机械制造工程学 第三章 金属切削机床

以CA6140型卧式车床为例，进行讨论。
一、传动系统
传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法 是“抓两端，连中间”。 1.主运动传动链 两末端件： •主电机—主轴
1)传动路线 传动路线表达式如下： 主电动机——三角皮带——轴I——摩擦离合器 M1 —— 轴II —— 轴III —— 主轴VI。 •高速传动路线： 轴III--滑移齿轮Z50左位—— 主轴VI。 •中低速传动路线 轴III——滑移齿轮Z50右位、M2接合——轴III、 IV、V间的背轮机构和齿轮副——主轴VI。
§ 3-2 机床的运动分析
二、机床传动链
2.传动原理图
通常传动链中的各种传动机构可分为两类： •传动比不变的“定比机构”，如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮
蜗杆等；
•可变换传动比的“变比机构”（“换置器官”），如齿轮变速 机构、挂轮、数控机床中的数控系统等。 为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符 号来表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。
根据传动链的性质，可分为如下两种类型：
1）外联系传动链
联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工 作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。 •保证执行件实现简单运动； •不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系； 如：车床上加工外圆 电机--主轴；主轴--刀架
§ 3-2 机床的运动分析
动原理图的具体体现。
在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84《机 构运动简图符号》），并按照运动传递的先后顺序，以展开 图的形式来表达。图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗 杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转
速、传动轴的编号等。
传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和 空间位置。
§3-1 金属切削机床概述 二、机床的型号编制
标准JB1838-85：金属切削机床型号编制方法， 适用于各类通用机床和专用机床，由汉语拼音字母和 数字按一定规律组合而成。
§3-1 金属切削机床概述 三、机床的技术性能 1）工艺范围 2）主要技术参数 3）加工精度和表面粗糙度 4）生产率和自动化程度 5）人机关系 6）成本
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法
发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得 到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法 不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成 形法、相切法和展成法。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
二、机床传动链
1.传动链
2）内联系传动链
当传动链的两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格
的比例关系要求，该传动链称为内联系传动链。
•联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动； •执行件和执行件之间有严格的传动比关系； •内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦
传动、带传动、链传动等。
（公制螺纹进给传动），两末端件：主轴--刀架
2.进给运动传动链
（公制螺纹进给传动），两末端件：主轴--刀架
传动路线表达式如下。
二、典型结构 1.主轴箱
CA6140车床的主轴箱包括：箱体、主轴部件、传动机构、 操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。
1.主轴箱 1)卸荷带轮
1.主轴箱 2)摩擦离合器、制动器及其操纵机构
（1）简单成形运动
简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运 动关系。 例1: 用普通车刀车削外圆 母线--圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。 导线--直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A2。 例2: 用成形车刀车削成形回转表面 母线--曲线，由成形法形成，不需要成形运动。 导线--圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。
一、机床主运动参数的确定 1.主轴最高转速和最低转速 nmax=1000·Vmax/(π ·dmin)，r/min
nmin=1000·Vmin/(π ·dmax)，r/min
•Vmax、Vmin典型工序的最大、最小切削速度； •dmax、dmin经济加工的最大和最小直径，不是机床可 能加工的最大和最小直径。 •普通车床：dmax＝(0.5～0.6)Dmax（床身最大回转直 径），dmin＝(0.5～0.6)dmax； •摇臂钻床：dmax＝Dmax，dmin＝(0.5～0.6)dmax。
（2）复合成形运动
例3: 用螺纹车刀车削螺纹 母线--车刀的刀刃形状与螺纹轴向剖面轮廓的形状 一致，故母线由成形法形成，不需要成形运动。 导线--螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运动。 这是一个复合运动，把它分解为工件旋转B11和刀具直 线移动A12。B11和A12之间必须保持严格的相对运动关系。
