任务3.2.2 机床调整与加工
镗床的发展
一、机床传动系统分析
1.TP619 卧式铣镗床的运动分析
卧式铣镗床具有下列运动：镗杆的旋转主运动；平旋盘的旋转主运动；镗杆的轴向进给运动；主轴箱的垂直进给运动；工作台的纵向进给运动；工作台的横向进给运动；旋盘上的径向刀架进给运动；辅助运动，包括主轴、主轴箱及工作台在进给方向上的快速调位运动，后立柱的纵向调位运动，后支架的垂直调位移动，工作台的转位运动，这些辅助运动可以手动，也可由快速电动机传动。
2.主运动传动链分析
图3.2.15 所示为TP619 型卧式铣镗床的传动系统。
主电动机的运动经由轴Ⅰ—Ⅴ间的几组变速组传至轴Ⅴ后，可分别由轴Ⅴ上的滑移齿轮K（z ＝24）或滑移齿轮H（z ＝17）将运动传向主轴或平旋盘。
TP619 型卧式铣镗床在传动系统中采用了一个多轴变速组（轴Ⅲ—Ⅴ间），该变速组由安装在轴Ⅲ上的固定齿轮z ＝52、固定宽齿轮z ＝21，以及安装在轴Ⅳ上的三联滑移齿轮、安装在轴Ⅴ上的固定齿轮z ＝62 及固定宽齿轮z ＝35 等组成。其变速原理如图3.2.16 所示。当三联滑移齿轮处于如图3.3.16 所示中间位置时，变速组传动比为
；当滑移齿轮处于如图3.3.16 所示左边位置时，传动比为
；当滑移齿轮处于如图3.2.16 所示右边位置时，传动比为
。可见，该变速组共有3 种不同的传动比。
主运动传动路线表达式为：
图3.2.16 Ⅲ—Ⅴ轴间的多轴变速组
镗杆主轴可获得22 级转速，转速范围为8～1 250 r／min。平旋盘可获得18 级转速，转速范围为4～200 r／min。
3.进给运动传动链分析
进给运动由主电动机驱动，各进给运动传动链的一端为镗轴或平旋盘，另一端为各进给运动执行件。各传动链采用公用换置机构，即自轴Ⅷ至轴Ⅻ间的各变速组是公用的，运动传至垂直光杠ⅩⅣ后，再经由不同的传动路线，实现各种进给运动。
（1）进给运动传动路线表达式
（2）进给运动的操纵
机床设有一个带两个手柄的操纵轮A（图3.2.15），该手轮有前、中、后3 个位置，依次实现机动进给、手动粗进给或快速调整移动以及手动微量进给。如将操纵轮A 的手把向前拉（近操作者方向），通过杠杆的作用，使中间轴上的齿轮z ＝20 处于“a”位置，脱开与其他齿轮的啮合，同时，通过电液控制，使端面齿离合器M4 啮合，从而接通了机动进给传动路线；当将操纵轮A 的手把扳至中间位置时（图示位置），齿轮z ＝20 处于“b”位置，齿轮z ＝18 啮合，转动手轮就可经齿轮副20／18 及锥齿轮副20／25 使轴ⅩⅤ转动，从而使镗轴轴向或平旋盘刀架径向得到快速调整移动。此时，在电液控制下，离合器M4 脱开啮合，断开机动进给传动链；如将操纵轮A 的手把向后推（远离操作者方向），齿轮z ＝20 处于“c”位置，与齿轮z ＝36 啮合，此时，转动操纵轮A，就可通过齿轮副20／36 和20／50、锥齿轮副27／36 及蜗杆副4／30 传动轴ⅩⅤ。此时，在电液控制下，离合器M4 得以结合，而离合器M3 脱开啮合，断开机动进给传动链。由于这时在传动路线中增加了几对降速齿轮副，故可使镗轴轴向或平旋盘刀架径向得到微量进给。
二、机床的调整与操作
根据图样要求，支架内孔的表面粗糙度为Ra 1.6 μm，保证孔径尺寸
，尺寸精度为IT7 级，孔中心到底面即孔心的位置尺寸为100 ±0.05，尺寸精度为IT9 级，并且与底面孔有位置精度要求。故选择TP619 型卧式铣镗床加工。零件材料为HT200，毛坯为铸件，并经时效处理。箱体毛坯已铸出φ45 mm 的孔。
