第2章 机械加工装备与方法 2.1 金属切削机床

2.1.1 概述 一、金属切削机床的分类 按加工方式分： 12大类 按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工方式分： 12大类 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨床 拉床 电加工 机床 切断 其它机床 按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度 按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床 按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床

二、金属切削机床型号的编制 （一）通用机床型号 按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定 例： C A 6 1 4 0 机床类别代号（车床类） 机床特性代号（结构特性） 机床组别代号（落地及卧式车床组） 机床系别代号（卧式车床系） 机床主参数代号（最大车削直径400mm） 1.机床的类别代号 类别 车床 钻床 镗床 磨床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨床 拉床 电加工 机床 切断 其它机床 代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L D G Q 读音 车 钻 镗 磨 2磨 3磨 牙 丝 铣 刨 拉 电 割 其

2. 机床的特性代号 （1）通用特性代号 通用特性 代号 高精度 G 自动换刀 H 精 密 M 仿 形 F 自 动 Z 万 能 W 半自动 B 轻 型 Q 数字程序控制 K 简 式 J （2）结构特性代号 区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语 拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O” 不能用。例：CA6140型普通车床

3.机床的组别和系别代号 每类机床分10组（从0～9组），每组又分10系（从0～9型） 4.主要参数代号 代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用 主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。 5.机床重大改进序号 用字母“A、B、C …… ”表示，附机床型号末尾，以示区别。

（二）专用机床型号 例 ： B1－3 100 （三）组合机床及自动线型号 型号表示方法： 北京第一机床厂 第三组 第100种专用机床（专用铣床） （三）组合机床及自动线型号 组合机床及自动线分类代号 分 类 代 号 大型组合机床 U 小型组合机床 H 自换刀数控组合机床 K 大型组合机床自动线 UX 小型组合机床自动线 HX 自换刀数控自动线 KX

三、机床的运动分析 基本方法 ： 表面 — 运动 — 传动 — 机构 （一）工件表面的形成 零件上的常见表面： 1. 圆柱面 直线（母线）、圆（导线） 2. 圆锥面 直线（母线）、圆（导线） 3. 平面 直线或圆 、直线（导线） 4. 成形面（如螺纹面、渐开线表面）型线、螺旋线或直线 母线和导线统称为形成表面的发生线

由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也 不同，可归纳为四种： 3. 相切法：刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点 运动轨迹的包络线形成一条发生线。 此发生线需要两个独立的成形运动 4. 展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不 吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各 瞬时位置的的包络线。 此发生线需要一个独立的成形运动 ，刀工共同完成 2. 成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线 相同。 此发生线不需要成形运动 1. 轨迹法：刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动 而形成发生线。 此发生线需要一个独立的成形运动

（二）表面形成所需的运动 也即形成发生线所需的运动—成形运动 按组成情况不同，可分为 复合成形运动： 一个成形运动是由单独的旋转运动或直线 简单成形运动： 复合成形运动： 一个成形运动是由单独的旋转运动或直线 运动构成的。 一个成形运动，是由两个或两个以上旋转 运动或直线运动，按照某种确定的运动关 系组合而成。 型线、螺旋线常需成型刀刃或几个简单运动组合，如 由展成运动形成渐开线。

进给运动 可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是 断续的。 成形运动是机床最基本的运动 按作用情况不同，可分为 主运动 速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。    进给运动 可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是 断续的。 成形运动是机床最基本的运动 除成形运动外，还有下列运动： （1）分度运动 （2）切入运动 （3）辅助运动 进刀、退刀、回程和转位等 （4）操纵及控制运动 操纵离合器、改变速度、进给量等

四、机床的传动 1. 机床的基本组成部分 （1）动力源 通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、 （2）执行件 （3）传动件 1. 机床的基本组成部分 （1）动力源 通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、 变频调速电机、步进电机等。 （2）执行件   机床上直接夹持刀具或工件并实现所需运动的零部件，如主轴、 刀架、工作台等。 （3）传动件   把动力源的动力和运动按要求传递给执行件或将运动由—个执行 件传递到另一执行件的零部件，如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等

