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第三章 金属切削机床与刀具

本章主要介绍以下内容：

1．金属切削机床的分类、型号和主要技术参数      
2．工件表面成形方法与机床运动分析      
3．车床与刀具      
4．孔加工机床与刀具      
5．刨床与插床      
6．铣床与铣刀      
7．磨床与砂轮      
8．齿轮加工机床与齿轮刀具

课时分配：1，一个学时，2，一个学时，3、一个学时，4、5、6、7、8，共一个学时
重点：金属切削机床的分类、型号和主要技术参数；工件表面成形方法
难点：工件表面成形方法与机床运动分析

金属切削机床是用刀具切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”，习惯上简称为机床。机床是机械制造的基础机械，其技术水平的高低，质量的好坏，对机械产品的生产率和经济效益都有重要的影响。金属切削机床诞生到现在已经有一百多年了，随着工业化的发挥咱，机床品种越来越多，技术也越来越复杂。我国第三次工业普查的结果表明，截止到1995年底，我国机床拥有量为383.52万台，其中金属切削机床为298.39万台，已占机床总数的77.80%。

3.1 金属切削机床的分类、型号与主要技术参数

一、机床的分类
     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，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。
  在每一类机床中，又按工艺范围，布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。
    除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法：
1.按照万能性程度，机床可分为：
    ①通用机床：    这类机床的工艺范围很宽，可以加工一定尺寸范围内的多种类型零件，完成多种多样的工序。如，卧式车床，万能升降台铣床，万能外圆磨床等。
    ②专门化机床：这类机床的工艺范围较窄，只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种（或几种）特定工序。如，丝杆车床，凸轮轴车床等。
     ③专用机床：     这类机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。如，加工机床主轴箱体孔的专用镗床，加工机床导轨的专用导轨磨床等。它是根据特定的工艺要求专门设计，制造的，生产率和自动化程度较高，使用于大批量生产。组合机床也属于专用机床。
   2.按照机床的工作精度，可分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。
   3.按照重量和尺寸，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）和超重型机床（质量在100t以上）。
   4.按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。
   5.按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续的自动加工出工件。半自动机床也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需人工完成，因此不能连续地加工。
二、机床的型号编制
      机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-94《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。
    1.通用机床的型号编制
     1） 通用机床型号的表示方法为：    
   (★)--⑴      ● --⑵  (●)--⑶   ▲--⑷      ▲--⑸     ▲--  ⑹   (＃▲)--⑺    (●)--⑻/ (◆)--⑼   (＃◆)--⑽   
其中： ⑴:分类代号  ⑵:类代号  ⑶:通用特性,结构性代号    ⑷:组代号  
        ⑸:系代号      ⑹:主参数或设计顺序号   ⑺:主轴数或第二参数    
        ⑻:重大改进顺序号    ⑼:其他特性代号       ⑽:企业代号
   注:①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；
      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,为大写汉语拼音字母,或阿拉伯数字,或两者兼有之.

2）机床的类别代号 :
类 别
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
其他 机床
代号
C
Z
T
M
2M
3M
Y
S
X
B
L
G
Q
读音
车
钻
镗
磨
二磨
三磨
牙
丝
铣
刨
拉
割
其

1） 机床的特性代号 :
通用特性
高精度
精密
自动
半自动
数控
加工中心
(自动换刀)
彷型
轻型
加重型
简式或经济型
柔性加工单元
数显
高速
代号
G
M
Z
B
K
H
F
Q
C
J
R
X
S
读音
高
密
自
半
控
换
彷
轻
重
简
柔
显
速
2） 结构特性代号   为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分.
     如:CA6140中的"A"
3） 机床的组别,系别代号  (或见书P57)
4） 机床的主参数,设计顺序号和第二参数
     机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值(1/10或1/150)
     设计顺序号:当无法用一个主参数表示时,则在型号中用设计顺序号表示.
     第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.
5） 机床的重大改进顺序号
      当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C....等.
6） 其他特性代号:用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。

