绪论-机械制造装备与设计-西北工业大学

1、 机械制造装备与设计 主编：杨雪宝 西北工业大学出版社 机电学院工业工程系 杨雪宝 航空大楼B509室 电话:88494271 机械制造业是制造业的核心机械制造业是制造业的核心 机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现机械制造工业肩负着为国民经济各部门提供现 代化技术装备的任务，它为工业、农业、交通代化技术装备的任务，它为工业、农业、交通 运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪运输业、科研和国防等部门提供各种机器、仪 器和工具，它是国民经济各部门赖以发展的基器和工具，它是国民经济各部门赖以发展的基 础，而机床工业又是机械制造工业的基础。金础，而机床工业又是机械制造工业的基础。金 属切削机床在

2、国民经济现代化建设中起着重大属切削机床在国民经济现代化建设中起着重大 作用！作用！ 金属切削机床（金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用）是用 切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器， 它是制造机器的机器，又称它是制造机器的机器，又称“工作母机工作母机”或或“工工 具机具机”（ Machine tools ），简称机床。），简称机床。 在现代机械制造工业中，切削加工是加工机在现代机械制造工业中，切削加工是加工机 器零件最主要的方法。它将金属毛坯加工成具有器零件最主要的方法。它将金属毛坯加工成具有 一定形状、尺寸和表

3、面质量的零件。金属切削机一定形状、尺寸和表面质量的零件。金属切削机 床是加工机器零件的主要设备，其技术水平直接床是加工机器零件的主要设备，其技术水平直接 影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。机影响机械制造工业的产品质量和劳动生产率。机 床母机的属性决定了它在国民经济中的重要地位。床母机的属性决定了它在国民经济中的重要地位。 课由两部分组成：课由两部分组成： 一、一、：机床基础知识； 车床；齿轮加工机床；数控机床等。 二、二、：机床的总体设计； 传动设计；主轴部件；支承件及导轨等。 金属切削机床发展历史 我国机床工业概况 金属切削机床的分类与 型号编制 l机床的分类机床的分类 1按所用刀具、

4、加工方法、加工对象的不按所用刀具、加工方法、加工对象的不 同分：同分： 车床（C）、钻床（Z）、镗床（T）、磨 床（M）、齿轮加工机床（Y）、螺纹加 工机床（S）、铣床（X）、刨插床（B）、 拉床（L）、电加工机床（D）、切断机 床（G）、其它机床（Q）十二大类。 类 别 车 床 钻 床 镗 床 磨 床齿 轮 加 工 螺 纹 加 工 铣 床 刨 床 插 床 拉 床 电 加 工 切 断 机 床 其 它 机 床 代 号 CZTM2 M 3 M YSXBLDGQ 读 音 车钻镗磨二 磨 三 磨 牙丝铣刨拉电割其 l1 1）工艺范围大小）工艺范围大小 A A 通用机床：通用机床：它可用于加工多种零件的

5、不同上 序，加工范围较广，通用性较大，但结构比 较复杂这种机床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。 lB B 专门化机床：专门化机床：它的工艺范围较窄，专门用于 加工某一类夹几类零件的其一道(或几道)特 定工序，如曲轴车床，凸轮轴车床等。 lC 专用机床：专用机床：它的工艺范围最窄，只能用于加 工其一和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 的专用磨床等，汽车、拖拉机制造中使用的各 种组合机床也属于专用机床。组合机床 2）加工精度不同）加工精度不同 lA普通精度（普通精度（普通车床） lB精密（精密（精密车床） lC高精度（高精度（高精

6、度车床） 3 3）重量和尺寸不同）重量和尺寸不同 A A仪表机床仪表机床 B B中型机床中型机床 C C大型机床（大型机床（ 10 10 t t） D D重型机床（重型机床（30 30 t t） E E超重型机床（超重型机床（100 100 t t） 4)4)自动化程度自动化程度 手动、机动、半自动及自动机床手动、机动、半自动及自动机床 l通用机床的型号通用机床的型号 车床（C）、钻床（Z）、镗床（T）、磨 床（M）、齿轮加工机床（Y）、螺纹加 工机床（S）、铣床（X）、刨插床（B）、 拉床（L）、电加工机床（D）、切断机 床（G）、其它机床（Q）十二大类。 l1 1型号表示方法型号表示方法

