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第四章 金属切屑机床
第一节 机床概论
金属切削机床加工机器零件的主要设备。一般金属切削机床约占机械行业所有技术装备总台数的60%～80%。
一、机床的技术经济指标（掌握）
要求机床工艺性能好，工作可靠，生产率高；系列化、通用化、标准化程度要高；结构简单，重量轻。
（一）工艺范围。适应不同的生产要求。
1.可以完成的工序种类；
2.被加工零件的类型、材料和尺寸范围；
3.毛坯的种类；
4.加工精度和表面粗糙度；
5.适应的生产规模（批量）等。
（二）加工精度和表面粗糙度
工件的精度和表面粗糙度受多种因素的影响（机床、刀具、夹具、切屑条件和操作者）。只有高精度的机床才能加工出高精度的零件。精度高的机床成本也较高。
（三）生产率
通常用“单位时间内机床生产产品的数量”来衡量。
（四）系列化、通用化、标准化程度（三化）
准确的说，是产品品种系列化、部件通用化、零件标准化。
【注意】品种系列化是部件通用化和零件标准化的基础；部件通用化和零件标准化又反过来推动和促进品种系列化的工作。
（五）机床的寿命
注意机床结构的可靠性和耐磨性。对于导轨、轴承、齿轮等易损零件，需要合理设计，并采取必要的工艺措施延长寿命。
（六）机床的效率
输出功率和输入功率之比，损失的能量转化为了热能。不仅浪费了能量，还影响了加工精度。
二、机床的运动与传动（了解）
（一）机床的运动
机床加工的共性就是把刀具和工件安装在机床上，由机床使刀具和工件产生确定的相对运动，从而切削出合乎要求的零件。
1.运动分析
各种机器零件的形状都是由平面、圆柱面、圆锥面及成形面所组成。如能加工出这几种表面，那么也就可以实现各种形状零件的加工。
图4-1 不同切削加工方法所形成的表面
2.工作运动
进行切屑时，刀具和工件的相对运动，即为工作运动。可以分为：
主运动：机床切屑速度或消耗主要动力的工作运动。
进给运动：使工件的多余材料不断被去除的工作运动。
【注意1】切削过程中，主运动只有一个，而进给运动可以多于一个。
【注意2】主运动和进给运动可以由刀具和工件分别完成，也可以由刀具单独完成。
机床除工作运动，即主运动和进给运动外，还有各种辅助运动，例如上下料、退刀、转位、排除切屑等。
【总结】运动分为工作运动和辅助运动，前者的目的是切屑，又可以分为主运动和进给运动，后者是进行准备、整理工作。
（二）机床的传动
机床的传动机构指的是传递运动和动力的机构，简称机床的传动。
按传动速度调节变化特点将传动分为有级传动和无级传动。
三、机床的分类（掌握）
（一）按加工性质和所用刀具分类
目前我国将机床分为十一大类。
表4—1 机床分类及代号
类别 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 其他机床
代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L G Q
读音 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其他
（二）按机床工作精度分类
1.普通机床。主要包括：普通车床、钻床、镗床、铣床、刨插床等。
2.精密机床。主要包括：磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床和其他各种精密机床。
3.高精度机床。主要包括：坐标镗床、齿轮磨床、螺纹磨床、高精度滚齿机、高精度刻线机和其他高精度机床。
（三）按机床加工工件大小和机床自身重量分类。
类别 机床自身重量（吨）
仪表机床
中、小型机床（一般机床） ＜10
大型机床 10～30
重型机床 30～100
特重型机床 ＞100
（四）按机床通用性分类
1.通用机床（万能机床）。这类机床的加工范围广泛，可以加工多种零件的不同工序。由于其通用性范围较广，它的结构往往比较复杂。适用于单件、小批量生产。例如，普通车床、卧式镗床、万能升降台铣床等均属于通用机床。
2.专门化机床（专门机床）。这类机床专门用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一特定工序，如精密丝杠车床，凸轮轴车床，曲轴、连杆轴颈车床等都属于专门化机床，它适用于成批大量生产场合。
3.专用机床。专门用以加工某一种零件的特定工序的机床称为专用机床。专用机床加工范围小，被加工零件稍有一点变动就不能适应。结构较通用机床简单，但生产率高，机床自动化程度往往也比较高。所以，专用机床一般在成批大量生产中选用。
【注意】通用机床结构相对复杂，适用于单件小排量生产；专用机床工艺的可能性较窄，适用于大批量生产。
四、机床的型号编制（掌握）
GB/T15375–94《金属切削机床型号编制方法》是现行机床型号编制标准。
机床型号由汉语拼音字母和数字按一定的规律组合而成。通用机床的型号由基本和辅助部分组成，中间用“/”隔开。基本部分统一管理，辅助部分纳入型号与否由生产厂家自定。
在整个型号规定中，最重要的是类代号、组代号、主参数，以及通用特性代号、结构特性代号。
（一）机床的类代号：
表4—1
类别 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 其他机床
代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L G Q