7） 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。

通用机床类、组划分表

组别
类别
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
车床C
仪表车床
单轴自动、半自动车床
多轴自动、半自动车床
回轮、
转塔车床
曲轴及凸轮轴车床
立式车床
落地及
卧式车床
仿形及
多刀车床
轮、轴、
辊、锭及
铲齿车床
其他车床
钻床Z
－
坐标镗钻床
深孔钻床
摇臂钻床
台式钻床
立式钻床
卧式钻床
铣钻床
中心孔钻床
－
镗床T
－
－
深孔镗床
－
坐标镗床
立式镗床
卧式铣镗床
精镗床
汽车、拖拉机修理用镗床
－
磨床
M
仪表磨床
外圆磨床
内圆磨床
砂轮机
坐标磨床
导轨磨床
刀具
刃磨床
平面及
端面磨床
曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床
工具磨床
2M
－
超精机
内圆
研磨机
外圆及其他研磨机
抛光机
砂带抛光及磨削机床
刀具刃磨及研磨机床
可转位刀片磨削机床
研磨机
其他磨床
3M
－
球轴承套圈沟磨床
滚子轴承套圈滚道磨床
轴承套圈超精机床
－
叶片
磨削机床
滚子
加工机床
钢球
加工机床
气门、活塞及活塞环
磨削机床
汽车、拖拉机修磨机床
齿轮加工
机床Y
仪表齿轮加工机
－
锥齿轮
加工机
滚齿及
铣齿机
剃齿及
研齿机
插齿机
花键轴
铣床
齿轮磨
齿机
其他齿轮
加工机
齿轮倒角及检查机
螺纹加工
机床S
－
－
－
套丝机
攻丝机
－
螺纹铣床
螺纹磨床
螺纹车床
－
铣床X
仪表铣床
悬臂及
滑枕铣床
龙门铣床
平面铣床
彷形铣床
立式升
降台铣床
卧式升
降台铣床
床身铣床
工具铣床
其他铣床
刨插床B
－
悬臂刨床
龙门刨床
－
－
插床
牛头刨床

边缘及
模具刨床
其他刨床
拉床L
－
－
侧拉床
卧式外拉床
连续拉床
立式内拉床
卧式内拉床
立式外拉床
键槽及
螺纹拉床
其他拉床
锯床G
－
－
砂轮片
锯床
－
卧式
带锯床
立式
带锯床
圆锯床
弓锯床
锉锯床
－
其他
机床Q
其他仪
表机床
管子加
工机床
木螺钉
加工机
－
刻线机
切断机
－
－
－
－

通用机床的型号编制举例：
C A 6 1 40 　（CA6140型卧式车床）
主参数（最大车削直径400mm）
系别代号（卧式车床系）
组别代号（落地及卧式车床组）
结构特性代号（结构不同）
类别代号（车床）

M G 1 4 32 A 　（MG1432A型高精度万能外圆磨床）
重大改进顺序号(第一次重大改进)
主参数(最大磨削直径320mm)
系别代号(万能外圆磨床系〕
组别代号(外圆磨床组)
通用特性(高精度)
类别代号(磨床类)

2.专用机床的型号编制(见书P58)

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：
()－△
设计顺序号（阿拉伯数字）
设计单位代号

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/T15975-1994）附录A。

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，读作“至”。

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。

三、机床的主要技术参数（主参数和基本参数）（P59）
     主参数：代表机床规格的大小，在机床型号中，用阿拉伯数字给出的是主参数折算值（1/10或/100）。
    基本参数：包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
1.  尺寸参数：机床的主要结构尺寸 。
2.  运动参数：机车执行中的运动速度，包括主运动的速度范围、速度列表和进给量的范围，进给数列以及空行程速度等。

各类主要机床的主参数和折算系数
机床
主参数名称
主参数折算系数
第二主参数
卧式车床
床身上最大回转直径
1/10
最大工件长度
立式车床
最大车削直径
1/100
最大工件高度
摇臂钻床
最大钻孔直径
1/1
最大跨距
卧式镗铣床
镗轴直径
1/10
－
坐标镗床
工作台面宽度
1/10
工作台面长度
外圆磨床
最大磨削直径
1/10
最大磨削长度
内圆磨床
最大磨削孔径
1/10
最大磨削深度
矩台平面磨床
工作台面宽度
1/10
工作台面长度
齿轮加工机床
最大工件直径
1/10
最大模数
龙门铣床
工作台面宽度
1/100
工作台面长度
升降台铣床
工作台面宽度
1/10
工作台面长度
龙门刨床
最大刨削宽度
1/100
最大刨削长度
插床及牛头刨床
最大插削及刨削长度
1/10
－
拉床
额定拉力（t）
1/1
最大行程

