第四章金属切削机床

1、1第四章第四章 金属切削机床金属切削机床机床机床制造机器的机器制造机器的机器, ,即工作母机。即工作母机。锻压机床锻压机床根据加工工艺方法的不同，机床可分为：根据加工工艺方法的不同，机床可分为：金属切削机床金属切削机床电加工机床电加工机床坐标测量机坐标测量机铸造机床铸造机床热处理机床热处理机床24.1 概述概述4.1.1 4.1.1 机床的基本组成机床的基本组成动力源动力源其他其他控制系统控制系统传动系统传动系统支撑件支撑件冷却系统冷却系统润滑系统润滑系统工作部件工作部件3ca6140透明车床模型透明车床模型1 1）动力源：）动力源： 为机床提供动力（功率）和运动的驱动部分为机床提供动力（功率

2、）和运动的驱动部分2 2）传动系统：）传动系统：l将机床将机床动力源动力源的的运动运动和和动力动力传给传给执行机构执行机构；l将运动由一个将运动由一个执行机构执行机构传递到传递到另一另一个执行机构。个执行机构。主传动系统、进给传动系统和其他运动的主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件传动系统，如变速箱、进给箱等部件包括：包括：5673 3）支撑件：）支撑件： 用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承用于安装和支承其它固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如受其重力和切削力，如床身、底座、立柱床身、底座、立柱等等8双柱双柱立式立式车床车床双柱双柱立式立式车床车床4

3、 4）工作部分：）工作部分： 为工件和刀具的为工件和刀具的旋转旋转或或移动移动提供提供运动运动的部件的部件如如主轴主轴及及主轴箱主轴箱、工作台及其溜板工作台及其溜板、滑枕等安装工、滑枕等安装工件或刀具的部件；件或刀具的部件；包括：包括：(1)(1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件执行部件； 与工件和刀具与工件和刀具安装及调整安装及调整有关的有关的部件或装置部件或装置； 与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。和操纵机构等。5 5）控制系统）控制系统： 控制系统用于控制各工作部件

4、的正常工作控制系统用于控制各工作部件的正常工作数控机床数控机床数控系统。数控系统。包括：包括：电气控制系统电气控制系统液压或气动控制系统液压或气动控制系统6 6）冷却系统）冷却系统用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。7 7）润滑系统）润滑系统用于对机床的运动副用于对机床的运动副 进行润滑，以减小摩擦、磨损和进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。发热。8 8）其他装置：）其他装置：如排屑装置，自动测量装置如排屑装置，自动测量装置124.1.2 机床技术性能机床技术性能a) ) 通用机床通用机床 具有具有较宽的工艺范较宽的工艺范围围，在同

5、一台机床，在同一台机床上可以满足较多的上可以满足较多的加工需要，加工需要，适用于适用于单件小批生产单件小批生产。1.机床的机床的工艺范围工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。工序，使用什么刀具等。13b)专用机床专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都是为特定零件的特定工序而设计的，自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。较高，但它的加工范围很窄。c)数控机床数控机床 则既有较宽的工艺范围，则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高精度的要又能满足零件较高精度的要求，并可实现自动化

6、加工。求，并可实现自动化加工。142. 机床的机床的技术参数技术参数 机床的主要技术参数包括：机床的主要技术参数包括： 尺寸参数、运动参数尺寸参数、运动参数与与动力参数动力参数。 l尺寸参数尺寸参数- 具体反映机床的加工范围具体反映机床的加工范围.包括包括: 主参数、第主参数、第2主参数和与加工零件有关的其他主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数。尺寸参数。l运动参数运动参数-指机床执行件的指机床执行件的运动速度运动速度例如例如: 主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量与最小进给量量与最小进给量(或进给速度或进给速度)。l动力参数动力参数-指机床指机床

