机床的基础知识

一、机床的分类

金属切削机床是用于制造机械的机器，也是唯一能制造机床自身的机器，金属切削机床品种和规格繁多，不同的机床，其构造不同，加工工艺范围、加工精度和表面质量、生产率和经济性、自动化程度和可靠性等都不同。为了给选用、管理和维护机床提供方便，应对机床进行适当的分类和编号。

（一）机床的分类

金属切削机床主要是按加工性质和所用刀具进行分类的。根据GB/T15375—1994《金属切削机床 型号编制方法》，按机床的工作原理、结构性能特点和使用范围，将其划分为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、锯床和其他机床等11大类。在每一类机床中，又按工艺范围、布局形式和结构性能等不同，分为若干组，每一组又细分为若干系或型（见附录A）。

除上述基本分类方法外，同类型金属切削机床还可根据其他特征进行分类。

1.按应用范围分类

可分为通用机床、专门化机床和专用机床。

（1）通用机床（万能机床）这类机床可以加工多种零件的不同工序，加工范围较广，通用性较大，但结构比较复杂，主要适用于单件小批量生产，如卧式车床、卧式镗床和万能升降台铣床等。

（2）专门化机床 这类机床的工艺范围较窄，专门用于加工某一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序，如曲轴机床和齿轮机床等。

（3）专用机床 这类机床的工艺范围最窄，只能用于加工某一零件的某一道特定工序，适用于大批量生产。如加工机床主轴箱的专用镗床和加工车床导轨的专用磨床等。各种组合机床也属于专用机床。

2.按加工精度分类

可分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。

3.按自动化程度分类

可分为手动、机动、半自动、自动和程序控制机床。

4.按重量与尺寸分类

可分为仪表机床、一般机床、大型机床（重量在10t以上）、重型机床（重量在30t以上）、超重型机床（重量在100t以上）。

5.按机床主要工作部件的数目分类

可分为单轴、多轴、单刀或多刀机床。

6.按机床具有的数控功能分类

可分为普通机床、一般数控机床、加工中心和柔性制造单元等。

（二）机床的基本类型

金属切削机床种类虽然很多，但最基本的只有车床、铣床、刨床、磨床和钻床5种，其他各种机床都由这5种机床演变而成。通常，同类机床按照适用范围、工艺特点及某些辅助特征来进行分类，以区别于同类的其他机床。

1.车床的常见类型

（1）卧式车床 适用于单件、小批量生产加工。能够车削内外圆柱面、圆锥面、成形回转面、端面和螺纹，用滚花刀进行滚花，尾座还能进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹和套螺纹等。

（2）转塔式六角车床 适用于成批生产加工形状复杂的盘、套类零件。这种机床有一个绕垂直轴线转位、6个工位的六角形转塔刀架，每一工位通过辅具可装一把或一组刀具，作纵向进给运动，以车削内外圆柱面，钻孔、扩孔、铰孔和车孔，攻螺纹和套螺纹等。有一个横刀架作纵、横进给运动，以车削大直径的外圆柱面、成形回转面、端面和沟槽。

（3）回轮式六角车床 适用于成批生产轴类及阶梯轴类零件的加工。该机床有一个绕水平轴线转位、12或16个工位的圆盘形回轮刀架，回轮刀架上均布的轴向孔中通过辅具可装一把单刀或复合刀具进行加工。刀架作纵向进给运动时，可车削内外圆柱面，钻孔、扩孔、铰孔和加工螺纹，刀架绕自身缓慢转动，即作横向进给运动时，可完成成形回转面、沟槽、端面和切断等工序的加工。

（4）单柱立式车床 适用于单件小批大型盘类零件的加工。该机床的主轴是垂直布置的，主轴下方有一个可回转的大直径的圆形工作台，以便安装笨重的大型零件，横梁上有一个5工位垂直刀架，可沿横梁导轨作水平进给运动、沿刀架导轨作垂直进给运动及将刀架摆动角度后的斜向进给运动，以加工内外圆柱面、内外圆锥面、端面、切槽、钻孔、扩孔和铰孔等，立柱右侧导轨还有1个侧刀架，用来加工外圆、端面及外沟槽等。

（5）铲齿车床 适用于工具车间对一些刀具进行齿背的铲削和铲磨加工。该机床的外形与卧式车床相似，是一种专门化车床，用于铲削和铲磨成形铣刀、齿轮滚刀和丝锥等刀具的齿背（后刀面），使其获得所需切削刃形状和规定的后角。铲齿时，刀具毛坯通过心轴安装在机床两顶尖间作匀速旋转，刀架上铲齿刀由凸轮传动作径向往复运动，以获得阿基米德螺旋线的齿背。