⑴主运动参数
1.主轴转数：对作回转运动的机床，其主运动参数是主轴转数。计算公式为：
n=1000v/(π*d)
主运动是直线运动的机床，如：插床，刨床。其主运动参数是机床工作台或滑枕的每分钟往复次数。
2.主轴最低和最高转数的确定（P59）
    专用机床用于完成特定的工艺，主轴只需一种固定的转速。
    通用机床的加工范围较宽，主轴需要变速，需要确定其变速范围既最低和最高转数。采用分级变速时，还应确定转速的级数。
           Nmin=1000Vmin/πDmax     Nmax=1000Vmax/(π*Dmin)
           变速范围为：Rm=Nmax/Nmin;
  3.有级变速时主轴转速序列
       无级变速时，Nmax与Nmin之间的转速是连续变化的
        有级变速时，应该在Nmax和Nmin确定后，再进行转速分级，确定各中间级转速。
        主运动的有级变速的转速数列一般采用等比数列。满足nj+1=njø     ；nz=n*øz-1
  4.标准公比ø
       为了便于机床设计和使用，规定了标准公比值：
         1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2.00
      其中，ø=1.06时公比数列的基本公比，其他可以由基本公比派生而来。
⑵进给运动参数
     进给量：
      a.大部分机床（如车，钻床等）：进给量用工件或刀具每转的位移（mm/r)表示；
      b.直线往复运动机床（如刨，插床）：进给量以每以往复的位移量表示；
      c.铣床和磨床：进给量以每分钟的位移量（mm/min)表示。

⑶动力参数
       机床的动力参数是指驱动主运动、进给运动和空行程运动的电动机功率。 
①主传动功率：
               P主=P切+P空+P附
1、切削功率P切：与加工情况.工件和刀具材料及切削用量的大小有关。
                P切=Fz*Vc/60000
2、空载功率P空：是指机床不进行切削，及空转时所消耗的功率。
3、附加功率P附：指机床进行切削时，因负载而增加的机械摩擦所耗的功率。
 ②进给传动功率：通常也采用类比和计算相结合的方法来确定。
③空行程功率：指为节省零件加工的辅助时间和减轻工人劳动强度，在机床移动部件空行程时快速移动所需的传动功率。其大小由移动部件重量和部件启动时的惯性力决定。

3.2工件表面成形方法与机床运动分析

一、工件表面成形方法 (见P61)
机械制造过程是工艺设计要求实现的过程。在这一过程中，针对不同的要求可以采用 不同的加工方法，如锻造、铸造、焊接、机械加工、热处理等。就机械加工而言，是根据具体的设计要求选用相应的切削加工方法即：在机床上通过刀具与工件的相对运动，从工件毛坯上切除多余金属，使之形成符合要求的形状、尺寸的表面的过程。因此，机械加工过程是工件表面的形成过程。

   (一) 工件表面的构成
机械零件的表面形状千变万化，但大都是由几种常见的表面组合而成的。这些表面包括平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等，如下图1，由这些表面组成各种类型的零件。下图2是几种常见的零件类型。

图1 常见表面类型

图2 常见零件类型

图3 常见成形方法
（二）常见工件表面的成形方法 (见P61-62)
  机械加工中，工件表面是由工件与刀具之间的相对运动和刀具切削刃的形状共同实现的。相同的表面，切削刃的不同，工件和刀具之间的相对运动也不相同，这是形成各种加工方法的基础。有轨迹法、成形法、展成法、相切法等。见上图3。
1、轨迹法：指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，通过刀具与工件之间的相对 运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。
2、成形法：是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一 条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。
3、展成法：是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀 具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。
4、相切法:利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法
二、机床运动分析(见P63)
机床的运动:表面成形运动和辅助运动.
 ⑴表面成形运动:形成发生线的运动.
  按组成情况不同,可分为:简单成形运动和复合成形运动。
  按作用情况不同,可分为:主运动和进给运动。
1、主运动：是刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。

