第一章 机械加工工艺装备-机床

第1章机械加工工艺装备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1机械制造基础第1章

机械加工工艺装备

MechanicalManufacturingProcessEquipments1.1

机床MachineTool21.1.1

机床的分类、型号和技术参数☆1.1.2

典型机床的加工工艺范围☆1.1.3

车床的传动原理1.1.4

数控机床与加工中心3机床定义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。1.1.1机床的分类、型号和技术参数机床分类按加工性质和所使用的刀具分为12大类：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。每一类机床，又可按其结构、布局形式和工艺范围的不同细分为若干系列。按应用范围（通用性程度）分为3大类：通用机床、专门化机床和专用机床。4通用机床—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、凸轮轴车床工艺范围最窄，用于特定工序的加工、大批量生产，如机床主轴箱专用镗床、组合机床、机床导轨磨床——专门化机床专用机床1.1.1机床的分类、型号和技术参数按工作精度—普通精度机床精密机床高精度机床51.1.1机床的分类、型号和技术参数按自动化程度：手动机动半自动自动机床按重量与尺寸：仪表机床中型机床（一般机床）大型机床（10t～30t）重型机床（30t～100t）超重型机床（大于100t）按机床主要工作部件的数目：单轴多轴单刀多刀6机床型号（△）○（○）△△△（×△）（●）/（●）（-●）分类代号类别代号

通用特性、结构特性代号组代号系代号主参数或设计顺序号主轴数或第二主参数重大改进顺序号其它特性代号企业代号1.1.1机床的分类、型号和技术参数7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

其它机床

代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗

磨

2磨

3磨

牙

丝

铣

刨

拉

电

割

其

（1）机床的类别代号机床型号8机床型号（2）机床的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或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换仿轻重简柔显速—通用特性代号9机床型号（2）机床的特性代号—结构性代号对于主参数值相同而结构、性能不同的机床，在类别代号之后加结构特性代号子以区别。例如，CA6140型普通车床型号中的“A”，可理解为在结构上有别于C6140和CY6140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代号之后。为避免混淆,通用特性代号已用的字母及“I”、“O“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。10（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0～9表示。

机床型号11表1.3金属切削机床的类、组划分表1213组别，代表卧式系别（型别）14组别，代表摇臂系别（型别）15组别，代表落地及卧式系别（型别）16组别，代表外圆磨系别（型别）17组别，代表滚齿及铣齿系别（型别）18组别，代表卧式升降台系别（型别）194）机床主参数和设计顺序号机床型号机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。第二主参数一般指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作长度等。第二主参数也用折算值表示。1.1.1机床的分类、型号和技术参数20机床主参数名称折

算

系

数

卧式车床立式车床摇臂钻床卧式镗床外圆磨床内圆磨床矩台平面磨床齿轮加工机床升降台铣床插床及牛头刨床拉床

床身上最大回转直径最大车削直径最大钻孔直径镗轴直径最大磨削直径最大磨削孔径工作台面宽度最大工件直径工作台面宽度最大插削及刨削长度额定拉力（t）

1/101/1001/11/101/101/101/101/101/101/101/1表1.4各类主要机床的主参数和折算系数21（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。机床型号（6）其它特性代号（7）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。22机床型号—高精度万能外圆磨床M——类别代号（磨床类）G——通用特性（高精度）1——组别代号（外圆磨床组）4——系别代号（万能外圆磨床系）32——主参数（最大磨削直径320mm）A——重大改进顺序号（第一次重大改进）MG1432A【例】：23T6240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400mm。CM6132：“C”表示车床类别代号（即车床类）“M”表示机床通用特性代号（即精密车床）“6”表示机床组别代号（即落地或卧式车床组）“1”表示机床型别代号（即普通车床）“2”型是马鞍车床。“32”表示主参数代号(即最大车削直径为320mm)。24机床的技术性能指标机床的工艺范围：机床的工艺范围是指机床上可以完成的工序种类，能加工的零件类型，使用的刀具，所能达到的加工精度和表面粗糙度，适用的生产规模等。机床的技术参数：尺寸参数(几何参数)、运动参数和动力参数。1)尺寸参数-——是指机床能够加工工件的最大几何尺寸。例如，对于卧式车床的主参数为床身上最大工件回转直径，第二主参数为最大工件长度；对于矩台平面磨床，主参数为工作台面宽度，第二主参数为工作台面长度。1.1.1机床的分类、型号和技术参数25

