机床结构与刀具

机床结构与刀具

机床结构

具车削加工是机械加工中应用最为广泛的方法之一，主要用于回转体零件的加工。车床的加工工艺类型主要包括：钻中心孔、车外圆、车端面、钻孔、镗孔、铰孔、切槽、车螺纹、滚花、车锥面、车成形面、攻螺纹，此外借助于标准夹具（如四爪单动卡盘）或专用夹具，在车床上还可完成非回转体零件上的回转表面加工。

根据被加工零件的类型及尺寸不同，车削加工所用的车床有卧式、立式、仿形、仪表等多种类型。按被加工表面不同，所用的车刀也有外圆车刀、端面车刀、镗孔刀、螺纹车刀、切断刀等不同类型。此外，恰当地选择和使用夹具，不仅可以可靠地保证加工质量，提高生产率，还可以有效地拓展车削加工工艺范围。

普通车床

结构

CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠丝杠和床身。

主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。

进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。

丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。

溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架、尾架和床身。

数控车床

一、数控车床类型

按结构分类

数控车床分为立式数控和卧式数控车床两种类型。

1）立式数控车床

用于回转直径较大的盘类零件的车削加工。

2）卧式数控车床

用于轴向尺寸较大或较小的盘类零件加工。相对与立式数控车床来说，卧式数控车床的结构形式较多、加工功能丰富、使用的面积较广。

卧式数控车床按功能来说可分为：经济型数控车床、普通型数控车床和车削加工中心。

A）经济型数控车床

采用的是步进电动机和单片机，是通过对普通的车床的车削进给系统改善后形成的简易型数控车床，成本较低，但是自动化程度和功能都比较差，加工的精度也不高，适用于要求不太高的回转类零件的车削加工。

B）通数控车床

根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床加工可以同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。

C）车削加工中心

在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动立头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制可以是（X、Z）、（Z、C）、或（X、C）。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大的增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。

二、数控车床的基本原理

普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床是将遍好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过控制车床X 、

Z 坐标轴的伺服电机去控制车床运动部件的动作顺序,移动量和进给速度，再配以主轴的转速和转向，便能加工出各种不同形状的轴类和盘类回转体零件。

三、数控车床的组成

数控车床由数控系统和机床本体组成，数控系统包括控制电源，伺服控制器，主机，主轴编码器,图像管显示器等组成。机床本体包括床身、电动机、主轴箱、电动回转刀架、进给传动系统、冷却系统、润滑系统、安全保护系统等组成。

四、数控车床结构特点：

1、由于数控车床刀架的两个方向运动分别由伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂链、光杆等传动部件，用伺服电动机直接与丝杆联结带动刀架运动。伺服电动机丝杆间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。

2、多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与数控系统高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。

3、数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杆副，滚珠丝杆副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杆两端安装的滚动轴承要大的多，这种专用轴承配对安装，是选配的，最

好在轴承出厂时就是成对的。

4、为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。

5、由于数控车床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用的是镶刚导轨，这样精度保持比较长、使用是寿命也加长。

6、数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点。自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。

7、数控车床一般还配有自动排屑装置。

刀具(车刀)

