第 2 章 金属切削机床与刀具

2.1 金属切削机床概述

2.1.1 金属切削机床的分类和型号

金属切削机床是用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“工作母机”，习惯上简称为机床。

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，须对机床加以分类和编制型号。

1 ．金属切削机床分类

金属切削机床的传统分类方法，主要是按加工性质进行分类。根据国家制订的机床型号编制方法，目前将机床共分为 12 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、特种加工机床、锯床、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个组，每一组又分为若干个系（系列）。

（ 1 ）根据通用性程度

可划分为以下三种： • 通用机床。其工艺范围很宽，可用于加工一定尺寸范围内的各种类型零件的不同工序，但结构较复杂，加工生产率低。 这类机床适用于单件小批生产及工具修配生产。如万能升降台铣床、万能外圆磨床等。

• 专门化机床。其工艺范围较窄，只能加工某一类或几类零件的某一种或几种特定工序，如曲轴车床、凸轮轴磨床等。

• 专用机床。其工艺范围窄，只能加工某一特定零件的特定工序。 这类机床加工生产率很高，专业化程度高，适用于汽车、 拖拉机等制造业的大批量生产。

（ 1 ）通用机床的型号 型号的构成 通用机床的型号构成如下：

2 ．金属切削机床型号与规格

2 ）机床类别

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

特种加工机床

锯床

其他机床

代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L D G Q

读音

车 钻 镗 磨 二磨

三磨 牙 丝 铣 刨 拉 电 割 其

普通机床的类别代号

机床的类别代号用大写的汉语拼音字母表示。

3 ）机床特性

• 通用特性代号机床的特性代号也用汉语拼音表示，代表机床具有的特别性能。

通用特性

高精度

精密

自动

半自动

数控

加工中心

仿形

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 仿 轻 重 简 柔 显 速

通用特性代号

5 ）主参数、主轴数和第二主参数

•机床主参数代表机床规格大小，用折算值（一般为主参数实际数值的 1/10 或1/100）表示，位于系别代号之后。

•第二主参数一般指主轴数、最大跨距、最大工件长度、工作台工作面长度等。第二主参数一般折算成两位数为宜。

• CA6140,MG1432A

2.2 车床与车刀

2.2.1 车床的用途 车床主要用于加工零件的各种回转表面，如内外

圆柱表面，内外圆锥表面，成形回转表面和回转体的端面等，有些车床还能车削螺纹表面。

• 车床是一般机器制造厂中应用最广泛的一类机床，约占机床总数的 35%-50%。

• 在车床上，除使用车刀进行加工之外，还可以使用各种孔加工刀具（如钻头、铰刀、镗刀等）进行孔加工，或者使用螺纹刀具（丝锥、板牙）进行内、外螺纹加工。

2.2.2 车床的分类

为适应不同的加工要求，车床分为很多种类。按其结构和用途不同，可分为：卧式车床、立式车床、转塔车床、回轮车床、落地车床、液压仿形及多刀自动和半自动车床、各种专用车床（如曲轴车床、凸轮车床等）、数控车床和车削加工中心等。

1 ． CA6140 型卧式车床

（ 1 ）机床的工艺范围及其结构组成 CA6140 型卧式车床工艺范围很广，能适用

于各种回转表面的加工，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转面；车削端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花、攻螺纹和套螺纹等工作。 A6140 型卧式车床的通用性较强，但机床的结构复杂且自动化程度低，加工过程中辅助时间较长，适用于单件、小批量生产及修理车间。

1 —主轴箱 2—进给箱 34—床鞍 5—中滑板 6—刀架 7—回转盘 8—小滑板 9—尾架 10—床身 11—床腿 12—光杠

13—丝杠 14—溜板箱CA6140型卧式车床

2 ．金属切削机床型号与规格

CA6140ACA6140A 车床车床

•主轴箱： 主轴箱的功用是支承主轴和传动其旋转，使其实现开动、停止、变速和换向等，并把进给运动从主轴传往进给系统，使进给系统实现换向和扩大螺距等。因此，主轴箱中通常包含有主轴及其轴承，传动机构，开动、停止以及换向装置，制动装置，操纵机构和润滑装置等。

•进给箱： 进给箱的功用是变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种机动进给量。

•溜板箱： 溜板箱的作用是将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向，手动操纵刀架移动和实现快速移动，机床过载时控制刀架自动停止进给等。

•床鞍： 床鞍位于床身的中部，可带动中滑板、回转盘、小滑板和刀架沿床身上的导轨作纵向进给运动。

•床身： 床身固定在左、右床腿上。床身是车床的基本支承件，车床的各个主要部件均安装于床身上，并保持各部件间具有准确的相对位置。

•尾座： 尾座安装于床身的尾部导轨上。其上的套筒可安装顶尖，以便支承较长工件的一端；也可装夹钻头、铰刀等孔加工刀具，对工件进行加工，此时可摇动手轮使套筒轴向移动，以实现纵向进给。尾座可沿床身顶面的一组导轨（尾座导轨）作纵向调整移动，然后夹紧在所需要的位置上，以适应加工不同长度工件的需要。尾座还可以相对其底座沿横向调整位置，以车削较长且锥度较小的外圆锥面。

