《机械设备调试与识别》-2

2-1任务引入

在工业、农业等各个生产领域中，在人们的日常生活中，使用着各种各样的机器设备和工具。这些机器和工具是由一定形状和尺寸的机械零件所组成，生产这些零件并把它们装配成为机器设备或工具的工业称为机械制造业。 在机械制造业中所使用的主要加工设备是机床。机床是对金属、其他材料的坯料或工件进行加工，使之获得所要求的几何形状、尺寸精度和表面质量的机器。机床是制造机器的机器， 这是机床区别于其他机器的主要特点，故机床又称为工作母机或工具机。 本单元主要引人金属切削机床的基础知识，为后面的诸多金属切削机床的学习奠定基础如金属切削机床型号编制方法、工件表面成形时刀具和工件的相对运动等。返回2-2重难点知识引导金属切削机床型号编制方法;零件的加工方法;机床的传动系统。返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

金属切削机床，常简称为机床，它是采用切削、特种加工等方法将金属毛坯的多余金属去除，制成机械零件的一种机器，制造的机械零件应能达到零件图样所要求的表面形状、尺寸精度和表面质量。

一般来说，精度高、表面粗糙度较小的零件，都要在机床上用切削加工的方法经过几道或者几十道工序才能制成。由此可见，机床在机械制造行业中占有极其重要的地位，机床设备占有相当大的比重，一般都在50%以上，所担负的工作量占机器总制造工作的40%一50%。机床是机械工业的基本生产设备，它的品种、质量和加工效率直接影响着其他机械产品的生产技术水平和经济效益。下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制表

2-3-1金属切削机床的分类

目前，我国按机床的加工对象可分为通用机床、专门化机床和专用机床。通用机床是指可加工多种工件，完成多种工序，使用范围较)’一的机床;专门化机床是指用于加工形状相似而尺寸不同的工件上特定工序的机床;专用机床是指用于加工特定工件的特定工序的机床。按机床的精度等级标准可将机床分为普通机床、精密机床和高精度机床3种。根据国家标准的《金属切削机床型号编制方法》，按机床的工作原理不同，把机床分为11大类:车床、铣床、钻床、锁床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、磨床、刨插床、拉床、锯床和其他机床，见表2一1。

因为磨床的种类很多，所以该类又分为M,2M,3M，参考读音是磨、2磨、3磨。除上述基本分类方法外，机床还可按照使用上的万能性程度、精度、自动化程度、主轴数目、机床重量等进行分类，而且随着机床的不断发展，其分类方法也将不断发展。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制表一、金属切削机床型号的编制方法机床的型号是一个代号，用以表示机床的类型、主要技术参数、使用及结构特性等。在国家标准的《金属切削机床型号编制方法》中，通用机床型号的表示方法如图2一1所示。“()”内的代号或数字，若无内容则不表示，若有内容时应不带括号;有“O”符号者为大写的汉语拼音字母;有“△”符号者为阿拉伯数字。 1.机床的类别代号机床的类别及分类代号见表2一1 2.通用特性代号 通用特性代号如表2一2所示。机床具有表中所表示的某种通用特性时，在类代号之后加上相应的通用特性代号，如精密型卧式车床型号中的“M"表示通用特性为“精密”。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

为了区别主参数相同而结构、性能不同的机床，在型号中用汉语拼音字母的大写区分，并且两字母不能排在通用特性代号之后;通用特性用过的字母以及排在通用特性代号之后表示结构特性代号;通用特性用过的字母以及I,0两字母不能用做结构特性代号.1.机床的类别代号机床的类别及分类代号见表2一1

