第2章-金属切削机床设计PPT课件
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金属切削机床课程设计指导课件
背轮换 向问题
Ⅰ
48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31
滚动轴承 1 箱体 销 挡圈 滚动轴承 螺钉 键14×75
螺钉 滚动轴承 轴承挡盖 螺母 1 1 1 1 1 1 1 铸铁 45钢 35钢 45钢 Q275A 45钢 Q235钢 Q235钢 铸铁 铸铁 45钢 35钢 45钢
课程设计的难点提示
1、对于12级转速，结构式的选择。 2、齿数和建议在70~120之间选择。 3、齿宽的确定。 4、出现干涉时的解决措施。 5、注意设计方案在安装和拆卸时的可行性。 6、车床主轴箱要画出完整的摩擦离合器。 7、铣床主轴箱要合理选择飞轮的大小和安放 位置
滚动轴承205
GB276-89
GB886-86 滚动轴承7206 GB297-84 M6×12 GB71-85 GB1096-79 M8×20 GB71-85 滚动轴承7207 GB297-84 M12 GB6170-86
Ⅲ
2 1 2 端盖 轴承端盖 1 圆螺母 1 滚动轴承 1 1 挡圈 轴Ⅳ 1
螺钉 套杯 轴Ⅲ 1 滚动轴承 2 轴承端盖 1 轴承挡盖 1 轴Ⅱ 1 螺钉 3 轴承端盖 螺母 螺钉 轴承挡盖 卸荷带轮 2 1 1 1
M10×25 GB70-85
M12×25 GB77-85 M12 GB6170-86 M6×12 GB71-85
1 油封 滚动轴承 2 定距环 1 1 轴Ⅰ 摩擦离合器 1 1 键 凸圆拨件 1 1 轴 定距环 1 轴端挡圈 1 件数 名称
•
4、具体结构选取和计算
1）主轴组件——第10章 2）传动轴组件——第8章第4节 3）齿轮结构——第8章第4节
4）主轴箱——第8章第4节
机械制造技术基础 第2章
MMT
2.2.3 刀具工作角度
• 在横向进给切削或切断 工件时，随着进给量f值的增 加和加工直径d的减小，工作 后角不断减小，刀尖接近工 件中心位置时，工作后角的 减小特别严重，很容易因后 面和工件过渡表面剧烈摩擦 使刀刃崩碎或工件被挤断， 切削中应引起充分重视。因 此，切断工件时不宜选用过 大的进给量f，或在切断接近 结束时，应适当减小进给量 或适当加大标注后角。
MMT
2.2.3 刀具工作角度
当工件材料和加工性质不同时，常用硬质合金车刀的 合理前角如表2-1所示。
表2-1 合理前角 粗 车 精 车 硬质合金车刀合理前角的参考值 合理前角 粗 车 精 车
工件材料 低碳钢 中碳钢 合金钢 淬火钢
工件材料 灰铸铁 铜及铜合金 铝及铝合金 钛合金 ≤1.177 GP a
MMT
2.1.1 切削运动
3、合成切削运动
刀具与工件间的相对切削运 动是主运动和进给运动的合成运 动。切削刃上选定点相对于工件 的主运动的瞬时速度，称为切削 速度，以vc表示。切削刃上选定点 相对于工件的进给运动的瞬时速 度，称为进给速度，以vf表示。合 成切削运动的瞬时速度用ve表示。 则ve＝vc＋vf 。
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具静止角度
2.
