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  • 機械制造工藝編制及實施(第2版)
    該商品所屬分類:工業技術 -> 機械/儀表工業
    【市場價】
    497-720
    【優惠價】
    311-450
    【作者】 馬敏莉、陳廣健、肖紅升、陳旭東、陳振玉 
    【所屬類別】 圖書  教材  高職高專教材  機械電子圖書  工業技術  機械/儀表工業  機械制造工藝 
    【出版社】清華大學出版社 
    【ISBN】9787302446187
    【折扣說明】一次購物滿999元台幣免運費+贈品
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    內容介紹



    開本:16開
    紙張:膠版紙
    包裝:平裝-膠訂

    是否套裝:否
    國際標準書號ISBN:9787302446187
    叢書名:高職高專機械設計與制造專業規劃教材

    作者:馬敏莉、陳廣健、肖紅升、陳旭東、陳振玉
    出版社:清華大學出版社
    出版時間:2016年09月 


        
        
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    產品特色

    編輯推薦

    本書具有以下幾個特點。(1) 根據企業的工作崗位和工作任務,開發設計以工作過程為導向,具有"工學結合"特色的課程體繫,具有明顯的"職業"特色,實現了實踐技能與理論知識的整合,將工作環境與學習環境有機地結合在一起。(2) 體現以工藝規程編制應用能力的培養為主線、相關知識為支撐的編寫思路,注重理論聯繫實際,突出應用。都有工作情景的引入和情景任務實施及檢查,並且都具有拓展實訓和工程實踐常見問題的解析,有利於幫助學生掌握知識、提高解決工程問題的能力。(3) 按照學生的認知規律和職業成長規律合理編排教材內容,第1章主要介紹基礎知識,第2~5章主要介紹軸、套、箱體、齒輪類零件的工藝編制及實施,第6章主要介紹裝配工藝的編制及實施,各學校可根據學時數和不同專業的需要進行取舍。為便於學生自學和鞏固所學內容,各章均有相關思考與練習習題和拓展訓練。(4) 突出教材的關聯性。本書選用的工作情景均選自企業產品8E160C-J機油泵的零件和部件,零件與零件之間、零件與部件之間具有關聯性。本書第1版已經使用了4年,實際使用效果較好,受到師生的廣泛好評。但隨著機械制造工藝技術的發展,機械制造技術在不斷更新,第1版教材已不能滿足學習和工作的需要,我們通過修訂來反映和融入新標準、新技術要求,滿足高職院校對人纔培養目標的需要。教材第1版中都配有實際工作場景導入和拓展實訓,但企業生產用零件圖數量偏少,訓練案例單一,同時工作場景導入、計劃、實施與檢查、評價與討論還不夠完善,缺乏專業能力自評和互評、職業核心能力自評和互評等。針對上述情況並結合江蘇省高等學校"十二五"重點教材建設的要求,對第1版《機械制造工藝編制及實施》教材進行了修訂、調整,以保證新的教學改革順利進行和滿足人纔培養新目標的迫切需要。第2版融入了*的國內外相關標準,增加了大量企業真實產品案例,將職業崗位要求和職業標準具體化,增加學生專業能力自評和互評、職業核心能力自評和互評,完善評價體繫,並對第1版使用過程中師生發現的所有謬誤進行了修改。本書更加符合高職院校學生的認知規律和特點,滿足高職教學改革的要求,具有明顯高職教育特色。

     
    內容簡介

    本書根據“高職高專教育機械制造類專業人纔培養目標及規格”的要求,結合編者在機械制造應用領域多年的教學改革和工程實踐的經驗編寫而成。 本書以項目、工作任務為引領,適合“教、學、做”合一的教學模式改革。本書的主要內容有機械制造工藝編制基礎知識、軸類零件加工工藝編制及實施、套類零件加工工藝編制及實施、箱體類零件加工工藝編制及實施、齒輪類零件加工工藝編制及實施、裝配工藝編制及實施。配備企業生產用零件圖集,供學生工藝編制時選用。 本書可作為高職高專院校及本科院校的二級職業技術學院機械制造類專業的教學用書,也可作為社會相關從業人員的業務參考書及培訓用書。 本書為“十二五”江蘇省高等學校重點教材(編號:2014-1-132)。

    目錄
    目 錄

    第1章 機械制造工藝編制基礎知識 1
    1.1 工作場景導入 1
    1.2 基礎知識 3
    1.2.1 機械制造過程、工藝繫統及
    生產繫統 3
    1.2.2 機械加工工藝過程及其組成 5
    1.2.3 生產綱領和生產類型 8
    1.2.4 機械加工工藝規程 10
    1.3 零件的工藝性分析 13
    1.3.1 分析和審查產品的裝配圖和
    零件圖 13
    1.3.2 衡量零件結構工藝性的