读音 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉 割 其他
（二）机床通用特性、结构特性代号
1.通用特性代号。
当某类型机床（除普通型外）还有某种通用特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。
表4—2 机床通用特性代号
通用特性 高精度 精密 自动 半自动 数控 加工中心（自动换刀） 仿形 轻型 加重型 简式或经济型 柔性加工单元 数显 高速
代号 G M Z B K H F Q C J R X S
读音 高 密 自 半 控 换 仿 轻 重 简 柔 显 速
2.结构特性代号。
结构特性代号用汉语拼音字母表示，如A、D、E、L、N、P、R、S、T、U、V、W、X、Y等字母。当不够用时可将两个字母组合起来使用。如AD、AE等。
【注意】当型号中有通用特性代号时，结构特性代号排在通用代号之后；当型号无通用特性代号时，结构特性代号排在类代号之后。
（三）机床的组、系代号
在同类机床中，主要布局和使用范围基本相同的机床即为一组；在同一组机床中，其主参数相同，主要结构及布局型式相同的机床即为同一系。每类机床分为10个组，每个组又分为10个系（系列）。
机床的组用一位阿拉伯数字表示，位于类代号或通用特性代号之后；机床系也用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。
（四）机床主参数的代号
反映机床规格大小的主要数据称为第一主参数，简称主参数。不同的机床，主参数内容各不相同。机床的主参数用阿拉伯数字表示。在组系代号后面的数字，一般表示机床的主参数或主参数的1/10或1/100。
表4—4 常见机床主参数及折算系数
机床名称 主参数名称 主参数折算系数
普通车床
自动车床、六角车床
立式车床 床身上最大工件回转直径
最大棒料直径或最大车削直径
最大车削直径 1/10
1/1
1/100
立式钻床、摇臂钻床
卧式镗床 最大钻孔直径
主轴直径 1/1
1/10
牛头刨床、插床
龙门刨床 最大刨削或插削长度
工作台宽度 1/10
1/100
卧式及立式升降台铣床
龙门铣床 工作台工作面宽度
工作台工作面宽度 1/10
1/100
外圆磨床、内圆磨床
平面磨床
砂轮机 最大磨削外径或孔径
工作台工作面的宽度或直径
最大砂轮直径 1/10
1/10
1/10
齿轮加工机床 （大多数是）最大工件直径 1/10
（五）主轴数及第二主参数
机床主轴数应以实际数据列入型号，位于主参数之后，用乘号“×”分开。第二主参数是指最大跨距、最大工件长度、最大模数等。在型号中表示第二主参数，一般折算成两位数为宜。
【注意】长度（跨距、行程）按1/100折算；宽度、直径、深度按1/10折算；厚度按实际值。
（六）机床的重大改进顺序号
当机床结构、性能有重大改进和提高，并需按新产品重新设计、试制和鉴定时，才在机床型号之后按A、B、C……（I和O不得选用）等汉语拼音字母的顺序选用加入型号的尾部，以区别原机床型号。重大改进设计不同于完全的新设计，它是在原有的机床基础上进行改进设计，因此，重大改进后的产品应代替原来的产品。
（七）其他特性代号
其他特性代号，置于辅助部分之首。其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。
（八）企业代号及其表示方法
【总结】1.型号中第一个字母肯定是类代号，表明机床的类型（如车床、钻床等）；
2.第二个到数字之前的字母代表通用特性或结构代号，通用特性可能有两个，也可以没有。通用代号一般根据字母能得出来，如果出现了A、D、E、L……，那么这一定是结构特征代号，如果是第二个字母，那么没有通用特征代号。
3.后面紧跟的一般是四位数，前两位是组系代号，一定有，后两位是主参数，根据不同的机床，主参数的换算也不一致。
4.四位数字后，如果跟的是乘号，那么乘号后一定是主轴数或者第二主参数。
5.数字后面紧跟的是重大改进顺序号，注意A、B、C代表的含义；
6.斜杠后面是其他特性代号和企业代号。注意举例中WF含义。
常用的机床型号含义（重要）
机床型号 表示含义
CA6140A C—车床（类代号）；
A—结构特性代号；
6—组代号（落地及卧式车床）；
1—系代号（普通落地及卧式车床）；
40—主参数（最大加工件回转直径400mm）；
A—第一次重大改进（重大改进顺序号）
XKA5032A X—铣床（类代号）
K—数控（通用特性代号）
A—（结构特性代号）
50—立式升降台铣床（组系代号）
32—工作台面宽度320mm（主参数）
A—第一次重大改进（重大改进顺序号）
MBE1432 M—磨床（类代号）
B—半自动（通用特性代号）
E—（结构特性代号）
14—万能外圆磨床（组系代号）
32—最大磨削直径320mm（主参数）
MGB1432 M—磨床（类代号）
G—高精度（通用特性代号）
B—半自动（通用特性代号）
14—万能外圆磨床（组系代号）
32—最大磨削直径320mm（主参数）
C2150×6
C—车床（类代号）
21—多轴棒料自动车床（组、系代号）
50—最大棒料直径50mm（主参数）
6—轴数为6（第二主参数）
MB8240 最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床
