机械制造技术基础 第4章 金属切削机床

第4章金属切削机床

Chapter4Metal-CuttingMachineTool4.1概述Summary4.2机床的运动分析TheMotionAnalysisofMachineTools4.3车床Lathes第4章金属切削机床

Chapter4Metal-CuttingMachineTool4.4齿轮加工机床GearCuttingMachines4.5铣床MillingMachines4.6磨床GrindingMachines4.7其他机床OtherMachines4.1概述

Summary4.1.1金属切削机床及其在国民经济中的重要作用

Metal-CuttingMachineToolsandTheirImportantRoleintheNationalEconomy4.1.2金属切削机床的分类

ClassificationofMetal-CuttingMachineTools

1.按加工性质和所用刀具分类按加工性质和所用刀具分类，目前我国机床分为12大类4.1概述

Summary2.按通用性程度分类（1）通用机床（万能机床）(Universalmachinetool)（2）专门化机床（专能机床）(Specializationmachinetool)（3）专用机床(Specialmachinetool)

还可以按照下列的分类方法进行分类：按照加工精度的不同，分为普通精度机床、精密机床（Precisionmachinetool）和高精度机床等三类（Highprecisionmachinetool）；按自动化程度的不同，可分为手动、机动、半自动和自动机床；按照机床主要工作器官的数目，分为单轴的、多轴的、单刀的、多刀的机床等。4.1概述

Summary4.1.3金属切削机床型号的编制

CompilationofMetal-CuttingMachineToolsType按照GB/T15375-1994《金属切削机床型号编制办法》规定，我国机床型号是由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组合。1.通用机床型号的编制（1）机床类别的代号4.1概述

Summary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他机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉电割其表4-1机床的类别代号及其读音4.1概述

Summary（2）机床特性代号

表4-2通用特性代号及其读音通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心（自动换刀）仿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读音高密镗半控换仿轻重简柔显速4.1概述

Summary（3）机床的组别和系（型）别代号

，如表4-3（P69）（4）主要参数(mainparameters)代号，如表4-44.1概述

Summary机床主参数名称折算系数第二主参数普通车床摇臂钻床立式钻床台式钻床卧式镗床矩台平面磨床外圆磨床内圆磨床滚（插）齿机丝杠车床龙门铣床升降台铣床龙门刨床卧式内拉床床身上最大工件回转直径最大钻孔直径最大钻孔直径最大钻孔直径主轴直径工作台面宽度最大磨削直径最大磨削孔径最大工件直径最大工件长度工作台面宽度工作台面宽度最大刨削宽度额定拉力

1/101/11/11/11/101/101/101/101/101/1001/1001/101/1001/1最大工件长度最大跨距工作台面长度最大磨削长度最大磨削深度最大模数最大工件长度工作台面长度工作台面长度最大刨削长度最大行程表4-4常用机床主参数名称及折算系数4.1概述

Summary（5）机床的重大改进顺序号（6）其他特性代号通用机床型号的编制举例：例1CA6140型卧式车床：类别代号（车床类）结构特性代号（与C6140结构不同）组别代号(落地及卧式车床组)系别代号（卧式车床系）主参数代号（最大车削直径320mm）C

A

6

1

40

4.1概述

Summary例2MGl432型高精度外圆磨床：类别代号（磨床类）通用特性代号（高精度）组别代号（外圆磨床组）系别代号（万能外圆磨床系）主参数代号（最大磨削直径320mm）重大改进顺序号（第一次重大改进）

M

G

1

4

32

A4.1概述

Summary2.专用机床型号的编制

（1）设计单位代号（2）设计顺序号

4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools通常按照“表面—运动—传动—机构（结构）”的步骤认识和分析4.2.1工件加工表面的形状

ShapeofWorkpieceSurface4.2.2表面的形成方法及所需的运动

TheFormingMethodsandmotionsofWorkpieceSurface

除成形运动外，一般机床还具有下列辅助运动：（1）分度运动(Indexingmotion)（2）切入运动(Cutinmotion)（3）调位运动(adjustingmotion)（4）操纵及控制运动(Manipulationandcontrolmotion)上述各种运动中，以成形运动为最基本的运动。

