機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 第4章 金屬切削機(jī)床

第4章金屬切削機(jī)床

Chapter4Metal-CuttingMachineTool4.1概述Summary4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析TheMotionAnalysisofMachineTools4.3車床Lathes第4章金屬切削機(jī)床

Chapter4Metal-CuttingMachineTool4.4齒輪加工機(jī)床GearCuttingMachines4.5銑床MillingMachines4.6磨床GrindingMachines4.7其他機(jī)床OtherMachines4.1概述

Summary4.1.1金屬切削機(jī)床及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用

Metal-CuttingMachineToolsandTheirImportantRoleintheNationalEconomy4.1.2金屬切削機(jī)床的分類

ClassificationofMetal-CuttingMachineTools

1.按加工性質(zhì)和所用刀具分類按加工性質(zhì)和所用刀具分類，目前我國(guó)機(jī)床分為12大類4.1概述

Summary2.按通用性程度分類（1）通用機(jī)床（萬能機(jī)床）(Universalmachinetool)（2）專門化機(jī)床（專能機(jī)床）(Specializationmachinetool)（3）專用機(jī)床(Specialmachinetool)

還可以按照下列的分類方法進(jìn)行分類：按照加工精度的不同，分為普通精度機(jī)床、精密機(jī)床（Precisionmachinetool）和高精度機(jī)床等三類（Highprecisionmachinetool）；按自動(dòng)化程度的不同，可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床；按照機(jī)床主要工作器官的數(shù)目，分為單軸的、多軸的、單刀的、多刀的機(jī)床等。4.1概述

Summary4.1.3金屬切削機(jī)床型號(hào)的編制

CompilationofMetal-CuttingMachineToolsType按照GB/T15375-1994《金屬切削機(jī)床型號(hào)編制辦法》規(guī)定，我國(guó)機(jī)床型號(hào)是由漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字按一定規(guī)律排列組合。1.通用機(jī)床型號(hào)的編制（1）機(jī)床類別的代號(hào)4.1概述

Summary類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床銑床刨插床拉床特種加工機(jī)床鋸床其他機(jī)床代號(hào)CZTM2M3MYSXBLDGQ讀音車鉆鏜磨二磨三磨牙絲銑刨拉電割其表4-1機(jī)床的類別代號(hào)及其讀音4.1概述

Summary（2）機(jī)床特性代號(hào)

表4-2通用特性代號(hào)及其讀音通用特性高精度精密自動(dòng)半自動(dòng)數(shù)控加工中心（自動(dòng)換刀）仿型輕型加重型簡(jiǎn)式或經(jīng)濟(jì)型柔性加工單元數(shù)顯高速代號(hào)GMZBKHFQCJRXS讀音高密鏜半控?fù)Q仿輕重簡(jiǎn)柔顯速4.1概述

Summary（3）機(jī)床的組別和系（型）別代號(hào)

，如表4-3（P69）（4）主要參數(shù)(mainparameters)代號(hào)，如表4-44.1概述

Summary機(jī)床主參數(shù)名稱折算系數(shù)第二主參數(shù)普通車床搖臂鉆床立式鉆床臺(tái)式鉆床臥式鏜床矩臺(tái)平面磨床外圓磨床內(nèi)圓磨床滾（插）齒機(jī)絲杠車床龍門銑床升降臺(tái)銑床龍門刨床臥式內(nèi)拉床床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑最大鉆孔直徑最大鉆孔直徑最大鉆孔直徑主軸直徑工作臺(tái)面寬度最大磨削直徑最大磨削孔徑最大工件直徑最大工件長(zhǎng)度工作臺(tái)面寬度工作臺(tái)面寬度最大刨削寬度額定拉力

1/101/11/11/11/101/101/101/101/101/1001/1001/101/1001/1最大工件長(zhǎng)度最大跨距工作臺(tái)面長(zhǎng)度最大磨削長(zhǎng)度最大磨削深度最大模數(shù)最大工件長(zhǎng)度工作臺(tái)面長(zhǎng)度工作臺(tái)面長(zhǎng)度最大刨削長(zhǎng)度最大行程表4-4常用機(jī)床主參數(shù)名稱及折算系數(shù)4.1概述