2. 机床的传动联系 把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件， 构成了一个传动联系，称其为传动链。 2. 机床的传动联系 把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件， 构成了一个传动联系，称其为传动链。 传动链两端的元件称为末端件，它可以是动力源或执行件。 按传动链的性质不同可分为： ①外联系传动链 传动链两个末端件之间不要求有严格的传动比关系，如 车削时电机与主轴间的传动链 ②内联系传动链  传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如 车削螺纹主轴与刀架间的传动链；滚切齿轮工件与滚刀间的传动链； 内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动 。

传动链中通常包括两类传动机构 1.定比传动机构 传动比和传动方向固定不变的传动机构，如 定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等 2. 换置机构  1.定比传动机构 传动比和传动方向固定不变的传动机构，如 定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等 2. 换置机构 根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构，如 挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。

3. 传动原理图和传动系统图 1）传动原理图 为了便于研究机床的传动原理, 用一些简明的符号把 动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。 并不表达实际传动机构的种类和数量 2）传动系统图 表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规 定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，画 在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。 只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置

2.1.2 车床 一、概 述 车床占机床总数的20%～35%； 所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等； 2.1.2 车床 一、概 述 车床占机床总数的20%～35%； 加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等； 运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动 ； 所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等； 车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、 专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床） 加工精度：经济加工精度IT8~IT7,表面粗糙度Ra1.25~2.5

通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类 二、CA6140型卧式车床 （一）机床的特点及用途 通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类 零件的内外回转面、端面，能加工米制、英制、模数制、 径节制四种标准螺纹及加大螺距、非标准螺距螺纹等。但 结构复杂，自动化程度低，适于单件小批生产及修配车间 （二）机床的传动系统分析 为便于了解和分析机床的运动和传动情况，常用机床的 传动系统图。传动系统可分解为主运动传动链和进给运动 传动链。进给运动传动链又可分为纵向机动和横向机动进 给传动链、螺纹进给传动链，还有刀架快速移动传动链。

分析方法：抓两端，连中间 1.主运动传动链 (1)传动路线 （2）主轴的转速及转速级数 1）主轴转速 运动平衡式为： n主＝n电d/D（1-ε)u12u23u36 主轴最高转速为： n主＝1450×130/230（1-0.02)56/38×39/41×63/50≈1400 r/min 主轴最低转速为： n主＝1450×130/230（1-0.02)51/43×22/58×20/80 ×20/80 ×26/58 ≈10 r/min 2）主轴转速级数 正转时 2×3×( 1 + 3 )= 6 + 18 = 24 级 反转时 1×3×( 1 + 3 )= 3 + 9 = 12 级 Φ130

主轴转1 r—刀具移动S mm 2.进给运动传动链 (1)车削螺纹 运动平衡式 1主轴×uS丝＝S 4）车削径节螺纹（英制蜗杆） 径节DP＝Z/D分 PDP=D分π/ Z=π/ DP吋 导程为：SDP=KPDP=Kπ/ DP×25.4 mm SDP=1×58/58×33/33×64/100×100/97 ×1/u基 ×36/25×u倍×12 = π/7×25.4×u倍/ u基 mm DP = 7K u基 / u倍 牙/英寸 5）车削非标准螺距及精密螺纹 离合器M3、M4、M5全部啮合, 螺纹导程靠调整挂轮传动比u挂来实现 运动平衡式： 导程： S =K P非 =1×58/58×33/33×u挂×12 u挂= a/b ×c /d = S/12= K P非/12 3）车削英制螺纹 导程为：Sa=K Pa= K×25.4/a 运动平衡式： Sm =1×58/58×33/33×63/100×100/75 ×1/u基 ×36/25×u倍×12 = 4/7×25.4×u倍/ u基 a= 7K /4 ×u基 /u倍 （扣/英寸） 2）车削模数螺纹（米制蜗杆） 导程为：Sm=Kπm 运动平衡式： Sm =1×58/58×33/33×64/100×100/97 ×25/36×u基 ×25/36×36/25×u倍×12 = 7π/4 u基 u倍 m = 7u基 u倍/(4K) 1）车削普通螺纹 运动平衡式： S =1×58/58×33/33×63/100×100/75 ×25/36×u基 ×25/36×36/25×u倍×12 = 7u基 u倍 可得8×4=32种导程值，符合标准的只 有20种，通过背轮可车24种大螺距螺纹 螺纹