（ 2 ） CA6140 卧式车床的主要技术性能

2 ．其他车床

（ 1 ）立式车床 立式车床按结构分单柱式和双柱式，如图所示。一

般用于加工直径大，长度短且质量较大的工件。

（ 2 ）转塔车床

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。

2.2.3 CA6140 型卧式车床的传动系统

CA6140 型车床的传动系统图见后图所示。整个传动系统由主运动传动链、车螺纹传动链、纵向进给传动链、横向进给传动链及快速移动传动链组成。

1 ．主运动传动链

主运动传动链的两端件是主电动机与主轴，它的功能是把动力源的运动及动力传给主轴，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。

1 ）两端件 电机——主轴

2 ）计算位移

所谓计算位移，是指传动链首末件之间相对运动量的对应关系。 CA6140 型卧式车床的主运动传动链是一条外联系传动链，电动机与主轴各自转动时运动量的关系为各自的转速，即：

1450r/min （主电动机）—— nr/min （主轴）

3 ）传动路线表达式

4 ）主轴转速级数

由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，适用各滑动齿轮轴向位置的各种不同组合，主轴共可得 2×3×(1+2×2) ＝ 30种转速，但由于轴Ⅲ -Ⅴ 间的四种传动比为：

1

1

50

51

50

50

4

1

80

20

50

50

4

1

60

51

80

20

16

1

80

20

80

20

43

21

uu

uu

其中 u2 ≈u3 ，轴Ⅲ -Ⅴ 间只有三种不同传动比，故主轴实际获得正转转速 2×3×(1+3) ＝ 24级不同的转速。同理可以算出主轴的反转转速级数为：3×(1+3) ＝ 12级。

5 ）运动平衡式 主运动的运动平衡式如下：

式中　——主轴转数（ r/min）；　　 ε——V带传动的滑动系数，近似取 ε ＝ 0.02；　　 u -Ⅰ Ⅱ 、 u -Ⅱ Ⅲ 、 u - ——Ⅲ Ⅵ 分别为轴Ⅰ－Ⅱ、Ⅱ－Ⅲ、Ⅲ－Ⅵ间的传动比。

CA6140型卧式车床主运动的转速图

2 ．螺距进给传动链

（ 1 ）车削普通（米制）螺纹 普通螺纹是应用最广泛的一种螺纹，在车

削螺纹时，应满足主轴带动工件旋转一转，刀架带动刀具轴向进给所加工螺纹的一个导程。国家标准规定了普通螺纹的标准导程值，后表列出了 CA6140 型车床能车制的常用普通螺纹标准导程值。

CA6140型车床车削米制螺纹标准导程表

1 ）首末件 首件为带动工件转动的主轴，末件为带动刀

具移动的刀架。2 ）计算位移 主轴转一转，刀架移动所加工螺纹的一个导

程。 即： 主轴 --- 刀架 1r mm

3 ）传动路线表达式

4 ）运动平衡式 主轴转一转，刀架移动 mm,则根据传动路线表达式得出：

上式称为 CA6140 型卧式车床加工米制螺纹的换置公式。可见，适当地选择和的值，就可得到被加工螺纹的各种导程值。

5 ）扩大导程路线，加工普通螺纹　

由加工普通螺纹的换置公式可知，在 CA6140 型卧式车床上用正常路线加工普通螺纹的最大导程是 12mm 。当需要车削导程大于 12mm 的螺纹时，可将Ⅸ轴上的滑移齿轮 z58 向右滑移，使之与Ⅷ 轴上的齿轮 z26啮合。这是一条扩大导程的传动路线，主轴Ⅵ轴与刀架之间的传动路线表达式为：

相比正常导程传动路线主轴Ⅵ与Ⅸ轴间 1 ︰ 1 的传动比，扩大导程路线主轴至Ⅸ轴间的传动比为：

可见，加工螺纹时，将正常导程路线改为扩大导程传动路线，则加工出来的螺纹导程将扩大 4 倍或 16倍。需要说明的是，用扩大导程路线加工螺纹时，其扩大路线主轴Ⅵ至Ⅸ轴间所经过的Ⅴ－Ⅳ－Ⅲ这段路线是主运动传动路线的一部分。也就是说，主轴是经过Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ传动的，所以加工扩大导程螺纹时，主轴只能低速转动。

3 ．机动进给传动链

CA6140 型卧式车床作机动进给，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，机动进给传动链不用丝杠及开合螺母传动。其运动从主轴Ⅵ至进给箱ⅩⅦ轴的传动路线与车削螺纹时的传动路线相同。轴ⅩⅦ上的滑移齿轮z28处于左位，使Μ5脱开，从而切断进给箱与丝杠的联系。运动由齿轮副 28/56 传到ⅩⅨ轴 ( 光杠 ), 又由(36/32)×(32/56)经由超越离合器Μ6 、安全离合器Μ7带动ⅩⅩ轴 ( 蜗杆轴 )，再经溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构和横向进给丝杠（ⅩⅩⅦ轴），使刀架作纵向或横向机动进给运动。

其传动路线表达式为 :

•溜板箱内的双向齿式离合器 M8 及 M9分别用于纵、横向机动进给运动的接通、断开及控制进给方向。 CA6140型卧式车床可以通过四种不同的传动路线来实现机动进给运动，从而获得纵向和横向进给量各 64种。

