第三章--车床
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第三章第二节机床运动形式
例1：车削外圆柱面，工件的旋转运动B1产生母线 （圆），刀具的纵向直线运动A2产生导线（直线） 。运动B1和A2就是两个表面成形运动，下标1、2表 示表面成形运动次序。
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车削外圆柱表面时的成形运动
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例2：龙门刨床刨削工件，工作台带着工件作往 复直线运动，刀架带刀具作间歇的直线运动。这 两个直线运动产生发生线（皆直线），因而都是 成形运动。
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1. 机床的传动链
为了在机床上得到所需的运动，必须通过一系列的传动件把 运动源和执行件或执行件和执行件联系起来，称为传动联系 ，该系列串联着的传动件，称为传动链。
传动链—构成一个传动联系的一系列传动件。
按传动链的功用分为：主运动传动链和进给运动传动链等。
按传动联系的性质分为：外联系传动链和内联系传动链。
❖ 由此可见：内联系传动链中，各传动副的传动比必须
准确不变，不应有摩擦传动或是瞬时传动比变化的传动件（
如链传动）。
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33
3. 传动原理图
❖ 传动链包括多种传动机构如：带传动、定比齿轮副、丝杠 螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、 交换齿轮或挂轮架以及各种电的、液压的、机械的无级变 速机构等。
为实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以 下3个基本部分： (1) 执行件—执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作 台等，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动 （旋转或直线运动）和保持准确的运动轨迹。
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26
（2）动力源—提供运动和动力的装置，是执行件的运动来源。通常为 电动机。
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例：车床仅用于车削圆柱面或端面，不车螺纹
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车削外圆柱表面时的成形运动
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例2：龙门刨床刨削工件，工作台带着工件作往 复直线运动，刀架带刀具作间歇的直线运动。这 两个直线运动产生发生线（皆直线），因而都是 成形运动。
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1. 机床的传动链
为了在机床上得到所需的运动，必须通过一系列的传动件把 运动源和执行件或执行件和执行件联系起来，称为传动联系 ，该系列串联着的传动件，称为传动链。
传动链—构成一个传动联系的一系列传动件。
按传动链的功用分为：主运动传动链和进给运动传动链等。
按传动联系的性质分为：外联系传动链和内联系传动链。
❖ 由此可见：内联系传动链中，各传动副的传动比必须
准确不变，不应有摩擦传动或是瞬时传动比变化的传动件（
如链传动）。
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3. 传动原理图
❖ 传动链包括多种传动机构如：带传动、定比齿轮副、丝杠 螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、 交换齿轮或挂轮架以及各种电的、液压的、机械的无级变 速机构等。
为实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以 下3个基本部分： (1) 执行件—执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作 台等，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动 （旋转或直线运动）和保持准确的运动轨迹。
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（2）动力源—提供运动和动力的装置，是执行件的运动来源。通常为 电动机。
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例：车床仅用于车削圆柱面或端面，不车螺纹
数控车床编程
CNC
例：
如图所示，走刀路线为A-B-C-D-E-F，试分别用绝对坐 标方式和增量坐标方式编程。
绝对坐标编程 G03 X34. Z-4. K-4.（或R4）F50 G01 Z-20. G02 Z-40. R20. G01 Z-58. G02 X50. Z-66. I8.（或R8）
增量坐标编程 G03 U8. W-4. k-4.（或Ｒ4.）Ｆ50 G01 W-16. G02 W-20. R20. G01 W-18. G02 U16. W-8. I8.（或R8.）
A-B B-C C-D D-E E-F
A-B Ｂ-Ｃ Ｃ-Ｄ Ｄ-Ｅ Ｅ-Ｆ
9
第三章 数控机床编程实例
CNC
3、圆弧插补指令（G02、 G03 ）模态代码
指令格式
G02 X（U）_ Z（W）_
G03
I_ K_ F_ R_ F_
指令功能 G02、G03指令表示刀具以Ｆ进给速度
从圆弧起点向圆弧终点进行圆弧插补
28
第三章 数控机床编程实例
C例N C1
图3-7
程序：G00 X32.0 Z5.0
X29.0
G32 Z–37.0 F1.0 （第一刀）
G00 X32.0
Z5.0
X28.7
G32 Z–37.0 F1.0 （第二刀）
G00 X32.0
第三章 数控机床编程实例
Z100.0
29
CNC
螺纹长度=螺纹有效长度L+ δ1 + δ2
坐标方式和增量坐标方式 编写G00，G01程序段。
绝对坐标编程： G00 X18. Z2. G01 X18. Z-15. F50 G01 X30. Z-26. G01 X30. Z-36. G01 X42. Z-36.
