机械制造工程学4金属切削机床

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1、4 金属切削机床n金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯 加工成所要求的机械零件的机器。n它是制造机器的机器，所以称为“工作母机” 或“工具机”（Machine tool），习惯上简称 为机床。n金属切削机床是机械制造的主要加工设备 。4.1 零件表面的形成方法及所需成形运动 一、工件表面的形成n一切机器都是由机器零件组成的。n 组成各类机器的零件种类繁多，形状和大小 也各异。n但不难发现，机器零件的表面一般是由为数不 多和形状比较简单的表面组合而成的。n各种表面的组合构成了不同的零件形状，所以 零件的切削加工归根到底是表面成形问题。工件表面的形成n从几何学观点来看，机器零件上每个表面 都可看作

2、是一条线(母线)沿着另一条线(导 线)运动的轨迹。n母线和导线统称为形成表面的生线(生成线 、成形线)。n在切削加工的过程中，这两根生线是通过 刀具的切削刃与毛坯的相对运动来实现， 并把零件的表面切削成形。例如n平面是一条直线沿另一条直线移动的轨迹。n圆柱面是一个圆线沿直线移动的轨迹，或者 是一条直线绕旋转轴心与其平行的圆移动的 轨迹。n齿轮渐开线表面则是渐开线沿直线移动，或 者直线沿渐开线移动的轨迹。被加工的成形表面形状，取决于n生线的原始位置n刀刃的形状n表面成形方法生线原始位置与成形表面的关系图中的几种表面的生线都相同(母线都是直线1 ，导线都是绕轴心线o-o旋转的圆2)，所需要 的运动

3、也相同，但由于母线相对于旋转轴线o- o的原始位置不同，所产生的表面也就不同。刀刃的形状n刀刃的形状与成形表面的成形方法有着极其 密切的关系。这是因为成形表面是通过刀具 的切削刃和工件的相对运动得到它的两根生 线的。n刀刃形状是指刀具切削刃与工件成形表面相 接触部分的形状。n从外观上看，它不外乎是一个切削点(实际上 是一段很短的切削线)，或者是一条切削线。n根据刀刃形状和成形表面生线之间的关系， 可以划分为三类。1) 切削刃的形状为一切削点n 刀刃与被形成表面可看 成为点接触。n在切削加工时，刀具2应 作轨迹运动3，才使切削 点描画出生线1。2) 切削刃的形状是一条切削线n切削线2与要成形的生

4、线 1完全吻合一致。n在切削加工时，刀刃是 与被成形的表面作线接 触，刀刃无需任何运动 就可得到所需生线形状 。3) 切削刃的形状仍然是一条切削线，但不与被成形 表面生线的形状相吻合n事实上，切削线2与生线1互为 共轭关系，切削加工时，刀具 刀刃与被成形表面相切，为点 接触。n所需成形的生线1是刀具切削线 2的包络线，因此刀具与工件需 要有共轭的范成运动。表面成形方法n要使成形表面成形，通过刀具和工件间的相 对运动形成它的两根生线。n由于使用的刀刃形状和采取的加工方法不同 ，形成生线的方法也就不同。n形成生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成 型法、相切法、范成法。1) 轨迹法n刀刃为切削点1，它

5、 按着一定的规律作轨 迹运动3而形成所需 生线2。n采用轨迹法来形成生 线需要1个独立的成 形运动。2) 成型法n刀刃为一条切削线1，它的形状和长短与需要成 形的生线2一致。n用成型法来形成生线，不需要专门的成形运动 。3) 相切法n刀刃为切削点，由于所采用的加工方法的需要 ，该点是旋转刀具刀刃上的点1，切削时刀具的 旋转中心按一定规律作轨迹运动3，它的切削点 运动轨迹的包络线(相切线)就形成了生线2。n相切法形成生线需要2个独立的成形运动(其中 包括刀具的旋转运动)。4) 范成法n刀具刀刃的形状为一条 切削线1，但它与需要 成形的生线2不相吻合 。n在形成生线的过程中， 范成运动3使切削刃1

