機床基礎知識課件

1、機械制造技術基礎第3章 金屬切削機床基本知識 山東大學機械工程學院2005年8月本科生專業(yè)課程 2022/8/11趙軍第3章 金屬切削機床基本知識 目的要求：1. 掌握機床的分類和編號方法；2. 牢固掌握工件加工表面及其形成方法；3. 牢固掌握機床的運動、傳動聯(lián)系的分類及其原則。2022/8/12金屬切削機床，是指用切削、特種加工等方法加工金屬工件，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的機器。它是制造機器的機器，故又稱為“工作母機”或“工具機”（Machine-tool）,習慣上簡稱為“機床”。2022/8/13在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，制造的機器零件，特別是精密零件的最終形狀、尺寸及表面

2、粗糙度，主要是借助金屬切削機床加工來獲得的，因此機床是制造機器零件的主要設備。擔負的工作量約占機器總制造工作量的40%60%，它的先進程度直接影響到機器制造工業(yè)的產品質量和勞動生產率。 2022/8/14金屬切削機床在國民經(jīng)濟建設中的地位非常重要，機床工業(yè)為全社會各行各業(yè)提供先進的制造技術和優(yōu)質高效的設備，機床工業(yè)的技術水平?jīng)Q定著其它行業(yè)的發(fā)展水平，在很大程度上標志著一個國家的工業(yè)生產能力和科學技術水平。 2022/8/15第1節(jié) 金屬切削機床的分類與型號編制 金屬切削機床的種類非常繁多，為了便于區(qū)別、使用和管理，有必要對機床進行分類，可以從不同的角度出發(fā)對機床進行分類。2022/8/16一、

3、機床的分類機床的傳統(tǒng)分類方法：按加工性質和所用的刀具進行分類。目前我國機床分為：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、鋸床、其它機床、特種加工機床。2022/8/172022/8/18趙軍臥式銑床 立式銑床2022/8/19趙軍立式鉆床 搖臂鉆床2022/8/110趙軍臥式鏜床外形2022/8/1112022/8/112趙軍牛頭刨床(Horizontal Shaper)2022/8/113插齒(Gear Shaping)機2022/8/1142022/8/115趙軍特種加工機床2022/8/116趙軍種類用 途 車床用于加工各種回轉表面和回轉體的端面。如車削內

4、外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成形回轉表面，車削端面及各種常用的螺紋。在車床上還能做鉆孔、擴孔、鉸孔、滾花等工作。銑床可以加工平面、溝槽(鍵槽、T形槽、燕尾槽等)、分齒零件(齒輪、花鍵軸、鏈輪)、螺旋形表面(螺旋槽)及各種曲面。由于是多刀斷續(xù)切削，因而銑床的生產率較高。刨床插床主要用于加工各種平面(如水平面、垂直面和斜面及各種溝槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等)、直線成型表面。回程時不切削，故生產率較低，一般用于單件小批量生產。鏜床適用于對單件或小批量生產的孔系加工，能精確鏜削尺寸較大的孔和平面。磨床用砂輪等作為工具對工件表面進行加工的機床。磨床可加工內外圓柱面和圓錐面、平面、螺旋面及各種成型面等，主

5、要應用于零件精加工，尤其是高硬度材料的精加工。鉆床可對零件進行鉆孔、擴孔、鉸孔、锪平面和攻螺紋等加工。齒輪加工機床加工齒輪輪齒表面的機床稱為齒輪加工機床。2022/8/117每一類機床又按工藝范圍、布局型式和結構等，分為10個組，每一組又細分為若干系（系列）。在上述基本分類方法的基礎上，還可根據(jù)機床其它特征進一步區(qū)分。2022/8/118車床： 臥式車床 立式車床 鉆塔車床 回輪車床 落地車床 液壓仿行車床 多刀自動和半自動車床 專用：曲軸車床、凸輪車床、鏟齒車床2022/8/119按應用范圍（通用性程度）又可分為：1.通用機床用于加工多種零件的不同工序，加工范圍較廣，通用性較大，但結構比較復