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
刀具在正交平面参考系中定义的标注角度有： （1）前角 γo ：前刀面与基面间的夹角（正交平面中测量） 作用：影响切屑的变形程度； 影响刀刃强度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角（正交 平面中测量）
MMT
2.2.2 刀具静止角度参考系及其坐标平面
机械制造技术基础课件
图2-2 平面刨削的切削运动与 加工表面
2
华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作
切削速度V 进给量f(或进给速度 和背吃刀量 或进给速度V 和背吃刀量a 切削速度 c，进给量 或进给速度 f)和背吃刀量 p
3
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切削运动 主运动 进给运动 合成切削运动 2. 工件表面 待加工表面 已加工表面 过渡表面 4
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1. 前角γ0 前角γ 影响： 影响： 切削的难易程度-很大。 ↖前角，使刀刃变得锋利，使 切削的难易程度 很大。 前角，使刀刃变得锋利， 很大 切削更轻快，切屑变形↘ 切削力和切削功率↘ 切削更轻快，切屑变形↘，切削力和切削功率↘ ↖前角，刀刃和刀尖强度↘ ，散热体积↘ ，影响刀具 前角，刀刃和刀尖强度↘ 散热体积↘ 寿命。对表面粗糙度， 寿命。对表面粗糙度，排、断屑等有一定的影响
第2章 制造工艺装备 章
金属切削刀具 机床 机床夹具
熊良山等编《机械制造技术基础》课件
1
华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作
2.1 金属切削刀具的基本知识
2.1.1 金属切削加工的基本概念
1. 切削运动（主运动和进给运动）与切削用量 切削运动（主运动和进给运动）
图2-1 外圆车削的切削运动与 加工表面
华中科技大学机械科学与工程学院熊良山制作
常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、 常用刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、 陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。 2. 高速钢表2-1 高速钢表 含有较多钨、 含有较多钨、钼、烙、钒等元素的高合金工具钢 较高的硬度（热处理硬度达HRC62—67）和耐热性（切削温 较高的硬度（热处理硬度达 ） 耐热性（ 度可达550—600º） 度可达 ） 切速比碳素工具钢和合金工具钢高1—3倍（因此而得名）， 切速比碳素工具钢和合金工具钢高 倍 因此而得名）， 刀具耐用度高10—40倍，甚至更多 刀具耐用度高 倍 可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料 制造工艺简单，能锻造， 制造工艺简单，能锻造，容易磨出锋利的刀刃 在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等） 在复杂刀具（钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等） 的制造中占有重要地位。 的制造中占有重要地位。 用途分：通用型高速钢和 用途分：通用型高速钢和高性能高速钢 制造工艺分 熔炼高速钢和 制造工艺分：熔炼高速钢和粉末冶金高速钢 16
第2章机床的运动分析.ppt
任何表面都可以看作是一条线（称为 母线）沿着另一条线（称为导线）运动的 轨迹。 机床上加工零件时，所需形状的表面 是通过刀具和工件的相对运动，用刀具 的刀刃切削出来的。 实质——借助于一定形状的切削刃、切 削刃与被加工表面之间按一定规律的相 对运动，形成所需的母线和导线。 母线和导线统称为发生线。
注意
主运动传动链：1——2——uv——3——4 （B11） 进给运动传动链：4——5——uf——6——7（A12） Uv与uf各自独立。
第四节
机床的运动调整
一、运动参数及其换置器官 每一个独立的运动都需要有5个参 数来确定。 这五个参数为：
运动的起点、运动的方向、运动的 轨迹、运动的路程和运动的速度。
n从 u n主
同理：
传动链中带传动的传动比：
n从 D1 u n主 D2
求从电机到主轴的传动比： n电机 u总 u带 u轮系 n主轴 主轴的转速为：
