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第三章 金属切削机床与刀具. 本章提要 本章着重介绍了金属切削机床型号的编制方法； CA6140 型普通车床的的传动系统和主要机构，以及常用的车刀； M1432A 型万能外圆磨床的的传动系统，无心外圆磨床和平面磨床的工作原理，以及砂轮的特性与选择；齿轮加工的的方法和 Y3150E 型滚齿机的传动系统，以及常用的齿轮加工刀具。同时，对孔加工机床与刀具、刨床与插齿、铣床与铣刀也作了简单介绍。. 车 床. 下面首先通过几张图片使大家对金属切削机床与刀具有一个感性的认识。. 铣 床. 磨 床. 钻 床. 铣削过程. 插齿过程. 滚齿过程. 拉齿过程.
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第三章 金属切削机床与刀具 本章提要 本章着重介绍了金属切削机床型号的编制方法；CA6140型普通车床的的传动系统和主要机构，以及常用的车刀；M1432A型万能外圆磨床的的传动系统，无心外圆磨床和平面磨床的工作原理，以及砂轮的特性与选择；齿轮加工的的方法和Y3150E型滚齿机的传动系统，以及常用的齿轮加工刀具。同时，对孔加工机床与刀具、刨床与插齿、铣床与铣刀也作了简单介绍。
车 床 下面首先通过几张图片使大家对金属切削机床与刀具有一个感性的认识。
内容提纲 3.1 金属切削机床的分类、型号与主要技术参数 3.2 工件表面成型方法与机床运动分析 3.3 车床与车刀 3.4 孔加工机床与刀具 3.6 铣床与铣刀 3.8 齿轮加工机床与齿轮刀具
3.1.1机床的分类 按加工方法和刀具分11大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨齿床、拉床、锯床和其他机床。 按万能性程度：通用机床、专门化机床、专用机床。 按精度：普通精度机床、精密机床、高精度机床。 还有按照重量和尺寸、自动化程度等等分类方法。 3.1 金属切削机床的分类、 型号与主要技术参数
3.1.2 机床的型号编制（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表示 ，如： 表3.1 机床的类别代号
（2）机床的特性代号 用汉语拼音字母表示，如 ： 表3.2 通用特性代号
（3）机床的组别、系别代号 用两位阿拉伯数字表示，前一位表示组别，后一位表示系别，每类机床划分为10个组，用数字0~9表示。每个组又可分为若干个系。 （4）机床主参数、设计顺序号和第二主参数 主参数和第二主参数用阿拉伯数字给出主参数的折算值（1/10或1/100） （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
例如CA6140型卧式车床的代号意义为： C A 6 1 40 主参数（最大车削直径400mm) 系别代号（卧式车床系） 组别代号（落地及卧式车床组） 结构特性代号（结构不同） 类别代号
主参数 尺寸参数 主要技术参数 运动参数 基本参数 动力参数 3.1.3机床的主要技术参数 3.1.3.1 尺寸参数 机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸。多数机床的主参数也是尺寸参数，但尺寸参数除了主参数还包括一些其他尺寸。
①主轴参数 对作回转运动的机床，其主运动参数是主轴转速，计算公式为 式中 n——转速(r/min)； ν ——切削速度(m/min)； d——工件或刀具直径 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返次数。 (3.1) 3.1.3.2 运动参数 (1) 主运动参数
(3.2) ②主轴最低(nmin)和最高(nmax)转速的确定 变速范围为nmax和nmin的比值，即
(3.4) ④标准公比 为了便于机床设计，规定了标准公比1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2 是基本公比 ③有级变速时主轴转速序列 主运动的有级变速的转速数列一般采用等比数列。 各级之间满足等比数列关系，即
(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。由于铣床和磨床使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移量(mm/min)表示。 在其他条件不变的情况下，进给量的损失也反映了生产率的损失。
主要介绍主传动功率 机床的主传动功率由三部分组成： 式中 Fz ——主切削力 ν ——切削速度(m/min) 3.1.3.3 动力参数 动力参数指驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机功率。机床的驱动功率原则上应根据切削用量和传动系统的效率来确定。