2.铣床的常见类型

（1）卧式万能升降台铣床 适用于加工平面、斜面、沟槽和成形表面。使用机床附件如立铣头、分度头及圆形工作台。可扩大加工范围，如加工铣刀螺旋表面和分齿零件的局部表面等。卧式铣床的主轴水平布置，工作台可沿纵向、横向和垂直方向作进给运动或快速移动。工作台可在水平面内作±45°的回转，以调整需要角度，适应螺旋表面的加工。其刚度好，生产率高，工艺范围广。

（2）立式铣床 适用于加工平面、斜面、淘槽和台阶等。立式铣床的主轴垂直布置，除工作台能作3个相互垂直方向的进给运动和快速移动外，主轴还可沿轴线方向作进给调位移动，并能在垂直平面内调整一定角度，便于铣斜角和斜沟槽等。

（3）工作台不升降铣床 适用于对大中型工件的平面及导轨的加工。工作台不能升降，只能作纵向和横向进给运动或快速移动，主轴可沿轴线方向作进给调位移动。

（4）工具铣床 常用于工具车间、机修车间加工形状复杂的零件，如各类刀具的刀槽、刀齿、工具、夹具和模具等。该机床有两个相互垂直的主轴，工作台能在3个相互垂直的平面内回转一定的角度，因而机床的万能性好。机床常配有分度头和圆形工作台等附件。

（5）仿形铣床 适用于立体成形表面，如锻造、压模、叶片和螺旋桨的曲面等。加工时用靠模来保证工件表面的形状。

（6）龙门铣床 适用于对大中型工件如床身导轨、箱体和机座等零件平面或成形面的加工。龙门铣床的横梁和立柱上分别安装铣头，每个铣头都有独立的主运动、进给运动和调位移动。工件紧固在工作台上作纵向直线进给运动，可用多把铣刀同时加工几个表面，生产率高。

3.刨床的常见类型

（1）牛头刨床 适用于单件小批生产，主要用于加工平面、斜面和沟槽等，调整简便，易于操作。

（2）插床 主要用于加工沟槽、平键槽、花键槽和多边孔等。工件装在工作台上，除能作直线进给运动外，还能作圆周进给运动或进行分度。插床工作效率低。

（3）龙门刨床 适用于大型零件的平面或沟槽的加工。龙门刨床有2个垂直刀架和2个水平刀架，可同时加工一个零件的几个平面，或几个零件一起装夹同时加工。工作台能作无级调速，实现直线往复主运动，刀架作间歇进给运动。该机床刚性好，生产率高。

4.磨床的常见类型

（1）万能外圆磨床 适用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面以及轴和孔的台肩面。工件由工作台上的头架并利用三爪自定心卡盘或前后顶尖夹持，作圆周进给运动，由工作台带动作纵向进给运动。砂轮架、头架和工作台均可回转一定角度，以适应不同工件的加工。

（2）普通内圆磨床 适用于对内圆柱孔和内圆锥孔磨削。工件由工作台上的头架并利用三爪自定心卡盘夹持作圆周进给运动，内圆磨头（砂轮）高速旋转。工件头架可回转一定角度，由工作台带动作纵向进给。

（3）平面磨床 分为卧轴矩台式、卧轴圆台式、立轴矩台式和立轴圆台式4种平面磨床，适用于磨削平面。主运动由砂轮实现，分周边磨削和端面磨削两种。工件由工作台上电磁吸盘吸紧并由工作台带动实现进给运动。

（4）无心外圆磨床 适用于细长、简单的圆柱表面加工，如小轴、销、细长销和套类零件的外圆磨削。工件安置在砂轮与导轮之间，其中心略高于它们的中心线，以工件本身圆柱表面作定位基准。利用磨削力和导轮双曲面对工件的摩擦力使工件作圆周进给运动和轴向进给运动。工件原始形状误差将影响它的圆度，装卸工件简单方便、生产率高。

（5）刀具磨床 习惯上也称工具磨床，适用于各类刀具如铣刀、铰刀和钻头等磨削加工。根据不同的磨削对象来选用不同形状的砂轮。各个进给运动均为手工操作，生产率低。

5.钻床常见类型

（1）台式钻床 适用单件小批生产，主要用于加工直径小于13mm的孔，也可攻螺纹。台式钻床结构简单，易于操作，但主轴轴向进给靠手工操作，劳动强度大。

（2）立式钻床 适用于中小型工件上钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹。立式钻床可以自动进给。操作简便，但每加工完一个孔后，需移动工件，使其对准下一个孔的位置再加工，劳动强度大。

（3）摇臂钻床 适用于单件小批生产，主要用于钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹。工件一次装夹后，就能顺序加工各个不同位置的孔。机床的变速机构、摇臂升降、回转及夹紧可由液压传动来实现。使用方便，生产率高。

（4）可调式多轴立式钻床 适用于多孔工件的成批生产。工件安装在工作台上，主轴轴线位置可根据加工孔的位置进行调整，以适应多孔同时加工，多轴箱可沿立柱上下移动，并完成半自动工作循环，生产率高。

