金属切削机床 第5章 其它机床

我国机床工业的水平： 起点较低，差距较大，进步
很快；我国机床工业水平:数控普及率5％、联动轴数6、分辨 率1μ m、规格为中小型和经济型。

世界机床工业先进水平：数控普及率80％、联动轴
数19、分辨率:0.01μ m、规格为大型、精密型 我国经济持续快速发展。连续9年，中国继续保持了机床 消费世界第一(2010-4统计)、进口第一、生产第三的位置。 中国数控机床展览会自2006年起逢双年在上海举办。作 为一个重要的机床展览，CCMT得到了众多参展商和最终用户 的一致认可。 第五届中国数控机床展览会在北京举行（2008年4月21～ 24日，这次展会的主题是展示国产数控机床最新的成果）。 相继启动的重要、重大项目都对数控产品在技术性能和 功能等方面提出了更高的要求。
车床 C 铣床 X 磨床 M 拉床 L 锯床 G 其他机床 Q
钻床 Z 镗床 T 齿轮加工机床 Y 螺纹加工机床 S 刨插床 B
三、机床的分类
车 钻
镗床 床床来自（掌握）磨床
齿轮加工机床 1.按加工性质 和 所用刀具分 12类
螺纹加工机床
铣 床
刨插床
拉 床
特种加工机床
锯
床
其它机床
车床

产品型号 CA6136 产品规格 Φ360×750
18
车床
产品型号 CA6140 产品规格 Φ400×1000
19
产品型号 CAK6140V 产品规格 Φ400×1000
数 控 车 床
20
产品型号 CK6125 产品规格 Φ450×350
数 控 车 床
磨
床
22
钻
床
23
铣
X718
床
24

§1-2 机床课程设计的内容
机床课程设计的内容包括： 一、 运动设计 根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），通过分析比较拟定
传动结构方案（包括结构式和结构网并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。
二、 动力设计 根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，出算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型 及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸。完成装配草图后，要验算传动件（轴、 齿轮、轴承）的应力，变形或寿命是否在允许范围内。还要验算主轴组件的静刚度。 三、 结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴组件、箱体、操纵机构、润滑与密封等的布置和结 构设计。即绘制装配图（包括展开图、剖视图）和零件工作图。 四、 编写设计计算说明书
齿轮外径（其齿数为 模数为 m）不碰Ⅰ轴上的离合器外径 D，则Ⅰ-Ⅱ轴的最小中心距为
其最小齿数和为
9
（1） （2）
2．要有利降低齿轮变速箱的噪声 （1）主轴高转速范围的传动比排列，可采用先降速后升速的传动，使总转速和减小，以期 降低噪声。这种高速传动采用先降后升，可使同一变速组的传动比有升速有降速，有利于减小 齿数和、齿轮线速度及中心距。 （2）主轴高速传动时，应缩短传动链，以减少传动副数。 （3）不采用噪声大的锥齿轮传动副、如立铣可全部采用垂直排列的传动轴。
金属切削机床课程设计 指导书
哈尔滨工业大学 机械制造及自动化系
1
时间：共 3 周
课程设计要求安排
课程设计设计要求
（1）图纸工作量：画两张图：开展图（A0）。操纵机构、摩擦离合器、换向、制动和润 滑不要求画，但要求掌握。截面图（A1）：画剖面轴系布置示意图（包括截面外型及尺寸、 车床标中心高）。
（2）标注： 中心距， 配合尺寸， 中心高（车床）， 外型尺寸。 （3）明细：不设明细表，件号采用流水号（1，2，3，…）标注，标准件的标准直接标 在图纸上（件号下面），标题栏采用标准装配图的标题栏（180╳56），其中，图号：KS00（表 示：课设 00 号图纸）；单位：哈尔滨工业大学；图名：主传动系统装配图 （4）验算：一对齿轮，小齿轮验算弯曲强度，大齿轮验算接触强度，一根传动轴，主 轴按两支撑计算。 （5）主轴端部结构要按标准画。

例:CA6140; X6132; X5132 Y3150E; M7120; Z5140
2．专用机床的型号编制
专用机床型号表示方法
专用机床的型号一 般由设计单位代号和设计顺序号组成，其 表示方法为: (△)－△ 例如，北京第一机床厂设计制造的第100种 专用机床为专用铣床，其型号为B1－100。
联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得动力以及一定的速 度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工 表面的形状和精度,如下图4-4所示的主运动传动链。

