机械加工技术第三章

第三章机床一、机床传动的基本知识二、车床三、铣床四、钻床和镗床五、磨床六、刨床第一节机床传动的基本知识一、机床的运动

机床必须具备切削运动和辅助运动

切削运动：为表面成形运动，通过主运动和进给运动的不同组合。

辅助运动：快速进退、送夹料、转位分度等运动。减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高劳动生产率。

机床一般由执行件、动力源和传动装置组成机床传动的基本组成部分

机床的传动必须具备以下的三个基本部分：动力源：为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，如交流异步电动机、直流电动机、直流和交流伺服电动机、步进电动机、交流变频调速电动机等。传动件：传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、带轮、丝杠、螺母等，除机械传动外，还有液压传动和电气传动元件等。执行件：夹持刀具或工件执行运动的部件。常用执行件有主轴、刀架、工作台等，是传递运动的末端件。二、机床的传动链为了在机床上得到所需要的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件，或把执行件与执行件联系起来，以构成传动联系。构成一个传动联系的一系列传动件，称之传动链。根据传动链的性质，传动链可分为两类：

外联系传动链；联系运动源与执行件的传动链，称为外联系传动链。它的作用是使执行件得到予定速度的运动，并传递一定的动力。此外，还起执行件变速、换向等作用。如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链，就是典型的外联系传动链。内联系传动链：联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的相对速度或相对位移保持严格的比例关系，以保证被加工表面的性质。如滚齿机的范成运动传动链也属于内联系传动链。

第一节机床传动的基本知识

对于一个给定的传动链，转速图、传动系统图、传动路线表达式所表达的是基本同样的意义。而运动平衡式表达了其中一条传动路线。——会根据系统图找末端件，会写计算位移关系；——会写传动路线表达式，尤其要注意其中的离合器、多联滑移齿轮，换置齿轮——会求其中一条传动路线的运动平衡式——会求转速级数滚齿机传动系统如图，写出范成链的运动平衡方程式;当加工一对相啮合的斜齿轮时,加工完一个再加工另一个之前要作何调整（滚齿刀不变）?如果滚刀主轴的安装角度有误差,会导致什么结果?指出范成链是内联还是外联传动？

车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、内外圆锥表面、成型回转面和回转体端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于大多数机器零件都具有回转表面，车床的通用性又较广，因此，车床的应用极为广泛，在金属切削机床中所占的比重最大，约占机床总数的20%～35%。

第二节车床

刀架：夹持车刀尾座：在尾座套筒内安装顶尖，可支承工件床身：连接各主要部件并保证各部件之间有正确的相对位置床腿

光杠：实现纵向或横向自动进给

丝杠：将进给运动传给溜板箱，完成螺纹车削溜板箱：将光杠传来的旋转运动变为车刀的纵向或横向的直线移动进给箱：将运动传至光杠或丝杠主轴箱：支承主轴部件

挂轮床腿

车床车床类型：CA6140型卧式车床传动原理图车削的加工类型卧式车床所能加工的典型零件车削的工艺特点1、易于保证工件各加工面的位置精度

a例如易于保证同轴度要求

利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主轴回转轴线

利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线

b易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的垂直度

2、切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用量，高速切削，利于生产率提高。

3、适于有色金属零件的精加工

有色金属零件表面粗糙度大Ra值要求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀进行精细车时，可达较高质量。

4、刀具简单

车刀制造、刃磨和安装均较方便。5、车削属于等截面的连续切削。6、车削加工多用于粗加工或半精加工。第三节铣床床身内装有主轴传动机构和变速操作机构。床身的顶部有水平导轨，其上装有带一个或两个刀杆支架的悬梁刀杆支架用来支承铣刀心轴的一端，心轴的另一端固定在主轴上，并由主轴带动旋转。悬梁可沿水平导轨移动，以便调整铣刀的位置。在升降台上面的水平导轨上，装有可以在平行于主轴轴线方向移动（前后移动）的溜板。溜板上部有可以移动的回转盘，工作台可以在溜板上部回转盘上的导轨上作垂直于主轴轴线方向移动（左右移动）。在床身的前面有垂直导轨，升降台可以沿着它上下移动。前后(横向)右左(纵向)上下(垂直)工作台上有T形槽用来固定工件。这样安装在工作台上的工件就可以在三个坐标上的六个方向调整位置或进给。溜板可绕垂直轴线左右旋转450，因此工作台还能在倾斜方向进给，以加工螺旋槽。该铣床还可以安装圆工作台以扩大铣削能力。结构及作用床身1——固定在底座2上

