第三章 第一节金属切削机床
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数控机床课件
第一节 金属切削机床
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
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第二节 立式加工中心
一、立式加工中心基本布局结构形式
中型加工中心应用最普遍的形式是单柱水平刀库布局(图3 -2),它是立式加工中心的基本布局方式。
图3-2 单柱水平刀库布局 1-切屑箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电动机 5-主轴箱 6-刀库 7-数据柜 8-操纵面板 9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
2.1 数控车床的机械部分由哪几个主要部件组成？ 他们的各自作用是什么？
2.2 数控车床上有哪些运动传动是属于外传动链？ 哪些运动传动属于内传动链？
2.3 机床传动系统图有哪些作用? 2.4 在TND360机床上，当主轴转速为500r/min时， 主轴电动机的实际转速为多少？ 2.5 在TND360机床上，为什么安全联轴器能保护 进给系统的安全？
第二节 数控机床概论
复习思考题
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第一节 金属切削机床
一、金属切削机床
金属切削机床通常是指用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的一种机器。
二、金属切削机床的分类与编号
1.机床的分类 按照万能程度，机床又分为： （1）通用机床 （2）专门化机床 （3）专用机床 2.机床型号的编制方法 （1）型号表示方法。型号的构成如下：
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第二节 立式加工中心
一、立式加工中心基本布局结构形式
中型加工中心应用最普遍的形式是单柱水平刀库布局(图3 -2),它是立式加工中心的基本布局方式。
图3-2 单柱水平刀库布局 1-切屑箱 2-X轴伺服电机 3-Z轴伺服电机 4-主轴电动机 5-主轴箱 6-刀库 7-数据柜 8-操纵面板 9-驱动电柜 10-工作台 11-滑座
二、加工中心的分类
l.按加工范围分类 2.按机床结构分类 3.按数控系统分类 4.按精度分类
第一节 加工中心概述
三、加工中心的发展
1.高速化 (1)主轴转速的高速化 1)选用陶瓷轴承 2)主轴轴承采用预紧量可调装置 3)改进主轴轴承润滑、冷却方式 ①油气润滑方式 ②喷注润滑。这是近年开始采用的新型润滑方式，其原理 如图3-1所示。 (2)进给速度的高速化 (3)自动换刀的高速化 (4)自动托盘交换装置的高速化
2.1 数控车床的机械部分由哪几个主要部件组成？ 他们的各自作用是什么？
2.2 数控车床上有哪些运动传动是属于外传动链？ 哪些运动传动属于内传动链？
2.3 机床传动系统图有哪些作用? 2.4 在TND360机床上，当主轴转速为500r/min时， 主轴电动机的实际转速为多少？ 2.5 在TND360机床上，为什么安全联轴器能保护 进给系统的安全？
3金属切削机床
6.精度保持性
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。
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。
金属切削机床 第一章 金属切削机床概述
目前,数控机床品种已经基本齐全,规格繁多,据不完全统计 已有400多个品种规格,可以按照多种原则来进行分类。
1.按工艺用途分类 (1)一般数控机床 这类机床和传统的普通机床品种一样,有数控 的车、铣、镗、钻、磨床等等,而且每一种又有很多品种,例如数 控铣床中就有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等等。
1)减少机床台数,便于管理,对于多工序的零件只要一台机床就能 完成全部加工,并可以减少半成品的库存量。
第一章 金属切削机床概述
第一节 金属切削机床的分类和型号
一、金属切削机床的分类
金属切削机床的品种和规格繁多,为了便于区别、管理和使 用机床,在国家制订的机床型号编制方法中,按照机床的加工 方式、使用的刀具及其用途,将机床分为11类:车床、钻床、 镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插 床、拉床、锯床和其他机床。
3.机床的主参数或设计顺序号
机床型号中的主参数用折算值(主参数乘以折算系数)表示,位于组 别、系别代号之后。
4.机床的主轴数或第二主参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-1 通用机床类代号
二、金属切削机床型号的编制方法 机床型号是机床产品的代号。
1.机床的类、组、系代号 机床的类别及分类代号见表1-1。
2.通用特性和结构特性代号 当某类型机床,除有普通形式外,还有某种通用特性时,则在类代号 之后加用大写汉语拼音字母表示的通用特性代号予以区分。