7、电动机电动机的功率，有些机床的功率，有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其他内容。还给出主轴允许承受的最大转矩等其他内容。163. 加工质量加工质量机床的加工质量机床的加工质量: 是指在正常工艺条件下所能达到是指在正常工艺条件下所能达到的经济精度，主要由机床本身的精度保证。的经济精度，主要由机床本身的精度保证。机床本身的精度包括机床本身的精度包括: 几何精度几何精度 传动精度传动精度 动态精度动态精度 几何精度几何精度是机床在是机床在低速空载低速空载时各部件间时各部件间相互位置精度相互位置精度和主要零件和主要零件的的形状精度形状精度。如如机床主轴的机床主轴的径向跳动径向跳动和和端面跳动端面跳

8、动、工作台面的、工作台面的平面度平面度 传动精度传动精度是指机床是指机床传动链传动链各末端执行元件各末端执行元件之间运动的协调性和之间运动的协调性和均匀性均匀性。如如: 车床车螺纹时，要求传动链两端保持严格的传动车床车螺纹时，要求传动链两端保持严格的传动比，传动链的传动误差将影响到螺纹的加工精度。比，传动链的传动误差将影响到螺纹的加工精度。 动态精度动态精度是指机床加工时，在是指机床加工时，在切削力、夹紧力、振动和温升切削力、夹紧力、振动和温升的作用下的作用下各部件间的各部件间的相互位置精度相互位置精度和主要零件的和主要零件的形形状精度状精度。 机床的动态精度主要受机床刚度、抗振性和热变形机床

9、的动态精度主要受机床刚度、抗振性和热变形等因素的影响。等因素的影响。 194.2 4.2 金属切削机床的分类和型号的编制金属切削机床的分类和型号的编制4.2.1 机床的分类机床的分类 按加工性质、所用刀具及其用途按加工性质、所用刀具及其用途： 车床车床c、 钻床钻床z、镗床镗床t、 磨床磨床m、齿轮加工机床齿轮加工机床y、 螺纹加工机床螺纹加工机床s、铣床铣床x、 刨插床刨插床b、拉床拉床l、 特种加工机床、特种加工机床、锯床锯床g、 其它机床其它机床q 20 按应用范围（通用性程度）：按应用范围（通用性程度）：l通用机床通用机床卧式车床、万能升降台铣床卧式车床、万能升降台铣床丝杆车床、曲轴车

10、床、凸轮轴车床丝杆车床、曲轴车床、凸轮轴车床加工范围广，通用性强；加工范围广，通用性强；可完成一定尺寸范围内的多种类型零可完成一定尺寸范围内的多种类型零件不同工序的加工；件不同工序的加工；用于单件小批生产；用于单件小批生产；工艺范围较窄；工艺范围较窄；它是为加工一定尺寸范围内的它是为加工一定尺寸范围内的某一类零件的某一种（或少数某一类零件的某一种（或少数几种）工序而专门设计的机床；几种）工序而专门设计的机床；l专门化机床专门化机床l专用机床专用机床21如大量生产的汽车零件所用的各种钻、镗组合机床；如大量生产的汽车零件所用的各种钻、镗组合机床；机床主轴箱专用镗床、组合机床。机床主轴箱专用镗床、组

11、合机床。l专用机床专用机床工艺范围最窄；工艺范围最窄；它一般是为某特定零件的特定工序而设计制造的机床；它一般是为某特定零件的特定工序而设计制造的机床；用于大批量生产；用于大批量生产；22 按重量与尺寸：按重量与尺寸：仪表机床仪表机床中型机床（一般机床）中型机床（一般机床）大型机床（大型机床（10t30t）重型机床（重型机床（30t100t）超重型机床（大于超重型机床（大于100t）按机床主要工作部件的数目按机床主要工作部件的数目：单轴单轴多轴多轴单刀单刀多刀多刀234.2.2 通用机床型号的编制通用机床型号的编制机床型号就是机床的代号，用来表明机床的类型、通机床型号就是机床的代号，用来表明机床

