机械制造工程学 第三章 金属切削机床

1、机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 第第 3 3 章章 金属切削机床金属切削机床 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-1 金属切削机床概述金属切削机床概述 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的机器，是制造机器的机器，因此又称为机器零件的机器，是制造机器的机器，因此又称为 “工作母机工作母机”或或“工具机工具机”，通常简称机床。，通常简称机床。 一、机床的分类一、机床的分类 机床的传统分类方法主要是按机床的传统分类方法主要是按加工性质加工性质和和所用所用 刀具刀具进行分类。进行分类。 目前我国将机床分为目前我国将机床分为11

2、大类：大类：车床、钻床、镗车床、钻床、镗 床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、 刨插床、拉床、锯床和其他机床刨插床、拉床、锯床和其他机床。 在每一类机床中，又按工艺范围、布局形势和在每一类机床中，又按工艺范围、布局形势和 结构等，分为若干组，每一组又分为若干系（系结构等，分为若干组，每一组又分为若干系（系 别）。别）。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-1 金属切削机床概述金属切削机床概述 一、机床的分类一、机床的分类 1)1)按按照机床的万能性程度，照机床的万能性程度，可分为可分为: : 普通机床、专门化机床、专用机床普通机床、专

3、门化机床、专用机床 2)2)按照机床的工作精度，按照机床的工作精度，可分为可分为: : 普通精度机床、精密机床、高精度机床普通精度机床、精密机床、高精度机床 3)3)按照机床具有的数控功能，按照机床具有的数控功能，可分为可分为: : 普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加 工中心等工中心等 此外，还可此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等按重量和尺寸，主要部件数目等进进 行分类。行分类。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-1 金属切削机床概述金属切削机床概述 二、机床的型号编制二、机床的型号编制 标准标准JB1838-85：金属切削机床型号编

4、制方法，：金属切削机床型号编制方法， 适用于各类通用机床和专用机床，由适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和汉语拼音字母和 数字数字按一定规律组合而成。按一定规律组合而成。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-1 金属切削机床概述金属切削机床概述 三、机床的技术性能三、机床的技术性能 1 1）工艺范围）工艺范围 2 2）主要技术参数）主要技术参数 3 3）加工精度和表面粗糙度）加工精度和表面粗糙度 4 4）生产率和自动化程度）生产率和自动化程度 5 5）人机关系）人机关系 6 6）成本）成本 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形

5、运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 机器零机器零 件上常用的件上常用的 各种表面：各种表面： 平面、圆柱平面、圆柱 面、圆锥面、面、圆锥面、 成形表面成形表面等。等。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 1 1）零件表面的形成：）零件表面的形成：是一条是一条母线母线沿一条沿一条导线导线运动运动 而形成。而形成。 母线和导线母线和导线 统称为表面统称为表面 发生线。发生线。 1-1-母线，母线，2-2-导线导线 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-

6、2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 发生线是由发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动刀具的切削刃与工件间的相对运动得得 到的到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法 不同，形成发生线的方法可归纳为四种：不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成轨迹法、成 形法、相切法和展成法。形法、相切法和展成法。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法

7、工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 （1 1）轨迹法）轨迹法 是利用刀具做是利用刀具做 一定规律的轨一定规律的轨 迹运动来对工迹运动来对工 件进行加工的件进行加工的 方法。方法。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 （1 1）轨迹法）轨迹法 （2 2）成形法）成形法 是利用成形刀是利用成形刀 具对工件进行具对工件进行 加工的方法。加工的方法。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的

8、运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 （1 1）轨迹法）轨迹法 （2 2）成形法）成形法 （3 3）相切法）相切法 是利用刀具是利用刀具 边旋转边做边旋转边做 轨迹运动来轨迹运动来 对工件进行对工件进行 加工的方法。加工的方法。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 1.1.工件表面的成形方法工件表面的成形方法 2 2）形成发生线的方法）形成发生线的方法 （1 1）轨迹法）轨迹法 （2 2）成形法）成形法 （3 3）相切法）相切法 （4 4）