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 工件表面可以看成由一根母线沿着导线运动形成，母线和导线统称为发生线。其形成方法有： （1）轨迹法——利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工，如图3.2a （2）成形法——刀具的切削刃与所需要的形成的发生线完全重合，如图3.2b （3）相切法——利用刀具边缘旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法，如图3.2c （4）范成法——利用工件和刀具作范成切削运动进行加工的方法，如图3.2d
3.2a 3.2b 3.2c 3.2d 图3.2零件的表面成形 1－母线；2－导线
3.2.2机床运动分析 3.2.2.1 机床的运动 简单成形运动 由单独的旋转运动或直线运动构成 复合成形运动 由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某些确定的运动关系组合而成
3.2.2.2 机床的运动联系 为了实现运动，机床必须具备以下三个基本部分：执行件、动力源和传动装置，由这些构成的传动关系称为传动链，分为外联系传动链和内联系传动链 。 a.外联系传动链联系动力源和执行件 ; b.内联系传动链联系复合运动之内的各个分 解部分 为方便研究传动关系，常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示，称为传动原理图。例如图3.5
3.3 车床与车刀 3.1.1 车床 车床的作用是加工各种回转表面(内外圆柱面、圆锥面及成型回转表面)和回转体的端面，有些车床还能加工螺纹面。 车床的主运动通常由工件的旋转运动实现，进给运动由刀具的直线移动来完成 。 CA6140卧式车床是最典型的普通车床，下面以它为例介绍车床。
（1）概述： 工艺范围广、万能性较大，结构复杂而且自动化程度低，效率也低，主要是采用卧式布局 。 （2）传动系统 ①主运动传动链 两末端件是主电动机与主轴，带动工件旋转实现主运动，并满足主轴变速和换向的要求。主传动路线如下 ：
运动经v带轮传动副传至轴I，压紧轴I上的多片摩擦离合器M1左部经齿轮副运动传至轴II，如图3.8(a)压紧右部经中间轮可获得相反方向的运动,如图3.8(b)运动经v带轮传动副传至轴I，压紧轴I上的多片摩擦离合器M1左部经齿轮副运动传至轴II，如图3.8(a)压紧右部经中间轮可获得相反方向的运动,如图3.8(b) 运动从轴II传往主轴有2条路线： a.高速路线 主轴上的滑移齿轮50向左移，使之与轴III上右端的齿轮63啮合，运动传至主轴得高转速。 b.主轴上的滑移齿轮50向右移，使之与齿式离合器M2啮合，轴III的运动经齿轮副传至轴IV，又经齿轮副传至轴V，再经齿轮副和齿式离合器传至主轴获得低转速,如图3.8(c)
主轴的各级转速可按下列运动平衡式计算： 式中 D、D’——主动和从动皮带轮直径； ε——V带传动的滑动系数，可取ε＝0.02； ZⅠ-Ⅱ、 Z’Ⅰ-Ⅱ ——轴Ⅰ和轴Ⅱ之间相啮合的主动齿轮和从动齿轮齿数。
进给运动传动链两末端件是主轴和刀架，其功用是使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。进给运动传动链两末端件是主轴和刀架，其功用是使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。 A.车削螺纹传动路线 可以车削左旋和右旋的米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹。 a.车削米制螺纹 运动平衡式为: 化简后得： ②进给运动传动链
英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数（扣/in）表示。英制螺纹的导程Lα＝1/ α。按下面的公式换算为毫米单位： 其运动平衡式为： 将Lα＝25.4/ α代入，得 b.车削英制螺纹
模数螺纹用模数m表示螺距的大小，导程为 mm 其运动平衡式为 化简后，得 c.车削模数螺纹
径节螺纹螺距大小以径节DP表示。英制蜗杆的轴向齿距为 mm 其运动平衡式为 化简后，得 d.车削径节螺纹
需要啮合齿式离合器，导程 依靠调整挂轮的传动比 来实现，其运动平衡式为： 挂轮的换置公式为 e.车削非标准螺纹和精密螺纹
a.纵向进给传动链，其运动平衡式为 : b.横向进给传动链 当横向机动进给与纵向进给的传动路线一致时，所得的横向进给量为纵向进给量的一半。 c.刀架快速移动 刀架快速向右移的速度为： B. 纵向和横向进给传动链
(3) CA6140型卧式车床的主要结构 ①主轴箱 功能是支承主轴，并实现其开、停、换 向、制动和变速，把进给运动从主轴传向进给系统。 其包括的主要机构和零件包括有：卸荷带轮 、双向多片摩擦离合器及其操纵机构 、主轴组件 、变速操纵机构 。 ②溜板箱 功用是将进给运动或快速移动由进给 箱或快速移动电动机传给溜板和刀架，使刀架实现纵，横向和正、反向机动走刀或快速移动。 其包括的主要机构有：开合螺母机构 、纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构 、互锁机构 、安全离合器 。