Summary（5）機(jī)床的重大改進(jìn)順序號(hào)（6）其他特性代號(hào)通用機(jī)床型號(hào)的編制舉例：例1CA6140型臥式車床：類別代號(hào)（車床類）結(jié)構(gòu)特性代號(hào)（與C6140結(jié)構(gòu)不同）組別代號(hào)(落地及臥式車床組)系別代號(hào)（臥式車床系）主參數(shù)代號(hào)（最大車削直徑320mm）C

A

6

1

40

4.1概述

Summary例2MGl432型高精度外圓磨床：類別代號(hào)（磨床類）通用特性代號(hào)（高精度）組別代號(hào)（外圓磨床組）系別代號(hào)（萬能外圓磨床系）主參數(shù)代號(hào)（最大磨削直徑320mm）重大改進(jìn)順序號(hào)（第一次重大改進(jìn)）

M

G

1

4

32

A4.1概述

Summary2.專用機(jī)床型號(hào)的編制

（1）設(shè)計(jì)單位代號(hào)（2）設(shè)計(jì)順序號(hào)

4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools通常按照“表面—運(yùn)動(dòng)—傳動(dòng)—機(jī)構(gòu)（結(jié)構(gòu)）”的步驟認(rèn)識(shí)和分析4.2.1工件加工表面的形狀

ShapeofWorkpieceSurface4.2.2表面的形成方法及所需的運(yùn)動(dòng)

TheFormingMethodsandmotionsofWorkpieceSurface

除成形運(yùn)動(dòng)外，一般機(jī)床還具有下列輔助運(yùn)動(dòng)：（1）分度運(yùn)動(dòng)(Indexingmotion)（2）切入運(yùn)動(dòng)(Cutinmotion)（3）調(diào)位運(yùn)動(dòng)(adjustingmotion)（4）操縱及控制運(yùn)動(dòng)(Manipulationandcontrolmotion)上述各種運(yùn)動(dòng)中，以成形運(yùn)動(dòng)為最基本的運(yùn)動(dòng)。

4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools1．表面的形成

圖4-1車削外圓柱表面

圖4-2普通螺紋的螺旋表面

4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools2．發(fā)生線的形成方法及所需運(yùn)動(dòng)

圖4-3切削刃的形狀與發(fā)生線的三種關(guān)系4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools形成發(fā)生線的方法可歸納為如圖4-4所示的四種：（1）軌跡法(Locusmethod)（圖4-4（a））（2）成形法(Formingmethod)（圖4-4（b））（3）相切法(Tangentmethod)（圖4-4（c））（4）展成法(Generatingmethod)（圖4-4（d）4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools圖4-4形成發(fā)生線的四種方法4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools3．零件表面成形所需的成形運(yùn)動(dòng)【例2-1】如圖4-5（a）所示，用寬車刀車削外圓柱表面母線——直線。由成型法形成，不需要成形運(yùn)動(dòng)導(dǎo)線——圓。由軌跡法形成需要1個(gè)成形運(yùn)動(dòng)B

因此，形成表面的成形運(yùn)動(dòng)牧總數(shù)仍為1個(gè)（B）【例2-2】如圖4-5（b）所示，用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面母線——漸開線。導(dǎo)線——直線。4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools圖4-5零件表面成形所需的成形運(yùn)動(dòng)實(shí)例4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools4.2.3機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系和傳動(dòng)原理圖TransimissionSystemandPrincipleDiagramoftheMachine

1．機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系

（1）動(dòng)力源(powersource)（2）執(zhí)行件(Executivecomponent)（3）傳動(dòng)件(Transmissionparts)傳動(dòng)鏈可以分為內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈和外聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩類1）外聯(lián)系傳動(dòng)鏈(External-correlativetransmissionchain)2）內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈(Internal-correlativetransmissionchain)4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools2．傳動(dòng)原理圖(Machinedrivenscheme)

(a)電動(dòng)機(jī)(b)主軸(c)車刀(d)滾刀

(e)合成機(jī)構(gòu)(f)傳動(dòng)比可變換的換置機(jī)構(gòu)(g)傳動(dòng)比不變的傳動(dòng)聯(lián)系

圖4-6傳動(dòng)原理圖中的常用符號(hào)

