第三章金属切削机床第三节
3金属切削机床
在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为 精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。磨损的影 响因素十分复杂，如结构设计、工艺、材料、热处理、润滑 、防护、使用条件等。
第二节 金属切削机床部件
一、传动系统
1.主传动系统
交流电动机驱动和直流电动机驱动。
分级变速传动和无级变速传动。
电主轴一般工作在两个转速 范围内。在基本转速范围内 (0至额定转速)，驱动电机运 行在恒转矩状态，并且功率 随转速呈线性增长。超过了 额定转速，则电机工作在调 磁区以恒功率运行，转矩随 转速增加而下降。
主要特点
③ 在电主轴轴承及润滑方面，高速电主轴轴承已 经普遍采用先进的油汽润滑技术；对于超高速 电主轴采用动、静压液(气)浮轴承 (瑞士IBAG 等)和磁浮轴承，保证主轴的高速使用性能。
2.运动精度
运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部 件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。对于高速 精密机床，运动精度是评价机床质量的一个重要指标。它与 结构设计及制造等因素有关。
第一节 概述
3.传动精度
传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协 调性和均匀性。影响传动精度的主要因素是传动系统的设 计，传动元件的制造和装配精度。
主要特点
① 在电主轴的低转速大转矩方面，低速段的输出 转矩可以达到300Nm以上，有的更是高达 600Nm(如德国的CYTEC)，满足加工中对低速 扭矩的要求；
主要特点
② 在高速方面，用于加工中心电主轴的转速已达 到75000r/min(意大利CAMFIOR)，其它用途的 电主轴，已经达到了260000r/min(日本SEIKO SEIKI)，满足高速加工需要，提高生产率。
第三节金属切削过程中的变形
2、第二变形区（纤维化） 第二变形区（纤维化）
（2）剪切角Φ与前刀面上摩擦角β的关系 作用在切屑上的力有 前刀面上的法向力Fn、摩擦力Ff、剪切面上的正压力Fns和剪应力Fs。 简化后作用在切屑上的力 Fr为切削合力、 Φ为剪切角、 β是Fn与Fr之间的夹角摩擦角、Fz是切 削运动方向的分力、和Fy是与运动方向垂直的分力。
a)积屑瘤的形成 切削加工时，切屑与前刀面发生强烈摩擦而形成新鲜表面接触。当接触面具 有适当的温度和较高的压力时就会产生粘结（冷焊）。于是，切屑底层金属 与前刀面冷焊而滞留在前刀面上。连续流动的切屑从粘在刀面的底层上流过 时，在温度、压力适当的情况下，也会被阻滞在底层上。使粘结层逐层在前 一层上积聚，最后长成积屑瘤。 所以积屑瘤的产生以及它的积聚高度与 金属材料的硬化性质有关，也与刃前区 演示1 积屑瘤形成过程 演示2 演示3 的温度和压力分布有关。一般说来，塑 性材料的加工硬化倾向愈强，愈易产生 积屑瘤；温度与压力太低，不会产生积 屑瘤；反之，温度太高，产生弱化作用， 也不会产生积屑瘤。走刀量保持一定时， 积屑瘤高度与切削速度有密切关系。
二、切削层金属的变形
以直角自由切削方式切削塑性材料为基础模型研究切屑形成过程。
大量的实验和理论分析证明，塑性金属切削过程中切 屑的形成过程就是切削层金属的变形过程。
二、切削层金属的变形
1、变形区划分 2、第一变形区（剪切滑移） 第一变形区（剪切滑移） 3、第二变形区（纤维化） 第二变形区（纤维化） 4、第三变形区（纤维化与加工硬化） 第三变形区（纤维化与加工硬化）
1、变形区划分
根据实验，切削层金属在刀具作用下变成切屑的形态大体可划分为三个变形区 第一变形区（剪切滑移） 第二变形区（纤维化） 第三变形区（纤维化与加工硬化）
金属切削机床第三章 CA6140型卧式车床
8—溜板箱 9—左床腿 10—进给箱 11—交换齿轮变速机构
CA6140型卧式车床的主轴中心线在床身导轨面上的高度(中心高) 约为200mm,所以加工盘类零件的最大工件回转直径为400mm。 当加工轴类零件时,由于工件在滑板上通过,而横向滑板的上平面 位于床身导轨之上,因而刀架滑板上的最大车削直径受到限制,只 有210mm,如图3-3所示。
式中 × × ≈
。
表3-3 CA6140型卧式车床车削模数制螺纹模数表m(mm)
表3-3 CA6140型卧式车床车削模数制螺纹模数表m(mm)
Pha=kPa=k
式中有特殊因子“25.4”,而且英制螺纹的导程参数分母为分段的 等差数列(即每英寸牙数a在分母上),因此在CA6140型卧式车床上 车削英制螺纹时应在传动链中设置抵消特殊因子“25.4”的传动