7、GB/T15375-1994 GB/T15375-1994 （）（）（）（） （）（）（）（） （- ） 2 2各部分的含义各部分的含义 分类代号分类代号 类代号；类代号； 通用特性、及结构特通用特性、及结构特 性代号；性代号； 组、系代号；组、系代号；见附录见附录2 2 主参主参数数 或设计顺序号或设计顺序号 主轴数或第二主参数号；主轴数或第二主参数号； 重大重大 改进顺序号；用改进顺序号；用A A、B B、C C、D D、表示表示 其他其他 特性特性 - 企业代号企业代号 高精度精密自动半自动数字程序控制 G M Z B K 仿 形万能轻型简 式自 动 换 刀 F W Q J H l n

8、床身上工件最大回转直径床身上工件最大回转直径630mm630mm。 n 普通车床型。普通车床型。 n 普通车床组。普通车床组。 n 万能万能 n 车床类车床类 n n 第一次重大改进第一次重大改进 n 工件最大磨削直径为工件最大磨削直径为3 320mm 20mm n 万能外圆磨床型。万能外圆磨床型。 n 外圆磨床组。外圆磨床组。 n 磨床类磨床类 例例3 专用机床的型号编制专用机床的型号编制 专用机床型号表示方法为： 设计顺序号（阿拉伯数字） 设计单位代号 例如，北京第一机床厂设计制造的第15种专用机床为 专用铣床，其型号为B1015。 机床的运动分析机床的运动分析 运动分析的目的运动分析的目

9、的: :用简单的方法比较不同机床用简单的方法比较不同机床 的传动系统的传动系统, ,以便了解其运动规律以便了解其运动规律, ,达到正确使用和达到正确使用和 设计机床的传动系统设计机床的传动系统. . 一一、工件表面及其成形方法工件表面及其成形方法 ( (一一) )工件表面的成形方法工件表面的成形方法 机床加工机械零件的过程，其实质就是形成零件机床加工机械零件的过程，其实质就是形成零件 上各工件表面的过程，零件上的工件表面不外乎是上各工件表面的过程，零件上的工件表面不外乎是 一些线性表面：平面、圆柱面、圆锥面及各种成形一些线性表面：平面、圆柱面、圆锥面及各种成形 面。面。见图见图1 12 2 从

10、几何学的观点看，从几何学的观点看，任何一个表面，都可以看作是一条任何一个表面，都可以看作是一条 曲线沿着另一条曲线运动的轨迹。这两条曲线叫做该表面曲线沿着另一条曲线运动的轨迹。这两条曲线叫做该表面 的发生线，而前一条发生线，成为母线；后一条发生线，的发生线，而前一条发生线，成为母线；后一条发生线， 成为导线。成为导线。任何一线性表面均是由一根母线沿着导线运动任何一线性表面均是由一根母线沿着导线运动 而形成的。而形成的。见图见图1 13 3 n a.a.平面：直线直线平面：直线直线 n b.b.圆柱面和圆锥面：直线圆圆柱面和圆锥面：直线圆 n c.c.普通螺纹的螺旋面：普通螺纹的螺旋面：螺旋线螺

11、旋线 n d.d.直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓面：渐开线直线直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓面：渐开线直线 n 母线和导线统称为发生线。母线和导线统称为发生线。 在形成表面的过程中，有些表面的两条发生线的形状都保在形成表面的过程中，有些表面的两条发生线的形状都保 持固定不变，如圆柱面；有些表面只有一条发生线的形状持固定不变，如圆柱面；有些表面只有一条发生线的形状 保持不变，如当母线为圆，导线为直线形成圆锥面；而另保持不变，如当母线为圆，导线为直线形成圆锥面；而另 外一些表面则两条发生线的形状都要发生变化，如螺旋桨外一些表面则两条发生线的形状都要发生变化，如螺旋桨 的表面。的表面。 有些表面的两条发生线是可

