第3章 金属切削机床与刀具

第3章金属切削机床与刀具本章学习要点：1.金属切削机床的分类、型号和主要技术参数2.车床和车刀3.铣床和铣刀4.磨床和砂轮5.钻床和孔加工刀具6.镗床与镗削7.刨（插）削加工及拉床和拉刀

3.1机床概述3.1.1机床的分类按工艺范围：

通用机床（普通机床）：加工范围广，可用于多种零件的不同工序。专门化机床（专能机床）：加工范围较窄，用于加工某一类（或几类）零件的某一道（或几道）特定工序。专用机床：用于加工某一种零件的某一道特定工序。大量的通用部件少量的专用部件3.1.2机床型号编制1、通用机床（△）○（〇）△△△（×△）（〇）/（）（-

）企业代号其他特性代号重大改进顺序号主轴数或第二主参数主参数系代号（主参数相同）组代号（每类机床分为10组）通用特性、结构特性代号类代号分类代号例：CA6140主参数直径:400mm系别：卧式车床组：落地及卧式车床组车床结构特性：2.机床的类别和代号3.机床的特性代号4.机床组、系的划分原则及其代号5.机床主参数和设计顺序号6.机床主轴数和第二主参数的表示方法7.机床的重大改进顺序号8.其他特性代号及其表示方法9.企业代号及其表示方法3.1.3机床的基本运动表面成形运动辅助运动：

机床上除表面成形运动外，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。机床越复杂、功能越多，辅助运动也越多。四、机床的传动链

动力源：提供动力执行件：执行运动部件传动装置：传递运动和动力两种传动链：外联系传动链内联系传动链四、机床的传动链

动力源：提供动力执行件：执行运动部件传动装置：传递运动和动力两种传动链：外联系传动链“联系动力源和机床执行件的传动链”。它使执行件得到预定速度的运动并传递一定的动力。“联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链”。两个末端件之间的相对速度或相对位移必须有严格的比例关系。内联系传动链五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：规定：i=被动轮转速/主动轮转速=n2/n1平稳、吸振，通常用在高速级传动。传动比准确，传递动力大，但有噪音。传动平稳，无噪音。多用于大速比、交叉轴传动将旋转运动变为直线运动，传动效率高，结构紧凑。将旋转运动变为直线运动，工作平稳，无噪音，传动效率低。五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：规定：i=被动轮转速/主动轮转速=n2/n1平稳、吸振，通常用在高速级传动。五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：传动比准确，传递动力大，但有噪音。五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：传动平稳，无噪音。多用于大速比、交叉轴传动五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：将旋转运动变为直线运动，传动效率高，结构紧凑。五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：将旋转运动变为直线运动，工作平稳，无噪音，传动效率低。五、五种基本传动副带传动：齿轮传动：蜗杆传动：齿轮齿条传动：丝杠螺母传动：规定：i=被动轮转速/主动轮转速=n2/n1平稳、吸振，通常用在高速级传动。传动比准确，传递动力大，但有噪音。传动平稳，无噪音。多用于大速比、交叉轴传动将旋转运动变为直线运动，传动效率高，结构紧凑。将旋转运动变为直线运动，工作平稳，无噪音，传动效率低。机床的基本构造主传动部件：用来实现机床的主运动。进给传动部件：用来实现机床的进给运动。刀具的安装部件：用来安装刀具。工件的安装部件：用来安装工件。支承部件：用来支承和连接机床各零部件。动力部件：为机床提供动力。3.2车床和车刀3.2.1车削主运动：工件的旋转进给运动：刀具的直线移动3.2.1车削能保证轴、套、盘等类零件的各表面位置精度；加工范围广泛，适应性强；经济精度：IT8～IT7，Ra1.6～6.3对有色金属，利用精细车的方法可达到：IT6～IT5，Ra0.2～0.8切削过程平稳；刀具简单，成本低；过程连续无冲击3.2.2CA6140型卧式车床机床布局结构：主轴箱刀架尾架床身床腿溜板箱进给箱CA6140传动系统CA6140传动系统分析主运动分析：抓两端、连中间找首、末件：首件：电机——末件：主轴连中间，写出传动机构式：主轴的转速级数：由结构式：正转速级数为：2×3×(1+2×2)=30