(2)机动进给传动链 1)纵向机动进给量 ①普通螺纹正常螺距路 线，32种纵向进给量 ②英螺纹常螺距8种较大 ③普螺纹扩大螺距机构 (6高速), 8 种细进给量 ④英螺大距16种大进量 2)横向机动进给量 f横/ f纵≈1/2 3)刀架的快速移动 2600 ×13/29 ×…… f纵=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36 ×u基×25/36 ×36/25 ×u倍×28/56 ×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×28/80×π×2.5 ×12=0.71 u基u倍 mm/r f横=1×58/58×33/33×63/100×100/75×25/36 ×u基×25/36 ×36/25 ×u倍×28/56 ×36/32×32/56×4/29×40/30×30/48×59/18×5 mm/r

三、其它车床简介 （一）立式车床 适于加工高度 小于直径的大 型盘套类零件

（二）转塔车床（六角车床） 适用范围：成批加工形状 复杂的盘套类零件 结构特点：没有丝杠和尾座，而在床尾装有一个可纵向移动 的转塔刀架，其上可装多把刀，工作中周期性转 位，顺序地对工件进行加工。刀具行程由挡块控 制，易保证精度，提高生产率。

1.挡块限送料长度； 2.双刀同时车外圆； 3.车外圆及倒角； 4.打中心孔； 5.钻孔； 6.套车外螺纹； 7.前刀架刀切槽； 8.前刀架刀倒角； 9.前刀架刀滚花； 10.切断刀切下工件

（三）CM1107型精密单轴纵切自动车床 1.机床的用途 形状较复杂，精度要求高，一次成形的小型轴类零件。 用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料 2.机床的工作原理 送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由分配轴上的鼓轮 或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环。

单轴纵切自动车床

2.1.3 磨床 一、概 述 磨削应用广泛，精加工精度IT7～IT5级，Ra0.8～0.04um， 磨床种类： 2.1.3 磨床 一、概 述 磨削应用广泛，精加工精度IT7～IT5级，Ra0.8～0.04um， 也可粗加工，高速磨、强力磨；可磨普通材料，又可磨高 硬度难加工材料；适应各种工件形状、表面及生产批量。 磨床种类： （1）外圆磨床 普通、万能、无心外圆磨床 等。 （2）内圆磨床 普通、无心、行星式内圆磨床 等。 （3）平面磨床 卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床 等。 （4）工具磨床 工具曲线磨床 、钻头沟槽磨床等。 （5）刀具刃磨床 万能工具磨床 、拉刀、滚刀磨床等。 （6）专门化磨床 曲轴、花键轴 、齿轮、螺纹磨床等。 （7）其它磨床 研磨机、珩磨机、抛光机等。

二、M1432A型万能外圆磨床 （一）机床的用途 内、外圆柱面、圆锥面及阶梯轴轴肩和端平面。 （二）机床的运动 1.主运动：砂轮旋转 运动 (m/s) 2.工件旋转运动 （ 周向进给运动） 3.工件纵向往复运动 (轴向进给运动) 4.砂轮横向进给运动