用于安装和支承铣床的其他部件。床身1内装有主轴部件、主传动装置和主变速操纵机构等。悬梁9——床身顶部的燕尾形导轨上通过齿轮、齿条传动调整其前后位置，由装在床身顶斜面的镶条夹紧。刀杆托架8——悬梁前端当铣刀主轴伸出端较长时，为提高刀杆的刚度，用于支承刀杆的悬伸端，托架内装有滑动轴承，轴套与刀杆的间隙可手动调整。升降台4——在床身1的垂直导轨上带动工作台6做垂直方向的运动，由两条镶条调整其配合间隙。升降台4内装有进给运动、快速移动装置及进给变速操纵机构等。床鞍5——可沿升降台4的水平导轨带动工作台6做横向移动。工作台6——可沿回转刻度盘3上的燕尾形导轨作纵向移动。回转刻度盘3——带动工作台可在±45范围内转一定的角度，用于铣削斜沟槽及螺旋表面。底座2内部是冷却液箱铣床的用途和特点1）铣削——是以旋转的铣刀做主运动，工件或铣刀做进给运动，在铣床上进行切削加工的过程。2）特点优点——使用旋转的多刃刀具进行加工，同时参加切削的齿数多，整个切削过程是连续的，生产率较高；缺点——由于每个刀齿的切削过程是断续的，每个刀齿的切削厚度也是变化的，使得切削力发生变化，产生的冲击会使铣刀刀齿寿命降低，严重时将引起崩齿和机床振动，影响加工精度。因此，铣床在结构上要求具有较高的刚度和抗振性。1）按布局形式和适用范围分类：

有升降台式铣床(包括卧式、立式、万能式等)、工作台不升降铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床及专门化铣床(花键铣床、曲轴铣床、凸轮铣床)等。2）升降台式铣床的结构特征：装夹工件的工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置，可在任一方向上实现进给运动。加工时装夹铣刀的主轴仅做旋转运动，其轴线位置一般固定不动。工艺范围广，操作灵活方便，能迅速进行各种加工调整，适用于加工中、小零件的平面和沟槽，配置相应的附件后可铣削螺旋槽、分齿零件，还可钻孔、镗孔。一般应用于单件小批的生产车间、工具车间或机修车间。铣床的分类1）万能卧式升降台铣床

万能卧式升降台铣床是指主轴轴线呈水平安置的，工作台可以作纵向、横向和垂直运动，并可在水平平面内调整一定角度的铣床。卧式升降台铣床结构与万能卧式升降台铣床基本相同，但卧式升降台铣床在工作台和床鞍之间没有回转盘，因此工作台不能在水平面内调整角度。这种铣床除了不能铣削螺旋槽外，可以完成和万能卧式升降台铣床一样的各种铣削加工。万能卧式升降台铣床及卧式升降台铣床的主参数是工作台面宽度。它们主要用于中、小零件的加工。2）立式升降台铣床立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别仅在于它的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀(亦称面铣刀)或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭的轮廓表面等。3）龙门铣床

龙门铣床是一种大型高效能通用机床，主要用于加工各类大型工件上的平面、沟槽，它不仅对工件可以进行粗铣、半精铣，也可以进行精铣加工。主运动——铣刀的旋转运动。进给运动——工件在垂直于铣刀轴线方向的直线运动；工件的回转运动或曲线运动。注意：为适应不同形状和尺寸的工件加工，铣床可保证工件与铣刀之间在相互垂直的三个方向上调整位置，并可根据加工要求，在其中任一方向实现进给运动。在铣床上，工作进给和调整刀具与工件相对位置的运动，根据机床类型不同，可由工件(万能卧式升降台铣床)或刀具及工件(龙门铣床)来实现。铣床的运动工艺范围——加工平面(水平面、侧面、台阶面等)、

沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、

成形表面(螺纹、螺旋槽、特定成形面等)、

分齿零件(齿轮、链轮、棘轮、花键轴等)，

回转体表面、内孔的加工以及切断。刀具：圆柱铣刀盘铣刀角度铣刀成形铣刀端铣刀模数铣刀铣刀铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。可加工平面、台阶面、沟槽、成形面等，多刃切削效率高a)圆柱铣刀铣平面b)套式铣刀铣台阶面c)三面刃铣刀铣直角槽d)端铣刀铣平面e)立铣刀铣凹平面f)锯片铣刀切断g)凸半圆铣刀铣凹圆弧面h)凹半圆铣刀铣凸圆弧面i)齿轮铣刀铣齿轮j)角度铣刀铣V形槽k)燕尾槽铣刀铣燕尾槽l)T形槽铣刀铣T形槽m)键槽铣刀铣键槽n)半圆键槽铣刀铣半圆键槽o)角度铣刀铣螺旋槽铣床附件一、平口钳