1.主轴最高转速和最低转速 nmax=1000·Vmax/(π ·dmin)，r/min nmin=1000·Vmin/(π ·dmax)，r/min
•变速范围：Rn=nmax/nmin
2.主轴的转速数列
如某变速机构有z级转速，分别是：n1，n2， n3，„„，nz。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
机器零 件上常用的 各种表面： 平面、圆柱 面、圆锥面、 成形表面等。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
1）零件表面的形成：是一条母线沿一条导线运动 而形成。 母线和导线 统称为表面 发生线。
1--母线，2--导线
2）形成发生线的方法
（1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 是利用刀具 边旋转边做 轨迹运动来 对工件进行 加工的方法。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 1.工件表面的成形方法
2）形成发生线的方法
（1）轨迹法 （2）成形法 （3）相切法 （4）展成法 是利用工件 和刀具做展 成切削运动 的加工方法。
•进给传动设计——内联系传动链，传动精度的要 求。
本节主要介绍主传动系统的设计方法。
机床的主要参数
机床的主要参数包括： •尺寸参数——影响机床加工性能的尺寸，如主参数、 第二主参数、结构尺寸等； •运动参数——主运动参数（如主轴转速）、进给运动 参数（进给量及其数列）； •动力参数——主运动、进给运动、辅助运动的传动功 率
1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构
1.主轴箱 2) 摩擦离合器、制动器及其操纵机构
1.主轴箱 3)主轴组件
1.主轴箱 4)变速操纵机构
二、典型结构
2.溜板箱 溜板箱的功用是：将丝杠或光杠传来的旋转运动转 变为直线运动并带动刀架进给；控制刀架运动的接通、 断开和换向；机床过载时控制刀架停止进给；手动操纵 刀架移动和实现快速移动。
§ 3-2 机床的运动分析
二、机床传动链
1.传动链
2）内联系传动链
•联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；
•执行件和执行件之间有严格的传动比关系；
•内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦 传动、带传动、链传动等。
如：车床上加工螺纹
主轴--刀架，主轴1转--刀架移动1个导程 滚切直齿圆柱齿轮 滚刀旋转--工件旋转，滚刀每转1/K转（K滚刀头数）--工 件转1/Z转（Z齿轮齿数）
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
（2）复合成形运动
例4: 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面
母线--渐开线，由展成法形成，需要一个成形运动， 是复合运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两部 分，B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。 导线--直线，由相切法形成，需要两个独立的成形 运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿工件的轴向移动A2。 其中滚刀的旋转与复合展成运动的一部分B11重合。 因此，形成表面所需的成形运动的总数只有两个： 一个是复合运动B11B12；另一个是简单的成形运动A2。
§ 3-2 机床的运动分析 二、机床传动链
为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必 须有执行件、动力源和传动装置三个基本部分。 • 执行件：执行运动的部件，如主轴、刀架、工作台 等。 • 动力源：提供动力的装置，如电动机。 • 传动装置：将运动和动力从动力源传至执行件，并 使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。
二、典型结构
2.溜板箱 1) 开合螺母
二、典型结构
2.溜板箱
2)纵、横向进给的操纵机构
二、典型结构
2.溜板箱 3)互锁机构
二、典型结构
2.溜板箱
4)超越离合器和安全离合器
二、典型结构
2.溜板箱
4)超越离合器和安全离合器
§3-4 机床传动设计
•主传动设计——外联系传动链，保证输出转速、 输出功率的要求。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
（2）复合成形运动：一个复合运动可分解为两个或 多个直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但有本 质的区别。
组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运 动关系，是相互依存，而不是独立的。
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
为获得所需的工件表面形状，机床必须使刀具和工件按上 述四种方法之一完成一定的运动。
成形运动：刀具和工件为了形成表面发生线而作的 相对运动。 直线运动（用A来表示）或旋转运动（用B来表 示）。 成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动
§ 3-2 机床的运动分析 一、成形运动 2.表面成形运动
§3-1 金属切削机床概述
一、机床的分类
1)按照机床的万能性程度，可分为: 普通机床、专门化机床、专用机床 2)按照机床的工作精度，可分为: 普通精度机床、精密机床、高精度机床 3)按照机床具有的数控功能，可分为: 普通机床（非数控机床）、一般数控机床、加工 中心等 此外，还可按重量和尺寸，主要部件数目等进行 分类。