    目    錄

    第1章  機械制造工藝編制基礎知識 1
    1.1  工作場景導入 1
    1.2  基礎知識 3
    1.2.1  機械制造過程、工藝繫統及
    生產繫統 3
    1.2.2  機械加工工藝過程及其組成 5
    1.2.3  生產綱領和生產類型 8
    1.2.4  機械加工工藝規程 10
    1.3  零件的工藝性分析 13
    1.3.1  分析和審查產品的裝配圖和
    零件圖 13
    1.3.2  衡量零件結構工藝性的
    一般原則及實例 14
    1.3.3  工藝條件對零件結構工藝性的
    影響 18
    1.4  毛坯的選擇 20
    1.4.1  機械加工中常用毛坯的種類 20
    1.4.2  選擇毛坯應考慮的因素 23
    1.4.3  毛坯形狀和尺寸的確定 23
    1.5  機械加工工藝路線擬訂 25
    1.5.1  定位基準的選擇 25
    1.5.2  表面加工方法的選擇 30
    1.5.3  加工階段的劃分 33
    1.5.4  工序的集中與分散 35
    1.5.5  加工順序的安排 35
    1.6  機械加工工序的設計 37
    1.6.1  加工餘量 37
    1.6.2  工序尺寸與公差的確定 41
    1.6.3  機床及工藝裝備的選擇 42
    1.6.4  切削用量的選擇 43
    1.6.5  工時定額的確定 46
    1.7  工藝尺寸鏈 47
    1.7.1  工藝尺寸鏈的概念及計算 47
    1.7.2  工藝尺寸鏈的計算 51
    1.8  回到工作場景 57
    1.8.1  項目分析 58
    1.8.2  項目工作計劃 58
    1.8.3  項目實施準備 58
    1.8.4  項目實施與檢查 59
    1.8.5  項目評價與討論 73
    1.9  拓展實訓 73
    本章小結 75
    思考與練習 76
    第2章  軸類零件加工工藝編制及
    實施 79
    2.1  工作場景導入 79
    2.2  基礎知識 82
    2.2.1  軸類零件的功用及結構特點 82
    2.2.2  軸類零件的技術要求 82
    2.2.3  軸類零件的材料、毛坯及
    熱處理 83
    2.3  軸類零件表面加工方法 84
    2.3.1  外圓車削 84
    2.3.2  外圓磨削 85
    2.3.3  外圓加工方法的選擇 92
    2.4  軸類零件加工常用設備 92
    2.4.1  金屬切削機床的基本知識 92
    2.4.2  車床 100
    2.4.3  磨床 107
    2.5  軸類零件加工刀具 112
    2.5.1  刀具材料 112
    2.5.2  刀具角度的選擇 117
    2.5.3  車刀 118
    2.5.4  砂輪 124
    2.6  軸類零件的裝夾 127
    2.7  軸類零件的測量 129
    2.8  簡單軸類工件的工藝分析 133
    2.9  回到工作場景 135
    2.9.1  項目分析 135
    2.9.2  項目工作計劃 136
    2.9.3  項目實施準備 136
    2.9.4  項目實施與檢查 137
    2.10  拓展實訓 142
    2.11  工作實踐中常見問題解析 147
    本章小結 148
    思考與練習 149
    第3章  套類零件加工工藝
    編制及實施 150
    3.1  工作場景導入 150
    3.2  基礎知識 153
    3.2.1  套類零件的功用及
    結構特點 153
    3.2.2  套類零件技術要求 154
    3.2.3  套類零件的材料、毛坯及
    熱處理 154
    3.3  套類零件內孔表面加工方法 155
    3.3.1  內孔表面加工方法 155
    3.3.2  套類零件內孔表面加工方法
    選擇 164
    3.4  套類零件孔加工設備 164
    3.4.1  套類零件中間部位孔加工
    設備的選擇 164
    3.4.2  拉床 164
    3.5  套類零件孔加工刀具 165
    3.6  孔加工時的切削用量 172
    3.7  保證套類零件技術要求的方法 173
    3.8  套類零件的測量 175
    3.8.1  孔徑的測量 175
    3.8.2  形狀和位置精度的測量 176
    3.8.3  形狀精度的測量 177
    3.8.4  位置精度的測量 178
    3.9  簡單套類零件的工藝分析 180
    3.10  回到工作場景 182
    3.10.1  項目分析 182
    3.10.2  項目工作計劃 183
    3.10.3  項目實施準備 183
    3.10.4  項目實施與檢查 184
    3.11  拓展實訓 188
    3.12  工作實踐中常見問題解析 191
    本章小結 192
    思考與練習 192
    第4章  箱體類零件加工工藝
    編制及實施 193
    4.1  工作場景導入 193
    4.2  基礎知識 195
    4.2.1  箱體類零件的功用和
    結構特點 195
    4.2.2  箱體類零件的技術要求 196
    4.2.3  箱體類零件的材料、毛坯及
    熱處理 198
    4.3  箱體類零件加工方法 198
    4.3.1  平面加工 199
    4.3.2  平面加工方法的選擇 204
    4.4  箱體類零件常用加工設備 204
    4.4.1  銑床 204
    4.4.2  刨床 207
    4.4.3  平面磨床 208
    4.4.4  鑽床 210
    4.4.5  鏜床 212
    4.4.6  組合機床 214
    4.5  箱體類零件常用加工刀具 215
    4.5.1  銑刀 215
    4.5.2  刨刀 219
    4.5.3  鏜刀 219
    4.6  保證箱體類零件孔繫精度的方法 220
    4.7  箱體類零件的檢驗 225
    4.8  簡單箱體類零件工藝分析 227
    4.9  回到工作場景 229
    4.9.1  項目分析 230
    4.9.2  項目工作計劃 230
    4.9.3  項目實施準備 231
    4.9.4  項目實施與檢查 231
    4.10  拓展實訓 235
    4.11  工作實踐中常見問題解析 239
    本章小結 240
    思考與練習 240
    第5章  齒輪類零件加工工藝
    編制及實施 242
    5.1  工作場景導入 242
    5.2  基礎知識 244
    5.2.1  圓柱齒輪的功用和
    結構特點 244
    5.2.2  齒輪傳動的精度要求 245
    5.2.3  常用齒輪的材料和毛坯 245
    5.3  齒形加工方法 246
    5.3.1  插齒 247
    5.3.2  滾齒 248
    5.3.3  齒形的精加工 250
    5.3.4  齒形加工方法選擇 252
    5.4  齒輪加工設備 253
    5.4.1  滾齒機 254
    5.4.2  插齒機 260
    5.4.3  磨齒機 261
    5.5  齒輪加工刀具 262
    5.6  齒輪零件的檢驗 268
    5.6.1  齒輪零件的檢驗項目 268
    5.6.2  圓柱齒輪的檢驗方法 268
    5.7  圓柱齒輪的機械加工工藝過程及
    工藝分析 271
    5.8  回到工作場景 276
    5.8.1  項目分析 276
    5.8.2  項目工作計劃 276
    5.8.3  項目實施準備 276
    5.8.4  項目實施與檢查 277
    5.9  拓展實訓 280
    5.10  工作實踐中常見問題解析 282
    本章小結 284
    思考與練習 284
    第6章  裝配工藝編制及實施 286
    6.1  工作場景導入 286
    6.2  基礎知識 287
    6.2.1  裝配的概念 287
    6.2.2  裝配精度 287
    6.2.3  裝配精度與零件精度的
    關繫 288
    6.3  產品的結構工藝性 289
    6.3.1  產品結構工藝性的概念 289
    6.3.2  產品結構的裝配工藝性 289
    6.4  裝配尺寸鏈 293
    6.5  裝配方法的選擇 294
    6.6  產品的裝配 302
    6.6.1  零件的清洗 302
    6.6.2  可拆連接的裝配 303
    6.6.3  不可拆連接的裝配 306
    6.6.4  活動連接的裝配 309
    6.7  裝配工藝規程 316
    6.8  回到工作場景 320
    6.8.1  項目分析 320
    6.8.2  項目工作計劃 320
    6.8.3  項目實施準備 321
    6.8.4  項目實施與檢查 321
    本章小結 322
    思考與練習 322
    附錄A  機械制造工藝常用設計簡明
    參數表 325
    附錄B  綜合測試圖集 332
    參考文獻 347
    前言
    前 言
    針對高職高專機械、機電專業人纔培養的要求,本書根據典型機械零件工藝特點和工藝員崗位的工作過程,整合機械制造工藝理論知識和實踐知識,實現課程內容綜合化。教材內容以項目、工作任務為引領,適合"教、學、做"合一的教學模式改革。本書的主要內容有機械制造工藝編制基礎知識、軸類零件加工工藝編制及實施、套類零件加工工藝編制及實施、箱體類零件加工工藝編制及實施、齒輪類零件加工工藝編制及實施、裝配工藝編制及實施,配備企業生產用零件圖集,供學生工藝編制時選用。本書突出工作過程在教材中的主線地位,均具有較強的範例性、可遷移性及可操作性。
    本書具有以下幾個特點。
    (1) 根據企業的工作崗位和工作任務,開發設計以工作過程為導向,具有"工學結合"特色的課程體繫,具有明顯的"職業"特色,實現了實踐技能與理論知識的整合,將工作環境與學習環境有機地結合在一起。