读装配示意图读装配示意图

卸荷式带轮结构：卸荷式带轮结构：

VV 带轮带轮——套筒套筒——轴承轴承—— 支座支座—— 箱体箱体

VV 带轮带轮——套筒套筒——花键——轴轴ⅠⅠ

花键结构花键结构

读装配示意图读装配示意图

摩擦片离合器工作原理：摩擦片离合器工作原理： 轴轴 —Ⅰ—Ⅰ 内摩擦片内摩擦片 -- 外摩擦片外摩擦片 -- 齿轮齿轮 拨叉拨叉——滑套滑套——元宝销元宝销——销轴销轴 -- 调整螺母调整螺母 --摩擦片摩擦片

摩擦离合器结构摩擦离合器结构

操纵机构的结构操纵机构的结构

操纵机构工作原理：操纵机构工作原理： 手柄手柄——曲柄曲柄——摇杆摇杆——伞齿轮伞齿轮——齿条 - 拨叉 齿条左右移齿条左右移 -- 摇杆顺时针转摇杆顺时针转 -- 钢带放松钢带放松

制动装置的结构制动装置的结构

2.2.4 车刀

1 ．车刀的结构类型• 按用途不同分类　 车刀可分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断车刀、螺纹车刀等；

• 按切削部分的材料不同分类　车刀可分为高速钢车刀、硬质合金车刀、陶瓷车刀等；

• 按切削刃的复杂程度不同分类 车刀可分为普通车刀和成形车刀。

• 按结构形式不同分类　 车刀可分为整体式车刀、焊接车刀、机夹重磨车刀和机夹可转位车刀等

车刀结构类型的特点和用途

2 ．普通车刀的使用类型

按用途不同，车刀可分为 90°偏刀、 45°弯头车刀、75° 外圆车刀、螺纹车刀、内孔镗刀、成形车刀、车槽及切断刀等，如图所示。

1 － 45°弯头车刀　 2 、 6 － 90°外圆车刀　 3 －外螺纹车刀　4 － 75°外圆车刀　 5 －成形车刀 7 －车槽、切断刀　8 －内槽车刀　 9 －内螺纹车刀　 10－盲孔镗刀　 11－通孔镗刀

2.3 磨床与砂轮

2.3.1 磨床的工艺范围及其组成 磨床是用磨料磨具 ( 砂轮、砂带、油石、研磨剂 ) 为工具进行切削加工的机床。它主要用于各种零件特别是淬硬零件的精加工。磨床可加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿轮齿面、螺旋面以及各种成型面，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。

磨床的种类很多，按用途和采用的工艺方法不同，大致可分为以下几类：

• 外圆磨床：主要用于磨削回转表面，包括万能外圆磨床、外圆磨床及无心外圆磨床等。

• 内圆磨床：主要用于磨削内回转表面，包括内圆磨床、无心内圆磨床及行星内圆磨床等。

• 平面磨床：用于磨削各种平面，包括卧轴矩台平面磨床、立轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床及立轴圆台平面磨床等。

•工具磨床：用于磨削各种工具，如样板、卡板等。包括工具曲线磨床、钻头沟槽磨床、卡板磨床及丝锥沟槽磨床等。

•刀具刃具磨床：用于刃磨各种切削刀具，包括万能工具磨床 ( 能刃磨各种常用刀具 ) 、拉刀刃磨床及滚刀刃磨床等。

•专门化磨床：专门用于磨削一类零件上的一种表面，包括曲轴磨床、凸轮轴磨床、花键轴磨床、活塞环磨床、球轴承套圈沟磨床及滚子轴承套圈滚道磨床等。

•研磨机：以研磨剂为切削工具，用于对工件进行光整加工，以获得很高的精度和很细的表面粗糙度。

•其它磨床：包括珩磨机、抛光机、超精加工机床及砂轮机等。

2.3.2 M1432A 型万能外圆磨床

M1432A 型万能外圆磨床主要用于磨削内外圆柱面、内外圆锥面、阶梯轴轴肩以及端面和简单的成形回转体表面等。它属于普通精度级机床，磨削加工精度可达 T6 ～ T7级，表面粗糙度为 Ra1.25 ～ 0.08μm 之间。这种磨床万能性强，但磨削效率不高，自动化程度较低，适用于工具车间，维修车间和单件小批生产类型。其主参数为：最大磨削直径 320mm 。

1 ． M1432A 型万能外圆磨床的主要组成部件

M1432A型万能外圆磨床的外形如图所示：

2 ． M1432A 型万能外圆磨床的主要技术性能

2.3.3 无心外圆磨床

在无心外圆磨床上加工工件，不用顶尖定心和支承，由工件的被磨削外圆面本身作定位面。如图所示，工件 2 放在磨削砂轮 l和导轮 3 之间，由托板4 支承进行磨削。导轮 3 是用树脂或橡胶为粘接剂制成的刚玉砂轮，它与工件之间的摩擦系数较大，所以工件由导轮的摩擦力带动作圆周进给。导轮的线速度通常在10 ～ 50m ／ min左右，工件的线速度基本上等于导轮的线速度。磨削砂轮就是一般的砂轮，线速度很高。所以磨削砂轮与工件之间有很大的相对速度，这就是磨削工件的切削速度。

