机械制造装备设计讲义

1、讲 义教 研 室 机械制造技术 课 程 名 称 机械制造装备设计主 讲 教 师 焦海坤 职 称 职 务 助教 使 用 教 材 金属切削机床 - 4 -第一章绪论一、切削金属机床概述1.什么是金属切削机床 是指用切削方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，使之获得所要求的几何形状、尺寸加工精度和表面质量（切削方法最易实现三要求）的机器。附注：加工工件的方法：锻造、铸造、冲压、焊接、切削加工、特种加工。 它是制造机器的机器，制造本身，故又称为“工作母机”或“工具机”（Machine-tool），习惯上简称为“机床”。附注：金属切削机床上是主要加工机器零件的设备，承担总制造工作量占40%60%，影响工业

2、产品的最终质量和劳动生产率。尤其加工精密零件，它的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质量和劳动生产率。它的品种质量、加工效率直接影响其他机器产品的技术水平和经济效益。2.金属切削机床的地位和作用经济地位：为工业、农业、交通运输业、高技术产业等部门提供各种机器、仪器、工具、设备。战略地位：满足现代国防装备，如舰艇、飞机、卫星、飞船装置的高技术、高加工制造精度要求。所以，金属切削机床在国民经济和国防建设中占有极其重要的地位。附注：机械制造工业是国民经济各部门和军工生产赖以发展的基础，而机床工业则是机械制造工业的基础。一个国家生产力质量、科技水平、品种、产量以及机床的拥有量是衡量整个工业生产水平的

3、重要标志。二、机床发展概况原始时代：1.公元前2000多年前，机床雏形，依靠人力的双手反复运动在长木料上钻孔。人既是机床的操作者也是机床的动力提供者。2.当加工对象由木材逐渐过渡到金属，采用水力、风力、畜力等驱动的机床以增加动力进行车圆、钻孔加工。机械时代：1.十八世纪第一次工业革命，蒸汽机的新动力使技术发生革命变革，产生专业分工，衍生各种机床，有原始的钻和车销衍化出铣削、磨削、齿轮加工等不同工艺机床。附注：1774年，英国人 威尔金森发明机密的炮筒镗床，生产出汽缸，镗销缸体的内孔精度达1mm，满足瓦特发明蒸汽机的要求。2.十九世纪末，采用电动机天轴传动带集中传动，性能很低。附注：靠蒸汽机驱动

4、的机床，蒸汽机的体积大，一台蒸汽机不能只带一台机床，蒸汽机带到天轴，天轴通过皮带传动把动力系统分配给各个机床。图为奔驰汽车最早车间加工模型，世界第一台汽车、飞机、火车在这种机床厂加工出来，经营模式由过去的作坊式单件生产，层次简单转化为工厂组织大规模多类型件生产。3.二十世纪初，第二次产业革命，发电机和电动机的发明，电气时代，电机做为动力源完全代替人力为机床提供动力，机床采用单独驱动一台机床；齿轮变速箱的出现，是机床的结构和性能发生根本变化。人只需操纵机床。生产力不在受人体力限制。附注：1779年，英国莫兹力英国机床之父，创造车床由丝杠带动刀架实现机动进给，使机床发生一次重大变革。图5龙门刨床，

5、图6，美国人发明了卧式铣床，图7磨床，图8齿轮加工机床由于汽车、轴承大量生产的需要，研制出各种自动机床，图11仿形车床，组合机床。机电时代：二十世纪中期电子技术和计算机技术迅猛发展，机床驱动方式和控制系统、结构等方面反生显著变化。附注：1952年，美国研制出第一台数控机床，人不仅不需要提供动力，连操纵都由机器直接控制。成为机床的发展主流，程序循环（采用调速电机）加工，适应灵活多变的产品，进行中、小批量生产自动化；封闭防护罩，阻止铁屑和冷却液飞溅伤人，通过大流量的切削液喷射冷却，实现高速切削（主轴转速达到75000r/min），提高生产率。屏幕模拟加工，直至模拟的程序加工的产品合格后，进行生产，

6、大大降低废品生产率。简化机构。加工精度日本0.01微米，圆度误差0.03微米。现代加工中心工作台定位精度全程1.5微米，转台精度为万分之一度。每10年提高一个量级。1958年，第一台自动化换刀加工中心，工件一次装恰实现铣、镗、钻、绞多工序加工。节省辅助加工时间。C轴功能，在数控机床的基础上转塔刀架装上自动驱动旋转刀具，出现车削中心。多工序复合加工技术：比如车铣复合，加齿轮加工和磨削功能。磨床多轴化，完成内圆、外圆、端面磨削复合。欧洲综合螺纹和花键磨削复合。机床内加工一体化、工件识别、适应控制等模块。通过互联网实现智能化、模块化、复合化。并联机床，21世纪的机床革命。三、我国机床发展状况50年代

