第3章金属切削机床与刀具1

1、1机械制造技术机械制造技术mechanical manufacturing technology第第3 3章章 金属切削机床与刀具金属切削机床与刀具2第3章 金属切削机床与刀具 主要内容：3.1 机床分类、型号与主要技术参数3.2 工件表面成形方法和机床的运动分析3.3 车床与车刀 3.4 孔加工机床与刀具3.5 铣床和铣刀3.6 磨床和砂轮3.7 齿轮加工机床与齿轮刀具3卧式车床 3.1机床分类、型号与主要技术参数4立式铣床 3.1机床分类、型号与主要技术参数5外圆磨床 3.1机床分类、型号与主要技术参数6数控车床 3.1机床分类、型号与主要技术参数7 一、机床的分类 1.按加工性质和所用刀

2、具：12大类 2.按应用范围（通用性程度） 通用机床：用于加工多种工件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构复杂。专门化机床：工艺范围窄，专门用于加工某一类或某几类零件的某一道（或几道）特定工序。专用机床：工艺范围最窄，只能用于加工某一种零件的某 一道特定工序，适用于大批量生产。车床；钻床；镗床；磨床；齿轮加工机床；螺纹加工机床；铣床；刨插床；拉床；特种加工机床？；锯床；其它机床。3.1机床分类、型号与主要技术参数83.按机床工作精度：普通精度机床、精密机床、高精度机床4.按机床重量和尺寸：仪表机床中型机床大型机床（重量达到10吨）重型机床（重量30吨以上）超重型机床（重量100吨） 5

3、.按机床自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床 3.1机床分类、型号与主要技术参数9 机床的型号：机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、 通用和结构特性、主要技术参数等。 二、机床型号的编制我国的机床型号按 gb/t 15375-2008 金属切削机床 型号编制方法编制。由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律组合而成，它适合于各类通用机床和专用机床。3.1机床分类、型号与主要技术参数103.1机床分类、型号与主要技术参数注：1）有“”符号者，为大写的汉语拼音字母； 2）有“”符号者，为阿拉伯数字； 3）有“（ ）”的代号或数字，当无内容时则不表示，有内容时应去掉括号分类代号类别代号通用特

4、性和结构特性代号组别代号型别代号主参数或设计顺序号主轴数（用“ ”分开）重大改进序号同一型号机床的变型代号(用“”分开)最大跨距、最大工件长度、工作台长度等第二参数(用“”分开)() () () () () ()机床型号的表示方法：11（1）机床的类别代号：表7.1用该类机床名称汉语拼音的第一个大写字母表示。分类代号用阿拉伯数字表示，放在类代号之前，如磨床类 为m、2m、3m三个分类。（一）通用机床的型号3.1机床分类、型号与主要技术参数12 （2）机床的特性代号：用汉语拼音字母表示 通用特性代号：在类别后加上相应的特性代号3.1机床分类、型号与主要技术参数13示例: “ck”数控车床；“mb

5、g”半自动高精度磨床；“cm” 精密车床。 结构特性代号结构特性代号为区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母区别。ca6140型普通卧式车床在结构上不同于c6140。通用特性已用字母及“i”、“o”不能用作结构特性代号。3.1机床分类、型号与主要技术参数14 1 2 外圆磨床 内圆磨床01234567890123456789无心磨床。外圆磨床万能外圆磨床。内圆磨床。3.1机床分类、型号与主要技术参数（3）机床的组别、系别代号：用两位阿拉伯数字表示，前一位 表示组别，后一位表示系别。15（4）机床主参数或设计顺序号机床主参数：代表机床规格的大小，用阿拉伯数字给出主参数的折算值（1

6、/1、1/10或1/100），取两位数字表示，位于系代号之后。机床最主要的一个技术参数，直接反映了机床的加工能 力，并影响机床其它参数和基本结构的大小。以机床的最大加工尺寸（工件尺寸或加工面尺寸）或与此 有关的机床部件尺寸表示。 卧式车床为床身上最大工件回转直径； 摇臂钻床为最大钻孔直径； 升降台铣床为工作台面宽度。3.1机床分类、型号与主要技术参数16第二主参数： 一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、 工作台工作面长度等。用折算值表示。设计的顺序号： 某些通用机床，当无法用一个主参数表示时， 则在型号中用设计的顺序号表示。设计的顺序号由1起 始，10时，则在设计的顺序号之前加“0”。3.