随着机床的发展，其分类方法也将不断发展。现代机床正向数控化方向发展，数控机床的功能日趋多样化，工序更加集中。现在一台数控机床集中了越来越多的传统机床的功能。例如，数控车床是在卧式车床功能的基础上，又集中了转塔车床、仿型车床、自动车床等多种车床的功能。可见，机床数控化引起了机床传统分类方法的变化。这种变化主要表现在机床品种不是越来越细，而是趋向综合。

二、机床的技术参数与尺寸系列

（一）机床的技术参数

机床的技术参数是表示机床尺寸大小及其工作能力的各种技术数据，一般包括以下几个方面的内容。

1.主参数和第二主参数

主参数是机床最主要的一个技术参数。它直接反映机床的加工能力，并影响机床其他参数和基本结构的大小。对于通用机床和专门化机床，主参数通常以机床的最大加工尺寸（最大工件尺寸或最大加工面尺寸）或与此有关的机床部件尺寸表示。例如，卧式车床的主参数为床身上最大工件回转直径；摇臂钻床的主参数为最大钻孔直径；升降台铣床的主参数为工作台面宽度等。对于有些机床，为了更完整地表示出它的工作能力和加工范围，还规定有第二主参数。例如，卧式车床的第二主参数为最大工件长度；摇臂钻床的第二主参数为主轴轴线至立柱母线之间的最大距离等。常用机床的主参数和第二主参数见附录A。

2.主要工作部件的结构尺寸

这是一些与工件尺寸大小以及工具、夹具、量具标准化有关的参数，如主轴前端锥孔尺寸、工作台工作面尺寸等。

3.主要工作部件行程范围

如卧式车床刀架纵向、横向移动最大行程，尾座套筒最大行程等。

4.主要运动参数

主运动、进给运动的速度和变速级数，快速空行程运动速度等。

5.功率

主电机、进给电机和各种辅助电机的功率。

6.其他

机床的轮廓尺寸（长×宽×高）和质量。

机床的技术参数是用户选择和使用机床的主要技术资料，在每台机床的使用说明书中均详细列出。

（二）机床的尺寸系列

机床的规格大小常用主参数表示。某一类型不同规格机床的主参数数列，即是该类型机床的尺寸系列。为了既能有效地满足不同用户使用机床的需要，又便于机床制造厂组织生产，某一类型机床尺寸系列中不同规格应合理分布，通常是按等比数列的规律排列。例如，中型卧式车床的尺寸系列为250mm、320mm、400mm、500mm、630mm、800mm、1000mm、1250mm，即不同规格卧式车床的主参数为公比等于1.26的等比数列。

三、机床的型号

机床的型号是机床产品的代号，用以简明地表示机床的类型、主要技术参数、性能和结构特点等。我国机床型号的编制方法见附录A。机床型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律排列组成，型号中的汉语拼音字母一律按其名称读音。现将编制方法中关于通用机床型号中字母及数字的含义介绍如下。

（一）通用机床型号的表示方法

通用机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。型号构成如下：

型号表示法中，有“（）”的代号或数字，当无内容时，则不表示，若有内容则不带括号；有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母；有“△”符号者，为阿拉伯数字；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。

例如，MG1432A型高精度万能外圆磨床各字母及数字的含义如下：

（二）通用机床型号有关说明

1.机床的类代号

机床的类代号用大写的汉语拼音字母表示。例如，钻床类代号为“Z”，读作“钻”。必要时，每类可分为若干分类，分类代号在类代号之前，作为型号的首位，并用阿拉伯数字表示，第一分类代号前的“1”省略，第“2”、“3”分类代号则应予以表示，例如，磨床类分为M、2M、3M 3个分类。机床的类别和分类代号见表0-1。

2.机床的通用特性代号和结构特性代号

这两种特性代号用大写的汉语拼音字母表示，位于类代号之后。

（1）通用特性代号 当某类型机床，除有普通型外，还有下列某种通用特性时，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。如果某类型机床仅有某种通用特性，而无普通型式，则通用特性不予表示。

例如，C2150×6型六轴棒料自动车床，由于该型机床无普通型，故不必用“Z”表示通用特性。当在一个型号中需同时使用2～3个通用特性代号时，一般按重要程度排列顺序。机床通用特性代号见表0-2。

（2）结构特性代号 主参数相同而结构和性能不同的机床，在型号中加结构特性代号予以区分。例如，CA6140型卧式车床：型号中的“A”表示该车床在结构上与C6140型及CY6140型卧式车床的结构不同。当有通用特性代号时，结构特性代号应排在通用特性代号之后。为避免混淆，通用特性代号已采用的字母及“I”“O”字母都不能用作结构特性代号。表示结构特性的字母视机床的情况而定，在不同型号中意义可以不一样。