第三章数控车床编程 循环
G76加工螺纹
3.2.4 螺纹切削循环(G76)
该指令用于多次自动循环车螺纹，数控加工程序中只需指定一 次，并在指令中定义好有关参数，则能自动完成一个螺纹段的全部加工 任务，车削过程中，除第一次车削深度外，其余各次车削深度自动计 算，且它的进刀方法有利于改善刀具的切削条件，在编程中应优先考虑应用 该指令.该指令的执行过程如图所示。
（６）w是Z方向上的精加工余量。
（７）粗车过程中从程序段号ns～nf之间的任何F、S、T 功能均被忽略，只有G71指令中指定的F、S、T功能有效。
X、Z方向上的精加工余量的正负值。
A X(+) Z(-)
BB X(+) Z(+)
AA
X(-) Z(-)
BB
A
X(-)Z(+)
A′ Z方向上的精A′ A加′ 工余量。
4. U>0, W<0, R<0
O3322
T0101;
M03 S400;
G00 X40 Z3；
G90 U-10 W-33 R-5.5 F0.3；
U-13 W-33 R-5.5；
30
U-16 W-33 R-5.5；
M30；
Φ33
Φ24
3 Φ14 Φ40
3.2.2 端面车削循环(G94)
（１）端面车削循环 格式：G94 X（U） Z（W） F 其轨迹如下图a所示，由4个步骤组成。刀具从循环
N19 M30 ;
例：编制粗、精加工程序。
O3331;
T0101;
S700 M03;
G00 X62 Z2; W0.2 F 0.3；
N10 G01 Z0 X6 F0.2 ;
G01 X10 Z-2;
3.2.4 螺纹切削循环(G76)
该指令用于多次自动循环车螺纹，数控加工程序中只需指定一 次，并在指令中定义好有关参数，则能自动完成一个螺纹段的全部加工 任务，车削过程中，除第一次车削深度外，其余各次车削深度自动计 算，且它的进刀方法有利于改善刀具的切削条件，在编程中应优先考虑应用 该指令.该指令的执行过程如图所示。
（６）w是Z方向上的精加工余量。
（７）粗车过程中从程序段号ns～nf之间的任何F、S、T 功能均被忽略，只有G71指令中指定的F、S、T功能有效。
X、Z方向上的精加工余量的正负值。
A X(+) Z(-)
BB X(+) Z(+)
AA
X(-) Z(-)
BB
A
X(-)Z(+)
A′ Z方向上的精A′ A加′ 工余量。
4. U>0, W<0, R<0
O3322
T0101;
M03 S400;
G00 X40 Z3；
G90 U-10 W-33 R-5.5 F0.3；
U-13 W-33 R-5.5；
30
U-16 W-33 R-5.5；
M30；
Φ33
Φ24
3 Φ14 Φ40
3.2.2 端面车削循环(G94)
（１）端面车削循环 格式：G94 X（U） Z（W） F 其轨迹如下图a所示，由4个步骤组成。刀具从循环
N19 M30 ;
例：编制粗、精加工程序。
O3331;
T0101;
S700 M03;
G00 X62 Z2; W0.2 F 0.3；
N10 G01 Z0 X6 F0.2 ;
G01 X10 Z-2;
机械制造工艺学：第三章 机床夹具设计 第四节 各类机床夹具
2）夹具与机床主轴的联接 ⑷用过渡盘定位
过渡盘与主轴端部是用短锥 和端面定位，夹具体用止口与 过渡盘定位(大平面加短圆柱 面)，用螺钉夹紧。
3磨床夹具 车床夹具的设计要点同样适
合于内圆磨床和外圆磨床所用 的夹具
二、钻床夹具
1、钻模的类型与典型结构
钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模。钻 模一般由钻模板、钻模套、定位元件、夹紧装置和钻模体等组 成。
一、车床与磨床夹具
一、车床与磨床夹具
2、车床夹具的设计要点 1）车床夹具总体结构
夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端。对于弯板式 和偏重的车床夹具，应进行配重调平衡。
2）夹具与机床的联接 联接方式取决于主轴轴端的结 构以及夹具的体积和精度要求
⑴用莫氏锥度配合 夹具体以长锥柄安装
在主轴孔内，其定位精度 高，定位迅速方便，但刚 度低，适于轻切削。
1、钻模的类型与典型结构
翻转式钻模 固定式钻模板 快换钻套
1、钻模的类型与典型结构
盖板式钻模 固定钻套
2、钻模设计要点
1）钻套 刀具引导元件，装在钻模板上，确定刀具的位置和方向，
⑴钻套类型：固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套 ⑵钻套的尺寸和公差
钻套内径根据所用刀具的外径来确定；钻套的高度H影响钻 套的导向性能，同时影响刀具与钻套之间的摩削情况；钻套与 工件之间应留有间隙 2）钻模板
钻模板用于安装钻套，与夹具体的联接方式有固定式、铰链 式、分离式和悬挂式等几种。
3）夹具体 整个夹具的基础零件，一般多为铸件，也可用焊接件。夹具
通过夹具体底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压 板压紧(或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧)。
三、镗床夹具
镗床夹具简称镗模，主要由镗套、镗模支架、镗模底座、以 及必需的定位、夹紧机构组成，多用于在镗床、组合机床(也可 在车床和摇臂钻床)上加工箱体、支座等零件上的精密孔或孔系。 与钻模有很多相似之处。
过渡盘与主轴端部是用短锥 和端面定位，夹具体用止口与 过渡盘定位(大平面加短圆柱 面)，用螺钉夹紧。
3磨床夹具 车床夹具的设计要点同样适
合于内圆磨床和外圆磨床所用 的夹具
二、钻床夹具
1、钻模的类型与典型结构
钻床夹具因大都具有刀具导向装置，习惯上又称为钻模。钻 模一般由钻模板、钻模套、定位元件、夹紧装置和钻模体等组 成。
