1.1 金屬切削機床

1.1.1 金屬切削機床及其地位和作用

金屬切削機床簡稱機床，它是利用刀具對金屬毛坯進行切削加工的一種機器，是制造機器的機器，又稱為“工作母機”或“工具機”。在現代化機械制造工業中，金屬切削機床是加工機器零件的主要設備。在一般的機械制造中，機床所負擔的加工工作量，約占機器制造總工作量的40%～60%，它的技術性能高低直接影響到機械產品的質量和制造經濟性。

機械制造工業是制造各種機械設備及工具的工業部門，擔負著為國民經濟中各部門提供現代化技術設備及裝備的重要任務。一個國家要實現工業、農業、國防、科學技術現代化，必須具有強大的機械制造業，而機床工業則是為機械制造業提供各種制造設備的“裝備部”，是機械制造業的后盾。因此，機床工業在國民經濟中占有重要地位，是整個國民經濟發展的重要推動力，也是衡量一個國家經濟實力的標志之一。

1.1.2 金屬切削機床的發展概況

1. 金屬切削機床的產生

早在18世紀中葉，就出現了現代機床的雛形。早期的機床采用蒸汽機作為動力，加工精度不高，如最早的氣缸鏜床的加工精度約為1mm。19世紀至20世紀初，機床的驅動源由蒸汽機改為電機，并一直延續至今。金屬切削機床的出現，推動了社會生產力的發展，而工業的發展及不斷涌現的科學技術成果又使機床工業本身得以不斷發展。

2. 數控機床的產生和發展

為了有效地提高產品質量、生產效率、降低生產成本、改善工人的勞動條件，新型的數字程序控制機床應運而生。它極其有效地解決了在普通機床加工中存在的一系列缺點和不足，為單件、小批量生產的精密復雜零件提供了自動化加工手段。

最早采用數字控制技術進行機械加工的思想，是在20世紀40年代提出的。當時美國北密執安的一個小型飛機工業承包商帕森斯公司（Parsons Corporation）在制造飛機框架及直升飛機葉片輪廓用樣板時，利用全數字電子計算機對葉片輪廓的加工路徑進行了數據處理，并考慮了刀具半徑對加工路徑的影響，使加工精度達到± 0.0381mm。以當時的水平來看，是相當高的。

1952年，美國麻省理工學院研制出一套試驗性數字控制系統，并把它裝在一臺立式銑床上，成功地實現了同時控制三軸的運動。這臺數控機床被大家稱為世界上第一臺數控機床，是數控機床的第一代。但是這臺機床畢竟是一臺試驗性的機床，到了1954年11月，在帕爾森斯專利的基礎上，第一臺工業用的數控機床由美國本迪克斯公司（Bendix Cooperation）生產出來。

1959年，電子行業研制出晶體管元器件，因而數控系統中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而使數控機床跨入了第二代。同年3 月，由美國克耐·杜列克公司（Keaney &Trecker Corp）發明了帶有自動換刀裝置的數控機床，稱為“加工中心”?，F在加工中心已成為數控機床中一種非常重要的品種，在工業發達的國家中約占數控機床總量的1/4。

1960年，我國研制出了小規模集成電路。由于它的體積小、功耗低，使數控系統的可靠性得以進一步提高，數控系統發展到第三代。

以上三代，都是采用專用控制的硬件邏輯數控系統（NC）。

1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是最初的柔性制造系統FMS（Flexible Manufacturing System）。之后，美、歐、日等國也相繼進行了開發和應用。

20世紀80年代初，國際上又出現了柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell），它和FMS被認為是實現計算機集成制造系統CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的必經階段和基礎。

當今，數控技術已成為現代制造技術的基礎，數控機床也已成為組成現代機械制造生產系統，實現設計（CAD）、制造（CAM）、檢驗（CAT）與生產管理等全部生產過程自動化的基本設備。數控技術水平的高低，數控機床擁有量的多少已成為衡量一個國家工業現代化水平的重要標志。