9、展成法）展成法 是利用工件是利用工件 和刀具做展和刀具做展 成切削运动成切削运动 的加工方法。的加工方法。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 2.2.表面成形运动表面成形运动 为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上 述四种方法之一完成一定的运动。述四种方法之一完成一定的运动。 成形运动：成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作刀具和工件为了形成表面发生线而作 的相对运动。的相对运动。 直线运动（用直线运动（用A来表示）或旋转运动（用来表示）或旋转运动（用B来表来

10、表 示）。示）。 成形运动的种类：成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动简单成形运动、复合成形运动 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 2.2.表面成形运动表面成形运动 （1 1）简单成形运动）简单成形运动 简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运 动关系。动关系。 例例1:1: 用普通车刀车削外圆用普通车刀车削外圆 母线母线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B B1 1。 导线导线-直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动直线，由轨迹法形成，需要

11、一个成形运动 A A2 2。 例例2:2: 用成形车刀车削成形回转表面用成形车刀车削成形回转表面 母线母线-曲线，由成形法形成，不需要成形运动。曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线导线-圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B B1 1。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动：）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或一个复合运动可分解为两个或 多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本

12、 质的区别。质的区别。 组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运 动关系，是相互依存，而不是独立的。动关系，是相互依存，而不是独立的。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动）复合成形运动 例例3:3: 用螺纹车刀车削螺纹用螺纹车刀车削螺纹 母线母线-车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形 状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。 导线导线-螺旋线，

13、由轨迹法形成，需要一个成形运螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运 动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转动。这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B B11 11和刀 和刀 具直线移动具直线移动A A12 12。 。B B11 11和 和A A12 12之间必须保持严格的相对运动 之间必须保持严格的相对运动 关系。关系。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 一、成形运动一、成形运动 2.2.表面成形运动表面成形运动 （2 2）复合成形运动）复合成形运动 例例4: 4: 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线母线-渐开线，由展

14、成法形成，渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动，需要一个成形运动， 是复合运动，可分解为滚刀旋转是复合运动，可分解为滚刀旋转B B11 11和工件旋转 和工件旋转B B12 12两部 两部 分，分，B B11 11和 和B B12 12之间 之间必须保持严格的相对运动关系必须保持严格的相对运动关系。 导线导线-直线，由相切法形成，直线，由相切法形成，需要两个独立的成形需要两个独立的成形 运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A A2 2。 其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B B11 11重合。 重合。

15、因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个：因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个： 一个是复合运动一个是复合运动B B11 11B B1212；另一个是简单的成形运动 ；另一个是简单的成形运动A A2 2。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必 须有须有执行件执行件、动力源动力源和和传动装置传动装置三个基本部分。三个基本部分。 执行件执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台 等。等。 动力源动力源

16、：提供动力的装置，如电动机。：提供动力的装置，如电动机。 传动装置传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并：将运动和动力从动力源传至执行件，并 使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 1.1.传动链传动链 机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的 传动件把传动件把执行件与动力源执行件与动力源（如把主轴和电机），或者（如把主轴和电机），或者 把把执行件和执行件执行件和执行件（例如主轴和刀架）之

17、间联系起来，（例如主轴和刀架）之间联系起来， 称为称为传动联系传动联系。 构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件， 称为称为传动链传动链。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 1.1.传动链传动链 根据传动链的性质，可分为如下两种类型：根据传动链的性质，可分为如下两种类型： 1 1）外联系传动链）外联系传动链 联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工 作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。作台等）之间的传动链

18、，使执行件获得运动（速度和方向）。 保证执行件实现简单运动；保证执行件实现简单运动； 不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系；不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系； 如：车床上加工外圆如：车床上加工外圆 电机电机-主轴；主轴主轴；主轴-刀架刀架 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 1.1.传动链传动链 2 2）内联系传动链）内联系传动链 当传动链的当传动链的两个末端件两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格的（执行件）之间的相对运动有严格的 比例关系要求，该传动链称为比例关系要求，该传动链称为内联系传动链内联系传