7、的“苏联一边倒”60-70年代的自力更生80年代以后，全方位引进和研发附注：其中数控及其它高新技术产品达1500种，覆盖超重型、高精度、纳米级超精度、特种加工、五轴联动数控机床等前沿高科技领域。清华大学电机系和机械系十多位老师组成攻关小组，协同设计，平均25岁。附注：我国经历这十几年的跌宕起伏由成长期进入成熟期。图1，我国生产超重型立式工作台，水力，电力，关键部件核电部门，水轮机组工件直径大，立式机床加工零件的直径达16米，三峡水电站，550吨重重型水轮机转轮加工设备。图2，卧式数控车床，重型机床，加工工件直径4.5m，工件250吨，误差精度7微米，机床需要重载启动技术，导轨利用静压导轨无间隙

8、技术，三峡水电站关键作用。图3北京机床研究所研制纳米级精度机床，标志我国精密机床一个新的高度为我国航空、航天、天文、电子、激光提高精度，采用当今最先进的技术，数控伺服系统，精度制造技术，成功解决高精度导轨技术，主轴制造技术，气浮制造技术，测量技术，温度振动技术，反馈达到2.5纳米，机械进给量5纳米。与一般机床比传动系统刚度，动静摩擦系数不同。图6五轴联动机床，控制系统国家自主研制，2001年举办国际机床博览会，德国企业审批没有通过 禁止向中国出售 东芝事件。 四、金属切削机床的分类附注：机床种类3500种，随着生产发展，工艺不断革新，切削品种不断增加，便于生产管理使用，进行科学分类，按加工性质

9、和使用刀具不同分12种。1.按机床的加工性能和结构特点分类：我国机床分为12大类：车床（C）、钻床（Z）、镗床（T）、铣床（X）、拉床（L）、磨床（M）、刨插床（B）、齿轮加工机床（Y）、螺纹加工机床（S）、特种加工机床（D）、锯床（G）和其他机床（Q）。这是主要的机床分类方法。2.按机床的通用程度分类：1）通用机床（万能机床）：加工一定尺寸范围的各种不同零件的工序；普车，摇钻。特点：加工范围较广，结构比较复杂，主要适用于单件小批生产。2）专门化机床：专门化机床阶于通用机床和专用机床之间，加工工艺范围较窄。用于形状相似，尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工。只能用工某一类零件（或少数

10、几类）零件的某一道（或少数几道）特定工序加工；丝杠机床（螺纹），凸轮轴车床，发动机的曲轴车床，螺旋浆铣床特点：介于通用机床和专用机床之间，既有加工尺寸的通用性，又有加工工序的专用性，生产率较高，适用于成批生产。3）专用机床（又称专能机床）：加工某一种零件的某一道特定工序而设计制造的。特点：加工工艺范围最窄，加工对象固定。生产率较高，结构比通用机床简单，适用于大批量生产。（组合机床实际上也是专用机床）附注：专门化机床和专用机床的区别是专门化机床加工形状相似而尺寸不同工件的特定工序的加工，专用机床用于特定工件的某工序加工的机床。3.按机床的精度分类：普通（精度）机床、精密机床和高精度机床（超精密级

11、机床）。4.按机床重量不同分类：1）仪表机床；2）中型机床（一般机床）；3）大型机床（大约10吨）；4）重型机床（大于30吨）；5）超重型机床（大于100吨）。5.自动化程度分：手动、机动、半自动及自动机床四、金属切削机床型号的编制方法机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成1.通用机床和专门化机床型号通用机床型号的表示方法为：（1）机床的类别代号 用大写汉语拼音字母表示，位于型号之前。类 别车 床钻 床镗 床磨 床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床

12、刨插床拉床锯床其他 机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其（2）机床的特性代号 表示机床所具有的特殊性能通用特性 CK表示数控车床；MBG表示高精密半自动磨床（多个代号，按重要程度排列）通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心 (自动换刀)彷型轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换彷轻重简柔显速结构特性代号 区分同类机床（主参数相同）结构和性能例如，CA6140型普通车床型号中的“A”，可理解为：CA6140型普通车床在结构上区别于C6140型普通车床。（3）机床的组别，系别代号用两位数字表示，前者组，后者系。

13、每类机床划分10组，每组分10系。组划分原则：在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同；系划分原则：在同一组机床中，主参数相同、并按一定公比排列，工件和刀具相对运动特点相同，基本结构及布局型式相同。 组别类别0123456789车床C仪表车床单轴自动、半自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床Z坐标镗钻床深孔钻床摇臂钻床台式钻床立式钻床卧式钻床铣钻床中心孔钻床镗床T深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床磨床M仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲

14、轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床2M超精机内圆研磨机外圆及其他研磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机其他磨床3M球轴承套圈沟磨床滚子轴承套圈滚道磨床轴承套圈超精机床叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿及铣齿机剃齿及研齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床S套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床彷形铣床立式升降台铣床卧式升降台铣床床身铣床工具铣床其他铣床刨插床B悬臂刨床龙门刨床插床牛头刨床边缘及

15、模具刨床其他刨床拉床L侧拉床卧式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽及螺纹拉床其他拉床锯床G砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床锉锯床其他机床Q其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机刻线机切断机（4）机床的主参数，设计顺序号和第二参数机床主参数：代表机床规格的大小，在机床型号中，用数字给出主参数的折算数值（1/10或1/150）设计顺序号：当无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示.第二参数：一般是主轴数，最大跨距，最大工作长度，工作台工作面长度等，它也用折算值表示.（5）机床的重大改进顺序号当机床性能和结构布局有重大改进时，在原机床型号尾部，加重大改进顺序号A，B，

16、C.等.（6）其他特性代号： 主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可反映不同的数控系统；对于一般机床可反映同一型号机床的变型等。用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。（7）企业代号：生产单位为机床厂时，由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号，或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。通用机床的型号编制举例2.专用机床的型号编制专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序号组成，其表示方法为：1）设计单位代号通常，机床厂代号是由所在城市和该厂名称的大写汉语拼音字母或该厂在市内建立顺序号，排在型号之首。2）组代号用一位阿拉伯数字表示，位于设计单位号之后，并用：“

17、”分开。读作：“至”。3）设计顺序号由001起始，位于组代号之后。例如，沈阳第一机床厂设计制造的第十八种机为专用机床，属于2组，顺序号为018，故其型号为S1-2018。题：解释下列机床型号的含义。 Z3040×16：最大钻削直径40毫米乘最大跨距1600mm的摇臂钻床MM7132A：工作台最大宽度320mm的第一次改造的精密平面磨床M1432A：最大磨削直径为320毫米的第一次改进的万能外圆磨床。MBG1463：最大磨削直径为630毫米的半自动高精度万能外圆磨床。Y3150E：最大工件直径为500毫米的第五次改进的滚齿机。THM5650：最大工作台面宽度为500毫米的精密立式加工中

18、心。CM6163：床身上最大回转直径为630毫米的精密卧式车床。CK6140：最大车削直径为400毫米的落地卧式数控车床。第二章 机床运动分析金属切削机床的分析工程基本方法： 表面运动传动机构调整。表面（零件）：零件是由若干表面组成：即平面、回转体表面、螺纹面、圆锥面、渐开线等表面），但这些表面一步一步加工（即工序）获得。运动：为了获得所需要零件表面，需要工件和刀具一定规律的相对运动。表面是由两条发生线组成的，每条发生线由四种方法（轨迹法、成形法、相切法、展成法）之一加工获得。即刀具和工件按照四种方法之一完成的成形运动。传动（工件表面成形有几种运动，即有几条传动链，注意传动链重合情况。复合运动

19、由两个简单运动或两个以上简单运动组成；）简单运动传动联系是外联系传动链；一个简单运动对应一条外联传动链复合运动传动联系是内联系传动链。有两条传动链，一个内联系和一个外联系机构（实现）：机构具体完成相对运动，其中机构分为定比传动和置换器官两大类。（为简明表述机床传动原理和传动路线，采用传动原理图）调整（5个参数，运动的起点、运动的方向、运动轨迹、运动的路程、运动速度调整为重要参数）：即通过置换器官记性调速，满足不同加工对象的需要。第一节工件表面形成方法一、工件的表面形状加工机械零件=形成零件上各个表面零件表面组成： 平面圆柱面圆锥面各种成形面附注：工件表面形成：机床加工工件过程（刀具和工件按一定

20、规律相对运动）即为形成零件各个表面的过程，零件上的工件表面不外乎是平面、圆柱面、圆锥面、及多种成形表面。二、表面的形成原理从几何角度看，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的发生线，而前一条发生线，称为母线；后一条发生线，称为导线。有些表面的两条发生线是可互换的例如：圆柱面由圆母线沿着直线导线移动形成； 平面 导线和母线均为直线； 可逆表面 螺纹面 母线是圆，导线是螺旋线，不可逆。圆锥面 母线为斜直线，导线是圆。 不可逆表面三、发生线的形成方法1.切削刃和发生线的关系 发生线是由刀具的切削刃和工件相对运动形成。切削刃为点，要想形成发生线，切削刃运动轨

