机床基础知识课件

1、机械制造技术基础第3章 金属切削机床基本知识 山东大学机械工程学院2005年8月本科生专业课程 2022/8/11赵军第3章 金属切削机床基本知识 目的要求：1. 掌握机床的分类和编号方法；2. 牢固掌握工件加工表面及其形成方法；3. 牢固掌握机床的运动、传动联系的分类及其原则。2022/8/12金属切削机床，是指用切削、特种加工等方法加工金属工件，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。它是制造机器的机器，故又称为“工作母机”或“工具机”（Machine-tool）,习惯上简称为“机床”。2022/8/13在现代机械制造工业中，制造的机器零件，特别是精密零件的最终形状、尺寸及表面

2、粗糙度，主要是借助金属切削机床加工来获得的，因此机床是制造机器零件的主要设备。担负的工作量约占机器总制造工作量的40%60%，它的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质量和劳动生产率。 2022/8/14金属切削机床在国民经济建设中的地位非常重要，机床工业为全社会各行各业提供先进的制造技术和优质高效的设备，机床工业的技术水平决定着其它行业的发展水平，在很大程度上标志着一个国家的工业生产能力和科学技术水平。 2022/8/15第1节 金属切削机床的分类与型号编制 金属切削机床的种类非常繁多，为了便于区别、使用和管理，有必要对机床进行分类，可以从不同的角度出发对机床进行分类。2022/8/16一、

3、机床的分类机床的传统分类方法：按加工性质和所用的刀具进行分类。目前我国机床分为：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、锯床、其它机床、特种加工机床。2022/8/172022/8/18赵军卧式铣床 立式铣床2022/8/19赵军立式钻床 摇臂钻床2022/8/110赵军卧式镗床外形2022/8/1112022/8/112赵军牛头刨床(Horizontal Shaper)2022/8/113插齿(Gear Shaping)机2022/8/1142022/8/115赵军特种加工机床2022/8/116赵军种类用 途 车床用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内

4、外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。铣床可以加工平面、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)、螺旋形表面(螺旋槽)及各种曲面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。刨床插床主要用于加工各种平面(如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等)、直线成型表面。回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。镗床适用于对单件或小批量生产的孔系加工，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。磨床用砂轮等作为工具对工件表面进行加工的机床。磨床可加工内外圆柱面和圆锥面、平面、螺旋面及各种成型面等，主

5、要应用于零件精加工，尤其是高硬度材料的精加工。钻床可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。齿轮加工机床加工齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床。2022/8/117每一类机床又按工艺范围、布局型式和结构等，分为10个组，每一组又细分为若干系（系列）。在上述基本分类方法的基础上，还可根据机床其它特征进一步区分。2022/8/118车床： 卧式车床 立式车床 钻塔车床 回轮车床 落地车床 液压仿行车床 多刀自动和半自动车床 专用：曲轴车床、凸轮车床、铲齿车床2022/8/119按应用范围（通用性程度）又可分为：1.通用机床用于加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复

6、杂；主要适用于单件小批生产，例如：卧式车床、万能升降台铣床等。2022/8/1202. 专门化机床工艺范围较窄；专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序，如曲轴车床、凸轮轴车床等。3.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，如机床主轴箱的专用镗床、车床导轨的专用磨床和各种组合机床等。2022/8/121同类型机床按工作精度又可分：普通精度机床、精密机床和高精度机床。按自动化程度分：手动、机动、半自动和自动的机床。按重量与尺寸分：仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（重量达10t）、重型机床（大于30t）和超重型机床（大于100t）。20

7、22/8/122通常，机床根据加工性质进行分类，再根据其某些特点进一步描述，如多刀半自动车床、高精度外圆磨床等。随着机床的发展，其分类方法也将不断发展。现代机床正向数控化方向发展，数控机床的功能日趋多样化，工序更加集中。现在一台数控机床集中了越来越多的传统机床的功能，例如，具有自动换刀功能的镗铣加工中心机床，集中了钻、镗、铣等多种类型的机床功能。2022/8/123二、机床型号的编制方法 机床的型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。我国现在最新的机床型号，是按1994年颁布的标准“GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法”编制的。该标准规定，机床型号由汉语拼音字