2.通用特性代号通用特性代号如表2一2所示。机床具有表中所表示的某种通用特性时，在类代号之后加上相应的通用特性代号，如精密型卧式车床型号中的“M"表示通用特性为“精密”。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制3.机床的组、系代号机床的类、组、系划分见表2一3.每类机床分为10组，每组又分为10系。机床的组、系代号用两位阿拉伯数字分别表示，第一位数字表示组别，第二位表示系别，位于类代号或通用特性代号构特之后。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床为同一组。在同一组机床中，其主参数相同、主要结构及布局形式相同的机床，即为同一系。例如，CA6140型卧式车床型号中的"61"，说明它属于车床类6组1系。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

4.主参数或设计顺序号主参数用折算值表示，位于系代号之后。某些通用机床，当无法

用一个主参数表示时，在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号由“O1”开始。各种型号的机床，其主参数的折算系数可以不同，具体折算系数参见表2一4。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

5.主轴数和第二主参数

(1)对于多轴车床、多轴钻床等机床，其主轴数应以实际数值标于型号中主参数之后，并“x”分开，读作“乘”。

(2)第二个主参数一般不予表示，如有特殊情况，需在型号中表示时，按一定手续审批。凡第二个主参数属于长度、深度等值的，折算系数为1/100;凡属直径、宽度等值用1/10为折算系数;最大模数、厚度等以实际值列人型号。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制6.重大改进顺序号当机床的性能及结构有更高要求，并按新产品重新设计、试制和鉴定后，在原机床型号之后按A,B,C等字母顺序加人改进序号，以区别于原型号机床，如C6140A是06140型车床经过第一次重大改进的车床。目前，工厂中使用较为普遍的几种老型号机床，是按1959年以前公布的机床型号编制办法编定的。按规定，以前已定的型号现在不改变。例如C620-1型卧式车床，型号中的代号及数字的含义如下:上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

7.其他特性代号其他特性代号主要用以反映各类机床的特性，如对一般机床，可用来反映同一型号机床的变型;对于数控机床，可用来反映不同的控制系统等;对于加工中心，可用来反映控制系统、自动交换主轴头、自动交换工作台等。其他特性代号在改进序号之后，用汉语拼音或阿拉伯数字表示，并用“/”分开，读作“之”。

8.企业代号企业代号包括机床生产厂和机床研究单位代号。用“一”与前面代号分开，读作“至”。

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9.示例例1最大磨削直径为200mm的外圆超精加工磨床，其型号为2M13200

例2:加工最大棒料直径为50mm的六轴棒料自动车床，其型号为C21S0x60

例3:北京机床研究所生产的精密卧式加工中心，锁轴直径为50mm，其型号为THM630S/JCS)上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制