19、动链。 联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系；执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦如摩擦 传动、带传动、链传动等传动、带传动、链传动等。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 1.1.传动链传动链 2 2）内联系传动链）内联系传动链 联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；联系复合运动之内的各个分量，保证

20、执行件实现复合运动； 执行件和执行件之间有严格的传动比关系；执行件和执行件之间有严格的传动比关系； 内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦 传动、带传动、链传动等。传动、带传动、链传动等。 如：车床上加工螺纹如：车床上加工螺纹 主轴主轴-刀架，主轴刀架，主轴1 1转转-刀架移动刀架移动1 1个导程个导程 滚切直齿圆柱齿轮滚切直齿圆柱齿轮 滚刀旋转滚刀旋转-工件旋转，滚刀每转工件旋转，滚刀每转1/K1/K转（转（K K滚刀头数）滚刀头数）-工件工件 转转1/Z1/Z转（转（Z Z齿轮齿数）齿轮齿数） 机械制造工程学 第三章 金

21、属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 通常传动链中的各种传动机构可分为通常传动链中的各种传动机构可分为两类两类： 传动比不变的传动比不变的“定比机构定比机构”，如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮 蜗杆等蜗杆等； 可变换传动比的可变换传动比的“变比机构变比机构”（“换置器官换置器官”），），如齿轮变速如齿轮变速 机构、挂轮、数控机床中的数控系统等机构、挂轮、数控机床中的数控系统等。 为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号 来表示传动原理

22、和传动路线，来表示传动原理和传动路线，这就是这就是传动原理图传动原理图。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同， 有如下图所示的三种

23、传动方案，试写出每种传动方案的内、有如下图所示的三种传动方案，试写出每种传动方案的内、 外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造

24、工程学 第三章 金属切削 机床 3-2 机床的运动分析机床的运动分析 二、机床传动链二、机床传动链 2.2.传动原理图传动原理图 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-3 机床传动系统及典型结构机床传动系统及典型结构 一、传动系统一、传动系统 传动系统图传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传是表示机床运动传动关系的综合简图，是传 动原理图的具体体现。动原理图的具体体现。 在图中用简单的符号代表各种传动元件在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84机机 构运动简图符号构运动简图符号），），并按照运动传递的先后顺序，以展开并按照运动传递的先后顺序，以展开 图的形式来表达

25、。图的形式来表达。图中，通常须注明图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗齿轮及蜗轮的齿数、蜗 杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转 速、传动轴的编号速、传动轴的编号等。等。 传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和 空间位置。空间位置。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 以以CA6140CA6140型卧式车床为例，进行讨论。型卧式车床为例，进行讨论。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 一、传动系统一、传动系统 传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法传动路

26、线是分析和认识机床的基础，常用的方法 是是“抓两端，连中间抓两端，连中间”。 1.1.主运动传动链主运动传动链 两两末端件：末端件： 主电机主电机主轴主轴 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1)1)传动路线传动路线 传动路线表达式如下：传动路线表达式如下： 主电动机主电动机三角皮带三角皮带轴轴II摩擦离合器摩擦离合器 M1 M1 轴轴II II 轴轴III III 主轴主轴VIVI。 高速传动路线：高速传动路线： 轴轴III-III-滑移齿轮滑移齿轮Z50Z50左位左位 主轴主轴VIVI。 中低速传动路线中低速传动路线 轴轴IIIIII滑移齿轮滑移

27、齿轮Z50Z50右位、右位、M2M2接合接合轴轴IIIIII、 IVIV、V V间的背轮机构和齿轮副间的背轮机构和齿轮副主轴主轴VIVI。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1)1)传动路线传动路线 传动路线表达式如下：传动路线表达式如下： 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2 2）主轴的转速级数与转速）主轴的转速级数与转速 根据传动系统图和传动路线表达式，根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转主轴正转可可 获得获得2 23 3(2(22-1)+22-1)+23=243=24级级不同转速。同理，不同转速。同理，主主 轴反转轴反转1212级。级。 主轴的转速主轴的转速可按下列运动平