6、与 生线2相切并逐点接触 而形成与它共轭的生线 ，即生线2是切削线1的 包络线。n范成法形成生线需要1 个独立的复合成形运动 3(即图中的A十B)。二、表面形成所需的成形运动n机床上用作保证刀具和工件之间的相对运动 ，以形成被加工工件表面，这种运动称为机 床成形运动。这是机床上最基本的运动。n同一种表面，因采用的工艺方法不同，所用 的刀具不同，所需机床的成形运动也不同， 从而使机床具有不同的结构。车削外圆柱面时的成形运动用车刀车削外圆柱面，其 形成母线和导线的方法属 于轨迹法。工件的旋转运动B1产生母 线(圆)，刀具的纵向直线 运动A 2产生导线(直线)， 运动B1和A2就是两个表面 成形运动

7、。n旋转运动和直线运动是两种最简单的成形运动 ，因而称为简单成形运动。其它运动n分度运动：当加工的表面是出局部表面所组成 时，为使表面成形运动得以周期地连续进行的 运动。如车双头螺纹时，在车完一条螺纹后， 工件相对于刀具要回转180。再车第二条螺纹 。这个工件相对于刀具的旋转，就是分度运动 。n切入运动：保证被加工表面获得所需尺寸的运 动。n辅助运动：为切削加工创造条件的运动。如进 刀、退刀、回程、转位等。n操纵及控制运动：用以操纵机床，使它得到所 需的运动和运动参数。例如操纵离合器接通传 动链，改变速度和改变进给量等所进行的运动 。4.2 金属切削机床的类型及特点 一、机床的技术性能n机床的

8、工艺范围n机床的技术参数n加工质量n生产率和自动化程度n人机关系n成本机床的工艺范围n机床的工艺范围是指在机床上能够加工的工序种 类、被加工工件的类型和尺寸、使用刀具的种类 及材料等。 a)通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可 以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。 b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的，自动 化程度和生产率都较高，但它的加工范围很窄。 c)数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足零件较 高精度的要求，并可实现自动化加工。机床的技术参数n 机床的主要技术参数，又称技术规格，主要包 括：尺寸参数、运动参数与动力参数。n尺寸参数反映机床的加工范围，包括有主参数、 第

9、二主参数和与被加工零件有关的其他尺寸参数 。n运动参数是指机床执行件的运动速度、行程范围 或分级范围。例如车床主轴转速范围和分级数、 刀架纵横向进给速度和进给量范围等。n动力参数多指机床上主电机的功率，有些机床还 给出主轴允许的最大扭矩等其它内容。机床精度加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙 度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本 身必须具备的精度称为机床精度。包括：几何精度 、传动精度、运动精度、定位精度及精度保持性等 几个方面。n加工精度和表面粗糙度是由机床、刀具、夹具、切削条件以 及操作者技木水平等因素所决定。国家制订的机床精度标准 规定的各种机床的加工精度、表面粗糙度以及

10、通常机床说明 书中所给出的机床加工精度和表面粗糙度，是指在正常工艺 条件下所能达到的经济精度，并非机床可能实现的最高加工 精度和表面粗糙度。生产率和自动化程度n机床的生产率一般是指单位时间内机床所能 加工的工件数量，它直接影响生产成本。n提高机械加工生产率的主要途径之一是提高 机床的自动化程度。最大限度地提高机床的 自动化程度是现代机床发展的重要趋势之一 。人机关系n机床应操作方便、省力、安全可靠，易于维 护和修理等。成本n 选用机床时，通常应根据被加工零件的类 型、形状、尺寸、技术要求以及生产批量和 生产方式等，选择技术性能与之相适应的机 床，才能充分地发挥机床的效能，取得良好 的经济效益。

11、n不切实际地选用高性能(高精度、高效率)和 大规格的机床，只会造成设备的浪费和生产 成本的增加。二、 金属切削机床的分类n机床主要是按加工性质和所用刀具进行分类 。n目前我国将机床分为12大类。n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、超声 波及电加工机床、切断机床及其它机床。n上述为基本分类法，还有其它分类方法。按照通用性程度，机床可分为 （1）通用机床（万能机床） （2）专门化机床（专能机床） （3）专用机床（1）通用机床n可以加工多种零件的不同工序，加工范围广 。n如：普通车床、卧式镗床、万能升降台铣床 等。n通用性较好，结构比较复杂。n主要用于单件小批