3.机床的组别和型别代号

每类机床分为若干组和型，用两位阿拉伯数字组成，位于类别代号及特性代号之后。第一位数字表示组别，第二位数字表示型别。机床的类、组、型划分见附录A。例如，车床类机床分为10个组，用数字“0～9”表示，其中“6”代表落地及卧式车床组；组中有6种型，用数字“0～5”表示，如“0”型代表落地车床“，1”型代表卧式车床等。

4.机床主参数代号

机床主参数是表示机床规格大小的一种参数。型号中主参数用折算值表示，位于组、型代号之后。常用的各类机床主参数名称及其折算系数见附录A。折算系数多为1/10或1/100。

5.机床重大改进的顺序号

当机床的结构和性能有重大改进时，按其设计改进的顺序分别用汉语拼音字母“A、B、C…”（但“I、O”两个字母不得选用）表示，并加在型号基本部分的尾部，以区别原机床型号。

6.通用机床型号示例

例1 北京机床研究所生产的精密卧式加工中心，其型号为THM6350/JCS。

例2 最大棒料直径为50mm的六轴棒料自动车床，其型号为C2150×6。

例3 宁江机床厂生产的数控精密单轴纵切自动车床，其型号为CKM1116/NG。

例4 某机床厂生产的配置MTC-2M型数控系统的数控铣床，其型号为XK714/C。

例5 大河机床厂生产的经过第一次重大改进，最大钻孔直径为25mm的四轴立式排钻床，其型号为Z5625×4A/DH。

例6 中捷友谊厂生产的最大钻孔直径为40mm、最大跨距为1600mm的摇臂钻床，其型号为Z3040×16/S2。

例7 工作台面宽度为630mm的单柱坐标镗床，经第一次改进后的型号为T4163A。

例8 某机床厂生产的最大磨削直径为320mm的半自动万能外圆磨床，其型号为MBE1432。

例9 最大回转直径为400mm的半自动曲轴磨床，其型号为MB8240。根据加工的需要，在此型号机床的基础上变换的第一种型式的半自动曲轴磨床，其型号为MB8240/1，变换的第二种型式则为MB8240/2，依次类推。

四、机床的运动

各种类型的机床在进行切削加工时，应使刀具和工件作一系列的运动。这些运动的最终目的是保证刀具与工件之间具有正确的相对运动，以便刀具按一定规律切除毛坯上多余金属，而获得具有一定几何形状、尺寸精度、位置精度和表面质量的工件。以车床车削圆柱表面为例（见图0-4），在工件安装于三爪自定心卡盘并起动机床后，首先通过手动将车刀在纵、横向靠近工件（运动Ⅱ和Ⅲ）；然后根据所要求的加工直径，将车刀横向切入一定深度（运动Ⅳ）；接着通过工件旋转（运动Ⅰ）和车刀的纵向直线运动（运动Ⅴ），车削出圆柱表面；当车刀纵向移动所需长度l时，横向退离工件（运动Ⅵ）并纵向退回至起始位置（运动Ⅶ）。除了上述运动外，尚需完成开车、停车和变速等动作。

机床在加工过程中所需的运动，可按其功用不同而分为表面成形运动和辅助运动两类。

（一）表面成形运动

机床在切削过程中，使工件获得一定表面形状所必需的刀具和工件间的相对运动称为表面成形运动。如图0-4所示中，工件的旋转运动Ⅰ和车刀的纵向运动Ⅴ是形成圆柱表面的成形运动。机床加工时所需表面成形运动的形式、数目与被加工表面形状、所采用的加工方法和刀具结构有关。如图0-5a所示采用单刃刨刀刨削成形面，所需的成形运动为工件直线纵向移动v及刨刀的横向及垂向运动f及f；如采用成形刨刀加工，则成形运动只需纵向直线移动v（见图0-5b）。

在机床上进行切削加工时，为了获得所需的几何形状、尺寸精度和表面质量的工件，机床必须进行表面成形运动，它是刀具和工件的相对运动。此外机床还要进行切入运动、分度运动、操纵和控制运动、调位运动、各种空行程运动和校正运动。

（二）主运动和进给运动

根据切削过程中所起的作用不同，表面成形运动又可分为主运动和进给运动。

1.主运动

主运动是直接切除工件上的被切削层，使之转变为切屑的主要运动。通常主运动的速度高，消耗的功率大。主运动的形式有两种：旋转运动和直线运动。大部分机床的主运动是旋转运动，由刀具或工件来完成。例如，车床的主运动是工件的旋转，铣床、钻床和镗床的主运动则是刀具的旋转。主运动是往复直线运动的机床，也有两种情况：由工件或刀具完成主运动。例如，龙门刨床的工件、牛头刨床的刀具所做的往复直线运动都是主运动。