21、迹必须为发生线的形状曲线。切削刃为线，与发生线吻合，切削刃无需任何运动便可得到发生线形状。 与发生线不吻合，切削刃与加工表面相切形成点接触，切削刃相对工件加工表面作滚动，形成的包络线为为发生线。2.形成发生线方法及所需运动1）描迹法（轨迹法）：比如车刀刀头、刨刀。看作切削刃为点接触，需要一个刀具和工件独立相对运动，刀具运动规律按照发生线所要求的轨迹运动。2）成型法（仿型法）：比如成形车刀看作切削刃与发生线吻合的线接触，用各种成形刀具切削，形成这个母线，刀具工件之间不需要有相对运动。3）旋切法（相切法）：比如磨削，铣削看作切削刃为点接触，发生线是旋转的刀刃的运动轨迹的切线，切削时刀具的旋转中心按

22、一定规律作轨迹运动，刀刃运动轨迹为一系列圆，它们的切线形成了发生线。刀具和工件之间要有两个相对运动，一个是刀刃的转动，另一个是刀刃相对于工件的移动。4）范成法（展成法）：比如滚齿机 花键滚刀看作切削刃与发生线不吻合的线接触，发生线是由刀刃在刀具与工件作对滚运动（又称范成运动）时所形成的一些列轨迹线的包络线。刀具与工件之间只需要一个相对运动，称为范成运动，由刀具运动和工件转动复合而成。第二节机床的运动机床的运动的表示：直线运动A旋转运动B机床的运动的目的：获得加工零件所需表面形成一定形状的母线和导线形成母线和导线需要刀具和工件作相对运动（四种方法）形成某种形状表面时所需机床提供的成形运动的形式和

23、数目，决定于采用的加工方法和刀具结构。形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。一、运动的种类1.按运动的功用分类，分为表面成形运动和非表面成形运动两大类。1）表面成形运动成形运动：机床上的刀具和工件，为了形成表面发生线而作的相对运动，称为表面成形运动， 成形运动运动的性质分类：简单的运动复合运动简单运动只包含一个单元的运动称为简单运动，简单运动一般为转动或直线移动。复合运动由两个或两个以上单元运动组成独立的运动，各个单元运动之间必须保持严格的速比关系，这种运动称为复合运动。例如：车削、磨削回转体表面为例，工件回转和刀具直线移动是速度各自独立的运动，即为两个简单的表面成形运动。车削螺纹

24、则是2个单元运动所组成的一个复合成形运动。工件旋转和移动必须保持严格的相对运动关系才能加工出螺纹线。课本例1-1、1-2、1-3、1-42）非成形运动（辅助运动）机床在加工过程中除完成成形运动外，还需完成其它一系列运动，这些与表面成形过程没有直接关系的运动，统称为辅助运动；为表面成形创造条件。 切入运动：例：使刀具切入工件，以获得进行成形运动所需工件和刀具位置运动，比如车削和插齿 分度运动：当整个工件表面是由若干相同且均匀分布局部表面所组成时，为使表面成形运动以周期地连续进行的运动。例：车削K头螺纹，车完一条螺纹，工件相对于刀具要回转1/K转。各种空行程：指进给前后的快速运动和各种调位运动。例

25、：装卸工件，为避免碰伤操作者及工件，刀具与工件距离较远；摇臂钻床钻头为对准被加工孔中心，主轴箱与工作台之间相对调位运动；龙门刨床、龙门铣的横梁为适应工件不同厚度的升降运动控制运动：操纵控制例启动、停止、变速、换向、工件的夹紧和松开、自动换刀、自动测量、补偿 校正运动：在精密机床上为了消除传动误差的运动。二、主运动和进给运动成形运动按其在切削加工所起的作用，分为主运动和进给运动。1.主运动：是产生切削的运动，在切削运动中，消耗功率最大，贡献最大，促使刀具和工件之间产生相对运动，切除工件上的切削层，形成铁屑。例如：车床的主轴旋转；钻床钻头旋转；磨床主轴带动砂轮旋转；牛头刨床和插床的滑枕带动刨刀直线

26、往复运动；2.进给运动：是维持切削得以继续的运动，维持连续不断或依次切除铁屑；例如：车床的纵向进给运动，滚齿机工件的竖直运动；刨床工作台的横向移动注：主运动和进给运动即可是简单运动也可是复合运动第三节机床的传动联系和传动原理图一、传动的基本组成部分机床的三个基本组成部分：运动源：为执行件提供动力。普车三相异步电动机，数控车伺服电机传动装置：传递运动和动力的装置，变速、换向、改变运动形式执行件：执行机床运动部件，如主轴，刀架，工作台二、机床的传动联系传动联系为了在机床上得到所需的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件或执行件和执行件联系起来，称为传动联系。传动链构成一个传动联系的一系列顺序