表1-2 通用特性代号
图1-2 牛头刨床的工作运动
表1-7 常见刨床的类型
表1-7 常见刨床的类型
1.按工艺用途分类 (1)一般数控机床 这类机床和传统的普通机床品种一样,有数控 的车、铣、镗、钻、磨床等等,而且每一种又有很多品种,例如数 控铣床中就有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等等。
1)减少机床台数,便于管理,对于多工序的零件只要一台机床就能 完成全部加工,并可以减少半成品的库存量。
第一章 金属切削机床概述
第一节 金属切削机床的分类和型号
一、金属切削机床的分类
金属切削机床的品种和规格繁多,为了便于区别、管理和使 用机床,在国家制订的机床型号编制方法中,按照机床的加工 方式、使用的刀具及其用途,将机床分为11类:车床、钻床、 镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插 床、拉床、锯床和其他机床。
3.机床的主参数或设计顺序号
机床型号中的主参数用折算值(主参数乘以折算系数)表示,位于组 别、系别代号之后。
4.机床的主轴数或第二主参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-4 常用机床组别、系别代号及主要参数
表1-1 通用机床类代号
二、金属切削机床型号的编制方法 机床型号是机床产品的代号。
1.机床的类、组、系代号 机床的类别及分类代号见表1-1。
2.通用特性和结构特性代号 当某类型机床,除有普通形式外,还有某种通用特性时,则在类代号 之后加用大写汉语拼音字母表示的通用特性代号予以区分。
表1-2 通用特性代号
图1-2 牛头刨床的工作运动
表1-7 常见刨床的类型
表1-7 常见刨床的类型
第三章机床夹具第一讲
对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确 定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。 用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。 如图3-1中的快换钻套1。
其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠 模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其 它联接元件； 夹具体： 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使 其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连 接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图31中的夹具体7。
机床夹具
三、 机床夹具的组成
定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 如图3-1中的定位销6 。 夹紧装置：在切削时使工件在夹具中保持既 定位置并夹紧工件。如图 3-1 中的螺母 5 和开口 垫圈4。 联接元件（连接元件）： 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹 具之间的相互位置关系。
机床夹具
机床夹具
第一节 机床夹具的作用、分类及组成 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部 分。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用 于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和 检测等工艺过程中。 为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机 床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现 代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它 直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制 造成本等。
1、按夹具的通用特性分类
组合夹具 —— 组合夹具是指按零件的加工要求， 由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的 夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，制 造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品 的试制和单件小批生产。 随行夹具 —— 随行夹具是一种在自动线上使用 的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一 个工位，进行不同工序的加工。