主运动的速度常用每分钟转数（对旋转主运动）或每分钟的双行程数（对往复直线主运动）来表示。其高低、快慢，需要根据机床加工时要求的切削速度确定。

2.进给运动

进给运动是保证将被切削层不断地投入切削，以逐渐加工出整个工件表面的运动。如车削外圆柱表面时，车刀的纵向直线运动，钻床上钻孔时刀具的轴向运动、卧式铣床工作台带动工件的纵向或横向直线移动等等都是进给运动。与主运动比较，进给运动的速度较低，消耗的功率较少。

大部分机床的进给运动是直线运动，少部分机床是旋转运动。进给运动可能是连续不断的，如车床、铣床等；也可能是断续的，如牛头刨床、龙门刨床等。

进给运动的速度常用进给量来表示。进给量有以下三种表示方法：

（1）工件每转1r时，刀具相对于工件移动的距离，单位为mm/r。

（2）刀具每分钟相对于工件移动的距离，单位为mm/min。

（3）刀具（或工件）每一往复行程后，刀具相对于工件移动的距离，单位为mm/双行程。

机床在进行切削加工时，至少有一个主运动，但进给运动可能有一个或几个，也可能没有，如图0-5b所示成形刨刀刨削成形面的加工中就只有主运动v而没有进给运动。

（三）辅助运动

除了表面成形运动外，机床在加工过程中还需完成一系列其他的运动，即辅助运动。如图0-4中，除了工件旋转和刀具直线移动这两个成形运动外，还有车刀快速靠近工件，径向切入，以及快速退离工件，退回起始位置等运动。这些运动与外圆柱表面形成无直接关系，但也是整个加工过程中必不可少的。上述这些运动均属于辅助运动。辅助运动的种类很多，主要包括刀具接近工件、切完退离工件、快速返回原点的运动，为使刀具与工件保持相对正确位置的对刀运动，多工件工作台和多工件刀架的周期换位以及逐一加工多个相同局部表面时，工件周期换位所需的分度运动等。另外，机床的起动、停车、变速、换向以及部件和工件的夹紧、松开等的操纵控制运动，也属于辅助运动。

五、机床的传动系统及运动计算

（一）机床的基本组成部分

各种类型的机床，为了实现加工过程中所需要的各种运动，必须具备三个基本部分：执行件、运动源和传动装置。

执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其作用是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动，并保证其运动轨迹的准确性——旋转运动的圆度和直线运动的直线度。运动源是为执行件提供运动和动力的装置，如交流异步电动机，直流电动机、步进电动机等。传动装置是传递运动和动力的装置，通过它把执行件和运动源或一个执行件与另一个执行件联系起来，使执行件获得一定的速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。

（二）机床传动装置的传动形式

机床进行切削加工时，是由机床的运动源通过传动装置把运动和动力传给机床的执行件，再由执行件直接带动工件和刀具完成所需要的各种运动，这就是机床的传动过程，通常机床的传动装置有以下几种形式。

1.采用不同介质的传动形式

根据所采用的传动介质不同，机床传动装置一般有机械、液压、电气、气压等控制形式。各种形式的主要特点及应用见表0-3。根据机床工作特点不同，往往采用几种传动形式的组合。例如，主运动采用机械传动，进给运动采用液压传动；或者主运动采用电气传动，进给运动采用机械或液压传动等。本书将主要讲述机械传动装置。

2.速度变换不同的传动形式

对于通用机床和专门化机床来说，传动装置把运动源的运动和动力传递给执行件的同时，为了适应工件和刀具的材料、尺寸及加工精度的变化，并满足不同加工工序的要求，其主运动和进给运动速度需要在一定范围内变化。根据速度变换的不同，机床的传动可分两种：无级变速传动和有级变速传动。

（1）无级变速传动 这种传动的速度变换是连续的，即在一定范围内可以调节到需要的任意速度。机床上常采用液压或电气的无级变速装置。采用这种传动，可以在一定范围内获得最有利的切削速度和进给量，能够在运转中变速，容易实现自动化，对提高生产率和适应加工工艺要求都有重要意义。因此，这种传动在机床上应用也越来越多。

（2）有级变速传动 这种传动的速度变换是不连续的，即在一定范围内只能得到有限的若干级速度。机床上采用的这种有级变速传动，一般是由齿轮、蜗轮蜗杆等机械传动件组成的机构实现。这种有级变速传动机构具有结构紧凑、工作可靠、效率高及变速范围大等优点。因此，有级变速传动形式是机床上目前采用最多的传动形式。

机床的常用传动见附录B。

（3）机床的传动链

在机床传动系统中，连接动力源和某一执行件，或者连接一个执行件与另一个执行件，使它们彼此之间保持传动联系的一系列传动件，称为传动链。为了使执行件获得所需运动，或者使有关执行件之间保持某种确定的运动关系，传动链中通常有两类传动机构：一类是具有固定传动比的传动机构，如带传动、定比齿轮副、蜗杆副和丝杠副等，称为定比机构；另一类是能根据需要变换传动比的传动机构，如交换齿轮和滑移齿轮变速机构等，称为换置机构。