一、车床与磨床夹具
一、车床与磨床夹具
2、车床夹具的设计要点 1）车床夹具总体结构
夹具结构应尽量紧凑，重心应尽量靠近主轴端。对于弯板式 和偏重的车床夹具，应进行配重调平衡。
2）夹具与机床的联接 联接方式取决于主轴轴端的结 构以及夹具的体积和精度要求
⑴用莫氏锥度配合 夹具体以长锥柄安装
在主轴孔内，其定位精度 高，定位迅速方便，但刚 度低，适于轻切削。
1、钻模的类型与典型结构
翻转式钻模 固定式钻模板 快换钻套
1、钻模的类型与典型结构
盖板式钻模 固定钻套
2、钻模设计要点
1）钻套 刀具引导元件，装在钻模板上，确定刀具的位置和方向，
⑴钻套类型：固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套 ⑵钻套的尺寸和公差
钻套内径根据所用刀具的外径来确定；钻套的高度H影响钻 套的导向性能，同时影响刀具与钻套之间的摩削情况；钻套与 工件之间应留有间隙 2）钻模板
钻模板用于安装钻套，与夹具体的联接方式有固定式、铰链 式、分离式和悬挂式等几种。
3）夹具体 整个夹具的基础零件，一般多为铸件，也可用焊接件。夹具
通过夹具体底面安放在钻床工作台上，可直接用钻套找正并用压 板压紧(或在夹具体上设置耳座用螺栓压紧)。
三、镗床夹具
镗床夹具简称镗模，主要由镗套、镗模支架、镗模底座、以 及必需的定位、夹紧机构组成，多用于在镗床、组合机床(也可 在车床和摇臂钻床)上加工箱体、支座等零件上的精密孔或孔系。 与钻模有很多相似之处。
第三章 机床典型部件设计
利用磁力使支承运动的部件与其固定 部件脱离接触来实现轴承的功能。 其特点是无机械磨损，理论上无速度 限制；无噪声，温升低，能耗小，不需 润滑；可在超低温和高温下工作等。装 有磁浮轴承的主轴可实现适应控制，通 过检测定子线圈电流控制切削力，通过 检测切削力的变化来调整控制机械运动， 以提高加工质量。
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
第三章数控机床的主传动系统
要使润滑油突破这层旋转气流很不容易，采用突入滚 道式润滑方式则可以可靠地将油送人轴承滚道处。
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
第三章 数控机床的主传动系统
(3)突入滚道式润滑方式 如图3—10所示为适应该要求而设计的特殊轴承。 润滑油的进油口在内滚道附近，利用高速轴承的泵 效应，把润滑油吸人滚道。
若进油口较高，则泵效应差，当进油接近外滚道 时则成为排放口了，油液将不能进入轴承内部。
第三章 数控机床的主传动系统
3．冷却润滑技术的研究 过去，加工中心机床主轴轴承大都采用油脂润滑方 式，为了适应主轴转速向更高速化发展的需要，新 的冷却润滑方式相继开发出来，见表3—2。
第三章 数控机床的主传动系统
第一章 数控机床概述
(1)油气润滑方式 这种润滑方式不同于油雾方式， 油气润滑是用压缩空气把小油滴送进轴承空隙中， 油量大小可达最佳值，压缩空气有散热作用，润滑 油可回收，不污染周围空气。图3—8是油气润滑 原理图。
1．主轴部件常用滚动轴承的类型 图3—13a为锥孔双列圆柱滚子轴承，内圈 为1：12的锥孔，当内圈沿锥形轴颈轴向移 动时，内圈胀大以调整滚道的间隙。滚子数 目多，两列滚子交错排列，因而承载能力大， 刚性好，允许转速高。它的内、外圈均较薄， 因此，要求主轴颈与箱体孔均有较高的制造 精度，以免轴颈与箱体孔的形状误差使轴承 滚道发生畸变而影响主轴的旋转精度。该轴 承只能承受径向载荷。
第一章 数控机床概述
(2)热变形 电动机、主轴及传动件都是热源。低温升、小
的热变形是对主传动系统要求的重要指标。 (3)主轴的旋转精度和运动精度
主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下测量主轴前端和距离前端300mm处的径 向圆跳动和端面圆跳动值。主轴在工作速度旋转时 测量上述的两项精度称为运动精度。数控机床要求 有高的旋转精度和运动精度。
第三章数控车床基本操作教案
第三章数控车床基本操作教案
图1-1 FANUC（法那克）0i Mate数控面板
数字/字母键用于输入数据到输入区域，系统自动判别取字母还是取数字。
2.机床操作面板
图1-2 FANUC 0i Mate标准操作面板表1-1 FANUC 0i Mate 机床操作面板按键功能
手持操作器（三）练习操作
，按住
第三章数控车床基本操作教案
指令，按
主轴转动（或手动模式下，按主轴正转按钮，使主轴转动①按
使主轴转动（或手动模式下，按主轴正转按钮，使主轴转动①按
程序键。
程序键。
⑤按
第三章数控车床基本操作教案
按
按
按
按键，换行后继续输入程序，如图按
EDIT
程序键，显示程序画面。
按
按
按
按
）并按
）并按
EDIT
程序键，显示程序画面。
（删除）键，即可把改程序删除掉。
，再按
按
光标键，光标检索下一程序段的第一个字。
键即可。
按
键即可删除。
数控机床技能实训：第三章 数控车床的加工工艺基础与编程
(3)具有较高的生产率和较低的加工成本 机床生产率主要是指加工一个零件所需要的时间，其中包 括机动时间和辅助时间。数控车床的主轴转速和进给速度变化
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
范围很大，并可无级调速，加工时可选用最佳的切削速度和进 给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，这就 大大地提高了生产率，降低了加工成本，尤其对大批量生产的 零件，批量越大，加工成本越低。