• 无心磨削时，必须使工件的中心高于磨削轮和导轮的中心，工件才能磨圆。

• 在无心外圆磨床上磨削外圆表面，不用顶尖支承，装卸简单省时；

• 加工过程可连续不断进行，工件支承刚度好，故生产率较高，但机床调整费时，只适用于成批及大量生产中。

• 因工件的支承与传动特点，只能用来加工尺寸较小、形状比较简单的零件。

• 此外，无心磨床不能磨削不连续的外圆表面，如带有键槽、小平面等表面，也不能保证被加工面与其它表面间的相互位置精度。

2.3.4 平面磨床

平面磨床用于磨削各种零件的平面。根据砂轮的工作面不同，平面磨床可分为用砂轮轮缘(即圆周 )进行磨削和砂轮端面进行磨削两类。

• 用砂轮轮缘磨削的平面磨床，砂轮主轴常处于水平位置( 卧式 ) ；

• 而用砂轮端面磨削的平面磨床，砂轮主轴通常为立式的。• 根据工作台的形状不同，平面磨床又可分为矩形工作台和圆形工作台两类。

因此，根据砂轮工作面和工作台形状的不同，普通平面磨床可分为四类：

•卧轴矩台式平面磨床•卧轴圆台式平面磨床•立轴矩台式平面磨床•立轴圆台式平面磨床

a ）卧轴矩台式 b ）卧轴圆台式 c ）立轴矩台式 d ）立轴圆台式 平面磨床加工示意图

2.3.5 砂轮的特性与选择 砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂

轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和培烧而制成的多孔体。由于磨料、结合剂及制造工艺等不同，砂轮的特性差别很大，因此对磨削的加工质量、生产率和经济性有着重要影响。砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定的。

• 砂轮硬度的选用原则是： 工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。粗磨时，应选用较软砂轮；而精磨、成形磨削时，应选用硬一些砂轮，以保持砂轮的必要形状精度。机械加工中常用砂轮硬度等级为 H 至 N （软 2-中2 ）。

形状

砂轮的形状和尺寸是根据磨床类型、加工方法及工件的加工要求来确定的。常用砂轮名称、形状简图、代号和主要用途见表所示。

2.4 铣床与铣刀

2.4.1 铣床的主要类型 铣床是用铣刀进行切削加工的机床，它的用途极为广泛。铣床的类型很多，主要类型有卧式升降台铣床、立式升降台铣床、工作台不升降铣床、龙门铣床、工具铣床；此外，还有仿形铣床、仪表铣床和各种专门化铣床 (如键槽铣床、曲轴铣床 )等。随着机床数控技术的发展，数控铣床、镗铣加工中心的应用也越来越普遍。

1 ．万能卧式升降台铣床

万能卧式升降台铣床是指主轴轴线呈水平安置的，工作台可以作纵向、横向和垂直运动，并可在水平平面内调整一定角度的铣床。右图是一种应用最为广泛的X6132 型万能卧式升降台铣床外形图。 1—床身 2—底座 3—回转刻度盘

4—升降台 5—床鞍 6—工作台 7—主轴 8—刀杆托架 9—悬梁

10—刀杆

2 ．立式升降台铣床

立式升降台铣床与卧式升降台铣床的主要区别仅在于它的主轴是垂直安置的，可用各种端铣刀 ( 亦称面铣刀 ) 或立铣刀加工平面、斜面、沟槽、台阶、齿轮、凸轮以及封闭的轮廓表面等。右图为常见的一种立式升降台铣床外形图。

3 ．龙门铣床

龙门铣床是一种大型高效能通用机床，主要用于加工各类大型工件上的平面、沟槽，它不仅对工件可以进行粗铣、半精铣，也可以进行精铣加工。图为具有四个铣头的中型龙门铣床。 1—工作台； 2,6一水平铣头；

3 一横梁 4,5一垂直铣头

2.4.2 铣床附件

升降台式铣床配备有多种附件，用来扩大工艺范围。其中回转工作台(圆工作台)和万能分度头是常用的两种附件。

1 ）回转工作台： 回转工作台安装在铣床工作台上，用来装夹工件，以铣削

工件上的圆弧表面或沿圆周分度。如图所示。

1 －转盘 2 －挡铁 3 －传动轴 4 －手柄 5－方头

2 ）万能分度头：

万能分度头最基本的功能是使装夹在分度头主轴顶尖与尾座顶尖之间或夹持在卡盘上的工件，依次转过所需的角度，以达到规定的分度要求。

1—顶尖 2—主轴 3—刻度盘 4—壳体 5—螺母 6—分度叉 7—交换齿轮轴 8—分度盘 9—分度盘锁紧螺钉

10—底座 J—分度定位销 K—分度手柄

万能分度头的功能：• 由分度头主轴带动工件绕其自身轴线回转一定角度，完成等分或不等分的分度工作，用以铣削方头、六角头、直齿圆柱齿轮、键槽、花键等的分度工作；

• 通过配备挂轮，将分度头主轴与工作台丝杠联系起来，组成一条以分度头主轴和铣床工作台纵向丝杠为两末端件的内联系传动链，用以铣削各种螺旋表面、阿基米德旋线凸轮等；

• 用卡盘夹持工件，使工件轴线相对于铣床工作台倾斜一定角度，以铣削与工件轴线相交成一定角度的沟槽、平面、直齿锥齿轮、齿轮离合器等。

2.4.3 铣刀的类型及应用

铣刀为多齿回转刀具，其每一个刀齿都相当于一把车刀固定在铣刀的回转面上。铣刀刀齿的几何角度和切削过程，都与车刀或刨刀基本相同。铣刀的类型很多，结构不一，应用范围很广，是金属切削刀具中种类最多的刀具之一。铣刀按其用途可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用铣刀、加工成形面用铣刀等类型。通用规格的铣刀已标准化，一般均由专业工具厂制造。