图3-3 卧式车床的中心高与最大车削直径
CA6140型卧式车床为普通精度级机床,根据卧式车床的精度检验 标准,新机床应达到的工作精度为:
精车外圆的圆度 0.01 mm 0.06mm/300 mm
精车表面的粗糙度 Ra1.6 μm
第一节 机床的传动系统
机床的传动系统由主运动传动链、车削螺纹运 动传动链、纵向和横向进给运动传动链、快速 空程运动传动链组成。
一、主运动传动链
车床的主运动是主轴带动工件的 旋转运动。
u1=×=; u2=×=
u3=×≈; u4=×≈1
其中,u3 ≈u2,所以在中、低转速传动路线中,主轴获得的实际转速 只有2×3(2×2-1)=18级正转转速,即通过两条传动路线主轴可获得 正转转速24级,反转转速12级。
第三章 常用金属切削加工方法ppt课件
精度可达IT9～IT6，Ra1.6 ～0.4 m。
在实际生产中,钻_扩_铰是较精密孔的典型加工工艺
（三）镗孔
在镗床上完成孔加工的过程，叫镗孔。
工件安装在工作台上，工作台可作横向和纵向进给， 并能旋转任意角度。镗刀装在主轴或转盘的径向刀 架上，通过主轴箱可使主轴获得旋转主运动、轴向 进给运动，主轴箱还可沿立柱导轨上下移动。
主要用于加工小型零件，单件小批量生产， 在维修车间和模具车间应用较多
（二）龙门刨床 1．龙门刨床因有一个“龙门”式的框架结构而
得名，用于加工大型或重型工件，也可以多 个工件同时加工。 2．切削主运动虽然还是直线往复运动，但它是 由工件来完成的，刨刀只作进给运动。
3．特点：传动平稳、操作方便、适应性强，加工精 度高、生产率较高等。
各种安装方法的特点和应用
二、车削的工艺特点
1、易于保证加工面间的位置精度 2、切削过程平稳 3、生产率高 4、应用范围广 5、刀具简单
三、车削的应用
（一）车削外圆
1、一般外圆面的车削
2、特殊外圆面的车削
（1）细长轴的车削
1）顶尖安装配合中心架或跟刀架做为附加支承，以 增加细长轴的刚性，减少由于刚性不足产生的加工缺 陷 2）采用90°主偏刀，并配合3°左右的正刃倾角，以 减少径向分力
2） 精度和表面质量要求较高的孔，或内表面 形状特殊的孔需用钻孔作为预加工工序。
3）内螺纹攻螺纹前所需底孔
2．立式钻床
由电动机把原动力经主轴 变速箱传给主轴，使主轴 带动钻头旋转。同时也把动 力传给进给箱，使主轴自动 作轴向进给运动。搬动手 柄，也可实现手动进给。进 给箱和工作台可沿立柱导轨上 下，移动以适应各种尺寸 工件的加工。
机械制造技术第三章 金属切削机床
第三章 金属切削机床
上式为深入研究切削过程动力学（机床动刚度和稳定性）提供了基 本概念。
五、机床型号的编制 自学。
第三章 金属切削机床
第二节 金属切削机床部件 一、传动系统
传动系统一般由动力源 (如电动机)、变速装置及执行件 (如主轴、 刀架、工作台)，以及开停、换向和制动机构等部分组成。动力源 给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向；变速装 置传递动力以及变换运动速度；
第三章 金属切削机床
3.支承件的材料
支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天 然花岗岩、预应力钢筋混凝土凝土等。
近年来，具有优异力学、声学性能的轻质材 料（如多孔材料）的应用研究相当活跃，并已 尝试在高速机床中应用。
轻质材料：增强纤维聚合物基、蜂窝铝、泡沫金 属（含铁、镍、钴等）
第三章 金属切削机床
• 电气伺服进给系统驱动部件 电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。伺服
驱动部件有步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、直线伺服 电机等。
第三章 金属切削机床
直线伺服电动机是一种能直接将电能转化为直线运动机械能的 电力驱动装置，是适应超高速加工技术发展的需要而出现的一种 新型电动机。
直线伺服电动机传动示意图 —直线滚动导轨 2—床身 3—工作台 4—直流电动机
第三章 金属切削机床
机床刚度相应地分为静刚度及动刚度，后者是抗振性的一部分，习 惯所说刚度一般指静刚度。
如加工系统的动刚度（传递函数的倒数）：
Y (s) G(s) Gc (s)Gm (s) 1
式中，Gc (s)为切削过程的传递函数；Gm (s)为机床传递函数。
4.定位精度 定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。
金属切削机床阶段性作业3
