第一章机械加工工艺装备机床

1、1本章要点机床的分类、型号及技术参数典型机床的加工工艺范围车床的传动原理工件定位、夹紧与典型夹具刀具几何角度、种类与选用金属切削加工的基本概念231.1.11.1.1 机床的分类、型号和技术参数机床的分类、型号和技术参数1.1.21.1.2 典型机床的加工工艺范围典型机床的加工工艺范围1.1.31.1.3 车床的传动原理车床的传动原理1.1.4 1.1.4 数控机床与加工中心数控机床与加工中心4用刀具切削的方法将金属毛坯加工成零件的机器，是制造机器的机器。5通用机床通用机床加工范围广，通用性强，用于单件小批生加工范围广，通用性强，用于单件小批生产，如卧式车床、万能升降台铣床产，如卧式车床、万能

2、升降台铣床工艺范围窄，用于某类零件特定工序的加工艺范围窄，用于某类零件特定工序的加工，如丝杠车床、曲轴车床、凸轮轴车床工，如丝杠车床、曲轴车床、凸轮轴车床工艺范围最窄，用于特定工序的加工、大工艺范围最窄，用于特定工序的加工、大批量生产，如批量生产，如机床主轴箱专用镗床、组合机床主轴箱专用镗床、组合机床、机床导轨磨床机床、机床导轨磨床专门化机床专门化机床专用机床专用机床按工作精度按工作精度 普通精度机床普通精度机床精密机床精密机床高精度机床高精度机床6按自动化程度：按自动化程度：手动手动机动机动半自动半自动自动机床自动机床按重量与尺寸：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（

3、一般机床）大型机床（大型机床（10t10t30t30t）重型机床（重型机床（30t30t100t100t）超重型机床（大于超重型机床（大于100t100t）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7（）（）（）（） （）（）（）/ / （）（）（- -）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8类类别别 车车床床 钻钻床床 镗镗床床 磨磨 床床 齿齿

4、轮轮加加工工机机床床 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 （1 1）机床的类别代号）机床的类别代号9（2 2）机床的特性代号）机床的特性代号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

5、轻轻重重简简柔柔显显速速通用特性代号通用特性代号10（2 2）机床的特性代号）机床的特性代号 结构性代号结构性代号对于主参数值相同而结构、性能不同的机床，在类别代对于主参数值相同而结构、性能不同的机床，在类别代号之后加结构特性代号子以区别。例如，号之后加结构特性代号子以区别。例如，CA6140型普通型普通车床型号中的车床型号中的“A”，可理解为在结构上有别于，可理解为在结构上有别于C6140和和CY6140型普通车床。型普通车床。型号中有通用特性代号时，结构特性代号排在通用特性型号中有通用特性代号时，结构特性代号排在通用特性代号之后。为避免混淆代号之后。为避免混淆,通用特性代号已用的字母及通用

6、特性代号已用的字母及“I”、“O“都不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。11（3）机床的组别代号和系列（型别）代号 按其结构性能及使用范围每类机床划分为10个组每个组又划分为10个系（型）分别用数字09表示。 12表表1.3 金属切削机床的类、组划分表金属切削机床的类、组划分表1314组别，代表卧式组别，代表卧式系别（型别）系别（型别）15组别，代表摇臂组别，代表摇臂系别（型别）系别（型别）16组别，代表落地及卧式组别，代表落地及卧式系别（型别）系别（型别）17组别，代表外圆磨组别，代表外圆磨系别（型别）

7、系别（型别）18组别，代表滚齿及铣齿组别，代表滚齿及铣齿系别（型别）系别（型别）19组别，代表卧式升降台组别，代表卧式升降台系别（型别）系别（型别）204）机床主参数和设计顺序号21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

8、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 表表1.4 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22（5）机床的重大改进顺序号当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品至新设计、试制和鉴定时，在原有机床型号的尾部，加重大改进号，以区别于原有机床型号。序号按A、B、C、的字形顺序选用。（6 6）其）其它特性代号它特性代号（7 7）企业代号企业代号主要用以反映各类机床的待性，如对数控机床，可用来反映不同的数

9、控系统；对于一般机床可用来反映同一型零机床的变型等。其他特性代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。生产企业单位的代号用企业所在城市名称或企业名称的大写汉语拼音字母表示。23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【例例】：24T6240