27、排列的传动件，称为传动链。传动链中的两类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，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等换置机构根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。传动链按运动性质分为： 外联系传动链内联系传动链外联系传动链运动源与执行件之间的传动联系，称为外联系。机床上运动源和执行件之间为了实现外联系而顺次串联的传动副，称为外联系传动链（对简单运动而言）。例：车外圆时，电机主轴（外联系传动链），如图所示。注：机床上有几个简单运动，就需要有几条外联系传动链。可以有各自独立的运动源，也可以几条传动链共用一个运动源。内联

28、系传动链机床上为了将两个或两个以上单元运动组成复合的成形运动。执行件与执行件之间的传递联系称为内联系。机床上两个执行件之间为了实现内联系而顺次串联的传动副，称为内联系传动链。注：机床工作时，内联系传动链所联系的两个执行件，将按照规定的运动关系作相对运动由于内联系传动链本身不能提供运动，为使执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。内联系传动链的要求内部必须保持严格运动关系决定着复合运动的轨迹（即发生线的形状）传动比是否准确以及由其确定的两单元运动的相对运动方向是否正确，会直接影响被加工表面的形状精度不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构，如带传动、链传动。调整

29、内联系传动链的换置机构时，其传动比也必须有足够精度。三、传动原理图用一些简单的符号表示运动源与执行件及执行件与执行件之间的联系传动原理图传动原理图常用符号机床传动原理图的画法1）画出工件、刀具示意图及其运动；2）画出主轴、刀架、丝杆螺母；3）画出运动源（电动机）；4）画出该机床上的特殊机构符号，如Uv、Uf等；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。第四节机床运动的调整三、运动的主要要素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

30、加以研究。一、运动参数及其换置器官运动参数：轨迹、速度、方向、行程和位置换置器官机床运动的调整，就是调整每个运动的5个参数。改变运动参数的机构称为换置器官。二、机床运动的调整计算机床运动的调整计算按每一传动链分别进行，其步骤如下：1. 根据对机床的运动分析，确定各传动链的末端件。如：主轴刀架1. 根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。如；主轴转1转刀架移动f1. 根据传动链及计算位移量，列出运动平衡方程式。如：1（r）u1ufu2tlf1. 根据运动平衡方程式，导出该传动链的换置公式。如：uff/（u1u2tl）然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其它变速机构

31、的调整要求。第三章车床第一节概述一、车床的用途和运动机械制造中使用最广泛的一种机床工艺范围：加工各种回转表面和回转体端面使用刀具：车刀、钻头、铰刀、丝锥主运动：工件的旋转运动进给运动：刀具直线移动二、车床的分类落地及卧式车床回轮、转塔车床立式车床仿形及多刀车床自动车床专门化车床：曲轴、凸轮轴、铲齿车床第二节卧式车床的工艺范围和布局一、工艺范围加工各种回转表面和回转体端面如：内外圆柱面、圆锥面、环槽、成形回转面、端平面和各种螺纹等，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工作，如图所示。卧式车床主要对各种轴类、套类和盘类零件进行加工。卧式车床的运动工件旋转运动主运动刀具直线移动进给运动纵向运动横向运动

32、斜向运动卧式车床的特点通用性较大自动化程度低加工复杂工件时，换刀麻烦辅助时间长，生产率低适用于单件小批生产及修理车间二、机床的布局1）主轴箱2）刀架、床鞍3）尾座4）床身5）溜板箱6）进给箱三、卧式车床的主参数卧式车床的主参数是床身上最大工件回转直径第二主参数是最大工件长度。主参数决定了主轴轴线距离床身导轨的高度，第二主参数决定了床身的长度。CA6140型卧式车床的主参数为400mm，但在加工较长的轴、套类工件时，由于受到中滑板的限制，刀架上最大工件回转直径为210mm，这也是一个重要的参数。见图其它参数：刀架上最大回转直径主轴中心至床身矩形导轨的距离通过主轴孔的最大棒料直径主轴前端锥孔尺寸加

33、工螺纹范围主轴的转速范围电动机功率第三节CA6140型车床的传动系统CA6140型车床是普通精度的卧式车床。传动系统包括主传动和刀架传动两部分。传动链实现主运动的主传动链实现螺纹进给运动的螺纹进给传动链实现纵向进给运动的纵向进给传动链实现横向进给运动的横向进给传动链快速空行程传动链主传动链两端件：主电动机主轴运动传动路线是：主电动机-1-2-uv-3-4-主轴。任务：电动机的运动和动力传给主轴通过换置机构uv使主轴获得各种转速是外联系传动链螺纹进给传动链两端件：主轴刀架运动传动路线：主轴-4-5-uf-6-8丝杠-刀架任务：联系主轴和刀架纵向溜板保证工件和刀具之间的严格运动关系通过调整换置机构