（ 1 ）圆柱铣刀

圆柱铣刀一般都是用高速钢整体制造，直线或螺旋线切削刃分布在圆周表面上，没有副切削刃。螺旋形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的，所以切削过程较平稳主要用于卧式铣床铣削宽度小于铣刀长度的狭长平面。

（ 2 ）面铣刀 ( 端铣刀 )

面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥面上，端面切削刃为副切削刃。按刀齿材料可分为高速钢和硬质合金两大类。主要用在立式或卧式铣床上铣削台阶面和平面，特别适合较大平面的铣削加工。

（ 3 ）立铣刀

立铣刀一般有 3 ～ 4 个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时只能沿着刀具的径向进给，不能沿着铣刀轴线方向作进给运动。它主要用于铣削凹槽、台阶面和小平面，还可以利用靠模铣削成形表面。

（ 4 ）三面刃铣刀

三面刃铣刀可分为直齿三面刃和错齿三面刃，它主要用在卧式铣床上铣削台阶面和凹槽。

（ 5 ）锯片铣刀

锯片铣刀很薄，只有圆周上有刀齿，侧面无切削刃，用于铣削窄槽和切断工件。为了减小摩擦和避免夹刀，其厚度由边缘向中心减薄，使两侧面形成副偏角。

（ 6 ）键槽铣刀

外形与立铣刀相似，不同的是它在圆周上只有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，因此在铣两端不通的键槽时，可作适量的轴向进给。它主要用于加工圆头封闭键槽。

（ 7 ）其它铣刀

其他还有角度铣刀 ( 图 m) 、成形铣刀 ( 图n 、 p) 、 T形槽铣刀 ( 图 k) 、燕尾槽铣刀 ( 图1) 及头部形状根据加工需要可以是圆锥形、圆柱形球头和圆锥形球头的模具铣刀等。

2.5 齿轮加工机床

齿轮加工机床是指用齿轮切削工具加工齿轮齿面或齿条齿面的机床及其配套辅机。齿轮传动广泛应用于各种机械及仪表中，而且现代化工业的发展对齿轮传动圆周速度和传动精度方面要求越来越高，因此齿轮加工机床成为机械制造业中一种重要的加工设备 , 而且它的运动和传动都比较复杂。

2.5.1 齿轮加工机床的工作原理

齿轮加工机床的种类繁多，结构各异，加工方法也各不相同，但从加工原理上主要分为成形法和范成法（展成法）两类。

1 ．成形法 采用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具加工

齿形的方法称为成形法。如图所示即为常见的成形法加工齿轮的实例，它是在铣床上使用具有渐开线齿形的盘形铣刀或指状铣刀铣削齿轮。

• 成形法加工齿轮时，通常采用单齿廓成形刀具加工。优点是机床较简单，缺点是加工同一模数的齿轮，齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具。

• 用多齿廓成形刀具加工齿轮时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽。采用这种成形刀具可得到较高的加工精度和生产率，但要求刀具有较高的制造精度且刀具结构复杂。此外，每套刀具只能加工一种模数和齿数的齿轮 。

成形法加工齿轮

2 ．范成法加工齿轮

范成法加工齿轮是应用齿轮啮合原理进行齿形加工的方法，即以保持刀具和齿坯之间按渐开线齿轮啮合的运动关系来实现齿形加工的。用范成法加工齿轮的优点是，所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，只要刀具与被加工齿轮的模数和压力角相同，一把刀具可以加工同一模数不同齿数的齿轮。而且，生产率和加工精度都比较高。

在齿轮加工中，范成法应用最广泛，如滚齿、插齿、剃齿等都采用这种加工方法，如图所示。

a)一对轴线交叉的螺旋齿轮啮合

b)其中一个齿轮齿数减少，螺旋角很大成了蜗杆

c)将蜗杆铲背成为滚刀

2.5.2 滚齿机床的工艺特点及其组成

在齿轮齿形加工中，滚齿应用最广泛，它除可加工直齿、斜齿圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。但一般不能加工内齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批量生产和大批大量生产。

1 ．滚齿加工的工艺特点

•加工精度高，属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一般可加工 8~7级精度的齿轮。

•生产率高，滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失，生产率一般比铣齿、插齿高。

•一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀相同而齿数不同的圆柱齿轮。

2 ． Y3150E 型滚齿机的组成

Y3150E 型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。可以加工的工件最大直径为500mm ，最大模数8mm ，图为该机床的外形图。

2.5.3 插齿机的工艺特点和组成

常用的圆柱齿轮加工机床除滚齿机外，还有插齿机。插齿机是用插齿刀采用范成法插削内、外圆柱齿轮齿面的齿轮加工机床。这种机床特别适宜加工在滚齿机上不能加工的内齿轮和多联齿轮。装上附件，插齿机还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。