2)运动参数：是指机床加工工件时所能提供的运动速度，包括主运动的速度范围、速度数列和进给运动范围、进给量数列，以及空行程的速度等。对作回转运动的机床，主运动参数是主轴转速；对作直线运动的机床，主运动参数是机床工作台或滑枕的每分钟往复次数。大部分机床(如车床、钻床)的进给量用工件或刀具每转的位移(mm／r)来表示。直线往复运动的机床(如刨床、插床)的进给量，以每一往复的位移量来表示。铣床和磨床的进给量，以每分钟的位移量(mm／min)来表示。3)动力参数：是指机床驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机额定参数(如额定功率、额定转速等)。26机床的精度与刚度(详见第5章)机床的精度包括几何精度和运动精度。机床的几何精度指机床在静止状态下的原始精度，包括各主要零部件的制造精度及其相互间的位置精度。机床的运动精度指机床的主要部件运动时的各项精度，包括回转运动精度、直线运动精度、传动精度等。机床的刚度是指机床在受力作用下抵抗变形的能力。机床的技术性能指标1.1.1机床的分类、型号和技术参数27车床1.1.2典型机床的加工工艺范围卧式车床、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）28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XZ卧式车床29图1.2卧式车床加工的典型表面钻中心孔钻光孔车内圆绞孔车锥孔车端面切槽车外螺纹压花车锥面车外圆车成形面车内螺纹车台阶面到大圆角30马鞍车床31进给箱主轴箱前刀架转塔刀架床身溜板箱转塔车床32进给箱主轴箱夹料夹头回轮刀架挡块轴底座回轮车床33底座工作台立柱垂直刀架横梁立柱横梁进给箱顶梁侧刀架立式车床34下刀架主轴靠模液压仿形刀架顶尖床身液压仿形半自动车床35三爪、四爪卡盘装夹36四爪卡盘装夹3738铣床1.1.2典型机床的加工工艺范围升降台式铣床床身式铣床龙门铣床工具铣床仿形铣床专门化铣床：凸轮铣床、曲轴铣床39底座床身悬梁主轴支架工作台床鞍升降台卧式升降台铣床40床鞍底座床身悬梁主轴支架工作台回转盘升降台万能卧式升降台式铣床41图1.4铣床加工的典型表面铣平面铣侧面铣键槽铣T型槽铣燕尾槽铣齿轮铣螺纹铣钻头铣成形面铣复杂型腔面42端铣43逆铣顺铣4445升降台立铣头主轴工作台床鞍立式升降台式铣床46床身滑座圆工作台立柱主轴箱床身式铣床47工作台水平铣头横梁垂直铣头立柱顶梁立柱垂直铣头水平铣头床身48磨床1.1.2典型机床的加工工艺范围外圆磨床万能磨床内圆磨床平面磨床无心磨床工具磨床专门化磨床—螺纹磨床曲轴磨床导轨磨床砂带磨床49图1.5M1432A型万能外圆磨床液压控制箱床身头架工作台内圆磨具砂轮架尾座50图1.6万能磨床加工示意图f纵f横f周n砂磨外圆磨长锥面磨短锥面磨圆台面磨内圆51纵磨52横磨53深磨54滑鞍床身工作台头架砂轮架内圆磨床55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256卧轴矩台平面磨床立柱床身工作台砂轮架滑座57立轴圆台平面磨床立柱床身工作台砂轮架58矩台周磨矩台端磨圆台周磨圆台端磨平面磨床的磨削方法59无心外圆磨床60无心磨示意图61无心磨626364镗床1.1.2典型机床的加工工艺范围卧式镗床坐标镗床金刚镗床65图1.7卧式镗床主轴箱床身下滑座上滑座后支架后立柱工作台镗轴平旋盘径向刀架前立柱66图1.8卧式镗床的主要加工方法镗内孔1镗内孔2镗铣端面镗铣端面镗铣成形面镗铰孔67

