天工大机械制造技术基础教案第4章 金属切削机床

第四讲金属切削机床周次时间年月日第节章节名称第4章金属切削机床4.1概述4.2金属切削机床的分类和型号编制授课方式理论课教学时数2教学目的及要求1．了解机床的基本组成和技术性能指标2．了解机床的分类和型号编制规则教学方法多媒体讲解教学内容一、机床的基本组成各类机床通常都是由下列基本部分组成：1.动力源为机床提供动力（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统的液压缸、液压马达等。2.传动系统包括主传动系统、进给传动系统和其他运动的传动系统，如变速箱、进给箱等部件，有些机床主轴组件与变速箱合在一起称为主轴箱。3.支撑件用于安装和支撑其他固定的或运动的部件，承受其重力和切削力，如床身、底座、立柱等。支撑件是机床的基础构件，也称机床大件或基础件。4.工作部件工作部件主要包括以下几种：①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，如主轴及主轴箱、工作台及其溜板或滑座、刀架及其溜板及滑枕等安装工件或刀具的部件。②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。③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。不同种类的机床，由于其用途、表面形成运动和结构布局的不同，这些工作部件的构成和结构差异很大，但就运动形式来说，主要是旋转运动和直线运动，所以工作部件结构中大多含有轴承和导轨。5.控制系统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、主轴和进给的伺服控制系统（伺服单元）、可编程序控制器和输入输出装置等。6.冷却系统用于对加工工件、刀具及机床的某些发热部位进行冷却。7.润滑系统用于对机床的运动副（如轴承、导轨等）进行润滑，以减小摩擦、磨损和发热。8.其他装置如上下料装置、排屑装置、自动测量装置等。二、机床的技术性能机床的技术性能是根据使用要求提出和设计的。了解机床技术性能对于选用机床及安排零件的加工是很重要的。一般机床的技术性能包括下列内容：1.机床的工艺范围机床的工艺范围是指在机床上加工的零件类型和尺寸，能够完成何种工序，使用什么刀具等。通用机床有较宽的工艺范围，专用机床的工艺范围就很窄。2.机床的技术参数机床的技术参数主要包括：尺寸参数、运动参数和动力参数。在机床使用说明书中都给出了该机床的主要技术参数（也称技术规格），据此可进行合理的选用。①尺寸参数。是具体反映机床的加工范围和工作能力的参数。它包括主参数、第二主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数。②运动参数。是指机床执行件的运动速度、变速级数等，如机床主轴的最高转速、最低转速及变速级数等。③动力参数。是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扭矩和工作台允许的最大拉力等。3.加工质量加工质量主要指加工精度和表面粗糙度，它们由机床、刀具、夹具、切削条件和操作者技能等因素决定。机床的加工质量是指在正常工艺条件下所能达到的经济精度，主要由机床本身的精度保证。机床本身的精度包括几何精度、传动精度和动态精度：①几何精度。是机床在低速空载时各部件间相互位置精度和主要零件的形位精度，如机床主轴的径向跳动和端面跳动、工作台面的平面度等。②传动精度。是指机床传动链各末端执行元件之间运动的协调性和均匀性，如车床车螺纹时，要求传动链两端保持严格的传动比，传动链的传动误差将影响到螺纹的加工精度。③动态精度。是指机床加工时，在切削力、夹紧力、振动和温升的作用下各部件间的相互位置精度和主要零件的形位精度。机床的动态精度主要受机床刚度、抗振性和热变形等因素的影响。4.生产率和自动化程度机床的生产率是指机床在单位时间内所加工的工件数量，机床的自动化程度影响着机床生产率的高低，选择机床时必须注意这一点。5.人机关系人机关系主要指机床应操作方便、省力、安全可靠、易于维护和修理等。6.成本选用机床时应根据加工零件的类型、形状、尺寸、技术要求和生产批量等，选择技术性能与零件加工要求相适应的机床，以充分发挥机床的性能，取得较好的经济效果。三、机床的分类机床的分类方法很多，主要是按加工性质和所用刀具进行分类。目前将机床分为11大类：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、切断机床及其他机床。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构性能等不同，分为若干组，每一组又细分为若干系（系列）。除上述基本分类方法外,机床还可以根据其他特征进行分类。同类型机床按其工艺范围又可分为：1.通用机床这类机床可以加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂。这类机床主要适用于单件小批生产，例如，卧式车床、卧式镗床、万能升降台铣床等。2.专门化机床这类机床的工艺范围较窄，专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序，如曲轴机床、齿轮机床等。