第2章　机械加工方法与装备

2.1　金属切削机床和表面加工方法

2.1.1　金属切削机床的分类和型号

金属切削机床是用金属切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的一种机器，人们习惯上称之为机床。由于切削加工仍是机械制造过程中获取具有一定尺寸、形状和精度的零件加工方法，所以金属切削机床是机械制造系统中最重要的组成部分，它为加工过程提供了刀具与工件之间的相对位置和相对运动，为改变工件的形状、质量提供能量。

1.金属切削机床的分类

目前金属切削机床的品种和规格繁多，为了便于区别、使用和管理，需对机床进行分类。

机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11大类：车床、钻床、铣床、刨插床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、拉床、锯床和其他机床，其中最常用的金属切削机床是：车床、铣床、钻床、刨床和磨床。

除了上述基本分类方法外，还可按机床的适用范围、加工精度及自动化程度等进行分类。

（1）按照适用范围，机床可分为以下几种。

①通用机床：通用机床适用于单件小批生产，可以加工一定尺寸范围内的各种类型零件，并可完成多种工序，加工范围较广，但其传动与结构比较复杂，如卧式车床、万能铣床、万能外圆磨床及摇臂钻床等。

②专门化机床：专门化机床的生产率比通用机床高，但使用范围比通用机床窄，只能加工一定尺寸范围内的某一类（或少数几类）零件，为完成某一种（或少数几种）特定工序而专门设计和制造的，如凸轮轴车床、精密丝杠车床等。

③专用机床：专用机床的生产率、自动化程度都比较高，但使用范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，如汽车、拖拉机制造中大量使用的各种钻、镗组合机床等。

（2）按照机床的加工精度，可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。

（3） 按照机床的自动化程度，可分为手动、机动、半自动和自动机床。

（4）按照机床的质量（重量）和尺寸不同，可分为仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（质量大于10t）、重型机床（质量在30t以上）及超重型机床（质量在100t以上）。

此外，机床还可按照主要功能部件（如主轴等）的数目等进行分类。

2.金属切削机床型号的编制方法

机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型、通用性和结构特性、主要技术参数等。GB/T 15375—2008《金属切削机床型号编制方法》规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成，它适用于各类通用机床和专用机床（不包括组合机床）。下面将通用机床型号的编制方法作简要介绍。

（1）通用机床的型号编制　通用机床的型号主要表示机床类型、特性、组别、主参数及重大改进顺序等，如型号CF6140表示最大车削直径为400mm的卧式仿形车床。

通用机床型号的表示方法为：

注：①有“（　）”的代号或数字，当无内容时，不表示，若有内容，则不带扩号；②有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母；③有“△”符号者，为阿拉伯数字；④有“○△”符号者，为大写的汉语拼音字母或阿拉伯数字或两者兼有之。

①机床的类别代号（见表2-1）　机床的类别是以机床名称的汉语拼音的第一个大写字母表示。当需要时，每一类又可分为若干分类。分类代号用阿拉伯数字表示，置于类别代号之前，居型号首位，但第一分类不予表示，如磨床类的三个分类应表示为M、2M、3M。

②机床的通用特性代号（见表2-2）　机床的通用特性代号，如某类型机床具有表2-2中所列的某种通用特性时，在类代号之后加上相应的通用特性代号，如CM6132型精密卧式车床型号中的“M”表示通用特性为“精密”。若某类型机床只有某种通用特性，而无普通型时，此通用特性代号不必表示，如C1312型单轴转塔自动车床。

③机床的结构特性代号　为了区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音字母的大写区分，排列在通用特性代号之后。如CA6140型卧式车床型号中的“A”为结构特性代号，表示CA6140型卧式车床在结构上有别于C6140型卧式车床。

为避免混淆，通用特性代号的字母不能用作结构特性代号。可用作结构特性代号的字母有：A、D、E、L、N、P、R、S、T、U、V、W、X、Y，也可将这些字母中的两个组合起来表示，如AD、AE…。

④机床的组、系代号（见表2-3）　用两位阿拉伯数字表示，前者表示组，后者表示系。每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系。在同一类机床中，凡主要布局或使用范围基本相同的机床，即为同一组。凡在同一组机床中，若其主参数相同、主要结构及布局型式相同的机床，即为同一系。例如CM6132中的“6”表示落地及卧式车床组，“1”表示卧式车床系。

⑤主参数或设计顺序号　主参数是表示机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数，是以机床最大加工尺寸或与此有关的机床部件尺寸的折算值表示，位于组、系代号之后（见表2-4）。

各种型号的机床，其主参数的折算系数可以不同，一般来说，对于以最大棒料直径为主参数的自动车床、以最大钻孔直径为主参数的钻床和以额定拉力为主参数的拉床，其折算系数为1；对于以床身上最大工件回转直径为主参数的卧式车床、以最大工件直径为主参数的绝大多数齿轮加工机床、以工作台工作面宽度为主参数的立式和卧式铣床、绝大多数镗床和磨床，其主参数的折算系数为1/10；大型的立式车床、龙门刨床、龙门铣床的主参数折算系数为1/100。

某些通用机床，当无法用一个主参数表示时，在型号中用设计顺序号表示，设计顺序号由01开始。例如某厂设计试制的第五种仪表磨床为刀具磨床，因该磨床无法用主参数表示故用设计顺序号“05”表示，则此磨床的型号为M0605。