根据加工需要，经变换的第一种半自动曲轴磨床，其型号为MB8240/1；
变换的第二种型式的型号为MB8240/2，依此类推。
CX5112A/WF C—车床（类代号）
X—数显（通用特性代号）
51—单柱立式车床（组系代号）
12—最大车削直径为1250mm（主参数）
A—第一次重大改进（主参数）
WF—企业代号
第二节 车 床
工作原理：车削时工件装夹在与主轴相连的卡盘或顶尖上，由主轴带着卡盘或顶尖连同工件一起作旋转运动；车刀装在刀架上，由刀架的纵向或横向移动（平行于床身导轨方向为纵向，垂直于床身导轨方向为横向），使车刀获得进给运动，从而对工件进行车削加工。
工作运动：主运动是工件的旋转，进给运动是车刀的移动。
加工精度：一般车床的加工精度可达IT10～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。
车床的加工范围较广。在车床上主要加工回转表面，其中包括：车外圆、车端面、切槽、钻孔、镗孔、车锥面、车螺纹、车成形面、钻中心孔及滚花等。
图4－7 车床加工的零件举例
图4－8 车削加工简图
一、普通车床
普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置，故为卧式车床。CA6140是比较典型的普通车床。
由于CA6140车床的加工范围广，所以其结构复杂，而且自动化程度低，适用于单件小批生产。
（一）普通车床的主要结构（掌握）
CA6140型普通车床的主要组成部件有主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。（三箱两杠两架一床身）
1.主轴箱。主轴箱又称为床头箱，内装主轴和主轴变速机构，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需要正、反两种转向的不同转速。
工件由卡盘夹持或安装在项尖上随主轴做旋转的主运动，以实现切削加工，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。
主轴箱中的主轴是车床的关键零件，它支承在滚动轴承上，切削时承受切削力。要求主轴及其轴承应有很高的精度和刚性，一旦由于各种原因降低了车床主轴的旋转精度，则机床的使用价值就会降低。
2.进给箱。进给箱又称为走刀箱。它固定在床身左前侧，是为了适应不同的加工情况，合理地选择进给量或指定的螺距而设置的。
进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至溜板箱。
3.丝杠与光杠。丝杠与光杠装在床身前侧，用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。
【提示】丝杠是专门用来车削各种螺纹而设备的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。
4.溜板箱。溜板箱实际上是车床进给运动的操纵箱，其内装有将丝杠和光杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动，横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架上的车刀做纵向直线移动，以便车削螺纹。
5.尾架（尾座）。在加工细长工件时，在尾架内安装顶尖来支承工件的一端，若把顶尖拿掉，装上钻头等工具，可实现车床上钻孔、扩孔和攻丝等。
6.刀架。刀架是用来装夹车刀并使其做纵向、横向或斜向进给运动的。刀架分为三层。
最下层称为纵溜板，它可在床身导轨上做纵向移动。
第二层为横溜板，它可沿着纵溜板上的导轨，做垂直于床身导轨的横向移动。
第三层上装有转盘，可以在水平面内旋转任意角度。转盘上面装有小溜板，它可沿转盘上面的导轨做短距离移动。小溜板上面装有方刀架，车刀借螺钉夹紧在方刀架上，最多可同时安装四把车刀。换刀时，松开手柄，即可转动方刀架，把所需要的车刀转到工作位置上。工作时必须旋紧手柄把方刀架固定住。
7.床身。床身装在左右床腿上，用以支承车床上的三箱（主轴箱、进给箱、溜板箱）二杠（光杠、丝杠）二架（刀架、尾架）。
机床的左床腿内装有润滑油箱及驱动电机。右床腿有冷却液箱及冷却泵。
传动路线：
（二）CA6140型车床的技术规格
一般机床的技术规格由五部分组成：
1.技术参数。主要是反映机床加工能力的参数，包括主参数和第二主参数。
2.机床工作速度级数及调整范围。
3.机床主电机功率。
4.机床外形尺寸。
5.机床的重量。
表4—5CA6140型普通车床的主要技术性能
序号 项目
1 床身上最大工件回转直径………………………………………400毫米
中心高……………………………………………………………205毫米
最大工件长度……………750毫米、1000毫米、1500毫米、2000毫米
主轴内孔直径……………………………………………………48毫米
主轴前端锥度……………………………………………………莫氏6号
2 主轴转速正转24级………………………………………10～1400转／分
反转12级…………………………………………………14～1580转／分
进给量纵向（64级）………………………0.028毫米～6.33毫米／转
横向（64级）………………………………0.014毫米～3.16毫米／转