1.刀具的选择与安装
（1）刀具的类型、材料
刀具的类型有单刃镗刀、固定尺寸双刃镗刀、浮动镗刀；刀头材料为YG6、YG8 类硬质合金。
（2）刀具的角度
①粗镗
孔。
单刃镗刀切削角度：主偏角κr ＝75°～90°，副偏角κ′r ＝4°，前角γ0 ＝10°，后角α0 ＝6°，刃倾角λs ＝2°，刀尖过渡刃倾斜角κst ＝45°，过渡刃宽度bε ＝2 mm，负倒棱5°，宽0.5 mm。
②半精镗
孔。
半精镗刀切削角度选择同上。
③精镗
孔。
浮动镗刀切削角度：前角γ0 ＝12°，主偏角κr ＝1°30′～2°30′，修光刃长6 mm，刃宽为0.20 mm。
（3）刀具的安装
根据加工要求选择相应刀具安装在镗床镗杆位置上。
2.调整镗削用量
粗镗：调整主轴转速n ＝240 r／min，切削速度为45.2 m／min，进给量为0.42 mm／r，镗削深度为7.5 mm。
半精镗：调整主轴转速n ＝420 r／min，切削速度为79.1 m／min，进给量为0.24 mm／r，镗削深度为0.75 mm。
精镗：调整主轴转速n ＝750 r／min，切削速度为141.3 m／min，进给量为0.13 mm／r，镗削深度为0.25 mm。
3.装夹与找正工件及加工
（1）开机前的准备工作
①工件的装夹找正。
按加工工序卡片图样所示，工件的底面为安装面，左侧面为找正面。
由于工件是单孔加工，所以选择装夹位置应靠近主轴，这样有利于工件的加工。找正侧面时，如图3.2.17 所示，利用工作台的T 形槽安装挡铁来间接找正，这样可以避免直接找正时工件的走动，保证定位的可靠性。
工件装上工作台前，先要清理台面及工件定位面毛刺；安装时，侧面要靠紧找正挡铁，并在前后放入等厚纸条，靠紧后不要拉出纸条，待预紧压紧装置后，可拉出纸条；随后压紧工件。如图3.2.18 所示。
图3.2.17 找正挡铁
图3.2.18 工件的装夹
1—纸条；2—挡铁块；3—夹紧装置。
②开机前应注意的工作。
开机前，应注意检查机床各部件机构是否完好，各手柄的位置是否正确。启动后，应使主轴低速运转几分钟，使传动件得到良好润滑，每次移动机床部件时，要注意刀具、工具等的相对位置，快速移动前，应观察移动方向和部位是否正确。
（2）粗镗
①加工孔位找正。
被加工孔的横向尺寸无精度要求，通常以划线为基准，在主轴上安装中心定位轴，调节横向距离，使其尖端对准孔位横向中心线，根据划线找正横向中心，如图3.2.19（a）所示。
②孔的高低尺寸找正
孔的高低尺寸找正要用定位心轴、量规、百分表来进行，如图3.2.19（b）所示。量块高度为心轴半径加上孔距尺寸。
图3.2.19 孔位找正
高低尺寸找正时，将已粘合的量块放在定位心轴附近，用百分表测量出量块的读数（以百分表指针摆动20 格为宜），并转动百分表刻度表面对零位。机动主轴箱使定位心轴停留在量块低处附近，并移动百分表至定位心轴上方，微量进给主轴箱上升。当百分表开始读数时，主轴箱停止移动，百分表做测量定位心轴最高点的径向移动并在最高点处停留。做主轴箱的夹紧试验，测出变化数值，以便精找正时作修正用。松开及微量进给上升移动主轴箱，当百分表出现所需零位读数时，再次夹紧主轴箱，则孔位垂向尺寸已找正。
因卧式镗床主轴箱质量一般都比机床平衡锤的质量要大，所以主轴箱会产生向下的作用力。当主轴箱随着丝杠旋转上升后，丝杠产生的向上作用力与主轴箱产生的向下作用力抵消，所以主轴箱夹紧后就不容易移动，故找正时宜使主轴箱向上移动。