4.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析

TheMotionAnalysisofMachineTools圖4-7臥式車床的傳動(dòng)原理圖

4.3車床

Lathes4.3.1車床的用途和分類

ApplicationandClasificationoftheLathe1）臥式車床(Universallathe)及落地車床(Faceplatelathe)2）立式車床(Verticallathe)；3）六角車床(Turretlathe)；4）多刀自動(dòng)半自動(dòng)車床(Semiautomaticmulticutlathe)；5）仿形車床(Copyinglathe)；6）單軸自動(dòng)和半自動(dòng)車床(Singlespindleautomaticlathe)

7）多軸自動(dòng)半自動(dòng)車床(MultiplespindleautomaticandSemiautomaticlathe)。4.3車床

Lathes4.3.2CA6140型普通臥式車床

CA6140GeneralHorizontalLathe1.CA6140型車床的工藝范圍2.CA6140型車床的運(yùn)動(dòng)(1)工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(2)刀具作平行于工件中心線的縱向運(yùn)動(dòng)

(3)刀具作垂直于工件中心線的橫向移動(dòng)4.3車床

Lathes圖4-8普通臥式車床所能加工的零件表面

4.3車床

Lathes3.CA6140型普通臥式車床的組成和總體布局（1）主軸箱（床頭箱Headstock），標(biāo)號(hào)l（2）刀架部件(Toolpost)，標(biāo)號(hào)2（3）尾架（尾座Tailstock），標(biāo)號(hào)3（4）進(jìn)給箱（走刀箱Feedstock），標(biāo)號(hào)10（5）溜板箱(Apron)，標(biāo)號(hào)8（6）床身(Bed)，標(biāo)號(hào)4

4.3車床

Lathes圖4-9CA6140型普通臥式車床

4.3車床

Lathes圖4-10CA6140型普通臥式車床中心高及最大加工直徑

4.3車床

Lathes5.CA6140型普通臥式車床的傳動(dòng)系統(tǒng)(1)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈(Cuttingmotiontransmissionchain)

1）傳動(dòng)路線(transmissionroute)CA6140型普通車床主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線表達(dá)式如下：

4.3車床

Lathes圖4-11CA6140型普通車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖4.3車床

Lathes2）主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)及轉(zhuǎn)速值在軸Ⅲ到軸V之間4條傳動(dòng)路線的傳動(dòng)比是：

其中u2與u3基本上相同，使主軸獲得的實(shí)際轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)，不是2×3×4=24級(jí)，而是2×3×(4-1)=18級(jí)。同理，主軸反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為3×[1+(2×2-1)]=12級(jí)。4.3車床

Lathes主軸的轉(zhuǎn)速可應(yīng)用下列運(yùn)動(dòng)平衡式進(jìn)行計(jì)算：（4-1）式中n主

—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）；

n電—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，=1450r/min；

D—主動(dòng)皮帶輪直徑，D=130mm；—被動(dòng)皮帶輪直徑，=230mm；—帶傳動(dòng)的滑動(dòng)系數(shù)，可近似地取，即:4.3車床

Lathes如圖4-11中所表示的齒輪嚙合情況的主軸的轉(zhuǎn)速為主軸的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速分別為：(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈(Feedmotiontransmissionchain)簡(jiǎn)介圖4-12進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線

4.3車床

Lathes6.CA6140型車床的主軸箱的主要結(jié)構(gòu)（1）雙向多片式摩擦離合器(Frictionclutch)、制動(dòng)器(Brake)及其操縱機(jī)構(gòu)(Manipulationmechanism)（2）卸荷帶輪(Unloadingbeltwheel)4.3車床

Lathes圖4-13CA6140型普通車床的主軸箱展開圖4.3車床

Lathes圖4-14展開圖的剖切面4.3車床

Lathes1、8-空套齒輪塊2-內(nèi)摩擦片3-外摩擦片4-止推片5、23-銷6-螺母7-側(cè)刀架9、20-桿10-滑套11-元寶銷12-調(diào)節(jié)螺釘13-彈簧14-杠杠15-自動(dòng)帶16-制動(dòng)盤

