任务2.1.2 机床调整与加工
铣床主运动传动系统分析
一、机床传动系统分析
X6132A 型万能卧式升降台铣床的传动系统如图2.1.7 所示，主运动为主轴的旋转运动，进给运动为纵向、横向及垂直方向这3 个方向的运动。
图2.1.7 X6132A 型万能升降台铣床传动系统
Ph丝—丝杠导程。
1.主运动传动链分析
主传动链中有两组三联滑移齿轮和一组双联滑移齿轮，所以，主轴可获得18（3 ×3 ×2 ＝18）级转速。主轴的正反转由主电机正反转实现。轴Ⅱ右端装有多片式电磁制动器M，停车后，多片式电磁制动器M 线圈接通直流电源，使主轴迅速而平稳地停止转动。
主运动动力源为7.5 kW，1 450 r／min 电动机，末端件为主轴Ⅴ轴，其传动路线表达式为：
进给运动传动系统分析
2.进给运动传动链分析
进给运动由进给电动机（1.5 kW，1 410 r／min）驱动。电动机的运动经一对锥齿轮17／32 传到轴Ⅵ，然后根据轴Ⅹ的电磁摩擦离合器M1、M2 的结合情况，分两条路线传动。如果轴Ⅹ上离合器M1 脱开、M2 啮合，轴Ⅵ的运动经齿轮副40／26、44／42 及离合器M2 传至轴Ⅹ。这条路线可使工作台做快速移动；如轴Ⅹ上离合器M2 脱开、M1 啮合，轴Ⅵ的运动经齿轮副20／44 传至轴Ⅶ，再经轴Ⅶ—Ⅷ间和轴Ⅷ—Ⅸ间两组三联滑移齿轮变速以及轴Ⅹ间的曲回机构，经离合器M1，将运动传至轴Ⅹ。这是一条使工作台做正常运动的传动路线。轴Ⅹ的运动可经过离合器M3、M4、M5以及相应的后续传动路线，使工作台分别得到垂直横向和纵向的移动。由此可知，X6132A 型铣床的纵向、横向、垂直进给量均为21 级，纵向和横向的进给量范围为10～1 000 mm／min，垂直进给量范围为3.3～333 mm／min。
进给运动的传动路线表达式为：
在理论上，铣床在互相垂直的3 个方向上均可获得3 ×3 ×3 ＝27 种进给量，但由于轴Ⅶ—Ⅸ间的两组三联滑移齿轮变速组的3 ×3 ＝9 种传动比中，有三种是相等的，即：
所以，轴Ⅶ—Ⅸ间的两个变速组只有7 种不同的传动比。因而轴Ⅹ上的滑移齿轮z ＝49 只有7 ×3 ＝21 种不同的转速。
二、机床的调整与操作
1.分度方法的选用
万能分度头常用的分度方法有直接分度法、简单分度法和差动分度法等。
（1）直接分度法
主要用于对分度精度要求不高，并且分度次数较少的工件。
（2）简单分度法
直接利用分度盘进行分度的方法称为简单分度法。设被加工工件所需分度数为z（即在一周内分成z 个等分），每次分度时，分度头主轴应转过1／z r，根据传动关系，写成如下公式：
简单分度
式中，a 为每次分度时手柄所转过的整数转（当40／z ＜1 时，a ＝0）；q 为所用分度盘中孔圈的孔数；p 为手柄转过整数转后，在q 个孔的孔圈上转过的孔距。
在分度时，q 值应尽量取分度盘上能实现分度的较大值，可使分度精度高些。为防止由于记忆出错而导致分度操作失误，可调整分度叉的夹角，使分度叉以内的孔数在q 个孔的孔圈上包含（p+1）个孔，即包含的实际孔数比所需要转过的孔数多一个孔，在每次分度定位销插入孔中时可清晰地识别。
例：在铣床上加工直齿圆柱齿轮，齿数z ＝28，求用FW250 分度头分度，每次分度手柄应转过的整数转与转过的孔距数。
计算时，应将分数部分化为最简分数，然后分子、分母同乘以一个整数，使分母等于FW250 分度盘上具有的孔数。计算结果表明：每次分度时，手柄转过