12、的类型、通用特性、结构特性、主要技术参数等。用特性、结构特性、主要技术参数等。（1 1） 型号表示法型号表示法ca6140y315emb824024分类代号分类代号类别代号类别代号 通用特性、结构特性代号通用特性、结构特性代号组代号组代号系代号系代号主参数或设计顺序号主参数或设计顺序号主轴数或第二主参数主轴数或第二主参数重大改进顺序号重大改进顺序号其它特性代号其它特性代号企业代号企业代号 阿拉伯数字阿拉伯数字 大写的汉语拼音字母大写的汉语拼音字母（） （） （）（）（）/ ( / ( ）（）（- - ）3mb824025类类别别 车车床床 钻钻床床 镗镗床床 磨磨 床床 齿齿轮轮加加工工机机床

13、床螺螺纹纹加加工工机机床床 铣铣床床 刨刨插插床床 拉拉床床 特特种种加加工工机机床床 锯锯床床 其其它它机机床床 代代号号cztm2m3mysxbldgq读读音音车车钻钻镗镗 磨磨 2 2磨磨 3 3磨磨 牙牙 丝丝 铣铣 刨刨 拉拉 电电 割割 其其 （2 2）机床的类、组、系的划分及其代号机床的类、组、系的划分及其代号 用阿拉伯数字表示用阿拉伯数字表示 ，位于类别代号前位于类别代号前 用汉语拼音表示用汉语拼音表示26按其结构性能及使用范围按其结构性能及使用范围每类机床划分为每类机床划分为10个组个组每个组又划分为每个组又划分为10个系个系分别用数字分别用数字09表示。表示。 机床的组别代

14、号和系列代号机床的组别代号和系列代号 2728通通用用特特性性高高精精度度精精密密自自动动半半自自动动数数控控加加工工中中心心仿仿形形轻轻型型加加重重型型简简式式或或经经济济型型柔柔性性加加工工单单元元数数显显高高速速代代号号gmzbkhfqcjrxs读读音音高高密密自自半半控控换换仿仿轻轻重重简简柔柔显显速速通用特性代号通用特性代号（3 3）机床的特性代号机床的特性代号ck6132 29结构特性代号结构特性代号 对于结构、性能不同的机床加结构特性代号予对于结构、性能不同的机床加结构特性代号予以区别以区别为避免混淆，通用特性代号已用的字母为避免混淆，通用特性代号已用的字母及及“i”、“o”都不

15、能作为结构特性代号都不能作为结构特性代号结构特性代号在机床型号中没有统一的含义结构特性代号在机床型号中没有统一的含义（3 3）机床的特性代号机床的特性代号30机床主参数：机床主参数：代表机床规格的大小用折算值代表机床规格的大小用折算值（主参数乘以折算系数如（主参数乘以折算系数如1/10）表示。）表示。第二主参数：第二主参数：一般指主轴数、最大跨距、最大一般指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作长度等。第二主参数也工件长度、工作台工作长度等。第二主参数也用折算值表示用折算值表示 （4 4）机床主参数、第二主参数和设计顺序号机床主参数、第二主参数和设计顺序号设计顺序号设计顺序号: :当无法用

16、一个主参数表示时当无法用一个主参数表示时, ,则在则在型号中用设计顺序号表示型号中用设计顺序号表示. . 31机床名称机床名称主参数主参数第第2 2主参数主参数普通车床普通车床车身上工件最大回转车身上工件最大回转直径直径工件最大长度工件最大长度摇臂钻床摇臂钻床最大钻孔直径最大钻孔直径最大跨距最大跨距坐标镗床坐标镗床工作台工作面宽度工作台工作面宽度工作台工作面长工作台工作面长度度外圆磨床外圆磨床最大磨削直径最大磨削直径最大磨削长度最大磨削长度32机机 床床主主 参参 数数 名名 称称折折 算算 系系 数数 卧式车床卧式车床立式车床立式车床摇臂钻床摇臂钻床卧式镗床卧式镗床外圆磨床外圆磨床内圆磨床内