34、uf，加工出不同种类、不同导程的各种螺纹是内联系传动链纵向和横向进给传动链任务实现一般车削时的纵向和横向机动进给运动及其变速与换向两端件主轴刀架外联系传动链主轴被看作是该两个传动链的间接动源。丝杠和光杠为保证螺纹导程精度，采用丝杠螺母丝杠可以制造得比较精密。丝杠传动分支实现螺纹进给运动光杠传动分支实现纵、横向进给运动光杠可大大减轻丝杠的磨损有利于长期保持丝杠的精度可获得一般车削所需的纵、横进给量（数值较小）主轴与挂轮变速机构之间的换向机构，是在主轴转向不变时，改变刀架的运动方向（向左或向右），车削右旋或左旋螺纹。一、主运动传动链分析它的功用：把动力源（电动机）的运动及能量传给主轴，使主轴带动工

35、件旋转，卧式车床的主轴应能变速及换向。传动路线主传动系统图传动路线表达式M1的功用为控制主轴（轴）正转、反转或停止。运动由轴到主轴可以有两种不同的传动路线：主轴高速运转（n主4501400r/min）；主轴低速运转（n主10500r/min）。主轴的转速级数与转速计算主轴正转时实际上只能获得24级不同转速2×3+2×3×（2×2-1）24级反转级数为3+3×（2×2-1）=12级二、进给传动链分析刀架可进行纵、横向进给运动和辅助运动。刀架的运动源仍是主电动机。始端件主轴；末端件刀架因车螺纹要求主轴转一周时刀架移动一个被加工螺纹的导程，

36、并且车外圆进给量是以主轴转一周时刀架的移动量来表示，所以分析传动关系时，把主轴作为刀架传动的始端。刀架传动系统的组成扩大螺距传动组变换左右螺纹传动组变换左右螺纹传动组基本变速组增倍变速组进给运动传动链分析进给运动传动链是使刀架实现纵向或横向运动的传动链。传动链的两末端件主轴刀架1.车削螺纹CA6140型卧式车床能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种螺纹；还可以车削加大螺距、非标准螺距及较精确的螺纹。它既可以车削右旋螺纹，也可以车削左旋螺纹。车削螺纹时，主轴与刀具之间必须保持严格的运动关系：主轴转1转刀架移动S工mm上述关系称为车削螺纹时进给运动传动链的“计算位移”。车螺纹的运动平衡式：1（

37、r主轴）×u0×ux×S丝=S工式中：u0主轴至丝杠之间全部定比传动机构的传动比，是一个常数；ux主轴至丝杠之间换置机构的可变传动比；S丝机床丝杠的导程，CA6140型车床为：S丝P12mm；S工被加工螺纹的导程，单位为mm。（1）车米制螺纹（2）车削模数螺纹（3）车削英制螺纹（4）车削径节螺纹（5）车削非标准螺距和较精密螺纹CA6140型车床进给运动链中加工螺纹时的传动路线表达式归纳总结如下：2.机动进给（车削圆柱面和端面）车削圆柱表面时，可使用机动的纵向进给。车削端面时，可使用机动的横向进给。为了避免丝杠磨损过快及便于人工操纵（将刀架运动的操纵机构放在溜板箱上

38、），车削圆柱面和端面时，机动进给运动是由光杠经溜板箱传动的。机动进给传动路线表达式如下（1）纵向机动进给量纵向机动进给量共64种（2）横向机动进给量横向进给量的种数有64种。刀架的快速移动CA6140型开停和换向装置第四节CA6140型车床的主要结构一、主轴箱功用支承主轴和传动其旋转，并使其实现起动、停止、变速和换向等。主轴的组成卸荷式皮带轮双向多片式摩擦离合器和制动器及操纵机构主轴组件滑动齿轮的变速操纵机构等典型机构。1.传动机构定比传动、变速机构定比传动仅用于传递运动和动力一般采用齿轮传动副变速机构一般采用滑移齿轮变速机构特点：结构简单，传动效率高，传动比准确当变速齿轮为斜齿或尺寸较大时，

39、则采用离合器变速（1）卸荷式皮带轮（2）传动齿轮（3）传动轴的支承结构（4）主轴及其轴承2.主轴变向、制动及其操纵（1）摩擦离合器（2）制动装置3.变速操作机构二、进给箱功用变换被加工螺纹种类和导程获得各种机动进给量组成部份变速机构变换螺纹导程和进给量移换机构变换螺纹种类操纵机构三、溜板箱功用将丝杠或光杠的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给控制刀架运动的接通、断开和换向机床过载时控制刀架自动停止进给手动操纵刀架移动和实现快速移动等溜板箱中的主要机构：开合螺母机构接通丝杠传动传动机构将光杠的运动传至纵向齿轮齿条和横向进给丝杠转换机构接通、断开和转换纵横进给过载保险装置和互锁机构保证机床工作安全