级但：从Ⅲ轴～Ⅵ轴的5种传动比中有两级基本相等。均为：1/4。故：实际级数为：2×3×(1+2×2-1)=24级反转速级数为：3×(1+2×2-1)=12

级主轴转速：主轴转速之间通常是等比级数排列：进给运动分析:找首、末件：首件：主轴——末件：刀架计算位移：主轴转一转——刀架移动一个f进给运动分析:

连中间，写出传动结构式：

CA6140车床共有64种纵向、横向进给量，分别由4种类型的传动路线来实现。即：正常进给量（32级）较大进给量（8级）加大进给量（16级）

细进给量（8级）正常进给量：由主轴经正常螺距及公制螺纹传动路线来实现。正常进给量：化简：正常进给量：化简：正常进给量：较大进给量：运动由主轴经正常螺距及英制螺纹传动路线实现其纵向进给运动平衡式：化简：较大进给量：其横向进给运动平衡式：化简：较大进给量：变换i倍=1可得：加大进给量：当主轴处于较低的12级转速时(10~125rpm)，运动由主轴经扩大螺距机构及英制螺纹传动路线来实现。传动结构式：加大进给量：供强力切削时使用细进给量：当主轴高速(450~1400rpm，其中500rpm除外)时，运动由主轴经扩大螺距机构及公制螺纹传动路线来实现。运动平衡式：化简：取：i倍=1/8同样可得：综上所述：可得64级纵、横进给量：螺纹进给传动链：运动关系：主轴转一转，刀具均匀移动一个导程i：从主轴到丝杠之间的总传动比t丝：丝杠螺距。t丝=12mmS：被加工螺纹导程。运动平衡式：公制螺纹：化简：经上述路线可加工20种标准螺距的螺纹，最大螺距：12mm。经扩大导程机构，将螺距扩大4或16倍，最终获得44种螺距的螺纹。可加工的最大螺距为192mm。四、CA6140车床的主要结构卸荷皮带轮摩擦离合器变速操纵机构：溜板操纵机构3.2.3车床附件及夹具1.三爪自定心卡盘三爪自定心卡盘能自定心，校正和安装工件简单迅速，也可用工件端面较大的孔装夹，但夹紧力小。一般用于截形为圆形、三角形、六方形的轴类的盘类中小型零件的装夹。

2．四爪单动卡盘

四爪单动卡盘夹紧力较大，但校正工件比较麻烦。适用于单件或小批生产中安装较重或形状不规则的工件。3.顶尖及鸡心夹头4.中心架与跟刀架5.花盘3.2.4车刀3.2.4车刀3.2.4车刀3.2.4车刀3.3铣床和铣刀

铣床的运动主运动：铣刀的旋转。进给运动：工件的直线运动。铣床加工的典型表面

1.卧式铣床2.立式铣床3.龙门铣床

3.3.2铣刀3.3.2铣刀3.3.3．铣削用量

1.铣削用量1）背吃刀量指垂直于工作平面测量的切削层中最大的尺寸。端铣时，为切削层深度；圆周铣削时，为被加工表面的宽度。2）侧吃刀量指平行于工作平面测量的切削层中最大的尺寸，端铣时，为被加工表面宽度；圆周铣削时，为切削层深度。

3)进给运动参数铣削时进给量有三种表示方法：(1)每齿进给量指铣刀每转过一刀齿相对工件在进给运动方向上的位移量，单位为mm/z。(2)进给量

指铣刀每转过一转相对工件在进给运动方向上的位移量，单位为mm/r。(3)进给速度指铣刀切削刃选定点相对工件的进给运动的瞬时速度，单位为mm/min。4)铣削速度指铣刀切削刃选定点相对工件的主运动的瞬时速度。可按下式计算：

Vc=πdn/1000式中Vc——瞬时速度，单位为m/min或m/sd——铣刀直径，单位为mm；

n——铣刀转速，单位为r/min或r/s。2.铣削用量的选择

1)粗加工因粗加工余量较大，精度要求不高，此时应当根据工艺系统刚性及刀具耐用度来选择铣削用量。一般选取较大的背吃刀量和侧吃刀量，使一次进给尽可能多地切除毛坯余量。在刀具性能允许的条件下应以较大的每齿进给量进行切削，以提高生产率。

