1、第三章 金屬切削機床與刀具本章提要 本章著重介紹了金屬切削機床型號的編制方法；CA6140型普通車床的的傳動系統和主要機構，以及常用的車刀；M1432A型萬能外圓磨床的的傳動系統，無心外圓磨床和平面磨床的工作原理，以及砂輪的特性與選擇；齒輪加工的的方法和Y3150E型滾齒機的傳動系統，以及常用的齒輪加工刀具。同時，對孔加工機床與刀具、刨床與插齒、銑床與銑刀也作了簡單介紹。 車 床 下面首先通過幾張圖片使大家對金屬切削機床與刀具有一個感性的認識。銑 床磨 床鉆 床銑削過程插齒過程滾齒過程拉齒過程3.1 金屬切削機床的分類、型號與主要技術參數3.2 工件表面成型方法與機床運動分析3.3 車床與車刀

2、3.4 孔加工機床與刀具3.6 銑床與銑刀3.8 齒輪加工機床與齒輪刀具內容提綱 3.1 金屬切削機床的分類、 型號與主要技術參數3.1.1機床的分類按加工方法和刀具分11大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨齒床、拉床、鋸床和其他機床。按萬能性程度：通用機床、專門化機床、專用機床。按精度：普通精度機床、精密機床、高精度機床。 還有按照重量和尺寸、自動化程度等等分類方法。3.1.2 機床的型號編制（1）機床的類別代號 用該類機床名稱漢語拼音的第一個字母表示 ，如：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鋸床其他機床代號 C Z T M2M3MYSX

3、BLGQ讀音 車 鉆 鏜 磨 二磨 三磨牙絲銑刨拉割其表3.1 機床的類別代號（2）機床的特性代號 用漢語拼音字母表示，如 ：通用特性高精度精密自動半自動數控加工中心仿型輕型加重型簡式或經濟型柔性加工單元數顯高速代號 GM Z BK HFQCJRXS讀音高 密自 半控換仿輕重 簡柔顯速表3.2 通用特性代號（3）機床的組別、系別代號 用兩位阿拉伯數字表示，前一位表示組別，后一位表示系別，每類機床劃分為10個組，用數字09表示。每個組又可分為若干個系。（4）機床主參數、設計順序號和第二主參數 主參數和第二主參數用阿拉伯數字給出主參數的折算值（1/10或1/100）（5）機床的重大改進順序號 序號

4、按A、B、C等字母的順序選用 例如CA6140型臥式車床的代號意義為： C A 6 1 40主參數（最大車削直徑400mm)系別代號（臥式車床系）組別代號（落地及臥式車床組）結構特性代號（結構不同）類別代號3.1.3機床的主要技術參數主參數基本參數尺寸參數運動參數動力參數主要技術參數3.1.3.1 尺寸參數 機床的尺寸參數是指機床的主要結構尺寸。多數機床的主參數也是尺寸參數，但尺寸參數除了主參數還包括一些其他尺寸。3.1.3.2 運動參數(1) 主運動參數主軸參數 對作回轉運動的機床，其主運動參數是主軸轉速，計算公式為式中 n轉速(r/min)； 切削速度(m/min)； d 工件或刀具直徑

5、運動是直線運動的機床，如插床或刨床，主運動參數是機床工作臺或滑枕的每分鐘往返次數。(3.1)主軸最低(nmin)和最高(nmax)轉速的確定(3.2)變速范圍為nmax 和nmin的比值，即有級變速時主軸轉速序列主運動的有級變速的轉速數列一般采用等比數列。各級之間滿足等比數列關系，即(3.4)標準公比為了便于機床設計，規定了標準公比1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2是基本公比 (2) 進給運動參數 大部分機床(如車床、鉆床等)的進給量用工件或刀具的位移(mm/r)表示。直線往復運動的機床，如刨床、插床，以每一往復的位移量表示。由于銑床和磨床使用的是多刃刀具，進給量常