平口钳又名机用虎钳，是一种通用夹具，常用于安装小型工件。它是铣床、钻床的随机附件。将其固定在机床工作台上，用来夹持工件进行切削加工。一、平口钳2.平口钳原理

用扳手转动丝杠，通过丝杠螺母带动活动钳身移动，形成对工件的加紧与松开。

1.平口钳结构

平口钳的装配结构是可拆卸的螺纹连接和销连接；活动钳身的直线运动是由螺旋运动转变的；工作表面是螺旋副、导轨副及间隙配合的轴和孔的摩擦面。

一、平口钳平口钳中装夹工件的注意事项

（3）为了能装夹得牢固，防止刨削时工件松动，必须把比较干整的平面贴紧在垫铁和钳口上。要使工件贴紧在垫铁上，应该一面夹紧，一面用手锤轻击工件的子面，光洁的平面要用铜棒进行敲击以防止敲伤光洁表面。

一、平口钳平口钳中装夹工件的注意事项

（4）为了不使钳口损坏和保持已加工表面，夹紧工件时在钳口处垫上铜片。

（5）用手挪动垫铁以检查夹紧程度，如有松动，说明工件与垫铁之间贴合不好，应该松开平口钳重新夹紧。（6）刚性不足的：工件需要支实，以免夹紧力使工件变形。二、回转工作台

手动回转工作台在回转工作台上铣削圆弧

回转工作台又称为转盘、平分盘、圆形工作台等，主要用于较大零件的分度工作或非整圆弧面的加工。

。它的内部有一套蜗轮蜗杆。摇动手轮，通过蜗杆轴，就能直接带动与转台相连接的蜗轮转动。转台周围有刻度，可以用来观察和确定转台位置。拧紧固定螺钉，转台就固定不动。转台中央有一孔，利用它可以方便地确定工件地回转中心。当底座上的槽和铣床工作台的T形槽对齐后，即可用螺栓把回转工作台固定在铣床工作台上。三、万能分度头

在铣削加工中，常会遇到铣四方、铣六方、齿轮、花键和刻线加工螺旋槽及球面等工作。这时，就需要利用分度头分度。因此，分度头是万能铣床上的重要附件。

手动万能分度头数控万能分度头

在铣削加工中，常会遇到铣四方、铣六方、齿轮、花键和刻线加工螺旋槽及球面等工作。这时，就需要利用分度头分度。因此，分度头是万能铣床上的重要附件。

万能分度头概述作为铣床上的重要附件和夹具，分度头在铣削加工中得到了广泛的应用。铣床中分度头的种类较多，有直接分度头、简单分度头和万能分度头等。按是否具有差动挂轮装置，分度头可分为万能型（FW型）和半万能型（FB型）两种，其中，万能分度头使用最为广泛，本节重点介绍万能分度头（FW型）。万能分度头的型号铣床上使用的主要是万能型分度头。万能分度头的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。常用的有FW63、FW80、FW100、FW125、FW200和FW250等，FW250型分度头是铣床上最常用的一种。代号中F代表分度头，W代表万能型，250代表分度头夹持工件的最大直径，单位为mm。

手动分度头结构

在壳体下面，固定有两个定位块，以便与铣床工作台面的T形槽相配合，用来保证主轴轴线准确地平行于工作台的纵向进给方向。三、万能分度头以防在铣削时主轴松动。另一手柄是控制蜗杆的手柄，它可以使蜗杆和蜗轮联接或脱开（即分度头内部的传动切断或结合），在切断传动时，可用手转动分度的主轴。万能分度头外形蜗轮与蜗杆之间的间隙可用螺母调整。

手柄用于紧固或松开主轴，分度时松，分度后紧固。三、万能分度头

分度头中蜗杆和蜗轮的传动比i＝蜗杆的头数/蜗轮的齿数＝1/40，也就是说，当手柄通过一对直齿轮（传动比为1：1）带动蜗杆转动一周时，蜗轮只能带动主轴转过1/40周。若工件在整个圆周上的分度数目z为已知，则每分一个等分就要求分度头主轴转1/z圈。这时，分度手柄所需转的圈数n即可由下列比例关系推得：