工作台主轴主轴箱立柱床鞍床身立式单柱坐标镗床68卧式金刚镗床69可转位镗铣刀70镗孔71齿轮加工机床1.1.2典型机床的加工工艺范围滚齿机插齿机剃齿机珩齿机磨齿机刨齿机72图1.9Y3150E型滚齿机73图1.9Y3150E型滚齿机工作台床身立柱刀架溜板刀杆刀架体支架心轴后立柱74滚刀的安装角度75图1.10加工斜齿轮时滚刀的安装角工件螺旋角安装角滚刀螺旋升角76滚齿77铣齿78插齿79插齿机80Y5132型

插齿机床身立柱刀架插齿刀工作台挡块81钻床82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—主轴箱和进给箱6—主轴nnff

◆立式钻床与摇臂钻床83铰84拉削85磨孔86插削87铣螺纹88车螺纹89磨螺纹90919293传动原理图和传动框图1.1.3车床的传动原理iv–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-4-5-if-6-7-丝杠联系复合运动中任一环节的外联系传动链：电动机-1-2-iv-3-4-主轴

94主轴95齿轮旁数字表示齿数只表示传动关系不代表实际尺寸和空间位置传动系统图96图1.13CA6140型卧式车床的主运动传动链

主换向机构左右6种转速高速低速主轴97主电动机--IM1(正转)

M1(反转)-IIIII-M2(脱开)-IVV-VI（主轴）-M2(接合)正转6种高速，18种低速反转12级转速98图1.14CA6140型卧式车床主轴转速分布图转速公比ф=1.26

1)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。2)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。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动比，升速时向上倾斜，降速时向下倾斜。斜线向上倾斜x格表示传动副的实际传动比为Z主／Z被=x；斜线向下倾斜x格表示传动副的实际传动比为Z主／Z被=x

。99C616车床高、低速传动系统100进给传动链101图1.14CA6140型卧式车床进给传动系统图挂轮架进给箱102丝杠光杆103C616车床纵向进给、车螺纹传动系统104◆车螺纹(经丝杆）—米制、英制、模数制和径节制◆车圆柱和端面（经光杆）①传动路线②纵向机动进给量—64种③横向机动进给量—64种f横=f纵/2◆刀架的快速移动

—快速电机、超越离合器1051.1.4数控机床与加工中心数控机床的特点现代数控机床普通采用计算机数字控制系统，即CNC系统。它综合应用微电子技术、计算机自动控制技术、精密检测技术、伺服驱动技术、机械设计与制造技术等多方面的最新成果，是一种先进的机械加工设备。

1〕适应性广：适应性即柔性，指数控机床随生产对象而变化的适应能力。数控机床的加工对象改变时，只需重新编制相应的加工程序，输入计算机就可以自动地加工出新的工件，为解决多品种、中小批量零件的自动化加工提供了极好的生产方式。1061.1.4数控机床与加工中心数控机床的特点

2）加工精度高、质量稳定：数控机床是按数控指令脉冲自动工作的，消除操作者人为的误差。目前数控装置的脉冲当量普通达到了0.001mm，进给传动链的反向间隙与丝杠导程误差等均可由数控装置进行补偿，所以可获得较高的加工精度。尤其提高了同一批零件加工的一致性，使产品质量稳定。

3）生产率高：数控机床能有效地减少零件的加工切削时间和辅助时间。可自动换刀，自动变换切削用量，快速进退，自动装夹工件等；能在一台数控机床上进行多个表面的、不同工艺方法的连续加工。1071.1.4数控机床与加工中心数控机床的特点