2-3-2金属切削机床的技术规格每一类机床，都应该能够加工不同尺寸的工件，所以它不可能只有一种规格。国家根据机床的生产和使用情况，规定了每一种通用机床的主参数和第二主参数系列，现以卧式车床为例加以说明。卧式车床的主参数是车床床身工件的最大回转直径，有250mm,320mm,400mm,500mm,630mm,800mm,1000mm,1250mm八种规格，主参数相同的卧式车床往往又有几种不同的第二主参数—最大工件长度。例如，CA6140型卧式车床床身上最大回转直径为400mm，而最大工件长度有750mm,1000mm,1500mm,2000mm四种。卧式车床技术规格的内容除主参数和第二主参数外，还有刀架上工件最大回转直径、中心高、通过主轴孔的最大棒料直径、刀架上最大行程、主轴内孔的锥度、主轴转速范围、进给量范围、加工螺纹的范围和电动机功率等。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制机床的技术规格可以从机床的说明书中查出。了解机床的技术规格，对正确使用机床和合理选用机床都具有十分重要的意义。例如，当使用两顶尖进行加工或主轴上安装芯轴和其他夹具时，需了解内孔锥度;当需要在主轴端上安装卜盘、夹具时，需了解主轴端的外锥体或螺纹尺寸;当采用长棒料加工时，需要了解最大加工棒料直径;当加工螺纹或决定切削用量时，要选择机床所具有的主轴转速和进给量，考虑机床的电动机功率是否够用等。所以，只有结合机床的技术规格进行全面的考虑，才能起到正确使用和合理选用机床的作用。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制每一类机床，都应该能够加工不同尺寸的工件，所以它不可能只有一种规格。国家根据机床的生产和使用情况，规定了每一种通用机床的主参数和第二主参数系列，现以卧式车床为例加以说明。卧式车床的主参数是车床床身工件的最大回转直径，有250mm,320mm,400mm,500mm,630mm,800mm,1000mm,1250mm八种规格，主参数相同的卧式车床往往又有几种不同的第二主参数—最大工件长度。例如，CA6140型卧式车床床身上最大回转直径为400mm，而最大工件长度有750mm,1000mm,1500mm,2000mm四种。卧式车床技术规格的内容除主参数和第二主参数外，还有刀架上工件最大回转直径、中心高、通过主轴孔的最大棒料直径、刀架上最大行程、主轴内孔的锥度、主轴转速范围、进给量范围、加工螺纹的范围和电动机功率等。上一页下一页返回2-3金属切削机器的分类与型号编制机床的技术规格可以从机床的说明书中查出。了解机床的技术规格，对正确使用机床和合理选用机床都具有十分重要的意义。例如，当使用两顶尖进行加工或主轴上安装芯轴和其他夹具时，需了解内孔锥度;当需要在主轴端上安装卜盘、夹具时，需了解主轴端的外锥体或螺纹尺寸;当采用长棒料加工时，需要了解最大加工棒料直径;当加工螺纹或决定切削用量时，要选择机床所具有的主轴转速和进给量，考虑机床的电动机功率是否够用等。所以，只有结合机床的技术规格进行全面的考虑，才能起到正确使用和合理选用机床的作用。上一页返回2-4金属切削机器的发展概

数控机床是金属切削机床发展的高级形态，一也代表着金属切削机床发展前景。所以，在这里讨论数控机床及相关产品在我国的发展概况和数控技术发展趋势两个问题。下一页返回2-4金属切削机器的发展概

2-4-1我国“十一五”数控机床及相关产品的发展概况根据国际数控机床产业发展的趋势和我国“十一五”国民经济发展要求，“十一五”我国在数控机床产业的重点是发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进目的现状，满足机械、航空航天等工业的发展需求。一、“十一五”数控产品开发的重点项目据中国机床工具工业协会行业部的介绍，“十一五”发展规划提出数控产品开发的重大项日有重点发展关键功能部件和数控系统，为数控机床产品升级奠定基础;主要发展项日包括中高档数控系统、高速主轴及其伺服单元、高性能刀库机械手、高速滚珠丝杠和直线导轨副、直线电机、全功能数控刀架和数控转台、高速防护装置;高精度数字化测量仪器和数控刀具;满足国家重点工程需要，实施高级型数控机床示范工程。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概

二、“十一五”重点发展的数控机床重点发展的高级型数控机床范围有以下几点。

1)高速、精密数控车床，车削中心类及四轴以上联动的复合加工机床。主要满足航天、航空、仪器、仪表、电子信息和生物工程等产业的需要。

(2)高速、高精度数控铣锁床及高速、高精度立卧式加工中心。主要满足汽车发动机缸体的缸、盖及航天航空、高新技术等行业大型复杂结构支架、壳体、箱体、轻金属材料零件和精密零件的加工需求。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况

(3)重型、超重型数控机床类:数控落地铣锁床、重型数控龙门锁铣床和龙门加工中心、重型数控卧式车床及立式车床，数控重型滚齿机等，该类产品满足能源、航天航空、军工、舰船主机制造、重型机械制造、大型模具加工、汽轮机缸体等行业零件的加工需求。

(4)数控磨床类:数控超精密磨床、高速高精度曲轴磨床和凸轮轴磨床、各类高精高速专用磨床等，满足精密超精密的加工需求。

(5)数控电加工机床类:大型精密数控电火花成形机床、数控低速走丝电火花切割机床、精密小孔电加工机床等，主要满足大型和精密模具加工、精密零件加工、锥孔或异型孔加工及航天、航空等行业的特殊需求。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况