（三）机床的机械传动系统 3. 工作台的手动驱动 4. 砂轮架的横向进给运动 手轮A—Ⅴ—15/72—Ⅵ—18/72—Ⅶ—Z18/齿条—工作台纵向移动 手轮A 转 1 转，工作台纵向移动量为： 1×15/72 ×18/72 ×18 ×2π≈6 mm 工作台手动驱动与液压驱动之间有互锁装置。 4. 砂轮架的横向进给运动 手轮B—Ⅷ—50/50（粗进给）或20/80（细进给）—Ⅸ—44/88—横向 进给丝杠(t=4mm)—砂轮架的横向移动 粗进给时,手轮B 转 1 转,砂轮横移量为： 1×50/50×44/88 ×4=2 mm 手轮圆周刻度为200格，转1格进给0.01mm；细进给时转1格进0.0025mm 2. 砂轮的传动 ①外圆砂轮的传动 砂轮电机(1440 r/min)—Φ127/Φ113—砂轮旋转（一般取v砂≈35m/s） ②内圆磨具的传动 磨具电机(2840 r/min)—Φ170/Φ50或Φ170/Φ32—磨具旋转(2种转速)

三、其它磨床简介 （一）普通外圆磨床 头架、砂轮架不能转位，无内圆磨头，工艺范围窄，但刚 度高，旋转精度好，适于中、大批量磨削外圆柱面、小锥 度外圆锥面及阶梯轴轴肩。 （二）无心磨床 工件不需夹持，放在砂轮和导轮之间，连续磨削，操作简单， 生产率高，适于大批量磨削无中心孔的轴、套、销等零件。

（三）内圆磨床 有普通、无心、行星式等，又分普通、半自动、全自动。 一般采用纵磨法。因砂轮直径小，线速度较低15～25m/s, 砂轮轴细长，刚性差，进给量小，冷却、排屑条件差，生 产率低，适于单件小批生产磨削淬硬零件上的孔。

（三）平面磨床 周磨法： 卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床等 （1）卧轴矩台平面磨床 砂轮与工件接触面 小，散热、排屑条 件好，加工质量好。 但刚性小，磨削用 量较小，生产率低， 适于精磨。

（2）立轴圆台平面磨床 端磨法： 砂轮轴伸出短，刚 性好，磨削用量较 大，生产率高。但 砂轮与工件接触面 大，散热、排屑条 件差，加工质量低。 适于粗磨或半精磨。

2.1.4 齿轮加工机床 一、齿轮加工方法与加工机床 （一）齿轮加工方法 按轮齿成形原理分两大类： 1.成形法 加工精度和生产率较低， 2.1.4 齿轮加工机床 一、齿轮加工方法与加工机床 （一）齿轮加工方法 按轮齿成形原理分两大类： 1.成形法 加工精度和生产率较低， 适于单件小批生产。 2.展成法 加工精度和生产率较高， 一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。 （二）齿轮加工机床 圆柱齿轮：滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮刨齿机、铣齿 机、拉齿机 ；弧齿锥齿轮铣齿机。剃齿机、珩齿机、磨齿机

成形法加工齿轮及滚齿

二、滚齿机 （一）滚齿原理—模拟一对螺旋齿轮啮合过程 （二）滚齿机运动分析 主运动—滚刀旋转运动； 展成(啮合)运动—齿坯与滚刀按一定速比转动； 进给运动—滚刀沿齿坯轴向运动。

1.加工直齿圆柱齿轮时的运动分析 （1）主运动B11 电机—1—2—uv—3—4—滚刀 uv为主运动传动比。 （2）展成运动 滚刀旋转运动B11 1/K转(1齿) 齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿) （4）滚刀的安装 滚刀螺旋升角为λ0， 加工直齿时，滚刀轴线 与齿坯端面倾斜δ角， 称为安装角。 δ =λ0 右旋滚刀如图左旋相反 内传动链为： 滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯 ux为啮合运动传动比。 （3）进给运动A2 齿坯—7—8—uf—9—10—刀架 升降，uf为进给运动传动比。