溜板及刀架纵向快移速度………………………………………4米／分
3 主电动机功率…………………………………………………7.5千瓦
溜板快移电动机………………………………………………0.37千瓦
4 机床轮廓尺寸（长×宽×高，工件长为1000毫米时）…………2668×1000×1267毫米
5 机床重量（工件长度为1000毫米时）……………………………2070千克
二、立式车床（熟悉）
工作原理：立式车床主要特征是主轴是直立的，工作台台面处于水平平面内，工件装夹在由主轴带动作旋转运动的大工作台上。由于工件装在水平工作台上，所以装夹工件比较方便。工件的质量和切削力由工作台和底座间的回转导轨承受，减轻了主轴及其轴承的负荷，工作平稳性好，较易保证加工精度，可较长时间保证车床的工作精度。
工作运动：工件装在工作台上，由主轴带动作主运动。进给运动由垂直刀架和侧刀架来实现。
分类：立式车床分单柱式和双柱式两类，单柱式立式车床的加工直径较小（最大直径小于1600mm）；双柱式立式车床加工直径较大（最大的立式车床加工直径超过2500mm），可装夹80t重的重型工件。
立式车床主要特点是：
1.工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便，而且安全。
2.工作台由导轨支承，刚性好，切削平稳，主轴的受力情况好。
3.有几个刀架，可用多刀切削，并能快速换刀。
立式车床的加工精度可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm～0.8μm。
主参数：最大车削直径D。
三、六角车床（了解）
特点：无丝杠和尾架，有转塔刀架。
工作原理：在六角车床上，可以预先将所用的全部刀具安装在车床上，并调整其位置尺寸；每组刀具的行程终点位置，可由机床床身上的挡块加以控制。机床调整完毕后，加工每个工件时，不必再反复地装卸与调整刀具。因而操作方便、迅速，可节约辅助时间，生产率较高，用于成批大量生产。
六角车床分为立式转塔车床（图4－12）和回轮车床（图4－13）。六角刀架绕水平轴旋转称为回轮车床。
加工精度：六角车床加工外圆时，精度可达到IT11～IT8，表面粗糙度Ra值可达3.2～1.6μm，加工孔时，精度可达到IT7，表面粗糙度值可达0.8μm。
第三节 钻床、镗床
孔加工的常用方法是用钻头钻孔，用扩孔钻扩孔，用铰刀铰孔和用镗刀镗孔。
一、钻床（熟悉）
工作原理：钻床主要是用钻头在工件上加工孔的机床。
工作运动：钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
在钻床上可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔和和锪凸台等。
图4－14 钻床上进行的主要工作
加工精度：钻孔的加工精度可达IT12，表面粗糙度Ra值可达12.5μm。
主参数：最大钻孔直径。
分类：根据结构和用途不同，常用的有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。
（一）台式钻床
主轴变速是通过改变三角带在塔形带轮上的位置来实现的。
钻孔直径≤13mm的小型钻床。
（二）立式钻床
由主轴、变速箱、立柱、工作台和底座等部件组成。主轴变速箱和进给箱的传动是由电动机经带轮传动，通过主轴变速箱使主轴旋转。
工作原理：主轴是在主轴套筒内做旋转运动，同时通过进给箱，驱动主轴套筒做直线运动，从而使主轴一边旋转，一边随主轴套筒按所选的进给量，自动作轴向进给。进给箱和工作台可沿立柱上的导轨调整上下位置，以适应不同高度工件的加工。
立式钻床的主轴不能在垂直其轴线的平面内移动，钻孔时要使钻头与工件孔的中心重合，就必须移动工件。
【提示】钻大孔用低速，钻小孔用高速。
立式钻床只适于加工中小型工件。
（三）摇臂钻床
工作原理：摇臂钻有一个能绕立柱作360°回转的摇臂，其上装有主轴箱，主轴箱还可沿摇臂的水平导轨移动。故可将主轴调整到机床加工范围内的任何一个位置。工件通常安装在工作台上加工，如果工件很大，也可直接放在底座上加工。根据工件高度不同，摇臂可沿立柱上下移动来调整加工位置。
适用于加工大型和多孔工件。
二、镗床（掌握）
工作原理：镗刀安装在主轴或平旋盘上；工件固定在工作台上，可以随工作台做纵向或横向运动。
工作运动：镗刀的旋转是主运动，镗刀或工件的移动是进给运动。主要用来加工大孔、平行孔、同心孔。
在镗床上不仅可以镗孔，还可铣平面、沟槽、钻、扩、铰孔和车端面、外圆、内外环形槽以及车螺纹等。甚至能完成工件的全部加工。
图4－18 卧式镗床上所能进行的主要工作
分类：镗床是大型箱体零件加工的主要设备，按照结构和用途的不同，镗床可分为深孔镗床、坐标镗床、立式镗床、卧式镗床、金刚镗床和汽车、拖拉机修理用镗床六种。
（一）卧式镗床
卧式镗床是镗床类机床中应用最广泛的一种机床。它主要是加工孔，特别是箱体零件上的许多大孔、同心孔和平行孔等。
常见的卧式镗床由主轴、平旋盘、工作台、主轴箱、前立柱、机身、后立柱、尾架等几部分组成。
工作原理：加工时，刀具装在主轴或平旋盘上，由主轴箱获得各种转速和进给量。主轴箱可沿立柱上的导轨上下移动。工件安装在工作台上，可与工作台一起随下滑座或上滑座做纵向或横向移动，并可随工作台一起绕工作台下面的圆形导轨旋转至所需要的角度以便加工成一定角度的孔或平面。由于镗床运动部件很多，为了保证工作可靠性和加工精度，各运动部件都设有夹紧机构。