8、母和数字按一定的规律组合而成。如：CA6140车床。通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。2022/8/1242022/8/1251. 机床的分类及类代号按工作原理分为：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、锯床、其它机床11类。特种加工机床型号编制，暂时按原JB1838-85标准中的“D”类编制。机床的分类及类代号见表。2022/8/126 机床的类和分类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插床拉床特种加工机床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨2磨3磨牙

9、丝铣刨拉电割其2022/8/1272. 通用特性代号和结构特性代号(1) 通用特性代号有统一的固定含义，在各类机床中表示的意义相同。表机床的通用特性代号通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心仿形轻型加重型简式代号GMZBKHFQCJ读音高密自半控换仿轻重简2022/8/128(2) 结构特性代号对主参数相同而结构、性能不同的机床进行区分，在型号中无统一含义，只在同类机床中区分结构、性能。如： CA6140 型卧式车床型号中的“A”，即在结构上区别C6140型卧式车床。 如有通用特性代号，结构特性代号应在其后。2022/8/1293. 机床组、系的划分原则及代号每类机床划分为十组（每组用一为阿

10、拉伯数字表示）；每组又划分为十系（列），每系用一为阿拉伯数字表示。2022/8/130主参数的表示方法用折算系数，取2位数。重大改进序号 当机床的结构、性能有更高要求，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，才按改进的先后顺序用A、B、C（不用I、O）等表示以区别原型号2022/8/131二、机床型号的编制方法 以MG1432A型高精度万能外圆磨床举例说明通用机床型号编制方法：2022/8/132CA6140C：车床类。A：结构特性代号： CA6140 型卧式车床型号中的“A”，即在结构上区别C6140型卧式车床。 61：组、系代号，卧式车床。40：主参数 400 mm。2022/8/133202

11、2/8/134第2节 机床的运动分析 机床的运动分析（研究机床上的各种运动及其相互联系）过程根据在机床上加工的各种表面和使用的刀具类型，分析得到这些表面的方法和所需的运动，再分析为实现这些运动，机床必须具备的传动联系，实现这些传动的机构，以及机床运动的调整方法该次序总结为：“表面运动传动机构调整”。2022/8/1351.被加工工件的表面形状在切削加工过程中，装在机床上的刀具和工件按一定的规律作相对运动，通过刀具的刀刃对工件毛坯的切削作用，把毛坯上多余的金属切掉，从而得到所要求的表面形状。常用的表面：由平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、螺旋面、和成形表面等几种表面元素组成的。一、工件加工表面

12、及其形成方法2022/8/136组成工件轮廓的几种几何表面2022/8/1372. 工件表面的形成方法任何规则表面都可以看作是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的发生线。可逆表面形成表面的两条发生线母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质。不可逆表面如果母线和导线不可以互换。注意：有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的相对位置不同，也可形成不同的表面，如圆柱面、圆锥面和双曲面。2022/8/138母线位置不同形成不同表面11-与轴线平行；22-与轴线不平行，不相交；33-与轴不平行，相交。2022/8/1393. 形成发生线的方法及所需运动 形成

13、发生线的方法可归纳为四种：（l）成形法(仿型法) 利用成形刀具对工件进行加工的方法。 刀刃为切削线1，它的形状和长短与需要形成的发生线2完全重合，刀具无须任何运动就可以得到所需的发生线形状。 形成发生线2不需运动。2022/8/140成形法(仿型法)2022/8/141（2）展成法利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。刀刃为切削线1，它的形状和长短与需要形成的发生线2的形状不吻合，切削线1与发生线2彼此作无滑动的纯滚动，发生线2就是切削线1在切削过程中连续位置的包络线。曲线3是切削刃上某点A的运动轨迹。在形成发生线2的过程中，或者仅由切削刃1沿着由它生成的发生线2滚动；或者切削刃1和发生