4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools1．表面的形成

图4-1车削外圆柱表面

图4-2普通螺纹的螺旋表面

4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools2．发生线的形成方法及所需运动

图4-3切削刃的形状与发生线的三种关系4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools形成发生线的方法可归纳为如图4-4所示的四种：（1）轨迹法(Locusmethod)（图4-4（a））（2）成形法(Formingmethod)（图4-4（b））（3）相切法(Tangentmethod)（图4-4（c））（4）展成法(Generatingmethod)（图4-4（d）4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools图4-4形成发生线的四种方法4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools3．零件表面成形所需的成形运动【例2-1】如图4-5（a）所示，用宽车刀车削外圆柱表面母线——直线。由成型法形成，不需要成形运动导线——圆。由轨迹法形成需要1个成形运动B

因此，形成表面的成形运动牧总数仍为1个（B）【例2-2】如图4-5（b）所示，用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线——渐开线。导线——直线。4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools图4-5零件表面成形所需的成形运动实例4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools4.2.3机床的传动联系和传动原理图TransimissionSystemandPrincipleDiagramoftheMachine

1．机床的传动联系

（1）动力源(powersource)（2）执行件(Executivecomponent)（3）传动件(Transmissionparts)传动链可以分为内联系传动链和外联系传动链两类1）外联系传动链(External-correlativetransmissionchain)2）内联系传动链(Internal-correlativetransmissionchain)4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools2．传动原理图(Machinedrivenscheme)

(a)电动机(b)主轴(c)车刀(d)滚刀

(e)合成机构(f)传动比可变换的换置机构(g)传动比不变的传动联系

图4-6传动原理图中的常用符号

4.2机床的运动分析

TheMotionAnalysisofMachineTools图4-7卧式车床的传动原理图

4.3车床

Lathes4.3.1车床的用途和分类

ApplicationandClasificationoftheLathe1）卧式车床(Universallathe)及落地车床(Faceplatelathe)2）立式车床(Verticallathe)；3）六角车床(Turretlathe)；4）多刀自动半自动车床(Semiautomaticmulticutlathe)；5）仿形车床(Copyinglathe)；6）单轴自动和半自动车床(Singlespindleautomaticlathe)

7）多轴自动半自动车床(MultiplespindleautomaticandSemiautomaticlathe)。4.3车床

Lathes4.3.2CA6140型普通卧式车床

CA6140GeneralHorizontalLathe1.CA6140型车床的工艺范围2.CA6140型车床的运动(1)工件的旋转运动(2)刀具作平行于工件中心线的纵向运动

(3)刀具作垂直于工件中心线的横向移动4.3车床

Lathes图4-8普通卧式车床所能加工的零件表面

4.3车床

Lathes3.CA6140型普通卧式车床的组成和总体布局（1）主轴箱（床头箱Headstock），标号l（2）刀架部件(Toolpost)，标号2（3）尾架（尾座Tailstock），标号3（4）进给箱（走刀箱Feedstock），标号10（5）溜板箱(Apron)，标号8（6）床身(Bed)，标号4

4.3车床

Lathes图4-9CA6140型普通卧式车床

4.3车床

Lathes图4-10CA6140型普通卧式车床中心高及最大加工直径

4.3车床

Lathes5.CA6140型普通卧式车床的传动系统(1)主运动传动链(Cuttingmotiontransmissionchain)

1）传动路线(transmissionroute)CA6140型普通车床主运动传动链的传动路线表达式如下：

4.3车床

Lathes图4-11CA6140型普通车床的传动系统图4.3车床

Lathes2）主轴转速级数及转速值在轴Ⅲ到轴V之间4条传动路线的传动比是：

其中u2与u3基本上相同，使主轴获得的实际转速级数，不是2×3×4=24级，而是2×3×(4-1)=18级。同理，主轴反转的转速级数为3×[1+(2×2-1)]=12级。4.3车床