17-齒條18-齒扇19-連桿21-操縱手柄22-操縱軸

圖4-15雙向摩擦離合器、制動(dòng)器及其操縱機(jī)構(gòu)

4.3車床

Lathes圖4-16卸荷帶輪結(jié)構(gòu)圖

1-帶輪2-花鍵套3-法蘭4-主軸箱體5-彈簧卡圈6、7、8-深溝球軸承9-螺母

4.3.3立式車床

VerticalLathe1-底座2-工作臺(tái)3-立柱4-垂直刀架5-橫梁6-垂直刀架進(jìn)給箱7-側(cè)刀架8-側(cè)刀架進(jìn)給箱9-頂梁圖4-17立式車床4.3.4轉(zhuǎn)塔車床

TurretLathe

1-主軸箱2-前刀架3-床身4-前刀架溜板箱5-轉(zhuǎn)塔刀架6-轉(zhuǎn)塔刀架溜板箱7-定程裝置8-進(jìn)給箱圖4-18普通轉(zhuǎn)塔車床外形圖4.3車床

Lathes4.3.5CA6140結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)

ExperimentUnderstandingCA6140Structure1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容3實(shí)驗(yàn)設(shè)備4實(shí)驗(yàn)方法5注意事項(xiàng)6思考題4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines4.4.1齒輪加工原理

GearCuttingTheory成形法(Formcutting)展成法(Generatingcutting)4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-19盤形齒輪銑刀加工齒輪4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-20指狀齒輪銑刀加工齒輪4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines刀號(hào)12345678加工齒輪齒數(shù)12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上表4-4各號(hào)盤形齒輪銑刀對(duì)應(yīng)加工的齒輪齒數(shù)4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines4.4.2滾齒機(jī)HobbingMachine1.滾切直齒圓柱齒輪(Cylindricalspurgear)（1）機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析（2）機(jī)床的傳動(dòng)原理1）展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈2）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈3）軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-21滾切直齒圓柱齒輪所需運(yùn)動(dòng)

4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-22滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖

4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-23采用獨(dú)立動(dòng)源的滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖

4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines2.滾切斜齒圓柱齒輪(Cylindricalhelicalgear)（1）機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析（2）機(jī)床的傳動(dòng)原理圖4-24斜齒圓柱齒輪

4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-25滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖

4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines3.滾刀的安裝角（Hobswivel-settingangle)（1）滾切直齒圓柱齒輪時(shí)滾刀的安裝角

（4-18）其中—滾刀安裝角；—為滾刀螺旋升角(Leadangleofthehob)。

當(dāng)滾刀的螺旋方向?yàn)橛視r(shí)，上式取“-”號(hào)，即需將滾刀的軸線由水平方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度；當(dāng)滾刀的螺旋方向?yàn)樽髸r(shí)，上式取“+號(hào)，即需將滾刀的軸線由水平方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度。4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines表4-5滾切直齒圓柱齒輪時(shí)滾刀的安裝角—滾刀螺旋升角—滾刀安裝角—刀架沿工件軸線直線移動(dòng)—范成運(yùn)動(dòng)

右旋滾刀(Right-handhob)

hob)左旋滾刀(Left-hand直齒圓柱齒輪右旋滾刀滾切直齒圓柱齒輪左旋滾刀滾切直齒圓柱齒輪4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines（2）滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)滾刀的安裝角

（4-19）式中β—被滾切齒輪的螺旋角(Helixangleofthegear)。

ω—為滾刀螺旋升角(Leadangleofthehob)。當(dāng)被加工斜齒輪的螺旋方向與滾刀的螺旋方向相同時(shí)，上式取“－”號(hào)；當(dāng)被加工斜齒輪的螺旋方向與滾刀的螺旋方向相反時(shí)，上式取“+”號(hào)。4.Y3150E滾齒機(jī)用途及外形圖4-26Y3150E型滾齒機(jī)1-底座2-工作臺(tái)3-立柱4-滾刀主軸5-刀架6-支架7-工件心軸8-后立柱9-工作臺(tái)10-床鞍4.4齒輪加工機(jī)床