(2)内联系传动链

联系一个执行机构和另一个执行机构之间运 动的传动链。它决定着加工表面的形状和精度， 对执行机构之间的相对运动有严格要求。因此， 内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传 动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链 传动）,如下图4-4所示的进给运动传动链。
③组、系代号 为了区分机床的结构、布局和所能加工的 零件特征，每类机床可分为“0～9”十个组别。 为了更细的区分机床的结构特征，机床在组下 面又可细分为“0～9”十个系别。同一组、系 的机床，其主要结构及布局形式基本相同。机 床组、系代号用阿拉伯数字表示。机床的类、 组代号的含义见教材P5表2，组、系代号见表 2.3。
图2.8 车削成需要成形运动。 导线（母线1绕轴线O-O旋转的运动轨迹），由轨迹 法形成，需要1个成形运动B1。 形成成形回转表面的成形运动总数是形成母线和导 线所需成形运动的和，即1个成形运动（B1）。
例2 如图2.9所示，用螺 纹60°成形车刀车削三角 螺纹，试分析其母线、导 线的成形方法及所需要的 成形运动，并说明形成该 表面共需要几个成形运动。
图4-4 CA6140车床的传动系统图

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。

4.2 滚齿机运动分析
功用：滚切直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮
一、滚齿原理
p86
金属切削机床概论齿轮加工机床
4.2 滚齿机 滚齿机动态传动路线
（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理
滚切直齿圆柱齿轮的传动原金属理切削图机床概论齿轮加工机床
4.2 滚齿机
（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理 1.范成运动
u 作用：将范成运动中工件的旋转运动 和工件的附加运动合成后传到工作台， 使工件获得合成运动。
u 用途：加工斜齿圆柱齿轮、 切向进给法加工蜗轮时。
u 合成机构：圆柱齿轮或锥齿轮行星机 构。
金属切削机床概论齿轮加工机床
u 滚切斜齿圆柱齿轮时，工件的旋转运动是两个运 动的合成：范成运动中的旋转运动B12和螺旋轨迹 运动的附加运动B2 。
金属切削机床概论齿轮加工机床
渐开线齿轮的切齿原理(续）
2.范成法
加工方法有：插齿和滚齿 插斜齿
插直齿
金属切削机床概论齿轮加工机床
渐开线齿轮的切齿原理(续）
2.范成法
滚直齿
动画演示
滚斜齿
金属切削机床概论齿轮加工机床
2）范成法
利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：
滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等
1) 范成运动传动链
u 联系滚刀主轴(B11)和工作台(B12) u 传动路线：“滚刀-4-5-ux-6-7-工件” u 保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运
动关系。 u 换置机构ux用于适应工件齿数和滚刀头
数的变化。 u 内联系传动链，要求传动比数值绝对准
确及滚刀和工件两者的旋转方向互相配 合。
金属切削机床概论齿轮加工机床
见图4－4a.b

①螺旋式：结构简单，易顶起工件，用限力板手，逐个调整、
效率低、常用于单件小批生产中
②自位式：效率高，弹簧力不可太大，tgа＜f，保证自锁 ③推引式： 适用于工件 较重，切削 负荷大的场
合
（二）工件以内孔定位
工件以内孔定位时，常用的有：定位销、定位心轴、 自动定心机构（如三爪卡盘、弹簧心轴等〕。 1）定位销 分固定式和可换式，圆柱销和菱形销
(5)随行夹具：切削加工中隨帶安裝好 的工件在各工位间被自动送转移动的 机床夹具。隨行夹具主要用于自动生 产线﹑加工中心、柔性生产线。
7 6 5 4 3 2 1
8
9
10
11
12
13 14
15 16 17
18
组合夹具
1—加筋角铁（2） 2—槽用螺栓（6） 3—平键（10） 4—方形支承 5—定位支承 6—方 形支承 7—平垫圈 8—六角螺母（8） 9 —槽用螺栓 10—钻套螺钉 11—快换钻套 12— 钻模板 13—圆形定位销 14—工件 15—方形支承 16—角铁 17—压紧螺钉 18—基础板
②支承板
用于较大已加工平面的定位，所以常出现在精基准定位
中，一个支承板的作用，相当于两个支承钉，消除两个自由 度。
a.结构形式及应用场合：
A型 制造简单，常用于底面定位 B型 切有斜槽，易于清屑，常用于侧面定位
b.应用场合：用于难以用支承钉布置成合适的、稳定的定位中。
①工件刚度不足，定位面又小,并且切削力不能恰好作用在支承上。 图(a) ②薄板上钻孔，支承钉使工件变形。图(b) ③承受较大力的 场合，保护精加 工表面。 ④方便安装：如
根据加工要求应限制 X , Y , X , Y
2. 分析定位元件所能限制的自由度 Z , X ,Y 1）大平面限制