2.加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析 （1）主运动B11 电机—1—2—uv—3—4—滚刀 （2）展成运动 滚刀旋转运动B11 1/K转(1齿) 齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿) 内传动链为： 滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯 （3）进给运动A21与B22 (螺旋线) 齿坯B12—7—8—uf—9—10—A21 A21—11—uy—12—7—齿坯附加 转动B22(产生螺旋线的内传动链) uy按被切齿轮的螺旋角调整

实际上必须用合成机构 把展成运动要求工件转 动B12和差动链要求工件 附加转动B22迭加起来， 然后再传给工作台。 滚齿机是根据滚切斜齿轮 的传动原理设计的。当滚 切直齿轮时，将差动链断 开，并把合成机构固定成 一个整体。

（4）滚刀的安装 安装角δ取决于滚刀螺 旋升角λ0 、旋向及齿轮 螺旋角β、旋向。 二者同向时δ= β －λ0 ； 二者反向时δ= β＋λ0 右旋滚刀如图左旋相反 （5）齿坯附加转动的方向 图a)为右旋滚刀切右旋齿 轮，附加转动B22与B12同 向，即比切直齿时多转些。 图b)为右旋滚刀切左旋齿 轮，附加转动B22与B12反向，即比切直齿时少转些。

（三）Y3150E滚齿机 1.机床的特点及用途 能加工工件最大直径为 500mm，最大模数为8. 2.机床的运动分析 抓两端—连中间 （1）主运动传动链 电动机→主轴（滚刀） （2）展成运动传动链 （4）滚斜齿轮时的差动链 刀架移动L →工件转±1r （5）滚切蜗轮 径向法滚切 滚刀转1r→工件转K/z r （3）进给传动链 工件转1 r→刀架移动mm

（4）滚斜齿轮时的差动链 刀架移动L →工件转±1r L ×1/(3π)×25/2×2/25 × a2/b2×c2/d2 ×36/72 ×i合成 ×e/f×a/b×c/d ×1/72=±1 滚斜齿轮时， i合成＝2 （3）进给传动链 工件转1 r→刀架移动mm 1×72/1×2/25×39/39 ×a1/b1 ×23/69 ×iⅩⅡ—ⅩⅢ ×2/25×3π=f （2）展成运动传动链 滚刀转1r→工件转K/z r 1×80/20×28/28×28/28 ×28/28 ×42/56×i合成×e/f ×a/b×c/d ×1/72=K/z 滚直齿轮时，u合成＝1 （1）主运动传动链 电动机→主轴（滚刀） 1430×Φ115/Φ165×21/42 ×iⅡ—Ⅲ × A / B ×28/28 ×28/28 ×28/28×20/80=n刀 iⅡ—Ⅲ —三种传动比； A / B —三种传动比。

三、其它齿轮加工机床 （一）插齿机 应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。 1. 插齿原理 主运动：插齿刀上下往复运动，插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动； 展成运动：插齿刀与齿坯按一定速比转动； 让刀运动； 径向进给运动；

2. 插齿机传动原理 4～8 圆周进给传动链 1～4 主传动链 8～11展成传动链

（二）磨齿机 多用于淬硬齿轮的齿面精加工，6～3级精度。 磨齿机分两大类：成形法磨齿和展成法磨齿 展成法磨齿分： 连续磨齿 (砂轮为蜗杆形) 分度磨齿 (砂轮有碟型、 大平面型、锥 形，利用齿条 和齿轮啮合原 理)

插齿、剃齿、磨齿

2.1.5 组合机床简介 以系列化、标准化的通用部件为基础再配以少量的专用部 件组成的专用机床。生产率及自动化程度高，精度易保证。 2.1.5 组合机床简介 以系列化、标准化的通用部件为基础再配以少量的专用部 件组成的专用机床。生产率及自动化程度高，精度易保证。 缩短设计制造 周期，经济效 果好。能适应 产品更新，快 速可调、灵活 装配，提高设 备利用率。易 于联成机床自 动线。

组合机床

车削加工