，內部呈腔形，在箱壁上既有許多精度較高的軸承支承孔和平面，也有許多精度較低的緊固孔。箱體類零件需要加工的部位較多，加工的難度也較大。其主要技術要求有：（1）支承孔的精度和表面粗糙度。箱體上軸承支承孔應有較高的尺寸精度和形狀精度以及較小的表面粗糙度值，否則，將影響軸承外圈與箱體上孔的配合精度，使軸的旋轉精度降低，若是機床主軸支承孔，還會影響其加工精度。

（2）支承孔之間的孔距尺寸精度及相互位置精度。箱體上有齒輪嚙合關系的相鄰孔之間，應有一定的孔距尺寸精度及平行度的要求，否則會使齒輪的嚙合精度降低，工作時產生噪聲和振動，并降低齒輪使用壽命，箱體上同軸線孔應有一定的同軸度，否則不僅給軸的裝配帶來困難，還會使軸承磨損加劇，溫度升高，影響機器的工作精度和正常運轉。

（3）主要平面精度和表面粗糙度。箱體的主要平面是裝配基準面和加工中的定位基準面，它們應有較高的平面度和較小的表面粗造度數值，否則將影響箱體與機器總裝時的相對位置和接觸剛度以及加工中的定位精度。

（4）支承孔與主要平面的尺寸精度和相互位置精度。箱體上支承孔對裝配基面要有一定的尺寸精度和平行度要求，對端面要有一定的垂直度要求。如果車床床頭箱主軸孔軸心線對裝配基面在水平面內有偏斜，則加工時會使工件產生錐度。

只有滿足了這些技術要求才能保證箱體上孔的配合精度、相對位置精度和接6．孔系加工方法有哪幾種？舉例說明各加工方法的特點及其適用性。答：孔系是指一系列具有相互位置精度要求的孔.箱體零件的孔系主要有平行（1）平行孔系的加工。平行孔系的主要技術要求是各平行孔軸心線之間及中心線與基準面之間的尺寸精度和相互位置精度。加工中常用找正法，鏜模法和坐標法。找正法是在通用機床上加工箱體類零件使用的方法，可分為劃線找正法，心軸塊規找正法和樣板找正法，適用于單件小批量生產。用樣板找正法時，樣板上孔系的孔距精度比工件孔系的孔距精度高，孔徑比工件的孔徑大。將樣板裝在工件上，用裝在機床主軸上的千分表定心器，按樣板逐一找正機床主軸的位置進行加工。該方法找正快，不易出錯，工藝裝備簡單，孔距精度可達上±0．05 mm，常用于加工較大工件。

用鏜模法加工孔系時，工件裝夾在鏜模上，鏜桿由模板上的導套支承。加觸剛度，使軸裝配較為容易。

系、同軸系和交叉孔系。

工時，鏜桿與機床主軸浮動連接。影響孔系的加工精度主要是鏜模的精度。用鏜模法孔距精度較高，這種方法定位夾緊迅速，不需找正，生產效率高，普遍應用于成批和大量生產中。

坐標法鏜孔是在普通鏜床、立式銑床和坐標鏜床上，借助測量裝置。按孔系間相互位置的水平和垂直坐標尺寸，調整主軸的位置，來保證孔距精度的鏜孔方法。孔距精度取決于主軸沿坐標軸移動的精度。可用于加工孔距精度要求特別高的孔系，如鏜模、精密機床箱體等零件的孔系。

（2）同軸孔系加工。同軸孔系的主要技術要求是孔的同軸度。保證孔的同軸度有如下方法：1）鏜模法；在成批生產中，采用鏜模加工，其同軸度由鏜模保證。2）利用已加工過的孔作支承導向法；這種方法是在前壁上加工完畢的孔內裝入導向套，支承和引導鏜桿加工后壁上的孔，3）利用鏜床后立柱上的導向套支承鏜桿法；用這種方法加工時鏜桿為兩端支承，剛度好，但后立柱導套位置的調整復雜，且需較長的鏜桿。該方法適用于大型箱體的孔系加工。4）采用調頭鏜法。當箱體箱壁距離較大時，可采用調頭錘法。即工件一次安裝完畢，鏜出一端孔后，將工件臺回轉1800，再鏜另一端的同軸線孔。這種加工方法錘桿懸伸短，剛性好，但調整工作臺的回轉時，保證其回轉精度較麻煩。（3）交叉孔系的加工。交叉孔系的主要技術要求是各孔的垂直度，主要采用機床本身的回轉精度和光學瞄準器定位等方法加工。