17、圆磨床矩台平面磨床矩台平面磨床齿轮加工机床齿轮加工机床升降台铣床升降台铣床插床及牛头刨床插床及牛头刨床拉床拉床 床身上最大回转直径床身上最大回转直径最大车削直径最大车削直径最大钻孔直径最大钻孔直径镗轴直径镗轴直径最大磨削直径最大磨削直径最大磨削孔径最大磨削孔径工作台面宽度工作台面宽度最大工件直径最大工件直径工作台面宽度工作台面宽度最大插削及刨削长度最大插削及刨削长度额定拉力（额定拉力（t） 1/101/1001/11/101/101/101/101/101/101/101/1 附表附表1 1 各类主要机床的主参数和折算系数各类主要机床的主参数和折算系数33当对机床的结构、性能有更高的要求，并需

18、按新产当对机床的结构、性能有更高的要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，按改进的先后顺序选品重新设计、试制和鉴定时，按改进的先后顺序选用汉语拼音字母用汉语拼音字母a，b，c，（“i、o”两个字母两个字母不得选用），加在型号基本部分的尾部，以区别原不得选用），加在型号基本部分的尾部，以区别原机床型号机床型号（5 5）机床的重大改进顺序号机床的重大改进顺序号y3150e ck6150k 34（6）其它特性代号）其它特性代号l数控机床数控机床: 反映不同的控制系统等。反映不同的控制系统等。l加工中心加工中心: 反映控制系统、自动交换主轴头、自反映控制系统、自动交换主轴头、自动交换工作台等；动交换

19、工作台等；l柔性加工单元柔性加工单元: 反映自动交换主轴箱；反映自动交换主轴箱；l一机多能机床一机多能机床: 补充表示某些功能；补充表示某些功能；l一般机床一般机床: 反映同一型号机床的变型等。反映同一型号机床的变型等。35企业代号企业代号: 包括机床生产厂及机床研究单位代号。包括机床生产厂及机床研究单位代号。企业代号企业代号: 置于辅助部分之尾部，用置于辅助部分之尾部，用“”分开，读作分开，读作“至至”。若在辅助部分中仅有企业代号，则不加若在辅助部分中仅有企业代号，则不加“”。 （7）企业代号）企业代号36高精度万能外圆磨床高精度万能外圆磨床m m类别代号（磨床类）类别代号（磨床类）g g通

20、用特性（高精度）通用特性（高精度）1 1组别代号（外圆磨床组）组别代号（外圆磨床组）4 4系别代号（万能外圆磨床系）系别代号（万能外圆磨床系）3232主参数（最大磨削直径主参数（最大磨削直径320mm320mm）a重大改进顺序号（第一次重大改进）重大改进顺序号（第一次重大改进）mg1432amg1432a【例1】：表4-237c c类别代号（车床类）类别代号（车床类）a a结构特性代号结构特性代号6 6组别代号（落地及卧式车床组）组别代号（落地及卧式车床组）1 1系别代号（系别代号（ 卧式车床系）卧式车床系）4040主参数（最大车削直径主参数（最大车削直径400mm 400mm ）ca6140

21、ca6140【例2】：38【例4】 thm6350/jcst 类别代号（镗床）类别代号（镗床） h 通用特性代号通用特性代号 （加工中心）（加工中心） m 通用特性通用特性 （精密）（精密）50 主参数主参数 (工作台工作面宽度工作台工作面宽度500mm的的1/10) jcs 北京机床研究所北京机床研究所6组别代号组别代号 （卧式镗铣组）（卧式镗铣组）3 系别代号（卧式镗铣系）系别代号（卧式镗铣系）精密镗铣加工中心精密镗铣加工中心表4-2表4-3【例【例4-2】 大河机床厂生产的经过第一次重大改进，大河机床厂生产的经过第一次重大改进，其最大钻孔直径为其最大钻孔直径为25mm的四轴立式排钻床的四