1：40＝1/z：n，即n＝40/z

3.手动分度头传动

n——手柄转数；z——工件的等分数；40——分度头定数。万能分度头之分度方法直接分度法简单分度法角度分度法差动分度法直线移距分度法双分度头复式分度法第四节钻床2、钻削加工用钻头在实体材料上加工孔的方法称为钻孔；用扩孔钻对已有孔进行扩大再加工方法称为扩孔。它们统称为钻削加工。钻孔钻孔最常用的刀具是麻花钻，用麻花钻钻孔的尺寸精度为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为50～12.5μm，属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工，例如螺栓孔、油孔等，也可作为质量要求较高孔的预加工。麻花钻由工具厂专业生产，其常备规格为φ0.1～φ80mm。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成柄部：是钻头的夹持部分，用以传递扭矩和轴向力。柄部有直柄和锥柄两种形式，钻头直径小于12mm时制成直柄，；钻头直径大于12mm时制成莫氏锥度的圆锥柄。颈部：是柄部和工作部分的连接部分，是磨削柄部时砂轮的退刀槽，也是打印商标和钻头规格的地方。直柄钻头一般不制有颈部。钻头的工作部分：包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作，切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。导向部分的作用是当切削部分切入工件后起导向作用，也是切削部分的后备部分。导向部分有两条螺旋槽和两条棱边，螺旋槽起排屑和输送切削液作用，棱边起导向、修光孔壁作用。钻床钻床主要是用钻头钻削直径不大，精度要求较低的孔，此外还可以进行扩孔、铰孔、攻螺纹等加工。加工时，工件固定不动，刀具旋转形成主运动，同时沿轴向移动完成进给运动。钻床的应用很广，如下图所示。1）立式钻床

钻床的主要类型有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床以及深孔钻床等。立式钻床是应用较广的一种机床，其主参数是最大钻孔直径，常用的有25mm、35mm、40mm和50mm等几种。立式钻床的特点是主轴轴线是垂直布置，而且位置是固定的。加工时，为使刀具旋转中心线与被加工孔的中心线重合，必须移动工件，因此立式钻床只适用于加工中小工件上直径d≤50mm的孔。立2）摇臂钻床

摇臂钻床广泛地用于大、中型零件上直径d≤80mm孔的加工。其外形如图所示。主轴箱可以在摇臂上水平移动，摇臂既可以绕立柱转动，又可沿立柱垂直升降。加工时，工件在工作台或机座上安装固定，通过调整摇臂和主轴箱的位置，使主轴5中心线与被加工孔的中心线重合。3）其它钻床

台钻是一种加工小型工件上孔径d=0.1～13mm的立式钻床；多轴钻床可同时加工工件上的很多孔，生产率高，广泛用于大批大量生产；中心孔钻床用来加工轴类零件两端面上中心孔；深孔钻床用于加工孔深与直径比l/d>5深孔。钻削加工的工艺特点（1）钻头在半封闭的状态下进行切削的，切削量大，排屑困难。（2）摩擦严重，产生热量多，散热困难。（3）转速高、切削温度高，致使钻头磨损严重。（4）挤压严重，所需切削力大，容易产生孔壁的冷作硬化。（5）钻头细而悬伸长，加工时容易产生弯曲和振动。（6）钻孔精度低，尺寸精度为IT13～IT10，表面粗糙度Ra为12.5～6.3μm第五节镗床镗床是用来加工尺寸较大、精度要求较高的孔的机床，特别适用于加工分布在零件不同位置上的相互位置精度要求较高的孔系。通常对铸、锻、钻的孔作进一步加工。镗削加工是以镗刀的旋转运动为主运动，与工件随工作台的移动（或镗刀的移动）为进给运动相配合，切去工件上多余金属层的一种切削加工。卧式镗床卧式镗床的外形如图所示。卧式镗床结构复杂，通用性较大，除可进行镗孔外，还可进行钻孔、加工各种形状沟槽、铣平面、车削端面和螺纹等。卧式镗床的主参数是镗轴直径。它广泛用于机修和工具车间，适用于单件小批量生产。坐标镗床坐标镗床的特点：坐标镗床装备了坐标位置的精密测量装置，可保证刀具和工件具有精确的相对位置；坐标镗床加工的孔可获得很高的尺寸和形状精度，也可保证精确的孔间或孔与某基准面间的位置精度；坐标镗床可进行精密刻线和滑线，也可进行孔距和直线的精密测量；——主要用于加工精度要求较高的工件、夹具、模具和量具等。双柱坐标镗床金刚（精）镗床金刚镗床特点：精镗床以前常采用金刚石刀具而得其名（现在用硬质合金）；精镗床具有很高的切削速度和极小的吃刀量和进给量，以便对工件孔进行精细镗削，可获得极高的尺寸精度和很小的表面粗糙度；——主要用于批量加工连杆、活塞、液压泵壳体、气缸套等重要零件的精密孔。精镗床镗削加工的特点