12、以互换的，例如圆柱面亦有些表面的两条发生线是可以互换的，例如圆柱面亦 可以由圆母线沿着直线导线移动形成；有些表面的两条发可以由圆母线沿着直线导线移动形成；有些表面的两条发 生线则不可互换，如圆锥面。前者叫可逆表面，后者叫不生线则不可互换，如圆锥面。前者叫可逆表面，后者叫不 可逆表面。可逆表面。 ( (二二) )发生线的形成发生线的形成 方法方法 工件表面发生线的形成过程，与所用刀具的刀刃形状工件表面发生线的形成过程，与所用刀具的刀刃形状 有关。同样一条发生线在采用不同刀刃形状的情况下就有有关。同样一条发生线在采用不同刀刃形状的情况下就有 不同的形成方法。由于加工方法和使用的刀具结构及其切不同的

13、形成方法。由于加工方法和使用的刀具结构及其切 削刃形状不同，机床上形成发生线的方法与所需运动也不削刃形状不同，机床上形成发生线的方法与所需运动也不 同同, ,刀刃形状有以下三种：刀刃形状有以下三种： 1).).刀刃是一个点刀刃是一个点( (实际是很短的一段线实际是很短的一段线) )，切削时刀刃作，切削时刀刃作 轨迹运动；轨迹运动； 2).2).刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合；刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合； 3).3).刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线不吻合。刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线不吻合。 (三三)形成发生线的方法及所需运动形成发生线的方法及所需运动 1 1用尖头

14、车刀、刨刀，切削刃可以看成是一用尖头车刀、刨刀，切削刃可以看成是一 个点，需要一个独立运动。个点，需要一个独立运动。 图图1 14 4a a 2 2用铣刀、砂轮等旋转刀具，在垂直于刀具用铣刀、砂轮等旋转刀具，在垂直于刀具 轴线的截面内，切削刃也可以看成是一个点，需要二个轴线的截面内，切削刃也可以看成是一个点，需要二个 独立运动。独立运动。 图图1 14 4c c 3 3用各种成形刀具，切削刃是与所形用各种成形刀具，切削刃是与所形 成的发生线完全吻合的切削线，母需任何运动。成的发生线完全吻合的切削线，母需任何运动。 图图1 14 4b b 4 4 用插齿刀、齿轮滚刀用插齿刀、齿轮滚刀 和花键滚刀

15、等刀具，切削刃是与所形成的发生和花键滚刀等刀具，切削刃是与所形成的发生 线共轭的切削线，加工时，刀具与工件按确定线共轭的切削线，加工时，刀具与工件按确定 的运动关系作相对运动，即需的运动为一个范的运动关系作相对运动，即需的运动为一个范 成运动（或展成运动）。成运动（或展成运动）。图图1 14 4d.ed.e (四四)机床的运动机床的运动 在机床上，为获得所需工件的表面形状，必须使刀具在机床上，为获得所需工件的表面形状，必须使刀具 和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。这种运和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。这种运 动称为表面成形运动。动称为表面成形运动。 1 成形运动：形成被加工零件表

16、面的运动。成形运动：形成被加工零件表面的运动。见图见图15 表面成形运动（简称成形运动）是保证工件要求的表 面形状的运动。形成发生线的运动。按组成情况不同, 可分为: 简单成形运动简单成形运动和复合成形运动复合成形运动。 a.a.简单成形运动：由单独的旋转运动或直线运动构简单成形运动：由单独的旋转运动或直线运动构 n 的一个独立运动。的一个独立运动。 n n b.b.复合成形运动：由两个或两个以上的旋转运动或复合成形运动：由两个或两个以上的旋转运动或 （和）（和） n 直线运动，按照某种确定的运动关系直线运动，按照某种确定的运动关系 n 组合组合( (各个单元运动之间必须保持严格各个单元运动之