n主 轴 n电 机 u带 u轮 系 D1 各 主 动 轮 齿 数 积 n电 机 D2 各 从 动 轮 齿 数 积
二、辅助运动 （一）各种空行程运动 空行程运动是指进给前后的快速运 动和各种调位运动。 （二）切入运动
用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。 （三）分度运动 当加工若干个完全相同的均匀分布 的表面时，为使表面成形运动得以周期 的连续的进行的运动称为分度运动。
（四）操纵及控制运动
包括启动、停止、变速、换向、部 件与工件的夹紧和松开、转位以及自动 换刀、自动测量、自动补偿等操纵控制 运动。 三、主运动和进给运动 成形运动按其在切削加工中所起的 作用，又可分为两类：主运动和进给运 动。
在考虑传动路线时，可以先撇开 具体机构，把上述机构分成两大类： 1、固定传动比的传动机构，简称 “定比机构” ，传动比和传动方 向固定不变的传动机构，包括：定 比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆 副等
注意
主运动传动链：1——2——uv——3——4 （B11） 进给运动传动链：4——5——uf——6——7（A12） Uv与uf各自独立。
第四节
机床的运动调整
一、运动参数及其换置器官 每一个独立的运动都需要有5个参 数来确定。 这五个参数为：
运动的起点、运动的方向、运动的 轨迹、运动的路程和运动的速度。
n从 u n主
同理：
传动链中带传动的传动比：
n从 D1 u n主 D2
求从电机到主轴的传动比： n电机 u总 u带 u轮系 n主轴 主轴的转速为：
n主 轴 n电 机 u带 u轮 系 D1 各 主 动 轮 齿 数 积 n电 机 D2 各 从 动 轮 齿 数 积
二、辅助运动 （一）各种空行程运动 空行程运动是指进给前后的快速运 动和各种调位运动。 （二）切入运动
用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。 （三）分度运动 当加工若干个完全相同的均匀分布 的表面时，为使表面成形运动得以周期 的连续的进行的运动称为分度运动。
（四）操纵及控制运动
包括启动、停止、变速、换向、部 件与工件的夹紧和松开、转位以及自动 换刀、自动测量、自动补偿等操纵控制 运动。 三、主运动和进给运动 成形运动按其在切削加工中所起的 作用，又可分为两类：主运动和进给运 动。
在考虑传动路线时，可以先撇开 具体机构，把上述机构分成两大类： 1、固定传动比的传动机构，简称 “定比机构” ，传动比和传动方 向固定不变的传动机构，包括：定 比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆 副等
项目一金属切削基础课件(共34张PPT)
式中： d为工件的直径，单位为（mm）； n为工件或刀具每分（秒）钟的转数，单位为
（r/min）或（r/s）。
活动二 切削用量与 切削层参数
任务1 属切削的基本概念
活动一 切削运动及 形成的表面
活动二 切削用量与 切削层参数
（2）当主运动为往复运动时,平均切削速度为
vc
2 L nr 1000
(m /
活动一 切削运动及 形成的表面
活动二 切削用量与 切削层参数
图1-2 切削层参数
任务2 刀具切削部分的基本定义
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
一、刀具的组成 车刀是最常用、最简单和最基本的切削工具，
因而最具有代表性。其他刀具都可以看作是车刀的 组合或变形。因此，学习 属切削工具时，通常以车 刀为例进行学习和分析。普通车刀由刀头和刀柄两 部分组成，如图1-3所示。刀头用于切削，刀柄用以 装夹。刀具切削部分的构造要素及其定义和说明如 下：
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
1、正交平面参考系刀具角度的定义 （1）前角 γ （2）后角ao （3）主偏角кr （4）刃倾角ls
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
任务2 刀具切削部分的基本定义
活动一 刀具的组成
活动二 刀具角度参 考系与定义
刀具角度标注符号下标的英语小写字母，应与 测量该角度用的参考系平面符号下标一致。如r就表 示pr平面，s就表示ps平面，o就表示po平面。n就表 示pn平面，f就表示pf平面，p就表示pp平面。另外， 在右上角加一撇就表示副切削刃上的平面或角度。
2.2金属切削机床的基本知识
机床的技术性能指标
表 常用机床主参数和第二主参数