⑥主轴数或第二主参数　一般是指主轴数、最大跨距、最大工件长度、最大模数、最大车削（磨削、刨削）长度及工作台工作面长度等。它在型号中的表示方法如下：

a.多轴机床的主轴数，以实际的轴数标于型号中主参数之后，并用“· ”分开，读作“点”。

b.当机床的最大工件长度、最大加工长度、工作台工作面长度、最大跨距、最大模数等第二参数变化，引起机床结构产生较大变化时，为了区分，将第二主参数列入型号的末端并用“×”分开，读作“乘”。凡第二主参数属于长度、跨距、行程等的折算系数为1/100；凡属直径、深度、宽度用1/10折算系数；最大模数、厚度等以实际值列入型号。例如型号为C2150·6表示加工最大棒料直径为50mm的卧式六轴自动车床。

⑦重大改进顺序号　当机床的性能及结构布局有重大改进，并按新产品重新设计、试制和鉴定后，应在机床型号中加重大改进顺序号，以示区别。重大改进顺序号按改进的次序分别用汉语拼音字母（大写）A、B、C……表示。例如型号M7150A表示工作台工作面宽度为500mm，经第一次重大改进设计的卧轴矩台平面磨床；型号CG6125B中的“B”表示CG6125型高精度卧式车床的第二次重大改进。

⑧其他特性代号　用汉语拼音字母或阿拉伯数字或二者的组合来表示。主要用以反映各类机床的特性，如对数控机床，可反映不同的数控系统；对于一般机床可反映同一型号机床的变型等。

⑨企业代号　生产单位为机床厂时，由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号，或机床厂名称的大写汉语拼音字母表示。

通用机床的型号编制举例：

                                                      （CA6140型卧式车床）

                                                  （MG1432A型高精度万能外圆磨床）

目前，工厂中使用较为普遍的几种老型号机床，是按1959年以前公布的机床型号编制办法编定的。按规定，以前已定的型号现在不改变。

（2）专用机床的型号编制

①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：

②设计单位代号　包括机床生产厂和机床研究单位代号（位于型号之首），见《金属切削机床型号编制方法》（GB/T 15375—2008）。

③专用机床的设计顺序号　按该单位的设计顺序号（从“001”起始）排列，位于设计单位代号之后，并用“-”隔开。

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。

2.1.2　机床传动原理

1.机床传动的基本组成部分

机床的传动必须具备以下的三个基本组成部分。

（1）运动源　运动源为执行件提供动力和运动的装置。通常为电动机，如交流异步电动机、直流电动机、直流和交流磁幅电动机、步进电动机、交流变频调速电动机等。

（2）传动件　传动件是传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、带轮、丝杠、螺母等，除机械传动外，还有液压传动和电气传动元件等。

（3）执行件　执行件是夹持刀具或工件执行运动的部件。常用执行件有主轴、刀架、工作台等，是传递运动的末端件。

2.机床的传动链

为了在机床上得到所需要的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件，或把执行件与执行件联系起来，以构成传动联系。构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。根据传动链的性质，传动链可分为两类。

（1）外联系传动链　联系运动源与执行件的传动链，称为外联系传动链。它的作用是使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。此外，还起执行件变速、换向等作用。外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状。因此，外联系传动链不要求两末端件之间有严格的传动关系。如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链，就是典型的外联系传动链。

（2）内联系传动链　联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的相对速度或相对位移保持严格的比例关系，以保证被加工表面的形状。如在卧式车床上车削螺纹时，连接主轴和刀具之间的传动链，就属于内联系传动链。

3.机床传动原理图

在机床的运动分析中，为了便于分析机床运动和传动联系，常用一些简明的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系，这就是传动原理图。图2-1为传动原理图常用的部分符号。

下面以卧式车床的传动原理图为例，说明传动原理图的画法和所表示的内容。如图2-2所示，从电动机至主轴之间的传动属于外联系传动链，它是为主轴提供运动和动力的。即从电动机—1—2—μv—3—4—主轴，这条传动链亦称主运动传动链，其中1—2和3—4段为传动比固定不变的定比传动结构，2—3段是传动比可变的换置机构μv，调整μv值用以改变主轴的转速。从主轴—4—5—μf—6—7—丝杠—刀具，得到刀具和工件间的复合成形运动（螺旋运动），这是一条内联系传动链，其中4—5和6—7段为定比传动机构，5—6段是换置机构μf，调整μf值可得到不同的螺纹导程。在车削外圆面或端面时，主轴和刀具之间的传动联系无严格的传动比要求，二者的运动是两个独立的简单成形运动，因此，除了从电动机到主轴的主传动链外，另一条传动链可视为由电动机—1—2—μv—3—5—μf—6—7—刀具（通过光杆），此时这条传动链是一条外联系传动链。

2.1.3　机床的传动系统与运动计算

1.机床传动系统图

机床的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示意图。它比传动原理图更准确、更清楚、更全面地反映了机床的传动关系。在图中用简单的规定符号代表各种传动元件。

图2-3是一台中型卧式车床主传动系统图。

2.传动路线表达式

为便于说明及了解机床的传动路线，通常把传动系统图数字化，用传动路线表达式（传动结构式）来表达机床的传动路线。图2-3车床主传动路线表达式为：

3.主轴转数级数计算

根据前述主传动路线表达式可知，主轴正转时，利用各滑移齿轮组齿轮轴向位置的各种不同组合，主轴可得3×2×2=12级正转转速。同理，当电机反转时主轴可得12级反转转速。

4.极值计算