第讲金属切削机床概述及传动机构

1、第三章第三章 金属切削机床金属切削机床第三章第三章 金属切削机床金属切削机床一、概述一、概述二、机床上常用的传动副和传动链二、机床上常用的传动副和传动链1.1 机床的基本组成机床的基本组成各类机床通常都由以下基本部分组成各类机床通常都由以下基本部分组成 动力源动力源：为机床为机床提供动力（功率）和运动的驱动部提供动力（功率）和运动的驱动部分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系分，如各种交流电动机、直流电动机和液压传动系统的液压泵、液压马达等；统的液压泵、液压马达等； 传动系统传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和其他：包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等

2、部件，有些运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱；机床主轴组件与变速箱合在一起成为主轴箱； 支承件支承件：用于安装和支承其他固定的或运动的部件，：用于安装和支承其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、立柱等。支承件是承受其重力和切削力，如床身、立柱等。支承件是机床的机床的基础构件，基础构件，亦称机床大件或基础件。亦称机床大件或基础件。1.1 机床的基本组成机床的基本组成 工作部件工作部件： 与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关的执行部件，例如主轴及主轴箱、工作台及其滑板或滑行部件，例如主轴及

3、主轴箱、工作台及其滑板或滑座、刀架及其溜板以及滑枕等，用来安装工件或刀座、刀架及其溜板以及滑枕等，用来安装工件或刀具的部件；具的部件； 与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置，如自与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置，如自动上下料装置，自动换刀装置，砂轮修整器等；动上下料装置，自动换刀装置，砂轮修整器等； 与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。操纵机构等。1.1 机床的基本组成机床的基本组成 控制系统控制系统：用于控制各工作部件的正常工作，主要：用于控制各工作部件的正常工作，主要是电气控制系统，有些机床局部采用液压或气动控是电气控

4、制系统，有些机床局部采用液压或气动控制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置，制系统。数控机床则是数控系统，它包括数控装置，主轴和进给的主轴和进给的伺服控制伺服控制系统系统（伺服单元）、可编程伺服单元）、可编程控制器和输入输出装置等。控制器和输入输出装置等。 冷却系统冷却系统：用于对加工工件、刀具及机床的某些发：用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。热部位进行冷却。 其他装置其他装置：如排屑装置，自动测量装置等。：如排屑装置，自动测量装置等。1.2 机床的运动分析机床的运动分析（一）工件表面的形成（一）工件表面的形成 零件上的常见表面：零件上的常见表面： 1. 圆柱面圆柱面 直

5、线（母线）、圆（导线）直线（母线）、圆（导线） 2. 圆锥面圆锥面 直线（母线）、圆（导线）直线（母线）、圆（导线） 3. 平面平面 直线或圆直线或圆 、直线（导线）、直线（导线） 4. 成形面成形面（如螺纹面、渐开线表面）（如螺纹面、渐开线表面）型线、型线、螺旋线或直线螺旋线或直线 工件表面可以看成是工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的而形成的, ,把这两条线为把这两条线为母线和导线母线和导线，统称，统称发生线发生线。组成工件轮廓的几何表面组成工件轮廓的几何表面 2.成形法：成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线相同。刀刃为一条切削线，其形状与

6、发生线相同。 1. 轨迹法：轨迹法：刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动而形成发生线。刀刃为切削点，它按一定的轨迹运动而形成发生线。 由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也不同，可归纳为四种：不同，可归纳为四种： 3. 相切法：相切法：刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点运动轨迹刀具边旋转边作轨迹运动，刀具切削点运动轨迹 的包络线形成一条的包络线形成一条发生线发生线。 由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也不同，可归纳为四种：不同，可归纳为四种：4. 展成法：展成法：刀刃为一条切削线，但形状与

7、发生线不吻合，刀刀刃为一条切削线，但形状与发生线不吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的的包具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的的包络线。络线。（二）表面形成所需的运动（二）表面形成所需的运动 也即形成发生线所需的运动也即形成发生线所需的运动成形运动成形运动 按组成情况不同，可分为按组成情况不同，可分为 简单成形运动： 复合成形运动：一个成形运动是由单独的旋转运动或直线一个成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的。运动构成的。 型线、螺旋线型线、螺旋线常需成型刀刃或几个简单运动组合，如常需成型刀刃或几个简单运动组合，如由展成运动形成由展成运动形成渐开线。渐开线。一个