2、进给运动：是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工，根据工件表面形状成形的需要，进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的， 也可以是步进的。
 ⑵辅助运动:实现机床的各种辅助动作,为表面成形创造条件。
   切入运动、切出运动、调整运动、分度运动以及其他各种空行程运动。
三、机床的运动联系
    要实现加工过程所需的各种运动，机床必需具备以下几个主要组成部分：
1）执行机构 机床上最终实现所需运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，它们带动工件或刀具旋转或移动。
2）动力源 机床上动力源—般采用交流异步电动机、步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等。它们为机床执行机构的运动提供动力，以克服切削阻力及摩擦阻力。机床可以几个运动共用一个动力源，也可以每个运动单独使用一个动力源，前者如普通机床，后者如数控机床。
3）传动装置 把动力源的运动和动力传递给执行机构，或将运动由—个执行机构传递到另—个执行机构，以保持二个运动之间的准确关系。传动系统还可以变换运动的方向、速度及运动的类别，如将旋转运动变为直线运动。
由动力源一传动装置一执行件或执行件一传动装置一执行件构成的传动联系，称为传动链。按传动链的性质不同可分为：
①外联系传动链 联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得一定的速度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状和精度。因此，外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传动副。如普通车床在电机与主轴之间的传动链就是外联系传动链。
②内联系传动链  联系一个执行机构和另一个执行机构之间运动的传动链。它决定着加工表面的形状和精度，对执行机构之间的相对运动有严格要求。因此，内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动副（如皮带传动和链传动）。车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。
传动链中通常包含两类传动机构：
    一类为:定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构；
    另一类是换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向）：，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。
   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路线表示出来,这就是传动原理图.
  机床的传动系统(P64)
为便于了解和分析机床运动的传递、联系情况，常采用传动系统图。它是表示实现机床全部运动的传动示意图。图中将每条传动链中的具体传动机构用简单的规定符号（见国家标准GB4460－84机城制图—机构运动简图符号）表示，并标明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。传动链的传动机构，按照运动传递或联系顺序依次排列，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。
3.3车床与车刀
一、 车床
    1.应用：主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面，圆锥面及成形回转表面）和回转体的端面，有些车床可以加工螺纹面。
    2.运动：车床的主运动是由工件的旋转运动实现的；
              车床的进给运动则由刀具的直线移动完成的。
    3.分类：车床种类繁多，按其用途和结构的不同，主要分为：卧式车床及落地车床，立式车床，转塔车床，仪表车床，单轴自动和半自动车床，多轴自动和半自动车床，彷形车床及多刀车床，专门化车床。
（一）  CA6140型卧式车床（P64～77）
    1.工艺范围：很广，它适用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，如：内圆柱面，圆锥面，环槽及成形回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔，扩孔，铰孔，和滚花等工艺.（P65图3-6）
    2.机床布局及主要级数性能
由于卧式车床主要加工轴类和直径不太大的盘套类零件，所以采用卧式布局其主要性能：

机床的主要技术性能：

床身上最大工件回转直径---------------------------------------------------400mm
最大工件长度-------------------------------------------750；1000；1500；2000mm
刀架上最大工件回转直径---------------------------------------------------210mm
主轴转速：正转     24级------------------------------------------10～1400r/min
反转     12级------------------------------------------14～1580r/min
进给量：  纵向     64级----------------------------------------0.028～6.33mm/r
横向     64级----------------------------------------0.014～3.16mm/r
车削螺纹范围：米制螺纹    44种--------------------------------------P=1～192mm
英制螺纹    20种-----------------------------------α=2～24牙/in
模数螺纹    39种------------------------------------m=0.25～48mm
径节螺纹    37种-----------------------------------DP=1～96牙/in
主电机功率：-------------------------------------------------------------7.5kW

3．卧式车床的传动系统
主运动传动链：两个末端分别是主电动机和主轴，它的功用是把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。
进给运动传动链：两个末端分别是主轴和刀架，其功用是使刀架实现纵向或横向移动及变速与换向。
⑴主运动传动链
主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，它的功用是把动力源(电动机)的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。