通常，机床需要多少个运动，其传动系统中就有多少条传动链。根据执行件运动的用途和性质不同，传动链可相应地区分为主运动传动链、进给运动传动链、空行程传动链和分度运动传动链等。根据传动联系的性质不同，传动链还可分为内联系传动链和外联系传动链。

1.外联系传动链

外联系传动链联系的是动力源与机床执行件，并使执行件得到预定速度的运动，且传递一定的动力。此外，外联系传动链不要求动力源与执行件之间有严格的传动比关系，而是仅仅把运动和动力从动力源传送到执行件上去。例如，在车床上用轨迹法车削圆柱面时，主轴的旋转和刀架的移动是两个互相独立的成形运动，有两条外联系传动链。主轴的转速和刀架的移动速度只影响生产率和工件表面粗糙度，不影响圆柱面的形成。传动链的传动比不要求很精确，工件的旋转和刀架的移动也没有严格的相对速度关系。

2.内联系传动链

内联系传动链用来连接有严格运动关系的两执行件，以获得准确的加工表面形状及较高的加工精度。因而对执行件之间的相对位移有一个严格的要求。因此，为实现这一要求，连接在它们之间的传动链传动比就要有一个严格的关系，以保证运动的轨迹。例如，车床的车螺纹传动链，其两端件为主轴及刀架，在加工中要求严格保证主轴每转一周，刀架纵向移动一个螺纹导程，以得到准确的螺纹表面形状及导程。假如传动比不准确，则车螺纹就不能得到要求的螺纹导程，加工齿轮时就得不到正确的渐开线齿形。为了保证准确的传动比，在内联系传动链中不能采用摩擦传动（它可能因打滑而引起传动比的变化），或者是瞬时传动比有变化的传动件（如链传动）。

六、机床的传动原理图

为了便于研究机床的传动联系，常用一些简明的符号把传动原理和传动线路表示出来，这就是传动原理图。在图中仅表示与形成某一表面直接有关的运动及其传动联系。图0-6是传动原理图经常使用的一部分符号。其中表示执行件的符号没有统一的规定，一般采用较直观的图形表示。为了把运动分析的理论推广到数控机床，图中引入了数控机床传动原理图中使用的一些符号，如电的联系和脉冲发生器等。

（一）卧式车床传动原理图

为了对机床传动原理图有一个初步了解，下面以卧式车床为例加以说明。卧式车床用螺纹车刀车削螺纹时的传动原理如图0-7所示。图中由主轴至刀架的传动联系为两个执行件之间的传动联系，由此保证刀具与工件间的相对运动关系。这个运动是复合运动。它将其分解为两部分：主轴的旋转B和车刀的纵向移动A。因此，车床应有两条传动链。

1.主轴—4—5—ux—6—7—丝杠

该传动链是复合运动A和B的内联系传动链，表示螺纹传动链的换置机构，如交换齿轮架上的交换齿轮和进给箱中的滑移齿轮变速机构等，可通过调整ux来得到被加工螺纹的导程。

2.动力源—1—2—uv—3—4—主轴

该传动链是联系动力源与复合运动A和B的外联系传动链，外联系传动链可由动力源联系复合运动中的任意环节。uv表示主运动传动链的换置机构，如滑移齿轮变速机构和离合器变速机构等，通过 uv可调整主轴的转速，以适应切削速度的需要。

在卧式车床上车削圆柱面时，由表面成形原理可知，主轴的旋转和刀具的移动是两个独立的简单运动。这时车床应有两条外联系传动链，如图0-7所示，其中一条为：电动机—1—2—uv —3—4—主轴；另一条为：电动机—1—2—uv—3—4—5— us—6—7—光杠。其中1—2—uv —3—4是两条传动链的公共段。us为刀架移动速度置换机构的传动比，它实际上与ux是同一变换机构。这样，虽然车削螺纹和车削外圆柱时运动的数量和性质不同，但可共用一个传动原理图。其差别仅在于：当车削螺纹时，uv必须计算和调整精确；当车削外圆时，ux不需要准确。

（二）数控车床的传动原理图

数控车床的传动原理图基本上与卧式车床相同，所不同的是数控车床多为电气控制，如图0-8所示。车削螺纹时，脉冲发生器P通过机械传动装置（通常是一对齿数相等的齿轮）与主轴相联系。主轴每转1r，脉冲发生器P发出N个脉冲，经3—4至纵向快速调整换置机构 uc1和伺服系统5—6，控制伺服电动机M1，它可以经机械传动装置7—8或直接与滚珠丝杠连接，使刀架作纵向直线移动A1，并保证主轴每转1r，刀架纵向移动一个工件螺纹的导程。改变uc1，可使脉冲发生器P输出脉冲发生变化，以满足车削不同导程螺纹的要求。