加工精度：用镗孔方法可以保证这些孔的尺寸精度和位置精度，镗孔精度可达IT7，表面粗糙Ra值为1.6μm～0.8μm。
主参数：主轴直径。
（二）坐标镗床
坐标镗床是高精度机床的一种。
坐标镗床的结构特点是：
1.具有坐标位置的精密测量装置，例如精密刻线尺、光栅尺、激光干涉仪定位测量装置等；
2.机床本身制造精度很高；
3.要在恒温条件下装配和使用。
作用：坐标镗床主要用于镗削精密孔，此外还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、刮端面、切槽、精铣平面以及精密刻度、样板的精密刻线等工作，还可当作测量设备检验其他机床加工工件的坐标尺寸。
坐标镗床按总体布局不同分为单柱式坐标镗床、双柱式坐标镗床以及卧式坐标镗床。
单柱式坐标镗床和双柱式坐标镗床的主轴垂直放置，卧式坐标镗床的主轴水平放置。
1.单柱坐标镗床由床身、立柱、主轴箱、工作台和滑座等部分组成。刚度较差，中小型坐标镗床采用。
2.双柱坐标镗床由床身、工作台、横梁、主轴箱、左右立柱和顶梁等部分组成。刚性好，大型坐标镗床采用。
3.卧式坐标镗床由床身、工作台、立柱、主轴箱等组成。加工精度较高。
坐标镗床具有以下几个特点：
（1）结构刚性好，能在实体工件上钻、镗精密孔；
（2）主轴转速高，进给量小；
（3）设有纵、横向可移动的工作台，它们的微调整量可达1μm。并有精确坐标测量系统，所以适用于加工孔距误差小的孔系。
（三）金刚镗床
其特点是以很小的进给量和很高的切削速度进行加工。加工精度：尺寸精度IT6，表面粗糙度Ra可达0.2μm。
主参数：卧式金刚镗床的主参数是工作台面宽度，立式金刚镗床的主参数是最大镗孔直孔径。
第四节 刨床、插床和拉床
刨床、插床和拉床的共同特点是主运动都是直线运动，因此又把这三类机床称为“直线运动机床”。
一、刨床（熟悉）
主要加工非旋转体如板类、箱体类及机座等平面，此外在刨床上还可加工斜面、沟槽等。
图4－22 刨床加工范围
（一）牛头刨床
由床身、滑枕、刀架、工作台、滑板、底座组成。
床身 支承和链接刨床各部件
滑枕 带动刨刀做直线往返运动，前端有刀架
刀架 夹持刨刀
工作台 安装工件，可以随横梁做不同的运动。
工作原理：滑枕在床身上的水平导轨上做往复运动（主运动），工作台在横梁的导轨上做水平横向的间歇进给运动，横梁和工作台一起可沿床身的垂直导轨运动，以适应不同厚度工件的加工，调整切削深度，刨垂直面时的垂直进给则靠刀架的移动来实现。
牛头刨床调整方便，但由于是单刃切削，而且切削速度低，回程时不工作，所以生产率低，适用于单件小批量生产。刨削长度不超过1000mm的中小型工件。
加工精度：刨削精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度Ra值为6.3μm～3.2μm。
主参数：最大刨削长度。
（二）龙门刨床
主要加工大型工件或同时加工多个工件。
工作运动：主运动是工作台的直线往复运动，进给运动是刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。
由床身、工作台、立柱、顶梁、横梁、垂直刀架、侧刀架组成。
工作原理：龙门刨床的工作台沿床身水平导轨做往复运动，它由直流电机带动，并可进行无级调速，运动平稳。为防止切入时撞击刨刀和切出时损坏工件边缘，工作台的往复运动是按下述程序自动进行的：工作台向前，带动工件慢速接近刨刀，刨刀切入工件后，工作台增速到规定的切削速度；在工件离开刨刀前，工作台又降低速度，切出工件后，工作台快速返回。两个垂直刀架由一台电动机带动，它既可在横梁上作横向进给，也可沿垂直刀架本身向导轨做垂直进给，并能旋转一定角度做斜向进给。
侧刀架由单独电动机带动，能沿立柱导轨做垂直进给，也可沿侧刀架本身导轨做水平进给。横梁可沿立柱垂直升降以适应加工不同高度的工件。
龙门刨床主要用来加工大平面，尤其是长而窄的平面，一般龙门刨床可刨削的工件宽度达1m，长度在3m以上，还可用来加工沟槽。应用龙门刨床进行精刨，可得到较高的尺寸精度和良好的表面粗糙度。
主参数：工作台宽度。
二、插床（熟悉）
插床实际上是一个立式刨床，在结构上和刨床属于同一类。
由床身、工作台、下滑座、滑枕和立柱组成。
工作运动：主运动是插刀随滑枕垂直方向的往复直线运动；进给运动是工件在纵向、横向以及圆周方向的间歇运动。
主要用于加工内孔，特别是方孔、矩形孔以及多边形孔。
加工精度：加工表面粗糙度Ra为6.3μm～1.6μm，加工面的垂直度为0.025/300mm。
主参数：最大插削长度。
三、拉床（了解）
利用拉刀加工内、外成形表面。
工作运动：主运动是拉刀的直线运动，由拉床上的液压装置驱动。进给运动依靠拉刀的结构来实现。
主参数：额定拉力。
特点：运动平稳，无冲击振动，拉削速度可无级调节，拉力通过液压控制。
拉刀是由许多刀齿组成的，后面刀齿比前面一个刀齿高出一个齿升量Sz，加工中每个刀齿依次切去一层很薄的金属，当全部刀齿通过工件后，即可完成工件的加工。
在拉床上可以加工各种孔（内拉），也可以加工平面、半圆弧面以及一些不规则表面（外拉）。
加工精度：用拉床进行拉削加工时，生产率高，加工质量好，加工精度为IT9～IT7，表面粗糙度Ra为1.6μm～0.8μm。
拉削孔径一般为10～100mm，它不能加工台阶孔、不通孔和特大孔。孔的深度一般不超过孔径的3～5倍。