40、操纵机构控制刀架运动换向机构改变纵、横机动进给运动方向快速空行程传动机构1.纵、横向机动进给操纵机构2.开合螺母机构3.互锁机构4.超越离合器5.过载保险装置四、刀架和尾架功用安装车刀，并由溜板带动其作纵向、横向和斜向进给运动。组成它由床鞍、横向溜板、转盘、刀架溜板和方刀架等第四章齿轮加工机床第一节工作原理和分类一、齿轮的加工方法齿轮的加工方法很多，如铸造、锻造、热轧、冲压以及切削加工等。精密齿轮的加工主要是切削方法。按形成齿形的原理，切削齿轮的方法可分为两大类：展成法。成形法1.成形法要求刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。优点机床较简单，可利用通用机床加工。缺点对于同一模数的齿轮，

41、只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。最常用的是用盘状模数铣刀和指状模数铣刀2.展成法利用齿轮的啮合原理加工齿轮。把齿轮啮合副（齿条齿轮、齿轮齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。特点范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮。加工精度和生产率一般比较高应用广泛，齿轮加工机床绝大多数采用展成法。二、齿轮加工机床的类型按照被加工齿轮的种类，齿轮加

42、工机床可以分为圆柱齿轮加工机床、圆锥齿轮加工机床两类。圆锥齿轮加工机床滚齿机、插齿机等。锥齿轮的加工方法主要有：刨齿机、铣齿机、拉齿机等。加工弧齿锥齿轮铣齿机精加工齿轮齿面的方法有：磨齿机、剃齿机、研齿机等。第二节滚齿机的运动分析是应用最广泛的齿轮加工机床滚齿机主要用于加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。一、滚齿原理滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来。将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角增大到很大（即螺旋升角很小），它就成了蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。二、滚切直齿圆柱齿轮1.机床的运动和传动原理图用滚刀加工直齿

43、圆柱齿轮需要两个表面成形运动，三条传动链。两个成形运动根据表面成形原理，加上直齿圆柱齿轮时的成形运动应包括：形成渐开线齿廓（母线）的运动由范成法形成，靠滚刀旋转运动B11和工件旋转运动B12组成的复合成形运动范成运动实现；形成直线形齿线（导线）的运动。由相切法形成，靠滚刀旋转运动B11和滚刀沿工件轴线的直线运动A2来实现两个简单运动根据切削中所起作用，习惯称滚齿时的运动分别为：工件的旋转运动为范成运动滚刀的旋转运动为主运动滚刀沿工件轴线方向的移动为轴向进给运动三条传动链（1）展成运动传动链：滚刀45ux67工件。这是一条内联系传动链。（2）主运动传动链电动机12uv34滚刀。这是一条外联系传动

44、链。（3）竖直进给运动传动链工件78uf910刀架升降丝杠。这是一条外联系传动链。2.滚刀的安装滚刀刀齿是沿螺旋线分布的，螺旋升角为。加工直齿圆柱齿轮时，为了使切削点处滚刀刀齿运动方向与被切齿轮的齿槽方向一致。滚刀轴线与被切齿轮端面之间应倾斜一个角度，这个角度称为滚刀的安装角。滚刀的安装角在数量上等于滚刀的螺旋升角。三、滚切斜齿圆柱齿轮1.机床的运动和传动原理图形成渐开线所需的运动与滚切直齿圆柱齿轮相同。斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮的区别在于齿长方向不是直线，而是螺旋线。加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动是螺旋运动，是一个复合运动，这个运动可由滚刀刀架的直线运动A21和工作台的旋转运动B22两部分复合

45、而成。因为工作台既要在展成运动中完成B12，又要在形成螺旋线的运动中完成B22，故B22被称为附加转动。总之：滚切斜齿圆柱齿轮需要两个运动，一个是形成渐开线的复合运动（B11和B12），另一个是形成螺旋齿向线的复合运动（A21和B22）。滚切斜齿圆柱齿轮传动特点与滚切直齿圆柱齿轮不同处：齿线为螺旋线所需运动范成运动主运动轴向进给运动附加运动即滚刀移动一个工件螺旋线导程T时，工件应准确地附加转过一转滚切斜齿圆柱齿轮时的两个成形运动都各需一条内联系传动链和一条外联系传链。形成渐开线的展成运动传动链和主运动传动链与滚切直齿轮时完全相同。产生螺旋进给运动的内联系传动链连接刀架移动A21和工件的附加转动

46、B22保证当刀架直线移动距离为工件螺旋线的一个导程T时，工件的附加转动为一转。这条内联系传动链习惯上称为差动运动传动链。u 带动刀架直线移动的进给链，也与切削直齿圆柱齿轮时相同，是一条外联系传动链。差动传动链为丝杠1213uy1415合成机构67ux89工件。换置器官的传动比uy根据被加工齿轮的螺旋线导程T或螺旋倾角调整。2.滚刀的安装当滚刀与齿轮的螺旋线方向相同时，滚刀的安装角=-。当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角=+。齿轮螺旋角3.工件附加转动的方向第三节Y3150E滚齿机一、概述用途直齿圆柱外齿轮斜齿圆柱外齿轮蜗轮短花键轴适用成批、小批、单件生产2.总体布局床身支撑件；立柱用