    前    言
    針對高職高專機械、機電專業人纔培養的要求,本書根據典型機械零件工藝特點和工藝員崗位的工作過程,整合機械制造工藝理論知識和實踐知識,實現課程內容綜合化。教材內容以項目、工作任務為引領,適合"教、學、做"合一的教學模式改革。本書的主要內容有機械制造工藝編制基礎知識、軸類零件加工工藝編制及實施、套類零件加工工藝編制及實施、箱體類零件加工工藝編制及實施、齒輪類零件加工工藝編制及實施、裝配工藝編制及實施,配備企業生產用零件圖集,供學生工藝編制時選用。本書突出工作過程在教材中的主線地位,均具有較強的範例性、可遷移性及可操作性。
    本書具有以下幾個特點。
    (1) 根據企業的工作崗位和工作任務,開發設計以工作過程為導向,具有"工學結合"特色的課程體繫,具有明顯的"職業"特色,實現了實踐技能與理論知識的整合,將工作環境與學習環境有機地結合在一起。
    (2) 體現以工藝規程編制應用能力的培養為主線、相關知識為支撐的編寫思路,注重理論聯繫實際,突出應用。都有工作情景的引入和情景任務實施及檢查,並且都具有拓展實訓和工程實踐常見問題的解析,有利於幫助學生掌握知識、提高解決工程問題的能力。
    (3) 按照學生的認知規律和職業成長規律合理編排教材內容,第1章主要介紹基礎知識,第2~5章主要介紹軸、套、箱體、齒輪類零件的工藝編制及實施,第6章主要介紹裝配工藝的編制及實施,各學校可根據學時數和不同專業的需要進行取舍。為便於學生自學和鞏固所學內容,各章均有相關思考與練習習題和拓展訓練。
    (4) 突出教材的關聯性。本書選用的工作情景均選自企業產品8E160C-J機油泵的零件和部件,零件與零件之間、零件與部件之間具有關聯性。
    本書第1版已經使用了4年,實際使用效果較好,受到師生的廣泛好評。但隨著機械制造工藝技術的發展,機械制造技術在不斷更新,第1版教材已不能滿足學習和工作的需要,我們通過修訂來反映和融入新標準、新技術要求,滿足高職院校對人纔培養目標的需要。教材第1版中都配有實際工作場景導入和拓展實訓,但企業生產用零件圖數量偏少,訓練案例單一,同時工作場景導入、計劃、實施與檢查、評價與討論還不夠完善,缺乏專業能力自評和互評、職業核心能力自評和互評等。針對上述情況並結合江蘇省高等學校"十二五"重點教材建設的要求,對第1版《機械制造工藝編制及實施》教材進行了修訂、調整,以保證新的教學改革順利進行和滿足人纔培養新目標的迫切需要。第2版融入了的國內外相關標準,增加了大量企業真實產品案例,將職業崗位要求和職業標準具體化,增加學生專業能力自評和互評、職業核心能力自評和互評,完善評價體繫,並對第1版使用過程中師生發現的所有謬誤進行了修改。本書更加符合高職院校學生的認知規律和特點,滿足高職教學改革的要求,具有明顯高職教育特色。
    本書由馬敏莉任主編,陳廣健、肖紅升、陳旭東、陳振玉任副主編。馬敏莉編寫第1~3章,馬敏莉、陳旭東合編第4章,馬敏莉、肖紅升、陳振玉合編第5章和附錄,陳廣健編寫前言、第6章,南通柴油機股份有限公司王建章、南通科技投資股份有限公司瀋峰參與企業真實產品案例的收集,南通職業大學學生彭立、許志參與企業真實產品案例的整理,全書由馬敏莉統稿。
    南通職業大學李業農教授、周開俊博士、周小青博士和南通高級技師學院葛小平副教授等對本書的編寫提出了許多寶貴的意見和建議,清華大學出版社的編輯也給予了熱情的幫助和指導,在此表示衷心的感謝!
    由於編者水平所限,書中難免有疏漏和不妥之處,殷切希望讀者和各位同仁提出寶貴意見。

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    第2章 軸類零件加工工藝編制及實施

    * 軸類零件概述。
    * 軸類零件外圓表面的粗、精加工方法。
    * 軸類零件外圓表面加工常用設備。
    * 軸類零件外圓表面加工常用刀具。
    * 軸類零件加工常用裝夾方式。
    * 軸類零件的測量。
    * 簡單軸類零件的加工工藝分析。

    * 具有軸類零件工藝性分析能力。
    * 掌握軸類零件毛坯的選擇方法。
    * 具有編制簡單軸類零件機械加工工藝過程卡的能力。
    * 具有編制簡單軸類零件機械加工工序卡的能力。
    * 初步具備較復雜軸類零件的工藝路線編寫能力。
    2.1 工作場景導入
    【工作場景】
    工作對像:8E160C-J型機油泵傳動軸零件圖、機油泵部件裝配圖分別如圖2-1、圖2-2所示,現為中小批量生產。
    任務要求:編制傳動軸零件的機械加工工藝過程卡、機械加工工序卡;在條件允許的情況下操作機床加工零件、驗證工藝的合理性。





    第2章  軸類零件加工工藝編制及實施

    * 軸類零件概述。
    * 軸類零件外圓表面的粗、精加工方法。
    * 軸類零件外圓表面加工常用設備。
    * 軸類零件外圓表面加工常用刀具。
    * 軸類零件加工常用裝夾方式。
    * 軸類零件的測量。
    * 簡單軸類零件的加工工藝分析。

    * 具有軸類零件工藝性分析能力。
    * 掌握軸類零件毛坯的選擇方法。
    * 具有編制簡單軸類零件機械加工工藝過程卡的能力。
    * 具有編制簡單軸類零件機械加工工序卡的能力。
    * 初步具備較復雜軸類零件的工藝路線編寫能力。
    2.1  工作場景導入
    【工作場景】
    工作對像:8E160C-J型機油泵傳動軸零件圖、機油泵部件裝配圖分別如圖2-1、圖2-2所示,現為中小批量生產。
    任務要求:編制傳動軸零件的機械加工工藝過程卡、機械加工工序卡;在條件允許的情況下操作機床加工零件、驗證工藝的合理性。
    【引導問題】
    (1) 仔細閱讀傳動軸零件圖,回顧1.3節知識點--零件的工藝性分析,檢查零件圖的完整性和正確性;根據各校實際制造能力分析審查零件的結構、尺寸精度、形位精度、表面粗糙度、材料及熱處理等技術要求是否合理,是否便於加工和加工的經濟性。根據零件結構工藝性的一般原則,判斷該零件的結構工藝性是否良好?如果結構工藝性不好,如何改進?
    (2) 回顧1.4節知識點--毛坯的選擇,如何選擇傳動軸零件毛坯?如何確定傳動軸零件毛坯尺寸?
    (3) 一般軸類零件的功用、結構特點、技術要求、材料、毛坯及熱處理有哪些內容?
    (4) 一般軸類零件外圓表面加工方法有哪些?如何選擇?
    (5) 軸類零件常用外圓表面加工設備有哪些?如何選擇?
    (6) 軸類零件的外圓表面常用加工刀具有哪些?如何選擇?
    (7) 如何測量軸類零件的外徑?






    (8) 企業生產參觀實習。
    ① 生產現場加工哪些軸類零件?批量如何?采用什麼毛坯?
    ② 生產現場各種軸類零件加工工藝有何特點?一般使用什麼機床加工?采用何種刀具?使用哪種量具測量?工件如何夾緊?
    2.2  基 礎 知 識
    【學習目標】了解一般軸類零件的功用及結構特點、技術要求,軸類零件的材料、毛坯及熱處理。
    2.2.1  軸類零件的功用及結構特點
    軸類零件是一種常用的典型零件,主要用於支承齒輪、帶輪等傳動零件及傳遞運動和扭矩,故其結構組成中具有許多外圓、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等。外圓用於安裝軸承、齒輪、帶輪等;軸肩用於軸上零件和軸本身的軸向定位;螺紋用於安裝各種鎖緊螺母和高速螺母;螺尾退刀槽供加工螺紋時退刀用;砂輪越程槽則是為了能完整地磨削出外圓和端面等;鍵槽用來安裝鍵,以傳遞扭矩。
    軸類零件的種類如圖2-3所示。

