第2章　機械加工方法與裝備

2.1　金屬切削機床和表面加工方法

2.1.1　金屬切削機床的分類和型號

金屬切削機床是用金屬切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的一種機器，人們習(xí)慣上稱之為機床。由于切削加工仍是機械制造過程中獲取具有一定尺寸、形狀和精度的零件加工方法，所以金屬切削機床是機械制造系統(tǒng)中最重要的組成部分，它為加工過程提供了刀具與工件之間的相對位置和相對運動，為改變工件的形狀、質(zhì)量提供能量。

1.金屬切削機床的分類

目前金屬切削機床的品種和規(guī)格繁多，為了便于區(qū)別、使用和管理，需對機床進行分類。

機床主要是按加工方法和所用刀具進行分類，根據(jù)國家制定的機床型號編制方法，機床分為11大類：車床、鉆床、銑床、刨插床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、拉床、鋸床和其他機床，其中最常用的金屬切削機床是：車床、銑床、鉆床、刨床和磨床。

除了上述基本分類方法外，還可按機床的適用范圍、加工精度及自動化程度等進行分類。

（1）按照適用范圍，機床可分為以下幾種。

①通用機床：通用機床適用于單件小批生產(chǎn)，可以加工一定尺寸范圍內(nèi)的各種類型零件，并可完成多種工序，加工范圍較廣，但其傳動與結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如臥式車床、萬能銑床、萬能外圓磨床及搖臂鉆床等。

②專門化機床：專門化機床的生產(chǎn)率比通用機床高，但使用范圍比通用機床窄，只能加工一定尺寸范圍內(nèi)的某一類（或少數(shù)幾類）零件，為完成某一種（或少數(shù)幾種）特定工序而專門設(shè)計和制造的，如凸輪軸車床、精密絲杠車床等。

③專用機床：專用機床的生產(chǎn)率、自動化程度都比較高，但使用范圍最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序，如汽車、拖拉機制造中大量使用的各種鉆、鏜組合機床等。

（2）按照機床的加工精度，可分為普通精度機床、精密機床和高精度機床。

（3） 按照機床的自動化程度，可分為手動、機動、半自動和自動機床。

（4）按照機床的質(zhì)量（重量）和尺寸不同，可分為儀表機床、中型機床（一般機床）、大型機床（質(zhì)量大于10t）、重型機床（質(zhì)量在30t以上）及超重型機床（質(zhì)量在100t以上）。

此外，機床還可按照主要功能部件（如主軸等）的數(shù)目等進行分類。

2.金屬切削機床型號的編制方法

機床的型號是機床產(chǎn)品的代號，用以表明機床的類型、通用性和結(jié)構(gòu)特性、主要技術(shù)參數(shù)等。GB/T 15375—2008《金屬切削機床型號編制方法》規(guī)定，我國的機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字按一定規(guī)律組合而成，它適用于各類通用機床和專用機床（不包括組合機床）。下面將通用機床型號的編制方法作簡要介紹。

（1）通用機床的型號編制　通用機床的型號主要表示機床類型、特性、組別、主參數(shù)及重大改進順序等，如型號CF6140表示最大車削直徑為400mm的臥式仿形車床。

通用機床型號的表示方法為：

注：①有“（　）”的代號或數(shù)字，當(dāng)無內(nèi)容時，不表示，若有內(nèi)容，則不帶擴號；②有“○”符號者，為大寫的漢語拼音字母；③有“△”符號者，為阿拉伯?dāng)?shù)字；④有“○△”符號者，為大寫的漢語拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字或兩者兼有之。

①機床的類別代號（見表2-1）　機床的類別是以機床名稱的漢語拼音的第一個大寫字母表示。當(dāng)需要時，每一類又可分為若干分類。分類代號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，置于類別代號之前，居型號首位，但第一分類不予表示，如磨床類的三個分類應(yīng)表示為M、2M、3M。

②機床的通用特性代號（見表2-2）　機床的通用特性代號，如某類型機床具有表2-2中所列的某種通用特性時，在類代號之后加上相應(yīng)的通用特性代號，如CM6132型精密臥式車床型號中的“M”表示通用特性為“精密”。若某類型機床只有某種通用特性，而無普通型時，此通用特性代號不必表示，如C1312型單軸轉(zhuǎn)塔自動車床。

③機床的結(jié)構(gòu)特性代號　為了區(qū)別主參數(shù)相同而結(jié)構(gòu)不同的機床，在型號中用漢語拼音字母的大寫區(qū)分，排列在通用特性代號之后。如CA6140型臥式車床型號中的“A”為結(jié)構(gòu)特性代號，表示CA6140型臥式車床在結(jié)構(gòu)上有別于C6140型臥式車床。

為避免混淆，通用特性代號的字母不能用作結(jié)構(gòu)特性代號。可用作結(jié)構(gòu)特性代號的字母有：A、D、E、L、N、P、R、S、T、U、V、W、X、Y，也可將這些字母中的兩個組合起來表示，如AD、AE…。