17、间必须保持严格 速速 速比关系速比关系) )而成的一个独立运动而成的一个独立运动。 n。 n运动的主要要素运动的主要要素 n一般情况下，每一个独立的运动都有五个要素：即轨迹、速一般情况下，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，在分析运动时，必须逐一加以研究。度、方向、行程和位置，在分析运动时，必须逐一加以研究。 n现以牛头刨床为例来说明现以牛头刨床为例来说明 : : n. .运动的轨迹运动的轨迹直线；直线；. .运动速度运动速度切削速度切削速度v v；. .运动运动 方向方向向前运动为切削；向前运动为切削；. .运动行程运动行程L L；. .运动位置运动位置 运动的起

18、点为运动的起点为a a，终点为终点为b b。 n2 2 主运动进给运动主运动进给运动 na a. .主运动主运动: : n刀具和工件之间产生的相对运动刀具和工件之间产生的相对运动, ,切除工件上的切削层切除工件上的切削层, ,主运动的主运动的 特点是速度和所消耗的动力都较大特点是速度和所消耗的动力都较大. . nb.b.进给运动进给运动: : n刀具和工件之间产生附加的相对运动刀具和工件之间产生附加的相对运动, ,加上主运动加上主运动, ,可依次或连续可依次或连续 不断地切除切削不断地切除切削, ,进给运动的速度较进给运动的速度较 低低, ,所消耗的动力都较小所消耗的动力都较小. . 辅助运动

19、：辅助运动： 机床上除主运动进给运动外机床上除主运动进给运动外, ,还需要辅助运动还需要辅助运动, ,其与表面成形过程其与表面成形过程 没有直接关系的运动。没有直接关系的运动。 n 见图见图1 17 7 n1 1切入运动切入运动 2 2分度运动分度运动 3 3调位运动调位运动 4 4其它各种空行程运动其它各种空行程运动 三三、机床的传动原理机床的传动原理 ( (一一) )机床的传动联系机床的传动联系 为了实现加工过程中所需的各种成形运动，机床必须为了实现加工过程中所需的各种成形运动，机床必须 具备三个基本部分：具备三个基本部分： nA A 执行件：机床上直接夹持刀具或工件并实现其运动的执行件：

20、机床上直接夹持刀具或工件并实现其运动的 零部件零部件, ,如主轴、刀架、工作台等；如主轴、刀架、工作台等； nB B 运动源：驱动机床的执行件，实现机床的运动，必须运动源：驱动机床的执行件，实现机床的运动，必须 要有动力来源要有动力来源, ,如交流异步、直流电动机，步进电机等；如交流异步、直流电动机，步进电机等； nC C 传动装置：将运动源的动力和运动按要求传递给执行传动装置：将运动源的动力和运动按要求传递给执行 件，就必须有传递动力和运动的零件，称为传动件件，就必须有传递动力和运动的零件，称为传动件, ,有机有机 械、液压、电气、气压等多种形式。械、液压、电气、气压等多种形式。 n( (二

21、二) )机床机床 在机械传动装置中，用皮带、齿轮、齿条、丝杆螺母在机械传动装置中，用皮带、齿轮、齿条、丝杆螺母 等传动件实现运动联系。等传动件实现运动联系。使执行件和运动源以及两个使执行件和运动源以及两个 有关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动有关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动 件，就是传动链件，就是传动链。 传动链中通常包含两类传动机构：传动链中通常包含两类传动机构： nA A 定比传动机构：如定比齿轮、带轮、丝杆、螺母定比传动机构：如定比齿轮、带轮、丝杆、螺母 、 齿轮齿轮- -齿条、蜗杆齿条、蜗杆- -蜗轮等蜗轮等. . nB B 换置机构：如滑移齿轮变速机构、挂轮、