其它装置或元件：定向键、操作件、分度装置、靠 模装置、上下料装置、平衡块等，以及标准化了的其 它联接元件； 夹具体： 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使 其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连 接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。如图31中的夹具体7。
机床夹具
三、 机床夹具的组成
定位元件：用于确定工件在夹具中的位置； 如图3-1中的定位销6 。 夹紧装置：在切削时使工件在夹具中保持既 定位置并夹紧工件。如图 3-1 中的螺母 5 和开口 垫圈4。 联接元件（连接元件）： 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹 具之间的相互位置关系。
机床夹具
机床夹具
第一节 机床夹具的作用、分类及组成 机床夹具是机械加工工艺系统的一个重要组成部 分。夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用 于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和 检测等工艺过程中。 为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机 床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现 代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它 直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的制 造成本等。
1、按夹具的通用特性分类
组合夹具 —— 组合夹具是指按零件的加工要求， 由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的 夹具。由专业厂家制造，其特点是灵活多变，制 造周期短、元件能反复使用，特别适用于新产品 的试制和单件小批生产。 随行夹具 —— 随行夹具是一种在自动线上使用 的夹具。该夹具既要起到装夹工件的作用，又要 与工件成为一体沿着自动线从一个工位移到下一 个工位，进行不同工序的加工。
第三章 切削加工润滑
因此，切削过程中三个变形区所产生的热量 除分别由切屑、工件、刀具和周围介质如空气传 出外，还应采用切削液将切削区的热量迅速带走。 切削液的冷却效果有两个方面：即通过润滑对切 削机理的影响所体现的冷却及直接冷却。 由于切削液的自身冷却能力，其直接冷却作 用不但可以降低切削温度，减少刀具磨损，延长 刀具寿命，而且还可以防止工件热膨胀，翘曲对 加工精度的影响，以及冷却已加工表面抑制热变 质层的产生。
冷却作用通常是指切削液将热量从它产生的地 方迅速带走的能力。在金属切削时，靠对流、汽化 吸收传出大量的热。切削液的冷却作用大小，取决 于热导率、比热容、汽化热、汽化速度、流量及流 速 ( 流速与粘度、压力有关 ) 等。通常水的热导率、 比热容，汽化热比油大，粘度比油小所以一般水的 溶液的冷却性能最好，油类较差，乳化液介于二者 之间，接近于水。
③改善加工面，降低工件表面粗糙度值；④随时 排除碎切屑，洗净加工面;⑤迅速均匀地冷却加工 的刀具、工件和机床有关部件；⑥防止工件和机 床腐蚀或生锈；⑦提高切削加工效率；⑧降低能 耗和生产成本。 切削液的基本功能：冷却、润滑、清洗、防锈。
二、冷却作用
切削热是由切削过程中金属变形和摩擦所消耗 的功转变而来。图3-1所示的三个变形区就是产生 切削热的热源：即被加工材料的弹、塑性变形所 消耗的功转变的热和刀具前刀面与切屑底层摩擦 所产生的热以及刀具后刀面与加工表面摩擦所产 生的热。 产生这些热量除去以辐射的形式散出去的部 分外，均用于加热刀具、切屑及加工表面，使之 温度升高：加剧了刀具的磨损、缩短了刀具寿命、 在已加工表面生成热变形。
矿物油在流体润滑状态下，有良好的润滑性 能，但不适用边界润滑。通常矿物油只作为切削 油的基础油，加入一定量的油性剂或极压剂，以 保证切削过程中边界润滑时有较低的摩擦系数和 磨损。 渗透性好的低粘度矿物油，除了用于黄铜、 易切削钢等的轻切削加工外，还可以用于轻合金 的研磨(抛光)、珩磨、和精加工。
金属切削机床第三章 CA6140型卧式车床
图3-2 CA6140型卧式车床外形 1—主轴箱 2—刀架 3—尾座 4—床身 5—右床腿 6—光杠 7—丝杠
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。
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8讲 3.2 金属切削机床部件
旋转精度：径向和轴向跳动； 刚度：影响加工精度和机床性能； 抗振性：影响刀具表面加工质量和刀具寿命； 温升和热变形：降低加工精度。
第二节 金属切削机床部件
2.2 主轴部件的传动方式
齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能使
用变转速、变载荷工作，应用最广，线速度不能过高；
带传动：结构简单、制造容易、成本低，特别适合于中
(3) 主轴的材料和热处理 普通机床主轴：调质45钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等
部位局部高频淬硬。