车削螺纹时，脉冲发生器P发出的脉冲经9—10—11—12—M2—13—14—丝杠，使刀具作横向移动A2。

车削成形曲面时，主轴每转1r，脉冲发生器P发出的脉冲同时控制刀架纵向直线移动A1和刀具横向移动A2。这时，传动链为A1—纵向丝杠—8—7—M1—6—5— uc1—4—3—P—9—10—uc2—11—12—M2—13—14—横向丝杠—A2，形成一条内联系传动链，uc1、uc2同时不断变化，保证刀尖沿着要求的轨迹运动，以便得到所需的工件表面形状，并使刀架纵向直线移动A1和刀具横向移动A2的合成线速度的大小基本保持恒定。

车削圆柱面或端面时，主轴的转动B1、刀架的纵向直线移动A1和刀具的横向移动A2是3个独立的简单运动，uc1和uc2用以调整刀具的进给量。

七、机床传动系统图

为便于了解和分析机床的传动结构及运动传递情况，用规定的简单符号表达机床的传动原理图，即为机床的传动系统图。卧式车床传动系统如图0-9所示，各齿轮所标数字表示该齿轮的齿数。简图要反映机床的基本外形和各主要部件的相互位置关系，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。

在分析传动系统图时，应与传动原理图联系起来，一般方法是：首先找到传动链所联系的两个末端件（动力源到某一执行件，或者一个执行件到另一个执行件），然后按照运动传递或联系顺序，从一个末端件到另一末端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系，以查明该传动链的传动路线以及变速、换向、接通和断开的工作原理。下面分析图0-9所示卧式车床传动系统。该车床有两个执行件，即主轴和刀架，工作时主轴作旋转运动，刀架作纵向和横向进给运动。

（一）主运动传动系统

由电动机经V带传动 80/ 165传至主轴箱中的轴Ⅰ，然后再经轴Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ和Ⅲ—Ⅳ间的3个滑移齿轮（双联齿轮）变速组，传动主轴Ⅳ，使其旋转并获得2× 2×2=8级转速。其传动路线表达式为：

（二）进给运动传动系统

主轴Ⅳ的后端装有两个固联在一起的齿数相同的齿轮z40，由它们把运动传至刀架。主轴的运动通过轴Ⅳ—Ⅵ之间的滑移齿轮变速机构传至轴Ⅷ。当轴Ⅷ上的滑移齿轮z42与轴Ⅸ上的z62或z63啮合时运动传至轴Ⅸ，然后经联轴器传动丝杠Ⅹ旋转，通过开合螺母机构使刀架纵向移动，这就是车削螺纹时刀架的传动路线，其表达式为：

当滑移齿轮z42右移，与轴Ⅺ上的内齿离合器M1接合时，运动由轴Ⅷ传至光杠Ⅺ，然后经蜗杆副、轴Ⅻ和齿轮z35，传动轴ⅩⅢ上的空套齿轮z33旋转。当离合器M2接合时，运动经齿轮副、离合器M2、齿轮副 传至ⅩⅤ轴上的齿轮z13。该齿轮与固定在床身上的齿条（m=2mm）啮合，当z13在齿条上滚动时，便驱动刀架作纵向进给运动，这是普通车削时的纵向进给传动路线。当离合器M3接合时，运动由齿轮z33经离合器M3、齿轮副 传至横向进给丝杠ⅩⅥ（P=4mm），通过丝杠螺母机构使刀架获得横向进给运动。运动传动路线表达式为：

机床传动系统图能简明地表示出机床传动系统中各传动件的结构类型和连接方式，实现机床全部运动的传动路线及机床运动的变速、变向和离合等。机床传动系统图仅是用特定符号和线段表示机床的传动系统，是一种示意图，它不表示传动件的具体结构、尺寸大小及其空间位置。

例10 根据图0-9所示车削螺纹的进给传动，确定交换齿轮变速机构的置换公式。

解 （1）传动链两端件：主轴——刀架。

（2）计算位移：主轴转1r——刀架移动P主（P主是工件螺纹导程，单位为mm）。

（3）运动平衡式为：

式中 a、b、c——交换齿轮的齿数。

（4）换置公式：将上式化简整理，得出交换齿轮变速机构的换置公式为：

式中ux——交换齿轮变速机构的传动比。

将选择车削的工件螺纹导程的数值带入此换置公式，便可计算出交换齿轮变速机构的传动比及各交换齿轮的齿数。例如ph=4mm则

即交换齿轮的齿数为：a=40，b=30，c=60，d=40。

例11 分析图0-10所示万能升降台铣床的主运动传动系统，并按照图示齿轮的啮合位置，计算主轴的转速。

解 在万能升降台铣床上，主运动传动链的两端件是主电动机（7.5kW，1440r/min）和主轴Ⅴ。由图0-10可知，电动机的运动经弹性联轴器传给轴Ⅰ，然后经轴Ⅰ—Ⅱ之间的定比齿轮副 以及轴Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ和Ⅳ—Ⅴ之间的3个滑移齿轮变速机构，带动主轴旋转，并使其获得3×3×2=18级不同的转速。主轴的开、停及变向均由电动机实现，主运动传动链的传动路线表达式为：