机床名称 主参数 第二主参数
普通车床
立式车床 升降台铣床 摇臂钻床 卧式镗床 坐标镗床 外圆磨床 矩台平面磨床 滚齿机
床身上工件最大回转直径
最大车削直径 工作台工作面宽度 最大钻孔直径 主轴直径 工作台工作面宽度 最大磨削直径 工作台工作面宽度 最大工件直径
转速图(有级变速)
竖线：轴（标明轴号） 圆点：轴所能有的转速 转速值：等比数列，对数坐标 两轴(竖线)之间的线段：一对传 动副，并在线旁标明带轮直径之 比或齿轮的齿数比 两竖线之间的一组平行线：同一 对传动副 上斜的线：升速传动 下斜的线：降速传动 作用：从转速图上很容易找出各 级转速的传动路线和各轴、齿轮 的转速范围
通用机床 按机床的通 用性程度分 专门化机床 专用机床
普通机床 按机床工 作精度分
精密机床
高精度机床
按机床重量和尺寸分
仪表机床 中型机床 大型机床 10t 重型机床 30t 超重型机床 100t
按自动化程度分
手动 机动 半自动 自动
按主要工作器官的数目
单轴机床 多轴机床 单刀机床 多刀机床
2. 机床的技术参数与尺寸系列
机床的技术参数是表示机床的尺寸大小和加工 能力的各种数据， 一般包括：主参数，第二主参数，主要工作部件的 结构尺寸，主要工作部件的移动行程范围，各种运 动的速度范围和级数，各电机的功率，机床轮廓尺 寸等。
2、机床的技术参数与尺寸系列
主参数是反映机床最大工作能力的一个主要 参数，它直接影响机床的其他参数和结构大小。
《金属切削机床》
（3）相切法：
利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进 行加工的方法。
机床设计 (2)
2.3 机床的传动联系和传动原理图
2.3.3 传动原理图
车 削 圆 柱 面 时 传 动 原 理 图
机 动 进 给
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
2.3 机床的传动联系和传动原理图
2.3.3 传动原理图
车 削 圆 柱 面 时 传 动 原 理 图
液 压 传 动 进 给
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
答案：卧式车床在形成螺旋表面时需要一个运动——刀具与工件间相对的螺旋运动。
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
图2-7 成形铣刀铣削螺纹
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
2.2 机床的运动
2.2.2 辅助运动
机床上除表面成形运动外，还有在切削加工过程中所 必须的其他一些运动 铣床工作台的快进或快退运动 插齿机上的让刀运动 机床的转位、分度、换向 机床夹具的夹紧与松开 自动换刀
第二章 机床的运动分析 电子工业出版社
第二章 机床的运动分析 电子工业出版社
8．何为定比机构和换置机构？并举出至少两例。
答案： 定比机构：具有固定传动比的机构。例如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副
换置机构：可变化传动比的机构。例如齿轮变速箱、挂轮架、各类无极变速机构
10．由复合成形运动分解成的各个分运动与简单运动的区别是 什么？
答案：由复合成形运动分解成的各个分运动，虽然都是直线或旋转运动，与简单运 动相象，但其本质是不同的。复合成形运动是一个运动，它的各个部分是相互依存， 并保持着严格的相对运动关系。
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
9．根据图2-9卧式车床的传动原理图，以加工螺纹表面为例指 出其所表示内容。
机械制造技术基础教学课件PPT金属切削加工的基础
刀具在切削过程中要 承受很大的载荷，较 高的切削温度和摩擦。 刀具材料的切削性能， 直接影响刀具的耐用 度和生产率；刀具材 料的工艺性，将影响 刀具本身的制造和刃 磨质量。
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
第2章 金属切削过程
⑶主偏角 主偏角κ r 对主切削力影响不大，对吃刀抗力和进给抗 力影响显著（ κr ↑—— Fp↓，Ff↑）
切削力/ N
2200
1800
1400 1000
κr - Fc
κr – Ff κr – Fp
FC—— 切削力(Fz) Ff—— 进给力(Fx) FP—— 背向力(Fy)
600 200 30 45 60
进给力Fx (Ff)
也称轴向分力，用Fx表示—总切削力在进给方 向的分力，是设计机床进给机构不可缺少的参数。 背向力 Fy（Fp） 也称径向分力，用Fy表示 —总切削力在垂直于