22、轴立式排钻床【例【例4-3】 最大回转直径为最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨的半自动曲轴磨床，其型号为床，其型号为mb8240。根据加工的需要，在此型号。根据加工的需要，在此型号机床的基础上变换的第一种形式的半自动曲轴磨床，机床的基础上变换的第一种形式的半自动曲轴磨床，其型号为其型号为mb8240/1，变换的第二种形式的型号则为，变换的第二种形式的型号则为mb8240/2，依次类推。，依次类推。其型号为其型号为z5625 4a/dh表4-2401.专用机床的型号编制专用机床的型号编制 专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序组成。组成。 例：上

23、海机床厂设计制造的第例：上海机床厂设计制造的第15种专用机床为专用种专用机床为专用磨床，其型号为磨床，其型号为h015。 4.2.3 其他类型机床型号的编制其他类型机床型号的编制 设计单位代号设计单位代号设计顺序设计顺序41例：北京机床研究所以通用机床或专用机床为某厂例：北京机床研究所以通用机床或专用机床为某厂设计的第一条机床自动线，其型号为设计的第一条机床自动线，其型号为jcszx001。 2. 机床自动线型号表示方法机床自动线型号表示方法设计单位代号设计单位代号设计顺序设计顺序zx机床自动线代号机床自动线代号424.34.3机床的运动机床的运动 金属切削机床在进行切削加工时，为了获得所金属

24、切削机床在进行切削加工时，为了获得所需的工件表面形状，必需使刀具和工件按一定的需的工件表面形状，必需使刀具和工件按一定的规律作一系列运动，以保证刀具与工件之间具有规律作一系列运动，以保证刀具与工件之间具有正确的相对运动。正确的相对运动。1表面成形运动表面成形运动 表面成形运动又可分为主运动和进给运动。表面成形运动又可分为主运动和进给运动。2辅助运动辅助运动 机床上除表面成形运动外，其它所有的运动都属机床上除表面成形运动外，其它所有的运动都属于辅助运动。于辅助运动。43xxxxxxxxxiiiiiiivvvfd1=100d2=300n电=1450rpmz1=30z2=65z3=26z4=72z5

25、=20z6=60z7=20 m=2传动结构式：传动结构式：齿齿条条电电/765432121zvzzivzziiizziiddin 765432121mzzzzzzzddnvf 电电例例传动平衡式：传动平衡式：44 （1 1） 滑移齿轮变速滑移齿轮变速xxiiiz1z2z3z4xxiiiz1z2z3z4 4231zzzz传动结构式：传动结构式：- - 机床中常用的变速机构：机床中常用的变速机构：45iiiz1z2z3z4xxiiiz1z2z3z4xx 4231zzzz传动结构式：传动结构式：- - - （2 2） 离合器变速离合器变速46ivvz1=24z3=60z5=24z4=24z2=60z

26、6=60m2m1 vzzmzzmzzzzmzziv2114322134165例例472448522436263927302621272652265226xiixixiiixiixixxxx xxiii26525226-xi)(26395226-xii36272421522648302427-xi 机床传动系统的分析方法：机床传动系统的分析方法：“抓两头，连中间抓两头，连中间 ”48fp=12xxxxxxxxxxxxnr=1450rpmd=150iiiiii1545d=3004515363628za=24zc=24zd=120zb=10824127进给运动：进给运动： （主轴）（主轴）电机电机i

27、iiii 45154515300150 ）丝杠（丝杠（主轴）（主轴）1212724120241082428363636 piii例例 主运动：主运动： 进给量计算进给量计算 ：12127241202410824283636361f49卧式车床卧式车床c616传动系统分析传动系统分析50511 主运动分析主运动分析52主运动传动系统主运动传动系统电动机33/2219/34 34/3222/4528/39 176/200 m1右移m1左移 27/2727/63 17/58主轴 (1440r/min)（1 1）主运动传动路线表达式：）主运动传动路线表达式：53=144033/2234/32176/2

28、0027/270.98=1980(r/min)n主min=144019/3422/45176/20027/6317/580.98=43(r/min)n主max（2 2）主轴转速的计算：）主轴转速的计算：542 进给运动传动系统进给运动传动系统55进给运动传动系统进给运动传动系统56换向结构换向结构57进给运动传动系统进给运动传动系统5859进给运动传动系统进给运动传动系统604.4 数控机床介绍数控机床介绍它综合应用了微电子技术、计算机技术、自动控制、它综合应用了微电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量、电机、电气传动、监控和先进机械结构等精密测量、电机、电气传动、监控和先进机械结构等多方面