6、以每分鐘的位移量(mm/min)表示。 在其他條件不變的情況下，進給量的損失也反映了生產率的損失。3.1.3.3 動力參數 動力參數指驅動主運動、進給運動和空行程運動的電動機功率。機床的驅動功率原則上應根據切削用量和傳動系統的效率來確定。主要介紹主傳動功率 機床的主傳動功率由三部分組成：式中 Fz 主切削力 切削速度(m/min) 3.2 工件表面成形方法與機床運動分析 工件表面可以看成由一根母線沿著導線運動形成，母線和導線統稱為發生線。其形成方法有： （1）軌跡法利用刀具作一定規律的軌跡運動對工件進行加工，如圖3.2a （2）成形法刀具的切削刃與所需要的形成的發生線完全重合，如圖3.2b （

7、3）相切法利用刀具邊緣旋轉邊作軌跡運動對工件進行加工的方法，如圖3.2c （4）范成法利用工件和刀具作范成切削運動進行加工的方法，如圖3.2d 3.2.1工件表面形狀與成形方法圖3.2零件的表面成形3.2b 3.2a3.2c3.2d1母線；2導線3.2.2機床運動分析簡單成形運動 由單獨的旋轉運動或直線運動構成 復合成形運動 由兩個或兩個以上旋轉運動或（和）直線運動，按照某些確定的運動關系組合而成3.2.2.1 機床的運動 為了實現運動，機床必須具備以下三個基本部分：執行件、動力源和傳動裝置，由這些構成的傳動關系稱為傳動鏈，分為外聯系傳動鏈和內聯系傳動鏈 。 a.外聯系傳動鏈聯系動力源和執行件

8、 ; b.內聯系傳動鏈聯系復合運動之內的各個分 解部分 為方便研究傳動關系，常用一些簡明的符號把傳動原理和傳動路線表示，稱為傳動原理圖。例如圖3.53.2.2.2 機床的運動聯系圖3.5 臥式車床的傳動原理圖3.3 車床與車刀3.1.1 車床 車床的作用是加工各種回轉表面(內外圓柱面、圓錐面及成型回轉表面)和回轉體的端面，有些車床還能加工螺紋面。 車床的主運動通常由工件的旋轉運動實現，進給運動由刀具的直線移動來完成 。 CA6140臥式車床是最典型的普通車床，下面以它為例介紹車床。圖3.7 臥式車床 （1）概述： 工藝范圍廣、萬能性較大，結構復雜而且自動化程度低，效率也低，主要是采用臥式布局

9、。 （2）傳動系統 主運動傳動鏈 兩末端件是主電動機與主軸，帶動工件旋轉實現主運動，并滿足主軸變速和換向的要求。主傳動路線如下 ： 運動經v帶輪傳動副傳至軸I，壓緊軸I上的多片摩擦離合器M1左部經齒輪副運動傳至軸II，如圖3.8(a) 壓緊右部經中間輪可獲得相反方向的運動,如圖3.8(b) 運動從軸II傳往主軸有2條路線： a.高速路線 主軸上的滑移齒輪50向左移，使之與軸III上右端的齒輪63嚙合，運動傳至主軸得高轉速。 b.主軸上的滑移齒輪50向右移，使之與齒式離合器M2嚙合，軸III的運動經齒輪副傳至軸IV，又經齒輪副傳至軸V，再經齒輪副和齒式離合器傳至主軸獲得低轉速,如圖3.8(c)圖

10、3.8 a CA6140型臥式車床傳動系統圖圖3.8 b CA6140型臥式車床傳動系統圖圖3.8 c CA6140型臥式車床傳動系統圖 主軸的各級轉速可按下列運動平衡式計算：式中 D、D主動和從動皮帶輪直徑； V帶傳動的滑動系數，可取0.02； Z- 、 Z- 軸和軸 之間相嚙合的主動齒輪和從動齒輪齒數。進給運動傳動鏈 進給運動傳動鏈兩末端件是主軸和刀架，其功用是使刀架實現縱向或橫向移動及變速與換向。 A.車削螺紋傳動路線 可以車削左旋和右旋的米制、英制、模數制和徑節制四種標準螺紋。 a.車削米制螺紋 運動平衡式為: 化簡后得： b.車削英制螺紋 英制螺紋以每英寸長度上的螺紋扣數（扣/in）