中体现并由机床自动完成加工，因此，数控加工工艺 的正确与 否将直接影响到数控车床的加工精度和效率。 一、数控车削加工零件的类型
数控车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动， 配合刀具在平面内的运动，加工的类型主要是回转体零件。
回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和 轮盘类零件的区分在于长径比，一般将长径比大于1的零件视为 轴套类零件；长径比小于1的零件视为轮盘类零件。
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识 3.2数控车削加工工艺的相关内容 3.3数控车削加工编程基础
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识
数控车床与普通车床相比，加工效率和精度更高，可以加 工的零件形状更加复杂，加工工件的一致性好，可以完成普通 车床无法加工的具有复杂曲面的高精度的零件。
端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺 纹、锥面螺纹等。
(3)其他类零件 数控车床与普通车床一样，装上特殊卡盘就可以加工偏心
轴，或在箱体、板材上加工孔或圆柱。
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
二、数控车削的加工特点 数控车削是数控加工中使用最广泛的加工方法之一，同常
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
范围很大，并可无级调速，加工时可选用最佳的切削速度和进 给速度，可实现恒转速和恒切速，以使切削参数最优化，这就 大大地提高了生产率，降低了加工成本，尤其对大批量生产的 零件，批量越大，加工成本越低。
中体现并由机床自动完成加工，因此，数控加工工艺 的正确与 否将直接影响到数控车床的加工精度和效率。 一、数控车削加工零件的类型
数控车床车削的主运动是工件装卡在主轴上的旋转运动， 配合刀具在平面内的运动，加工的类型主要是回转体零件。
回转体零件分为轴套类、轮盘类和其他类几种。轴套类和 轮盘类零件的区分在于长径比，一般将长径比大于1的零件视为 轴套类零件；长径比小于1的零件视为轮盘类零件。
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识 3.2数控车削加工工艺的相关内容 3.3数控车削加工编程基础
第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
3.1数控车削加工工艺基础知识
数控车床与普通车床相比，加工效率和精度更高，可以加 工的零件形状更加复杂，加工工件的一致性好，可以完成普通 车床无法加工的具有复杂曲面的高精度的零件。
端面，端面的轮廓也可以是直线、斜线、圆弧、曲线或端面螺 纹、锥面螺纹等。
(3)其他类零件 数控车床与普通车床一样，装上特殊卡盘就可以加工偏心
轴，或在箱体、板材上加工孔或圆柱。
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第三章 数控车床的加工工艺基础 与编程
二、数控车削的加工特点 数控车削是数控加工中使用最广泛的加工方法之一，同常
福大机械制造工程学第二篇车床
nm a x
1450
130 230
56 38
39 41
63 50
1400
rpm
nm in
1450
130 230
51 43
22 58
63 50
450
rpm
由结构式：M1（左）
nm a x
1450
130 230
56 38
39 41
50 50
51 50
26 58
500
rpm
M2（右移）
nm in
1450 130 51 22 20 20 26 10 230 43 58 80 80 58
例：当n主=10r/m，此时uVI-IX=？即u扩=？
（1）扩大螺距传动组:
结论：
nm a x
1450
130 230
56 38
39 41
50 50Βιβλιοθήκη 51 5026 58
500
rpm
当主轴低速传动时：
nm in
1450
130 230
51 43
22 58
20 80
20 80
26 58
10
rpm
n主=10-31.5r/m，此时共6级， u扩=16；
n主=40-125r/m，此时共6级， u扩=4；
n主=160-500r/m，此时共6级， u扩=1；
当主轴高速传动时：
nm a x
1450
130 230
56 38
39 41
63 50
1400
rpm
130 51 22 63 nmin 1450 230 43 58 50 450 rpm
n主=450-1400r/m，此时共6级， u扩=1。
第三章 数控车床机械结构与装调第四节 数控车床刀塔
二、液压刀塔介绍
与电动刀塔相比，液压刀塔能实现快 速、低噪声、正反转双向最短路径转动寻 找换刀刀位，松开和锁紧迅速，工作可靠 性好。但需要相应的液压系统提供压力油 和控制装置，所以一般在全功能数控车床 上配置液压刀塔。
二、液压刀塔介绍
数车排式刀塔
排式刀塔的各刀夹固定在横 向滑板上， 刀位切换运动直 接采用X轴快移运动，结构简 单，制造成本低，刀具系统 刚性好。 刀具容量小、整体占用空间 大，适合以纵向进给为主的 小型数控车上应用。
1—活动鼠牙盘 2—导向销 3—上刀架本体 4—下刀架
• 免抬式四刀位电动刀塔
结构特点
1.上刀架与鼠牙盘为独 立的两个零件，用8个 圆周分布的圆柱导向销 2活动连接。 2.活动鼠牙盘1单独作 升降运动，上刀架在导 向销的作用下作单方向 转动，上下刀架始结合 面始终保持接触。