28、衡式计算：可按下列运动平衡式计算： n=1450 n=1450(130/230)(130/230)u uI-II I-II u uII-III II-III u uIII-V III-V 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2.2.进给运动传动链进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），两末端件：主轴（公制螺纹进给传动），两末端件：主轴-刀架刀架 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2.2.进给运动传动链进给运动传动链 （公制螺纹进给传动），（公制螺纹进给传动），两末端件两末端件：主轴主轴-刀架刀架 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 传动路线表达式如下。传动路线表达式如下。 机械制造

29、工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 1.1.主轴箱主轴箱 CA6140 CA6140车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、 操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 1)卸荷带轮卸荷带轮 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及其操纵机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及

30、其操纵机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构摩擦离合器、制动器及其操纵机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 3)主轴组件主轴组件 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.主轴箱主轴箱 4)变速操纵机构变速操纵机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转 变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、 断开和换向；机床过

31、载时控制刀架停止进给；手动操纵断开和换向；机床过载时控制刀架停止进给；手动操纵 刀架移动和实现快速移动。刀架移动和实现快速移动。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 1) 1) 开合螺母开合螺母 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 2)2)纵、横向进给的操纵机构纵、横向进给的操纵机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 3)3)互锁机构互锁机构 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、

32、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 4)4)超越离合器和安全离合器超越离合器和安全离合器 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 二、典型结构二、典型结构 2.2.溜板箱溜板箱 4)4)超越离合器和安全离合器超越离合器和安全离合器 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3-4 机床传动设计机床传动设计 主传动设计主传动设计外联系传动链，保证输出转速、外联系传动链，保证输出转速、 输出功率的要求。输出功率的要求。 进给传动设计进给传动设计内联系传动链，传动精度的要内联系传动链，传动精度的要 求。求。 本节主要介绍本节主要介绍主传动系统的设计方法主传动系统的设计方法。 机械制造工程学 第三章 金属切

33、削 机床 机床的主要参数机床的主要参数 机床的主要参数包括：机床的主要参数包括： 尺寸参数尺寸参数影响机床加工性能的尺寸，如主参数、影响机床加工性能的尺寸，如主参数、 第二主参数、结构尺寸等；第二主参数、结构尺寸等； 运动参数运动参数主运动参数（如主轴转速）、进给运动主运动参数（如主轴转速）、进给运动 参数（进给量及其数列）；参数（进给量及其数列）； 动力参数动力参数主运动、进给运动、辅助运动的传动功主运动、进给运动、辅助运动的传动功 率率 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 一、机床主运动参数的确定一、机床主运动参数的确定 1.1.主轴最高转速和最低转速主轴最高转速和最低转速 n nma

34、x max=1000 =1000V Vmax max/( /(d dmin min) )， ，r/minr/min n nmin min=1000 =1000V Vmin min/( /(d dmax max) )， ，r/minr/min V Vmax max、 、V Vmin min典型工序 典型工序的最大、最小切削速度；的最大、最小切削速度； d dmax max、 、d dmin min经济加工 经济加工的最大和最小直径，不是机床可的最大和最小直径，不是机床可 能加工的最大和最小直径。能加工的最大和最小直径。 普通车床：普通车床：d dmax max (0.5(0.50.6)D0.6)

35、Dmax max（床身最大回转直 （床身最大回转直 径），径），d dmin min (0.5(0.50.6)d0.6)dmax max； ； 摇臂钻床：摇臂钻床：d dmax max D Dmax max， ，d dmin min (0.5(0.50.6)d0.6)dmax max。 。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 1.1.主轴最高转速和最低转速主轴最高转速和最低转速 n nmax max=1000 =1000V Vmax max/( /(d dmin min) )， ，r/minr/min n nmin min=1000 =1000V Vmin min/( /(d dmax m