11、表示。英制螺紋的導程L1/ 。按下面的公式換算為毫米單位：其運動平衡式為：將L25.4/ 代入，得 c.車削模數螺紋 模數螺紋用模數m表示螺距的大小，導程為mm其運動平衡式為化簡后，得 d.車削徑節螺紋 徑節螺紋螺距大小以徑節DP表示。英制蝸桿的軸向齒距為 mm其運動平衡式為化簡后，得 e.車削非標準螺紋和精密螺紋 需要嚙合齒式離合器，導程 依靠調整掛輪的傳動比 來實現，其運動平衡式為： 掛輪的換置公式為 B. 縱向和橫向進給傳動鏈 a.縱向進給傳動鏈，其運動平衡式為 : b.橫向進給傳動鏈 當橫向機動進給與縱向進給的傳動路線一致時，所得的橫向進給量為縱向進給量的一半。 c.刀架快速移動 刀架

12、快速向右移的速度為：(3) CA6140型臥式車床的主要結構主軸箱 功能是支承主軸，并實現其開、停、換 向、制動和變速，把進給運動從主軸傳向進給系統。 其包括的主要機構和零件包括有：卸荷帶輪 、雙向多片摩擦離合器及其操縱機構 、主軸組件 、變速操縱機構 。溜板箱 功用是將進給運動或快速移動由進給 箱或快速移動電動機傳給溜板和刀架，使刀架實現縱，橫向和正、反向機動走刀或快速移動。 其包括的主要機構有：開合螺母機構 、縱向、橫向機動進給及快速移動的操縱機構 、互鎖機構 、安全離合器 。圖3.11 雙向多片摩擦離合器及其操縱機構離合器和制動器操縱機構 圖3-12所示為集中式操縱機構，可同時操縱離合器

13、和制動器，即同時控制主軸的開、停、換向和制動。操作過程如下：當手把18向上扳動時，拉桿20外移，齒扇17順時針方向轉動，帶動齒條軸22右移，通過撥叉23使滑套12右移，壓下羊角形擺塊6的右角，使推拉桿7向左移，于是左離合器接合，主軸正轉；同理，當手把18向下扳動，推拉桿7右移，右離合器接合，主軸反轉。當手把在中間位置時，推拉桿7處于中間位置，左、右離合器均不接合，主軸的傳動斷開，此時齒條軸22上的凸起部分正壓在制動器杠桿14的下端，制動帶15被拉緊，使主鈾制動。變速操縱機構圖3-13為軸上雙聯滑移齒輪和軸上三聯滑移齒輪的操縱機構。轉動手柄，通過鏈傳動帶動軸4上的曲柄2和盤形凸輪3轉動，鏈傳動的

14、傳動比為1：1，即手柄軸和軸4同步轉動。曲柄2上的拔銷伸入撥叉1的長槽中，當曲柄轉動時，通過撥叉1使三聯齒輪沿軸左右移換位置。凸輪轉動時，通過伸入曲線槽的圓銷、杠桿5和撥叉6，使雙聯齒輪沿軸移換位置。縱、橫向機動進給操縱機構 圖3-15所示為縱、橫向機動進給操縱機構的結構原理圖。當需要縱向進給時，扳動手柄1向左或向右，使手柄1繞銷軸2左、右擺動，手柄座3下端的開口槽撥動軸5上的球頭銷4左、右移動，軸5左端的開口槽推、拉杠桿11，使連桿12左右移動，連桿12左端通過銷子推、拉凸輪13轉動，凸輪13上的曲線槽通過銷子14使撥叉16向里或向外移動，從而帶動離合器M8，使之與軸XX上的兩個空套齒輪中的

