机械制造技术基础第三章 金属切削机床与刀具

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1、本章提要 重点讲述：1）金属切削机床型号的编制方法；2）CA6140型普通车床的传动系统和主要结构，以 及常用的车刀；3）齿轮加工的方法和滚齿机的传动系统，以及常用的齿轮加工刀具。概括介绍:孔加工机床与刀具、磨床与砂轮、刨床与插床、铣床与铣刀。,提 要,3.1 机床的分类、型号、主要技术参数3.1.1 机床的分类1、 基本分类方法机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制订的机床型号编制方法，机床共分为：车床C、钻床Z、镗床T、磨床M、齿轮加工机床Y、螺纹加工机床S、铣床X、刨插床B、 拉床L、特种机床D、锯床G和其它机床Q。在每一类机床中，又按工艺范围、布局型式和结构性能为若干组,每

2、一组又分为若干个系（系列）。,机 床 的 分 类,2、其他分类方法 按万能程度分: 通用机床、专门化机床、专用机床；按工作精度分：普通精度机床、精密机床、高精度机床；按重量和尺寸分： 仪表机床 、 中型机床、大型机床（质量20t)、重型机床（质量 30t)、超重型机床（质量 100t ）；按机床主要器官数目分：单轴、多轴、单刀、多刀机床等；按自动化程度分：普通、半自动、自动机床。,机 床 的 分 类,机 床 的 型 号 编 制,3.1.2 机床的型号编制3.1.2.1 通用机床的型号编制 按GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法,一位数，仅在磨床类机床中区分，即M，2M，3M。,一个

3、字母，各类机床名称汉语拼音的首字母,一个字母，用于区分主参数相同而结构、性能不同的机床。它在型号中无统一的含义，由厂家自行确定。在大多数机床型号中没有该代号,表,C A 6 1 40,（1）机床的类别代号 用该类机床名称汉语拼音的第一个字母（大写）表示 。（表）（2）机床的特性代号 用汉语拼音字母表示。 通用特性代号 当某类型机床除有普通型外，还具有如表中所列 的各种通用特性时，则在类别代号之后加上相应的特性代号。 结构特性代号 为了区别主参数相同而结构不同的机床。（3）机床的组别、系别代号 （表之1、2）用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别，后一位表示系别。注：每类机床按其结构性能及使用范围

4、划分为10个组，用数字09表示。 每一组又分为若干个系（系列）。凡主参数相同，并按一定公比排列，工件和刀具本身的和相对的运动特点基本相同，且基本结构及布局形式也相同的机床，即为同一系。,机 床 的 型 号 编 制,（4）机床主参数、设计顺序号和第二主参数 机床主参数代表机床规格的大小，在机床型号中，用阿拉伯数字给出主参数的折算值（110或1100）。 （表）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。第二主参数也用折算值表示。（5）机床的重大改进顺序号，序号按A、B、C、等字母的顺序选用。（6）其他特性代号 （7）企业代号,机 床 的 型 号 编 制,例题3.1 CA6

5、140型卧式车床,机 床 的 型 号 编 制,例题3.2 MG1432A型高精度万能外圆磨床,机 床 的 型 号 编 制,3.1.2.2 专用机床的型号编制专用机床型号表示方法为： 设计顺序号（阿拉伯数字） 设计单位代号 例如，北京第一机床厂设计制造的第15种专用机床为专用铣床，其型 号为B1015。 B1015。第15种专用机床为专用铣床北京第一机床厂,机 床 的 型 号 编 制,3.1.3 机床的主要技术参数主要技术参数包括:主参数和基本参数 基本参数包括:尺寸参数、运动参数和动力参数。3.1.3.1 尺寸参数是指机床的主要结构尺寸。尺寸参数确定后，机床上所能加工 （或安装）的最大工件尺寸

6、就已确定。它与所设计机床能加工工件的尺寸有关。例如：卧式车床CA6140，主参数:床身上工件最大回转直径400mm，第二主参数: 最大工件长度 750;1000;1500;2000mm，刀架上最大工件回转直径: 210mm 。,机 床 的 主 要 技 术 参 数,3.1.3.2运动参数指机床执行件的运动速度 ,包括主运动的速度范围、速度数列和进 给运动的进给量范围、进给量数列，以及空行程的速度等。包括：主运动参数、进给运动参数。(1）主运动参数主轴转速对主运动作回转运动的机床，其主运动参数是主轴转速。n=1000v /d式中 n - 转速（r/min）， v - 切削速度（m/min）， d-

7、 工件或刀具直径（mm） 主运动是直线运动的机床，如插床或刨床，主运动参数是机床工作 台或滑枕的每分钟往复次数。 对于不同的机床，主运动参数有不同的要求。专用机床用于完成特 定的工艺，主轴只需一种固定的转速。通用机床的加工范围较宽，主轴 需要变速，因此需确定它的变速范围，即最低和最高转速。采用分级变 速时，还应确定转速级数。,机 床 的 主 要 技 术 参 数,主轴最低（n min）和最高（n max）转速的确定n min = 1000vmin/dmax ; n max = 1000vmax/dmin变速范围为 :有级变速时主轴转速序列如某机床的分级变速机构共有Z级，其中n1=nmin、n2=