性能特点
在换刀转位过程中，上下刀架始终闭合，有效防止切削液和切屑等杂物 进入刀塔内部，刀塔传动可靠性和精度保持性提高。
拆去棘爪
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
③拆卸上刀架等
1
2
拆下 蜗杆
取出定 位盘
拆去上盖 和螺母
34
拆去定 位盘
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
④拆卸立轴与轴承
1
2
拆下立轴
用拉马拆除轴承
一、电动刀塔
刀塔拆装调整
⑤装配与调整
一、装配
装配过程与拆卸过程 除了轴承装配采用压 力机以外基本上是逆 向的。
传动原理
2.卧式八刀位电动刀塔
• 联接方式…… • 动作过程： a 从锁紧到抬起
B 从转位到反转夹紧
二、液压刀塔介绍
卧式12刀位液压刀塔
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23
共64级 共64级 44种 20种 39种 37种
2018/7/22
2018/7/22
24
第三节 CA6140型车床的传动系统
卧式车床传动原理图
2018/7/22 25
卧式车床传动框图
电动机经主换向机构、主变速机构拖动主轴。 主换向机构主要用于切削螺纹：一刀切削结束，换 向机构使主轴连同刀架一起换向，回到切削起点处， 再切削第二刀。这一段相当于传动原理图的l-2段。 主变速机构用于变速，相当于iv。主变速机构至主 轴为定比传动，相当于3-4段。 进给链（切螺纹时为螺纹链）从主轴开始，经 进给换向机构、挂轮和进给箱内的进给变换机构、 转换机构―光杠（普通车削）、溜板箱内的转换机 构传至刀架；或经丝杠（车螺纹）和溜板箱内的螺 母传至刀架。
腿支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之 间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向进给运动导轨和 尾座纵向调整移动的导轨。
6.溜板箱6 溜板箱与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱内装有
纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。
21
2018/7/22
三、卧式车床的主要参数
床身上最大工件回转直径
20
2018/7/22
3. 尾座3 尾座 3可沿其导轨纵向调整位置，其上可装顶尖支
承长工件的后端以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具加工 孔。尾座可横向做少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。
4.进给箱8
进给箱内装有进给运动的传动及操纵装置，改 变进给量的大小、所加工螺纹的种类及导程。
5.床身4及床腿5、7 床身是机床的支承件，左床腿和右床
2018/7/22 42
1）车米制螺纹
米制螺纹是我国常用的螺纹
标准螺距值特点: 分段等差数列
传动路线: 进给箱中的离合器M3、M4脱开，M5 接合（如后图所示）
43
2018/7/22
2018/7/22
44
2018/7/22
46
进给运动传动链（ij）
2018/7/22
47
进给运动传动链（ib）
第三章 车床
本章重点
1.CA6140车床的传动系统分析 主传动系统 螺纹进给传动 纵、横向进给传动 2.CA6140车床的主要结构 主轴箱 进给箱 溜板箱
本章难点
1.传动系统的分析方法；
2.掌握机床典型结构的分析方法； 3.对其它机床能做到举一反三。
2018/7/22
2
第一节
概述
一、车床的用途和运动
2018/7/22 55
可见加工螺纹时将正常螺距路线改为扩大导程传动路 线，则加工出来的螺纹导程将扩大4倍，或者16倍，所 以可将加工米制螺纹的运动平衡式写成
车床是制造业中使用最广泛的一类机床。以主轴带动 工件旋转作为主运动，刀架带动刀具移动作为进给运 动来完成工件和刀具之间的相对运动的一类机床。 主要用来加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥表 面，成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能 加工螺纹。 在车床上使用的刀具主要是车刀，有些车床还可采用 各种孔加工刀具，如钻头、镗刀、铰刀、丝锥、板牙 等。
3
2018/7/22
为了加工出所要求的工件表面，必须使刀 具和工件实现一系列相对运动： 1.表面成形运动 工件的旋转运动——主运动； 刀具的直线移动——进给运动。其形式有： 纵向进给运动、横向进给运动、斜向进给运动 及曲线运动。 2.辅助运动——为成形运动创造条件 1）切入运动； 2）快速引进和退回运动 3）机床的启动、停止、变向、机动快移以 及部件和工件的夹紧、松开等操纵控制运动。
51
2018/7/22
增 倍 组 传 动 比
i倍4＝ 28/35×35/28 i倍3＝ 18/45×35/28 i倍2＝ 28/35×15/48 i倍1＝ 18/45×15/48 按倍数关系排列
＝ ＝ ＝ ＝
1 1/2 1/4 1/8
用于扩大机床车削螺纹导程的种数 传动比的数值组成等比数列，公比为2,这是加工表 3-1中的一列等比导程的螺纹而设置的，所以这个变速 组称为增倍组，传动比值用 i 表示。
立式车床
立式车床
转塔车床
其 他 车 床
卧式及落地车床
仪表车床
单轴全自 动车床
第二节 卧式车床的 工艺范围和布局
一、工艺范围
各种轴类、套类和盘类零件上的回转表面