15、一個的端面齒嚙合，實現向左或向右的縱向機動進給。 當向里或向外扳動手柄1時，帶動軸23連同其左端的凸輪22轉動，凸輪22上的曲線槽通過圓銷19使擺桿20擺動，擺桿另一端的圓銷19推動撥叉17向里或向外移動，使離合器M9與軸XXV上兩個空套齒輪中的一個端面齒嚙合，實現向里或向外的橫向機動進給。 當手柄1處于中間位置時，離合器M8和M9也處于中間位置，此時設有縱、橫向機動進給。當手柄1扳至左、右、里、外任一位置，并同時按下手柄1頂端的按鈕S時，刀架即在相應方向作快速移動。圖3.17 安全離合器3.3.2 車刀圖3.20 車刀主要類型1-端面車刀；2-仿形車刀；3-車槽刀；4-外圓車刀；5-螺紋車刀

16、用以加工外圓、內孔、端面、螺紋以及車槽和車齒等，其主要類型如下圖：車刀按結構分為整體車刀、焊接車刀、機夾車刀和可轉位車刀。焊接車刀 優點是：結構簡單、緊湊；刀具剛度好、抗振性性能強； 制造方便，使用方便。 缺點是：切削性能較低、刀桿不能重復使用、輔助時間長。可轉位車刀 優點：刀具使用壽命長、生產效率高、有利于推廣新技術、新工藝 有利于降低刀具成本。車刀的分類及比較：3.4 孔加工機床與刀具 鉆床和鏜床都是孔加工機床。主要用于加工外形復雜，沒有對稱回轉軸線工件上的孔。3.4.1 鉆床 鉆床通常用于加工尺寸較小，精度要求不高的孔。 鉆床的主要類型有臺式、立式、搖臂、深孔鉆床等。 右圖是典型的立式鉆

17、床鉆床的加工方法及所需的運動如圖3.29所示圖3.29 鉆床的加工方法 鉆孔 擴孔 鉸孔 攻螺紋 鉆埋頭孔 刮平面 3.4.2 鏜床 鏜床通常用于加工尺寸較大、精度要求較高的孔，特別是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求較高的孔，如各種箱體、汽車發動機缸體等零件上的孔。 鏜床的主要類型有臥式鏜床、坐標鏜床和金剛鏜床等。圖3.32所示為臥式鏜床的主要加工方法圖3.32 臥式鏜床的主要加工方法3.4.3 孔加工刀具 孔加工刀具按其用途可分為兩大類。一類式從實體材料中加工出孔的刀具，如麻花鉆、扁鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上的已有的孔進行再加工，如擴孔鉆、锪鉆、鉸刀及鏜刀等。（1）麻花鉆圖3

18、.36 標準高速鋼麻花鉆 生產中，為了提高鉆孔的精度和效率，常將標準麻花鉆按特定的方式刃磨成“群鉆”圖3.37 標準型群鉆（2）中心鉆 中心鉆用來加工各種軸類工件的中心孔。圖3.38是兩種中心鉆的外形圖。圖3.38 中心鉆（3）深孔鉆（4）擴孔鉆（5）锪鉆（6）鉸刀圖3.42 鉸刀的結構和幾何參數圖3.43 不同種類的鉸刀（7）鏜刀（a）（b）（c）圖3.44 單刃鏜刀圖3.45 雙刃鏜刀圖3.46 可拉削加工的各種內外表面舉例圖3.47 圓孔拉刀的結構及拉削過程3.6 銑床與銑刀 用于加工平面、溝槽、多齒零件上的齒槽、螺旋形表面及各種曲面。下面是銑削過程視頻：3.6.1 銑床臥式升降臺銑床立