8、nmax，Z级转速分别 为：nj+1 = nj ; nz=n1Z-1 式中 -标准公比（为了便于机床设计与使用，规定了标准公比值 1.06、 1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。,机 床 的 主 要 技 术 参 数,（2）进给运动参数 大部分机床（如车床、钻床等）的进给量用工件或刀具每转的位移 （mm/r）表示。直线往复运动的机床，如刨床、插床，以每一往复的位移量表示。 铣床和磨床使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移 （mm/min）表示。3.1.3.3 动力参数机床的动力参数是指驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机 功率。主传动功率P主=P切+P空+P附a)切削功率

9、P切与加工情况、工件和刀具材料及切削用量的大小有关。P切=Fz*Vc/60000 kw,机 床 的 主 要 技 术 参 数,b)空载功率P空是指机床不进行切削，及空转时所消耗的功率。C)附加功率P附指机床进行切削时，因负载而增加的机械摩擦所耗的功率。进给传动功率通常也采用类比和计算相结合的方法来确定。空行程功率指为节省零件加工的辅助时间和减轻工人劳动强度, 在机床移动部件 空行程时快速移动所需的传动功率。其大小由移动部件重量和部件启动 时的惯性力决定。,机 床 的 主 要 技 术 参 数,3.2 工件表面成形方法与机床运动分析3.2.1 工件表面形状与成形方法机械加工过程是工件表面的形成过程。

10、根据具体的设计要求，选用 相应的切削加工方法，在机床上通过刀具与工件的相对运动，从工件毛 坯上切除多余金属，使之形成符合要求的形状、尺寸的表面的过程。1、工件表面的构成 构成零件的形状的基本表面：平面、圆柱面、圆锥面和各种成形表 面。这些表面都可以看成是由一根母线沿着导线运动而形成的。一般情况下，母线和导线可以互换，特殊表面如圆锥表面，不 可互换。母线和导线统称为发生线。,：，,工 件 表 面 形 状 与 成 形 方 法,2、表面成形方法切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由 于使用的刀具切削刃形状和采用的加工方法不同，形成发生线的方法也 不同，概括起来有以下四种：有轨迹法

11、、成形法、展成法、相切法.轨迹法指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，通过刀具与工件之 间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。采用轨迹法 形成发生线时，需要一个独立的成形运动。 成形法是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件 表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来 实现。,工 件 表 面 形 状 与 成 形 方 法,展成法是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线 接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线 是切削刃各瞬时位置的的包络线。用范成法形成发生线需要一个独立的 成形运动。 相切法利用

12、刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动 。,工 件 表 面 形 状 与 成 形 方 法,3.2.2 机床运动分析 3.2.2.1 机床的运动表面成形运动和辅助运动 表面成形运动形成发生线的运动。按组成情况不同,可分为: 简单成形运动和复合成形运动。如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。,机 床 的 运 动 分 析,如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或（和）直 线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成 形运动。注： 复合运动标注符号的下标含义为：第一位

13、数字表示成形运动的序号（第一个、第二个、成形 运动）；第二位数字表示构成同一个复合运动的单独运动的序号。,机 床 的 运 动 分 析,按作用情况不同,可分为:主运动和进给运动 。主运动刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。进给运动根据工件表面形状成形的需要，进给运动配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工。进给运动可以是多个，也可以是一个；

14、可以是连续的， 也可以是步进的。,机 床 的 运 动 分 析,(2) 非成形运动实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件，如切入运动、切出运动、调整运动、分度运动以及其他各种空行程运动。 1）切入运动：使刀具切入工件，以获得进行成形运动所需的工件和刀具位置的运动，它保证被加工表面获得所需要的尺寸，称切入运动。2）分度运动：当加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，为了使表面成形运动得以周期地连续进行的运动，称分度运动（车多头螺纹）。3）辅助运动：使切削过程重复进行的运动，称为辅助运动。它并不参与切削过程，但对切削过程起辅助作用。如刀具的快进、快退。4）控制运动：接通或断开某个传动链的运动、操纵

15、变速机构和换向机构的运动，称为控制运动。控制运动一般是简单的回转或往复运动，有手动、半自动、自动。5）校正运动：在精密机床上为了消除传动误差的运动，称为校正运动。如精密螺纹加车床上的螺距校正运动。,机 床 的 运 动 分 析,3.2.2.2 机床的运动联系要实现加工过程所需的各种运动，机床必需具备以下几个主要组成部分：(1)动力源 为执行元件提供运动和动力的装置。如交流异步电动机、直流或交流调速电动机或伺服电动机。(2)传动装置 传递动力和运动的装置。通过它可把动力源的动力和运动传递给执行件；也可把两个执行件联系起来，使二者间保持某种确定的运动关系。(3)执行件 机床上最终实现运动的部件。,机

16、 床 的 运 动 分 析,由动力源-传动装置-执行件或执行件-传动装置-执行件构成的传动联系，称为传动链。按传动链的性质不同可分为 :外联系传动链 联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得一定的速度和运动方向。外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传动副(链传动、带传动）。如普通车床在电动机与主轴之间的传动链就是外联系传动链。内联系传动链 联系一个执行机构和另一个执行机构之间运动的传动链。因此，内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链传动） 。车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。,机 床 的 运 动 分 析,传动链中通常包含两类传动机构 ： 定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗副、 丝杠螺母副等，称为定比传动机构 。换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向），如挂轮变速机 构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。（传动原理图:为了便于研究机床的传动联系,常用一些简明的符号把传动原理和传 动路线表示出来。） 卧式车床的传动原理图在车削螺纹时，卧式车床有两条主要传动链：主运动传动链(外联系传动链)，它把电动机的动力和运动传递给主轴。主轴 刀具(内联系传动链)，得到刀具和工件间的复合成形运动(螺 旋运动) 。,