由于一把拉刀只能加工一种尺寸表面，且拉刀较昂贵，故拉床主要用于批量生产。
第五节 铣 床
工作运动：铣刀旋转为主运动加工各种表面，工件或铣刀的移动为进给运动的机床。
铣床的加工范围很广，可以加工水平面、垂直面、斜面、各种沟槽或成形面，如果再配备一些附件（如分度头）还可加工螺旋槽、凸轮、成型面等。
铣刀是多齿刀具，每个刀齿间歇工作，冷却条件好，切削速度可以提高。
加工精度：IT9～IT7，表面粗糙度为Ra为6.3μm～1.6μm。
铣床的种类很多，主要类型有：卧式铣床、立式铣床、圆工作台及工作台不升降铣床、龙门铣床及双柱铣床、工具铣床等。
一、卧式万能铣床（掌握）
结构：由床身、横梁、主轴、升降台、横向溜板、转台（没有转台的是卧式铣床）、工作台组成。
工作原理：加工时工件安装在工作台上，铣刀装在主轴上，铣刀旋转为主运动，工件随工作台做纵向或横向进给运动，升降台沿床身导轨升降使工件作垂直方向运动。
卧式万能铣床用途较广，若安装上立铣头附件也能当作立式铣床使用。
主参数：工作台面宽度。
二、立式铣床（掌握）
立式铣床安装主轴的部分称为铣头。铣头与床身连成整体的称为整体立式铣床。其主要特点是刚性好。
铣头与床身分为两部分，中间靠转盘相连的称为回转式立式铣床。其主要特点是根据加工需要，可将铣头主轴相对于工作台台面扳转一定的角度，使用灵活方便，应用较为广泛。
立式铣床生产率要比卧式铣床高。
主参数：工作台面宽度。
三、龙门铣床（掌握）
工作运动：铣刀的旋转是主运动，而工件随工作台的往复直线运动以及刀架的直线运动为进给运动。
龙门铣床一般有3～4个铣头，每个铣头都有单独的驱动电动机、变速机构、传动机构、操纵机构和主轴等部分。
在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工几个表面。所以生产率比较高，适用于成批和单件生产，加工中型和大型工件。
主参数：工作台面宽度。
第六节 磨床
磨床：利用非金属磨具或磨料加工工件各种表面的机床，是精密加工机床的一种。
工作运动：磨具的旋转为主运动，而工件的旋转与移动以及磨具的移动为进给运动。使用砂轮的机床称之为磨床，使用油石、研磨料的机床称之为精磨机床。
加工精度：
一般（普通）磨削后的精度可达IT6，表面粗糙度Ra为0.8μm～0.2μm；
精密磨削后的精度可达IT5～IT6，表面粗糙度Ra可达0.1μm～0.08μm；
高精度（超精磨和镜面磨）磨削后精度可达IT5以上，表面粗糙度Ra可达0.04μm～0.01μm。
一、磨床的特点（掌握）
1.切削工具砂轮是由无数细小、坚硬、锋利的非金属颗粒粘结而成的多刃工具，并且做高速旋转的主运动（一般砂轮线速度在35m/s左右）。
2.万能性更强，适应性更广。它能加工其他机床不能加工的材料和零件，如能磨削特硬材料和经过热处理后变硬的零件。
3.磨床种类多，范围广。能适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求。
4.磨削加工余量小，生产效率高，容易实现自动化和半自动化，可广泛应用于流水线和自动线中。
5.磨削加工精度高，表面质量高，可进行一般普通精度磨削，也可进行精密磨削和高精度磨削加工。
二、磨床的分类（掌握）
1.普通磨床。主要用砂轮进行磨削加工的磨床也是普通常用的磨床。
2.精加工磨床。主要是用油石或研磨料进行精密或高精度加工用的磨床。
3.专门化磨床。专门磨削某一类零件的磨床，如曲轴磨床、花键轴磨床、叶片磨床等。
三、外圆磨床（掌握）
外圆磨床分为普通外圆磨床和万能外圆磨床。
在普通外圆磨床上可磨削工件的外圆柱面和外圆锥面，在万能外圆磨床上不仅能磨削外圆柱面和外圆锥面，而且能磨内圆柱面、内圆锥面及端面。
由床身、工作台、头架、尾架、砂轮架以及液压操纵系统组成。（三架一台一系统一床身）
工作原理：头架上有主轴，可用顶尖或卡盘夹持工件并带动工件旋转。头架可使工件获得不同的转速。砂轮装在砂轮架主轴上，由单独的电动机经三角皮带直接带动旋转。
砂轮架移动的方法有自动周期进给、快速引进和退出、手动三种，前两种是由液压传动实现的。
万能外圆磨床与普通外圆磨床基本相同，所不同的是它的砂轮架上、头架上和工作台上都装有转盘，能回转一定角度，并增加了内圆磨具等附件，因此在万能外圆磨床上面还可以磨削内圆柱面及锥度较大的内外圆锥面。
主参数：最大磨削直径。
四、内圆磨床（掌握）
可以磨削内圆柱面、内圆锥面和端面等。
内圆磨床磨床主要类型有普通内圆磨床、行星式内圆磨床、坐标磨床及专门用途内圆磨床等。
普通内圆磨床由床身、工作台、头架、砂轮架、滑台组成。
内圆磨床的砂轮直径受工件孔径的限制，为了达到有利磨削的线速度，其砂轮主轴转数较高，一般为1万～2万转/分。
主参数：最大磨削孔径。
五、平面磨床（掌握）
主要由床身、工作台、立柱、滑座、砂轮架等部件组成。工件一般安放在电磁工作台上。
工作台有矩形和圆形两种，主参数分别为工作台的宽度和直径。
【链接】金刚镗床的主参数，卧式：工作台面宽度；立式：最大镗孔直径。
【注意】1.注意各种机床的代号；2.组成和结构特点；3.加工范围和特点；4.主运动和进给运动；5.主参数；6.加工精度与表面粗糙度
各类机床相关知识一览表
机床 工作运动 适用情况 加工精度 主参数
车床 普通车床 主：工件的旋转运动；
进给：刀具的移动 加工范围广泛，主要加工回转表面，也 可以加工孔 最大工件回转直径