6、雜；主要適用于單件小批生產，例如：臥式車床、萬能升降臺銑床等。2022/8/1202. 專門化機床工藝范圍較窄；專門用于加工某一類或幾類零件的某一道（或幾道）特定工序，如曲軸車床、凸輪軸車床等。3.專用機床工藝范圍最窄；只能用于加工某一種零件的某一道特定工序，適用于大批量生產，如機床主軸箱的專用鏜床、車床導軌的專用磨床和各種組合機床等。2022/8/121同類型機床按工作精度又可分：普通精度機床、精密機床和高精度機床。按自動化程度分：手動、機動、半自動和自動的機床。按重量與尺寸分：儀表機床、中型機床（一般機床）、大型機床（重量達10t）、重型機床（大于30t）和超重型機床（大于100t）。20

7、22/8/122通常，機床根據(jù)加工性質進行分類，再根據(jù)其某些特點進一步描述，如多刀半自動車床、高精度外圓磨床等。隨著機床的發(fā)展，其分類方法也將不斷發(fā)展?，F(xiàn)代機床正向數(shù)控化方向發(fā)展，數(shù)控機床的功能日趨多樣化，工序更加集中?，F(xiàn)在一臺數(shù)控機床集中了越來越多的傳統(tǒng)機床的功能，例如，具有自動換刀功能的鏜銑加工中心機床，集中了鉆、鏜、銑等多種類型的機床功能。2022/8/123二、機床型號的編制方法 機床的型號用以簡明地表示機床的類型、通用和結構特性、主要技術參數(shù)等。我國現(xiàn)在最新的機床型號，是按1994年頒布的標準“GB/T15375-94金屬切削機床型號編制方法”編制的。該標準規(guī)定，機床型號由漢語拼音字

8、母和數(shù)字按一定的規(guī)律組合而成。如：CA6140車床。通用機床型號由基本部分和輔助部分組成，中間用“/”隔開，前者需統(tǒng)一管理，后者納入型號與否由企業(yè)自定。2022/8/1242022/8/1251. 機床的分類及類代號按工作原理分為：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、鋸床、其它機床11類。特種加工機床型號編制，暫時按原JB1838-85標準中的“D”類編制。機床的分類及類代號見表。2022/8/126 機床的類和分類代號類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機床螺紋加工機床銑床刨插床拉床特種加工機床鋸床其他機床代號CZTM2M3MYSXBLDGQ讀音車鉆鏜磨2磨3磨牙

9、絲銑刨拉電割其2022/8/1272. 通用特性代號和結構特性代號(1) 通用特性代號有統(tǒng)一的固定含義，在各類機床中表示的意義相同。表機床的通用特性代號通用特性高精度精密自動半自動數(shù)控加工中心仿形輕型加重型簡式代號GMZBKHFQCJ讀音高密自半控換仿輕重簡2022/8/128(2) 結構特性代號對主參數(shù)相同而結構、性能不同的機床進行區(qū)分，在型號中無統(tǒng)一含義，只在同類機床中區(qū)分結構、性能。如： CA6140 型臥式車床型號中的“A”，即在結構上區(qū)別C6140型臥式車床。 如有通用特性代號，結構特性代號應在其后。2022/8/1293. 機床組、系的劃分原則及代號每類機床劃分為十組（每組用一為阿

10、拉伯數(shù)字表示）；每組又劃分為十系（列），每系用一為阿拉伯數(shù)字表示。2022/8/130主參數(shù)的表示方法用折算系數(shù)，取2位數(shù)。重大改進序號 當機床的結構、性能有更高要求，并需按新產品重新設計、試制和鑒定時，才按改進的先后順序用A、B、C（不用I、O）等表示以區(qū)別原型號2022/8/131二、機床型號的編制方法 以MG1432A型高精度萬能外圓磨床舉例說明通用機床型號編制方法：2022/8/132CA6140C：車床類。A：結構特性代號： CA6140 型臥式車床型號中的“A”，即在結構上區(qū)別C6140型臥式車床。 61：組、系代號，臥式車床。40：主參數(shù) 400 mm。2022/8/133202