，即在手柄转过整数转后，应在孔数为28 的孔圈上再转过12 个孔距，或在孔数为42、49 的孔圈上分别转过18、21 个孔距。
（3）差动分度法
当需分度的工件的分度数不能与40 相约，或由于分度盘的孔圈有限，使得分度盘上没有所需分度数的孔圈时，则无法用简单分度法进行分度，如73、83、113 等。此时，应用差动分度法进行分度，如图2.1.8 所示。用差动分度法进行分度时，须用交换齿轮。z1、z2、z3、z4 将分度头主轴与侧轴2 联系起来，经一对交错轴斜齿轮副传动，使分度盘回转，补偿所需的角度。此时应松开分度盘紧固螺钉3。交换齿轮1 用于改变分度盘转动的方向，其安装形式如图2.1.8（a）所示。
差动分度法的基本思路是：要实现需分度工件的分度数z（假定z ＞40），手柄应转过40／z r，其定位插销相应从A 点到C 点（图2.1.8（c）），但C 点处没有相应的孔共定位，分度定位销无法插入，故不能用简单分度法分度。为了在分度盘现有孔数的条件下实现所需的分度数z，并能准确定位，可选择一个在现有分度盘上可实现分度，同时非常接近所需分度数z 的假定分度数z0，并以假定分度数z0进行分度，手柄转40／z0r，插销相应从A 点转到B 点（图2.1.8（c）），离所需分度数z 的定位点C 的差值为40／z-40／z0，要将分度盘上的B 点转到C 点，以使分度定位销插入准确定位，就可实现分度数为z 的分度。实现补差的传动由手柄经分度头的传动系统，再经连接分度头主轴与侧轴的交换齿轮传动分度盘。分度时分度手柄按所需分度数转40／z r 时，经上述传动，使分度盘转（40／z-40／z0）r 分度定位销准确插入C 点定位。因此，分度时，手柄轴与分度盘之间的运动关系为：手柄轴转40／z r，则分度盘转（40／z-40／z0）r。这条差动传动链的运动平衡式为：
化简得换置公式为：
图2.1.8 差动分度法
（a）交换齿轮安装位置；（b）传动系统；（c）分度原理
式中，z 为所需分度数；z0为假定分度数。
选取的z0应接近于z，并能与40 相约，并且有相应的交换齿轮，以使调整计算易于实现。当z0 ＞z 时，分度盘旋转方向与手柄转向相同；当z0 ＜z 时，分度盘旋转方向与手柄转向相反。分度盘方向的改变通过在z3 与z4 间加一个介轮实现（图2.1.8（a））。FW250 型万能分度头所配备的交换齿轮有25（两个）、30、35、40、50、55、60、70、80、90、100 共12 个。
例：在铣床上加工齿数为77 的直齿圆柱齿轮，用FW250 型万能分度头进行分度，试进行调整计算。
解：因77 无法与40 相约，分度盘上又无77 孔的孔圈，故用差动分度法。
取假定分度数z0 ＝75。
差动分度
①确定分度盘孔圈孔数及插销应转过的孔间距数。
即选孔数为30 的孔圈，使分度手柄转过16 个孔距。
②计算交换齿轮齿数。
因z0 ＜z，所以分度盘旋转方向应与手柄转向相反，需在z3、z4 间加一个介轮。
2.万能卧式升降台式铣床的操作
（1）工作台手动进给手柄的操作
操作时，将手柄纵向加力，分别接通其手动进给离合器。摇动工作台任何一个手动进给手柄，就能带动工作台做相应方向的手动进给运动。顺时针摇动手柄，即可使工作台前进（或上升）；反之，若逆时针摇动手柄，则工作台后退（或下降）。工作台升降手动手柄如图2.1.9（a）所示，工作台纵向手动手轮如图2.1.9（b）所示。