29、的新技术成果，是一种灵活性很强、技术密集多方面的新技术成果，是一种灵活性很强、技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。度及自动化程度很高的机电一体化加工设备。61图图 1.4 数控机床的主要结构数控机床的主要结构数控机床的主要结构数控机床的主要结构621. 1. 数控机床的工作原理数控机床的工作原理 63 数控机床基本结构框图数控机床基本结构框图2. 2. 数控机床的组成数控机床的组成计算机数控装置计算机数控装置伺服驱动系统伺服驱动系统机床本体机床本体 辅助装置辅助装置64数控机床的主要工作流程数控机床的主要工作流程 651 1 计算机数控装置计算机数控装置l接受输入装置送来的信息接受

30、输入装置送来的信息l进行编译、运算和逻辑处理进行编译、运算和逻辑处理l输出各种信号和指令给伺服驱动系统输出各种信号和指令给伺服驱动系统l控制机床进行有序的动作控制机床进行有序的动作 是数控机床的控制中心是数控机床的控制中心输入装置、控制运算器和输出装置输入装置、控制运算器和输出装置66 数控装置及信号处理过程数控装置及信号处理过程672 2 伺服驱动系统伺服驱动系统数控机床的执行机构数控机床的执行机构 含伺服驱动电动机、驱动元件和执行部件等含伺服驱动电动机、驱动元件和执行部件等根据数控指令发出脉冲信号根据数控指令发出脉冲信号控制执行部件的进给速度、方向和位移量控制执行部件的进给速度、方向和位移

31、量, ,使之使之按规定轨迹移动或精确定位按规定轨迹移动或精确定位驱动装置有驱动装置有步进电机或伺服电机（直流和交流）步进电机或伺服电机（直流和交流） 683. 3. 机床本体机床本体完成各种机械加工的机械部分。完成各种机械加工的机械部分。是数控机床的主体是数控机床的主体691 1）传动部分结构简单，传动链短；）传动部分结构简单，传动链短；2 2）高的刚性、阻尼、耐磨性，热变形小；）高的刚性、阻尼、耐磨性，热变形小；3 3）高效传动部件：滚珠丝杠、滚动导轨。）高效传动部件：滚珠丝杠、滚动导轨。电器、液压、气动系统、冷却、排屑、电器、液压、气动系统、冷却、排屑、润滑、照明、储运装置、编程机、对刀润

32、滑、照明、储运装置、编程机、对刀仪等。仪等。辅助装置辅助装置70l 数控机床的特点数控机床的特点1 1）适应性广（良好的柔性）适应性广（良好的柔性）加工对象改变，只需重新编程加工对象改变，只需重新编程多品种、中小批量零件的自动化生产多品种、中小批量零件的自动化生产2 2）加工精度高、质量稳定）加工精度高、质量稳定脉冲当量达到脉冲当量达到0.001mm0.001mm3 3）生产率高）生产率高大切削用量，减少切削时间大切削用量，减少切削时间辅助时间少，可自动换刀、装夹工件辅助时间少，可自动换刀、装夹工件进行多表面、不同工艺的连续加工进行多表面、不同工艺的连续加工可自动控制加工精度，不必停机检验可自动控制加工精度，不必停机检验714 4）减轻劳动强度、改善劳动条件）减轻劳动强度、改善劳动条件只需编程、调整机床、装卸工件只需编程、调整机床、装卸工件封闭式加工，清洁、安全封闭式加工，清洁、安全5 5）实现复杂零件的加工）实现复杂零件的加工任意轨迹、任何形状的空间复杂曲面任意轨迹、任何形状的空间复杂曲面6 6）便于现代化的生产管理）便于现代化的生产管理计算机辅助设计、辅助制造计算机辅助设计、辅助制造