4）只需编程、调整机床、装卸工件，之后由数控机床来自动控制机床。是封闭式加工，清洁、安全。

5）实现复杂工件的加工：可以实现几乎是仟意轨迹的运功和加工任何形状的空间曲面，而普通机床难以完成非球面曲面的加工。

6）便于现代化的生产管理：数控机床采用数字信息与标准代码处理并传递信息。特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、辅助制造和计算机管理一体化奠定了基础。1081.1.4数控机床与加工中心数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先按照加工零件图纸的要求编制加工程序，即数控机床的工作指令。把这种信息记求在信息载体上(例如穿孔带、磁带或磁盘)，输送给数控装置。数控装置对输入的信息进行处理之后，向机床各坐标的伺服系统发出数控信息。控制机床主运动的启停、变速，进给运动的方向、速度和位移，以及其他诸如换刀、工件装夹、冷却润滑等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格技数控程序规定的顺序、路线和参数，自动地加工出符合图样要求的工件。1091.1.4数控机床与加工中心数控机床的组成控制介质计算机数控装置伺服驱动系统机床机械部件图1.15数控机床基本结构框图1101.1.4数控机床与加工中心数控机床的组成

1)控制介质：记录在控制介质(如穿孔带、磁带或磁盘)上的数控加工程序（数控机床自动加工零件的工作指令/代码）。在对零件进行工艺分析的基础上应确定如下加工信息用标准的数控代码：①零件坐标系，即零件在机床上的安装位置；②刀具与零件相对运动的尺寸参数；③零件加工的顺序；④主运动的启停、换向、变速等；⑤进给运动的速度、方向、伙移量等工艺参数；⑥辅助装置的动作。并按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制数控程序可由人工进行，也可由计算机或数控装置完成。程序。1111.1.4数控机床与加工中心数控机床的工作原理及组成2）计算机数控装置：是数控机床的中枢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

1121.1.4数控机床与加工中心数控机床的工作原理及组成3）伺服驱动系统：数控机床的执行部分，含伺服驱动电动机、驱动元件和执行部件根据数控指令发出脉冲信号控制执行部件的进给速度、方向和位移量使之按规定轨迹移动或精确定位常用脉冲当量：0.01、0.005、0.001mm/脉冲1131.1.4数控机床与加工中心数控机床的工作原理及组成4）机床的机械部件主运动部件进给运动部件（如工作台、刀架等）支承部件（如床身、立柱等）辅助装置（冷却润滑、夹紧、换刀等）1142轴CNC超精密车床真空吸盘空气静压主轴液体静压导轨整体式大理石床身空气隔振弹簧115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簧支承恒温控制100-1000/3000rpm0.05-0.1μm0.25-0.5μm/250mm0.5-1μm/250mm0.15-0.3μm/150mm0.5-1μm/150mm3000-10000rpm0.5-1μm0.0025-0.01μm0.0025-0.01μm0.1μmRa10nmRa20nm0.3-0.5μm10-3000rpm0.09μm0.15μm/250mm0.36μm/250mm0.25μm/250mm0.36μm/250mm1000-10000rpm＜0.5μm0.005μm0.00125μm优于0.1μm＜Ra10nmRa14.2nm/＜Ra5nm0.16/0.3μm隔振频率为2Hz20±0.1℃

主要技术指标116转速：100~18000rpm功率：16KW最大工作进给速度：20m/min快速进给速度：30m/min行程(X/Y/Z)：710/550/500mm

床身防弹玻璃安全视窗立柱主轴工作台控制面板117零件图样程序编制信息载体数控装置主轴转速、转向选择、刀具选择其它功能选择伺服系统刀架或工作台机床零件位移检测反馈系统数控机床加工零件的过程1181.1.4数控机床与加工中心数控机床的分类点位控制直线控制轮廓控制—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—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—对2方向以上运动同时控制并切削如数控铣三维曲面按运动轨迹的方式：119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，应用广数控机床的分类120●数控车床属轮廓控制型数控机床经济型——开环控制简易型——半闭环控制适宜加工精度