1 ．插齿加工的工艺特点

•插齿加工精度较高 •插齿齿向偏差比滚齿大 •齿面粗糙度值较小 •插齿生产率比滚齿低

2 ．插齿机的组成

右图是工作台移动式插齿机的外形图。插齿刀安装在主轴上，作旋转运动的同时作上下往复移动；工件装夹在工作台上，作旋转运动的同时随工作台直线移动，实现径向切入运动。

1—床身 2—立柱 3—刀架

4—插齿刀 5—工作台 6-挡块支架

2.5.4 其他齿轮加工机床

1 ．磨齿机 圆柱齿轮磨齿机简称磨齿机，是用磨削方

法对圆柱齿轮齿面进行精加工的精密机床，主要用于淬硬齿轮的精加工。齿轮加工时，先经过滚齿机或插齿机切出轮齿，然后用磨齿机进行磨齿，有的磨齿机也可直接在齿坯上磨出轮齿，但生产率低，设备成本高，因此只限于模数较小的齿轮。

磨齿按加工原理可分为成形法和展成法两种：

• 成形法磨齿：成形法磨齿和成形法铣齿的原理相同，砂轮截面形状修整成与被磨齿轮齿槽一致，磨齿时的工作状况与盘状铣刀铣齿工作状况相似。磨齿时的分度运动是不连续的，轮齿是逐个加工出来的。成形法磨齿生产率高，但加工精度较低（ 6 ～ 5 级），在生产中应用较少。

• 展成法磨齿：是将砂轮的磨削部分修整成锥面，以构成假想齿条的齿面。磨削时，砂轮作高速旋转运动，同时沿工件轴向作往复直线运动，以磨出全齿宽。工件则严格按照一齿轮沿固定齿条作纯滚动的方式，边转动、边移动，从齿根向齿顶方向先后磨出一个齿槽两侧面。之后砂轮退离工件，机床分度机构进行分度，使工件转过一个齿，磨削下一个齿槽的齿面，如此重复上述循环，直至磨完全部齿槽齿面。锥面砂轮磨齿精度可达 6 ～ 4级，齿面粗糙度 Ra值为 0.4～ 0.2µm。主要用于单件、小批生产中、加工精度要求很高的淬硬或非淬硬齿轮。

2 ．剃齿机

剃齿是利用剃齿刀在专用剃齿机上对齿轮齿形进行精加工的一种方法，专门用来加工未经淬火的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达7 ～ 6 级，齿面的 Ra值可达0.8 ～ 0.4µm 。剃齿属展成法加工。剃齿刀的形状类似螺旋齿轮，齿形做得非常准确，在齿面上沿渐开线方向开有许多小沟槽以形成切削刃，如图所示。

剃齿加工时工件与刀具的运动形式见图所示。工件安装在心轴上，由剃齿刀带动旋转，由于剃齿刀刀齿是倾斜的（螺旋角为 β），为使它能与工件正确啮合，必须使其轴线相对于工件轴线倾斜一个 β角。

剃齿的特点：•剃齿加工主要用于提高齿形精度和齿向精度，降低齿面粗糙度值。

•剃齿不能修正分齿误差。剃后齿轮精度可达7 ～ 6 级，表面粗糙度 Ra值为 0.8～0.2µm.

•剃齿主要用于成批和大量生产中精加工齿面未淬硬的直齿和斜齿圆柱齿轮。

3 ．珩齿机 当工件硬度超过 HRC35 时，使用珩齿代替剃齿。珩齿是在珩磨机上用珩磨轮对齿轮进行精整加工的一种方法，其原理和运动与剃齿相同。

珩齿的特点：

• 珩磨轮是用金刚砂及环氧树脂等浇注或热压而成的具有较高齿形精度的斜齿轮，它的硬度极高，其外形结构与剃齿刀相似，只是齿面上无容屑槽，是靠磨粒进行切削的。

• 珩磨时，珩磨轮转速高 , 连续切削，生产率高。珩磨过程具有磨、剃 、抛光等综合作用。

• 珩齿对齿形精度改善不大，主要用于剃齿后需淬火齿轮的精加工，能去除氧化皮、毛刺，改善热处理后的轮齿表面粗糙度（ Ra值为 0.4～0.2µm）。珩齿也可用于非淬硬齿轮加工。

2.6 其他类型机床

2.6.1 钻床 钻床类机床属于孔加工机床，主要用钻头钻削精度要

求不太高的孔，利用扩孔钻、铰刀锪钻、丝锥还可以完成扩孔、铰孔、锪孔、攻丝等工作，如图所示。

1 ．台式钻床

台式钻床主要用于电器、仪表工业及一般机械制造中的钳工、装配。钻孔直径≤ 16mm 。 1-皮带罩 2-主轴箱 3-主轴

4-工作台 5-底座 6-立柱 7-进给手柄 8-锁紧手柄 9-电机

2 ．立式钻床

立式钻床适用于中、小型工件的加工，且加工孔数不易过多。钻床的主参数是最大钻孔直径。根据主参数不同，立式钻床有18 ， 25 ， 35 ，40 ， 50 ， 63 ，80mm 等多种规格。