7．舉例說明安排箱體加工順序時，一般應遵循哪些主要原則？

答：為了便于安裝，箱體一般采用分離式的。分離式箱體的主要加工部位有：軸承支承孔，接合面、端面及底面等。

整個加工過程分為兩個大的階段，先對箱蓋和底座分別進行加工，然后對裝配好的箱體進行整體加工。第一階段主要完成平面，連接孔、螺紋孔和定位孔的加工，為箱體的對合裝配做準備。第二階段為在對合裝配后的箱體上加工軸承孔及端面，在兩個階段之間安排鉗工工序，將箱蓋與底座合成箱體，用錐銷定位，使其保持一定的相互位置，以保證軸承孔的加工精度和拆裝后的精度。這樣安排符合箱體加工中的先加工平面、后加工支承孔的原則，也符合粗加工與精加工分開的原則，可以保證箱體軸承孔的加工精底和軸承孔的中心高等尺寸達到要求。

為了保證達到這些要求，加工底座的結合面時，應以底面為精基準，這樣可使結合面加工時的定位基準與設計基準重臺，有利于保證結合面至底面的尺寸精度和位置精度。箱體對合裝配后加工軸承孔時，仍以底面為主要定位基準，并與底面上的兩定位銷孔組成一面兩孔的定位方式，既符合基準統一的原則，也符合基準重合的原則，有利于保證軸承孔軸心線與結合面的重合度和與安裝基面的尺寸精度及位置精度。

8．怎能樣防止薄壁套筒受力變形對加工精度的影響？

答：為防止薄壁套筒受力變形，在加工時要注意以下幾點：①為減少切削力和切削熱的影響，粗、精加工應分開進行。使粗加工產生的熱變形在精加工中可以得到糾正。并應嚴格控制精加工的切削用量，以減少零件加工時的變形。

②減少夾緊力的影響，工藝上可以采取以下措施：改變夾緊力的方向，即變徑向夾緊為軸向夾緊，使夾緊力作用在工件剛性較好的部位；當需要徑向夾緊時，為減少夾緊變形和使變形均勻，應盡可能使徑向夾緊力沿圓周均勻分布，加工中可用過渡套或彈性套及扇形夾爪來滿足要求；或者制造工藝凸邊或工藝螺紋，以減少夾緊變形。

③為減少熱處理變形的影響，熱處理工序應置于粗加工之后、精加工之前，以便使熱處理引起的變形在精加工中得以糾正。

9．深孔加工中首先應解決哪幾個主要問題，兩種排屑方式的特點如何？ 答：鉆深孔時，要從孔中排出大量的切屑，同時又要向切削區注放足夠的冷卻潤滑液。普通鉆頭由于排屑空間有限，冷卻液進出通道沒有分開，無法注入高壓冷卻液。所以，冷卻、排屑是相當困難的。另外，孔越深，鉆頭就越長，刀桿剛性也越差，鉆頭易產生歪斜，影響加工精度與生產率的提高。所以，深孔加工中必須首先解決排屑、導向和冷卻毫米幾個主要問題，以保證鉆孔精度。保持刀具正常工作，提高刀具壽命和生產率。

常用的排屑方式有外排屑和內排屑兩種，外排屑時，刀具結構簡單，不需用專用設備與專用輔具，排屑空間較大，但切屑排出時易劃傷孔壁。內排屑時，將增大刀桿外徑，提高刀桿剛度，有利于提高進給量和生產率。冷卻排屑效果較好，刀桿穩定，可提高孔的精度和降低孔的表面粗糙度值。

10．滾齒與插齒加工分別用于什么場合？

答：滾齒用于加工精度在7～9級，最高可達4～5級，齒面Ra為1.6～0.4微米的外齒輪；插齒機主要加工精度在7～8，最高可達6，齒面Ra為1.6～0.2米的外齒輪的雙連具輪和內齒輪。滾齒是在滾齒機上進行，主要用于滾切直齒和斜齒外嚙合圓柱齒輪及蝸輪的輪齒。滾齒的加工精度一般在7～9級，最高可達4～5級，齒面粗糙度值Ra可達1.6～0.4μm。滾齒可作為剃齒或磨齒等齒形精加工之前的粗加工和半精加工。

插齒是在插齒機上進行，主要用于加工直齒圓柱齒輪的輪齒，尤其適合加工內齒輪和多聯齒輪的輪齒，還可加工斜齒輪、人字齒輪、齒條、齒扇及特殊齒形的輪齒。插齒加工精度一般在7～8級，最高可達6級，齒面粗糙度值Ra可達1.6～0.2μ m，可作為齒輪淬硬前的粗加工和半精加工。加工較大模數齒輪時，插齒因插齒機和插齒刀的剛性較差，切削時又有空行程存在，生產率比滾齒低；但加工較小模數齒輪，尤其是寬度較小的齒輪時，其生產率不低于滾齒。