36、ax) )， ，r/minr/min 变速范围变速范围：R Rn n=n=nmax max/n /nmin min 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2.2.主轴的转速数列主轴的转速数列 如某变速机构有如某变速机构有z z级转速，分别是：级转速，分别是：n n1 1，n n2 2， n n3 3，n nz z。 若某一工件的最佳切削速度为若某一工件的最佳切削速度为v v，对应的转速为，对应的转速为n n， 而而n n又处于两极转速又处于两极转速n nj j、n nj+1 j+1之间，即： 之间，即： n nj j n n n 11， 为使最大相对转速损失不超过为使最大相对转速损失不超过5

37、0%50%，即：，即： (-1(-1）/100%50%100%50%，则，则22。 121 0 0，表示加工点位于直线上方；，表示加工点位于直线上方； 若若F Fi i 0 0，表示加工点位于直线下方。，表示加工点位于直线下方。 （2 2）偏差函数的递推计算）偏差函数的递推计算 采用偏差函数的递推式（迭代式）采用偏差函数的递推式（迭代式） 既由前一点计算后一点既由前一点计算后一点 0 ee XYYX Y X F0 Pi i (Xi i,Yi i) Ae (Xe,Ye) O eieii YXXYF 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 F Fi i = =Y Yi i X Xe -e -X X

38、i iY Ye e 若若F Fi i=0=0，规定向，规定向 +X +X 方向走一步方向走一步 X Xi i+1 +1 = = X Xi i +1+1 F Fi i+1 +1 = = X Xe eY Yi i Y Ye e( (X Xi i +1+1) )= =F Fi i - -Y Ye e 若若F Fi i00，规定，规定 +Y +Y 方向走一步，则有方向走一步，则有 Y Yi i+1 +1 = = Y Yi i +1+1 F Fi i+1 +1 = = X Xe e( (Y Yi i +1+1)-)-Y Ye eX Xi i = =F Fi i + +X Xe e （3 3）终点判别）终

39、点判别 直线插补的终点判别可采用三种方法。直线插补的终点判别可采用三种方法。 1 1）判断插补或进给的总步数：；）判断插补或进给的总步数：； 2 2）分别判断各坐标轴的进给步数；）分别判断各坐标轴的进给步数； 3 3）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 举例举例 对于第一象限直线对于第一象限直线OAOA，终点坐标，终点坐标X Xe e=6 ,Y=6 ,Ye e=4=4，插补从直线起，插补从直线起 点点O O开始，故开始，故F F0 0=0 =0 。终点判别是判断进给总步数。终点判别是判断进给总步数N=6+4=1

40、0N=6+4=10，将，将 其存入终点判别计数器中，每进给一步减其存入终点判别计数器中，每进给一步减1 1，若，若N=0N=0，则停止插，则停止插 补。补。 O A 9 8 75 4 3 2 1 6 10 Y X 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 举例举例 对于第一象限直线对于第一象限直线OAOA，终点坐标，终点坐标 X Xe e=6 ,Y=6 ,Ye e=4=4，插补从直线起点，插补从直线起点O O开始，开始， 故故F F0 0=0 =0 。终点判别是判断进给总步数。终点判别是判断进给总步数 N=6+4=10N=6+4=10，将其存入终点判别计数器，将其存入终点判别计数器 中，每进给一

41、步减中，每进给一步减1 1，若，若N=0N=0，则停止，则停止 插补。插补。 步数步数判别判别坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算终点判别终点判别 0 0 F F0 0=0=0=10=10 1 1F=0F=0+X+XF F1 1=F=F0 0-y-ye e=0-4=-4=0-4=-4=10-1=9=10-1=9 2 2F0F0F0+X+XF F3 3=F=F2 2-y-ye e=2-4=-2=2-4=-2=8-1=7=8-1=7 4 4F0F0F0+X+XF F5 5=F=F4 4-y-ye e=4-4=0=4-4=0=6-1=5=6-1=5 6 6F=0F=0+X+XF F6 6=F=F5 5-

42、y-ye e=0-4=-4=0-4=-4=5-1=4=5-1=4 7 7F0F0F0+X+XF F8 8=F=F7 7-y-ye e=2-4=-2=2-4=-2=3-1=2=3-1=2 9 9F0F0F0+X+XF F10 10=F =F9 9-y-ye e=4-4=0=4-4=0=1-1=0=1-1=0 O A 9 8 75 4 3 2 1 6 10 Y X 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2)2)逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 （1 1）偏差函数）偏差函数 任意加工点任意加工点P Pi i（X Xi i，Y Yi i），偏差函数），偏差函数F Fi i可表示为可表示为 若若F