(6)数控金属成形机床类(锻压设备):数控高速精密板材冲压设备、激光切割复合机、数控强力旋压机等，主要满足汽车、摩托车、电子信息产业、家电等行业饭金批量高效生产需求及汽车轮毅及军工行业各种薄壁、高强度、高精度回转型零件的加工需求。

(7)数控专用机床及生产线:柔性加工自动生产线(FMS/FMC)及各种专用数控机床，该类生产线是针对汽车、家电等行业加工缸体、缸盖、变速箱箱体等及多品种变批量壳体、箱体类零件。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况2-4-2数控技术的发展趋势和展望装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过:“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产。”制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业)’一泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域:机械制造技术;信息处理、加工、传输技术;自动控制技术;伺服驱动技术;传感器技术;软件技术等。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况一、数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况1.高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本高端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40s/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近年来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装的多个零件，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高;空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HvnerMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30thin,而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h。德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达120000r/mm和1g.

在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10提高到5,精密级加工中心则从3一5um，提高到1一1.5um，并且超精密加工精度已开始进人纳米级在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件，如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大.上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况2.5轴联动加工和复合加工机床快速发展采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料的铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统的主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床的发展。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况日本最新研发的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVontion系列加工中心，可在一次装夹下实现5面加工和5轴联动加工，由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况3.智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容，方便系统的诊断及维修等。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况为解决传统的数控系统的封闭性和数控应用软件的产业化生产中存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC、欧共体的OSAGA、日本的OSEC、中国的ONC等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况网络化数控装备是近两年冈际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念样机，如在EM02001展中，日本山崎马扎克公司展出的“Center"、日本大喂机床公司展出的“ITplaza"’、德国西门子公司展出的()penManufacturingEnvironment等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况4.新技术标准、规范的建立

1)数控系统设计开发规范如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧盟和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年一也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况2)数控标准数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于IS06983标准，即采用C且M,M代码描述如何加工，其本质特征是面向加工过程。显然，它已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准—IS014649，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上，而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向;其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸使用量、加工程序编制时间和加工时间上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/LAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，它已经开发了用做数控机床加工信息交换的超级模型，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了Sietnens,FIDIA以及欧洲OSAGA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况二、我国数控技术产业发展的概况和展望1.我国数控技术产业发展的概况我国数控技术近50年的发展历程，总体来看取得了以下成绩。

(1)奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。

(2)初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。、介州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况(3)建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但一也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向来看我国的发展速度很快，但横向比不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度一也有差距，即一些“高精尖”的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况2.我国数控技术永平和产业化永平估计1)技术水平上，与国外先进水平落后5年，在“高精尖”技术方面则更大。

(2)产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产;功能部件专业化生产水平及成套能力较低;外观质量相对差;可靠性不高，商品化程度不足;国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。

(3)在可持续发展的能力上，数控技术的研究开发、工程化能力较弱;数控技术应用领域拓展力度不强;相关标准规范的研究、制定滞后。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况3.我国数控技术和产业化发展的战略思考

1)战略考虑我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空心”。以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且可缓解我国就业的上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况压力，保障社会的稳定;其次从国防安全看，西方发达国家把“高精尖”数控产品都列为国家的战略物资，对我国实行禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。

2)发展策略从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术，以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术，作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨越式发展。上一页下一页返回2-4金属切削机器的发展概况强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品;没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品;当然，没有规模，中国的数控装备最终难以有出头之日。在“高精尖”装备研发方面，要强调产、学、研和最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。上一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