图3-12所示为集中式操纵机构，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把18向上扳动时，拉杆20外移，齿扇17顺时针方向转动，带动齿条轴22右移，通过拨叉23使滑套12右移，压下羊角形摆块6的右角，使推拉杆7向左移，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把18向下扳动，推拉杆7右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆7处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴22上的凸起部分正压在制动器杠杆14的下端，制动带15被拉紧，使主铀制动。图3-12所示为集中式操纵机构，可同时操纵离合器和制动器，即同时控制主轴的开、停、换向和制动。操作过程如下：当手把18向上扳动时，拉杆20外移，齿扇17顺时针方向转动，带动齿条轴22右移，通过拨叉23使滑套12右移，压下羊角形摆块6的右角，使推拉杆7向左移，于是左离合器接合，主轴正转；同理，当手把18向下扳动，推拉杆7右移，右离合器接合，主轴反转。当手把在中间位置时，推拉杆7处于中间位置，左、右离合器均不接合，主轴的传动断开，此时齿条轴22上的凸起部分正压在制动器杠杆14的下端，制动带15被拉紧，使主铀制动。 离合器和制动器操纵机构
图3-13为Ⅱ轴上双联滑移齿轮和Ⅲ轴上三联滑移齿轮的操纵机构。转动手柄，通过链传动带动轴4上的曲柄2和盘形凸轮3转动，链传动的传动比为1：1，即手柄轴和轴4同步转动。曲柄2上的拔销伸入拨叉1的长槽中，当曲柄转动时，通过拨叉1使三联齿轮沿轴Ⅲ左右移换位置。凸轮转动时，通过伸入曲线槽的圆销、杠杆5和拨叉6，使双联齿轮沿轴Ⅱ移换位置。图3-13为Ⅱ轴上双联滑移齿轮和Ⅲ轴上三联滑移齿轮的操纵机构。转动手柄，通过链传动带动轴4上的曲柄2和盘形凸轮3转动，链传动的传动比为1：1，即手柄轴和轴4同步转动。曲柄2上的拔销伸入拨叉1的长槽中，当曲柄转动时，通过拨叉1使三联齿轮沿轴Ⅲ左右移换位置。凸轮转动时，通过伸入曲线槽的圆销、杠杆5和拨叉6，使双联齿轮沿轴Ⅱ移换位置。 变速操纵机构
图3-15所示为纵、横向机动进给操纵机构的结构原理图。当需要纵向进给时，扳动手柄1向左或向右，使手柄1绕销轴2左、右摆动，手柄座3下端的开口槽拨动轴5上的球头销4左、右移动，轴5左端的开口槽推、拉杠杆11，使连杆12左右移动，连杆12左端通过销子推、拉凸轮13转动，凸轮13上的曲线槽通过销子14使拨叉16向里或向外移动，从而带动离合器M8，使之与轴XXⅡ上的两个空套齿轮中的一个的端面齿啮合，实现向左或向右的纵向机动进给。图3-15所示为纵、横向机动进给操纵机构的结构原理图。当需要纵向进给时，扳动手柄1向左或向右，使手柄1绕销轴2左、右摆动，手柄座3下端的开口槽拨动轴5上的球头销4左、右移动，轴5左端的开口槽推、拉杠杆11，使连杆12左右移动，连杆12左端通过销子推、拉凸轮13转动，凸轮13上的曲线槽通过销子14使拨叉16向里或向外移动，从而带动离合器M8，使之与轴XXⅡ上的两个空套齿轮中的一个的端面齿啮合，实现向左或向右的纵向机动进给。 当向里或向外扳动手柄1时，带动轴23连同其左端的凸轮22转动，凸轮22上的曲线槽通过圆销19使摆杆20摆动，摆杆另一端的圆销19推动拨叉17向里或向外移动，使离合器M9与轴XXV上两个空套齿轮中的一个端面齿啮合，实现向里或向外的横向机动进给。 当手柄1处于中间位置时，离合器M8和M9也处于中间位置，此时设有纵、横向机动进给。当手柄1扳至左、右、里、外任一位置，并同时按下手柄1顶端的按钮S时，刀架即在相应方向作快速移动。 纵、横向机动进给操纵机构
3.3.2 车刀 用以加工外圆、内孔、端面、螺纹以及车槽和车齿等，其主要类型如下图： 图3.20 车刀主要类型 1-端面车刀；2-仿形车刀；3-车槽刀；4-外圆车刀；5-螺纹车刀
车刀的分类及比较： 车刀按结构分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀和可转位车刀。 焊接车刀 优点是：结构简单、紧凑；刀具刚度好、抗振性性能强； 制造方便，使用方便。 缺点是：切削性能较低、刀杆不能重复使用、辅助时间长。 可转位车刀 优点：刀具使用寿命长、生产效率高、有利于推广新技术、新工艺 有利于降低刀具成本。
3.4 孔加工机床与刀具 钻床和镗床都是孔加工机床。主要用于加工外形复杂，没有对称回转轴线工件上的孔。 3.4.1 钻床 钻床通常用于加工尺寸较小，精度要求不高的孔。 钻床的主要类型有台式、立式、摇臂、深孔钻床等。 右图是典型的立式钻床
钻孔 扩孔 铰孔 攻螺纹 钻埋头孔 刮平面 钻床的加工方法及所需的运动如图3.29所示 图3.29 钻床的加工方法