1-底座 2-立柱 3-变速箱

4-进给箱 5-主轴 6-工作台

3 ．摇臂钻床

图为摇臂钻床外形图。摇臂钻床的工作运动有主轴的旋转运动和主轴的轴向进给运动，辅助运动有主轴箱沿摇臂的水平移动、摇臂的升降运动和摇臂的回转运动。 1-底座 2-内立柱 3-外立柱

4-摇臂升降丝杠 5-摇臂 6-主轴箱 7-主轴 8-工作台

4 ．麻花钻

钻孔最常用的刀具是麻花钻，用麻花钻钻孔的尺寸精度为 IT13 ～ IT11 ，表面粗糙度 Ra值为 50 ～ 12.5μm ，属于粗加工。钻孔主要用于质量要求不高的孔的终加工，例如螺栓孔、油孔等，也可作为质量要求较高孔的预加工。

麻花钻由工具厂专业生产，其常备规格为 φ0.1 ～φ80mm 。麻花钻的结构主要由柄部、颈部及工作部分组成，见图所示。

钻头的工作部分包括切削部分和导向部分。切削部分担负主要切削工作，如图所示，切削部分由两条主切削刃、两条副切削刃和一条横刃及两个前刀面和两个后刀面组成。

•麻花钻的主要几何角度有顶角 2φ，螺旋角β，前角 γo，后角 αo和横刃斜角ψ等。这些几何角度对钻削加工的性能、切削力大小，排屑情况等都有直接的影响，使用时要根据不同加工材料和切削要求来选取。

麻花钻的主要缺点：

• 钻头主切削刃上各点的前角变化很大，钻孔时，外缘处的切削速度最大，因此钻头在外缘处的磨损特别严重。

• 钻头横刃较长，横刃及其附近的前角为负值，达 -55° ～ -60°。钻孔时，横刃处于挤刮状态，轴向抗力较大。同时横刃过长，不利于钻头定心，易产生引偏，致使加工孔的孔径增大，孔不圆或孔的轴线歪斜等。

• 钻削加工过程是半封闭加工。钻孔时排屑困难，切削液也不易注入切削区域，冷却和散热不良，大大降低了钻头的使用寿命。

5 ．扩孔钻

用扩孔钻对工件上已钻出、铸出或锻出的孔进行扩大加工，可在一定程度上校正原孔轴线的偏斜，扩孔的精度可达 IT10 ～IT9 ，表面粗糙的 Ra值可达 6.3 ～3.2μm ，属于半精加工。扩孔常用作铰孔前的预加工，对于质量要求不高的孔，扩孔也可作孔加工的最终工序。

扩孔用的扩孔钻结构型式分为带柄和套式两类。如图所示，带柄的扩孔钻由工作部分及柄部组成；套式扩孔钻由工作部分及 1:30 锥孔组成。

•选用扩孔钻时应根据被加工孔及机床夹持部分的型式，选用相应直径及型式的扩孔钻。

•直柄扩孔钻与适用范围为 d=3～ 20mm；•锥柄扩孔钻适用范围为 d=7.5～ 50mm；•套式扩孔钻主要用于大直径及较深孔的扩孔加工，其适用范围为 d=20～ 100mm。

•扩孔余量一般为 0.5～ 4mm(直径值 ) 。

6 ．铰刀

用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属，使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法，称为铰孔。铰孔是应用较普遍的对中小直径孔进行精加工的方法之一，它是在扩孔或半精镗孔的基础上进行的。根据铰刀的结构不同，铰孔可以加工圆柱孔、圆锥孔；可以用于操作，也可以在机床上进行。铰孔后孔的精度可达 IT9 ～ IT7 ，表面粗糙度 Ra值达 1.6 ～ 0.4μm 。

铰刀的结构如图所示，铰刀由柄部、颈部和工作部分组成。工作部分包括切削部分和修光部分（标准部分）。切削部分为锥形，担负主要切削工作。修光部分起校正孔径、修光孔壁和导向作用。

铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀两种。手用铰刀为直柄。机用铰刀又分为直柄、锥柄和套式三种。

铰刀的选用：•一般手用铰刀用于小批生产或修配工作中，对未淬硬孔进行手工操作的精加工。手用铰刀适用范围为 d=1～ 71mm。

•机用铰刀适用于在车床、钻床、数控机床等机床上使用。主要对钢、合金钢、铸铁、铜、铝等工件的孔进行半精加工和精加工。一般机用铰刀的适用范围为 d=1～ 50mm，套式机用铰刀适合于较大孔径的加工，其范围为 d=23.6 ～ 100mm。

•铰刀分为三个精度等级，分别用于不同精度孔的加工（ H7、 H8、 H9）。在选用时，应根据被加工孔的直径、精度和机床夹持部分的型式来选用相应的铰刀。

•铰孔生产率高，容易保证孔的精度和表面粗糙度，但铰刀是定值刀具，一种规格的铰刀只能加工一种尺寸和精度的孔，且不宜铰削非标准孔、台阶孔和盲孔。对于中等尺寸以下较精密的孔，钻—扩—铰是生产中经常采用的典型工艺方案。