在进给手柄刻度盘上刻有“1 格＝0.05 mm”字样，说明进给手柄每转过1 小格，工作台移动0.05 mm。摇动各自的手柄，通过刻度盘控制工作台在各进给方向的移动距离。为避免丝杠与螺母间隙的影响，若手柄摇过了刻度，不可直接摇回，必须将其旋转1 转后，再重新摇到要求的刻度位置。
（2）主轴变速的操作
变换主轴转速时，必须先接通电源，停车后按以下步骤进行：
①手握变速手柄球部下压，使其定位的榫块脱出固定环的槽1 位置，如图2.1.10（a）所示。
图2.1.9 工作台手动进给手柄
（a）升降手动手柄；（b）纵向手动手轮
图2.1.10 变速操作
（a）主轴变速的操作；（b）进给变速的操作
②将手柄快速向左推出，使其定位块送入固定环的槽2 内。手柄处于脱开的位置Ⅰ。
③转动调速盘，将所选择的主轴转数对准指针。
④下压手柄，并快速推至位置Ⅱ，即可接合手柄。此时，冲动开关瞬时接通，电动机转动，带动变速齿轮转动，使齿轮啮合。随后，手柄继续向右至位置Ⅲ，并将其榫块送入固定环的槽1位置。电动机失电，主轴箱内齿轮停止转动。
⑤由于电动机启动电流很大，所以最好不要频繁变速。即使需要变速，中间的间隔时间应不少于5 min。主轴未停止，严禁变速。
⑥主轴变速完成后，按下启动按钮，主轴即按选定转速旋转。
⑦检查油窗是否上油。
（3）进给变速的操作
铣床上的进给变速机构的操作非常方便，按照如下步骤进行：
①向外拉出进给变速手柄。
②转动进给变速手柄，带动进给速度盘转动。将进给速度盘上选择好的进给速度的值对准指针位置。
③将进给变速手柄推回原位，即可完成进给变速的操作，如图2.1.10（b）所示。
（4）工作台机动进给的操作
X6132 型卧式万能升降台式铣床的工作台，在各个方向的机动进给手柄都有两副是联动的复式操纵机构，使操作更加方便。三个进给方向的安全工作范围，各由两块限位挡铁实现安全限位。若非工作需要，不得将其随意拆除，否则会发生工作超程而损坏铣床。工作台纵向机动进给手柄有三个位置，即“向左进给”“向右进给”和“停止”，如图2.1.11 所示。工作台横向和垂直方向的机动进给手柄有五个位置，即“向里进给”“向外进给”“向上进给”“向下进给”和“停止”，如图2.1.12 所示。
图2.1.11 工作台纵向机动进给操作图
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图2.1.12 横向和垂直方向的机动进给操作
机动进给手柄的设置使操作方便、不易出错，即当机动进给手柄与进给方向处于垂直状态时，机动进给是停止的。若机动进给手柄处于倾斜状态，则该方向的机动进给被接通。在主轴转动时，手柄向哪个方向倾斜，即向哪个方向进行机动进给；如果同时按下快速移动按钮，则工作台即向该方向进行快速移动。
3.花键轴的加工与检验
（1）选择刀具、切削用量
选用φ80 mm×8 mm×27 mm 的三面刃铣刀。在X6132 型铣床上安装好三面刃铣刀，调整主轴转数为118 r／min，进给速度为95 mm／min。
（2）工件的装夹和校正
先把工件的一端装夹在分度头的三爪自定心卡盘内，另一端用尾座顶尖顶紧。然后用百分表按下列三个方面进行校正：
①工件两端的径向跳动量。
②工件的上母线相对于纵向工作台移动方向的平行度。
③工件的侧母线相对于纵向工作台移动方向的平行度。
（3）对刀
将铣刀端面刃与工件侧面轻微接触，退出工件。横向移动工作台，使工件向铣刀方向移动距离S（单位：mm）：
式中，b 为键宽；D 为花键轴外径。
（4）铣削键侧
先铣削键侧的一面，依次分度将同侧的各面铣削完，然后将工作台横向移动，再铣削键的另一侧面。一般情况下，铣削键侧时，取实际切深（即键齿高度）比图样尺寸大0.1～1.2 mm。