7、1机床分类、型号与主要技术参数17（5）机床的重大改进顺序号当机床的性能和结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定在原机床型号的尾部，加重大改进顺序号。3.1机床分类、型号与主要技术参数（6）企业代号 生产单位为机床厂 用机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示； 生产单位为机床研究所 用该所名称的大写汉语拼音字母表示。182.专用机床的型号3.1机床分类、型号与主要技术参数设计单位代号-设计顺序号例：北京第一机床厂设计生产的第50种专用铣床的型号为 b1-050193机床的主要技术参数：包括主参数和基本参数尺寸参数：机床的

8、主要结构尺寸。运动参数：机床执行件的运动速度 主运动的速度范围；速度数列； 进给运动的进给量范围、进给量数列； 空行程的速度。动力参数： 主要指驱动主运动、进给运动、空行程运动的电动机功率。3.1机床分类、型号与主要技术参数20主参数（最大磨削直径主参数（最大磨削直径320 mm)320 mm)系别代号（万能外圆磨床系）系别代号（万能外圆磨床系）组别代号（外圆磨床组组别代号（外圆磨床组）通用特性代号（高精度）通用特性代号（高精度）类别代号类别代号( (磨床类）磨床类）m g 1 4 32 am g 1 4 32 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mg1432a型高

9、精度万能外圆磨床机床型号编制示例：3.1机床分类、型号与主要技术参数21ca6140型卧式车床c a 6 1 40c a 6 1 40主参数（最大车削直径主参数（最大车削直径400mm)400mm)系别代号（卧式车床系）系别代号（卧式车床系）组别代号（落地及卧式车床组）组别代号（落地及卧式车床组）结构特性代号（结构不同）结构特性代号（结构不同）类别代号（车床类）类别代号（车床类）c a 6 1 40c a 6 1 40主参数（最大车削直径主参数（最大车削直径400mm)400mm)系别代号（卧式车床系）系别代号（卧式车床系）组别代号（落地及卧式车床组）组别代号（落地及卧式车床组）结构特性代号（

10、结构不同）结构特性代号（结构不同）类别代号（车床类）类别代号（车床类）3.1机床分类、型号与主要技术参数22z3040型摇臂钻床3.1机床分类、型号与主要技术参数23mm7132a 精密磨床3.1机床分类、型号与主要技术参数24 滚齿机 ey31503.1机床分类、型号与主要技术参数第五次重大改进重大改进顺序号：工件最大直径主参数：滚齿机系系别代号：滚齿及铣齿组组别代号：齿轮加工机床类别代号：ey501325 一、工件表面形状与成形方法 （一）工件表面形状构造要素 平面、圆柱面、圆锥面、各种成形表面（螺旋面、回转 体、渐开线。3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 26（二）工件表面的成形方法

11、： 任何规则表面看作一条线（母线1）沿着另一条线（导线2） 运动的轨迹。 发生线：母线和导线。 可逆表面：母线和导线互换，不改变形成表面的性质。 平面、圆柱面、直线成形表面； 不可逆表面：母线和导线不可互换圆锥面、球面。3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 27有些表面的两条发生线完全相同，但因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面：3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 28发生线由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，根据使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法， 形成发生线的方法：四种 形成加工表面形状的方法a a）轨迹法轨迹法 b b）成形法成形法c c）相切法相切法 d d）展成法展成法

12、 零件表面成形方法零件表面成形方法3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 29轨迹法利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。用轨迹法形成发生线需要一个成形运动3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 30成形法 利用成形刀具对工件加工的方法。刀具的切削刃与所需要形成的发生线完全吻合。 加工中，切削刃与被成形表面做线接触，刀具无须任何运动就可以得到所需的发生线形状。 曲线形母线由切削刃直接形成，直线形导线由轨迹法形成。成形刀具的刀刃代替一个成形运动如成形车刀、盘形齿轮铣刀3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 31相切法利用刀具边旋转边

13、作轨迹运动对工件进行加工的方法。如图示，在垂直于刀具旋转轴线的端面内，切削刃可看作是点，当切削点绕着刀具轴线做旋转运动b1，同时刀具轴线沿着发生线的等距线做轨迹运动a2时，切削点运动轨迹的包络线，便是所需的发生线。用相切法得到发生线，需要两个独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律进行的运动。3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 32展成法（范成法） 利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系做相对运动范成运动（或展成运动），切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。齿轮加工机床大多采用展成法形成渐开线。用展成法形