Lathes主轴的转速可应用下列运动平衡式进行计算：（4-1）式中n主

—主轴转速（r/min）；

n电—电动机转速，=1450r/min；

D—主动皮带轮直径，D=130mm；—被动皮带轮直径，=230mm；—带传动的滑动系数，可近似地取，即:4.3车床

Lathes如图4-11中所表示的齿轮啮合情况的主轴的转速为主轴的最高转速和最低转速分别为：(2)进给运动传动链(Feedmotiontransmissionchain)简介图4-12进给运动传动链的传动路线

4.3车床

Lathes6.CA6140型车床的主轴箱的主要结构（1）双向多片式摩擦离合器(Frictionclutch)、制动器(Brake)及其操纵机构(Manipulationmechanism)（2）卸荷带轮(Unloadingbeltwheel)4.3车床

Lathes图4-13CA6140型普通车床的主轴箱展开图4.3车床

Lathes图4-14展开图的剖切面4.3车床

Lathes1、8-空套齿轮块2-内摩擦片3-外摩擦片4-止推片5、23-销6-螺母7-侧刀架9、20-杆10-滑套11-元宝销12-调节螺钉13-弹簧14-杠杠15-自动带16-制动盘

17-齿条18-齿扇19-连杆21-操纵手柄22-操纵轴

图4-15双向摩擦离合器、制动器及其操纵机构

4.3车床

Lathes图4-16卸荷带轮结构图

1-带轮2-花键套3-法兰4-主轴箱体5-弹簧卡圈6、7、8-深沟球轴承9-螺母

4.3.3立式车床

VerticalLathe1-底座2-工作台3-立柱4-垂直刀架5-横梁6-垂直刀架进给箱7-侧刀架8-侧刀架进给箱9-顶梁图4-17立式车床4.3.4转塔车床

TurretLathe

1-主轴箱2-前刀架3-床身4-前刀架溜板箱5-转塔刀架6-转塔刀架溜板箱7-定程装置8-进给箱图4-18普通转塔车床外形图4.3车床

Lathes4.3.5CA6140结构认识实验

ExperimentUnderstandingCA6140Structure1实验目的和要求2实验的内容3实验设备4实验方法5注意事项6思考题4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines4.4.1齿轮加工原理

GearCuttingTheory成形法(Formcutting)展成法(Generatingcutting)4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-19盘形齿轮铣刀加工齿轮4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-20指状齿轮铣刀加工齿轮4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines刀号12345678加工齿轮齿数12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上表4-4各号盘形齿轮铣刀对应加工的齿轮齿数4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines4.4.2滚齿机HobbingMachine1.滚切直齿圆柱齿轮(Cylindricalspurgear)（1）机床的运动分析（2）机床的传动原理1）展成运动传动链2）主运动传动链3）轴向进给传动链4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-21滚切直齿圆柱齿轮所需运动

4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-22滚切直齿圆柱齿轮传动原理图

4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-23采用独立动源的滚切直齿圆柱齿轮传动原理图

4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines2.滚切斜齿圆柱齿轮(Cylindricalhelicalgear)（1）机床的运动分析（2）机床的传动原理图4-24斜齿圆柱齿轮

4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-25滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图

4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines3.滚刀的安装角（Hobswivel-settingangle)（1）滚切直齿圆柱齿轮时滚刀的安装角

（4-18）其中—滚刀安装角；—为滚刀螺旋升角(Leadangleofthehob)。

当滚刀的螺旋方向为右时，上式取“-”号，即需将滚刀的轴线由水平方向逆时针旋转的角度；当滚刀的螺旋方向为左时，上式取“+号，即需将滚刀的轴线由水平方向顺时针旋转的角度。4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines表4-5滚切直齿圆柱齿轮时滚刀的安装角—滚刀螺旋升角—滚刀安装角—刀架沿工件轴线直线移动—范成运动

右旋滚刀(Right-handhob)

hob)左旋滚刀(Left-hand直齿圆柱齿轮右旋滚刀滚切直齿圆柱齿轮左旋滚刀滚切直齿圆柱齿轮4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines（2）滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角