1） 主运动传动路线

主运动的动力源是电动机，执行件是主轴。运动由电动机经V带轮传动副φ130/φ230传至主轴箱中的轴Ⅰ。轴I上装有双向多片摩擦离合器M1，离合器左半部接合时，主轴正转；右半部接合时，主轴反转；左右都不接合时，轴Ⅰ空转，主轴停止转动。轴I运动经M1→轴Ⅱ→轴Ⅲ，然后分成两条路线传给主轴：当主轴Ⅵ上的滑移齿轮（Z=50）移至左边位置时，运动从轴Ⅲ经齿轮副63/50直接传给主轴Ⅵ，使主轴得到高转速；当主轴Ⅵ上的滑移齿轮（Z=50）向右移，使齿轮式离合器M2接合时，则运动经轴Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ传给主轴Ⅵ，使主轴获得中、低转速。主运动传动路线表达如下：

由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，轴Ⅱ上的双联滑移齿轮可有两种啮合位置，分别经56/38或51/43使轴Ⅱ获得两种速度。其中的每种转速经轴Ⅲ的三联滑移齿轮39/41或30/50或22/58的齿轮啮合，使轴Ⅲ获得三种转速，因此轴Ⅱ的两种转速可使轴Ⅲ获得2x 3＝6种转速。经高速分支传动路线时，由齿轮副63/50使主轴Ⅵ获得6种高转运。经低速分支传动路线时，轴Ⅲ的6种转速经轴Ⅳ上的两对双联滑移齿轮，使主轴得到6×2×2＝24种低转速。因为轴Ⅲ到轴V间的两个双联滑移齿轮变速组得到的四种传动比中，有两种重复，即

， ， ，

其中、基本相等，因此经低速传动路线时，主轴Ⅵ获得的实际只有6×（4－1）=18级转速，其中有6种重复转速。

同理，主轴反转时，只能获得3十3×(2×2—1)＝12级转速。

主轴的转速可按下列运动平衡式计算：

（4-1）
式中 ε——V带轮的滑动系数，可取ε=0.02；
——为轴I和轴Ⅱ间的可变传动比，其余类推。
例如，图4-4所示的齿轮啮合情况（离台器M2拨向左侧），主轴的转速为：

主轴反转主要用于车螺纹，在不断开主轴和刀架间传动联系的情况下，使刀架退回到起始位置。

（2）进给运动传动链

进给运动传动链的两个末端件分别是主轴和刀架，其作用是实现刀具纵向或横向移动及变速与换向。它包括车螺纹进给运动传动链和机动进给运动传动链。

1）车螺纹进给运动传动链

CA6140型普通车床可以车削米制、英制、模数和径节四种螺纹。车削螺纹时，主轴与刀架之间必须保持严格的传动比关系，即主轴每转一转，刀架应均匀地移动一个导程P。由此可列出车削螺纹传动链的运动平衡方程式为：
（4-2）
式中 ——从主轴到丝杠之间全部传动副的总传动比
——机床丝杠的导程，CA6140型车床＝12mm；
P——被加工工件的导程（mm）。

a）车削米制螺纹

①车削米制螺纹的传动路线

车削米制螺纹时，运动由主轴Ⅵ经齿轮副58/58至轴Ⅸ，再经三星轮换向机构33/33（车左螺纹时经33/25×25/33）传动轴Ⅹ，再经挂轮63/100×100/75传到进给箱中轴XⅢ，进给箱中的离合器M3和M4脱开，M5接合，再经移换机构的齿轮副25/36传到轴ⅪV，由轴ⅪV和XV间的基本变速组、移换机构的齿轮副25/36×36/25将运动传到轴ⅩⅥ，再经增倍变速组传至轴ⅩⅧ，最后经齿式离合器M5，传动丝杠ⅩⅨ，经溜板箱带动刀架纵向运动，完成米制螺纹的加工。其传动路线表达如下：

②车削米制螺纹的运动平衡式

由传动系统图和传动路线表达式，可以列出车削米制螺纹的运动平衡式：
（4-3）
式中 、——分别为基本变速组传动比和增倍变速组传动比。
将上式化简可得：
（4-4）

进给箱中的基本变速组 为双轴滑移齿轮变速机构，由轴ⅪV上的8个固定齿轮和和轴XV上的四个滑移齿轮组成，每个滑移齿轮可分别与邻近的两个固定齿轮相啮合，共有8种不同的传动比：