    圖2-3  軸的種類
    2.2.2  軸類零件的技術要求
    軸通常是由其軸頸支承在機器的機架或箱體上,實現運動和動力的傳遞。根據其功用及工作條件,軸類零件的技術要求通常包括以下幾個方面。
    (1) 尺寸精度和形狀精度。軸類零件的尺寸精度主要是指軸的直徑尺寸精度。軸上支承軸頸和配合軸頸(裝配傳動件的軸頸)的尺寸精度和形狀精度是軸的主要技術要求之一,它將影響軸的回轉精度和配合精度。
    (2) 位置精度。為保證軸上傳動件的傳動精度,必須規定支承軸頸與配合軸頸的位置精度。通常以配合軸頸相對於支承軸頸的徑向圓跳動或同軸度來保證。
    (3) 表面粗糙度。軸上的表面以支承軸頸的表面質量要求,其次是配合軸頸或工作表面。這是保證軸與軸承以及軸與軸上傳動件正確可靠配合的重要因素。
    在生產實際中,軸頸的尺寸精度通常為IT6~IT9,精密的軸頸可達IT5;一般軸的形狀精度應控制在直徑公差範圍之內;精密軸頸的形狀精度應控制在直徑公差的1/5~l/2之內。表面粗糙度Ra值,支承軸頸一般為0.63~0.16mm,配合軸頸一般為2.5~0.63mm;配合軸頸對支承軸頸的徑向圓跳動一般為0.01~0.03 mm,高精度軸為0.001~0.005 mm。
    2.2.3  軸類零件的材料、毛坯及熱處理
    1. 材料
    一般軸類零件的材料常用綜合力學性能優異且價格較便宜的45鋼,這種材料經調質或正火後,能得到較好的切削性能及較高的強度和一定的韌性,具有較好的綜合力學性能。對於中等精度且轉速較高的軸類零件,可選用40Cr等合金結構鋼,經調質和表面淬火處理後具有較好的綜合力學性能。對於較高精度的軸,可選用軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn等材料,經調質和表面高頻感應加熱淬火後再回火,表面硬度可達50~58HRC,並具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性。對於高轉速和重載荷軸,可選用20CrMnTi、20Cr等滲碳鋼或38CrMoAl滲氮鋼,經過淬火或氮化處理後獲得更高的表面硬度、耐磨性和心部強度。 
    2. 熱處理
    軸的質量除與所選的鋼材種類有關,還與熱處理有關。軸的鍛造毛坯在機械加工之前,均需進行正火或退火(高碳鋼)處理,使鋼材的晶粒細化,以消除殘餘應力,降低毛坯硬度,改善切削加工性能。
    凡要求局部表面淬火以提高耐磨性的軸,須在淬火前安排調質處理(有的采用正火)。當毛坯加工餘量較大時,調質放在粗車之後、半精車之前,使粗加工產生的殘餘應力能在調質時消除;當毛坯加工餘量較小時,調質可安排在粗車之前進行。表面淬火一般放在精加工之前,可以保證淬火引起的局部變形在精加工中得到糾正。
    對於精度要求較高的軸,在局部淬火和粗磨之後,還需安排低溫時效處理,以消除淬火和磨削中產生的殘餘應力和殘餘奧氏體,控制尺寸穩定;對於整體淬火的精密主軸,在淬火後,還要進行定性處理,定性處理一般采用冰冷處理方法,以進一步消除加工應力,保持主軸精度。
    3. 軸類零件的毛坯
    毛坯制造方法主要與零件的使用要求和生產類型有關。光軸或直徑相差不大的階梯軸,一般常用熱軋圓棒料毛坯。當成品零件尺寸精度與冷拉圓棒料相符合時,其外圓可不進行車削,這時可采用冷拉圓棒料毛坯。比較重要的軸多采用鍛件毛坯。由於毛坯加熱鍛打後,能使金屬內部晶格組織沿表面均勻分布,從而能得到較高的機械強度。對於某些大型、結構復雜的軸(如曲軸等),可采用鑄件毛坯。
    2.3  軸類零件表面加工方法
    【學習目標】掌握軸類零件外圓車削、外圓磨削、外圓表面的光整加工方法,並掌握外圓加工方法的選擇。

    軸類零件的主要加工表面是外圓,常用的加工方法有車削、磨削和光整加工3種。
    2.3.1  外圓車削
    車外圓是車削加工中常見、基本和有代表性的加工方法,是加工外圓表面的主要方法,既適用於單件、小批量生產,也適用於成批、大量生產。單件、小批量、中批量生產中常采用臥式車床加工;成批、大量生產中常采用轉塔車床和自動、半自動車床加工;對於大尺寸工件常采用大型立式車床加工;對於高精度的復雜零件,宜采用數控車床加工。
    車削外圓一般分為粗車、半精車、精車和精細車。
    1. 粗車
    粗車的主要任務是迅速切除毛坯上多餘的金屬層,通常采用較大的背喫刀量、較大的進給量和中速車削,以盡可能提高生產率。車刀應選取較小的前角、後角和負值的刃傾角,以增強切削部分的強度。粗車尺寸精度等級為ITl3~IT11,表面粗糙度Ra為50~12.5µm,故可作為低精度表面的終加工和半精車、精車的預加工。
    2. 半精車
    半精車是在粗車之後進行的,可進一步提高工件的精度和降低表面粗糙度。它可作為中等精度表面的終加工,也可作為磨削或精車前的預加工。半精車尺寸精度等級為IT10~IT9,表面粗糙度Ra為6.3~3.2µm。
    3. 精車
    精車一般是在半精車之後進行的作為較高精度外圓的終加工或作為光整加工的預加工,通常在高精度車床上加工,以確保零件的加工精度和表面粗糙度符合圖樣要求。一般采用很小的切削深度和進給量進行低速或高速車削。低速精車一般采用高速鋼車刀,高速精車常用硬質合金車刀。車刀應選用較大的前角、後角和正值的刃傾角,以提高表面質量。精車尺寸精度等級為IT8~IT6,表面粗糙度Ra為1.6~0.2µm。
    4. 精細車
    精細車所用車床應具有很高的精度和剛度。刀具采用金剛石或細晶粒的硬質合金,經仔細刃磨和研磨後可獲得很鋒利的刀刃。切削時,采用高的切削速度、小的背喫刀量和小的進給量。其加工精度可達IT6以上,表面粗糙度Ra在0.4µm以下。精細車常用於高精度中、小型有色金屬零件的精加工或鏡面加工,因有色金屬零件在磨削時產生的微細切屑極易堵塞砂輪氣孔,使砂輪磨削性能迅速變壞;也可用於加工大型精密外圓表面,以代替磨削,提高生產率。
    值得注意的是,隨著刀具材料的發展和進步,過去淬火後的工件隻能用磨削加工方法的局面有所改變,特別是在維修等單件加工中,可以采用金剛石車刀、CBN車刀或塗層刀具直接車削硬度達62HRC的淬火鋼。
    2.3.2  外圓磨削
    磨削是外圓表面精加工的主要方法。它既能加工淬火的黑色金屬零件,也可以加工不淬火的黑色金屬和有色金屬零件。外圓磨削根據加工質量等級分為粗磨、精磨、精密磨削、超精密磨削和鏡面磨削。一般磨削加工後工件的精度可達到IT8~IT7,表面粗糙度Ra為1.6~0.8µm;精磨後工件的精度可達IT7~IT6,表面粗糙度Ra為0.8~0.2µm。常見的外圓磨削應用如圖2-4所示。
    1. 普通外圓磨削
    根據工件的裝夾狀況,普通外圓磨削分為中心磨削法和無心磨削法兩類。
    (1) 中心磨削法。工件以中心孔或外圓定位,根據進給方式的不同,中心磨削又可分為以下幾種磨削方法。