47、于安装传动系统；刀架可以沿立柱上的导轨上下移动，还可以绕自己的水平轴转位；小立柱连同工作台一起作水平方向移动以适应不同的直径工件；心轴安装工件用；工作台Y3150E主要参数最大加工直径500mm最大加工模数8mm最大加工宽度250mm工件最少齿数Z=5K主电机功率5.5KW主电机转速1410rpm机床重量4300KG主轴转速9级40250刀架垂直进给量12级0.44mm/工作台每转刀架最大回转角度2403.运动根据表面成形原理，加工圆柱齿轮时的成形运动包括：形成渐开线齿廓（母线）的运动形成齿长（导线）的运动。其中：渐开线齿廓由展成法形成；直线齿长由相切法形成。对于加工斜齿轮时，其导线为螺旋线。

48、滚齿机传动原理图二、传动系统分析Y3150E型滚齿机的传动系统图，如图所示，该传动系统图有5条传动链。主传动链范（展）成传动链进给传动链差动传动链（加工斜齿圆柱齿轮时需要）滚刀架快速移动传动链（一）加工直齿圆柱齿轮的调整计算主传动链范（展）成传动链进给传动链滚刀架快速移动传动链1.主传动链传动路线换置公式2.范（展）成传动链传动路线换置计算范成运动传动链换置公式3.进给传动链传动路线换置计算换置公式（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算有5条传动链主传动链范（展）成传动链进给传动链差动传动链（加工斜齿圆柱齿轮时需要）滚刀架快速移动传动链1.主运动传动链和加工直齿圆柱齿轮时相同。2.轴向进给运动传动链

49、和加工直齿圆柱齿轮相同进给量不同3.范成运动传动链传动路线及两端件计算位移：和加工直齿圆柱齿轮时相同运动合成机构用离合器M2联接，其传动比为u合1=-1换置公式4.差动传动链（附加运动传动链）传动路线换置公式滚齿机的运动合成机构作用：将范成运动中工件的旋转运动和工件的附加运动合成后传到工作台，使工件获得合成运动。用途加工斜齿圆柱齿轮大质数齿轮切向进给法加工蜗轮时。合成机构构成圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。滚切斜齿圆柱齿轮时，工件的旋转运动是两个运动的合成：范成运动中的旋转运动B12和螺旋轨迹运动的附加运动B22。合成机构作用：将两个运动合成不发生矛盾5.滚刀架快速移动传动链功用：刀架作快速升降运动

50、调整刀架位置进给前后实现快进和快退加工斜齿轮时，检查附加运动的方向三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整（一）滚刀刀架的结构作用支承滚刀主轴带动安装在主轴上的滚刀作沿工件轴向的进给运动。组成刀架体和刀架溜板。装有滚刀主轴的刀架体可相对刀架溜板转一定角度，以便使主轴旋转轴线处于所需位置，刀架溜板则可沿立柱导轨作直线运动串刀串刀：调整滚刀轴向位置目的：使滚刀的刀齿（或齿槽）对称于工件的轴线，以保证加工出的齿廓两侧对称；使滚刀的磨损不致集中在局部长度上，而是沿全长均匀地磨损，以提高滚刀使用寿命。（二）滚刀安装角的调整滚齿时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置滚刀在切削点处的螺旋线方向

51、应与被加工齿轮齿槽方向一致。需将滚刀轴线与工件顶面安装成一定的角度，称作安装角。安装角：±被加工齿轮的螺旋角滚刀的螺旋升角四、工作台被加工齿坯通过工件心轴或夹具装在工作台上，由工作台带动作回转运动。组成：工作台、底座、蜗杆蜗轮副、快速驱动工作台油缸等。双圆环导轨支承和长锥体定心轴向负荷由工作台底座上的环形导轨a、b承受径向负荷由长锥体滑动轴承承受五、滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算1、加工原理按选定的z0来调整范成运动传动链 Z0与被加工齿轮的齿数Z的数值相近Z与Z0的差值可正可负，通常取差值为15150范成运动传动链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转1转，工件转k/z0转在范成运动中，滚刀转1转时，工件产生运动误差：（kz-k/z0）转附加运动传动链在工件转k/z转过程中，使工件得到附加的（kz-k/z0）转，从而加工出齿轮齿数为Z的直齿圆柱齿轮。2传动链的调整计算主运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮时相同轴向进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮时相同范成运动传动链需调整计算附加运动传动链需调整计算第四节插齿机一