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院金属切削机床课程作业3（共 4 次作业）学习层次：专科涉及章节：第3章——第4章1.以M1432A型磨床为例，说明为保证加工质量(尺寸精度,几何形状精度和表面粗糙度)，万能外圆磨床在传动与结构方面采取了哪些措施？(注:可与卧式车床进行比较)2.万能外圆磨床上磨削圆锥面有哪几种方法？各适用于什么场合？3.图3-1所示砂轮主轴承受径向和轴向力的轴承各有什么特点？使用这种轴承的基本条件是什么？并说明理由；轴承间隙如何调整？4.在万能外圆磨床上磨削内外圆时，工件有哪几种装夹方法？各适用于什么场合？采用不同装夹方法时，头架的调整状况有何不同？工件怎样获得圆周进给(旋转)运动？5.为什么中型万能外圆磨床的尾架顶尖通常采用弹簧预紧？而卧式车床则采用丝杠螺母预紧？6.如磨床头架和尾座的锥孔中心线在垂直平面内不等高，磨削的工件将产生什么误差，如何解决？如两者在水平面内不同轴，磨削的工件又将产生什么误差，如何解决？7.采用定程磨削法磨削一批零件后，发现工件直径尺寸大了0.03mm ，应如何进行补偿？并说明调整步骤？8.试分析无心外圆磨床和普通外圆磨床在布局、磨削方法、生产效率及适用范围方面各有什么不同？9.内圆磨削的方法有几种？各适用于什么场合？10.试分析卧轴矩台平面磨床在磨削方法、加工质量、生产效率等方面有何不同？它们的适用范围有何不同？11.分析比较应用范成法与成形法加工圆柱齿轮各有何特点？12.在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮，大质数直齿圆柱齿轮，用切向发加工蜗轮时，分别需要调整哪几条传动链？画出传动原理图，并说明各传动链的两端件及计算位移是什么？13.滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，工件的范成运动（12B ）和附加运动（22B ）的方向如何确定？以Y3150E 滚齿机为例，说明在操作使用中如何检查这两种运动方向是否正确？14.滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时，如何确定滚刀刀架扳转角度与方向？如扳转角度有误差或方向有误差，将会产生什么后果？15.在滚齿机上加工齿轮时，如果滚刀的刀齿相对于工件的轴心线不对称，将会产生什么后果？如何解决？16.在滚齿机上加工一对斜齿轮时，当一个齿轮加工完成后，在加工另一个齿轮前应当进行哪些挂轮计算和机床调整工作？17.对比滚齿机和插齿机的加工方法，说明题目各自的特点及主要应用范围18.磨齿有哪些方法？各有什么特点？19.锥齿轮加工机床的工作原理有采用假想冠轮和假想近似冠轮之分，它们在机床上是如何体现的？怎样把工件的全部轮齿切出？采用这种不同的假想齿轮对机床结构和加工质量各有什么影响？参考答案1.以M1432A型磨床为例，说明为保证加工质量(尺寸精度,几何形状精度和表面粗糙度)，万能外圆磨床在传动与结构方面采取了哪些措施？(注:可与卧式车床进行比较)答:在传动方面包含三个方面的措施：(1)砂轮旋转主运动t n，通常由电动机通过三角带直接带动砂轮主轴旋转；(2)工件圆周进给运动w n，通常由单速或多速异步电动机经塔轮变速机构传动；(3)工件纵向进给运动a f，通常采用液压传动，以保证运动的平稳性，并便于实现无级调速和往复运动循环的自动化。
第三章 金属切削加工
二.工艺特点
4.刀具结构简单； 车刀是刀具中最简单的一种，制造、刃磨和安装均较 方便，这就便于根据具体加工要求，选用合理的角度。因 此，车削的适应性较广，并且有利于加工质量和生产效率 的提高。
三. 车削的应用
车削加工是在车床上靠工件的旋转运动（主 运动）和刀具的直线运动（进给运动）相组合， 形成加工表面轨迹来加工工件的。 车削加工的范围很广，归纳起来，其加工的 各类零件具有一个共同的特点——带有旋转表面。 它可以车外圆、车端面、切槽或切断、钻中心孔、 钻孔、扩孔、铰孔、车内孔、车螺纹、车圆锥面、 车特形面、滚花、车台阶和盘绕弹簧等。 如果在车床上装上其它附件和夹具，还可进 行镗削、磨削、珩磨、抛光以及加工各种复杂形 状零件的外圆、内孔等。
四. 铣削的工艺特点及应用 1. 铣削的工艺特点 （1）加工范围广（可铣平面、凸台、园弧面、
沟槽、螺旋槽、齿轮等） ； （2）铣削没有空行程，可采用比较高的切削速 度，铣刀又是多齿刀具，故生产率高；
（3）铣削加工精度高，精铣平面的精度为： IT9～IT7，Ra3.2～1.6µ m。 （4）铣削是断续切削，容易引起振动。