(1）镗床有多个部件都能作进给运动，使其在工艺上具有多功能性，显示出较强的适应能力，不但可以加工圆柱孔、平面、V形槽、螺纹以及中心孔等零件表面，还能加工多种零件，方便实现孔系的加工。(2）镗削加工以刀具的旋转作为主运动，与以工件旋转为主运动的加工方式相比，特别适合加工箱体、机架等结构复杂的大型零件。(3）镗孔的最大特点是能够修正上道工序造成的孔轴线偏移、歪斜等缺陷（4）镗刀后刀面与工件内孔表面摩擦较大，镗杆悬伸较长，容易引起振动。（5）镗床特别适合加工箱体、机架等结构复杂、尺寸较大的工件。（6）镗孔时，尺寸精度为IT7、IT6，孔距精度可达0.015mm。表面粗糙度值Ra为1.6～0.8μm。第六节磨床磨床的定义

采用磨料或非金属的磨具(如砂轮、砂带、油石和研磨剂等)对工件表面进行加工的机床称为磨床，它是为了适应工件精密加工而出现的一种机床，是精密加工机床的一种。通常磨具旋转为主运动，工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。通常把使用砂轮加工的机床称为磨床，如外圆磨床、平面磨床，而把用油石、研磨料作为切削工具的机床称为“精磨机床”。

磨床的类型

磨床的种类很多，按用途和采用的工艺方法不同，大致可分为以下几类。(1)外圆磨床主要磨削回转表面，包括万能外圆磨床、外圆磨床及无心外圆磨床等。外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床，在普通外圆磨床上可磨削工件的外圆柱面和外圆锥面，在万能外圆磨床上还能磨削内圆柱面和内圆锥面和端面，外圆磨床的主参数为最大磨削直径。(2)内圆磨床主要包括内圆磨床、无心内圆磨床及行星内圆磨床等。(3)平面磨床用于磨削各种平面，包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床及立轴圆台平面磨床等。工作台可分为矩形工作台和圆形工作台两种，矩形工作台平面磨床的主参数为工作台台面宽度，圆台平面磨床的主参数为工作台台面直径。

M1432A型万能外圆磨床M1432A型万能外圆磨床主要用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面、阶梯轴轴肩以及端面和简单的成形回转表面等。它属于普遍精度级机床，磨削精度可达IT7～IT6级，表面粗糙度值在1.25～0.08µm之间。这种机床万能性强，但自动化程度较低，磨削效率不高，适用于工具车间，维修车间和单件小批生产类型。其主参数为：最大磨削直径为320mm。M2110A型内圆磨床M7120A型平面磨床1、外圆磨削

主运动——砂轮旋转进给运动——工件旋转、移动吃刀运动——砂轮、工件的相对径向移动工艺范围：圆柱面、圆锥面、轴肩端面、球面、特殊形状回转面1、外圆磨削

外圆磨削按不同的进给方向分为纵磨海参和横磨法。纵磨法：磨外圆时，工件同时作圆周进给和沿轴向作纵向进给，每单行程或往复行程终了，砂轮作周期的横向进给。（磨削力小，散热条件好，运用广泛）横磨法：磨外圆时，工件不作纵向进给，砂轮以缓慢的速度连续或断续地沿工件径向作横向进给。（砂轮宽度大于磨削宽度，适于成形磨削，一次行程完成磨削加工全过程，效率高。磨削力大，磨削热集中。）2、内圆磨削

主运动——砂轮旋转

进给运动——工件旋转作圆周进给，工件或砂轮纵向往复移动和横向进给运动。工艺范围：通孔、盲孔、孔口端面内圆磨削特点：1、砂轮直径小，容易磨钝，需经常修整和更换。2、为保证磨削速度，砂轮转速要求高。3、砂轮轴细小，悬伸长度大，刚性差，磨削时易弯曲和振动，加工精度和表面粗糙度难于控制。2、内圆磨削磨床可以加工各种表面，如内、外圆柱面和圆锥面、平面、渐开线齿廓面、螺旋面以及各种成形表面。磨床可进行荒加工、粗加工、精加工和超精加工，可以进行各种高硬、超硬材料的加工，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。如下图磨床的工艺特点(1)切削工具是由无数细小、坚硬、锋利的非金属磨粒粘结而成的多刃工具，并且作高速旋转的主运动。(2)万能性强，适应性广。它能加工其他普通机床不能加工的材料和零件，尤其适用于加工硬度很高的淬火钢件或其他高硬度材料。(3)磨床种类多，范围广。由于高速磨削和强力磨削的发展，磨床已经扩展到零件的粗加工领