2)半精加工此时工件的加工余量一般在0.5～2mm，并且无硬皮，加工后要降低表面粗糙度值，因此应选择较小的每齿进给量，而取较大的切削速度。

3)精加工精加工时加工余量很小，应当着重考虑刀具的磨损对加工精度的影响，因此宜选择较小的每齿进给量和较大的铣削速度进行铣削。3.3.4铣削方式

1.圆周铣削方式圆周铣削有逆铣和顺铣两种铣削方式。2.端铣方式3.4磨床和砂轮磨削运动主运动：砂轮的旋转。径向进给运动：指砂轮径向切入工件的运动。轴向进给运动：工件相对于砂轮的轴向运动。工件运动：工件的旋转或直线移动3.4.1.磨床的主要类型及应用范围万能外圆磨床床身头架内圆磨头砂轮架尾座工作台横向导轨滑鞍手轮普通外圆磨床与万能外圆磨床相比，普通外圆磨床的头架主轴直接固定在壳体上不能回转，工件只能支承在顶尖上磨削；头架和砂轮架不能绕垂直轴线调整角度，也没有内磨装置。其它结构类似。因此普通外圆磨床工艺范围较窄，只能磨削外圆柱面、锥度不大的外圆锥面和台肩端面。但普通外圆磨床由于主要部件的结构层次少，机床刚性好，允许采用较大的磨削用量，故生产率高，同时，也容易保证磨削精度和表面粗糙度要求。3.4.1.磨床的主要类型及应用范围无心外圆磨床

无心磨床的尺寸精度和几何精度都较高，且有很高的生产率，如果配备自动上下料机构，很容易实现单机自动化，适用于大批量生产。自定位方式加工，适用于细长光轴，可得到较高质量的尺寸精度和几何形状精度，但不能保证位置精度。3.4.1.磨床的主要类型及应用范围无心磨床：3.4.1.磨床的主要类型及应用范围无心磨床：3.4.1.磨床的主要类型及应用范围外圆磨削方法：纵磨法横磨法(切入磨法)综合磨法(先横后纵)深磨法3.4.1.磨床的主要类型及应用范围内圆磨床:床身头架砂轮修整器砂轮砂轮架工作台横向手轮纵向手轮3.4.1.磨床的主要类型及应用范围纵磨法磨内孔横磨法磨内孔利用端磨头磨平面内圆磨削方法3.4.1.磨床的主要类型及应用范围平面磨床:卧轴矩台式立轴矩台式卧轴圆台式立轴圆台式3.4.1.磨床的主要类型及应用范围平面磨削方法:周磨端磨3.4.2.砂轮磨料：3.4.2.砂轮粒度：指磨料颗粒的大小。磨粒：用筛选法分类。它的粒度号以筛网上1英寸长度内的孔眼数来表示。微粉：用显微测量法分类。它的粒度号以磨料的实际尺寸来表示。选择：粗磨时选粗磨料，精磨时选较细的磨料。软金属选粗磨料，硬金属选较细的磨料。3.4.2.砂轮3.黏合剂用来粘结磨料的物质，其性能决定着砂轮的强度、抗冲击性、耐热性以及抗腐蚀能力陶瓷结合剂：（V）树脂结合剂：（B）橡胶结合剂：（R）金属结合剂：（M）性能：强度高，耐热、耐腐蚀性好，气孔率大，但较脆，弹性差。适用范围：适用于通用砂轮、成形磨削砂轮。一般V<35m/s。性能：强度高，弹性好，耐热性差(<300℃)，气孔率小，易磨损。适用范围：适用于高速磨削，速度达50m/s以上。可制成薄片砂轮，用于切口、开槽。性能：强度与弹性均高于陶瓷和树脂结合剂，但耐热性差(<150℃)。适用范围：多用于切断、开槽、抛光用砂轮以及无心磨床的导轮。速度高达65m/s。性能：强度最高，导热性好，但自锐性差。常见的是青铜结合剂。适用范围：主要用于金刚石砂轮及电解磨削用砂轮。磨削硬质合金、玻璃、陶瓷等。3.4.2.砂轮4.硬度是指砂轮工作时，磨料在磨削力作用下，从砂轮上脱落的难易程度。选择：精磨时选用较硬的砂轮，以保证精度和表面质量。磨削较硬的金属，选用软砂轮。反之，则选用硬砂轮。3.4.2.砂轮组织指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。共分15级，组织号(0~14)越小，砂轮越致密。金刚石砂轮用浓度表示，4.39克拉/cm3时为100%。有25%,75%—150%等。6.砂轮的形状常用砂轮的形状、代号及主要用途如表3-8所示。砂轮的标志印在砂轮端面上。其顺序是：形状、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、最高线速度。7.砂轮的磨损与修整1）砂轮的磨损2）砂轮修整磨削工艺特点精度高，表面粗糙度小；经济精度：IT6~IT5，Ra0.8~0.2砂轮有自锐性；径向力Fy最大；Fy=(1.6~3.2)Fz，轴向力Fx很小。用于加工较硬的金属、非金属材料；磨削温度高，易烧伤工件；退火烧伤回火烧伤淬火烧伤工件表面温度超过相变温度AC3，但无冷却液，工件表面被退火。工件干磨时易发生这种烧伤。工件表面温度未达到相变温度AC3，但超过马氏体的转变温度，工件表层组织为回火屈氏体或索氏体。工件表面温度超过相变温度AC3，冷却充分，工件表面被二次淬火。但淬透层很薄，其下层仍为回火屈氏体或索氏体。先进磨削方法高速磨削：缓进给，深磨削（强力磨削）：砂带磨削：宽砂轮、多砂轮磨削：低粗糙度磨削：磨削深度达3~30mm，约为普通磨削的100~1000倍。生产率高，磨削质量好。现已成功用于丝杠、齿轮、转子槽等沟槽的以磨代铣加工。砂轮的线速度大于50m/s。目前：国内普遍采用V=50~80m/s国外发达国家已达230m/s经济效益明显，生产率提高30~100%，砂轮耐用度提高0.7~1倍。与普通磨削相比：磨削前，工件表面Ra<0.4μm。砂轮需精细修整。进给量<0.005~0.025mm/s，V=15~30m/s。3.5钻床和孔加工刀具