机床进行加工的实质，就是让刀具与工件之间产生相对运动。虽然各种类型机床的具体用途和加工方法各不相同，但其基本工作原理是一样的，即通过刀具和工件之间的相对运动，切除工件毛坯上多余金属，形成一定形状、尺寸和质量的表面，从而获得所需的机械零件。因而加工需要什么运动，机床如何实现这些运动，是首先应讨论的问题。机床的运动分析，就是研究在金属切削机床上的各种运动及其相互联系。机床运动分析的一般过程是:根据在机床上加工的各种表面和使用的刀具类型，分析得到加工这些表面的方法和所需的运动，再分析为实现这些运动机床必须具备的传动联系，实现这些传动联系的机构以及机床运动的调整方法。这个次序可以总结为“表面一运动一传动一机构一调整”。尽管机床品种繁多，结构各异，但不过是几种基本运动类型的组合与转化。机床运动分析的目的在于，可以利用非常简便的方法迅速认识一台陌生的机床、掌握机床的运动规律、分析和比较各种机床的传动系统，从而能够合理地使用机床和正确设计机床的传动系统。下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动2-5-1零件的加工方法一、工件表面形状

机械零件的表面形状多种多样，而构成其内外形轮廓的，主要是几种基本形状的表面:平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面，构成零件外形轮廓的常用表面见图2一2。这种基本形状的表面都属于线性表面，既可经济地在传统通用机床上加工，又可较容易地达到所需要的精度要求。随着科学技术的不断发展，对工件表面加工精度的要求不断提高，尤其是一些工件表面形状越来越复杂，有些复杂曲线或曲面还需用数学模型描述。在切削加工过程中，安装在机床上的刀具和工件按一定的规律做相对运动，通过刀具的刀刃对工件毛坯的切削作用，把毛坯上多余的金属切除掉，从而得到所要求的表面。尽管机器零件千姿百态，但其常用的组成表面却是平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、螺旋面、直线成形表面等基本表面元素，如图2一2所示。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

二、零件表面加工方法

切削加工时母线或导线的形成方法多种多样，按所用刀具的结构和刀刃形状及加工原理不同，可归纳为以下基本方法:成形法、展成法、相切法和轨迹法。

(1)成形法:切削刃的形状是一条与母线或导线形状完全吻合的切削线，切削加工时，刀具不需要做成形运动，只做简单的进给运动，就可得到所需的母线或导线形状。成型法加下时，刀具切削刃的形状就是母线，工件的旋转运动形成导线。

(2)轨迹法:刀具的切削刃与工件的表面呈点接触，母线或导线是刀具按一定规律运动时，刀尖在工件表面所描划出的轨迹，用轨迹法形成母线或导线需要做成形运动。轨迹法加工时，工件的旋转运动形成导线，而母线是刀尖移动的轨迹。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

(3)展成法:它是利用工件和刀具做展成切削运动而进行加工的方法。用展成法形成发生线需要一个成形运动。齿轮加工机床大多采用展成法形成渐开线，如图2一3所示.

(4)相切法:它是利用旋转中心按一定轨迹运动的旋转刀具对工件进行加工的方法。用相切法得到发生线，需要两个独立的成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按所需规律进行的运动。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

2-5-2表面成形运动1.表面成形运动

在各类表面的加工中，直接参与切削过程，形成所需表面形状有关的刀具与工件间的相对运动，称为表面成形运动，简称成形运动。因此表面成形运动既包括刀具的运动，又包括工件的运动。形成某种形状表面时所需机床提供的表面成形运动的形式和数目决定于采用的加工方法和刀具结构。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

2.表面成形运动的分类按其在切削加工中所起的作用，又可分为主运动和进给运动。

1)主运动主运动是切除工件上的被切削层，使之转变为切屑的主要运动，主运动的速度高，消耗的功率大。车床工件的旋转、铣床铣刀的旋转、磨床砂轮的旋转、钻床和锁床的刀具旋转、牛头刨床的刨刀及龙门刨床的工件直线往复移动等都是主运动。对于旋转主运动，其主轴转速的单位以r/min表示;对直线往复主运动，其直线往复速度的单位以双行程/min表示。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