一、车刀的组成

车刀由刀体和刀柄两部分组成，刀体担负切削任务，因此又叫切削部分。刀柄的任务是把车刀装夹在刀架上。如下图2-1：

图2-1

1)前刀面切屑排出时经过的表面。

2)后刀面后刀面又分主后刀面和副后刀面。主后刀面是和工件

上过渡表面相对的车刀刀面;副后刀面是和工件上已加工表面相对的车刀刀面。

3)主切削刃前刀面和主后刀面相交的部位，它负担着主要切削

任务。

4)副切削刃前刀面和副后刀面相交的部位，它负担着车刀次要

的切削任务。

5)刀尖主切削刃和副切削刃相交的部位。为提高刀尖的强度，

常把刀尖部分磨成圆弧型或着直线型，圆弧或直线部分的刀刃叫过渡刃。

6)修光刀副切削刃前段近刀尖处的一段平直刀刃叫修光刀。装

夹车刀时只有把修光刃与进给方向平行，且修光刃的长度大于进给量时才能起到修光工件表面的作用。

二、车刀角度标注中的三个辅助平面

测量车刀角度的辅助平面，为较准确测量车刀的几何角度，假设了三个辅助平面，即切削平面，基面和截面。如图示2-2：

图2-2

1)切削平面P s过车刀主切削刃上一个选定点，并与工件过渡

表面相切的平面叫切削平面。

2)基面P r过车刀主切削刃上一个选定点，并与该点切削速度

方向垂直的平面叫基面。

3)截面截面有主截面P o和副截面P o′之分。过车刀主切削

刃上一个选定点，垂直于过该点的切削平面与基面的平面叫主截面。

切削平面，基面和截面互相垂直，构成一个空间直角坐标系。

三、车刀角度及其选择

如图2-3，车刀各角度都标出：

图2-3

1、前角的选择

1)前角的作用

a.前角主要影响车刀的锋利程度，切削力的大小与切削变形的大小。增大前角，则车刀锋利，切削力减小，切削变形小。

b.影响车刀强度，受力情况和散热条件。前角增大，车刀楔角减小，使刀头强度减小，散热体积减小，从而散热条件变差，易使切削温度升高。

c.影响加工表面质量。前角增大，刃口锋利，摩擦力小，可避免积屑瘤产生，提高表面质量。

2)前角正负的确定

正前角：当前刀面与切削平面之间的夹角小于90度时为正前角。

负前角：当前刀面与切削平面之间的夹角大于90度时为负前角。

3)前角的选择

前角的选择原则是在刀具强度允许的条件下，尽量选取较大的前角。具体选择时，应根据工件的材料，刀具材料，加工性质等因素选取合理的前角。

a.加工脆性材料或硬度较高的材料时应选较小的前角，加工塑性

材料或硬度较低的材料时应选较大的前角。

b.高速钢材料的车刀前角一般应大于硬质合金材料的车刀前角。

c.精加工时应选较大的前角，粗加工时应选较小的前角。

2、后角的选择

1)后角的作用

a.减小后刀面与过渡表面的摩擦，提高工件的表面质量，延长车刀的表面寿命。

b.增大后角可使车刀刃口锋利，但后角过大会使楔角减小，易造成车刀强度减小、散热条件变差和磨损加快等不利现象。

2)后角正负的确定

正后角：当后刀面和基面之间的夹角小于90°时为正后角。

负后角：当后刀面和基面之间的夹角大于90°时为负后角。

3)后角的选择

a.粗车时，切削深、进给快，要求车刀有足够的强度，应选择较

小的后角。

b.精车时，为减小后面和工件过渡表面之间的摩擦，保持刃口锋利，应选较大后角。

c.断续切削或切削力较大时应选取较小的后角。

3、主偏角与副偏角的选择

1)主偏角的作用

主偏角主要影响车刀的散热条件、影响轴向切削力和径向切削力之比及断屑情况。增大主偏角，车刀散热条件变差，径向力减小而轴向力增大，切削厚度增大易断屑。

2)主偏角的选择

当工件刚性较差时应选择较大的主偏角；车削细长轴，为减小径向力应选较大主偏角；车削硬度高的工件时应选择较小的主偏角。

3)副偏角的作用于选择

副偏角主要影响副切削刃和工件已加工表面之间的摩擦，影响车刀强度和工件的表面粗糙度。粗车时应选稍大一点的副偏角，而精车时应选较小的副偏角。

4、刃倾角的选择

1)刃倾角的正负

刃倾角有正值、零度和负值三种。当车刀尖位于主切削刃最高点时为正值刃倾角；当主切削刃和基面平行时为零度刃倾角；当刀尖位