19、式升降臺銑床 銑床的主要類型有： 臥式升降臺銑床、立式升降臺銑床、龍門銑床、工具銑床和各種專門化銑床。3.6.2 銑刀 銑刀是一種多刃回轉刀具，按用途分為加工平面用銑刀，如圓柱平面銑刀（圖a）、加工溝槽用銑刀，如立銑刀（圖b）、加工成形面用銑刀，如凸半圓和凹半圓銑刀（圖c）和加工其他復雜成形面用銑刀(圖d)。銑刀種類 3.8 齒輪加工機床與齒輪刀具 （1）成形法 用與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具切削齒輪。圖3.63(a)所示是用盤形齒輪銑刀加工直齒圓柱齒輪。形成齒廓漸開線的方法是成形法。加工模數較大的齒輪時，常用指狀齒輪銑刀，如圖3.63(b)所示。 3.8.1 齒輪加工機床用來加工齒輪的

20、機床稱為齒輪加工機床。3.8.1.1 齒輪加工方法圖3.63 成形法加工齒輪(a)用盤形齒輪銑刀銑齒輪(b)用指狀齒輪銑刀銑齒輪(2) 范成法 亦稱為包絡法或展成法，是利用齒 輪的嚙合原理進行的，即把齒輪的嚙合副中的一個轉化為刀具，另一個轉化為工件，并強制刀具與工件嚴格地按照運動關系嚙合，則刀具切削刃在各瞬時位置的包絡線就形成了工件的齒廓線。 采用范成原理加工齒輪的機床右滾齒機、插齒機、磨齒機等等。3.8.1.2 滾齒機 滾齒機主要用于滾切直齒和斜齒圓柱齒輪及蝸輪。 （1）滾齒原理 滾齒加工是由一對交錯軸斜齒輪嚙合傳動原理演變而來的。當滾刀與工件按確定的關系強制相對運動時，滾刀的切削刃便在工件

21、上滾切出齒槽，形成漸開線齒面。 成形運動是滾刀旋轉運動和工件旋轉運動組成的復合運動即為范成運動。 圖3.64描述了滾齒原理 圖3.64 滾齒原理滾齒過程 (2) 加工直齒圓柱齒輪的傳動原理 下圖為滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖。其成形運動必須包括形成漸開線齒廓的范成運動和形成直線形齒線的運動。圖3.65 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖范成運動傳動鏈 包括由點4至點5，點6至 點7的固定傳動比傳動以及點5至點6傳動比可變換的換置機構，屬內聯系傳動鏈。 主運動傳動鏈 由點1至點4，屬外聯系傳動 鏈。軸向進給運動傳動鏈 工件7 8 910刀架升降絲杠刀架，是外聯系傳動鏈 (3) 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原

22、理 端面上齒廓是漸開線，沿齒輪的齒長方向是一條螺旋線，它與直齒圓柱齒輪的差別僅在于導線的形狀不同。其傳動原理圖如下，滾切斜齒時為了形成螺旋齒線，在滾刀作軸向運動時工件還應作附加旋轉運動。這條傳動鏈是：刀架1213 1415合成6789工作臺，屬內聯系傳動鏈。圖3.66 滾切斜齒圓柱齒輪傳動原理圖(4)滾切蝸輪的傳動原理柱齒輪的傳動原理 齒廓的形成方法及成形運動與加工圓柱齒輪是相同的，但齒線是當滾刀切至全齒深時，在范成齒廓的同時形成的。 滾齒時，要求在切削部位滾刀的螺旋線方向與工件齒長方向一致，這是沿齒向進給切出全齒長的條件。因此加工前要調整滾刀的安裝角。(5) 滾刀的安裝圖3.68 螺旋滾刀加工直齒圓柱齒輪安裝角（a)右旋滾刀滾切直齒輪； (b) 左旋滾刀滾切直齒輪 圖3.68為螺旋滾刀加工直齒圓柱齒輪的安裝角，滾刀位于工件前面，從幾何關系可知，滾刀安裝角圖3.69 螺旋滾刀加工斜齒圓柱齒輪安裝角 用滾刀加工斜齒圓柱齒輪時，由于滾刀和工件的螺旋方向都有左、右方向之分，共有四種不同