2)进给运动进给运动是不断地把被切削层投人切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。进给运动的速度较低，消耗的功率一也较小。车床刀具相对于工件做纵向直线运动、横向直线运动，卧式铣床工作台带动工件相对于铣刀做纵向直线运动、横向直线运动等都是进给运动。进给运动速度的单位用下列方法表示。

(1)mm/r，如车床、钻床、锁床等;(2)mm/min，如铣床等;(3)双行程/min，如刨床等。任何一种机床，必定有且通常只有一个主运动，但进给运动可能有一个或几个，也可能没有。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

3.辅助运动通常，仅靠表面成形运动只能使被加工表面获得一个轮廓形状，不一定能一次达到尺寸精度及表面质量的要求。因此，机床常常需要一再重复表面成形运动，这就需要机床有一系列的辅助运动，如刀具接近工件、刀具沿切深进给、刀具退离工件、快速退回起始位置等运动。另外，为了使刀具与工件具有正确的相对位置的对刀运动，多工位工作台和多工位刀架的周期性转位，加工局部表面时的周期性分度运动等，也属于辅助运动。总之，机床上除表面成形运动外的所有运动，都是辅助运动。辅助运动的种类很多，主要包括各种空行程运动、切人运动、分度运动和操纵及控制运动等。机床越复杂、功能越多，辅助运动也越多。上一页下一页返回2-5零件的加工方法与表面成形运动

辅助运动虽然并不参与表面成形过程，但对工件整个加工过程是不可缺少的。同时，对机床的生产率和加工精度往往也有重大影响。在描述一台机床的运动时，为更方便地表达运动的方向，对普通机床常用纵向、横向和垂向表示运动的方向，如卧式车床沿主轴轴线方向的运动称纵向运动，沿垂直于主轴轴线的径向方向的运动称横向运动;而在数控机床上，为方便加工程序的编制和使用，机床运动部件的运动是用坐标方向来表达的，如数控车床上称沿主轴轴线方向的运动为Z轴运动，而沿垂直于主铀轴线的径向方向运动称为X轴运动。上一页返回2-6机器的传动系统2-6-1机床运动传动链传动链是指由运动源、传动装置和执行件按一定的规律所组成的传动联系。机床加工过程中所需的各种运动都是通过相应的传动链来实现的。一、运动源运动源是给执行件提供动力和运动的装置。在通用机床上，一般采用三相异步电动机作为运动源。在数控机床上，多采用交流调速电动机和伺服电动机，这类电动机具有转速高、调速范围大、可无级变速等优点。下一页返回2-6机器的传动系统二、传动装置传动装置是传递运动和动力的装置，通过它把运动源的运动和动力传给执行件。通常，传动装置还需完成变速、变向、改变运动形式等任务，使执行件获得所需要的运动速度、运动方向和运动形式。在通用机床上，由于传统交流异步电动机的变速能力有限，变速的主要任务都是由传动装置完成的，这类传动装置所涉及的传动件多、传动系统较复杂。在数控机床上，变速、变向的任务主要是由交流电动机完成。因而，传动装置一般较简单，但性能要求较高。传动装置一般有机械、液压、电气传动3种方式。上一页下一页返回2-6机器的传动系统三、执行件执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动，并保持其运动的准确性。四、常见机械传动装置1.变速机构变速方式分为有级变速和无级变速;有级变速机构有下列几种。

(1)滑移齿轮变速机构:这种变速机构I’一泛应用于通用机床和一部分专用机床中，如图2一4所示上一页下一页返回2-6机器的传动系统四、常见机械传动装置

图2一4所示为三联滑移齿轮变速机构。轴I上装有3个固定齿轮Z1,Z2和Z3，三联滑移齿轮Z1’,Z2’和Z3’制成一体，并以花键与轴且连接，当滑移齿轮块分别处于对应固定齿轮Z1,Z2和Z3啮合的左、中、右3个不同位置时，可将轴I的一种转速变为轴II的3种转速，达到变速的目的。机床常用的还有双联滑移齿轮变速组和多联滑移齿轮变速组。这种变速组的特点是结构紧凑、传动效率高、变速方便、能传递很大的动力，但不能在运转过程中变速。上一页下一页返回2-6机器的传动系统