不难看出，除了和外，其余的6个传动比组成一个等差数列。改变的值，就可以车削出按等差数列排列的导程组。

进给箱中的增倍变速组 由轴ⅩⅥ——轴ⅩⅧ间的三轴滑移齿轮机构组成，可变换4种不同的传动比：

它们之间依次相差2倍，改变的值，可将基本组的传动比成倍地增加或缩小。

把、的值代入上式，得到8×4=32种导程值，其中符合标准的有20种，见表4-5。可以看出，表中的每一行都是按等差数列排列的，而行与行之间成倍数关系。

表4-5 CA6140型普通车床米制螺纹导程 （单位：mm）

基本组
导程P
增倍组

－
－
1
－
－
1.25
－
1.5

－
1.75
2
2.25
－
2.5
－
3

－
3.5
4
4.5
－
5
5.5
6

－
7
8
9
－
10
11
12

③扩大导程传动路线

从表4-5可以看出，此传动路线能加工的最大螺纹导程是12mm。如果需车削导程大于12mm的米制螺纹，应采用扩大导程传动路线。这时，主轴Ⅵ的运动（此时M2接合，主轴处于低速状态）经斜齿轮传动副58/26到轴V，背轮机构80/20与80/20或50/50至轴Ⅲ，再经44/44、26/58（轴Ⅸ滑移齿轮Z58处于右位与轴ⅧZ 26啮合）传到轴Ⅸ，其传动路线表达式为：

从传动路线表达式可知，扩大螺纹导程时，主轴Ⅵ到轴Ⅸ的传动比为：
当主轴转速为40~125r/min时，
当主轴转速为10~32r/min 时，

而正常螺纹导程时，主轴Ⅵ到轴Ⅸ的传动比为：

所以，通过扩大导程传动路线可将正常螺纹导程扩大4倍或16倍。CA6140型车床车削大导程米制螺纹时，最大螺纹导程为。

b）车削英制螺纹

英制螺纹是英、美等少数英寸制国家所采用的螺纹标准。我国部分管螺纹也采用英制螺纹。英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数α(扣/in)表示，其标准值也按分段等差数列的规律排列。英制螺纹的导程。由于CA6140型车床的丝杠是米制螺纹，被加工的英制螺纹也应换算成以毫米为单位的相应导程值，即

车削英制螺纹时，对传动路线作如下变动，首先，改变传动链中部分传动副的传动比，使其包含特殊因子25.4；其次，将基本组两轴的主、被动关系对调，以便使分母为等差级数。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同。其运动平衡式为：

将代入上式得
扣/in

变换、的值，就可得到各种标准的英制螺纹。

c）车削模数螺纹

模数螺纹主要用在米制蜗杆中，模数螺纹螺距P=πm，P也是分段等差数列。所以模数螺纹的导程为：

式中 Pm—一模数螺纹的导程（mm）；
k—一螺纹的头数；
m——螺纹模数。
模数螺纹的标准模数m也是分段等差数列。车削时的传动路线与车削米制螺纹的传动路线基本相同。由于模数螺纹的螺距中含有π因子，因此车削模数螺纹时所用的挂轮与车削米制螺纹时不同，需用来引入常数π，其运动平衡式为

上式中，其绝对误差为0.00004，相对误差为0.00009，这种误差很小，一般可以忽略。将运动平衡方程式整理后得：

变换、的值，就可得到各种不同模数的螺纹。

d）车削径节螺纹

径节螺纹主要用于同英制蜗轮相配合，即为英制蜗杆，其标准参数为径节，用DP表示，其定义为：对于英制蜗轮，将其总齿数折算到每一英寸分度圆直径上所得的齿数值，称为径节。根据径节的定义可得蜗轮齿距为：

式中 z一—蜗轮的齿数；
D——蜗轮的分度圆直径（in）。
只有英制蜗杆的轴向齿距与蜗轮齿距π/DP相等才能正确啮合，而径节制螺纹的导程为英制蜗杆的轴向齿距为：

标准径节的数列也是分段等差数列。径节螺纹的导程排列的规律与英制螺纹相同，只是含有特殊因子25.4π。车削径节螺纹时，可采用英制螺纹的传动路线，但挂轮需换为，其运动平衡式为：

上式中 ，将运动平衡方程式整理后得：

变换、的值，可得常用的24种螺纹径节。
e）车削非标准螺纹和精密螺纹

所谓非标准螺纹是指利用上述传动路线无法得到的螺纹。这时需将进给箱中的齿式离合器M1、M4和M5全部啮合，被加工螺纹的导程依靠调整挂轮的传动比来实现。其运动平衡式为：