3.专用机床这类机床的工艺范围最窄，只能用于加工某一零件的某一道特定工序，适用于大批量生产。如加工机床主轴箱的专用镗床、加工车床导轨的专用磨床等。各种组合机床也属于专用机床。同类型机床按其加工精度的不同又可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。此外，机床还可按照自动化程度的不同，分为手动、机动、半自动和全自动机床。机床还可按质量与尺寸分为仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（重量达10t及以上）、重型机床（重量在30t以上）、超重型机床（重量在100t以上）。按机床主要工作部件的数目，又可分为单轴、多轴、单刀或多刀机床。四、通用机床型号的编制我国现行的机床型号是按1994年颁布的标准“GB/T15375—1994金属切削机床型号编制方法”编制的。此标准规定，机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成，它适用于新设计的各类通用及专用金属切削机床、自动线，不包括组合机床、特种加工机床。通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。基本部分需统一管理，辅助部分是否写入型号由企业自定。机床的类代号，用大写的汉语拼音字母表示。必要时，每类可分为若干分类。分类代号在类代号之前，作为型号的首位，并用阿拉伯数字表示。第一分类代号前的“l”省略，第“2”、“3”分类代号则应予以表示。机床按其工作原理划分为11类。每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系（系列）。在同一类机床中，主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。在同一组机床中，其主要参数相同、主要结构及布局形式相同的机床，即为同一系。机床的组，用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号、结构特性代号之后。机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。机床的通用特性代号和结构特性代号，用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。通用特性代号有统一的固定含义，它在各类机床型号中表示的意义相同。当某类型机床，既有普通型又有某种通用特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区别。如果某类型机床仅有某种通用特性，而无普通形式者，则通用特性不予表示。如C1312型单轴转塔自动车床，由于这类车床没有“非自动”型，所以不必用“Z”表示通用特性。当在一个型号中需同时使用两至三个通用特性代号时，一般按重要程度排列顺序。举例如下：【例4-1】北京机床研究所生产的精密卧式加工中心，其型号为THM6350/JCS。【例4-2】大河机床厂生产的经过第一次重大改进，其最大钻孔直径为25mm的四轴立式排钻床，其型号为Z5625´4A/DH。【例4-3】最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床，其型号为MB8240。根据加工的需要，在此型号机床的基础上变换的第一种形式的半自动曲轴磨床，其型号为MB8240/1，变换的第二种形式的型号则为MB8240/2，依次类推。【例4-4】某机床厂设计试制的第五种仪表磨床为立式双轮轴颈抛光机，这种磨床无法用一个主参数表示，故其型号为M0405。后来，又设计了第六种轴颈抛光机，其型号为M0406。五、其他类型机床型号的编制1.专用机床型号表示方法专用机床的型号一般由设计单位代号和设计顺序组成。设计单位代号包括机床生产厂和机床研究单位代号（位于型号之首）。专用机床的设计顺序号，按该单位的设计顺序号排列，由001起始，位于设计单位代号之后，并用“－”隔开，读作“至”。【例4-5】上海机床厂设计制造的第15种专用机床为专用磨床，其型号为H－015。2.机床自动线型号表示方法由通用机床或专用机床组成的机床自动线，其代号为“ZX”，读作“自线”，它位于设计单位代号之后，并用“－”分开，读作“至”。机床自动线设计顺序号的排列与专用机床的设计顺序号相同，位于机床自动线代号之后。【例4-6】北京机床研究所以通用机床或专用机床为某厂设计的第一条机床自动线，其型号为JCS－ZX001。教学重点难点重点1．机床的分类和型号编制讨论练习作业参考资料教研室主任审批意见教学后记

