任务1.1.2　机床调整与加工

2026年07月26日

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任务1.1.2　机床调整与加工

机床运动的分类

一、机床的运动分析

由金属切削机床的概念可知，各种类型的机床在进行切削加工时，应使刀具和工件做一系列的运动。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、精度和表面粗糙度的工件。如图1.1.6 所示，以车床车削圆柱表面为例，在工件安装于三爪自定心卡盘并启动之后，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d，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为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，分为表面成形运动和辅助运动两类。

1.表面成形运动

图1.1.6　车削圆柱面过程中的运动

Ⅰ、Ⅴ—成形运动；Ⅱ、Ⅲ—快速趋近运动；Ⅳ—切入运动；Ⅵ、Ⅶ—快速退回运动。

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1.1.6 所示，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、所采用的加工方法及刀具结构有关。如图1.1.7（a）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 和刨刀的横向及垂向运动x1 及x2；如采用成形刨刀加工，则成形运动只需纵向直线移动v，如图1.1.7（b）所示。

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。直接切除毛坯上的被切削层，使之变为切屑的运动（形成切削速度的运动），称为主运动。例如，车床上工件的旋转，钻、镗床上刀具的旋转及牛头刨床上刨刀的直线运动等都是主运动。主运动速度高，消耗大部分机床动力。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都是进给运动。进给运动速度较低，消耗机床动力很少，如卧式车床的进给功率仅为主电动机功率的1／30～1／25。

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主运动，也可能没有主运动，如图1.1.7（b）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。

图1.1.7　刨削成形面

2.辅助运动

除了表面成形运动以外，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1.1.6 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、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、切入、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，多工位工作台和多工位刀架的周期换位，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，机床的启动、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。总之，除了表面成形运动外，机床上其他所需的运动都属辅助运动。

二、机床传动系统分析

机床传动系统图

CA6140 型卧式车床传动系统图如图1.1.8 所示，机床传动系统由主运动传动链、车螺纹传动链、纵向进给运动传动链、横向进给运动传动链及快速运动传动链组成。

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。

1.主运动传动链分析

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。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，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2 ×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 种高转速。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u2、u3 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。所以，主轴总转速级数为2 ×3 +2 ×3（2 ×2-1）＝24 级，这24 级主轴转速可分解为4 段6 级，即1 段高转速、3 段中低转速，每段6 级。

这24 级正转转数分别为10 r／min、12.5 r／min、16 r／min、20 r／min、25 r／min、32 r／min、40 r／min、50 r／min、63 r／min、80 r／min、100 r／min、125 r／min、160 r／min、200 r／min、250 r／min、320 r／min、400 r／min、450 r／min、500 r／min、560 r／min、710 r／min、900 r／min、1 120 r／min、1 400 r／min。

同理，主轴反转时，只能获得3 +3 ×（2 ×2-1）＝12 级转速。

主轴的转速可按下列运动平衡式计算：

式中，ε 为Ⅴ带轮的滑动系数，可取ε ＝0.02；uⅠ-Ⅱ为轴Ⅰ和轴Ⅱ间的可变传动比，其余类推。

例如，图1.1.7 所示的齿轮啮合情况（离合器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.车螺纹进给运动传动链分析

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。

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L（mm），CA6140 型普通车床上用的丝杠是米制丝杠。由此可列出车削螺纹传动链的运动平衡方程式为：

式中，u主轴-丝杠为从主轴到丝杠之间全部传动副的总传动比；L丝为机床丝杠的导程，CA6140 型车床L丝＝12 mm；L 为被加工工件的导程（mm）。

（1）车削米制螺纹

米制螺纹反映螺纹形状的主参数是螺纹的导程（螺距）L，而CA6140 型普通车床采用米制螺纹的丝杠螺母机构驱动刀架。

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，再经圆柱齿轮换向机构33／33（车左螺纹时，经33／25 ×25／33）传动轴Ⅺ，再经挂轮63／100 ×100／75 传到进给箱中轴Ⅻ，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ⅩⅢ，由轴ⅩⅢ和ⅩⅣ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ⅩⅤ，再经增倍变速组传至轴ⅩⅦ，最后经齿式离合器M5、传动丝杠ⅩⅧ，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：