2018/7/22
图3-1
15 卧式车床所能加工的典型表面
工艺范围 ：车削内、外圆柱面、圆锥面、回转体成形面、环
形槽、端面、螺纹、钻孔、扩孔、铰孔；攻螺纹、滚花
27
2018/7/22
进给换向机构主要用来决定车削右旋或左旋
螺纹。这一段相当于 4—5 段。挂轮和进给变换机
构用以变换被切螺纹的导程或进给量，相当于 if 。
卧式车床既能切螺纹，又能进行普通车削，所以 进给箱内设置转换机构以决定将运动传至丝杠或 光杠。如果传给丝杠，则从主轴到刀架间的传动 链是内联系传动链—螺纹链；如果传给光杠，则 是外联系传动链—进给链。从进给变速机构至刀 架，相当于6—7段。
2018/7/22 28
溜板箱中的转换机构改变进给的方向：纵向 或横向，正向或反向。如果用快速电动机经溜板 箱的转换机构驱动刀架，则可实现刀架的快移。 机床的传动系统图画在一个能反映机床基本外 形和各主要部件相互位置的平面上，并尽可能绘 制在机床外形的轮廓线内。各传动元件应尽可能 按运动传递的顺序安排。该图只表示传动关系， 不代表各传动元件的实际尺寸和空间位置。
同样可方便的算出主轴正转时的最低转速：
2018/7/22
39
主轴正转时的24级转速为10-1400r/min；反转 时的12级转速为14-1580r/min，主轴反转通常 不是用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完 一刀后使车刀沿螺旋线退回，所以转速较高以 节约辅助时间。 数控车床中，主轴所需的运动转速完全由可以 无级变速的主轴伺服电机或电主轴来实现，不 需分级变速机构；也有将主轴伺服电机和一个 简单的2-4级机械分级变速机构串联使用，以 扩大转速范围。
倍
2018/7/22 52
CA6140型车床米制螺纹表
u 倍 S/mm u 基 26/28 28/28 32/28 36/28 19/14 20/14 33/21 36/21 18/45×15/48 ＝ 1/8 28/35×15/48 ＝ 1/4 18/45×35/28 ＝ 1/2 28/35×35/28 ＝ 1 1 1.75 3.5 7 2 4 8 2.25 4.5 9 1.25 2.5 5 10 5.5 11 1.5 3 6 12
400mm
刀架上最大工件回转直径
主轴内孔直径
210mm
48mm
最大工件长度
最大加工长度 主轴转速范围正转 反转
22
750、1000 、1500、2000
650、900、1400、1900 10～1400r/min 14.5～1580 r/min 24级 12级
2018/7/22
2018/7/22 4
二、车床的分类
卧式车床和落地车床 立式车床 转塔车床 种类： 单轴和多轴自动和半自动车床 仿形车床和多刀车床 数控车床和车削中心 各种专门化车床（曲轴、凸轮轴、铲 齿车床、车轮车床等）
2018/7/22 5
单柱式和双柱式 一般用于加工 直径大，长度短且质量较大 的工件。 立式车床的工作台 的台面是水平面 ，主轴的轴 心线垂直于台面，工件的矫 正，装夹比较方便，工件和 工作台的重量均匀地作用在 工作台下面的圆导轨上。
2018/7/22 17
二、布局及组成
主轴箱
刀架
尾座
丝杠 床身 溜板箱
2018/7/22 18
进给箱
光杠
各主要组成部件功用
1.主轴箱 由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、
变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端 的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可 以装前顶尖通过拨盘带动工件旋转。 2.刀架及滑板 四方刀架2装在小滑板上，而小滑 板装在中滑板上，中滑板又装在纵滑板上，纵滑板 可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动， 用来车外圆镗内孔等，而中滑板相对于纵滑板作横 向移动用来带动刀具加工端面，切断、切槽等；最 后小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给， 用来车削内外短锥面。
2018/7/22
53
运动平衡式 S=Kp=1(主轴)×58/58×33/33×63/100×100/75 ×25/36×ij×25/36×36/25 ×ib×12
S=kp=7ijib=7×Sjib/7=Sjib 选择 ij 、 ib ，就可以得到各种标准米制螺纹的导程 S, Sj 最大为12，ib最大为1，故能加工的最大螺纹导程为12mm
40
2018/7/22
二、进给运动传动链
进给传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。卧 式车床在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴 每转刀架的移动量应等于螺纹的导程。在切削圆柱面和端 面时，进给传动链是外联系传动链，进给量也以工件每转 刀架的移动量计。因此在分析传动链时，都把主轴和刀架 当作传动链的两端。
2018/7/22
33
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34
2018/7/22
35
2018/7/22
36
1.主运动传动链
2018/7/22
37
2．主轴的转速级数与转速计算
Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ轴之间的传动比
2018/7/22
38
n主 = 1450×130/230×u1-2
u u