第九讲卧式车床CA6140介绍周次时间年月日第节章节名称第4章金属切削机床4.3卧式车床CA6140介绍授课方式理论课教学时数2教学目的及要求1．CA6140车床的工艺范围和主要技术参数2．CA6140车床的的传动系统分析3．CA6140车床的的主要部件教学方法多媒体讲解教学内容一、CA6140的工艺范围CA6140型卧式车床加工的对象，主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件，还可以加工螺纹表面。该车床的工艺范围广，可以进行多种表面加工。可车削各种轴、盘套类的回转表面，如内外圆柱、圆锥面、环槽及成形回转面、还可车削端面，也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、车螺纹、滚花等加工。图4-1所示为卧式车床所能加工的典型表面。另外，在车床上稍作改装，可进行镗孔、车削球面、滚压、珩磨等加工。二、CA6140的主要技术参数床身上最大工件回转直径400mm。刀架上最大工件回转直径210mm。最大棒杆直径（mm）47。最大工件长度（mm）750、1000、1500、2000四种。最大加工长度（mm）650、900、1400、1900。主轴转速范围正转10～1400r/min，24级；反转14.5～1600r/min，12级。进给量范围纵向0.028～633mm/r，共64级；横向0.014～3.16mm/r，共64级。螺纹加工范围米制螺纹P=1～192mm，44种；英制螺纹a=2～24牙/in，20种；模数制螺纹m=0.25～48mm，39种；径节制螺纹Dp=1～96牙/in，37种。机床外形尺寸（长´宽´高）对于最大工件长度1500mm的机床为3168mm´

1000mm´1267mm。三、机床的传动系统CA6140型车床是普通精度的卧式车床。其传动系统图如教材中图4-2所示。传动系统包括主运动传动链和进给运动传动链两部分。1.主运动传动链主运动传动链的两末端件是电动机和主轴。它的功用是把动力源（电动机）的运动及能量传给主轴，使主轴带动工件旋转。卧式车床的主轴应能变速及换向。2.进给运动传动链进给运动传动链是使刀架实现纵向或横向运动的传动链。传动链的两末端件是主轴和刀架。卧式车床在切削螺纹时，进给传动链是内联系的传动链，即主轴每转1转，刀架的移动量等于被加工工件螺纹的螺距。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。三、CA6140的主要结构（1）主轴箱（2）刀架及滑板（3）尾座（4）进给箱（5）床身及床腿（6）溜板箱四、主轴部件主轴部件是机床重要部件之一，它是机床的执行件。它的功用是支撑并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。主轴部件由主轴及其支撑轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。1.主轴部件应满足的基本要求（1）旋转精度（2）刚度（3）抗振性（4）温升和热变形2.主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。3.主轴部件结构（1）主轴的支撑形式多数机床的主轴采用前、后两个支撑。这种方式结构简单，制造装配方便，容易保证精度。为提高主轴部件的刚度，前后支撑应消除间隙或预紧。为提高刚度和抗振性，有的机床主轴采用三个支撑。三个支撑中可以前、后支撑为主要支撑，中间支撑为辅助支撑；也可以前、中支撑为主要支撑，后支撑为辅助支撑。三支撑方式对三支撑孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。主支撑也应消除间隙或预紧，“辅助”支撑则应保留一定的径向游隙或选用较大游隙的轴承。由于三个轴径和三个箱体孔不可能绝对同轴，三个轴承不能都预紧，以免发生干涉，恶化主轴的工作性能，使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。在三支撑主轴部件中，采用前、中支撑为主要支撑的较多。（2）主轴的构造主轴的构造和形状主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承等零件的类型、数量、位置和安装定位方法等。主轴一般为空心阶梯轴，前端径向尺寸大，中间径向尺寸逐渐减小，尾部径向尺寸最小。主轴的前端形式取决于机床类型和安装夹具或刀具的形式。主轴头部的形状和尺寸已经标准化，应遵照标准进行设计。主轴的技术要求，应根据机床精度标准有关项目制定。（3）主轴的材料和热处理主轴的材料应根据载荷特点、耐磨性要求、热处理方法和热处理后变形情况选择。（4）主轴轴承主轴部件中最重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、结构、配置方式、安装调整、润滑和冷却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。机床上常用的主轴轴承有：滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承等。此外，还有自调磁浮轴承等适应高速加工的新型轴承。主轴部件主支撑常用滚动轴承有：角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、陶瓷滚动轴承等。五、支撑件机床的支撑件是指床身、立柱、横梁、底座等大件，相互固定连接成机床的基础和框架。机床上其他零、部件可以固定在支撑件上，或者工作时在支撑件的导轨上运动。因此，支撑件的主要功能是保证机床各零、部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。