10、T6240代表卧式镗铣床组别中型别为落地镗床的镗床，其主代表卧式镗铣床组别中型别为落地镗床的镗床，其主参数为：最大镗削直径为参数为：最大镗削直径为400mm400mm。CM6132CM6132：“C C”表示车床类别代号（即车床类）表示车床类别代号（即车床类）“M M”表示机床表示机床通用特性代号（即精密车床）通用特性代号（即精密车床）“6 6”表示机床组别代号（即落表示机床组别代号（即落地或卧式车床组）地或卧式车床组）“1 1”表示机床型别代号（即普通车床）表示机床型别代号（即普通车床） “2 2”型是马鞍车床。型是马鞍车床。 “3232”表示主参数代号表示主参数代号( (即最大车削直即最大

11、车削直径为径为320mm) 320mm) 。25262728卧式车床、马鞍车床转塔车床立式车床单轴自动车床多轴自动和半自动车床仿形车床多刀车床专门化车床（凸轮轴车床、曲轴车床）29主轴箱进给箱三爪卡盘刀架照明 冷却尾座后顶尖溜板箱丝杠光杆床身底座或床腿底座或床腿X XZ Z卧式车床30图图1.2 1.2 卧式车床加工的典型表面卧式车床加工的典型表面钻中心孔钻中心孔钻光孔钻光孔车内圆车内圆绞孔绞孔车锥孔车锥孔车端面车端面切槽切槽车外螺纹车外螺纹压花压花车锥面车锥面车外圆车外圆车成形面车成形面车内螺纹车内螺纹车台阶面车台阶面到大圆角到大圆角31马鞍车床32进给箱 主轴箱前刀架转塔刀架床身溜板箱转塔

12、车床33进给箱进给箱主轴箱主轴箱夹料夹头夹料夹头回轮刀架回轮刀架挡块轴挡块轴底座底座回轮车床回轮车床34底座底座工作台工作台立柱立柱垂直刀架垂直刀架横梁横梁立柱立柱横梁横梁进给箱进给箱顶梁顶梁侧刀架侧刀架立式车床35下刀架下刀架主轴主轴靠模靠模液压仿形刀架液压仿形刀架顶尖顶尖床身床身液压仿形半自动车床液压仿形半自动车床36三爪、四爪卡盘装夹三爪、四爪卡盘装夹37四爪卡盘装夹四爪卡盘装夹3839升降台式铣床升降台式铣床床身式铣床床身式铣床龙门铣床龙门铣床工具铣床工具铣床仿形铣床仿形铣床专门化铣床：凸轮铣床、曲轴铣床专门化铣床：凸轮铣床、曲轴铣床40底座底座床身床身悬梁悬梁主轴主轴支架支架工作台工

13、作台床鞍床鞍升降台升降台卧式升降台铣床卧式升降台铣床41床鞍床鞍底座底座床身床身悬梁悬梁主轴主轴支架支架工作台工作台回转盘回转盘升降台升降台万能卧式升降台式铣床万能卧式升降台式铣床42图图1.4 1.4 铣床加工的典型表面铣床加工的典型表面铣平面铣平面铣侧面铣侧面铣键槽铣键槽铣铣T型槽型槽铣燕尾槽铣燕尾槽铣齿轮铣齿轮铣螺纹铣螺纹铣钻头铣钻头铣成形面铣成形面铣复杂型铣复杂型腔面腔面43端铣端铣44逆铣逆铣顺铣顺铣4546升降台升降台立铣头立铣头主轴主轴工作台工作台床鞍床鞍立式升降台式铣床立式升降台式铣床47床身床身滑座滑座圆工作台圆工作台立柱立柱主轴箱主轴箱床身式铣床床身式铣床48工作台工作台水