大载荷和有冲击时：合金钢。
第二节 金属切削机床部件 2.3 主轴部件结构
(4) 主轴轴承 滚动轴承；液体动压轴承；液体静压轴承；空气静压轴承 角接触球轴承 双列短圆柱滚子轴承
圆锥滚子轴承
推力轴承 ……
第二节 金属切削机床部件 3.3 支承件的材料
铸铁：铸造性好，阻尼系数大；（时效处理） 钢板和型钢焊接：工艺简单、抗振性比铸铁差； 预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低，脆性大； 天然花岗岩：
第二节 金属切削机床部件 4 机床导轨
导向，承受安装其上的运动部件和工件的质量和切削力。 4.1 导轨的主要技术要求 导向精度 承载能力大，刚度好：保证加工精度 精度保持性：耐磨性 低速运动平稳
第二节 金属切削机床部件
1.1 主传动系统
按变速的连续性 滑移齿轮变速 分级变速 交换齿轮变速 离合器变速 优点：传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作 可靠，广泛应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中； 缺点：有速度损失，不能在运转中进行变速。
第二节 金属切削机床部件
1.1 主传动系统
用度。
第二节 金属切削机床部件 3.1 支承件应满足的基本要求
第二节 金属切削机床部件
2.2 主轴部件的传动方式
齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能使
用变转速、变载荷工作，应用最广，线速度不能过高；
带传动：结构简单、制造容易、成本低，特别适合于中
(3) 主轴的材料和热处理 普通机床主轴：调质45钢，主轴端部、锥孔、定心轴颈等
部位局部高频淬硬。
大载荷和有冲击时：合金钢。
第二节 金属切削机床部件 2.3 主轴部件结构
(4) 主轴轴承 滚动轴承；液体动压轴承；液体静压轴承；空气静压轴承 角接触球轴承 双列短圆柱滚子轴承
圆锥滚子轴承
推力轴承 ……
第二节 金属切削机床部件 3.3 支承件的材料
铸铁：铸造性好，阻尼系数大；（时效处理） 钢板和型钢焊接：工艺简单、抗振性比铸铁差； 预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低，脆性大； 天然花岗岩：
第二节 金属切削机床部件 4 机床导轨
导向，承受安装其上的运动部件和工件的质量和切削力。 4.1 导轨的主要技术要求 导向精度 承载能力大，刚度好：保证加工精度 精度保持性：耐磨性 低速运动平稳
第二节 金属切削机床部件
1.1 主传动系统
按变速的连续性 滑移齿轮变速 分级变速 交换齿轮变速 离合器变速 优点：传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作 可靠，广泛应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中； 缺点：有速度损失，不能在运转中进行变速。
第二节 金属切削机床部件
1.1 主传动系统
用度。
第二节 金属切削机床部件 3.1 支承件应满足的基本要求
第一章金属切削机床的总体设计1..教学文案
二、技术设计
画出传动系统图，绘制部件装配图，绘制电气系统 安装接线图，液压系统和控制操作系统装配图，最终 完成总装配图绘制
三、零件设计及资料编写 四、样机试制和鉴定
样机试制；空车试运转；随后进行工业性试验，在 额定载荷下进行试工作，并写出工业性试验报告。
1.3 机床的总体布局
第三节 机床的总体布局
第一章金属切削机床的总体设计 1..
第一章 金属切削机床的总体设计
一、机床的基本要求 二、机床的设计步骤 三、机床的总体布局 四、机床主要技术参数的确定
第一节 机床的基本要求 一、机床应具有的性能指标
1、工艺范围
指机床适应不同生产要求的能力。包括可加工的
零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等。 2、加工精度
一、分配机床的运动 二、选择传动形式和支承形式 三、安排操作部位 四、提高动刚性的措施 五、造型设计
1.3 机床的总体布局
一、分配机床的运动
机床运动的分配应掌握四个原则： 1、将运动分配给质量小的零部件。
运动件质量小，惯性小，需要的驱动力就小，传 动机构体积小；制造成本低。 2、 运动分配应有利于提高工件的加工精度。 3、 运动分配应有利于提高运动部件的刚度。 4、运动的分配应视工件形状而定。
1.3 机床的总体布局
支承形式是指支承件的形状。 卧式支承：支承件高度方向尺寸小于长度方向尺寸
特点：重心低，刚 度大，是中小型机 床的首选支承形式
1.3 机床的总体布局
立式支承：支承件高度方向尺寸大于长度方向尺寸， 又称为柱式支承，简称为立柱。
特点：占地面积小，刚 度较卧式差，机床的操 作位置比较灵活。龙门 框架支承，是单臂支承 的改进形式,又称为双柱 式支承，适用于立式大 型机床 。
画出传动系统图，绘制部件装配图，绘制电气系统 安装接线图，液压系统和控制操作系统装配图，最终 完成总装配图绘制
三、零件设计及资料编写 四、样机试制和鉴定
样机试制；空车试运转；随后进行工业性试验，在 额定载荷下进行试工作，并写出工业性试验报告。
1.3 机床的总体布局
第三节 机床的总体布局
第一章金属切削机床的总体设计 1..