所以，支撑件的合理设计是机床设计的重要环节之一。1.支撑件应满足的基本要求支撑件应满足下列要求：①应具有足够的刚度和较高的刚度—质量比。②应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振，不会因薄壁振动而产生噪声。③热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。④排屑畅通，吊运安全，并具有良好的结构工艺性。2.支撑件的结构支撑件是机床的一部分，因此设计支撑件时，应首先考虑所属机床的类型、布局及常用支撑件的形状。在满足机床工作性能的前提下，综合考虑其工艺性。还要根据使用要求，进行受力和变形分析，再根据所受的力和其他要求（如排屑、吊运、安装其他零件等）进行结构设计，初步决定其形状和尺寸。支撑件的总体结构形状基本上可以分为三类：①箱形类。支撑件在三个方向的尺寸都相差不多，如各类箱体、底座、升降台等。②板块类。支撑件在两个方向的尺寸比第三个方向大得多，如工作台、刀架等。③梁类。支撑件在一个方向的尺寸比另两个方向大得多，如立柱、横梁、摇臂、滑枕、床身等。3.支撑件的材料支撑件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土等。六、导轨导轨的功用是承受载荷和导向。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支撑导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。导轨副按导轨面的摩擦性质可分为滑动导轨副和滚动导轨副。在滑动导轨副中又可分为普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨等。1.导轨应满足的主要技术要求（1）导向精度（2）承载能力大、刚度好（3）精度保持性好（4）低速运动平稳2.导轨的截面形状和组合形式直线运动导轨的截面形状主要有4种：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形，并可互相组合。每种导轨副之中还有凸、凹之分。3.导轨的结构类型及特点①滑动导轨。从摩擦性质来看，滑动导轨是具有一定动压效应的混合摩擦状态。导轨的动压效应主要与导轨的滑动速度、润滑油黏度、导轨自身的油沟尺寸和形式等有关。速度较高的主运动导轨，如立式车床的工作台导轨，应合理地设计油沟形式和尺寸，选择合适黏度的润滑油，以产生较好的动压效果。滑动导轨的优点是结构简单、制造方便和抗振性良好，缺点是磨损快。为了提高耐磨性，国内外广泛采用塑料导轨和镶钢导轨。塑料导轨是用黏结法或喷涂法覆盖在导轨面上。通常对长导轨采用喷涂法，对短导轨采用黏结法。②静压导轨。它的工作原理与静压轴承相似，通常在动导轨面上均匀分布有油腔和封油面，把具有一定压力的液体或气体介质经节流器送到油腔内，使导轨面间产生压力，将动导轨微微抬起，与支撑导轨脱离接触，浮在压力油膜或气膜上。静压导轨的优点是摩擦因数小、在启动和停止时没有磨损、精度保持性好；缺点是结构复杂、需要一套专门的液压或气压设备、维修和调整比较麻烦。因此，多用于精密和高精度机床或低速运动机床中。③卸荷导轨。用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大型、重型机床来说，工作台和工件的质量很大，导轨面上的摩擦阻力很大，常采用卸荷导轨。导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷等。④滚动导轨。在静、动导轨面之间放置滚动体，如滚珠、滚柱、滚针或滚动导轨块等，组成滚动导轨。滚动导轨与滑动导轨相比，具有摩擦因数小、动静摩擦因数很接近的优点。因此，摩擦力小，启动轻便，运动灵敏，不易爬行；磨损小，精度保持性好，寿命长；具有较高的重复定位精度，运动平稳。可采用油脂润滑，润滑系统简单。常用于对运动灵敏度要求高的地方，如数控机床和机器人或者精密定位微量进给机床中。滚动导轨同滑动导轨相比，抗振性差，但可以通过预紧方式提高，结构复杂，成本较高。滚动导轨按滚动体类型分为滚珠、滚柱和滚针3种。滚珠式为点接触，承载能力差，刚度低，多用于小载荷情况下；滚柱式为线接触，承载能力比滚珠式高，刚度好，用于较大载荷情况下；滚针式也为线接触，常用于径向尺寸小的导轨。教学重点难点重点1．机床传动系统分析难点1．机床传动系统分析和转速计算讨论练习作业参考资料教研室主任审批意见教学后记

第十讲数控机床介绍周次时间年月日第节章节名称第4章金属切削机床4.4数控机床介绍授课方式理论课教学时数2教学目的及要求1．理解数控机床的组成和工作原理2．了解数控机床的特点和应用3．掌握数控机床的分类教学方法多媒体讲解教学内容一、数控机床的工作原理数控机床加工零件时，操作者首先应按零件图的要求制定工艺过程，用规定的代码和程序格式编写加工程序，即把工艺过程转变为数控机床能接受的指令信息（即指令代码）；然后把这种信息记录在信息载体（如穿孔纸带、磁带或磁盘）上，输送给数控装置，由数控装置对输入信息进行处理后，经伺服系统驱动机床的执行件（刀架或工作台）实现进给运动，并控制机床其他必要的动作