（5）铣削槽底圆弧面
采用成形凹圆弧槽铣刀铣削，先将铣刀对准工件轴心，然后调整吃刀量，每铣削一刀后，测量，根据余量按刻度再继续铣削。
（6）检验花键小径齿数为6，是偶数，可以用百分表直接测量，也可以采用小径通止规进行检验。
三、机床的工装
1.圆柱带孔铣刀的安装
圆柱带孔铣刀如图2.1.13（a）所示，三面刃铣刀如图2.1.13（b）所示，安装在卧式铣床上。
（1）圆柱带孔铣刀的装夹
带孔铣刀在卧式铣床上安装的操作步骤如下：
①将床头的主轴安装孔用棉纱擦拭干净，按照刀具孔的直径选择标准刀杆。铣刀杆常用的标准尺寸有32 mm、27 mm、22 mm。把刀杆推入主轴孔内。右手将铣刀杆的锥柄装入主轴孔，此时铣刀杆上的对称凹槽应对准床体上的凸键，左手转动主轴孔的拉紧螺杆（简称拉杆），使其前端的螺纹部分旋入铣刀杆的螺纹孔。用扳手旋紧拉杆（提示：用扳手紧固拉杆时，必须把主轴转速放在空挡位并夹紧主轴），如图2.1.14 所示。
图2.1.13 圆柱铣刀
（a）圆柱带孔铣刀；（b）三面刃铣刀
图2.1.14 圆柱形带孔铣刀杆的安装
1—主轴；2—刀杆。
②将刀杆口、刀孔、刀垫等擦拭干净，根据工件的位置选择合适尺寸的刀垫，推入刀杆，放好刀垫、刀具，旋紧刀杆螺母，如图2.1.15 所示。铣刀的切削刃应和主轴旋转方向一致，在安装圆盘铣刀时，如锯片铣刀等，由于铣削力比较小，所以一般在铣刀与刀轴之间不安装键。此时应使螺母旋紧的方向与铣刀旋转方向相反，否则，当铣刀切削时，将由于铣削力的作用而使螺母松开，导致铣刀松动。另外，若在靠近螺母的一个垫圈内安装一个键，则可避免螺母松动和拆卸刀具时螺母不易拧开的现象。
③将铣床横梁调整到对应的位置。双手握住挂架，将其挂在铣床横梁导轨上，如图2.1.16所示。
图2.1.15 圆柱带孔铣刀的安装
1—键；2—垫圈；3—铣刀。
图2.1.16 安放挂架
④旋紧刀轴的螺母把铣刀固定。需注意的是，必须把挂架装上以后，才能旋紧此螺母，以防把刀轴扳弯。用扳手旋紧挂架左侧螺母，再把刀杆螺母用扳手旋紧。把注油孔调整到过油的位置。在旋紧螺母时，要把主轴开关放在空位挡，并把主轴夹紧开关置于夹紧位置，夹紧主轴（注意：手部不要碰到铣床横梁，避免手部碰伤），向内扳动扳手，如图2.1.17 所示。
（2）圆柱带孔铣刀的拆卸
圆柱带孔铣刀和圆盘形铣刀的拆卸，基本按照安装过程反向操作。
①松开铣刀。首先松开夹紧螺母，在旋松螺母时，要把主轴开关放在空位挡，并把主轴夹紧开关放在夹紧位置（注意：手部不要碰到铣床横梁，避免手部碰伤），逆时针旋松螺母。
②松开挂架。逆时针旋松挂架螺母，移出挂架。
③拆卸铣刀。将夹紧铣刀螺母旋下，移出铣刀刀垫，卸下铣刀。
④将移出铣刀刀垫安装回刀杆，旋上螺母。
⑤拆卸铣刀刀杆。松开拉杆螺母，轻击拉杆使铣刀刀杆松动，旋下拉杆，移出铣刀刀杆。
⑥将横梁移回原位。
2.工件的装夹
用分度头装夹工件的方法很多，可以充分利用分度头的附件，根据工件的不同特点来选择装夹方法。
（1）用三爪卡盘装夹工件
三爪卡盘用于装夹轴类工件。将分度头水平安放在工作台中间T 形槽偏右端，并校正轴线与工作台面平行，平行度要求达到0.02／100 mm。
（2）用一夹一项装夹工件
零件一端用三爪卡盘夹紧，另一端用尾架上的后顶尖定位并顶紧，如图2.1.18 所示。
图2.1.17 用扳手旋紧螺母
（3）用两顶尖装夹工件
工件两端分别用前顶尖和后顶尖实现装夹，如图2.1.19 所示。此方法适用于切削力小的场合。