(2)离合器变速运动:在离合器变速机构中应用较多的有牙嵌式离合器，齿轮式离合器和摩擦片式离合器。

图2一4所示为端面齿为离合器变速机构。轴I上装有2个固定齿轮z,、z,，它们分别与空套在轴且上的齿轮Z1’,Z2’相啮合。端面齿离合器M，用花键与轴且相连，由于两对齿轮啮合的传动比不同，所以当轴1只有一种转速时，离合器M，分别由左向右操作，依次与Z1’,Z2’的端面齿啮合，轴II可得两种不同转速。离合器变速操纵方便，变速时不需移动齿轮，常用于螺旋齿圆柱齿轮变速，提高传动平稳性。若将端面齿离合器换成摩擦片离合器，就能在运转中变速。离合器变速组的各对齿轮经常处于啮合状态，磨损较大，传动效率低。它主要用于重型机床以及采用螺旋齿圆柱齿轮传动的。上一页下一页返回2-6机器的传动系统

(3)挂轮变速机构:这种变速机构的变速简单，结构紧凑，主要用于大批量生产的自动或半自动机床，专用机床及组合机床等。如图2-4(c),(d)所示。上一页下一页返回2-6机器的传动系统2.变向机构变向机构用来改变机床执行件的运动方向。常用机械式变向机构有两种。图2-5(a)中所示为滑移齿轮变向机构。轴I上装有一个固定双联齿轮组z1、z1'，且Z1=Z1’。轴且上用键连接滑移齿轮Z2，中间轴上装有一空套齿轮Z0o图示中轴ll且上滑移齿轮z2,的两个不同啮合位置，可使轴ll且分别得到与轴I相同或相反的运动方向。上一页下一页返回2-6机器的传动系统3.主传动的启停、制动装置主传动的启停装置是用来控制主轴的启动与停止的机构，启停方式有直接启、停电动机和离合器启、停两种。当电动机功率较小时，可直接启、停电动机，当电动机功率较大时，可以采用离合器实现主轴的启动和停止。在装卸工件、测量被加工面尺寸、更换刀具及调整机床时，常希望机床主运动执行件尽快停止运动，所以主传动系统必须安装制动装置，一般可采用电机反接制动、闸带制动、闸瓦制动。上一页下一页返回2-6机器的传动系统4.主传动的变速操纵装置变速操纵装置是用来控制主轴的正转、反转转动速度的，通过滑移齿轮的位置变化组合、交换齿轮的更换、离合器的结合与脱开、介轮的接入与分离等方式，达到改变机床主轴运转方向和转动速度的要求。上一页下一页返回2-6机器的传动系统2-6-2传动原理及传动原理图一、传动原理图

各种类型机床所需的成形运动是不同的，实现成形运动所采用的传动路线表达式和具体的传动机构更是多种多样，但成形运动主要是由简单的和复合的运动组成，而不同机床上实现这两种运动的传动原理完全相同。所以，只要掌握了实现这两种运动的传动原理，其他类型机床的传动联系可依此方法进行分析。为了便于研究机床的传动联系，常用一些简单的符号把传动原理和传动路线表达式用图示的方法表法表示出来，这类图就称为传动原理图。传动原理图中的机械装置的图形符号见表2-5。上一页下一页返回2-6机器的传动系统二、内联系传动链和外联系传动链构成一个传动联系的一系列传动件称为传动链。传动链按功用可分为主运动传动链和进给运动传动链等，按性质可以分为外联系传动链和内联系传动链。1.外联系传动链联系运动源和机床执行件，使执行件运动，并能改动的