14、平铣头水平铣头横梁横梁垂直铣头垂直铣头立柱立柱顶梁顶梁立柱立柱垂直铣头垂直铣头水平铣头水平铣头床身床身49外圆磨床外圆磨床万能磨床万能磨床内圆磨床内圆磨床平面磨床平面磨床无心磨床无心磨床工具磨床工具磨床专门化磨床专门化磨床螺纹磨床螺纹磨床曲轴磨床曲轴磨床 导轨磨床导轨磨床砂带磨床砂带磨床50图图1.5 M1432A1.5 M1432A型万能外圆磨床型万能外圆磨床液压控制箱液压控制箱床身床身头架头架工作台工作台 内圆磨具内圆磨具砂轮架砂轮架尾座尾座51图图1.6 1.6 万能磨床加工示意图万能磨床加工示意图f纵f横f周n砂磨外圆磨外圆磨长锥面磨长锥面磨短锥面磨短锥面磨圆台面磨圆台面磨内圆磨内圆5

15、2纵磨纵磨53横磨横磨54深磨深磨55滑滑鞍鞍床身床身工作台工作台头架头架砂轮架砂轮架内圆磨床内圆磨床56普通内圆磨床的磨削方法普通内圆磨床的磨削方法磨内圆1磨内圆2磨端面1磨端面257卧轴矩台平面磨床卧轴矩台平面磨床立立柱柱床身床身工作台工作台砂轮架砂轮架滑座滑座58立轴圆台平面磨床立轴圆台平面磨床立立柱柱床身床身工作台工作台砂轮架砂轮架59矩台周磨矩台周磨矩台端磨矩台端磨圆台周磨圆台周磨圆台端磨圆台端磨平面磨床的磨削方法平面磨床的磨削方法60无心外圆磨床无心外圆磨床61无心磨示意图无心磨示意图62无心磨无心磨636465卧式镗床卧式镗床坐标镗床坐标镗床金刚镗床金刚镗床 66图图1.7 1.

16、7 卧式镗床卧式镗床 主轴箱主轴箱 床身床身下滑座下滑座上滑座上滑座后后支支架架后后立立柱柱工作台工作台镗轴镗轴平旋盘平旋盘径向刀架径向刀架前立柱前立柱67图图1.8 1.8 卧式镗床的主要加工方法卧式镗床的主要加工方法 镗内孔镗内孔1 1镗内孔镗内孔2 2镗铣端面镗铣端面镗铣端面镗铣端面镗铣成形面镗铣成形面镗铰孔镗铰孔68 工作台工作台主轴主轴主轴箱主轴箱立柱立柱床鞍床鞍床身床身立式单柱坐标镗床立式单柱坐标镗床69卧式金刚镗床卧式金刚镗床70可转位镗铣刀可转位镗铣刀71镗孔镗孔72滚齿机插齿机剃齿机珩齿机磨齿机刨齿机 73图图1.9 Y3150E1.9 Y3150E型滚齿机型滚齿机74图图1

17、.9 Y3150E1.9 Y3150E型滚齿机型滚齿机 工作台工作台 床身床身立柱立柱刀架溜板刀架溜板刀杆刀杆刀架体刀架体 支架支架心轴心轴后立柱后立柱75滚刀的安装角度滚刀的安装角度76图图1.10 1.10 加工斜齿轮时滚刀的安装角加工斜齿轮时滚刀的安装角 工件螺旋角工件螺旋角安装角安装角滚刀螺旋升角滚刀螺旋升角77滚齿滚齿78铣齿铣齿79插齿插齿80插齿机插齿机 81Y5132Y5132型型插齿机插齿机床床身身立立柱柱刀架刀架插齿刀插齿刀工作台工作台挡块挡块8283图2-37 立式钻床1工作台 2主轴 3主轴箱 4立柱 5底座图2-38 摇臂钻床1底座 2工作台 3立柱 4摇臂 5主轴箱

18、和进给箱 6主轴nnff 84铰铰85拉削拉削86磨孔磨孔87插削插削88铣螺纹铣螺纹89车螺纹车螺纹90磨螺纹磨螺纹91929394iv 主轴旋转B11if 车刀纵向移动A12车螺旋表面时刀具和工件的相对运动联系复合运动两部分的内联系传动链：主轴联系复合运动两部分的内联系传动链：主轴-4-5-4-5-if-6-7-6-7-丝杠丝杠联系复合运动中任一环节的外联系传动链：电动机联系复合运动中任一环节的外联系传动链：电动机-1-2-1-2-iv-3-4-3-4-主轴主轴 95主轴主轴96齿轮齿轮旁旁数字数字表示齿数表示齿数 只表示传动关系只表示传动关系不代表实际尺寸和空间位置不代表实际尺寸和空间位