工作平面方向的分力，是进行加工精度分析、计算
系统刚度，分析工艺系统振动所必须的参数。
三个分力FC、Ff、FP与合力F 合力F ＝
2、切削温度的分布
★ 切削塑性材料 ：
前刀面靠近刀尖处温度最高。
★ 切削脆性材料： 后刀面靠近刀尖处温度最高
750 ℃
刀 具
2.3.3 影响切削温度的主要因素
1.切削用量对刀具温度的影响
切削温度与切削用量的关系式为：
θ ＝ Cθ VcZθ fyθ apxθ 三个影响指数 zθ ＞yθ ＞xθ ，说明切削速度对切削 温度的影响最大，背吃刀量对切削温度的影响最小。
C区是刀尖区，由于散热差，强度低，磨损 严重，磨损带最大宽度用VC表示 B区处于磨损带中间，磨损均匀，最大磨损 量VBmax；
3.边界磨损
N区处于切削刃与待加工表面的相交处，磨 损严重，磨损量以VN表示，此区域的 磨损也叫边界磨损
2.4.2 刀具磨损的主要原因
1. 硬质点磨损
工件材料中含有硬质点杂质，在加工过程中会将刀具表面划伤， 造成机械磨损。低速刀具磨损的主要原因是硬质点磨损。
金属工艺学(邓文英, 郭晓鹏, 邢忠文主编) 02第二章
第二章 金属切削机床的基本知识
第一节 切削机床的类型和基本构造
一、切削机床的类型
按加工方式、加工对象或主要用途分为11大类，即车 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、锯床和其他机床等。在每一类机床 中，又按工艺范围、布局形式和结构分为若干组，每一组 又细分为若干系列。国家制定的金属切削机床型号编制方 法（GB/T 1537－2008)就是依据此分类方法进行编制的。
综合上述特点，数控机床适宜在多品种、中小批量
生产中，加工形状比较复杂且精度要求较高的零件。
4. 数控机床的发展
数控机床的工艺性能已由加
工循环控制、加工中心，发展到
适应控制。
数控机床的控制装置，经历
了电子管元件—晶体管和印刷电
路板元件—集成电路—小型计算
机—微处理器的发展过程。
图 2-17 立式加工中心
图 2-23 CAM的狭义概念
第二章完
（2）柔性制造系 统（FMS）
（3）柔性自动
生产线（FTL） 它是由更多的
数控机床、输送和 存储系统等所组成 的性制造系统。
图 2-21 几种制造系统的对比
三、计算机集成制造系统
图 2-22 CIMS的基本组成
四、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）概述
图 2-23 CAD的概念
计算机辅助制造（CAM）狭义的概念如下图所示
⑶ 刀架回转的传动系统 液压马达—平板分度凸轮—一对齿轮副—刀架回转 ⑷ 螺纹加工的实现
主轴脉冲发生器直接或间接测定主轴的转速—数 控系统—进给传动伺服电机
4. 机床机械传动的组成
机床机械传动主要由以下几部分组成： ⑴ 定比传动机构
具有固定传动比或固定传动关系的机构。
第一节 切削机床的类型和基本构造
一、切削机床的类型
按加工方式、加工对象或主要用途分为11大类，即车 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、锯床和其他机床等。在每一类机床 中，又按工艺范围、布局形式和结构分为若干组，每一组 又细分为若干系列。国家制定的金属切削机床型号编制方 法（GB/T 1537－2008)就是依据此分类方法进行编制的。
综合上述特点，数控机床适宜在多品种、中小批量
生产中，加工形状比较复杂且精度要求较高的零件。
4. 数控机床的发展
数控机床的工艺性能已由加
工循环控制、加工中心，发展到
适应控制。
数控机床的控制装置，经历
了电子管元件—晶体管和印刷电
路板元件—集成电路—小型计算
机—微处理器的发展过程。
图 2-17 立式加工中心
图 2-23 CAM的狭义概念
第二章完
（2）柔性制造系 统（FMS）
（3）柔性自动
生产线（FTL） 它是由更多的
数控机床、输送和 存储系统等所组成 的性制造系统。
图 2-21 几种制造系统的对比
三、计算机集成制造系统
图 2-22 CIMS的基本组成
四、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）概述
图 2-23 CAD的概念
计算机辅助制造（CAM）狭义的概念如下图所示
⑶ 刀架回转的传动系统 液压马达—平板分度凸轮—一对齿轮副—刀架回转 ⑷ 螺纹加工的实现
主轴脉冲发生器直接或间接测定主轴的转速—数 控系统—进给传动伺服电机
4. 机床机械传动的组成
机床机械传动主要由以下几部分组成： ⑴ 定比传动机构
具有固定传动比或固定传动关系的机构。