14、成发生线需要一个成形（展成）运动：3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 33 二、机床的运动分析（一）机床的运动：成形运动和辅助运动 1.表面成形运动：保证得到工件要求的表面形状的运动。按组成不同分为：简单成形运动：成形运动由单独的旋转运动或直线运动组成。a直线运动 b旋转运动在机床上，以主轴的旋转、刀架或工作台的直线移动出现复合成形运动：成形运动由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定运动关系组合而成。 、3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 34例：用车刀车外圆柱面工件的旋转运动 产生导线圆刀具的纵向直线运动 产生母线直线1b2a、3.2 工件表面成形方法和机床运动分析

15、35例：用螺纹车刀切削螺纹，螺纹车刀是成形车刀形成螺旋面只需一个成形运动复合成形运动形成螺旋线发生线（螺旋轨迹运动）1211ab3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 36插齿加工齿轮的成形运动插齿加工齿轮的成形运动例： 插齿加工3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 372辅助运动：实现机床的各种辅助动作，为表面成形创造条件，包括：3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 各种空行程运动：运动部件的快进、快退、各种调位运动调整刀具和工件之间的相互位置的运动；切入运动：用于保证被加工表面获得所需要的尺寸车外圆，为保证外圆尺寸；分度运动：当加工若个完全相同的均匀分布的表面时 使表面成形运动得以周期

16、连续进行的运动。操纵及控制运动：起动、停止、变速、换向、部件与工件 的夹紧和松开、转位和自动换刀、自动测量、自动补偿等。381机床的传动联系：机床必须具备三个基本部分，包括：执行件执行机床运动的部件如主轴、刀架、工作台等，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动（旋转或直线运动）和保持准确的运动轨迹。动力源提供运动和动力的装置，是执行件的运动来源。传动装置传递运动和动力的装置，把动力源的运动和动力传给执行件；或者把执行件联系起来，使二者间保持某种确定的运动关系。（二）机床的运动联系（传动联系）机床的传动链3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 39 由动力源传动装置执行件，或执行件传动装置执行

17、件构成的传动联系。 按性质分为： 外联系传动链 内联系传动链执行件之间有严格的运动速度要求如卧式车床上车螺纹： 主轴刀架之间的螺纹传动链在内联系传动链中，各传动副的传动比必须准确不变，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动件（皮带传动、链传动）。 按功用分为: 主运动传动链 进给运动传动链2机床的传动链3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 40传动链中传动机构带传动、定比齿轮副、齿轮齿条、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副、滑移齿轮变速机构等。在考虑传动联系时，撇开其具体的结构，机械传动装置归结为两类传动：定比（传动）机构：固定传动比的传动机构 定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副 换置机构（换置器官）：变

18、换传动比的传动机构 滑移齿轮变速机构、变速箱、挂轮架、数控系统3传动原理图：3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 41a）电动机 b）主轴 c）机械定比传动 d）电联系 e）换置机构 f）数控系统 g）丝杠螺母传动 h）脉冲发生器 i）滚刀 j）合成机构 k）车刀传动原理图用简明的符号表示传动原理和传动路线3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 42 卧式车床的传动原理图卧式车床的传动原理图3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 43 车削圆柱面时的传动原理图车削圆柱面时的传动原理图3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 44（1）传动系统图：表示实现机床全部运动的传动关系示意图以展开图形式

19、画出4机床的传动系统3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 图中用简单的规定符号代表各传动元件，并表明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆的头数、丝杠的导程、带轮直径、电动机功率和转速等参数。作用：传动原理图所表示的传动关系通过传动系统图体现出来。用来分析机床运动的传递和联系情况。45（2）分析机床传动系统的方法根据被加工表面的形状、采用的加工方法及刀具结构形式表面成形方法和所需成形运动；根据机床布局及其工作方法机床所需要的辅助运动以及实现各个运动的执行件和动力源根据传动系统图分析各传动链3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 46运动计算按下列步骤进行：找出各传动链所联系的两个端件：动力源执行件 或 执行

20、件执行件如卧式车床的螺纹传动链：主轴刀架根据两个端件的传动关系，确定它们的计算位移量主运动传动链：电动机（r/min）主轴（r/min）车螺纹进给传动链： 主轴一转 刀架移动工件螺纹的一个导程l（）根据计算位移量及相应传动链中各个环节的传动比写出 运动平衡式根据运动平衡式计算执行件的运动速度或位移量，或整 理出换置机构的换置公式，按加工条件确定挂轮变速机 构所需采用的配换齿轮齿数。3.2 工件表面成形方法和机床运动分析 47一、车床用途、运动和布局车床用途：用于加工各种回转表面，有些车床还可加工螺纹 面（约占机床总台数的20%35%） 内外圆柱面、圆锥表面、成形回转表面和回转体端面。3.3 车