第一章 金属切削机床的总体设计
一、机床的基本要求 二、机床的设计步骤 三、机床的总体布局 四、机床主要技术参数的确定
第一节 机床的基本要求 一、机床应具有的性能指标
1、工艺范围
指机床适应不同生产要求的能力。包括可加工的
零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等。 2、加工精度
一、分配机床的运动 二、选择传动形式和支承形式 三、安排操作部位 四、提高动刚性的措施 五、造型设计
1.3 机床的总体布局
一、分配机床的运动
机床运动的分配应掌握四个原则： 1、将运动分配给质量小的零部件。
运动件质量小，惯性小，需要的驱动力就小，传 动机构体积小；制造成本低。 2、 运动分配应有利于提高工件的加工精度。 3、 运动分配应有利于提高运动部件的刚度。 4、运动的分配应视工件形状而定。
1.3 机床的总体布局
支承形式是指支承件的形状。 卧式支承：支承件高度方向尺寸小于长度方向尺寸
特点：重心低，刚 度大，是中小型机 床的首选支承形式
1.3 机床的总体布局
立式支承：支承件高度方向尺寸大于长度方向尺寸， 又称为柱式支承，简称为立柱。
特点：占地面积小，刚 度较卧式差，机床的操 作位置比较灵活。龙门 框架支承，是单臂支承 的改进形式,又称为双柱 式支承，适用于立式大 型机床 。
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2015-3-13
卧式铣床
立式铣床
立式钻床
摇臂钻床
卧式镗床外形
2015-3-13
31
牛头刨床(Horizontal Shaper)
2015-3-13
33
插齿(Gear Shaping)机
2015-3-13
34
特种加工机床
1.机床的分类与型号编制
金属切削机床的种类非常繁多，为了便于区 别、使用和管理，有必要对机床进行分类， 可以从不同的角度出发对机床进行分类。
2015-3-13
37
种类
车床
用
途
用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表 面，车削端面及各种常用的螺纹。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。 可以加工平面、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)、螺旋形 表面(螺旋槽)及各种曲面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。
很窄。
15
第一节
概述
c)数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足
零件较高精度的要求，并可实现自动化加工
。
16
第一节
概述
2.机床的技术参数：机床的主要技术参数包括： 尺寸参数、运动参数与动力参数。 尺寸参数一一具体反映机床的加工范围，包括主 参数、第2主参数和与加工零件有关的其他尺寸参 数。如下表：
1. 通用机床
用于加工多种零件的不同工序，加工范围较广， 通用性较大，但结构比较复杂；
主要适用于单件小批生产，例如：卧式车床、万 能升降台铣床等。
2015-3-13
41
2. 专门化机床
工艺范围较窄；
专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序
，如曲轴车床、凸轮轴车床等。
3. 专用机床
动等。
13
第一节
三.机床技术性能指标
概述
1.机床的工艺范围：机床的工艺范围是指在机床 上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种 工序，使用什么刀具等等。 a)通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可
以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。
14
第一节
概述
b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的， 自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围
10
第一节
概述
•进给运动的形式： 进给运动可以有一个或几个：钻床、刨 床等机床有一个进给运动；外圆磨床的进给 运动有工件主轴的旋转运动和工作台的直线 运动；车床有刀架溜板 的纵向进给运动和横向 进给运动。
11
第一节
概述
进给运动也可以是复合运动，如在数控车床车削圆
锥或回转曲面工件时，进给运动就是复合运动，它可视
机床的分类及类代号见表。
2015-3-13
47
机床的类和分类代号
类 别
车 床
钻 床
镗 床
齿轮
螺纹 加工 机床
磨床
加工 机床
铣 床
刨 插 床
其 拉 床
特种 加工 机床
锯 床
他 机 床
代 号 读 音
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
D
G
Q
车
钻
镗
磨
2磨
3磨
牙
丝
铣
刨
拉
电
割
其
2015-3-13
型机床（重量达 10t）、重型机床（大于 30t）和超重型机床 （大于100t）。
2015-3-13
43
通常，机床根据加工性质进行分类，再根据其某些特点进一步
描述，如多刀半自动车床、高精度外圆磨床等。
随着机床的发展，其分类方法也将不断发展。现代机床正向数 控化方向发展，数控机床的功能日趋多样化，工序更加集中。
铣床
刨床 插床
主要用于加工各种平面(如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等 )、直线成型表面。回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。
镗床