③粗镗用刀具的选择。
粗镗时镗刀杆要根据加工孔的孔径尺寸尽量选择粗大些，以提高刚性，有利于提高孔的形状位置精度，镗刀可选择单刃镗刀并修磨其切削刃，如图3.2.20 所示。
（3）半精镗
①半精镗所用刀具的选择。
图3.2.20 粗镗刀具与工具
1—径、轴向紧固螺钉；2—单刃镗刀；3—镗刀杆。
半精镗时，一般使用固定尺寸单刃或双刃镗刀刀具。
半精镗以控制孔的尺寸精度为主，用准备好的固定尺寸双刃镗刀装在有中心定位的镗刀杆方孔内，然后进行切削加工。(https://www.daowen.com)
②双刃镗刀的正确装夹。
精镗加工中心必须注意：镗刀杆的精度必须完好，镗刀杆装上主轴后，要测量刀杆的径向圆跳动，误差应在0.03 mm 之内，否则会形成孔径尺寸误差；双刃镗刀装夹要正确，镗刀装夹好后须正确对中，否则会形成单刃切削，导致孔径尺寸超差。安装双刃镗刀时，先把擦净后的镗刀杆装夹在主轴上，并把镗刀装入镗刀杆的方孔内，然后将定位螺钉放入定位孔内，用内六角扳手将定位螺钉旋入，并使镗刀做径向游动，直至螺钉斜面与镗刀缺口斜面紧贴，这时螺钉已紧固，便可做切削加工，如图3.2.21 所示。
图3.2.21 双刃镗刀的正确装夹
1—定位孔及定位螺钉；2—镗刀杆；3—内六角扳手；4—镗刀。
（4）精镗
①精镗用刀具的选择。
精镗时，选择浮动镗刀，并用千分尺检测浮动镗刀的镗削直径，调整刀具镗削直径为被加工孔的最小极限尺寸，如图3.2.22 所示。
图3.2.22 精镗用浮动镗刀
（a）通孔浮动镗刀；（b）不通孔浮动镗刀
精镗是孔的最后加工工序。由于浮动镗刀在镗刀杆的刀孔内不作强迫定心，径向可自由移动，能补偿中心偏差，因此，利用浮动镗刀切削可以获得正确的孔形。
②浮动镗刀的正确安装。
浮动镗刀安装前，应先点动机床主轴，使方孔呈水平状态，取出定位螺钉并擦净方孔表面，然后将浮动镗刀装入方孔内做径向移动，其应移动灵活，轴向不能松动，如图3.2.23所示。
精镗加工时，除正确安装浮动镗刀外，还应注意正式切削前浮动镗刀的位置，切削前，浮动镗刀应随主轴伸长，渐渐接近并到达孔口，直至镗刀的切削刃到达孔口且刀体不能移动为止，如图3.2.24 所示。然后点动使刀具转动几圈后才可进行镗削加工。
图3.2.23 浮动镗刀的安装
图3.2.24 浮动镗刀切削前的位置
用校正尺寸的浮动镗刀进行精镗加工，当镗至8～10 mm 深时，应停机并将镗刀转至水平位置退出，待检查孔径尺寸符合要求后再继续进行镗削，如图3.2.25（a）所示。用浮动镗刀进行镗削，浮动镗刀不能全部镗出孔外，如图3.2.25（b）所示。
4.检验
（1）孔内径尺寸的检测
图3.2.25 浮动镗刀精镗
孔内径尺寸的检测方法较多，这里介绍镗削时使用较多的两种方法。
①用内卡钳测量孔的内径尺寸。首先用千分尺将内卡钳的张开度调整到孔的最小极限尺寸，然后将其放入被测孔内，使其一个卡脚固定不动，另一个卡脚左右摆动。可利用公式S2 ＝8de 算出间隙值e ＝S2／（8d），然后将内卡钳的张开度d 加上间隙量e，即为被测孔的实际尺寸，如图3.2.26 所示。
②用内径百分表测量内径。内径百分表是测量内孔的常用精密量具，其使用方便，读数直观，能准确地测出孔的直径尺寸。内径百分表在使用前需要用千分尺来校对或用标准圈来比较校对，测量时，内径百分表应该与被测孔垂直放置，如图3.2.27 所示。应掌握活动测头由孔口向里侧摆动的手势，百分表上反映的最小数值就是孔的实际尺寸。
图3.2.26 内卡钳测量孔径时的摆动量