11、2/8/134第2節(jié) 機床的運動分析 機床的運動分析（研究機床上的各種運動及其相互聯(lián)系）過程根據(jù)在機床上加工的各種表面和使用的刀具類型，分析得到這些表面的方法和所需的運動，再分析為實現(xiàn)這些運動，機床必須具備的傳動聯(lián)系，實現(xiàn)這些傳動的機構，以及機床運動的調整方法該次序總結為：“表面運動傳動機構調整”。2022/8/1351.被加工工件的表面形狀在切削加工過程中，裝在機床上的刀具和工件按一定的規(guī)律作相對運動，通過刀具的刀刃對工件毛坯的切削作用，把毛坯上多余的金屬切掉，從而得到所要求的表面形狀。常用的表面：由平面、圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面、螺旋面、和成形表面等幾種表面元素組成的。一、工件加工表面

12、及其形成方法2022/8/136組成工件輪廓的幾種幾何表面2022/8/1372. 工件表面的形成方法任何規(guī)則表面都可以看作是一條線（稱為母線）沿著另一條線（稱為導線）運動的軌跡。母線和導線統(tǒng)稱為形成表面的發(fā)生線?？赡姹砻嫘纬杀砻娴膬蓷l發(fā)生線母線和導線可以互換，而不改變形成表面的性質。不可逆表面如果母線和導線不可以互換。注意：有些表面的兩條發(fā)生線完全相同，只因母線的相對位置不同，也可形成不同的表面，如圓柱面、圓錐面和雙曲面。2022/8/138母線位置不同形成不同表面11-與軸線平行；22-與軸線不平行，不相交；33-與軸不平行，相交。2022/8/1393. 形成發(fā)生線的方法及所需運動 形成

13、發(fā)生線的方法可歸納為四種：（l）成形法(仿型法) 利用成形刀具對工件進行加工的方法。 刀刃為切削線1，它的形狀和長短與需要形成的發(fā)生線2完全重合，刀具無須任何運動就可以得到所需的發(fā)生線形狀。 形成發(fā)生線2不需運動。2022/8/140成形法(仿型法)2022/8/141（2）展成法利用工件和刀具作展成切削運動進行加工的方法。刀刃為切削線1，它的形狀和長短與需要形成的發(fā)生線2的形狀不吻合，切削線1與發(fā)生線2彼此作無滑動的純滾動，發(fā)生線2就是切削線1在切削過程中連續(xù)位置的包絡線。曲線3是切削刃上某點A的運動軌跡。在形成發(fā)生線2的過程中，或者僅由切削刃1沿著由它生成的發(fā)生線2滾動；或者切削刃1和發(fā)生

14、線2（工件）共同完成復合的純滾動，這種運動稱為展成運動。形成發(fā)生線需要一個成形運動（展成運動）。2022/8/142展成法2022/8/143（3）軌跡法 利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進行加工的方法。 刀刃為切削點1，它按一定軌跡運動，形成所需的發(fā)生線2。 形成發(fā)生線需要一個成形運動。2022/8/144軌跡法2022/8/145（4）相切法利用刀具邊旋轉邊作軌跡運動對工件進行加工的方法。刀刃為旋轉刀具（銑刀或砂輪）上的切削點1，刀具作旋轉運動的同時，其中心按一定規(guī)律運動，切削點1的運動軌跡（如圖中的曲線3）與工件相切，形成了發(fā)生線2。由于刀具上有多個切削點，發(fā)生線2是刀具上所有的切削點

15、在切削過程中共同形成的。形成發(fā)生線需要二個成形運動：刀具的旋轉運動和刀具中心按一定規(guī)律運動。2022/8/146相切法2022/8/147二、機床的運動 表面成形運動為了要獲得所需的工件表面形狀，使刀具和工件按上述形成發(fā)生線的方法之一完成的運動。此外，還有多種輔助運動。2022/8/1481. 表面成形運動 表面成形運動（簡稱成形運動）是保證得到工件要求的表面形狀的運動。例1：車削外圓柱面，工件的旋轉運動B1產生母線（圓），刀具的縱向直線運動A2產生導線（直線）。運動B1和A2就是兩個表面成形運動，下標1、2表示表面成形運動次序。2022/8/149車削外圓柱表面時的成形運動2022/8/15