    圖2-4  外圓磨削加工的應用
    ① 縱磨法。如圖2-5(a)所示,磨削時工件隨工作臺做直線往復縱向進給運動,工件每往復一次(或單行程),砂輪橫向進給一次。由於走刀次數多,故生產率較低,但能獲得較高的精度和較小的表面粗糙度,因而應用較廣泛,適於磨削長度與砂輪寬度之比大於3的工件。
    ② 橫磨法。如圖2-5(b)所示,工件不做縱向進給運動,砂輪以緩慢的速度連續或斷續地向工件做徑向進給運動,直至磨去全部餘量為止。橫磨法生產效率高,但磨削時發熱量大,散熱條件差,且徑向力大,故一般隻用於大批量生產中磨削剛性較好、長度較短的外圓及兩端都有臺階的軸頸。


    圖2-5  外圓磨削方式/類型
    ③ 綜合磨削法。如圖2-5(c)所示,先用橫磨法分段粗磨被加工表面的全長,相鄰段搭接處過磨5~15mm,留下0.01~0.03mm的餘量,然後用縱磨法進行精磨。此法兼有橫磨法的高效率和縱磨法的高質量,適用於成批生產中剛性好、長度大、餘量多的外圓面。
    ④ 深磨法。如圖2-5(d)所示是一種生產率高的先進方法,磨削餘量一般為0.1~0.35mm,縱向進給長度較小(1~2mm),適用於在大批、大量生產中磨削剛性較好的短軸。
    (2) 無心磨削法。如圖2-6所示,無心磨削直接以磨削表面定位,用托板支承著放在砂輪與導輪之間進行磨削,工件的軸心線稍高於砂輪與導輪連線的中心,無須在工件上鑽出孔。磨削時,工件靠導輪與工件之間的摩擦力帶動旋轉,導輪采用摩擦繫數大的結合劑(橡膠)制造。導輪的直徑較小、速度較低,一般為20~80m/min;而砂輪速度則大大高於導輪速度,是磨削的主運動,它擔負著磨削工件表面的重任。無心磨削操作簡單、效率較高,易於自動加工,但機床調整復雜,故隻適用於大批生產。無心磨削前工件的形狀誤差會影響磨削的加工精度,且不能改善加工表面與工件上其他表面的位置精度,也不能磨削有斷續表面的軸。

    圖2-6  無心外圓磨削
    1-砂輪;2-托盤;3-導輪:4-工件;5-擋杆
    根據工件是否需要軸向運動,無心磨削方法分為以下兩種。
    ① 通磨(貫穿縱磨)法,適用於不帶臺階的圓柱形工件,如圖2-6(b)所示。
    ② 切入磨(橫磨)法,適用於階梯軸和有成形回轉表面的工件,如圖2-6(c)所示。
    與中心磨削法相比,無心磨削法具有以下工藝特征。
    ① 無須打中心孔且裝夾工件省時省力,可連續磨削,故生產效率高。
    ② 尺寸精度較好,但不能改變工件原有的位置誤差。
    ③ 支承剛度好,剛度差的工件也可采用較大的切削用量進行磨削。
    ④ 容易實現工藝過程的自動化。
    ⑤ 有一定的圓度誤差產生,圓度誤差一般不小於0.002mm。
    ⑥ 所能加工的工件有一定局限,不能磨帶槽工件(如有鍵槽、花鍵和橫孔的工件),也不能磨內外圓同軸度要求較高的工件。
    2. 高效磨削
    以提高效率為主要目的的磨削均屬高效磨削,其中以高速磨削、寬砂輪、強力磨削與多砂輪磨削和砂帶磨削在外圓加工中較為常用。
    (1) 高速磨削。它是指砂輪速度大於50m/s的磨削(砂輪速度低於35m/s的磨削為普通磨削)。砂輪速度提高,增加了單位時間內參與磨削的磨粒數。如果保持每顆磨粒切去的厚度與普通磨削時一樣,即進給量呈比例增加,磨去同樣餘量的時間則按比例縮短;如果進給量仍與普通磨削相同,則每顆磨粒切去的切削厚度減少,提高了砂輪的耐用度,減少了修整次數。
    (2) 強力磨削。它是指采用較高的砂輪速度、較大的背喫刀量(背喫刀量一次可達6mm,甚至更大)和較小的軸向進給,直接從毛坯上磨出加工表面的方法。它可以代替車削和銑削進行粗加工,生產率很高,但要求磨床、砂輪及切削液供應均應與之相匹配。
    (3) 寬砂輪與多砂輪磨削。寬砂輪與多砂輪磨削,實質上就是用增加砂輪的寬度來提高磨削生產率。一般外圓砂輪寬度僅有50mm左右,寬砂輪外圓磨削時砂輪寬度可達300mm。
    (4) 砂帶磨削。砂帶磨削是根據被加工零件的形狀選擇相應的接觸方式,在一定壓力下,使高速運動著的砂帶與工件接觸產生摩擦,從而使工件加工表面餘量逐步磨除或拋磨光滑的磨削方法,如圖2-7所示。砂帶是一種單層磨料的塗覆磨具,靜電植砂砂帶不但具有磨粒鋒利、定向排布、容屑排屑空間大和一定的彈性的特點,還具有生產效率高、加工質量好、發熱少、設備簡單、應用範圍廣等特點(可用來磨削曲面),擁有"冷態磨削"和"磨削"的美譽,即使磨削銅、鋁等有色金屬也不覆塞磨粒,而且干磨也不燒傷工件。砂帶磨削類型可有外圓、內孔、平面、曲面等。砂帶可以是開式,也可以是環形閉式。外圓砂帶磨削變通靈活,實施方便(結構布局見表2-1),近年來獲得了極大的發展,發達國家砂帶磨削與砂輪磨削的材料磨除量已達到1∶1。


    圖2-7  砂帶磨削
    1-工件;2-砂帶;3-張緊輪:4-接觸輪;5-導輪
    表2-1  外圓砂帶磨削實施原理與結構方案布局














    3. 外圓表面的光整加工
    外圓表面的光整加工有高精度磨削、研磨、砂帶鏡面磨削拋光外圓、超精加工、珩磨和滾壓等,這裡簡單介紹一下前面4種外圓表面加工方法。
    (1) 高精度磨削。使工件表面粗糙度Ra小於0.1µm的磨削加工工藝,通常稱為高精度磨削。高精度磨削的餘量一般為0.02~0.05mm,磨削時背喫刀量一般為0.0025~0.005mm。為了減小磨床振動,磨削速度應較低,一般取15~30m/s,Ra值較小時速度取低值,反之取高值。高精度磨削包括以下3種類型。
    ① 精密磨削。精密磨削采用粒度為60#~80#的砂輪,並對其進行精細修整,磨削時微刃的切削作用是主要的,光磨2~3次時半鈍微刃發揮拋光作用,表面粗糙度Ra可達0.1~0.05µm。磨削前Ra應小於0.4µm。
    ② 超精密磨削。超精密磨削采用粒度為80#~240#的砂輪進行更精細的修整,選用更小的磨削用量,半鈍微刃的拋光作用增加,光磨次數取4~6次,可使表面粗糙度Ra達0.025~0.012µm。磨削前Ra應小於0.2µm。
    ③ 砂輪鏡面磨削。鏡面磨削采用微粉W14~W5樹脂結合劑砂輪。精細修整後半鈍微刃的拋光作用是主要的,將光磨次數增至20~30次,可使表面粗糙度Ra小於0.012µm。磨削前Ra應小於0.025µm。
    (2) 研磨。研磨是在研具與工件之間置以半固態狀研磨劑(膏),對工件表面進行光整加工的方法。研磨時,研具在一定壓力下與工件做復雜的相對運動,通過研磨劑的機械和化學作用,從工件表面切除一層極微薄的材料,同時工件表面形成復雜網紋,從而達到很高的精度和很小的粗糙度值的一種光整加工方法。
    研磨劑(膏)由磨料、研磨液和輔助填料等混合而成,有液態、膏狀和固態3種,以適應不同的加工需要,其中以研磨膏應用為廣泛。
    磨料主要起切削作用,常用的有剛玉、碳化硅、金剛石等,其粒度在粗研時選80#~120#,精研時選150#~240#,鏡面研磨時選用微粉級W28~W0.5。
    研磨液有煤油、全損耗繫統用油、工業用甘油等,主要起冷卻、潤滑和充當磨料載體的作用,並能使磨粒較均勻地分布在研具表面。
    輔助填料可使金屬表面生成極薄的軟化膜,易於切除,常用的有硬脂酸、油酸等化學活性物質。
    研磨可分為手工研磨和機械研磨兩類,具體介紹如下。
    ① 手工研磨。如圖2-8所示,外圓手工研磨采用手持研具或工件進行。例如,在車床上研磨外圓時,工件裝在卡盤或上,由主軸帶動做低速旋轉(20~30r/min),研套套在工件上,用手推動研套做往復直線運動。手工研磨勞動強度大,生產率低,多用於單件小批量生產。
        