22、离合器换置机构：如滑移齿轮变速机构、挂轮、离合器 换向机构。换向机构。 ( (三三) )传动原理传动原理：保证运动的轨迹、速度和方向。保证运动的轨迹、速度和方向。 n1 1简单运动：靠运动副保证其轨迹，靠一外联系传简单运动：靠运动副保证其轨迹，靠一外联系传 动动 链保证其速度和方向。链保证其速度和方向。见图见图1-81-8a a 联系运动源和执行件，使执行件获得联系运动源和执行件，使执行件获得 n 一定速度和方向运动的传动链。一定速度和方向运动的传动链。 n 机床上的多少简单运动，就有多少条外传动链。机床上的多少简单运动，就有多少条外传动链。 n2 2复合运动：靠一外联系传动链保证其速度和方向

23、，复合运动：靠一外联系传动链保证其速度和方向， n 靠一条或几条内联系传动链保证其轨迹。即保证其内靠一条或几条内联系传动链保证其轨迹。即保证其内 各运动单元之间严格的运动联系。各运动单元之间严格的运动联系。见图见图1-81-8b.cb.c 传动原理图传动原理图 传动原理图采用一些简单的符号来表示运动源与执行传动原理图采用一些简单的符号来表示运动源与执行 件件 ，执行件与执行件之间的传动联系，传动原理图主，执行件与执行件之间的传动联系，传动原理图主 要表示与表面成形有直接关系的运动及其传动联系。要表示与表面成形有直接关系的运动及其传动联系。 传动原理图常 用符号 a).电动机 b).机床主轴 c

24、).车刀 d).滚刀 e).合成机构 f).传动比可变 换的 换置机 构 g).传动比不变 的传动链 采用传动原理图作为工具来研究机床的传动联系，重点突出、清晰采用传动原理图作为工具来研究机床的传动联系，重点突出、清晰 明了。下面以卧式车床上用螺纹车刀车螺纹为例，来说明机床传动明了。下面以卧式车床上用螺纹车刀车螺纹为例，来说明机床传动 原理图的画法：原理图的画法： 1). 1).画出工件、刀具示意图及其运动；画出工件、刀具示意图及其运动； 2).2).画出主轴、刀架、丝杆螺母；画出主轴、刀架、丝杆螺母； 3).3).画出运动源（电动机）；画出运动源（电动机）； 4).4).画出该机床上的特殊机

25、构符号，如画出该机床上的特殊机构符号，如 U Uv v 、U Ux x等；等； 5).5).再用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关联的部再用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关联的部 分联接起来。其它的中间传动件则一概不画，这样就可以得到了一分联接起来。其它的中间传动件则一概不画，这样就可以得到了一 幅简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基本的特征。幅简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基本的特征。 ) ) 、数量和所在传动链的位置、数量和所在传动链的位置, , 对于设计传动系统非常重要对于设计传动系统非常重要. . 三三、机床的传动系统与运动计算机床的传动系统与运动计算 (

26、 (一一) )机床的传动系统机床的传动系统 n 实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的 各传动链，组成一台机床的传动系统。根据执行件所各传动链，组成一台机床的传动系统。根据执行件所 起的作用不同，各传动链称为：起的作用不同，各传动链称为：主传动链、进给传动主传动链、进给传动 链、范成运动传动链、分度运动传动链等。链、范成运动传动链、分度运动传动链等。 表示实现机床全部运动的传动示意表示实现机床全部运动的传动示意 图，其实质是将机床传动原理图中传动机构具体化，图，其实质是将机床传动原理图中传动机构具体化， 并用简单的规定符号表示，且表明齿轮和蜗轮的齿数、并用简单的规定符号表示，且表明齿轮和蜗轮的齿数、 蜗杆的头数、丝杆导程、带轮直径、电动机功率和转蜗杆的头数、丝杆导程、带轮直径、电动机功率和转 速等而形成的。速等而形成的。见图见图1 19 9 q分析机床