16、0 例2：龍門刨床刨削工件，工作臺帶著工件作往復直線運動，刀架帶刀具作間歇的直線運動。這兩個直線運動產生發(fā)生線（皆直線），因而都是成形運動。2022/8/151(1)成形運動的種類簡單成形運動旋轉運動（B表示）和直線運動（A表示）這兩種最簡單，也最容易得到。表現(xiàn)形式：主軸的旋轉、刀架或工作臺的直線運動。復合成形運動可以分解成幾個部分，每個部分是一個旋轉或直線運動，與簡單運動相象。但這些部分之間保持著嚴格的相對運動關系，是相互依存，而不是獨立的。所以復合成形運動是一個運動，而不是兩個或兩個以上的簡單運動。2022/8/152例1：車螺紋。螺紋車刀是成形刀具，因此形成螺旋面只需1個運動即車刀在不動

17、的工件作空間螺旋運動。該螺旋運動分解成等速的旋轉運動和等速的直線運動。圖b中以B11和A12代表。 下標第一位數(shù)表示第一個運動（此例只有一個運動），后一位數(shù)表示第一個運動中的第1、第2兩部分。為得到一定導程的螺旋線，B11和A12須嚴格保持相對運動關系，即工件每轉一周，刀具的移動量應為一個導程。加工螺紋時的運動2022/8/153例2：用齒條刀加工齒輪。產生漸開線靠展成法，需要一個復合的展成運動。該復合運動可分解為工件的旋轉B11和刀具的直線運動A12，B11和A12是一個運動（展成運動3）的二個部分，必須保持嚴格的運動關系，即工件每轉過一個齒（B11），齒條刀應移動一個周節(jié)m（m為模數(shù)）。2

18、022/8/154(2) 零件表面成形所需的成形運動母線和導線是形成零件表面的兩條發(fā)生線，因此形成表面所需要的成形運動就是形成其母線及導線所需要的成形運動的總和。例：用普通車刀車削外圓 母線圓，軌跡法，需要一個成形運動B1；（主運動） 導線直線，軌跡法，需要一個成形運動A2；（進給運動） 共需2個簡單的成形運動（B1和A2）。2022/8/155例：用成形車刀車削成形回轉表面 母線曲線，成形法，不需要成形運動； 導線圓，軌跡法，需一個成形運動B；（主運動）（進給運動是刀具的徑向進給） 故成形運動總數(shù)為l個（B），是一個簡單運動。2022/8/156例：用螺紋車刀車削螺紋 母線成形法，不需要成形

19、運動； 導線螺旋線，軌跡法，需要1個復合成形運動，分解為工件旋轉B11和刀具直線移動A12，它們之間保持嚴格的相對運動關系。（工件旋轉B11是主運動，刀具直線移動A12是進給運動）故成形運動總數(shù)為1個，是一個復合運動。2022/8/157例：用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面母線漸開線，展成法，需一個復合成形運動，分解為滾刀旋轉B11和工件旋轉B12，它們之間保持嚴格的相對運動關系：滾刀每轉1/K（K滾刀頭數(shù)）轉（B11），工件轉過1/Z（Z齒輪齒數(shù)）轉即一個齒（B12）；導線直線，相切法，需2個獨立的成形運動，即滾刀旋轉運動和滾刀沿工件軸向移動A2。其中滾刀的旋轉運動與展成運動的一部分B11重合

20、； （滾刀旋轉B11是主運動，工件旋轉B12和滾刀沿工件軸向移動A2都是進給運動） 故成形運動的總數(shù)只有2個：一個是復合成形運動（B11和B12），另一個是簡單成形運動A2。2022/8/158(3) 主運動和進給運動（回顧前面的4個例子） 成形運動按其在切削加工中所起的作用，又可分為主運動和進給運動，它們可能是簡單的成形運動，也可能是復合的成形運動2. 輔助運動除表面成形運動外，還需要輔助運動以實現(xiàn)機床的各種輔助動作。輔助動作的種類很多，主要包括各種空行程運動、切入運動、分度運動和操縱及控制運動等。2022/8/159一般情況下，每一個獨立的運動都有五個要素：即軌跡、速度、方向、行程和位置。