共64级 共64级 44种 20种 39种 37种
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2018/7/22
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第三节 CA6140型车床的传动系统
卧式车床传动原理图
2018/7/22 25
卧式车床传动框图
电动机经主换向机构、主变速机构拖动主轴。 主换向机构主要用于切削螺纹：一刀切削结束，换 向机构使主轴连同刀架一起换向，回到切削起点处， 再切削第二刀。这一段相当于传动原理图的l-2段。 主变速机构用于变速，相当于iv。主变速机构至主 轴为定比传动，相当于3-4段。 进给链（切螺纹时为螺纹链）从主轴开始，经 进给换向机构、挂轮和进给箱内的进给变换机构、 转换机构―光杠（普通车削）、溜板箱内的转换机 构传至刀架；或经丝杠（车螺纹）和溜板箱内的螺 母传至刀架。
腿支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之 间具有要求的相互准确位置。床身上面有纵向进给运动导轨和 尾座纵向调整移动的导轨。
6.溜板箱6 溜板箱与纵向滑板（床鞍）相连，溜板箱内装有
纵、横向机动进给的传动换向机构和快速进给机构等。
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三、卧式车床的主要参数
床身上最大工件回转直径
20
2018/7/22
3. 尾座3 尾座 3可沿其导轨纵向调整位置，其上可装顶尖支
承长工件的后端以加工长圆柱体，也可以安装孔加工刀具加工 孔。尾座可横向做少量的调整，用于加工小锥度的外锥面。
4.进给箱8
进给箱内装有进给运动的传动及操纵装置，改 变进给量的大小、所加工螺纹的种类及导程。
5.床身4及床腿5、7 床身是机床的支承件，左床腿和右床
2018/7/22 42
1）车米制螺纹
米制螺纹是我国常用的螺纹
标准螺距值特点: 分段等差数列
传动路线: 进给箱中的离合器M3、M4脱开，M5 接合（如后图所示）
43
2018/7/22
2018/7/22
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2018/7/22
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进给运动传动链（ij）
2018/7/22
47
进给运动传动链（ib）
第三章 车床
本章重点
1.CA6140车床的传动系统分析 主传动系统 螺纹进给传动 纵、横向进给传动 2.CA6140车床的主要结构 主轴箱 进给箱 溜板箱
本章难点
1.传动系统的分析方法；
2.掌握机床典型结构的分析方法； 3.对其它机床能做到举一反三。
2018/7/22
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第一节
概述
一、车床的用途和运动
2018/7/22 55
可见加工螺纹时将正常螺距路线改为扩大导程传动路 线，则加工出来的螺纹导程将扩大4倍，或者16倍，所 以可将加工米制螺纹的运动平衡式写成
车床是制造业中使用最广泛的一类机床。以主轴带动 工件旋转作为主运动，刀架带动刀具移动作为进给运 动来完成工件和刀具之间的相对运动的一类机床。 主要用来加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥表 面，成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能 加工螺纹。 在车床上使用的刀具主要是车刀，有些车床还可采用 各种孔加工刀具，如钻头、镗刀、铰刀、丝锥、板牙 等。
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2018/7/22
为了加工出所要求的工件表面，必须使刀 具和工件实现一系列相对运动： 1.表面成形运动 工件的旋转运动——主运动； 刀具的直线移动——进给运动。其形式有： 纵向进给运动、横向进给运动、斜向进给运动 及曲线运动。 2.辅助运动——为成形运动创造条件 1）切入运动； 2）快速引进和退回运动 3）机床的启动、停止、变向、机动快移以 及部件和工件的夹紧、松开等操纵控制运动。
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增 倍 组 传 动 比
i倍4＝ 28/35×35/28 i倍3＝ 18/45×35/28 i倍2＝ 28/35×15/48 i倍1＝ 18/45×15/48 按倍数关系排列
＝ ＝ ＝ ＝
1 1/2 1/4 1/8
用于扩大机床车削螺纹导程的种数 传动比的数值组成等比数列，公比为2,这是加工表 3-1中的一列等比导程的螺纹而设置的，所以这个变速 组称为增倍组，传动比值用 i 表示。
立式车床
立式车床
转塔车床
其 他 车 床
卧式及落地车床
仪表车床
单轴全自 动车床
第二节 卧式车床的 工艺范围和布局
一、工艺范围
各种轴类、套类和盘类零件上的回转表面
2018/7/22
图3-1
15 卧式车床所能加工的典型表面
工艺范围 ：车削内、外圆柱面、圆锥面、回转体成形面、环
形槽、端面、螺纹、钻孔、扩孔、铰孔；攻螺纹、滚花
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进给换向机构主要用来决定车削右旋或左旋
螺纹。这一段相当于 4—5 段。挂轮和进给变换机
构用以变换被切螺纹的导程或进给量，相当于 if 。