GearCuttingMachines圖4-27臥式升降臺(tái)銑床圖

1-床身2-懸梁3-銑刀軸（刀桿）4-吊（掛）架5-工作臺(tái)6-滑座7-升降臺(tái)8-底座4.5.1臥式銑床HorizontalMillingMachine4.5銑床

MillingMachines4.5.2立式銑床VerticalMillingMachine

1-底座2-床身3-銑頭4-主軸

5-工作臺(tái)6-滑座7-升降臺(tái)

圖4-28立式升降臺(tái)銑床

4.5銑床

MillingMachines4.5.3龍門銑床Plano-millingMachine圖4-29龍門銑床1-床身2、9-臥銑頭3-橫梁4、8-立銑頭5、7-立柱6-頂梁10-工作臺(tái)4.5銑床

MillingMachines4.6磨床

GrindingMachines4.6.1外圓磨床

CylindricalGrinder圖4-30外圓磨削的兩種方法

(a)縱磨法(b)切人磨法4.6磨床

GrindingMachines1萬能外圓磨床

UniversalCylindricalCentre-typeGrinder

（1）機(jī)床的組成

1）床身(Bed)12）頭架(Headstock)23）尾架(Tailstock)54）砂輪架(Wheelhead)45）內(nèi)圓磨具((AuxiliaryWheelhead)36）工作臺(tái)(Worktable)97）滑鞍((Saddle)7及橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)

圖4-31M1432A型萬能外圓磨床外形圖

1-床身2-頭架3-內(nèi)圓磨具4-砂輪架5-尾架6-床身墊板7-滑鞍8-手輪9-工作臺(tái)4.6磨床

GrindingMachines4.6磨床

GrindingMachines（2）機(jī)床的運(yùn)動(dòng)

1）磨外圓砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；2）磨內(nèi)孔砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（磨內(nèi)孔時(shí)才開動(dòng)）；3）工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；4）工件縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)；5）砂輪橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（往復(fù)縱磨時(shí)，是周期間歇進(jìn)給，切入式磨削時(shí)，是連續(xù)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）。

2普通外圓磨床GeneralCylindricalGrinder圖4-32M1432A萬能外圓磨床可加工的幾種典型表面的加工示意圖

4.6磨床

GrindingMachines4.6.2內(nèi)圓磨床

InternalGrindingMachine圖4-33為普通內(nèi)圓磨床的外形圖

1-床身2-工作臺(tái)3-頭架4-砂輪架5-滑鞍4.6.3無心磨床

CenterlessGrinder圖4-34無心磨床磨削示意圖

1-磨削砂輪(Grindingwheel)2-工件3-導(dǎo)輪(Regulatingwheel)4-托板(Workrestblode)

4.6.4平面磨床

SurfaceGrindingMachine圖4-35平面磨床磨削方式

4.7其他機(jī)床

OtherMachines4.7.1鉆床和鏜床

DrillingMachineandBoringMachine1鉆床（1）

立式鉆床(Verticaldrillingmachine)

（2）

搖臂鉆床(Radialdrillingmachine)

（3）深孔鉆床(Deep-holedrillingmachine)

圖4-36鉆床的加工范圍

(a)鉆孔(b)擴(kuò)孔(c)較孔(d)攻螺紋(e)鉆（锪）埋頭孔(f)鉆（锪）凸臺(tái)平臺(tái)(Spotfacing)

4.7.1鉆床和鏜床

DrillingMachineandBoringMachine圖4-37立式鉆床

1-底座2-工作臺(tái)3-主軸4-進(jìn)給箱5-（主軸）變速箱6-立柱

4.7.1鉆床和鏜床

DrillingMachineandBoringMachine圖4-38搖臂鉆床

1-底座2-內(nèi)立柱3-外立柱4-絲杠5、6-電動(dòng)機(jī)7-搖臂8-主軸箱9-主軸10-工作臺(tái)

4.7.1鉆床和鏜床

DrillingMachineandBoringMachine圖4-39臥式鏜床 1-主軸箱2-前立柱3-鏜軸4-平旋盤5-工作臺(tái)6-上滑座7-下滑座8-床身9-后支承10-后立柱4.7.1鉆床和鏜床

DrillingMachineandBoringMachine圖4-40臥式坐標(biāo)鏜床1-下滑座