7、分析车削英制螺纹的传动路线 , 列出运动平衡式并说明为什么能车削出标准的 英制螺纹？
第三章 其他机床与刀具
一、填空题
1、万能外圆磨床基本的磨削方法： ____纵向磨削 ____________和 ___________
切入 _____。
2、平面磨床的种类：
、
3、铣床的分类：
、
、
。
、 。 、
、 、
、
、
、
、
。
8、
：指在调整好后无须工人参与便能自动完成表面成形运动和
辅助运动， 并能自动重复其工作循环的机床。 半自动机床： 指能自动完成预
定的工作循环， 但
。
9、摩擦离合器除了靠摩擦力传递运动和转矩外，还能起
的作用。当机床过载时，摩擦片打滑，可避免损坏机床。
10、CA6140车床为了避免光杆和快速电机同时传动给某一轴，应采用 _________
_____运动。
17、 CA6140 车床车螺纹属于 ______联系，车圆柱面和端面属于 ______联系。
二、简答题
1、写出下列机床型号各部分的含义。
1） Y3150E
2） CM1107精密型转塔车床
3） C1312 最大切削直径为 120mm的转塔车床
4） M1432A 最大加工直径为 320mm经过一次重大改良的台式坐标钻床
时，才能加工放大螺距螺纹。
14、主轴转速分布图能表达传动路线、 传动比、 传动件布置的位置以及主轴变速
范围 。
（v ）
15、自动机床只能用于大批大量生产，普通机床只能用于单件小批量生产。
（x ）
16、CA6140型车床加工螺纹时 , 应严格保证主轴旋转刀具移动一个被加工螺纹的

数控机床原理与结构分析第5章 数 控机床的进给系统
contents
目录
• 引言 • 数控机床的进给系统原理 • 数控机床的进给系统结构 • 数控机床的进给系统性能分析 • 数控机床的进给系统维护与保养 • 结论
01 引言
数控机床的进给系统概述
数控机床的进给系统是实现切削加工的重要组成部分，它负 责将主轴的旋转运动传递到工作台或刀具上，以完成工件的 加工。
进给系统的热误差分析
热误差产生原因
热误差是由于进给系统在工作过程中受到热源影响，导致机械部件受热变形和温度升高， 从而影响进给系统的运动精度。热误差主要来源于传动元件、轴承、导轨等部件的受热
变形。
热误差补偿技术
为了减小热误差对进给系统性能的影响，可以采用热误差补偿技术。热误差补偿技术包括温 度检测、误差建模和补偿算法等环节，通过实时监测进给系统的温度变化，建立热误差模型
进给系统由电动机、传动装置、丝杠、工作台等组成，通过 控制电动机的旋转运动，经过一系列的传动装置，最终转化 为工作台或刀具的直线运动。
进给系统在数控机床中的重要性
进给系统是数控机床实现高精度、高效率加工的关键因素之一，其性能直接影响 着加工质量和生产效率。
随着现代制造业的发展，对数控机床的加工精度和效率要求越来越高，因此，对 进给系统的性能要求也越来越高。进给系统的性能优劣直接决定了数控机床的性 能和市场竞争力。
，并采用相应的补偿算法对热误差进行补偿，可以有效提高进给系统的运动精度。
05 数控机床的进给系统维护 与保养
进给系统的日常维护
每日检查
01
检查进给系统各部件是否正常，如导轨、丝杠、轴承等，确保
无异常声音和振动。
润滑保养
02

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。

2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置用于轴向精度要求不高的普通精度
机床，如立铣、多刀车床等。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：