2. 加工方法 （1）钻孔 钻孔是一种孔的粗加工 方法，既适宜于单件小批量 生产，也适宜于大批量生产。 钻头 钻头（麻花钻）是最 常用的孔加工工具，通常 由高速钢制成。
标准麻花钻由3个部分组成：
装夹部分：是钻头的尾部，用于
与机床联接，并传递扭矩和轴向力。
按麻花钻直径的大小，分为直柄
（直径<12mm）和锥柄（直径>12mm）两种。
端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部刀具系统刚性好同时刀齿可镶硬质合金刀片易于采用大的切削用量进行强力切削和高速切削使生产率得到提高而且工件已加工表面质量也得到提高
机械制造技术基础习题word总结
第二章金属切削原理及刀具● 1. 切削时工件上形成的三个表面是已加工表面、过渡表面和待加工表面。
● 2. 工件与刀具之间的相对运动称为切削运动，按其功用可分为主运动和进给运动，其中主运动消耗功率最大。
● 3. 按照切削性能，高速钢可分为普通性能高速钢和高性能高速钢两种，超硬刀具材料主要有陶瓷、金刚石和立方氮化硼三种● 4. 外圆车刀的主偏角增加，背向力Fp 减少，进给力Ff 增大。
● 5. 切削用量要素包括切削深度（背吃刀量）、进给量、切削速度三个。
● 6. 加工脆性材料时，刀具切削力集中在刀尖附近，宜取较小的前角和后角。
第二章金属切削原理及刀具7. 在车削外圆时，切削力可以分解为三个垂直方向的分力，即主切削力，进给抗力和切深抗力，其中在切削过程中不作功的是切深抗力。
8. 金刚石刀具不适合加工铁族金属材料，原因是金刚石的碳元素与铁原子有很强的化学亲和作用，使之转化成石墨，失去切削性能。
9. 刀具磨损形态包括前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损。
11. 刀具的磨损过程分为初期磨损、正常磨损和急剧磨损三个阶段，其中初期磨损阶段刀具磨损较快。
12. 车刀的主偏角越大，在切削过程中产生的径向切削力就越小。
13. 刀具后角是指后刀面与切削平面间的夹角。
5第二章金属切削原理及刀具14. 当高速切削时，宜选用（高速钢，硬质合金）刀具；粗车钢时，应选用（YT5、YG6、YT30）。
15. 制造复杂刀具宜选用（高速钢、硬质合金）；粗车钢时，应选用（YT5、YG6、YT30）。
第二章金属切削原理及刀具● 1. 安装外车槽刀时，刀尖低于工件回转中心时，与其标注角度相比。
其工作角度将会：（ C ）● A、前角不变，后角减小； B、前角变大，后角变小；● C、前角变小，后角变大； D、前、后角均不变。
● 2. 车外圆时，能使切屑流向工件待加工表面的几何要素是：（A ）● A、刃倾角大于0°；B、刃倾角小于0°；● C、前角大于0°； D、前角小于0°。
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第三章金属切削机床第三节
磨床
内圆磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
平面磨床
适用场合：磨削各种零件的平面；
分类
根据砂轮的工作面不同，分为卧式（用砂轮轮缘进 行磨削）和立式（用砂轮端面进行磨削） 。
万能外圆磨床（M1432A）
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
万能外圆磨床（M1432A）
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
普通外圆磨床
结构特征：与万能外圆磨床基本相同，所不同 的是（1）头架和砂轮架不能绕轴心在水平面 内调整角度；（2）头架主轴直径直接固定在 箱体上不能转动，工件只能用顶尖支承进行磨 削；（3）不配置内圆磨头装置。
级（14～1580r/min）； 进给量：纵向64级，横向64级； 车削螺纹范围：米制（P＝1～192），英制（ P＝
1～44），模数制（ P＝1～39），节径制（ P＝ 1～37）。
第三章金属切削机床第三节
车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
立式车床
适用场合：适于加工直径大而高度小于直径的 大型工件；
纵磨法（贯穿磨法）：导轮轴线相对于工件轴线偏 转1°～4°，粗磨时取大值，精磨时取小值。
横磨法（切入磨法）：工件无轴向运动，导轮作横 向进给运动，为了使磨削时紧靠挡块，一般取偏转 角0.5°～1°。
无心磨床适用场合 大批量生产中磨削细长轴 以及不带中心孔的轴、套、销等零件，它的主 参数以最大磨削直径表示。
万能外圆磨床（M1432A）
适用场合：主要用于磨削圆形或圆锥形的外圆 和内孔，也可用于磨阶梯轴的轴肩和端平面。