④機床的組、系代號（見表2-3）　用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，前者表示組，后者表示系。每類機床劃分為10個組，每個組又劃分為10個系。在同一類機床中，凡主要布局或使用范圍基本相同的機床，即為同一組。凡在同一組機床中，若其主參數(shù)相同、主要結(jié)構(gòu)及布局型式相同的機床，即為同一系。例如CM6132中的“6”表示落地及臥式車床組，“1”表示臥式車床系。

⑤主參數(shù)或設(shè)計順序號　主參數(shù)是表示機床規(guī)格大小及反映機床最大工作能力的一種參數(shù)，是以機床最大加工尺寸或與此有關(guān)的機床部件尺寸的折算值表示，位于組、系代號之后（見表2-4）。

各種型號的機床，其主參數(shù)的折算系數(shù)可以不同，一般來說，對于以最大棒料直徑為主參數(shù)的自動車床、以最大鉆孔直徑為主參數(shù)的鉆床和以額定拉力為主參數(shù)的拉床，其折算系數(shù)為1；對于以床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑為主參數(shù)的臥式車床、以最大工件直徑為主參數(shù)的絕大多數(shù)齒輪加工機床、以工作臺工作面寬度為主參數(shù)的立式和臥式銑床、絕大多數(shù)鏜床和磨床，其主參數(shù)的折算系數(shù)為1/10；大型的立式車床、龍門刨床、龍門銑床的主參數(shù)折算系數(shù)為1/100。

某些通用機床，當(dāng)無法用一個主參數(shù)表示時，在型號中用設(shè)計順序號表示，設(shè)計順序號由01開始。例如某廠設(shè)計試制的第五種儀表磨床為刀具磨床，因該磨床無法用主參數(shù)表示故用設(shè)計順序號“05”表示，則此磨床的型號為M0605。

⑥主軸數(shù)或第二主參數(shù)　一般是指主軸數(shù)、最大跨距、最大工件長度、最大模數(shù)、最大車削（磨削、刨削）長度及工作臺工作面長度等。它在型號中的表示方法如下：

a.多軸機床的主軸數(shù)，以實際的軸數(shù)標(biāo)于型號中主參數(shù)之后，并用“· ”分開，讀作“點”。

b.當(dāng)機床的最大工件長度、最大加工長度、工作臺工作面長度、最大跨距、最大模數(shù)等第二參數(shù)變化，引起機床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變化時，為了區(qū)分，將第二主參數(shù)列入型號的末端并用“×”分開，讀作“乘”。凡第二主參數(shù)屬于長度、跨距、行程等的折算系數(shù)為1/100；凡屬直徑、深度、寬度用1/10折算系數(shù)；最大模數(shù)、厚度等以實際值列入型號。例如型號為C2150·6表示加工最大棒料直徑為50mm的臥式六軸自動車床。

⑦重大改進順序號　當(dāng)機床的性能及結(jié)構(gòu)布局有重大改進，并按新產(chǎn)品重新設(shè)計、試制和鑒定后，應(yīng)在機床型號中加重大改進順序號，以示區(qū)別。重大改進順序號按改進的次序分別用漢語拼音字母（大寫）A、B、C……表示。例如型號M7150A表示工作臺工作面寬度為500mm，經(jīng)第一次重大改進設(shè)計的臥軸矩臺平面磨床；型號CG6125B中的“B”表示CG6125型高精度臥式車床的第二次重大改進。

⑧其他特性代號　用漢語拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字或二者的組合來表示。主要用以反映各類機床的特性，如對數(shù)控機床，可反映不同的數(shù)控系統(tǒng)；對于一般機床可反映同一型號機床的變型等。

⑨企業(yè)代號　生產(chǎn)單位為機床廠時，由機床廠所在城市名稱的大寫漢語拼音字母及該廠在該城市建立的先后順序號，或機床廠名稱的大寫漢語拼音字母表示。

通用機床的型號編制舉例：

                                                      （CA6140型臥式車床）

                                                  （MG1432A型高精度萬能外圓磨床）

目前，工廠中使用較為普遍的幾種老型號機床，是按1959年以前公布的機床型號編制辦法編定的。按規(guī)定，以前已定的型號現(xiàn)在不改變。

（2）專用機床的型號編制

①專用機床型號表示方法　專用機床的型號一般由設(shè)計單位代號和設(shè)計順序號組成，其表示方法為：

②設(shè)計單位代號　包括機床生產(chǎn)廠和機床研究單位代號（位于型號之首），見《金屬切削機床型號編制方法》（GB/T 15375—2008）。

③專用機床的設(shè)計順序號　按該單位的設(shè)計順序號（從“001”起始）排列，位于設(shè)計單位代號之后，并用“-”隔開。

例如，北京第一機床廠設(shè)計制造的第100種專用機床為專用銑床，其型號為B1-100。

2.1.2　機床傳動原理

1.機床傳動的基本組成部分

機床的傳動必須具備以下的三個基本組成部分。

（1）運動源　運動源為執(zhí)行件提供動力和運動的裝置。通常為電動機，如交流異步電動機、直流電動機、直流和交流磁幅電動機、步進電動機、交流變頻調(diào)速電動機等。