图3.2.27 用内径百分表测量孔径
（2）孔距尺寸检测
当孔与基准面之间有尺寸要求时，将镗削好的工件放在平板上，孔内装入检验心轴，移动装在磁性表架上的百分表，比较百分表测得心轴两端的读数与标准块处测得的读数，就可知孔距的实际尺寸，如图3.2.28 所示。
（3）平行度检测
利用测量孔距的方法，移动百分表检测孔外两端检验棒，两处测得的读数之差若在图样规定的平行度要求之内就为合格，如图3.2.29 所示。
图3.2.28 孔距尺寸检测
1—工件；2—检验心轴；3—百分表；4—标准块。
图3.2.29 平行度检测
1—检验心轴；2—工件；3—百分表。
三、机床的工装
1.镗刀的安装
镗刀的安装角度δ 是指镗刀轴线与镗杆径向截面之间的夹角，如图3.2.30 所示。δ ＝90°-53°8′。
当镗杆系统刚性强时（镗刀杆短而粗，镗的孔直径大而长度短），可垂直安装；刚性差时，应倾斜安装。镗刀倾斜安装后，刀片的工作主、副偏角会相应地变化。
镗刀块与单刃镗刀的安装有所不同。由于镗刀块通常镗大直径的通孔，镗刀杆直径比较粗，浮动镗刀块又用作精加工，所以通常镗刀块与镗刀杆垂直安装。
2.工件的安装与找正
（1）工件的安装
在镗削之前，刀具和工件之间必须调整到一个合理的位置，为此，工件在机床上必须占据某一正确的位置。在镗削加工过程中，工件的安装方法较多。
底平面安装是镗削加工最常用的安装方法之一。利用工件底平面安装，一般地，工件的底面面积比较大，而且大都经过不同程度的粗、精加工，可直接安装在镗床工作台上；若工件底面是毛坯面，则可用楔形垫块或辅助支承安装在镗床工作台上。
图3.2.30 微调镗刀
1—镗刀头；2—微调螺母；3—螺钉；4—波形垫圈；5—调节螺母；6—固定座套。
若一次安装加工几个面上的孔，工作台转到任一加工位置时，主轴的悬伸量都不能过长，以免影响加工精度。若加工一个侧面上的孔，或两个互相垂直的孔时，可将工件安装在工作台的一端或一角，如图3.2.31（a）和图3.2.31（b）所示；若工件四个侧面上的孔都需镗削，则可将工件安装在工作台中间的合适位置，如图3.2.31（c）所示，这样可使加工各孔时主轴的悬伸长度相差不大，保证镗削质量。
图3.2.31 工件在工作台上的安装位置
（2）工件的找正
工件安装在工作台上位置是否正确，必须按照图样要求，用划线盘、百分表或其他工具确定工件相对于刀具的正确位置和角度，此过程称为工件的找正。找正的方法很多，在大批量生产中，可用夹具直接定位找正；在小批量生产中，一般应用简单的定位元件，如方铁、V 形铁、定位板等。
若在卧式镗床上不用定位元件，有以下几种找正方法：
①按划线找正。粗加工时，工件可按划线工根据图样要求划出的纵、横基准线和镗削孔径等找正。如图3.2.32 所示，在主轴锥孔刀杆上装上划针，然后移动工作台或主轴找正。
图3.2.32 按规划找正
②按粗加工面找正。对于有一定精度要求的镗削工件，往往镗孔前，在工件的侧面或底面的前端先铣（或刨）出一个较长平面，作为镗削加工找正用的粗基准面，如图3.2.33 所示。
图3.2.33 按粗加工面找正
③按精加工面找正。精度要求高的工件，其基准面必须经过精加工，按精基准用百分表找正，其找正方法与按粗加工面找正方法相同，还可以用量块作侧面找正，如图3.2.34 所示。
图3.2.34 用量块作侧面找正
④按已加工的孔找正。对于已有加工孔，但无侧面或底面可作为工艺定位基准的工件，可用工件已有的孔进行找正，如图3.2.35 所示。
图3.2.35 按已加工的孔找正