适用于对单件或小批量生产的孔系加工，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。
磨床
用砂轮等作为工具对工件表面进行加工的机床。磨床可加工内外圆柱面和圆锥面、平面、
机床名称 普通车床 主参数 第2主参数
车身上工件最大回转直径 工件最大长度
摇臂钻床
坐标镗床 外圆磨床
最大钻孔直径
工作台工作面宽度 最大磨削直径
最大跨距
工作台工作面长度 最大磨削长度
17
第一节
概述
运动参数一一指机床执行件的运动速度，例如 主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给
量与最小进给量(或进给速度)。
19
第一节
1.几何精度
概述
几何精度是指机床空载条件下，在不运动 (机床
主轴不转或工作台不移动等情况下) 或运动速度较低 时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程
度。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床
质量的基本指标。它主要决定于结构设计、制造和装 配质量。
20
第一节
2.运动精度
概述
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。
21
第一节
4.定位精度
概述
定位精度是指机床的定位部件运动到达规
定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件
的尺寸精度和形位精度。机床构件和进给控制
系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量 系统的精度都将影响机床定位精度。
2015-3-13
3
在现代机械制造工业中，制造的机器零件，特别是精
密零件的最终形状、尺寸及表面粗糙度，主要是借助 金属切削机床加工来获得的，因此机床是制造机器零
件的主要设备。
担负的工作量约占机器总制造工作量的40%～60%， 它的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质量和 劳动生产率。
2015-3-13 4
22
第一节
5.工作精度
概述
加工规定的试件，用试件的加工精度表示 机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影 响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变
形和刀具、工件的刚度及热变形等。
23
第一节
6.精度保持性
概述
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。
机床功率主要消耗于主运动。
b)进给运动：进给运动是使工件上的多余材料
不断被去除的工作运动，是维持切削得以继
续的运动。
9
第一节
主运动的形式：
概述
1)工件（如车床）或刀具（如钻床）作旋转运 动，其表示方式为转速；
2)工件（如龙门刨床）或刀具（如插床）作直 线运动，其表示方式为工作行程运动速度或 每分钟往复行程 (冲程) 次数； 3)复合运动，如卧式车床车螺纹时的螺旋运动 ，它是由主轴带动工件的旋转运动和刀架溜 板的直线运动合成的。
各部件将在第二节作详述
7
第一节
二.机床的运动
概述
机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。
1.表面形成运动：表面形成运动是机床最基本的
运动，亦称工作运动。表面形成运动包括主运 动和进给运动，主 运动只有一个，进 给运动可以有一个 或几个。
8
第一节
概述
a)主运动：机床主运动是形成切削速度并从工 件上切除多余材料起主要作用的工作运动，
金属切削机床在国民经济建设中的地位非常重要，机
床工业为全社会各行各业提供先进的制造技术和优质 高效的设备，机床工业的技术水平决定着其它行业的 发展水平，在很大程度上标志着一个国家的工业生产
能力和科学技术水平。
2015-3-13
5
第一节
概述
一.机床的基本组成 1.动力源：为机床提供动力 (功率) 和运动的驱 动部分。 2.传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和 其他运动的传动系统。 3.支承件：用于安装和支承其他固定的或运动的 部件，承受其重力和切削力。 4.工作部件 (1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关 的执行部件； ⑵ 与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置；
为径向 (X轴)进给与纵向(Z轴) 进给的合成，由数控系 统保证这两个进给
运动的准确。
12
第一节
概述
2.辅助运动：机床在加工过程中加工工具与工件
除工作运动以外的其他运动称为辅助运动，用
以实现机床的各种辅助动作。 a)切入运动：用于保证工件被加工表面获得所需 要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度； b)各种空行程运动：空行程运动主要是指进给前 后的快速运动； c)其它辅助运动：包括分度运动、操纵和控制运
现在一台数控机床集中了越来越多的传统机床的功能，例如， 具有自动换刀功能的镗铣加工中心机床，集中了钻、镗、铣等 多种类型的机床功能。
2015-3-13
44
2.机床型号的编制方法
机床的型号用以简明地表示机床的类型、通用和结构特 性、主要技术参数等。是机床产品的代号。
我国现在最新的机床型号，是按1994年颁布的标准“GB/T15375-94 金属切削机床型号编制方法”编制的。该标准规定，机床型号由汉 语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。如：CA6140车床。
工艺范围最窄；