19、置97图图1.13 CA61401.13 CA6140型卧式车床的主运动传动链型卧式车床的主运动传动链 主换向机构主换向机构左左右右6种转速种转速高速高速低速低速主轴主轴98主电动机主电动机- - mmmm230130- -I IM M1(1(正转正转) ) M M1(1(反转反转) )- -3856435130343450IIII503058224139IIIIII- -M M2(2(脱开脱开) ) - -506380205050IVIV80205051V V- -5826VIVI（主轴）（主轴）- M- M2(2(接合接合) ) 正转正转6种高速，种高速，18种低速种低速反转反转12级转速

20、级转速99图图1.14 CA61401.14 CA6140型卧式车床主轴转速分布图型卧式车床主轴转速分布图转速公比转速公比=1.26=1.26 1)距离相等的一组竖线代表各轴。轴号写距离相等的一组竖线代表各轴。轴号写在上面。竖线间的距离不代表中心距。在上面。竖线间的距离不代表中心距。2)距离相等的一组水平线代表各级转速。与各竖距离相等的一组水平线代表各级转速。与各竖线的交点代表各轴的转速。由于分级变速机构的线的交点代表各轴的转速。由于分级变速机构的转速一般是按照等比数列排列的，故转速采用了转速一般是按照等比数列排列的，故转速采用了对数坐标。相邻两水平线之间的转速之比为公比。对数坐标。相邻两水平

21、线之间的转速之比为公比。为了简单起见，转速图中省略了对数符号。为了简单起见，转速图中省略了对数符号。3)各轴之间的连线的倾斜方式代表了传动副的传各轴之间的连线的倾斜方式代表了传动副的传动比，升速时向上倾斜，降速时向下倾斜。斜线动比，升速时向上倾斜，降速时向下倾斜。斜线向上倾斜向上倾斜x格表示传动副的实际传动比为格表示传动副的实际传动比为Z主主Z被被= x；斜线向下倾斜；斜线向下倾斜x格表示传动副的实际传动比格表示传动副的实际传动比为为Z主主Z被被= x 。100C616C616车床高、低速传动系统车床高、低速传动系统101进给传动链进给传动链102图图1.14 CA61401.14 CA614

22、0型卧式车床进给传动系统图型卧式车床进给传动系统图挂轮架挂轮架进给箱进给箱103丝杠丝杠光杆光杆104C616C616车床纵向进给、车螺纹传动系统车床纵向进给、车螺纹传动系统105车螺纹车螺纹( (经丝杆）经丝杆） 米制、英制、模数制和径节制米制、英制、模数制和径节制车圆柱和端面（经光杆）车圆柱和端面（经光杆）传动路线传动路线纵向机动进给量纵向机动进给量6464种种横向机动进给量横向机动进给量6464种种 f f横横=f=f纵纵/2/2刀架的快速移动刀架的快速移动 快速电机、超越离合器快速电机、超越离合器106107108109110图图1.15 1.15 数控机床基本结构框图数控机床基本结构

23、框图111112接受输入装置送来的控制介质上的信息接受输入装置送来的控制介质上的信息经数控系统进行编译、运算和逻辑处理经数控系统进行编译、运算和逻辑处理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控制机床进行有序的动作控制机床进行有序的动作 113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、方向和位移量使之按规定轨迹移动或精确定位使之按规定轨迹移动或精确定位常用脉冲当量：常用脉冲当量：0.010.01、0.0050.005、0.001mm/0.001mm/脉冲脉冲114主运动部件主运动部件进给运动部件（如工作台

24、、刀架等）进给运动部件（如工作台、刀架等）支承部件（如床身、立柱等）支承部件（如床身、立柱等）辅助装置（冷却润滑、夹紧、换刀等）辅助装置（冷却润滑、夹紧、换刀等）1152轴轴CNC超精密车床超精密车床真空吸盘真空吸盘空气静压空气静压主轴主轴液体静压液体静压导轨导轨整体式大理石床身整体式大理石床身空气隔振弹簧空气隔振弹簧116名 称研 究 目 标实 现 指 标主轴速度主轴回转精度 X轴的水平直线度 X轴的垂直直线度 Z轴的水平直线度 Z轴的垂直直线度砂轮轴转速砂轮轴精度CNC数控系统分辨率位置反馈系统分辨率非球面测量装置面形测量精度表面粗糙度（车削） 表面粗糙度（磨削）加工工件面形精度空气隔振弹