12、生产。（2）专门化机床n用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某 一种（或几种）特定工序。n如：精密丝杠车床、凸轮轴车床、曲轴连 杆颈车床等。（3）专用机床n用于加工某一种（或几种）零件的特定工序 。n如：制造机床主轴箱的专用镗床、制造车床 床身导轨的专用龙门磨床等。n根据特定的工艺要求专门设计、制造。n生产效率比较高，自动化程度也比较高。n组合机床实质上也是专用机床。按照加工精度不同，同一类机床分为三种精 度等级： （1）普通精度 （2）精密精度 （3）高精度按照自动化程度的不同，分为：n手动机床n机动机床n半自动机床n自动机床按照机床重量不同，分为：n仪表机床n中型机床（一般机床）n大型机床n

13、重型机床按照机床主要器官的数目，分为：n单轴机床、多轴机床n单刀机床、多刀机床n通常，机床是按照加工方式（如车、钻、刨 、铣、磨等）及某些辅助特征来进行分类的 。n如：多轴自动车床，就是以车床为基本类型 ，再加上“多轴”、“自动”等辅助特征，以区别 于其它种类车床。三、 金属切削机床型号编制方法n按照1994年颁布的标准GB/T15375-94“金属 切削机床型号编制方法” 规定。n采用汉语拼音和阿拉伯数字相结合的方式来 表示机床型号。通用机床的型号编制 普通机床类别代号类别代号用该类别机床名称的汉语拼音大写字母表示。例如， 车床用“C”表示；磨床用“M”表示。特性代号n机床的特性代码表示机床

14、所具有的某些通用特 性和结构特性。n当某类型的机床除了普通型外，还具有如表所 示的某种通用特性，则在类别代号之后加上相 应的特殊代号。n例如：“CK”表示数控车床。若同时具有两种通 用特性，则可以同时用两个代码示之，例如 “MBG”表示半自动高精度磨床。机床的组别和型别代号n机床的组别和系别代号用两位数字表示。n每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组 ，用数字0一9表示。n每组机床又分若干个系(系列)。n系的划分原则是：主参数相同，并按一定公比排 列，工件和刀具本身及相对运动特点基本相同， 且基本结构及分布型式相同的机床，即划为同一 系。n机床的类、组划分参见JBl83885。主参数n机

15、床主参数代表机床规格的大小，用折算值( 主参数乘以折算系数)表示，通常折算系数取 为11、110或1100。n各类通用机床的主参数及其折算系数参见 JBl83885。n某些通用机床当无法用一个主参数表示时， 则在型号中用设计顺序号表示。设计顺序号 用01，02，03，的顺序选用。第二主参数n第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最 大工件长度、工作台工作面长度等。n第二主参数也用与主参数相同的折算值(第二 主参数乘以折算系数)表示。n当机床的性能及结构布局有重大改进，并按 新产品重新设计、试制和鉴定时，在原机床 型号的尾部加重大改进顺序号，以区别于原 机床型号。n序号按A，B，C，字母的顺序选用

16、。n某些机床，根据加工的需要，在基本型号 机床的基础上仅改变机床的部分性能结构 时，则在该机床型号后面加1，2，3， ，作为同一型号机床的变型代号。n例：CA6140型卧式车床专用机床型号例：北京第一机床厂设计制造的第一百种专用机床为专用铣床，属于第三组其编号为：B1-3100 4.2 普通卧式车床 n车削类机床是切削加工中应用最为广泛的一种 机床类型，它主要用于加工各种回转表面。n根据其用途和结构的不同，车削类机床可分为 下列几类：普通车床及落地车床；立式车床；六角车床； 多刀半自动车床；仿形车床及仿形半自动车床 ；单轴自动车床；多轴自动车床及多轴半自动 车床等几类。n还有各种专门化车床，例如仪表车床、凸轮 轴车床、曲轴车床、铲齿车床、高精度丝杆 车床、车轮车床等。n在大批大量生产的工厂中还有各种专用车床 。n所谓卧式与立式车床，是依据其床身导轨的 卧与立而定义的一种形式。4.2.1 用途n普通卧式车床万能性大，适于加工各种轴类 、套筒类和盘类零件上的回转表面。n可以车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形 回转表面；n车削端面及加工