只能用于加工某一种零件的某一道特定工序，适用于大批量生
2015-3-13
卧式铣床
立式铣床
立式钻床
摇臂钻床
卧式镗床外形
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牛头刨床(Horizontal Shaper)
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插齿(Gear Shaping)机
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特种加工机床
1.机床的分类与型号编制
金属切削机床的种类非常繁多，为了便于区 别、使用和管理，有必要对机床进行分类， 可以从不同的角度出发对机床进行分类。
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种类
车床
用
途
用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表 面，车削端面及各种常用的螺纹。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。 可以加工平面、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮)、螺旋形 表面(螺旋槽)及各种曲面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。
很窄。
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第一节
概述
c)数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足
零件较高精度的要求，并可实现自动化加工
。
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第一节
概述
2.机床的技术参数：机床的主要技术参数包括： 尺寸参数、运动参数与动力参数。 尺寸参数一一具体反映机床的加工范围，包括主 参数、第2主参数和与加工零件有关的其他尺寸参 数。如下表：
1. 通用机床
用于加工多种零件的不同工序，加工范围较广， 通用性较大，但结构比较复杂；
主要适用于单件小批生产，例如：卧式车床、万 能升降台铣床等。
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2. 专门化机床
工艺范围较窄；
专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序
，如曲轴车床、凸轮轴车床等。
3. 专用机床
动等。
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第一节
三.机床技术性能指标
概述
1.机床的工艺范围：机床的工艺范围是指在机床 上加工的工件类型和尺寸，能够加工完成何种 工序，使用什么刀具等等。 a)通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床上可
以满足较多的加工需要，适用于单件小批生产。
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第一节
概述
b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的， 自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围
10
第一节
概述
•进给运动的形式： 进给运动可以有一个或几个：钻床、刨 床等机床有一个进给运动；外圆磨床的进给 运动有工件主轴的旋转运动和工作台的直线 运动；车床有刀架溜板 的纵向进给运动和横向 进给运动。
11
第一节
概述
进给运动也可以是复合运动，如在数控车床车削圆
锥或回转曲面工件时，进给运动就是复合运动，它可视
机床的分类及类代号见表。
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机床的类和分类代号
类 别
车 床
钻 床
镗 床
齿轮
螺纹 加工 机床
磨床
加工 机床
铣 床
刨 插 床
其 拉 床
特种 加工 机床
锯 床
他 机 床
代 号 读 音
C
Z
T
M
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3M
Y
S
X
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车
钻
镗
磨
2磨
3磨
牙
丝
铣
刨
拉
电
割
其
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型机床（重量达 10t）、重型机床（大于 30t）和超重型机床 （大于100t）。
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通常，机床根据加工性质进行分类，再根据其某些特点进一步
描述，如多刀半自动车床、高精度外圆磨床等。
随着机床的发展，其分类方法也将不断发展。现代机床正向数 控化方向发展，数控机床的功能日趋多样化，工序更加集中。
铣床
刨床 插床
主要用于加工各种平面(如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等 )、直线成型表面。回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。
镗床
适用于对单件或小批量生产的孔系加工，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。
磨床
用砂轮等作为工具对工件表面进行加工的机床。磨床可加工内外圆柱面和圆锥面、平面、
机床名称 普通车床 主参数 第2主参数