21、現(xiàn)以牛頭刨床為例來說明。 . 運動的軌跡直線；. 運動速度切削速度v；. 運動方向向前運動為切削；. 運動行程L；. 運動位置運動的起點為a，終點為b。2022/8/160三、機床的傳動聯(lián)系和傳動原理圖 1. 機床的傳動聯(lián)系 為實現(xiàn)加工過程中所需的各種運動，機床必須具備以下3個基本部分：執(zhí)行件執(zhí)行機床運動的部件，如主軸、刀架、工作臺等，其任務是帶動工件或刀具完成一定形式的運動（旋轉或直線運動）和保持準確的運動軌跡。2022/8/161動力源提供運動和動力的裝置，是執(zhí)行件的運動來源。通常為電動機。傳動裝置傳遞運動和動力的裝置，把動力源的運動和動力傳給執(zhí)行件。如齒輪、鏈輪、膠帶輪、絲桿、螺母等。傳

22、動裝置通常還需完成變速、換向、改變運動形式等任務，使執(zhí)行件獲得所需要的運動速度、運動方向和運動形式。如“齒輪-齒條”、“絲桿-螺母”、“蝸桿-蝸輪 傳動裝置把執(zhí)行件和動力源或者把有關的執(zhí)行件之間聯(lián)接起來，構成傳動聯(lián)系。2022/8/1621.機床的傳動鏈為了在機床上得到所需的運動，必須通過一系列的傳動件把運動源和執(zhí)行件或執(zhí)行件和執(zhí)行件聯(lián)系起來，稱為傳動聯(lián)系，該系列串聯(lián)著的傳動件，稱為傳動鏈。傳動鏈構成一個傳動聯(lián)系的一系列傳動件。按傳動鏈的功用分為：主運動傳動鏈和進給運動傳動鏈等。按傳動聯(lián)系的性質分為：外聯(lián)系傳動鏈和內聯(lián)系傳動鏈。2022/8/163(1) 外聯(lián)系傳動鏈：運動源執(zhí)行件 聯(lián)系動源和

23、機床執(zhí)行件，使執(zhí)行件得到運動，并能改變運動的速度和方向，但不要求動源和執(zhí)行件之間有嚴格的傳動比關系。 例如：車螺紋時，從電機到車床主軸的傳動鏈就是外聯(lián)系傳動鍵，它只決定車螺紋速度的快慢，而不影響螺紋表面的成形。2022/8/164外聯(lián)系傳動鏈 2022/8/165(2)內聯(lián)系傳動鏈：執(zhí)行件執(zhí)行件 聯(lián)系復合運動之內的各個分解部分，傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件相互之間的相對速度（及相對位移量）有嚴格的要求，用來保證運動的軌跡。 例如：車螺紋時，為保證所需螺紋的導程大小，主軸（工件）轉一周時，車刀必須沿工件軸向移動一個導程。聯(lián)系主軸刀架之間的螺紋傳動鏈，就是一條傳動比有嚴格要求的內聯(lián)系傳動鍵。2022/8/

24、166內聯(lián)系傳動鏈車床上車單頭螺紋時的內聯(lián)系。內聯(lián)系傳動鏈由3對齒輪串聯(lián)而成，其作用是將兩執(zhí)行件，即主軸與刀架聯(lián)系起來，保證主軸轉一周，刀架移動一個被加工導程，從而將兩個單元運動，即主軸旋轉n1 和刀架縱向移動n2 ，組成復合運動（n1 n2）。 2022/8/167再如：用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪時，滾刀轉1/K轉時（K是滾刀頭數(shù)），工件就必須轉1/Z轉（Z為齒輪齒數(shù)）。聯(lián)系滾刀旋轉B11和工件旋轉B12的傳動鏈必須保證嚴格的運動關系。所以也是內聯(lián)系傳動鏈。由此可見：內聯(lián)系傳動鏈中，各傳動副的傳動比必須準確不變，不應有摩擦傳動或是瞬時傳動比變化的傳動件（如鏈傳動）。2022/8/1683.傳動原理圖傳動鏈包括多種傳動機構如：帶傳動、定比齒輪副、絲杠螺母、蝸輪蝸桿、滑移齒輪變速機構、離合器變速機構、交換齒輪或掛輪架以及各種電的、液壓的、機械的無級變速機構等。2022/8/169傳動機構分成兩大類：固定傳動比的傳動機構（簡稱“定