14、线2（工件）共同完成复合的纯滚动，这种运动称为展成运动。形成发生线需要一个成形运动（展成运动）。2022/8/142展成法2022/8/143（3）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。 刀刃为切削点1，它按一定轨迹运动，形成所需的发生线2。 形成发生线需要一个成形运动。2022/8/144轨迹法2022/8/145（4）相切法利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。刀刃为旋转刀具（铣刀或砂轮）上的切削点1，刀具作旋转运动的同时，其中心按一定规律运动，切削点1的运动轨迹（如图中的曲线3）与工件相切，形成了发生线2。由于刀具上有多个切削点，发生线2是刀具上所有的切削点

15、在切削过程中共同形成的。形成发生线需要二个成形运动：刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。2022/8/146相切法2022/8/147二、机床的运动 表面成形运动为了要获得所需的工件表面形状，使刀具和工件按上述形成发生线的方法之一完成的运动。此外，还有多种辅助运动。2022/8/1481. 表面成形运动 表面成形运动（简称成形运动）是保证得到工件要求的表面形状的运动。例1：车削外圆柱面，工件的旋转运动B1产生母线（圆），刀具的纵向直线运动A2产生导线（直线）。运动B1和A2就是两个表面成形运动，下标1、2表示表面成形运动次序。2022/8/149车削外圆柱表面时的成形运动2022/8/15

16、0 例2：龙门刨床刨削工件，工作台带着工件作往复直线运动，刀架带刀具作间歇的直线运动。这两个直线运动产生发生线（皆直线），因而都是成形运动。2022/8/151(1)成形运动的种类简单成形运动旋转运动（B表示）和直线运动（A表示）这两种最简单，也最容易得到。表现形式：主轴的旋转、刀架或工作台的直线运动。复合成形运动可以分解成几个部分，每个部分是一个旋转或直线运动，与简单运动相象。但这些部分之间保持着严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。所以复合成形运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。2022/8/152例1：车螺纹。螺纹车刀是成形刀具，因此形成螺旋面只需1个运动即车刀在不动

17、的工件作空间螺旋运动。该螺旋运动分解成等速的旋转运动和等速的直线运动。图b中以B11和A12代表。 下标第一位数表示第一个运动（此例只有一个运动），后一位数表示第一个运动中的第1、第2两部分。为得到一定导程的螺旋线，B11和A12须严格保持相对运动关系，即工件每转一周，刀具的移动量应为一个导程。加工螺纹时的运动2022/8/153例2：用齿条刀加工齿轮。产生渐开线靠展成法，需要一个复合的展成运动。该复合运动可分解为工件的旋转B11和刀具的直线运动A12，B11和A12是一个运动（展成运动3）的二个部分，必须保持严格的运动关系，即工件每转过一个齿（B11），齿条刀应移动一个周节m（m为模数）。2

18、022/8/154(2) 零件表面成形所需的成形运动母线和导线是形成零件表面的两条发生线，因此形成表面所需要的成形运动就是形成其母线及导线所需要的成形运动的总和。例：用普通车刀车削外圆 母线圆，轨迹法，需要一个成形运动B1；（主运动） 导线直线，轨迹法，需要一个成形运动A2；（进给运动） 共需2个简单的成形运动（B1和A2）。2022/8/155例：用成形车刀车削成形回转表面 母线曲线，成形法，不需要成形运动； 导线圆，轨迹法，需一个成形运动B；（主运动）（进给运动是刀具的径向进给） 故成形运动总数为l个（B），是一个简单运动。2022/8/156例：用螺纹车刀车削螺纹 母线成形法，不需要成形