21、床与车刀 48车床的运动主运动：工件的旋转运动进给运动：刀具的移动 纵向进给运动（轴线方向） 横向进给运动（垂直轴线方向） 斜向进给运动（在水平面方向） 曲线进给运动辅助运动：为了将毛坯加工到所需要的尺寸切入运动3.3 车床与车刀 49车床的类型卧式车床、落地车床立式车床转塔车床仪表车床单轴自动和半自动车床多轴自动和半自动车床仿形和多刀车床专门化车床（凸轮轴车床、曲轴车床）和专用车床数控车床和车削中心3.3 车床与车刀 503.3 车床与车刀 513.3 车床与车刀 转塔车床 52二、型卧式车床 1工艺范围与运动工艺范围：加工各类轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面。机床的运动机床的运动6140

22、ca（1）车削内外圆柱面、圆锥面、成形回转面和环形槽；（2）车削端面和各种螺纹（英制、米制、模数螺纹）；（3）钻孔、扩孔、铰孔、攻丝和滚花。（1 1）主运动）主运动：工件的旋转运动：工件的旋转运动（2 2）进给运动）进给运动：刀具的直线移动：刀具的直线移动纵向进给运动；纵向进给运动；横向进给运动；横向进给运动；斜向进给运动斜向进给运动（3 3）辅助运动）辅助运动：切入运动：切入运动用手移动刀架来完成。用手移动刀架来完成。3.3 车床与车刀 532 2机床的布局及主要的技术参数机床的布局及主要的技术参数机床的布局：主轴水平安装，刀具在水平面内作纵、横进给运动。3.3 车床与车刀 54机床的组成及

23、作用：主轴箱1：固定在床身4的左边，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴的前端。作用：支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，实现主运动。刀架部件：刀架2安装在床身4的中部，并可沿床身4上的刀架导轨作纵向移动。刀架部件由几层刀架组成。作用：装夹车刀，实现纵向、横向、斜向进给运动。 尾座3：安装在床身4的尾座导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。 作用：用顶尖支承长工件，也安装钻头、扩刀、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。3.3 车床与车刀 55床身4：固定在床腿5，9上。在床身4安装着车床的各个主要部件。 作用：支承各主要部件，使它们工作时保持准确的相对

24、位置。进给箱10：进给箱10固定在床身4左边前侧面。内装有进给运动的变速机构。进给运动由光杠6或丝杠7（车螺纹）传出。 作用：改变进给运动的进给量或加工螺纹的导程。溜板箱8：与刀架部件2的最下层纵向溜板相连，可与刀架一起作纵向运动。 作用：把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。 3.3 车床与车刀 56主要技术参数 主参数床身上最大工件回转直径400最大切削加工直径；第二主参数：最大工件长度 750，1000，1500，2000；刀架上最大工件回转直径 210尺寸参数；主轴转速：正转 24级 101400r/min，反转 12级 141580 r/min

25、；进给量：纵向 64级 ，横向64级；切削螺纹范围：米制螺纹 44种 p=1192，英制螺纹 20种 ；模数螺纹 39种 m=0.2548，径节螺纹 37种；主电机功率：7.5kw，1450r/min。3.3 车床与车刀 573.ca6140卧式车床的传动系统3.3 车床与车刀 机床传动系统需要具备的传动链：主运动传动链进给运动传动链： 车削螺纹 车削端面和圆柱面横向进给、纵向进给刀架的快速移动583.3 车床与车刀 幻灯片 62幻灯片 65幻灯片 66幻灯片 67幻灯片 68幻灯片 69幻灯片 7059 (1)主运动传动链： 电动机主轴 滑移齿轮变速机构 3.3 车床与车刀 60传动路线表达

26、式：传动路线表达式： 3.3 车床与车刀 61（2）进给运动传动链 主轴刀架使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。车削螺纹传动路线ca6140能车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，还可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹，且右旋、左旋皆可加工。车削螺纹时传动链的运动平衡式为：工丝主轴llu13.3 车床与车刀 62 a米制螺纹 幻灯片 58标准米制螺纹导程 （mm） 分段等差数列11.251.51.7522.252.533.544.555.56789101112车削米制螺纹的运动平衡式为：化简后得： 由上式可知，适当选择u基和u倍值就可得到各种米制螺纹。 mmuul12253636253