卧式车床既能切螺纹，又能进行普通车削，所以 进给箱内设置转换机构以决定将运动传至丝杠或 光杠。如果传给丝杠，则从主轴到刀架间的传动 链是内联系传动链—螺纹链；如果传给光杠，则 是外联系传动链—进给链。从进给变速机构至刀 架，相当于6—7段。
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溜板箱中的转换机构改变进给的方向：纵向 或横向，正向或反向。如果用快速电动机经溜板 箱的转换机构驱动刀架，则可实现刀架的快移。 机床的传动系统图画在一个能反映机床基本外 形和各主要部件相互位置的平面上，并尽可能绘 制在机床外形的轮廓线内。各传动元件应尽可能 按运动传递的顺序安排。该图只表示传动关系， 不代表各传动元件的实际尺寸和空间位置。
同样可方便的算出主轴正转时的最低转速：
2018/7/22
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主轴正转时的24级转速为10-1400r/min；反转 时的12级转速为14-1580r/min，主轴反转通常 不是用于切削，而是用于车削螺纹时，切削完 一刀后使车刀沿螺旋线退回，所以转速较高以 节约辅助时间。 数控车床中，主轴所需的运动转速完全由可以 无级变速的主轴伺服电机或电主轴来实现，不 需分级变速机构；也有将主轴伺服电机和一个 简单的2-4级机械分级变速机构串联使用，以 扩大转速范围。
倍
2018/7/22 52
CA6140型车床米制螺纹表
u 倍 S/mm u 基 26/28 28/28 32/28 36/28 19/14 20/14 33/21 36/21 18/45×15/48 ＝ 1/8 28/35×15/48 ＝ 1/4 18/45×35/28 ＝ 1/2 28/35×35/28 ＝ 1 1 1.75 3.5 7 2 4 8 2.25 4.5 9 1.25 2.5 5 10 5.5 11 1.5 3 6 12
400mm
刀架上最大工件回转直径
主轴内孔直径
210mm
48mm
最大工件长度
最大加工长度 主轴转速范围正转 反转
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750、1000 、1500、2000
650、900、1400、1900 10～1400r/min 14.5～1580 r/min 24级 12级
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二、车床的分类
卧式车床和落地车床 立式车床 转塔车床 种类： 单轴和多轴自动和半自动车床 仿形车床和多刀车床 数控车床和车削中心 各种专门化车床（曲轴、凸轮轴、铲 齿车床、车轮车床等）
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单柱式和双柱式 一般用于加工 直径大，长度短且质量较大 的工件。 立式车床的工作台 的台面是水平面 ，主轴的轴 心线垂直于台面，工件的矫 正，装夹比较方便，工件和 工作台的重量均匀地作用在 工作台下面的圆导轨上。
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二、布局及组成
主轴箱
刀架
尾座
丝杠 床身 溜板箱
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进给箱
光杠
各主要组成部件功用
1.主轴箱 由箱体、主轴、传动轴、轴上传动件、
变速操纵机构、润滑密封件等组成。主轴通过前端 的卡盘或者花盘带动工件完成旋转作主运动，也可 以装前顶尖通过拨盘带动工件旋转。 2.刀架及滑板 四方刀架2装在小滑板上，而小滑 板装在中滑板上，中滑板又装在纵滑板上，纵滑板 可沿床身导轨纵向移动，从而带动刀具纵向移动， 用来车外圆镗内孔等，而中滑板相对于纵滑板作横 向移动用来带动刀具加工端面，切断、切槽等；最 后小滑板可相对中滑板改变角度后带动刀具斜进给， 用来车削内外短锥面。
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运动平衡式 S=Kp=1(主轴)×58/58×33/33×63/100×100/75 ×25/36×ij×25/36×36/25 ×ib×12
S=kp=7ijib=7×Sjib/7=Sjib 选择 ij 、 ib ，就可以得到各种标准米制螺纹的导程 S, Sj 最大为12，ib最大为1，故能加工的最大螺纹导程为12mm
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二、进给运动传动链
进给传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。卧 式车床在切削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴 每转刀架的移动量应等于螺纹的导程。在切削圆柱面和端 面时，进给传动链是外联系传动链，进给量也以工件每转 刀架的移动量计。因此在分析传动链时，都把主轴和刀架 当作传动链的两端。
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1.主运动传动链
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2．主轴的转速级数与转速计算
Ⅲ-Ⅳ-Ⅴ轴之间的传动比
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n主 = 1450×130/230×u1-2
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