根据图示齿轮啮合位置，可以得出主轴的转速为

八、机床的精度

（一）机床的精度

机床的基本任务，除形成零件上所需形成的表面，还要保证一定的加工精度。这包括零件的尺寸精度要求、表面形状精度和表面之间的相互位置精度要求。因此，机床必须确保其自身精度。

机床的精度包括几何精度、传动精度和定位精度。不同类型和不同加工要求的机床，对这些方面的要求是不同的。

1.几何精度

几何精度是指机床某些基础零件工作表面的几何形状精度，决定机床加工精度的运动部件的运动精度，决定机床加工精度的零、部件之间及其运动轨迹之间的相对位置精度等。例如，床身导轨的直线度、工作台台面的平面度、主轴的旋转精度、刀架和工作台等移动的直线度、车床刀架移动方向和主轴轴线的平行度等。这些都决定着刀具和工件之间的相对运动轨迹的准确性，从而也就决定了被加工表面的形状精度以及表面之间的相对位置精度。图0-11a所示由于车床主轴的轴向窜动，使车出的端面产生平面度误差；图0-11b所示由于垂直平面内车床刀架移动方向与主轴轴线的平行度误差，使车出的圆柱面成中凹的回转双曲面；图0-11c所示由于卧式升降台铣床的主轴回转轴线对工作台面的平行度误差，使铣出的平面与底部的定位基准平面产生了平行度误差。

机床的几何精度是保证工件加工精度最基本的条件。因此，所有机床都有一定的几何精度要求。

2.传动精度

传动精度是指机床内联系传动链两端件之间运动关系的准确性。它决定着复合运动轨迹的精度，从而直接影响被加工表面的形状精度。例如，卧式车床的螺纹进给传动链，应保证主轴每转一转时，刀架均匀地准确移动被加工螺纹的一个导程，否则工件螺纹将会产生螺距误差（相邻螺距误差和一定长度上的螺距积累误差）。所以，除几何精度外，凡是具有内联系传动链的机床（如螺纹加工机床、齿轮加工机床等）还要有较高的传动精度要求。

3.定位精度

定位精度是指机床运动部件（如工作台、刀架和主轴箱等）从某一起始位置运动到预期的另一位置时所达到的实际位置的准确程度。例如，车床车削外圆时，为获得一定的直径尺寸d，要求刀架横向移动L（单位为mm），使车刀刀尖从位置I移动到位置Ⅱ，如图0-12a所示；如果刀尖到达的实际位置与预期的位置Ⅱ不一致，则车出的工件直径d将产生误差。又如图0-12b所示，车床液压刀架由定位螺钉顶住死挡铁实现横向定位，以获得一定的工件直径尺寸d；在加工一批工件时，如果每次刀架定位时的实际位置不相同，即刀尖与主轴轴线之间的距离在一定范围内变动，则车出的各个工件的直径尺寸d也不一致。上述这种机床运动部件在某一给定位置上，做多次重复定位时实际位置的一致程度，称为重复定位精度。

机床的定位精度决定着工件的尺寸精度。对于主要通过试切和测量工件尺寸来实现机床运动部件准确定位的机床，如卧式车床、升降台式铣床、牛头刨床等普通机床，对定位精度的要求不高；但对于依靠机床本身定位装置或自动控制系统实现运动部件准确定位的机床，如各种自动机床、坐标镗床等，对定位精度有很高的要求。

（二）机床的静态精度和动态精度

机床的几何精度、传动精度和定位精度，通常都是在没有切削载荷以及机床不运动或运动速度很低的情况下检测的，一般称为静态精度。静态精度主要决定于机床上的主要零、部件，如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮、床身、箱体等制造与装配精度。为了控制机床的制造质量，保证加工出的零件能达到所需的精度，国家对各类通用机床都制定有精度标准。精度标准的内容包括：精度检验项目、检验方法和允许的误差范围。

静态精度只能在一定程度上反映机床的加工精度，因为机床在实际工作状态下，还有一系列因素会影响加工精度。例如，由于切削力、夹紧力等的作用，机床的零、部件会产生弹性变形；在机床内部热源（如电动机、液压传动装置的发热，齿轮、轴承、导轨等的摩擦发热）及环境温度变化的影响下，机床零、部件将产生热变形；由于切削力和运动速度影响，机床会产生振动；机床运动部件以工作状态的速度运动时，由于相对滑动面之间的油膜以及其他因素的影响，其运动精度也与低速时不同。所有这些，都将引起机床静态精度的变化，影响工件的加工精度。机床在载荷、温升、振动等作用下的精度，称为机床的动态精度。动态精度除了与静态精度有关外，还在很大程度上决定于机床的刚性、抗振性和热稳定性等。