立式车床 IT8～IT7，1.6μm～0.8μm。 最大车削直径
六角车床 加工外圆：IT11～IT8，3.2～1.6μm
加工孔：IT7，0.8μm
钻、镗床 钻床 主：钻头的旋转运动；
进给：钻头轴向移动 加工孔 IT12，12.5μm 最大钻孔直径
镗床 卧式 主：镗刀的旋转运动；
进给：镗刀或工件的移动 万能性较强，甚至能完成工件的全部加工 IT7，1.6μm～0.8μm。 主轴直径
坐标 微调整量可达1μm。
金刚 IT6，0.2μm 卧式：工作台面宽度
立式：最大镗孔直孔径
刨床 牛头刨床 主：滑枕的往复运动
进给：工作台的水平横向间歇运动 主要加工非旋转体。 IT9～IT7，6.3μm～3.2μm 最大刨削长度
龙门刨床 主：工作台的直线往复运动
进给：刀架带着刨刀作横向或垂直的间歇运动。 应用龙门刨床进行精刨，可得到较高的尺寸精度和良好的表面粗糙度。 工作台宽度
插床 主：插刀随滑枕垂直方向的往复直线运动
进给：工件在纵向、横向以及圆周方向的间歇运动。 主要用于加工内孔，特别是方孔、矩形孔以及多边形孔 6.3μm～1.6μm，加工面的垂直度为0.025/300mm。 最大插削长度
拉床 主：拉刀的直线运动；
进给：依靠拉刀的结构来实现。 IT9～IT7
1.6μm～0.8μm。
额定拉力
铣床 卧式万能铣床 主：铣刀旋转
进给：件或铣刀的移动 加工范围与刨床相近，但比刨床广。很大程度上可取代刨床。 IT9～IT7
6.3μm～1.6μm。 工作台面宽度
立式铣床
磨床 外圆磨床 主：磨具旋转为主运动
进给：工件的旋转与移动以及磨具的移动为进给运动 一般（普通）磨削：IT6，0.8μm～0.2μm；
精密磨削：IT5～IT6，0.1μm～0.08μm；
高精度：IT5，0.04μm～0.01μm。 最大磨削直径
内圆磨床 最大磨削孔径
矩形工作台：工作台宽度
圆形工作台：工作台直径
平面磨床
【规律】1.除车床、龙门刨床外，其他机床的主运动均为刀具的运动；
2.卧式金刚镗床、龙门刨床、卧式万能铣床、平面磨床主参数为工作台面；拉床的主参数为额定拉力。
第七节 特种加工机床
特种加工机床主要用于一般切削方法难以加工（如材料性能特殊、形状复杂）的工件。
一、电火花加工（掌握）
电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法。
加工原理：当工具电极与工件电极在绝缘体中靠近达到一定距离时，形成脉冲放电，在放电通道中瞬时产生大量热能，使工件局部金属熔化甚至气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出，达到蚀除金属的目的。
电火花加工设备应由以下部分组成：
1.脉冲电源。脉冲电源是放电蚀除的供能装置，它产生具有足够大能量密度的电脉冲，加在工件与工具电极上，产生脉冲放电。
2.间隙自动调节器。为使工件与工具电极间的脉冲放电正常进行，就必须使其保持一定间隙。间隙过大，工作电压击不穿液体介质；间隙过小，则形成短路，也无法放电。因此，必须用间隙自动调节器，自动调节极间距离，使工具电极的进给速度与电蚀速度相适应。
3.机床本体。用来实现工件和工具电极的装夹、固定及调整其相对位置精度等的机械系统。
4.工作液及其循环过滤系统。火花放电必须在绝缘液体介质中进行，否则，不能击穿液体介质，形成放电通道，也不能排除悬浮的金属微粒和冷却表面。
电火花加工方式很多，常见的有成型加工、穿孔加工、电火花切割加工、电火花磨削以及电火花雕刻花纹等。
（一）电火花成型加工机床
主要由脉冲电源箱、工作液箱和机床本体组成。
机床本体由主轴头、工作台、床身和立柱组成。其中，主轴头是电火花成型加工机床的关键部件，它和间隙自动调节装置组成一体。主轴头的性能直接影响电火花成形加工的加工精度和表面质量。
工作台的作用是支承和装夹工件。
（二）电火花切割加工机床
电火花切割加工机床是利用一根运动着的金属丝（钼丝或硬性黄铜丝），作为工具电极，在工具电极和工件电极之间通以脉冲电流，使之产生电腐蚀，工件被切割成所需要的形状。
数控电火花切割机床由机床本体、数控装置、脉冲电源和工作液循环系统四大部分组成。其中，坐标工作台由上、下两层拖板构成，两层拖板的长丝杠分别由两个步进电动机驱动，工作台上装有工件安放架。
（三）电火花加工特点
1.加工硬、脆、软、韧、高熔点、高纯度的导电材料；
2.无切削力，可以加工薄壁零件；
3.加工中不受热的影响，提高加工质量；
4.参数可调节，可以进行不同的加工；
5.直接使用电能加工，便于实现自动化。
二、超声波加工（掌握）
（一）超声波加工原理
超声波换能器利用铁、钴、镍等合金磁性材料在交变磁场作用下其尺寸发生伸长和缩短这一特性（这种现象称之为磁致伸缩效应），将高频电振荡变为高频机械振动，再借助变幅杆把振幅放大，驱使工具振动，从而锤击工件表面的磨料，通过磨料加工工件的表面。
（二）超声波加工机床的组成
1.超声电源。将50Hz的交流电变为15kHz～30kHz的高频振荡（超声波）电源，供给超声波换能器。其功率为20~4000W。
2.超声振动系统。由超声换能器和变幅杆组成。变幅杆可以做成锥形、曲线形和阶梯形。
3.超声波加工机床本体。由超声波加工机床本体由工作头、工作台、立柱、磨料、工作液循环系统部分组成。
（三）超声波加工特点