3. 我國數控機床的發展情況

我國從1958年開始研究數控技術，一直到20世紀60年代中期處于研制、開發時期。1965年，國內開始研制晶體管數控系統。從20世紀70年代開始，數控技術在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領域全面展開，數控加工中心在上海、北京研制成功。但數控系統的可靠性、穩定性未得到解決，因而沒能被廣泛推廣。在這一時期，數控線切割機床由于結構簡單、使用方便、價格低廉，在模具加工中得到了應用和推廣。20世紀80年代，我國從日本FANUC公司引進了部分系列的數控系統和直流伺服電機、直流主軸電機技術，以及從美、歐等國引進了一些新的技術，并進行了國產商品化生產。這些系統可靠性高、功能齊全，推動了我國數控機床穩定的發展，使我國的數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。

1995年以后，我國數控機床的品種有了新的發展。數控機床品種不斷增多，規格齊全。許多技術復雜的大型數控機床、重型數控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外技術的發展，北京機床研究所研制出了JCS-FMS-1.2型的柔性制造系統。這個時期，我國在引進、消化國外技術的基礎上，進行了大量的開發工作。一些較高檔次的數控系統（五軸聯動），分辨率為0.002μm的高精度數控系統、數字仿形數控系統、為柔性單元配套的數控系統都開發出來了，并造出樣機，開始了專業化生產和使用。

現在，我國已經建立了以中、低檔數控機床為主的產業體系。20世紀90年代開始了高檔數控機床的研發和生產。21世紀的到來，將為我國各種數控機床的開發、生產和應用，開辟更加廣闊的前景，未來幾十年，我國將成為數控機床的生產和使用大國。

1.1.3 金屬切削機床的分類與編號

1. 機床的分類

按照機床的加工方式，使用的刀具及其用途，將機床分為11類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、鋸床及其他機床等。

按照工藝范圍的寬窄（萬能程度），機床可分為：通用機床、專門化機床、專用機床。通用機床的加工范圍較廣，可加工多種零件的不同工序。常見的有臥式車床、萬能升降臺銑床、臥式銑鏜機床等。專門化機床用于加工不同尺寸的一類或幾類零件的某一道（或幾道）特定工序，如曲軸車床、凸輪軸車床、精密絲杠車床等。專用機床是為某一特定零件的特定工序所設計的，其工藝范圍最窄。如加工機床主軸箱的專用鏜床、加工車床導軌的專用磨床等。各種組合機床也屬于專用機床。

按照加工精度不同可分為：普通精度級、精密級和高精密級3種精度等級的機床。

按照自動化程度的不同可分為：手動、機動、半自動和自動機床。

按照機床的質量和尺寸不同可分為：儀表機床、中型機床、大型機床（質量達到10t）、重型機床（質量在30t以上）、超重型機床（質量在100t以上）。

2. 機床型號的編制方法

機床型號是機床產品的代號，用以簡明地表示機床的類型、主要技術參數、性能和結構特點等。下面介紹的是我國1997年頒布的標準GB/T16768—1997中《金屬機械機床型號編制方法》的部分內容。

（1）型號表示方法。通用機床的型號由基本部分和輔助部分組成?；静糠纸y一管理，輔助部分由生產廠家自定。型號的構成如下：

其中：

① 有“（）”的代號或數字，當無內容時則不表示，若有內容則不帶括號。

② 有“○”符號者，為大寫的漢語拼音字母。

③ 有“△”符號者，為阿拉伯數字。

④ 有“◎”符號者，為大寫的漢語拼音字母，或阿拉伯數字，或兩者兼有之。

（2）機床類、組、系的劃分及其代號。為了便于區別、管理和使用機床，在國家制訂的機床型號編制方法中，機床的類代號，用大寫的漢語拼音字母表示。普通機床類別代號如表1-1所示。

每類機床劃分為10個組，每個組又劃分為10個系（系列）。在同類機床中，主要布局和使用范圍基本相同的機床，即為同一組；在同一組機床中，其主參數相同，主要結構及布局形式相同的機床為同一系。

機床的組、系代號用兩位阿拉伯數字表示，位于類代號和通用特性代號、結構特性代號之后；機床的系，用一位阿拉伯數字表示，位于組代號之后。

各類金屬切削機床類、組劃分如表1-2所示。

（3）通用特性代號、結構特性代號。通用特性代號有統一的固定含義，它在各類機床型號中所表示的意義相同。當某類機床除有普通形式外，還有某種通用特性，則在類代號之后加通用特性代號予以區分。通用特性代號如表1-3所示。