式中，L 为螺纹导程（对于单头螺纹为螺距P），单位为mm；u基为轴ⅩⅢ—ⅩⅥ间基本螺距机构的传动比；u倍为轴ⅩⅤ—ⅩⅦ间增倍机构的传动比。

将上式化简后得：

进给箱中的基本变速组为双轴滑移齿轮变速机构，由轴ⅩⅢ上的8 个固定齿轮和轴ⅩⅣ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u基1 和u基5 外，其余的6 个传动比组成一个等差数列。改变u基的值，就可以车削出按等差数列排列的导程组。上述变速机构是获得等差数列螺纹导程的基本变速机构，故通常称其为基本螺距机构，简称基本组。进给箱中的增倍变速组由轴ⅩⅤ—ⅩⅦ轴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u倍的值，可将基本组的传动比成倍地增加或缩小，这个变速机构用于扩大机床车削螺纹导程的种数，一般称其为增倍机构或增倍组。把u基和u倍的值代入上式，得到8 ×4 ＝32 种导程值，其中符合标准的有20 种，见表1.1.5。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。

③扩大导程传动路线。

从表1.1.5 可以看出，此传动路线能加工的最大螺纹导程是12 mm。如果需车削导程大于12 mm 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，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：

表1.1.5　CA6140 型普通车床米制螺纹导程Lmm

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：

而正常螺纹导程时，主轴Ⅵ到轴Ⅸ的传动比为u ＝＝1 ，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，通常将这套机构称作扩大螺距机构。CA6140 型车床车削大导程米制螺纹时，最大螺纹导程为：

（2）车削非标准螺纹和较精密螺纹

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M3、M4、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，挂轮的换置公式为

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分析

机动进给传动链主要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板箱传动的。其传动路线表达式如下：

溜板箱中由双向牙嵌式离合器M8、M9 和齿轮副组成的两个换向机构，分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。利用进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，以及进给传动链的不同传动路线，可获得纵向和横向进给量各64 种。

纵向和横向进给传动链两端件的计算位移为：

纵向进给：主轴转1 转，刀架纵向移动f纵（mm）；

横向进给：主轴转1 转，刀架横向移动f横（mm）。

（1）纵向机动进给传动链

CA6140 型车床纵向机动进给量有64 种。

正常进给量：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（0.08～1.22 mm／r）32 种。这时的运动平衡式为：

将上式化简可得：

较大进给量：当运动由主轴经英制螺纹传动路线时，可获得较大进给量（0.86～1.59 mm／r）8 种。这时的运动平衡式为：

将上式化简可得：(https://www.daowen.com)

加大进给量：当主轴转速为10～125 r／min（12 级低转速）时，运动经扩大螺距机构及英制螺纹传动路线传动，可获得16 种供强力切削或宽刀精车用的加大进给量，1.71～6.33 mm／r。

精细进给量：当主轴转速为450～1 400 r／min（6 级高转速其中500 r／min 除外）时（此时M2 脱开，主轴由轴Ⅲ经齿轮副直接传动），运动经缩小螺距机构及米制螺纹传动路线传动，可获得8 种供高速精车用的细进给量，0.028～0.054 mm／r。

（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。

三、机床的调整与操作

1.车床的操作

车床在操作前应先熟悉卧式车床的传动系统框图，如图1.1.9 所示。电动机输出的动力，经变速箱通过带传动传给主轴，更换变速箱和主轴箱外的手柄位置，得到不同的齿轮组啮合，从而得到不同的主轴转速。主轴通过卡盘带动工件做旋转运动。同时，主轴的旋转运动通过换向机构、交换齿轮、进给箱、光杠（或丝杠）传给溜板箱，使溜板箱带动刀架沿床身做直线进给运动。

图1.1.9　卧式车床传动系统框图

操作开机前，应先检查各手柄位置是否处于正确的位置，无误后方可进行开车。车床操作步骤及要点如下：

①主轴箱变速的操作。

正确变换主轴转速。拨动变速箱和主轴箱外面的变速手柄，可得到各种相对应的主轴转速。当手柄拨动不顺利时，用手稍转动卡盘即可。

②进给箱的操作。

正确变换进给量。按所选的进给量查看进给箱上的标牌，再按标牌上的指示变换进给手柄位置，即得到所选定的进给量。

③溜板箱的操作。

熟悉和掌握纵向与横向手动进给手柄的转动方向。左手握纵向进给手轮，右手握横向进给手轮。分别顺时针和逆时针旋转手轮，操纵刀架和溜板箱的移动方向。

熟悉和掌握纵向或横向机动进给的操作。光杠或丝杠接通手柄位于光杠接通位置上，将纵向机动进给手柄压下即可纵向进给，如将横向机动进给手柄向上提起即可横向机动进给。机动进给手柄复位后，则可停止纵、横向机动进给。

熟悉和掌握床鞍、中滑板、小滑板的刻度值。床鞍一小格为0.5 mm，中滑板一小格为0.02 mm，小滑板一小格为0.05 mm。

④刀架的操作。

当刀架上同时安装多把刀具时，应熟练掌握其换刀方法，逆时针转动刀架手柄，刀架可旋转；顺时针转动，则锁紧刀架。

⑤尾座的操作。

尾座在床身导轨面上移动，通过螺栓螺母固定。调整上下螺母位置，使尾座的锁紧力适当。转动尾座套筒手轮，可使套筒在尾架内移动，CA6140 型卧式车床尾座套筒手轮转动一周，套筒进给5 mm。转动尾座锁紧手柄，可将套筒固定在尾座内。