（2）傳動件　傳動件是傳遞動力和運動的零件。如齒輪、鏈輪、帶輪、絲杠、螺母等，除機械傳動外，還有液壓傳動和電氣傳動元件等。

（3）執(zhí)行件　執(zhí)行件是夾持刀具或工件執(zhí)行運動的部件。常用執(zhí)行件有主軸、刀架、工作臺等，是傳遞運動的末端件。

2.機床的傳動鏈

為了在機床上得到所需要的運動，必須通過一系列的傳動件把運動源和執(zhí)行件，或把執(zhí)行件與執(zhí)行件聯(lián)系起來，以構(gòu)成傳動聯(lián)系。構(gòu)成一個傳動聯(lián)系的一系列傳動件，稱為傳動鏈。根據(jù)傳動鏈的性質(zhì)，傳動鏈可分為兩類。

（1）外聯(lián)系傳動鏈　聯(lián)系運動源與執(zhí)行件的傳動鏈，稱為外聯(lián)系傳動鏈。它的作用是使執(zhí)行件得到預(yù)定速度的運動，并傳遞一定的動力。此外，還起執(zhí)行件變速、換向等作用。外聯(lián)系傳動鏈傳動比的變化，只影響生產(chǎn)率或表面粗糙度，不影響加工表面的形狀。因此，外聯(lián)系傳動鏈不要求兩末端件之間有嚴(yán)格的傳動關(guān)系。如臥式車床中，從主電動機到主軸之間的傳動鏈，就是典型的外聯(lián)系傳動鏈。

（2）內(nèi)聯(lián)系傳動鏈　聯(lián)系兩個執(zhí)行件，以形成復(fù)合成形運動的傳動鏈，稱為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。它的作用是保證兩個末端件之間的相對速度或相對位移保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，以保證被加工表面的形狀。如在臥式車床上車削螺紋時，連接主軸和刀具之間的傳動鏈，就屬于內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。

3.機床傳動原理圖

在機床的運動分析中，為了便于分析機床運動和傳動聯(lián)系，常用一些簡明的符號來表示運動源與執(zhí)行件、執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系，這就是傳動原理圖。圖2-1為傳動原理圖常用的部分符號。

下面以臥式車床的傳動原理圖為例，說明傳動原理圖的畫法和所表示的內(nèi)容。如圖2-2所示，從電動機至主軸之間的傳動屬于外聯(lián)系傳動鏈，它是為主軸提供運動和動力的。即從電動機—1—2—μv—3—4—主軸，這條傳動鏈亦稱主運動傳動鏈，其中1—2和3—4段為傳動比固定不變的定比傳動結(jié)構(gòu)，2—3段是傳動比可變的換置機構(gòu)μv，調(diào)整μv值用以改變主軸的轉(zhuǎn)速。從主軸—4—5—μf—6—7—絲杠—刀具，得到刀具和工件間的復(fù)合成形運動（螺旋運動），這是一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，其中4—5和6—7段為定比傳動機構(gòu)，5—6段是換置機構(gòu)μf，調(diào)整μf值可得到不同的螺紋導(dǎo)程。在車削外圓面或端面時，主軸和刀具之間的傳動聯(lián)系無嚴(yán)格的傳動比要求，二者的運動是兩個獨立的簡單成形運動，因此，除了從電動機到主軸的主傳動鏈外，另一條傳動鏈可視為由電動機—1—2—μv—3—5—μf—6—7—刀具（通過光桿），此時這條傳動鏈?zhǔn)且粭l外聯(lián)系傳動鏈。

2.1.3　機床的傳動系統(tǒng)與運動計算

1.機床傳動系統(tǒng)圖

機床的傳動系統(tǒng)圖是表示機床全部運動傳動關(guān)系的示意圖。它比傳動原理圖更準(zhǔn)確、更清楚、更全面地反映了機床的傳動關(guān)系。在圖中用簡單的規(guī)定符號代表各種傳動元件。

圖2-3是一臺中型臥式車床主傳動系統(tǒng)圖。

2.傳動路線表達式

為便于說明及了解機床的傳動路線，通常把傳動系統(tǒng)圖數(shù)字化，用傳動路線表達式（傳動結(jié)構(gòu)式）來表達機床的傳動路線。圖2-3車床主傳動路線表達式為：

3.主軸轉(zhuǎn)數(shù)級數(shù)計算

根據(jù)前述主傳動路線表達式可知，主軸正轉(zhuǎn)時，利用各滑移齒輪組齒輪軸向位置的各種不同組合，主軸可得3×2×2=12級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。同理，當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時主軸可得12級反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

4.極值計算