2.6.2 镗床

1 ．镗床的工艺范围和主要组成 镗床主要完成高精度、大孔径孔或孔系的加

工，此外，还可铣平面、沟槽、钻孔、扩孔、铰孔和车端面、外圆、内外环形槽及车螺纹等，工艺范围如图所示。

镗床的加工方法

卧式镗床主要是加工孔，特别是箱体零件上的许多大孔、同心孔、平行孔等。其特点是易于保证被加工孔的尺寸精度和位置精度。镗孔的尺寸精度可达 IT7 ，表面粗糙度 Ra值为 1.6 ～0.8μm 。主参数为镗轴直径。

2 ．镗刀

镗刀有多种类型。•按其切削刃数量可分为： 单刃镗刀、双刃镗刀和多刃镗刀；•按其加工表面可分为： 通孔镗刀、盲孔镗刀、阶梯孔镗刀和端面镗刀；•按其结构可分为： 整体式、装配式和可调式。

1 ）单刃镗刀

单刃镗刀刀头结构与车刀类似，刀头装在刀杆中，根据被加工孔孔径大小，通过手工操纵，用螺钉固定刀头的位置。刀头与镗杆轴线垂直（图 a ）可镗通孔，倾斜安装（图 b ）可镗盲孔。

2 ）双刃镗刀

双刃镗刀有两个对称的切削刃，切削时径向力可以相互抵消，工件孔径尺寸和精度由镗刀径向尺寸保证。图 c 为固定式双刃镗刀。

图 d 为可调节浮动镗刀块，浮动镗削适于精加工批量较大、孔径较大的孔。

2.6.3 刨床

刨床主要用于单件、小批量生产中加工水平面、垂直面、倾斜面等平面和 T形槽、燕尾槽、 V 形槽等沟槽，也可以加工直线成形面。如图所示。

1 ．牛头刨床

牛头刨床如图所示，由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁和变速机构组成。牛头刨床的主参数是最大刨削长度。

2 ．龙门刨床

龙门刨床主要由床身、工作台、立柱、顶梁、横梁、垂直刀架、侧刀架组成。龙门刨床主要用于加工大型工件，也可用于中、小型工件的多件同时加工。

刨床加工特点：

• 由于刨床结构较为简单，调整、操作都较方便，加上刨刀的制造与刃磨也很容易，价格低廉，所以加工成本较低。

• 其主运动是直线往复运动，一方面由于冲击与振动等不利因素，影响加工质量，另一方面由于切削速度低和空行程的影响，生产率也较低。但在刨狭长平面（如导轨，或在龙门刨床上进行多件、多刀同时切削）时，则有较高的切削效率。

• 刨削加工的精度通常为 IT9～ IT7级，表面粗糙度值Ra为 12.5～ 3.2m 。在龙门刨床上采用宽刃刨刀刨削时，表面粗糙度值 Ra为 1.6～ 0.8m 。直线度误差在 1 000mm内不大于 0.02mm。

3 ．刨刀

刨刀的结构与车刀相似，其几何角度的选取原则也与车刀基本相同。但因刨削过程中有冲击，所以刨刀的前角比车刀约小 5° ～ 6° ；而且刨刀的刃倾角也应取较大的负值。刨刀刀杆有直杆和弯杆之分。

2.6.4 拉床

1 ．拉床的结构和加工特点 拉床是使用拉刀加工各内外形表面的机床。采用不同的拉

刀，可加工各种形状的通孔、通槽、平面及成形表面。

1 ）卧式内拉床

由床身、液压缸、工件支架、后托架等组成，如图所示。主运动由拉床上的液压驱动装置带动拉刀作直线运动实现，进给运动依靠拉刀的每刀齿的齿升量实现。拉床的主参数是额定拉力。如 L6120型卧式内拉床的额定拉力为 200kN 。

1- 拉刀 2 -工件 3 - 床身

4 - 液压缸 5 - 工件支架 6 - 后托架

2 ）立式拉床

立式拉床根据用途可分为立式内拉床和立式外拉床两类。

1 －下支架 2 －工作台

3 －上支架 4 －滑座

立式内拉床

1 －工作台 2 －滑块

3 －拉刀 4 －床身

立式外拉床

3 ）连续式拉床

图所示是连续式拉床的工作原理。这种拉床由于连续进行加工，因而生产率高，常用于大批量生产中加工小型零件的外表面，如汽车、拖拉机连杆的连接及半圆凹面等。

1 －工件 2 －导轨 3 －拉刀 4 －链轮

5 －成品箱 6 －夹具 7 －链条

2 ．拉刀

根据工件加工面及截面形状不同，拉刀有多种形式。常用的圆孔拉刀结构见图所示。

2.6.5 插床

插床实际上是一个立式刨床，在结构上和牛头刨属于同类。插床主要用于加工工件内部表面，如方孔、长方孔、各种多边形孔和键槽等。生产率低，只适合单件小批生产。插削速度一般为 20 ～ 40m ／ min 。插床主运动为插刀随滑枕垂直方向的往复直线运动。进给运动为工件在纵向、横向以及圆周方向的间歇运动。 1-床身 2-下滑座 3-上滑座

4-圆工作台 5-滑枕 6-立柱

键槽插刀的种类如图所示，图 a为高速钢整体插刀，一般用于插削较大孔径内的键槽。图 b为柱形刀杆，在径向方孔内安装高速钢刀头，刚性较好，可用于加工各种孔径的内键槽。插刀材料一般为高速钢，也有用硬质合金的。