1.适用于加工各种硬脆材料，尤其是电火花难以加工的不导电材料，如玻璃、陶瓷、金刚石等；
2.由于在加工中工具通常不需要旋转，因此易于加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成型表面等；
3.加工过程中受力很小，适于加工薄壁、薄片等不能承受较大机械应力的零件。
三、激光加工（掌握）
激光是一种亮度高、方向性强、单色性好的相干光，它可以把能量高度集中在特定的小面积上，激光加工就是利用这一特性实现的。
（一）加工原理
利用激光的高温高能量，把被加工的材料急剧熔化或气化，并利用冲击波去除多余物质。
目前主要用于打孔和切割。
（二）激光加工装置
激光加工装置由激光器、电源、光学系统和机械系统四大部分组成。
激光器 电能变成光能，产生所需要的激光束
电源 激光器提供所需要的能量，包括电压控制、储能电容组、时间控制及触发器等
光学系统 把激光引向聚焦物镜，调整焦点位置，使激光聚焦在加工工件上
机械系统 固定各部件的基准，包括工作台，机电控制系统，冷却系统等。
（三）激光加工特点
1.不受材料性能限制，几乎所有金属材料和非金属材料都能加工；
2.加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形；
3.加工速度极高，热影响区小，易于实现自动化生产和流水作业；
4.可通过透明介质（如玻璃）进行加工，这对某些特殊情况（例如在真空中加工）是十分有利的。
第八节 组合机床
组合机床：以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件进行加工的机床。
一、组合机床的特点
组合机床通常采用多刀（多轴）、多面、多工位同时对工件进行加工的方法。
一台组合机床中通常通用部件和标准件占70%~80%，其余20%~30%的专用部件由被加工零件的形状、尺寸、工艺决定。
1.制造周期短，经济效果好；
2.自动化程度高，提高生产率；
3.通用程度高（可达80%）、投资少、成本低；
4.能稳定保证加工精度；
5.易于联成组合机床自动线。
二、组合机床的组成
通用部件 动力部件 动力箱、动力滑台。是组合机床中最重要的部件。
支承部件 床身、立柱、底座。需要具有足够的刚性。
输送部件 移动工作台、回转工作台和回转鼓轮。
控制部件 液压操纵板、按钮台等。
辅助部件 扳手，冷却、循环、润滑和排屑装置等。
专用部件 主轴箱 组成零件几乎都是通用的。
夹具 夹具必须根据工件的具体结构及特定的加工工序而设计，其中用于定位、夹紧、支承和导向等元件多数也是通用的。
倾斜床身 ——
【结论】组合机床组成部件大部分都是通用部件，专用部件占很小一部分，而且这些少量专用部件大部分零件也是通用的。
第九节 机械加工生产线
一、概述
机械加工生产线分流水线和自动线。自动线是在流水线的基础上，采用控制系统，将各台机床之间的工件输送、转位、定位和夹紧以及辅助装置动作均实现自动控制，并按预先设计的程序自动工作。
【提示】我国第一条机械加工自动线于1956年投入使用。
二、机械加工生产线的组成（掌握）
一般可归纳为由几个基本部分所组成。包括加工装备、工艺装备、输送系统、辅助装备、控制系统组成。（三装备两系统）
三、机械加工生产线的类型和特点（掌握）
机械加工生产线有许多不同类型，可按其不同的特征进行分类。
按生产线的结构分类 通用机床生产线 利用通用机床、半自动通用机床或自动化通用机床联成
专用机床生产线 采用专用部件设计制造的机床联成
组合机床生产线 由组合机床联成
按生产类型分类 大批量生产专用生产线 单一产品固定节拍生产线，一般由高效专用机床或组合机床联成线
单一产品非固定节拍生产线，主要由生产效率和自动化较高的专用机床组成，某些次要工序采用通用机床
多品种成批可变生产线 成组产品可调生产线，按成组技术设计制造的可调专用设备组成
柔性制造生产线，由加工中心和数控机床、物料输送系统和计算机控制管理系统组成
按设备联结方式分类 刚线联结生产线 工件传送装置把工件从一个工位传送到下一个工位，各工位之间没有工件储料装置，一个工位因故停止工作，则全线停止工作。
柔线联结生产线 在生产线中数个工位之间设有工件储料装置，可储存一定数量的工件。一个工位因故停止工作，上下工位仍可继续工作。
按加工对象分类 旋转体加工生产线 由自动化通用机床、改装后的通用机床或专用机床组成，用来加工轴盘及环零件。
箱体、杂类工件加工生产线 这种生产线是由组合机床或专用机床组成，可以对工件进行多刀、多面加工。
四、机械加工生产线的评价（掌握）
评估人员在对机械加工生产线进行考量时应注意以下内容：
1.该生产线能否保证在设计寿命内稳定地满足工作加工精度和表面质量的要求。
2.能否满足生产纲领的要求，并留有一定的生产潜力。
3.能否保证足够高的可靠性。
4.根据产品的批量和可持续生产时间，生产线是否有一定的可调整性。
5.生产线布局应尽量减小占地面积，但要便于操作者的操作、观察和维修，提供一个安全、宜人的工作环境。
6.是否有利于节约能源和环境保护，实现洁净化生产。
7.在对生产线经济效果进行评价时，可用下列指标：
①机床平均负荷率；
②所需各类工作人员总数；
③制造零件的生产成本；
④投资费用；
⑤投资回收期。
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发表于 2016-8-18 09:42:38