钻床的运动主运动：钻头的旋转进给运动：钻头的直线移动3.5.1.钻床钻床是孔加工用机床，主要用来加工外形复杂、没有对称回转轴线工件上的孔。立式钻床2.型摇臂钻床3.台钻

3.5.2常用孔加工刀具麻花钻结构：3.5.2常用孔加工刀具麻花钻结构：3.5.2常用孔加工刀具麻花钻结构：钻削的特点“三差一大”。刚性差：两个大而深的排屑槽使刚性↙↙。导向性差：导向棱少且窄。切削条件差：排屑困难，不易散热。轴向力大：由于横刃的存在，产生较大的轴向力。

属于粗加工工序：经济精度：IT13~IT11，Ra25~12.5钻床的加工方法扩孔：对已有孔进行扩大加工的方法。经济精度：IT10~IT9，Ra6.3~3.2。扩孔余量：一般为孔径的1/8。铰孔：对已有孔进行精加工的方法。经济精度：IT9~IT7，Ra1.6~0.4。余量小：粗铰：0.12~0.35mm

精铰：0.05~0.15mm切速低：V=0.025~0.16m/s孔加工刀具麻花钻的改进：修磨横刃：修磨棱边：修磨前刀面：修磨切削刃：磨出分屑槽：2.群钻：群钻特点：三尖七刃锐当先，月牙弧槽分两边。一侧外刃开屑槽，横刃磨低窄又尖。3.硬质合金钻头

加工硬脆材料如合金铸铁、玻璃、淬硬钢等难切削材料时，可使用硬质合金钻头。4.扩孔钻3~4条切削刃及排屑槽，钻芯大，刚性强3~4条导向棱，稳定性↗没有横刃扩孔钻的种类：直柄、锥柄、套式5.锪钻锪钻用于加工工件上已有孔上的沉头孔（有圆柱形和圆锥形之分）和孔口凸台、端面，如图所示。

6.铰刀

6~12个刀刃，排屑槽更浅，刚性↗↗。有修光刃，可校准孔径和修光孔壁。切削条件好，切削余量小。铰刀的种类：手用铰刀：d=1~71mm特点：工作部分长，刃锥角小。机用铰刀：d=1~50mm特点：工作部分短，刃锥角大。套式：d=23.6~100mm一般用于较大孔径的加工3.6镗床与镗削

镗床的运动：

主运动：镗刀的旋转。进给运动：工件或镗刀的直线运动。镗床的加工方法镗孔的特点

镗刀的结构简单，调整方便。单刃镗刀多刃镗刀

通用性大。经济精度：IT8~IT7，Ra1.6~0.8精细镗(有色金属)：IT7~IT6，Ra0.8~0.4可保证孔的尺寸及位置精度。生产率低。4、镗床的主要类型：