27、6257510010063333358581倍基主轴倍基uul73.3 车床与车刀 63 进给箱中的进给箱中的基本变速组基本变速组是双轴滑移齿轮变速机构，由轴是双轴滑移齿轮变速机构，由轴xiv上上的的8个固定齿轮和轴个固定齿轮和轴xv上的四个滑移齿轮组成，共有上的四个滑移齿轮组成，共有8种传动种传动比（除比（除u基基1 、 u基基5外外成等差数列排列成等差数列排列）：）： 75 . 628261基u7728282基u7828323基u7928364基u75 . 914195基u71014206基u71121337基u71221368基u3.3 车床与车刀 64 增倍变速组由轴xvixviii间

28、的三轴滑移齿轮机构组成。可变换4种传动比（成等比数列排列）： 81481545181倍u41481535282倍u21283545183倍u1283535284倍u3.3 车床与车刀 65b. 英制螺纹 幻灯片 58英制螺纹每英寸长度上的螺纹扣数（扣in），其标准值也为分段等差数列。英制螺纹的导程车削英制螺纹时，对传动路线作如下变动： 使传动链的传动比包含特殊因子25.4。 将基本组两轴的主、被动关系对调，以便使分母为等差级数。 其余部分的传动路线与米制螺纹时相同。运动平衡式为： mminl4 .251倍基倍基主轴uuuurl14 .257412253617510010063333358581

29、3.3 车床与车刀 66c模数螺纹（米制蜗杆） 幻灯片 58螺距与模数的关系模数螺纹的导程为 ，k为螺纹的头数。模数螺纹的标准模数m也是分段等差数列，传动路线与米制螺纹的传动路线基本相同。由于模数螺纹的螺距中含有因子，因此用挂轮 来引入常数。运动平衡式为： mpmmklm9710010064122536362536259710010064333358581倍基主轴uurlm3.3 车床与车刀 67d径节螺纹（英制蜗杆） 幻灯片 58 径节螺纹的导程用径节dp表示。径节螺纹的导程径节螺纹的导程排列的规律与英制螺纹相同，只是含有特殊因子25.4。车削径节螺纹时，可采用英制螺纹的传动路线，但挂轮需换

30、为 。运动平衡式为： 式中 dpkindpldp4 .25971001006412253619710010064333358581倍基主轴uurldp844 .25253697100100643.3 车床与车刀 68e. 非标准螺纹和精密螺纹 幻灯片 58 此时需将进给箱中的齿式离合器m3、m4和m5全部啮合直通机构，被加工螺纹的导程l工依靠调整挂轮的传动比u挂来实现。运动平衡式： 挂轮的换置公式： 12333358581挂主轴工url12工挂ldcbau3.3 车床与车刀 69纵向和横向进给传动链 幻灯片 58机动进给是由光杠经溜板箱传动的a纵向进给传动链 纵向机动进给量有64种。当运动由主

31、轴经正常导程的米制螺纹传动路线时的运动平衡式为化简后可得 rmmuuf125 . 28028483030402945632323656282536362536257510010063333358581倍基主轴纵倍基纵uuf71. 03.3 车床与车刀 70b横向进给传动链 幻灯片 58 自xxiii轴开始，横向进给与纵向进给的传动路线不同。横向与纵向进给量的种数相同，数值为纵向进给量的一半。c刀架快速移动 刀架的纵向和横向快速移动由快速移动电动机传动，刀架快速纵向右移的速度为 min76. 4125 . 280284830304029429132800mv快纵右3.3 车床与车刀 71（3）c

32、a6140的主要结构主轴箱 a. 卸荷带轮 花键套法兰3.3 车床与车刀 72b. 双向多片摩擦离合器及其操纵机构 （a）3.3 车床与车刀 733.3 车床与车刀 74c. 变速操纵机构 3.3 车床与车刀 75溜板箱a. 开合螺母机构 3.3 车床与车刀 76b纵、横向机动进给和快速移动的操纵机构 3.3 车床与车刀 77c互锁机构 纵向、横向进给运动是通过十字滑槽互锁的。 纵向、横向进给运动与丝杠传动不能同时接通。开合螺母合上中间位置锥销压下横向纵向3.3 车床与车刀 78d. 安全离合器为避免进给力过大或刀架移动受阻导致机床损坏，ca6140安装了安全离合器，起安全保护作用。当过载消失后，机床可自动恢复正常工作。 3.3 车床与车刀 79三、车刀按用途不同分为：按结构不同分为：按切削刃复杂程度分为：按刀具切削部分材料分为：外圆车刀、端面车刀、车断车刀、车槽车刀、