11．剃齒原理是什么？它能提高齒輪工件哪些方面的精度？ 答：剃齒加工原理相當于一對斜齒輪副的嚙合過程，能進行剃齒切削的必要條件是齒輪副的齒面間有相對滑移，相對滑移的速度就是剃齒的切削速度。剃齒刀在加工過程中，在齒面上產生相對滑動，從齒面上刮下很薄的切屑，在嚙合過程中逐漸將余量切除。

剃齒能校正前一工序中留下的齒形誤差、基節誤差、相鄰周節誤差和齒圈的12．分析珩齒與磨齒有什么異同點？

答：珩齒的加工原理與剃齒相同，珩齒可修正齒形淬火后引起的變形，減小徑向圓跳動。

齒面表面粗糙度值，提高相鄰周節的精度，并能修正齒輪的短周期分度誤差，加工成本低、效率高。磨齒是精加工精密齒輪、特別是加工淬硬的精密齒輪的常用方法，對磨前齒輪的誤差或熱處理變形有較強的修正能力，但生產率比珩齒低得多，加工成本高，據齒面漸開線形成原理的不同，磨齒可分為成形磨齒和展成磨齒兩種。

13．對不同精度的圓柱齒輪，其齒形加工方案如何選擇？

答：齒輪加工的工藝路線一般為：毛坯制造與熱處理一齒坯加工一輪齒加工一齒端加工一輪齒熱處理一精基準修正一輪齒精加工一檢驗。

對8級精度以下的調質齒輪，用滾齒或插齒就能達到要求，對于淬火齒輪，可采用滾（或插）齒一齒端加工一熱處理一修正內孔的方案，但淬火前應將精度相應提高一級，或在淬火后珩齒。

對6～7級精度的齒輪，可用剃一珩齒方案，即滾齒（或插齒）一齒端加工一剃齒一表面淬火一修正基準一珩齒。也可用磨齒方案，即滾齒（或插齒）一齒端加工一滲碳淬火一修正基準一磨齒。剃一珩方案生產率高，廣泛用于7級精度齒輪的成批生產中；磨齒方案生產率較低，一般用于6級精度以上或低于6級精度但淬火后變形較大的齒輪。

對5級以上的高精度齒輪，一般應取磨齒方案。

第五篇：數控加工工藝與編程試題2

數控加工工藝與編程試題

注意事項

1.請在試卷的標封處填寫您的工作單位、姓名和準考證號

2.請仔細閱讀題目，按要求答題；保持卷面整潔，不要在標封區內填寫無關內容 3.考試時間為120分鐘

一、單項選擇題（請將正確答案的字母代號填在題后的括號中，每題1分，共40分，多選錯選不得分）

1.世界上第一臺數控機床是（）年研制出來的。A)1930 B)1947 C)1952 D)1958 2.數控機床的旋轉軸之一B軸是繞（）直線軸旋轉的軸。A)X軸 B)Y軸 C)Z軸 D)W軸

3.按照機床運動的控制軌跡分類，加工中心屬于（）。A)點位控制 B)直線控制 C)輪廓控制 D)遠程控制

4.鏜削精度高的孔時，粗鏜后，在工件上的切削熱達到（）后再進行精鏜。A)熱平衡 B）熱變形 C）熱膨脹 D)熱伸長

5.一般而言，增大工藝系統的（）才能有效地降低振動強度。A)B）強度 C）精度 D)硬度 6.高速切削時應使用（）類刀柄。

A)BT40 B）CAT40 C）JT40 D）HSK63A 7.刀具半徑補償指令在返回零點狀態是（）。

A)模態保持 B）暫時抹消 C）抹消 D）初始狀態

8.機床夾具，按（）分類，可分為通用夾具、專用夾具、組合夾具等。A)使用機床類型 B）驅動夾具工作的動力源 C)夾緊方式 D）專門化程度

9.零件如圖所示，鏜削零件上的孔。孔的設計基準是C面，設計尺寸為（100±0.15）mm。為裝夾方便，以A面定位，按工序尺寸L調整機床。工序尺寸280 mm、80 mm在前道工序中已經得到，在本工序的尺寸鏈中為組成環。而本工序間接得到的設計尺寸（100±0.15）為尺寸鏈的封閉環，尺寸80 mm和L為增環，280 mm為減環，那么工序尺寸L及其公差應該為（）。0.15?0.