    圖2-8  外圓的手工研磨
    1-工件;2-研磨套

    ② 機械研磨。如圖2-9所示為研磨機研磨滾柱的外圓。機械研磨在研磨機上進行,一般用於大批量生產中,但研磨工件的形狀受到一定的限制。
     
    圖2-9  機械研磨
    1-上研磨盤;2-下研磨盤;3-工件:4-隔離盤;5-偏心軸;6-懸臂軸
    研磨的工藝特點:設備和研具簡單,成本低,加工方法簡便可靠,質量容易得到保證;研磨不能提高表面的相對位置精度,生產率較低,需要控制研磨的加工餘量(一般為0.01~0.03mm);研磨後工件的形狀精度高,表面粗糙度小,Ra可達0.1~0.008µm,尺寸精度等級可達IT6~IT3;研磨還可以提高零件的耐磨性、抗蝕性、疲勞強度和使用壽命,常用作精密零件的終加工。研磨應用比較廣泛,可加工鋼、鑄鐵、銅、鋁、硬質合金、陶瓷、半導體和塑料等材料的內外圓柱面、圓錐面、平面、螺紋和齒形等表面。
    (3) 砂帶鏡面磨削拋光外圓。它又分為閉式和開式兩種方法。如圖2-10所示,在車床上采用閉式砂帶直接用於Ra 0.2 µm以下的表面干式鏡面磨削。砂帶磨頭像車刀一樣安裝在刀臺上,更換不同粒度的砂帶可以達到不同的加工要求。對於較長工件,還可采用雙磨頭方式,實現"粗精"同步進行。目前,市面上可供應的有剛玉類和碳化硅磨料的砂帶,具有成本低廉、工序少、設備簡單、效率高及鏡面效果好(可達Ra 0.01~0.05µm)等特點。

    圖2-10  車床上砂帶鏡面拋光外圓
    1-主軸箱;2-導軌;3-大托板;4-中托板;5-尾座;6、13-手柄;7-卡盤;
    8-粗砂帶;9-精砂帶;10-支架;1l-螺栓;12-刀臺;14-工件
    另一類則采用開式金剛石砂帶附加超聲振動對外圓進行鏡面拋光,如圖2-11所示,附加的振動可以使磨粒在工件表面形成復雜的交叉網紋,達到極低的表面粗糙度Ra 0.01µm,但效率比閉式低得多。

    圖2-11  開式砂帶鏡面拋光
    1-砂帶輪;2-接觸輪;3-振蕩器;4-卷帶輪:5-工件;6-真空吸盤

    (4) 超精加工。如圖2-12所示,超精加工是用極細磨粒W60~W2的低硬度油石,在一定的壓力下對工件表面進行加工的一種光整加工方法。加工時,裝有油石條的磨頭以恆定的壓力p(10~30N/Cm2)輕壓於工件表面。工件做低速旋轉(v=15~150 m/min)運動,磨頭做軸向進給運動(0.1~0.15mm/r),油石做軸向低頻振動(頻率為8~35Hz,振幅為2~6mm),且在油石與工件之間注入潤滑油,以清除屑末及形成油膜。

    圖2-12  超精加工
    超精加工的工藝特點如下。
    ① 設備簡單,自動化程度較高,操作簡便,對工人技術水平要求不高。
    ② 切削餘量極小(3~10µm),加工時間短(30~60s),生產率高。
    ③ 因磨條運動軌跡復雜,加工後表面具有交叉網紋,利於儲存潤滑油,耐磨性好。
    ④ 隻能提高加工表面質量(Ra 0.1~0.008µm),不能提高尺寸精度和形位精度。
    超精加工主要用於軸類零件的外圓柱面、圓錐面和球面等的光整加工。

    2.3.3  外圓加工方法的選擇
    外圓加工方法的選擇,除應滿足圖樣技術要求之外,還與零件的材料、熱處理要求、零件的結構、生產綱領及現場設備和操作者技術水平等因素密切相關。總的來說,一個合理的加工方案應既能經濟地達到技術要求,又能滿足高生產率的要求,因而其工藝路線的制定是十分靈活的。
    一般來說,外圓加工的主要方法是車削和磨削。對於精度要求高、表面粗糙度值小的工件外圓,還需經過研磨、超精加工等纔能達到要求;對某些精度要求不高但需光亮的表面,可通過滾壓或拋光獲得。常見外圓加工方案可以獲得的經濟精度和表面粗糙度如表1-8所示,可供選用參考。
    2.4  軸類零件加工常用設備
    【學習目標】了解金屬切削機床的基本知識,如機床的分類及型號、機床的運動、機床的傳動等,掌握臥式車床、磨床所能完成的典型加工工序,了解各類常用車床、磨床的結構特點等。
    2.4.1  金屬切削機床的基本知識
    1. 機床的分類及型號
    1) 機床的分類
    金屬切削機床,簡稱機床,是制造機器的機器,所以又稱為工作母機或工具機。機床的品種規格繁多,為便於區別、使用和管理,必須加以分類。對機床常用的分類方法有以下幾種。
    按加工性質、所用刀具和機床的用途,機床可分為車床、鑽床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床和其他機床共12類。這是基本的分類方法。在每一類機床中,又按工藝範圍、布局形式和結構性能的不同,分為10個組,每一組又分若干繫。
    按機床的通用性程度,同類機床又可分為通用機床(機床)、專門化機床和專用機床。通用機床的工藝範圍寬,通用性好,能加工一定尺寸範圍的多種類型零件,完成多種工序,如臥式車床、臥式升降臺銑床、外圓磨床等。通用機床的結構往往比較復雜,生產率也較低,故適用於單件小批生產。專門化機床隻能加工一定尺寸的某些特定工序,如曲軸車床、凸輪軸磨床、花鍵銑床等。專用機床的工藝範圍窄,通常隻能完成某一特定零件的特定工序,如車床主軸箱的專用鏜床、車床導軌的專用磨床等,組合機床也屬於專用機床。
    同類機床按工作精度,又可分為普通機床、精密機床和高精度機床。
    按機床的重量和尺寸,機床可分為儀表機床、中型機床、大型機床、重型機床和超重型機床。
    按自動化程度,機床可分為手動機床、機動機床、半自動機床和自動機床。
    按主要工作器件的數目,機床可分為單軸機床、多軸機床、單刀機床和多刀機床。
    2) 機床的技術參數與尺寸繫列
    機床的技術參數是表示機床的尺寸大小和加工能力的各種技術數據,一般包括主參數、第二參數、主要工作部件的結構尺寸、主要工作部件的移動行程範圍、各種運動的速度範圍和級數、各電機的功率及機床輪廓尺寸等。這些參數在每臺機床的使用說明書中均詳細列出,是用戶選擇、驗收和使用機床的重要技術數據。
    主參數是反映機床工作能力的一個主要參數,它直接影響機床的其他參數和基本結構的大小。主參數一般以機床加工的工件尺寸或與此有關的機床部件尺寸表示。例如,普通車床為床身上工件回轉直徑,鑽床為鑽孔直徑,外圓磨床為磨削直徑,臥式鏜床為鏜軸直徑,升降臺銑床及龍門銑床為工作臺工作面寬度,齒輪加工機床為工件直徑等。有些機床的主參數不用尺寸表示,如拉床的主參數為拉力。
    有些機床為了更完整地表示其工作能力和尺寸大小,還規定有第二主參數。例如,普通車床的第二主參數為工件長度,外圓磨床的第二主參數為磨削長度,齒輪加工機床的第二主參數為加工模數。
    在《GB/T 15375-1994金屬切削機床型號編制方法》中,對各種機床的主參數、第二主參數及其表示方法都做了明確規定。同一類機床中,機床的尺寸大小是由主參數繫列決定的。主參數繫列機床的型號是機床產品的代號,用以簡明地表示機床的類型、主要技術參數、性能和結構特點等。例如,按照《GB/T 15375-1994金屬切削機床型號編制方法》,CA6140、MGl432A的含義如下:

    2. 機床的運動
    1) 工件表面的形成方法
    任何一種經切削加工得到的機械零件,其形狀都是由若干便於刀具切削加工獲得的表面組成的。這些表面包括平面、圓柱面、圓錐面以及各種成形表面,如圖2-13所示。從幾何觀點看,這些表面(除了少數特殊情況,如渦輪葉片的成形面外)都可看成是一條線(母線)沿另一條線(導線)運動而形成的。如圖2-14所示,平面可以由直母線1沿直導線2移動而形成;圓柱面及圓錐面可以由直母線1沿圓導線2旋轉而形成;螺紋表面是由代表螺紋牙型的母線l沿螺旋導線2運動而形成的;使漸開線形的母線1沿直導線2移動,就得到直齒圓柱齒輪的齒形表面。
    母線和導線統稱為表面的發生線。在用機床加工零件表面的過程中,工件、刀具之一或兩者同時按一定規律運動,形成兩條發生線,從而生成所要加工的表面。常用的形成發生線的方法有4種,具體介紹如下。

    圖2-13  機械零件上常見的表面
    1-平面;2-圓柱面;3-圓錐面;4-成形表面

    圖2-14  零件表面的形成
    1-母線;2-導線
    (1) 軌跡法。如圖2-15(a)所示,刀具切削刃與被加工表面為點接觸。為了獲得所需的發生線,切削刃必須沿發生線運動。當刨刀沿A1方向做直線運動時,就形成直母線;當刨刀沿A2方向做曲線運動時,就形成曲線形導線。因此,采用軌跡法形成所需的發生線需要一個獨立的運動。
    (2) 成形法。采用成形刀具加工時,如圖2-15(b)所示,切削刃1的形狀與所需生成的曲線形母線即發生線2的形狀一致,因此加工時無須任何運動,便可獲得所需的發生線。
    (3) 相切法。用銑刀、砂輪等旋轉刀具加工時,刀具圓周上有多個切削點即切削刀1輪流與工件表面相接觸,此時除了刀具做旋轉運動B1之外,還要使刀具軸線沿著某一定的軌跡3(即發生線2的等距線)運動,而各個切削點運動軌跡的包絡線就是所加工表面的一條發生線2,如圖2-15(c)所示。因此,采用相切法形成發生線,需要刀具旋轉和刀具與工件之間的相對移動兩個彼此獨立的運動。
    (4) 展成法。如圖2-15(d)所示為用滾刀或插齒刀加工圓柱齒輪的情形,刀具的切削刃與齒坯之間為點接觸。當刀具與齒坯之間按一定的規律做相對運動時,工件的漸開線形母線就是由與之相切的刀具切削刃一繫列瞬時位置的包絡線形成的。用展成法生成發生線時,工件的旋轉與刀具的旋轉(或移動)兩個運動之間必須保持嚴格的運動協調關繫,即刀具與工件之間猶如一對齒輪之間或齒輪與齒條之間做囓合運動。在這種情況下,兩個運動不是彼此獨立的,而是相互聯繫、密不可分的,它們共同組成一種復合運動,即展成運動。