25、簧支承 恒温控制 100-1000/3000rpm0.05-0.1m0.25-0.5m/250mm0.5-1m/250mm0.15-0.3m/150mm0.5-1m/150mm3000-10000rpm0.5-1m0.0025-0.01m0.0025-0.01m0.1mRa10nmRa20nm0.3-0.5m10-3000rpm0.09m0.15m/250mm0.36m/250mm0.25m/250mm0.36m/250mm1000-10000rpm0.5m0.005m0.00125m优于0.1mRa10nmRa14.2nm/Ra5nm0.16/0.3m隔振频率为2Hz200.1 主要技术指标

26、117转速：转速：10018000rpm功率：功率：16KW最大工作进给速度：最大工作进给速度：20m/min快速进给速度：快速进给速度：30m/min行程行程(X/Y/Z)：710/550/500mm 床身床身防弹玻璃安全视窗防弹玻璃安全视窗立柱立柱主轴主轴工作台工作台控制面板控制面板118零零件件图图样样程程序序编编制制信信息息载载体体数数控控装装置置主轴转速、转向主轴转速、转向选择、刀具选择选择、刀具选择其它功能选择其它功能选择伺服伺服系统系统刀架刀架或或工作工作台台机床机床零件零件位移位移检测检测反馈反馈系统系统数控机床加工零件的过程数控机床加工零件的过程119点位控制点位控制直线控制

27、直线控制轮廓控制轮廓控制只要点位置，移动时不切削只要点位置，移动时不切削如数控钻床、数控冲床和数控坐标镗床如数控钻床、数控冲床和数控坐标镗床要点准确，两点间为直线，并切削要点准确，两点间为直线，并切削如数控铣平面，数控车台阶轴如数控铣平面，数控车台阶轴对对2 2方向以上运动同时控制并切削方向以上运动同时控制并切削如数控铣三维曲面如数控铣三维曲面按运动轨迹的方式按运动轨迹的方式 ：120按伺服系统的类型按伺服系统的类型 ：开环控制闭环控制半闭环控制由步进电机、齿轮和丝杆螺母等组成 无检测反馈装置，不能误差校正结构简单经济型机床由直流伺服电机、丝杆螺母和位移检测装置等组成，有检测反馈装置，位移精度

28、高系统复杂、调整困难高精度机床位移检测装置安装在丝杠上 精度不如闭环控制简单稳定，易调试，应用广121数控车床数控车床属轮廓控制型数控机床属轮廓控制型数控机床经济型经济型开环控制开环控制简易型简易型半闭环控制半闭环控制适宜加工精度高、形状复杂、工序多适宜加工精度高、形状复杂、工序多及品种多变的单件或小批零件及品种多变的单件或小批零件122加工中心加工中心具有自动换刀装置的数控机床具有自动换刀装置的数控机床特征：特征： 大容量刀库（大容量刀库（1010120120把刀具）把刀具）自动换刀机械手自动换刀机械手可完成铣、钻、镗、铰、锪、攻螺纹等加工可完成铣、钻、镗、铰、锪、攻螺纹等加工适用于加工箱体

29、、支架、盖板、壳体、模具、适用于加工箱体、支架、盖板、壳体、模具、凸轮、叶片等复杂零件的多品种小批量加工凸轮、叶片等复杂零件的多品种小批量加工123加工中心分类加工中心分类以主轴的位置分：以主轴的位置分：卧式加工中心卧式加工中心 立式加工中心立式加工中心万能加工中心万能加工中心124加工中心加工中心车削中心车削中心 钻削中心钻削中心复合加工中心复合加工中心铣键槽、铣扁、铣六角、铣螺旋槽、铣键槽、铣扁、铣六角、铣螺旋槽、 钻横向孔、端面分度钻孔、攻螺纹等钻横向孔、端面分度钻孔、攻螺纹等钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等，钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等， 小面积的端面铣削小面积的端面铣削主轴头可回转主轴头可回转水平水平竖直竖直加工四侧面及侧面上孔加工四侧面及侧面上孔加工顶面及顶面上孔加工顶面及顶面上孔( (五面加工复合加