所以，拄轮的换置公式为

适当地选择挂轮a、b、c及d的齿数，就可车出所需要的非标准螺纹。同时，由于螺纹传动链不再经过进给箱中任何齿轮传动，减少了传动件制造和装配误差对被加工螺纹导程的影响，若选择高精度的齿轮作挂轮，则可加工精密螺纹。

（3）机动进给运动传动链

机动进给传动链主要是用来加工圆柱面和端面，为了减少螺纹传动链丝杠及开合螺母磨损，保证螺纹传动链的精度，机动进给是由光杠经溜扳箱传动的。

1）纵向机动进给传动链
CA6140型车床纵向机动进给量有64种。当运动由主轴经正常导程的米制螺纹传动路线时，可获得正常进给量。这时的运动平衡式为：

将上式化简可得：

通过改变变换、的值，可得到32种正常进给量（范围为0.08~1.22mm/r），其余
32种进给量可分别通过英制螺纹传动路线和扩大导程传动路线得到。

2）横向机动进给传动链

由传动系统图分析可知，当横向机动进给与纵向进给的传动路线一致时，所得到的横向进给量是纵向进给量的一半，横向与纵向进给量的种数相同，都为64种。
3）刀架快速机动移动
为了缩短辅助时间，提高生产效率，CA6140型卧式车床的刀架可实现快速机动移动。刀架的纵向和横向快速移动由快速移动电动机(P=0.25kw，n=2800r／min)传动，经齿轮副18/24使轴ⅩⅫ高速转动，再经蜗轮蜗杆副4/29、溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或
横向的快速移动。快移方向由溜板箱中双向离合器M6和M7控制。其传动路线表达式为：

4.CA6140卧式车床的主要结构
     Ⅰ.主轴箱：车床的主要部件，其主要功能是支撑主轴，并实现其开，停换向，制动和变速；把进给运动及主轴传向进给系统。
     Ⅱ.溜板箱：将进给运动或快速移动由进给箱或快速移动电动机传给溜板和刀架，使刀架实现纵，横向或正，反向机动走刀或快速移动.
（二） 其他车床
  （1）立式车床（分单柱式和双柱式）:一般用于加工直径大，长度短且质量较大的工件。
     立式的工作台的台面是水平面，主轴的轴心线垂直于台面，工作的矫正，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。
  （2）转塔车床   除了由前刀架外，还有以个转塔刀架。转塔刀架由六个装刀位置，可以沿床身导轨做纵向进给，每一个刀位加工完毕后，转塔刀架快速返回，转动60度。更换到下一个刀位进行加工。
二、  车刀
    车刀是金属加工切削中应用最广的刀具。车刀按结构可分为：
  （1）整体车刀
  （2）焊接车刀：其优点是结构简单，紧凑，刀具刚度好，抗振性能强，制造方便，适用灵活。其缺点是切削性能较低，刀杆不能重复利用，辅助时间常。
（3）机夹车刀
（4）可转位车刀：使用可转位刀片的机夹车刀。其优点是刀具使用寿命常，生产效率高，有利于推广新技术，新工艺，有利于降低刀具成本。（5）成形车刀：用在各类车床上加工内，外回转体成形表面，其刀形根据工件轮廓设计。该种车刀有平体，棱体，圆体三种型式。

3.4 孔加工机床与刀具
一、钻床
    1.应用：钻床是用钻头在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较小，精度要求不太高的孔。可完成钻孔，扩孔，铰孔及攻螺纹等工作。
    2.运动分析：工件固定，刀具作旋转主运动，同时沿轴向作进给运动。
    3.钻床的主参数：最大钻孔直径
    4.分类：
    a.立式钻床：适用于中小工件的单件，小批量生产
    b.摇臂钻床：适用于加工一些大而重的工件上的孔（工件不动，移动主轴）
    c.台式钻床：小型钻床，常安装在台桌上，用来加工直径<12mm的孔。
    d.深孔钻床及其他钻床
    5.钻削特点：刀具刚性差，排屑困难，切削热不易排出
  二、镗床
    1.应用：镗床是一种主要用镗刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大，精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上，孔距和位置精度要求较高的孔。如箱体上的孔，还可以进行铣削，钻孔，扩孔