8、成形运动，是由两个或两个以上旋转一个成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成。系组合而成。 除成形运动外，还有下列运动：除成形运动外，还有下列运动：（1）分度运动）分度运动（2）切入运动）切入运动（3）辅助运动）辅助运动 进刀、退刀、回程和转位等进刀、退刀、回程和转位等（4）操纵及控制运动）操纵及控制运动 操纵离合器、改变速度、进给量等操纵离合器、改变速度、进给量等 按作用情况不同，可分为按作用情况不同，可分为 主运动主运动 速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。动。 进给运

9、动进给运动 可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是可以是一个或多个；可以是连续的，也可以是 断续的。断续的。 成形运动是机床最基本的运动成形运动是机床最基本的运动1.3 机床的技术性能指标机床的技术性能指标（一）机床的工艺范围（一）机床的工艺范围机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加机床的工艺范围是指在机床上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种工序，使用什么刀具等。工完成何种工序，使用什么刀具等。通用机床通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。多的加工需要，适用于单件小批生产。专用机床

10、专用机床是为特定零件的特定工序二设计的，自动化程度和是为特定零件的特定工序二设计的，自动化程度和生产率较高，但它的加工范围很窄。生产率较高，但它的加工范围很窄。数控机床数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高的精度则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较高的精度要求，并可实现自动化加工。要求，并可实现自动化加工。1.3 机床的技术性能指标机床的技术性能指标（二）机床的技术参数（二）机床的技术参数尺寸参数、运动参数、动力参数。尺寸参数、运动参数、动力参数。尺寸参数尺寸参数：具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二：具体反映机床的加工范围，包括主参数、第二主参数、和加工零件有关的其他尺寸参数。主

11、参数、和加工零件有关的其他尺寸参数。1.3 机床的技术性能指标机床的技术性能指标尺寸参数尺寸参数：机床名称机床名称主参数主参数第二主参数第二主参数卧式车床床身上工件最大回转直径工件最大长度立式车床最大车削直径最大工件高度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距卧式镗床主轴直径坐标镗床工作台工作面宽度工作台工作面长度外圆磨床最大磨削直径最大磨削长度矩台平面磨床工作台工作面宽度工作台工作面长度滚齿机最大工件直径最大模数龙门铣床工作台工作面宽度工作台工作面长度升降台铣床工作台工作面宽度工作台工作面长度龙门刨床工作台宽度最大刨削宽度牛头刨床最大刨削长度1.3 机床的技术性能指标机床的技术性能指标（二）机床的技术参

12、数（二）机床的技术参数尺寸参数、运动参数、动力参数。尺寸参数、运动参数、动力参数。运动参数运动参数：指机床执行件的运动速度。例如主轴的最高转：指机床执行件的运动速度。例如主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给量和最小进给量。速与最低转速、刀架的最大进给量和最小进给量。动力参数动力参数：指机床电动机的功率。有些机床还给出主轴允：指机床电动机的功率。有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其他内容。许承受的最大转矩等其他内容。1.4 机床的精度与刚度机床的精度与刚度（一）机床的精度（一）机床的精度 保证被加工工件的精度和表面粗糙度。保证被加工工件的精度和表面粗糙度。几何精度几何精度传动精度传动精度

13、运动精度运动精度定位精度定位精度工作精度工作精度精度保持性精度保持性1.4 机床的精度与刚度机床的精度与刚度 几何精度几何精度 是指机床空载条件下，在不运动（机床主轴不转或工是指机床空载条件下，在不运动（机床主轴不转或工作台不移动等情况下）或运动速度较低时各主要部件的作台不移动等情况下）或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。形状、相互位置和相对运动的精确程度。 如如导轨的直线度、主轴径向圆跳动及轴向窜动、主轴导轨的直线度、主轴径向圆跳动及轴向窜动、主轴中心线与滑台移动方向的平行度或垂直度中心线与滑台移动方向的平行度或垂直度等。等。 几何精度直接影响加工工件的精度，是评

14、价机床几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量质量的重要指标。的重要指标。1.4 机床的精度与刚度机床的精度与刚度 运动精度运动精度 是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转何位置精度。如高速回转主轴的回转精度主轴的回转精度。 对于高速精密机床，运动精度是评价机床质量的一个对于高速精密机床，运动精度是评价机床质量的一个重要指标，它与结构设计及制造等因素有关。重要指标，它与结构设计及制造等因素有关。1.4 机床的精度与刚度机床的精度与刚度 传动精度传动精度 是指机床传动系各末端执行件之间运动的是指机床传动系各末端执行