43、 Fi i=0=0，表示加工点位于圆上；，表示加工点位于圆上； 若若F Fi i00，表示加工点位于圆外；，表示加工点位于圆外； 若若F Fi i0 0 F 0 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 （2 2）偏差函数的递推计算）偏差函数的递推计算 逆圆插补逆圆插补 若若FF0 0，规定向，规定向-X-X方向方向 走一步走一步 若若F Fi i00，规定向，规定向+Y+Y方向方向 走一步走一步 顺圆插补顺圆插补 若若F Fi i00，规定向，规定向-Y-Y方向方向 走一步走一步 若若F Fi i00，规定向，规定向+y+y方向方向 走一步走一步 （3 3）终点判别）终点判别 1 1）判断插补

44、或进给的总步数：）判断插补或进给的总步数： 2 2）分别判断各坐标轴的进给步数；）分别判断各坐标轴的进给步数； , 12) 1( 1 222 1 1 iiiii ii XFRYXF XX 12) 1( 1 222 1 1 iiiii ii YFRYXF YY 12) 1( 1 222 1 1 iiiii ii YFRYXF YY 12) 1( 1 222 1 1 iiiii ii XFRYXF XX baba YYXXN bax XXN bay YYN 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 举例举例 对于第一象限圆弧对于第一象限圆弧ABAB， 起点起点A A（4 4，0 0），终点），终点B

45、 B（0 0，4 4） A B Y X 4 4 步数步数偏差判别偏差判别坐标进给坐标进给 偏差计算偏差计算坐标计算坐标计算终点判别终点判别 起点起点 F F0 0=0=0 x x0 0=4, y=4, y0 0=0=0=4+4=8=4+4=8 1 1F F0 0=0=0-x-xF F1 1=F=F0 0-2x-2x0 0+1+1 =0-2 =0-2* *4+1=-74+1=-7 x x1 1=4-1=3=4-1=3 y y1 1=0=0 =8-1=7=8-1=7 2 2F F1 100+y+yF F2 2=F=F1 1+2y+2y1 1+1+1 =-7+2 =-7+2* *0+1=-60+1=

46、-6 x x2 2=3=3 y y2 2=y=y1 1+1=1+1=1 =7-1=6=7-1=6 3 3F F2 200+y+yF F3 3=F=F2 2+2y+2y2 2+1=-3+1=-3x x3 3=4, y=4, y3 3=2=2=5=5 4 4F F3 3000-x-xF F5 5=F=F4 4-2x-2x4 4+1=-3+1=-3x x5 5=4, y=4, y5 5=0=0=3=3 6 6F F5 5000-x-xF F7 7=F=F6 6-2x-2x6 6+1=1+1=1x x7 7=4, y=4, y7 7=0=0=1=1 8 8F F7 700-x-xF F8 8=F=F7

47、 7-2x-2x7 7+1=0+1=0 x x8 8=4, y=4, y8 8=0=0=0=0 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3 3）逐点比较法的速度分析）逐点比较法的速度分析 式中：式中：L L 直线长度；直线长度； V V 刀具进给速度；刀具进给速度； N N 插补循环数；插补循环数； f f 插补脉冲的频率。插补脉冲的频率。 所以：所以： 刀具进给速度与刀具进给速度与插补时钟频率插补时钟频率f f 和与和与X X轴夹角轴夹角 有关有关 f N V L sincosLLYXN ee cossin f V 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 4 4）逐点比较法的象限处理）逐点比