19、运动； 导线螺旋线，轨迹法，需要1个复合成形运动，分解为工件旋转B11和刀具直线移动A12，它们之间保持严格的相对运动关系。（工件旋转B11是主运动，刀具直线移动A12是进给运动）故成形运动总数为1个，是一个复合运动。2022/8/157例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线渐开线，展成法，需一个复合成形运动，分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12，它们之间保持严格的相对运动关系：滚刀每转1/K（K滚刀头数）转（B11），工件转过1/Z（Z齿轮齿数）转即一个齿（B12）；导线直线，相切法，需2个独立的成形运动，即滚刀旋转运动和滚刀沿工件轴向移动A2。其中滚刀的旋转运动与展成运动的一部分B11重合

20、； （滚刀旋转B11是主运动，工件旋转B12和滚刀沿工件轴向移动A2都是进给运动） 故成形运动的总数只有2个：一个是复合成形运动（B11和B12），另一个是简单成形运动A2。2022/8/158(3) 主运动和进给运动（回顾前面的4个例子） 成形运动按其在切削加工中所起的作用，又可分为主运动和进给运动，它们可能是简单的成形运动，也可能是复合的成形运动2. 辅助运动除表面成形运动外，还需要辅助运动以实现机床的各种辅助动作。辅助动作的种类很多，主要包括各种空行程运动、切入运动、分度运动和操纵及控制运动等。2022/8/159一般情况下，每一个独立的运动都有五个要素：即轨迹、速度、方向、行程和位置。

21、现以牛头刨床为例来说明。 . 运动的轨迹直线；. 运动速度切削速度v；. 运动方向向前运动为切削；. 运动行程L；. 运动位置运动的起点为a，终点为b。2022/8/160三、机床的传动联系和传动原理图 1. 机床的传动联系 为实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以下3个基本部分：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。2022/8/161动力源提供运动和动力的装置，是执行件的运动来源。通常为电动机。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。如齿轮、链轮、胶带轮、丝杆、螺母等。传

22、动装置通常还需完成变速、换向、改变运动形式等任务，使执行件获得所需要的运动速度、运动方向和运动形式。如“齿轮-齿条”、“丝杆-螺母”、“蜗杆-蜗轮 传动装置把执行件和动力源或者把有关的执行件之间联接起来，构成传动联系。2022/8/1621.机床的传动链为了在机床上得到所需的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件或执行件和执行件联系起来，称为传动联系，该系列串联着的传动件，称为传动链。传动链构成一个传动联系的一系列传动件。按传动链的功用分为：主运动传动链和进给运动传动链等。按传动联系的性质分为：外联系传动链和内联系传动链。2022/8/163(1) 外联系传动链：运动源执行件 联系动源和

23、机床执行件，使执行件得到运动，并能改变运动的速度和方向，但不要求动源和执行件之间有严格的传动比关系。 例如：车螺纹时，从电机到车床主轴的传动链就是外联系传动键，它只决定车螺纹速度的快慢，而不影响螺纹表面的成形。2022/8/164外联系传动链 2022/8/165(2)内联系传动链：执行件执行件 联系复合运动之内的各个分解部分，传动链所联系的执行件相互之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求，用来保证运动的轨迹。 例如：车螺纹时，为保证所需螺纹的导程大小，主轴（工件）转一周时，车刀必须沿工件轴向移动一个导程。联系主轴刀架之间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动键。2022/8/

24、166内联系传动链车床上车单头螺纹时的内联系。内联系传动链由3对齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴与刀架联系起来，保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程，从而将两个单元运动，即主轴旋转n1 和刀架纵向移动n2 ，组成复合运动（n1 n2）。 2022/8/167再如：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮时，滚刀转1/K转时（K是滚刀头数），工件就必须转1/Z转（Z为齿轮齿数）。联系滚刀旋转B11和工件旋转B12的传动链必须保证严格的运动关系。所以也是内联系传动链。由此可见：内联系传动链中，各传动副的传动比必须准确不变，不应有摩擦传动或是瞬时传动比变化的传动件（如链传动）。2022/8/1683.传动原理图传动链包括多种传动机构如：带传动、定比齿轮副、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电的、液压的、机械的无级变速机构等。2022/8/169传动机构分成两大类：固定传动比的传动机构（简称“定