图2.1.18 顶尖、千斤顶、卡盘装夹工件
图2.1.19 用两顶尖装夹工件
3.万能分度头的使用
（1）万能分度头的用途及其传动系统
万能分度头是升降台铣床所配备的重要附件之一，用来扩大机床的工艺范围。分度头安装在铣床工作台上，被加工工件支承在分度头主轴顶尖与尾座顶尖之间或安装于分度头主轴前端的卡盘上。利用分度头可进行以下工作：
①使工件绕分度头主轴轴线回转一定角度，以完成等分或不等分的分度工作。如用于加工方头、六角头、花键、齿轮以及多齿刀具等。
②通过分度头使工件的旋转与工作台丝杠的纵向进给保持一定运动关系，以加工螺旋槽、交错轴斜齿轮及阿基米德螺旋线凸轮等。
③用卡盘夹持工件，使工件轴线相对于铣床工作台倾斜一定角度，以加工与工件轴线相交成一定角度的平面、沟槽及直齿锥齿轮等。
（2）万能分度头的结构
①FW250 型万能分度头结构。
FW250 型万能分度头的结构如图2.1.20 所示。图中所涉及的零件用途如下：
a.分度盘紧固螺钉。分度盘的左侧有一个紧固螺钉，用于在一般工作情况下固定分度盘；松开紧固螺钉，可使分度手柄随分度盘一起做微量的转动调整，或完成差动分度、螺旋面加工等。
b.分度叉。分度叉又称扇形股，由两个叉脚组成。其开合角度的大小，按分度手柄所需转过的孔距数予以调整并固定。分度叉的功用是防止分度差错和方便分度。
c.分度盘。分度盘套装在分度手柄轴上，盘上（正、反面）有若干圈在圆周上均布的定位孔，作为各种分度计算和实施分度的依据。分度盘配合分度手柄完成不是整转数的分度工作。
FW250 型万能分度头备有两块分度盘，供分度时选用，每块分度盘前后两面皆有孔，正面6圈孔，反面5 圈孔。它们的孔数分别为第一块：正面每圈孔数为24、25、28、30、34、37，反面每圈孔数为38、39、41、42、43。第二块：正面每圈孔数为46、47、49、51、53、54，反面每圈孔数为57、58、59、62、66。
d.侧轴。侧轴用于与分度头主轴间安装交换齿轮进行差动分度，或用于与铣床工作台纵向丝杠问安装交换齿轮进行直线移距分度来铣削螺旋面等。
铣削加工示例
图2.1.20 FW250 型万能分度头
1—分度盘紧固螺钉；2—分度叉；3—分度盘；4—螺母；5—侧轴；6—螺杆脱落手柄；7—主轴锁紧手柄；8—回转体；9—主轴；10—基座；11—分度手柄；12—分度定位销；13—刻度盘。
e.主轴锁紧手柄。主轴锁紧手柄通常用于在分度后锁紧主轴，使铣削力不致直接作用在分度头的蜗杆、蜗轮上，减小铣削时的振动，保持分度头的分度精确。
f.回转体。回转体是安装分度头主轴的壳体形零件。主轴随回转体可沿基座的环形导轨转动，使主轴轴线在以水平为基准的-60°～+90°范围内做不同仰角的调整。调整时，应先松开基座上靠近主轴后端面的两个螺母，调整后再予以紧固。
g.主轴。分度头的主轴是一个空心轴，FW250 型分度头主轴前后两端均为莫氏4 号锥孔，前锥孔用来安装顶尖或锥度心轴，后锥孔用来安装挂轮轴，用于安装交换齿轮。主轴前端的外部有一段定位体（短圆锥），用来安装三爪自定心卡盘的法兰盘。
h.基座。基座是分度头的本体，分度头的大部分零件均装在基座上。基座底面槽内装有两块定位键，可与铣床工作台台面上的中央T 形槽相配合，以精确定位。
i.分度手柄。分度用，摇动分度手柄，主轴按一定传动比回转。
j.分度定位销。分度定位销在分度手柄的曲柄的一端，可沿曲柄做径向移动，调整到所选孔数的孔圈圆周，与分度叉配合准确分度。