48、较法的象限处理 （1 1）分别处理法）分别处理法 四个象限的直线插补，会有四个象限的直线插补，会有4 4组计算公式，对于组计算公式，对于4 4个象限的逆个象限的逆 时针圆弧插补和时针圆弧插补和4 4个象限的顺时针圆弧插补，会有个象限的顺时针圆弧插补，会有8 8组计算公组计算公 式式 （2 2）坐标变换法）坐标变换法 用第一象限逆圆插补的偏差函数进行第三象限逆圆和第二、用第一象限逆圆插补的偏差函数进行第三象限逆圆和第二、 四象限顺圆插补的偏差计算，用第一象限顺圆插补的偏差函四象限顺圆插补的偏差计算，用第一象限顺圆插补的偏差函 数进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补的偏差计算。数进行第三象限顺圆

49、和第二、四象限逆圆插补的偏差计算。 顺圆顺圆 逆圆逆圆 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 五、数控加工程序编制五、数控加工程序编制 1. 数控编程的基本概念数控编程的基本概念 根据被加工零件的图纸及其技术要求、工根据被加工零件的图纸及其技术要求、工 艺要求等切削加工的必要信息，艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所按数控系统所 规定的指令和格式编制数控加工指令序列。规定的指令和格式编制数控加工指令序列。 3-5 3-5 数控机床数控机床 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2. 数控编程方法数控编程方法 1) 手工编程手工编程 2)2)自动编程自动编程 零件造型；确定走刀路线、工艺

50、参数；翻零件造型；确定走刀路线、工艺参数；翻 译、计算；后置处理；自动输出特定数控机床的数控指令。译、计算；后置处理；自动输出特定数控机床的数控指令。 数控编程系统：数控编程系统： APT CATIA Pro/E MasterCAM UG I-DEAS Cimatron CAXA制造工程师制造工程师 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3. 数控程序编制的内容与步骤数控程序编制的内容与步骤 零件图纸分析零件图纸分析 工艺处理工艺处理 刀位轨迹计算刀位轨迹计算(数学处理数学处理) 编写程序编写程序 程序输入程序输入 程序校验、试切程序校验、试切 加工加工 机械制造工程学 第三章 金属切削 机

51、床 4. 数控编程的基础数控编程的基础 1 1）数控机床坐标系的规定）数控机床坐标系的规定 机床上固有的坐标系机床上固有的坐标系 数控机床坐标轴和运动方向的命名数控机床坐标轴和运动方向的命名JB3051-82 假假定定工件是静止工件是静止的的，而，而刀具是运动的刀具是运动的。 直线运动直线运动坐标坐标轴采用轴采用右手笛卡尔直角坐标系右手笛卡尔直角坐标系 旋转运动旋转运动坐标轴用坐标轴用右手螺旋定则右手螺旋定则确定确定 “数控机床的主轴与机床坐标系的数控机床的主轴与机床坐标系的Z Z轴重合或平行轴重合或平行” 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 2 2

52、）机床原点）机床原点（机床零点）（机床零点）与参考点与参考点 机床原点：机床坐标系的原点。（基准点）机床原点：机床坐标系的原点。（基准点） 参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。参考点：由挡铁和限位开关预先确定好的点。 通常在通常在数控铣床数控铣床上上机床原点和机床参考点是重合的机床原点和机床参考点是重合的； 而在而在数控车床数控车床上机床上机床参考点是离机床原点最远的极限点参考点是离机床原点最远的极限点。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 3 3）工件坐标系）工件坐标系（编程坐标系）（编程坐标系）与工件原点与工件原点 工件工件坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立坐标系是编程人

53、员根据零件图样及加工工艺等建立 的坐标系。的坐标系。 工件工件坐标系坐标系一般一般供编程使用供编程使用，确定编程坐标系时不必考，确定编程坐标系时不必考 虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。 4)4)加工坐标系加工坐标系 加工坐标系是指以加工坐标系是指以确定的确定的 加工原点加工原点为基准所建立的坐标为基准所建立的坐标 系。系。 加工原点也称为加工原点也称为程序原点程序原点， 是指是指零件被装夹好后，相应的零件被装夹好后，相应的 编程原点在机床坐标系中的位编程原点在机床坐标系中的位 置置。加工坐标系原点可由程序加工坐标系原点可由程序 指令来设置和改变指令来设置和改