车身上工件最大回转直径 工件最大长度
摇臂钻床
坐标镗床 外圆磨床
最大钻孔直径
工作台工作面宽度 最大磨削直径
最大跨距
工作台工作面长度 最大磨削长度
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第一节
概述
运动参数一一指机床执行件的运动速度，例如 主轴的最高转速与最低转速、刀架的最大进给
量与最小进给量(或进给速度)。
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第一节
1.几何精度
概述
几何精度是指机床空载条件下，在不运动 (机床
主轴不转或工作台不移动等情况下) 或运动速度较低 时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程
度。几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床
质量的基本指标。它主要决定于结构设计、制造和装 配质量。
20
第一节
2.运动精度
概述
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。
21
第一节
4.定位精度
概述
定位精度是指机床的定位部件运动到达规
定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件
的尺寸精度和形位精度。机床构件和进给控制
系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量 系统的精度都将影响机床定位精度。
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在现代机械制造工业中，制造的机器零件，特别是精
密零件的最终形状、尺寸及表面粗糙度，主要是借助 金属切削机床加工来获得的，因此机床是制造机器零
件的主要设备。
担负的工作量约占机器总制造工作量的40%～60%， 它的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质量和 劳动生产率。
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5.工作精度
概述
加工规定的试件，用试件的加工精度表示 机床的工作精度。工作精度是各种因素综合影 响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变
形和刀具、工件的刚度及热变形等。
23
第一节
6.精度保持性
概述
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。
机床功率主要消耗于主运动。
b)进给运动：进给运动是使工件上的多余材料
不断被去除的工作运动，是维持切削得以继
续的运动。
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第一节
主运动的形式：
概述
1)工件（如车床）或刀具（如钻床）作旋转运 动，其表示方式为转速；
2)工件（如龙门刨床）或刀具（如插床）作直 线运动，其表示方式为工作行程运动速度或 每分钟往复行程 (冲程) 次数； 3)复合运动，如卧式车床车螺纹时的螺旋运动 ，它是由主轴带动工件的旋转运动和刀架溜 板的直线运动合成的。
各部件将在第二节作详述
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第一节
二.机床的运动
概述
机床的运动分为表面形成运动和辅助运动。
1.表面形成运动：表面形成运动是机床最基本的
运动，亦称工作运动。表面形成运动包括主运 动和进给运动，主 运动只有一个，进 给运动可以有一个 或几个。
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第一节
概述
a)主运动：机床主运动是形成切削速度并从工 件上切除多余材料起主要作用的工作运动，
金属切削机床在国民经济建设中的地位非常重要，机
床工业为全社会各行各业提供先进的制造技术和优质 高效的设备，机床工业的技术水平决定着其它行业的 发展水平，在很大程度上标志着一个国家的工业生产
能力和科学技术水平。
2015-3-13
5
第一节
概述
一.机床的基本组成 1.动力源：为机床提供动力 (功率) 和运动的驱 动部分。 2.传动系统：包括主传动系统、进给传动系统和 其他运动的传动系统。 3.支承件：用于安装和支承其他固定的或运动的 部件，承受其重力和切削力。 4.工作部件 (1)与最终实现切削加工的主运动和进给运动有关 的执行部件； ⑵ 与工件和刀具安装及调整有关的部件或装置；
为径向 (X轴)进给与纵向(Z轴) 进给的合成，由数控系 统保证这两个进给
运动的准确。
12
第一节
概述
2.辅助运动：机床在加工过程中加工工具与工件
除工作运动以外的其他运动称为辅助运动，用
以实现机床的各种辅助动作。 a)切入运动：用于保证工件被加工表面获得所需 要的尺寸，使工具切入工件表面一定深度； b)各种空行程运动：空行程运动主要是指进给前 后的快速运动； c)其它辅助运动：包括分度运动、操纵和控制运
现在一台数控机床集中了越来越多的传统机床的功能，例如， 具有自动换刀功能的镗铣加工中心机床，集中了钻、镗、铣等 多种类型的机床功能。
2015-3-13
44
2.机床型号的编制方法
机床的型号用以简明地表示机床的类型、通用和结构特 性、主要技术参数等。是机床产品的代号。
我国现在最新的机床型号，是按1994年颁布的标准“GB/T15375-94 金属切削机床型号编制方法”编制的。该标准规定，机床型号由汉 语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。如：CA6140车床。
工艺范围最窄；
只能用于加工某一种零件的某一道特定工序，适用于大批量生