（4-19）式中β—被滚切齿轮的螺旋角(Helixangleofthegear)。

ω—为滚刀螺旋升角(Leadangleofthehob)。当被加工斜齿轮的螺旋方向与滚刀的螺旋方向相同时，上式取“－”号；当被加工斜齿轮的螺旋方向与滚刀的螺旋方向相反时，上式取“+”号。4.Y3150E滚齿机用途及外形图4-26Y3150E型滚齿机1-底座2-工作台3-立柱4-滚刀主轴5-刀架6-支架7-工件心轴8-后立柱9-工作台10-床鞍4.4齿轮加工机床

GearCuttingMachines图4-27卧式升降台铣床图

1-床身2-悬梁3-铣刀轴（刀杆）4-吊（挂）架5-工作台6-滑座7-升降台8-底座4.5.1卧式铣床HorizontalMillingMachine4.5铣床

MillingMachines4.5.2立式铣床VerticalMillingMachine

1-底座2-床身3-铣头4-主轴

5-工作台6-滑座7-升降台

图4-28立式升降台铣床

4.5铣床

MillingMachines4.5.3龙门铣床Plano-millingMachine图4-29龙门铣床1-床身2、9-卧铣头3-横梁4、8-立铣头5、7-立柱6-顶梁10-工作台4.5铣床

MillingMachines4.6磨床

GrindingMachines4.6.1外圆磨床

CylindricalGrinder图4-30外圆磨削的两种方法

(a)纵磨法(b)切人磨法4.6磨床

GrindingMachines1万能外圆磨床

UniversalCylindricalCentre-typeGrinder

（1）机床的组成

1）床身(Bed)12）头架(Headstock)23）尾架(Tailstock)54）砂轮架(Wheelhead)45）内圆磨具((AuxiliaryWheelhead)36）工作台(Worktable)97）滑鞍((Saddle)7及横向进给机构

图4-31M1432A型万能外圆磨床外形图

1-床身2-头架3-内圆磨具4-砂轮架5-尾架6-床身垫板7-滑鞍8-手轮9-工作台4.6磨床

GrindingMachines4.6磨床

GrindingMachines（2）机床的运动

1）磨外圆砂轮的旋转运动；2）磨内孔砂轮的旋转运动（磨内孔时才开动）；3）工件旋转运动；4）工件纵向往复运动；5）砂轮横向进给运动（往复纵磨时，是周期间歇进给，切入式磨削时，是连续进给运动）。

2普通外圆磨床GeneralCylindricalGrinder图4-32M1432A万能外圆磨床可加工的几种典型表面的加工示意图

4.6磨床

GrindingMachines4.6.2内圆磨床

InternalGrindingMachine图4-33为普通内圆磨床的外形图

1-床身2-工作台3-头架4-砂轮架5-滑鞍4.6.3无心磨床

CenterlessGrinder图4-34无心磨床磨削示意图

1-磨削砂轮(Grindingwheel)2-工件3-导轮(Regulatingwheel)4-托板(Workrestblode)

4.6.4平面磨床

SurfaceGrindingMachine图4-35平面磨床磨削方式

4.7其他机床

OtherMachines4.7.1钻床和镗床

DrillingMachineandBoringMachine1钻床（1）

立式钻床(Verticaldrillingmachine)

（2）

摇臂钻床(Radialdrillingmachine)

（3）深孔钻床(Deep-holedrillingmachine)

图4-36钻床的加工范围

(a)钻孔(b)扩孔(c)较孔(d)攻螺纹(e)钻（锪）埋头孔(f)钻（锪）凸台平台(Spotfacing)

4.7.1钻床和镗床

DrillingMachineandBoringMachine图4-37立式钻床

1-底座2-工作台3-主轴4-进给箱5-（主轴）变速箱6-立柱

4.7.1钻床和镗床

DrillingMachineandBoringMachine图4-38摇臂钻床

1-底座2-内立柱3-外立柱4-丝杠5、6-电动机7-摇臂8-主轴箱9-主轴10-工作台

4.7.1钻床和镗床

DrillingMachineandBoringMachine图4-39卧式镗床 1-主轴箱2-前立柱3-镗轴4-平旋盘5-工作台6-上滑座7-下滑座8-床身9-后支承10-后立柱4.7.1钻床和镗床

DrillingMachineandBoringMachine图4-40卧式坐标镗床1-下滑座