54、变 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 5) “5) “刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点” 在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对对 刀刀”。 所谓所谓对刀对刀是指使是指使“刀位点刀位点”与与“对刀点对刀点”重合的操重合的操 作。作。 每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在 机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。 “刀位点刀位点”是指刀具的定位基准点。是指刀具的定位基准点。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 6 6）换刀点）换刀点 换刀点换刀点

55、是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工 的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换 刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位刀。对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位 置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具， 换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有 一定的安全量一定的安全量。 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 7 7）程序结构与程序段格式）程序结构与程序段格式 加工程序的结构加工程序的结构 加工

56、程序加工程序 主程序和子程序主程序和子程序 程序段程序段(block) 字字(word) 地址和数据地址和数据 程序段格式程序段格式 N NG GX X. .Y Y. .F FS ST TM MLFLF 程序段序号程序段序号 准备机能字准备机能字 坐标字坐标字 进给功能字进给功能字 主轴转速功能字主轴转速功能字 刀具功能字刀具功能字 辅助功能字辅助功能字 结束符结束符 ISO6938-I-1982 GB8870-88 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 常用地址字符常用地址字符 地址字地址字意意 义义 N程序段序号程序段序号 G准备机能准备机能 M辅助机能辅助机能 X 、Y、 Z主坐标轴主

57、坐标轴X、Y、Z移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字 U、V 、W与与X、Y、Z轴平行的第轴平行的第2移动坐标尺寸字移动坐标尺寸字 A 、B、 C围绕围绕X、Y、Z轴旋转的旋转轴角度尺寸字轴旋转的旋转轴角度尺寸字 F 、S、T进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能进给速度指定机能、主轴速度机能、刀具机能 I、J、K圆弧圆心相对起点坐标圆弧圆心相对起点坐标 R 圆弧半径圆弧半径 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 5. 数控系统的指令代码数控系统的指令代码 JB3203-83 1)1)准备功能准备功能G G代码代码 G00G00G99G99 模态代码：模态代码：一经在一个程序段中指定，其功能一直保

58、持一经在一个程序段中指定，其功能一直保持 到被取消或被同组其它到被取消或被同组其它G代码所代替代码所代替 非模态代码：非模态代码：功能仅在所出现的程序段内有效功能仅在所出现的程序段内有效 同组的两个代码不能出现在一个程序段中同组的两个代码不能出现在一个程序段中( (如如G00,G01)G00,G01) 不同组的不同组的G G代码根据需要可以在一个程序段中出现代码根据需要可以在一个程序段中出现 2)2)辅助功能辅助功能M M代码代码 M00M00M99M99 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 6. 常用常用 G代码功能代码功能 1 1）绝对坐标与增量坐标编程指令（）绝对坐标与增量坐标编程指

59、令（G90G90，G91G91） G90G90 G01 X40.0 Y70.0 G01 X40.0 Y70.0； G91G91 G01 X G01 X60.0 Y40.060.0 Y40.0； X Y 70.0 30.0 40.0100.0 终点终点 起点起点 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 6. 常用常用 G代码功能代码功能 2)2)插补功能插补功能G G代码代码 快速点定位指令快速点定位指令（G00G00） 直线插补指令直线插补指令（G01G01） 例：直线例：直线轴轴插补：（插补：（G91G91）G01 X200.0 Y100.0 G01 X200.0 Y100.0 F200.0

60、F200.0； 旋转轴旋转轴插补：插补： G91 G91 G01 C 90.0G01 C 90.0 F300.0 F300.0； Y Y 110.0110.0 X XO 20.020.0 （终点）（终点） 220.0220.0 （起点）（起点） 10.010.0 （起点）（起点） （终点）（终点） 进给速度进给速度 300deg/min300deg/min 9090 机械制造工程学 第三章 金属切削 机床 6. 常用常用 G代码功能代码功能 2)2)插补功能插补功能G G代码代码 圆弧插补指令圆弧插补指令 顺时针圆弧插补指令（顺时针圆弧插补指令（G02G02） 逆时针圆弧插补指令（逆时针圆弧插