15、件之间运动的协调性和均协调性和均匀性匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计，传。影响传动精度的主要因素是传动系统的设计，传动元件的制造和装配精度。动元件的制造和装配精度。 定位精度定位精度 是指机床的定位部件运动到达是指机床的定位部件运动到达规定位置规定位置的精度。定位的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形状位置精度。精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形状位置精度。 机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。1.4 机床的精度与刚度机床的精度

16、与刚度 工作精度工作精度 是指加工规定的试件，用是指加工规定的试件，用试件的加工精度试件的加工精度表示机床的表示机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影响的结果，包括工作精度。工作精度是各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。热变形等。 精度保持性精度保持性 在规定的工作期间内保持机床所要求的精度，称为精在规定的工作期间内保持机床所要求的精度，称为精度保持性。影响精度保持性的主要因素是度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损磨损。影响磨。影响磨损的因素包括结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、损的因素包

17、括结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护、使用条件等。防护、使用条件等。1.4 机床的精度与刚度机床的精度与刚度（二）机床的刚度（二）机床的刚度 指机床系统抵抗变形的能力。指机床系统抵抗变形的能力。 载荷载荷：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等。动干扰力等。 静载荷静载荷：重力等：重力等不随时间变化，或变化极为缓慢的力；不随时间变化，或变化极为缓慢的力； 动载荷动载荷：冲击振动力等：冲击振动力等随时间变化的力随时间变化的力 静刚度静刚度 动刚度动刚度（一）（一） 金属切削机床的分类金属切削机床的分类按加工方式分：按加工方式分：

18、 12大类大类按通用程度分：按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床通用机床、专门化机床、专用机床按加工精度分：按加工精度分：普通、精密、高精度普通、精密、高精度按自动化程度：按自动化程度：一般、半自动、自动机床一般、半自动、自动机床按机床重量分：按机床重量分：仪表机床、中型、大型、重型机床仪表机床、中型、大型、重型机床车车床床钻钻床床镗镗床床磨磨床床齿轮加齿轮加工机床工机床螺纹加螺纹加工机床工机床铣铣床床刨刨床床拉拉床床电加工电加工机床机床切断切断机床机床其它其它机床机床1.5 机床型号的编制机床型号的编制（二）（二） 金属切削机床型号的金属切削机床型号的编制C W 6 1 40 B类别

19、代号类别代号C车床车床Z钻床钻床T镗床镗床M磨床磨床Y齿轮加齿轮加工机床工机床S螺纹加螺纹加工机床工机床X铣床铣床B刨床刨床L拉床拉床D电加工电加工机床机床G切断切断机床机床Q其他其他机床机床特性代号特性代号G高精度高精度M精密精密Z自动自动B半自动半自动K数控数控H自动换刀自动换刀F仿形仿形Q轻型轻型C加重型加重型J简型简型R柔性柔性X数显数显S高速高速W万能万能组别代号组别代号0仪表机床仪表机床5插床插床1外圆磨床外圆磨床插齿机插齿机2内圆磨床内圆磨床6普通车床普通车床龙门刨床龙门刨床卧式镗床卧式镗床龙门铣床龙门铣床卧式铣床卧式铣床3摇臂钻床摇臂钻床牛头刨床牛头刨床滚齿机滚齿机卧式拉床卧式

20、拉床4仿形铣床仿形铣床7平面磨床平面磨床5立式车床立式车床8工具铣床工具铣床立式钻床立式钻床刨边机刨边机立式镗床立式镗床螺纹车床螺纹车床立式铣床立式铣床9工具车床工具车床系别代号系别代号0落地落地1普通普通2马鞍马鞍3无丝杠无丝杠以普通车床以普通车床为例为例主参数主参数多种主多种主参数的参数的1/10表表示示改进改进A ： 第： 第一 次 改一 次 改进；进；B ： 第： 第二 次 改二 次 改进进机床名称机床名称主参数主参数折算系数折算系数卧式车床床身上工件最大回转直径1/10立式车床最大车削直径1/100摇臂钻床最大钻孔直径1/1卧式镗床主轴直径1/10坐标镗床工作台工作面宽度1/10外圆