    圖2-15  形成發生線所需的運動
    1-刀尖或切削刃;2-發生線;3-刀具軸線的運動軌跡
    2) 機床的運動
    機床加工零件時,為獲得所需的表面,工件與刀具之間做相對運動,既要形成母線,又要形成導線,於是形成這兩條發生線所需的運動的總和,就是形成該表面所需要的運動。機床上形成被加工表面所必須的運動,稱為機床的工作運動,又稱為表面成型運動。  
    例如,在圖2-15(a)中,用軌跡法加工時,刀具與工件的相對運動A1是形成母線所需的運動。刀具沿曲線軌跡的運動A2用來形成導線。A1與A2之間不必有嚴格的運動聯繫,因此它們是相互獨立的。所以,要加工出圖2-15(a)所示的曲面,一共需要兩個獨立的工作運動:A1和A2。
    用展成法加工齒輪時(見圖2-15(d)),如前所述,生成母線需要一個復合的成型運動(B21 B22)。為了形成齒的全長,即形成導線,如果采用滾刀加工角相切法,需要兩個獨立的運動:滾刀軸線沿導線方向的移動和滾刀的旋轉。前一個運動是用軌跡法實現的,而滾刀的旋轉運動由於要與工件的轉動保持嚴格的復合運動關繫,隻能與B22為同一個運動而不可能另外增加一個運動。所以,用滾刀加工圓柱齒輪時,一共需要兩個獨立的運動:展成運動(B21 B22) 和滾刀沿工件軸向的移動A1。
    機床的工作運動中,必有一個速度、消耗功率的運動,它是產生切削作用必不可少的運動,稱為主運動。其餘的工作運動使切削得以繼續進行,直至形成整個表面,這些運動稱為進給運動。進給運動速度較低,消耗的功率也較小,一臺機床上可能有一個或幾個進給運動,也可能不需要專門的進給運動。
    工作運動是機床上基本的運動。每個運動的起點、終點、軌跡、速度、方向等要素的控制和調整方式,對機床的布局和結構都有重大影響。
    機床上除了工作運動以外,還可能有下面幾種運動。
    (1) 切入運動。刀具切入工件表面有一定深度,以使工件獲得所需的尺寸。
    (2) 分度運動。工作臺或刀架的轉位或移位,以順次加工均勻分布的若干個相同的表面,或使用不同的刀具作順次加工。
    (3) 調位運動。根據工件的尺寸大小,在加工之前調整機床上某些部件的位置,以便於加工。
    (4) 其他各種運動。如刀具快速趨近工件或退回原位的空程運動,控制運動的開、停、變速、換向的操縱運動等。
    這幾類運動與表面的形成沒有直接關繫,而是為工件運動創造條件,統稱為輔助運動。
    3. 機床的傳動
    1) 傳動鏈
    機床上終實現所需運動的部件稱為執行件,如主軸、工作臺、刀架等。為執行件的運動提供能量的裝置稱為運動源。將運動和動力從運動源傳至執行件的裝置,稱為傳動裝置。機床的運動源可以是各種電機、液動機或氣動馬達。交流異步電機因價格便宜、工作可靠,在一般機床的主運動、進給運動和輔助運動中應用為廣泛。當轉速或調速性能等不能滿足要求時,應選用其他運動源。   
    機床的傳動裝置有機械、電氣、液壓、氣動等多種類型。機械傳動又有帶傳動、鏈傳動、囓合傳動、絲杠螺母傳動及其組合等多種方式。件到件之間的一繫列傳動件,稱為機床的傳動鏈。傳動鏈件稱為末端件。末端件可以是運動源、某個執行件,也可以是另一條傳動鏈中間的某個環節。每一條傳動鏈並不是都需要單獨的運動源,以後可以看到,有的傳動鏈可以與其他傳動鏈共用一個運動源。  
    傳動鏈的兩個末端件的轉角或移動量(稱為"計算位移")之間如果有嚴格的比例關繫要求,這樣的傳動鏈稱為內聯繫傳動鏈。若沒有這種要求,則為外聯繫傳動鏈。采用展成法加工齒輪時,單頭滾刀轉一轉,工件也應勻速轉過一個齒,纔能形成準確的齒形。因此,連接工件與滾刀的傳動鏈,即展成運動傳動鏈,就是一條內聯繫傳動鏈。同樣,在車床上車螺紋時,刀具的移動與工件的轉動之間,也應由內聯繫傳動鏈相連。在內聯繫傳動鏈中,不能用帶傳動、摩擦輪傳動等傳動比不穩定的傳動裝置。
    傳動鏈中通常包括兩類傳動機構:一類是傳動比和傳動方向固定不變的傳動機構,如定比齒輪副、蝸杆蝸輪副、絲杠螺母副等,稱為定比傳動機構;另一類是根據加工要求可以變換傳動比和傳動方向的傳動機構,如掛輪變速機構、滑移齒輪變速機構、離合器換向機構等,統稱為換置機構。
    2) 傳動原理圖   
    擬定或分析機床的傳動原理時,常用傳動原理圖。傳動原理圖隻用簡單的符號表達各執行件、運動源之間的傳動聯繫,並不表達實際傳動機構的種類和數量。如圖2-16所示為車床的傳動原理,其中,電機、工件、刀具、絲杠螺母等均以簡單的代號表示,1-4及4-7分別代表電機至主軸、主軸至絲杠的傳動鏈。傳動鏈中傳動比不變的定比傳動部分以虛線表示,如1-2、3-4、4-5、6-7之間均代表定比傳動機構。2-3及5-6之間的代號表示傳動比可以改變的機構,即換置機構,其傳動比分別為uv和ux。

    圖2-16  車床的傳動原理圖
    3) 轉速圖
    通用機床的工藝範圍很廣,因而其主運動的轉速範圍和進給運動的速度範圍較大。例如,中型臥式車床主軸的轉速nmin常為每分鐘幾轉至十幾轉,而轉速nmax可達1500~2000r/min。在轉速與轉速之間,根據機床對傳動的不同要求,主軸的轉速可能有兩種變化方式--無級變速和有級變速。
    采用無級變速方式時,主軸轉速可以選擇nmin與nmax之間的任何數值。其優點是可以得到合理的轉速,速度損失小,但無級變速機構的成本稍高。常用的無級變速機構有各種電機的無級變速和機械的無級變速機構。
    采用有級變速方式時,主軸轉速在nmin與nmax之間隻有有限的若干級中間轉速可供選用。
    為了讓轉速分布相對均勻,常使各級轉速的數值構成等比數列,其公比j的標準值為1.12、1.25、1.41、1.58和2。也有的機床主軸轉速數列中有兩種不同的公比值,即在常用的中間一段轉速範圍內,取較小的值,主軸轉速分布較密,而在兩端的低速和高速範圍內,取較大的值,主軸轉速分布較疏。這種情形稱為雙公比數列。有級變速的缺點是在大多數情況下,能選用的轉速與合理的轉速不能一致而造成轉速損失,但由於有級變速可以用滑移齒輪等機械裝置來實現,成本較低,結構緊湊,且工作可靠,所以在通用機床上仍得到廣泛應用。
    為了表示有級變速傳動繫統中各級轉速的傳動路線,對各種傳動方案進行分析比較,常使用轉速圖。如圖2-17所示為某車床主運動傳動繫統的轉速圖,圖2-17中每條豎線代表一根軸並標明軸號,豎線上的圓點表示該軸所能有的轉速。為使轉速圖上表示轉速的橫線分布均勻,轉速值以對數坐標繪出,但在圖上仍標以實際轉速。兩軸(豎線)之間一條相連的線段表示一對傳動副,並在線旁標明帶輪直徑之比或齒輪的齒數比。兩豎線之間的一組平行線代表同一對傳動副。從左至右往上斜的線表示升速傳動,往下斜的線表示降速傳動。從轉速圖上很容易找出各級轉速的傳動路線和各軸、齒輪的轉速範圍。例如,主軸的轉速範圍為31.5~1400r/min共12級;主軸上n=500r/min的一級轉速,是由電機軸的1440r/min經126∶256一對帶輪傳動至I軸,再經I-Ⅱ軸間一對36∶36的齒輪、Ⅱ-Ⅲ軸間一對 22∶62的齒輪傳至Ⅲ軸,後經一對齒輪60∶30傳至主軸Ⅳ。

    圖2-17  某車床主運動傳動繫統的轉速圖
    將各種可能的傳動路線全部列出來,就得出主運動傳動鏈的傳動路線表達式(傳動結構式),即
                
    電動機--Ⅰ--Ⅱ--Ⅲ--Ⅳ(主軸)
    4) 傳動繫統圖
    分析機床的傳動繫統時經常使用的另一種技術資料是傳動繫統圖。它是表示機床全部運動的傳動關繫的示意圖,用國家標準所規定的符號(見《GB 4460-1984機械運動簡圖符號》)代表各件,按運動傳遞的順序畫在能反映機床外形和各主要部件相互位置的展開圖中。傳動繫統圖上應標明電機的轉速和功率、軸的編號、齒輪和蝸輪的齒數、帶輪直徑、絲杠導程和頭數等參數。傳動繫統圖隻表示傳動關繫,而不表示各零件的實際尺寸和位置。有時為了將空間機構展開為平面圖形,還必須做一些技術處理,如將一根軸斷開繪成兩部分,或將實際上囓合的齒輪分開來畫(用大括號或虛線連接起來),看圖時應予以注意。如圖2-18所示為圖2-17給出的主運動的傳動繫統圖。

    圖2-18  主運動傳動繫統圖
    5) 運動平衡式
    為了表達傳動鏈兩個末端件計算位移之間的數值關繫,常將傳動鏈內各傳動副的傳動比相連乘組成一個等式,稱為運動平衡式。圖2-18所示的主運動傳動鏈在圖示的囓合位置時的運動平衡式為

    運動平衡式還可以用來確定傳動鏈中待定的換置機構傳動比,這時傳動鏈兩末端件的計算位移常作為滿足一定要求的已知量。

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