對主參數相同而結構、性能不同的機床，在型號中加結構特性代號予以區分。它在型號中沒有統一的含義。結構特性代號用漢語拼音字母表示，排在類代號之后。當型號中有通用特性代號時應排在通用特性代號之后。

（4）主參數、主軸數和第二主參數的表示方法。機床主參數代表機床規格大小，用折算值表示，位于系代號之后。當折算數值大于1時，取整數，前面不加“0”；當折算數值小于1時，則以主參數值表示，并在前面加“0”。某些通用機床，當其無法用一個主參數表示時，則在型號中用設計順序號表示。

機床的主軸數應以實際數值列入型號，置于主參數之后，用乘號“×”分開。如最大棒料直徑為50mm的六軸棒料自動車床，其型號表示為：C2150×6。

第二主參數（多軸機床的主軸數除外）一般不予表示，當機床的最大工件長度、最大切削長度、工作臺面長度、最大跨距等以長度單位表示的第二主參數的變化，將引起機床結構、性能發生較大變化時，為了區分，可將第二主參數列入型號的后部，并用乘號“×”分開，讀做“乘”。凡屬長度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系數；凡屬直徑、深度、寬度的，則采用“1/10”的折算系數；如以厚度、模數作為第二主參數的則以實際數值列入型號。

（5）機床的重大改進順序號。當機床的結構、性能有更高的要求，須按新產品重新設計、試制和鑒定時，按照改進的先后順序用漢語拼音字母A，B，C…加在基本部分的尾部，以區別原機床型號。如MM7132A型號中的“A”表示第一次改進型。

（6）其他特性代號。其他特性代號主要用以反映各類機床的特性。如對數控機床，可用它來反映不同控制系統。對于一般機床，可以反映同一型號和機床的變型等。它一般置于輔助部分之首。其中同一型號機床的變型代號，一般應放在其他特性代號之首位。

（7）企業代號及其表示方法。企業代號包括機床生產廠家及機床研究單位代號，置于輔助部分尾部，用“/”分開。若輔助部分僅有企業代號時，可不加“/”。如以例1-1中的/JCS，例1-2中的/S2等。

機床型號實例：

例1-1 北京機床研究所生產的精密臥式加工中心，其型號為：THM6365/JCS（T——鏜床，H——加工中心，M——精密）。

例1-2 沈陽第二機床廠生產的最大鉆孔直徑為40mm，最大跨距為1600mm的搖臂鉆床，其型號為：Z3040/S2。

例1-3 某機床廠生產的經第一次改進的精密磨床，其工作臺寬度為320mm，其型號為：MM7132A（M——磨床，M——精密）。

例1-4 濟南第一機床廠生產的最大車削直徑為250mm精密臥式車床，其型號為：CM6125/J1（C——車床，M——精密）。

例1-5 蘇州三光機床廠生產的工作臺橫向行程為200mm，快速走絲的數控電火花線切割機床，其型號為：DK7720（D——電，K——數控）。

例1-6 桂林機床股份公司生產的工作臺寬320 mm的數控床身銑床，其型號為：XK7132（X——銑，K——數控）。

3. 金屬切削機床的主要技術參數

除了主參數和第二主參數外，還有一些反映機床性能的技術參數。這些技術參數主要包括尺寸參數，運動參數及動力參數。尺寸參數反映了機床能加工零件的尺寸范圍以及與附具的聯系尺寸，例如臥式車床的頂尖距、主軸內孔錐度，搖臂鉆床的搖臂升降距離、主軸行程等。運動參數反映了機床執行件的運動速度，如主軸的轉速范圍、刀架或工作臺的進給量范圍等，動力參數多指電機功率、某些機床的主軸最大允許扭矩等。

了解機床的主要技術參數，對于正確使用和合理選用機床具有重大意義。例如根據工藝要求，確定切削用量后，就應按照機床所能提供的功率及運動參數，選擇合適的機型。又如在設計夾具時，應充分考慮機床的尺寸參數，以免夾具不能正確安裝或發生運動干涉。機床的各種主要技術參數，可從機床說明書中查出。