21、磨床最大磨削直径1/10矩台平面磨床工作台工作面宽度1/10滚齿机最大工件直径1/10龙门铣床工作台工作面宽度1/100升降台铣床工作台工作面宽度1/10龙门刨床工作台宽度1/100牛头刨床最大刨削长度1/10各类主要机床的主参数和折算系数各类主要机床的主参数和折算系数（二）金属切削机床型号的编制（二）金属切削机床型号的编制CW6140BMG1432C车削工件最大直径为400mm的经第二次重大设计改进的万能车床磨削工件最大直径为320mm的经第三次重大设计改进的万能外圆磨床（三）专用机床型号（三）专用机床型号 型号表示方法：型号表示方法：（四）组合机床及自动线型号（四）组合机床及自动线型号 例

22、例 ： B13 100 北京第一机床厂北京第一机床厂 第三组第三组 第第100100种专用机床（专用铣床）种专用机床（专用铣床）组合机床及自动线分类代号组合机床及自动线分类代号分分 类类代代 号号大型组合机床大型组合机床U小型组合机床小型组合机床H自换刀数控组合机床自换刀数控组合机床K大型组合机床自动线大型组合机床自动线UX小型组合机床自动线小型组合机床自动线HX自换刀数控自动线自换刀数控自动线KX传动链中通常包括传动链中通常包括两类传动机构两类传动机构1.1.定比传动机构定比传动机构 传动比和传动方向固定不变的传动机构，如传动比和传动方向固定不变的传动机构，如 定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺

23、母副等定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等2. 换置机构换置机构 根据加工要求可根据加工要求可变换传动比变换传动比和和传动方向传动方向的传动机构，如的传动机构，如 挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。 2 机床上常用的传动机构和传动关系机床上常用的传动机构和传动关系a 皮带传动皮带传动传动比被动轮2转速n2直径D2主动轮1转速n1直径D1皮带211 212nDinD皮带的滑动系数，一般取0.98优点：传动平稳，中心距变化范围大，结构简单，制造、维修方便，过载时皮带打滑，起到过载保护作用；缺点：外廓尺寸大，传动比不准确，摩擦损失大，

24、传动效率低2.1 定比传动机构定比传动机构b 齿轮传动齿轮传动传动比被动齿轮2转速n2齿数Z2主动齿轮1转速n1齿数Z1211 212nZinZ优点：传动比准确恒定，结构紧凑，工作可靠，可传递较大的扭矩且传动效率高，使用寿命长；缺点：制造复杂，精度不高时传动不稳定，有噪声c 涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动传动比Z2n1211 212nZinZ优点：传动准确，结构紧凑，承载能力大， 传动平稳，无噪声；缺点：传动效率低，摩擦产生的热量大，需要良好的润滑条件Z1n2d 齿轮齿条传动齿轮齿条传动Sn dn mz优点：传动效率较高，结构紧凑；缺点：当制造精度不高时，传动不够平稳ndSe 丝杠螺母传动丝杠螺母传

25、动Snp优点：传动平稳，无噪声，可以达到高的传动精度；缺点：传动效率较低p丝杠的导程a 塔轮变速机构塔轮变速机构传动比312123456;dddiiiddd优点：运转平稳、结构简单；缺点：停止转动时需要用手来推带换挡，使用不方便2.2 变速传动机构变速传动机构b 滑动齿轮变速机构滑动齿轮变速机构传动比351123246;ZZZiiiZZZ优点：结构紧凑，传动效率高；缺点：不能在运转中变速c 离合器变速机构离合器变速机构传动比311224;ZZiiZZ特点：变速时齿轮不需移动，因此可以采用斜齿轮，使传动平稳；如果采用摩擦离合器，便可在运转中变速。a 三星齿轮换向机构三星齿轮换向机构311234ZZnnZZ优点：结构简单，紧凑，制造方便。缺点：结构刚性差，只能传递小功率31212234ZZZnnZZZ2.3 换向传动机构换向传动机构b 中间齿轮换向机构中间齿轮换向机构121222ZZnnZZ优点：可传递较大扭矩，结构稳固可靠，可以快速反转。缺点：结构较大，制造成本较高。3124ZnnZc 锥齿轮换向机构锥齿轮换向机构2123ZnnZ优点：可以改变垂直轴之间的运动方向。缺点：制造较难。1123ZnnZ2.4 机床的传动链机床的传动链 把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系