主参数：工件最大磨削直径的1/10。
特点：普通精度级，通用性较大，自动化程度 不高，磨削效率低，适用于工具车间、机修车 间和单件小批量生产的车间。
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
特点：工艺范围较窄，机床及头架主轴部件的 刚度高，工件的旋转精度好。这种磨床适用于 中批及大批量生产磨削外圆柱面、锥度不大的 外圆锥面及阶梯轴轴肩等。
第三章金属切削机床第三节
磨床
普通外圆磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
刀具：主要是车刀，还可用钻头、扩孔钻、铰 刀等孔加工刀具。
主要类型：卧式车床、立式车床、转塔车床、 自动和半自动车床以及各种专门化车床等。
第三章金属切削机床第三节
车床
卧式车床（CA6140）
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
磨削方法－纵磨法：工件装夹在头架上由主轴带 动作圆周进给运动，还可随同工作台沿床身导轨 作纵向往复运动，还可在水平面内调整角度位置 以磨削圆锥孔。砂轮由砂轮架主轴带动作旋转运 动，工作台每往复一次，砂轮架作横向进给一次。
第三章金属切削机床第三节
磨床
内圆磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
磨床
无心磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
内圆磨床
应用场合 磨削圆柱孔和圆锥孔，单件小批量。
分类
按结构类型：普通内圆磨床、无心内圆磨床和行星内圆 磨床；
按自动化程度：普通、半自动和全自动内圆磨床。
主要类型：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工 具磨床、刀具刃磨磨床、各种专门化磨床（如曲 轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、 齿轮磨床、螺纹磨床等）、研磨床、其他磨床 （如珩磨机、抛光机、超精加工机床、砂轮机 等）。
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
无心磨床
无心磨削的特点：工件 置于磨削砂轮和导轮之 间并用托板支承定位， 工件中心略高于两轮中 心的连线，并在导轮摩 擦力作用下带动旋转。 磨削砂轮线速度很高， 这样工件在多次转动中 逐步被磨圆。
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
无心磨床
无心磨削的方式
结构形式 单柱式和双柱式； 主参数 最大车削直径的1/100表示。
第三章金属切削机床第三节
车床
立式车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
பைடு நூலகம்第三章金属切削机床第三节
车床
转塔车床
结构特征：没有尾座， 尾座由转塔车床的转塔 刀架所代替。
特点：加工复杂工件时， 转塔车床的生产率比卧 式车床高。
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
3.3 常见的金属切削机床
磨床 钻床 铣床 加工中心 其他类型机床
第三章金属切削机床第三节
车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
概述
应用场合：用于加工内、外圆柱面、圆锥面、 端面、成形回转表面以及内螺纹面等。
运动特征：主运动为主轴作回转运动，进给运 动通常由刀具来完成。
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
车床
转塔车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
第三章金属切削机床第三节
磨床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
概述
适用场合：精加工和硬表面加工，少数应用于粗 加工；
刀具（磨料磨具）：砂轮、砂带、油石、研磨料；
卧式车床（CA6140）
加工范围：适用于中、小型的各种轴类和盘套 类零件的加工
第三章金属切削机床第三节
车床
机械制造技术基础 沙智华 大连交通大学 机械工程学院
卧式车床（CA6140）
技术性能
床身最大工件回转直径400mm； 工件长度750，1500，2000（mm）； 刀架最大回转直径210mm； 主轴转速：正转24级（10～1400r/min），反转12