2.实心轴的加工与检验

车削实心轴零件的具体操作步骤如下：

①用三爪卡盘夹持工件，夹持长度约35 mm，稳定可靠；

②将45°车刀安装在方刀架上，调整刀尖与车床主轴中心等高；

③车床开启，主轴转速调到400 r／min，车右端面；

④粗车外圆

⑤停车，将主轴转速调到560 r／min，半精车外圆

⑥倒角C2；

⑦换4 mm 宽切槽刀，安装在方刀架上，调整刀尖与车床主轴中心等高；

⑧车槽4 ×2；

⑨用游标卡尺测量尺寸；

⑩用粗糙度对照样板检验粗糙度。

四、机床的工装

车削加工示例

1.车刀的安装

（1）车刀在刀架上的安装

采用正确的方法安装车刀，会保证刀具的耐用度，延长刀具使用寿命，从而使切削更加顺利，提高生产效率。具体安装时的注意事项如下：

①车刀伸出刀架的长度要适宜，不能伸出刀架太长。因为车刀伸出过长，刀杆刚性相对减弱，容易在切削中产生振动，影响工件加工精度和表面粗糙度，刀尖磨损加速。若刀杆伸出过短，在切削中不便于清理切屑，甚至由于切屑积塞而影响正常加工。一般车刀伸出的长度不超过刀杆高度的1～1.5 倍，如图1.1.10 所示。

图1.1.10　车刀的安装

（a）正确；（b）错误

②车刀在刀架上固定好以后，刀尖应与车床主轴中心线等高（工件中心）。车刀安装得过高或过低都会引起车刀角度的变化而影响切削。如车刀装得太高，后角减小，后刀面与工件加剧摩擦；装得太低，前角减小，切削不顺利，会使刀尖崩碎。根据经验，粗车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍高一些；精车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍低一些，但这要根据工件直径的大小来决定，无论装高或装低，一般不能超过工件直径的1%。

③车刀安装时，刀杆应与刀架外侧对齐，不应贴紧刀架内侧，以避免车削过程中刀架与卡盘相碰撞的事故发生。刀头位置左右倾斜会影响车刀角度，当刀头向左倾斜时，主偏角变小，副偏角增大；若刀头向右倾斜，则主偏角增大，副偏角变小。在安装车刀时，应根据情况进行调整。

④车刀下面用的垫片要平整、规范，长短应一致；并尽可能用厚垫片，以减少垫片数量，一般只用2～3 片即可。如垫片数量太多或不平整，会使车刀产生振动，影响切削。安装时，应注意垫片要与刀架前端面平齐，如图1.1.10 所示。

⑤车刀装上后，要紧固刀架螺钉，至少要紧固两个螺钉。紧固时，用刀架扳手轮换逐个拧紧。

（2）对刀方法

①试切法。

试切法一般在粗车时经常采用，首先凭经验通过目测使刀尖对正工件中心，然后紧固刀具，在端面上进行试切。不论刀尖位置高低，都会在近工件中心处留有凸台，再调整刀尖的位置，使凸台平直地被切去，刀尖便对正了工件的中心。

②尾座顶尖法。

在尾座上安装好顶尖后，顶尖中心与主轴中心等高，因此，常采用刀尖对正顶尖中心的方法安装车刀，如图1.1.11 所示。

图1.1.11　根据顶尖中心对刀

③测量法。

通过钢直尺等量具，测量好车床主轴中心至中滑板导轨面的高度，安装车刀时，用钢直尺测量刀尖高度，以保证车刀刀尖对正主轴中心。

④其他方法。

除上述几种方法外，还可采用画线法、辅助工具对中心等方法进行车刀安装。

总之，车刀对中心的方法很多，在安装时，应根据具体情况灵活运用。

（3）尾座上工具的安装

尾座可用于安装顶尖、钻夹头、钻头等工具及刃具。安装时，应注意所安装工具、刃具锥柄锥度规格是否与尾座套筒锥孔的锥度规格相同，若相同，便可直接把其装入尾座锥孔内；当两者规格不同时，可在锥柄处装一个与尾座套筒相同的过渡锥套，再将其装入尾座中。

2.夹具的安装

（1）三爪自定心卡盘装卸

三爪自定心卡盘是连接并安装在主轴上的，用来装夹工件并带动工件随主轴一起旋转，从而实现车床的主运动。三爪自定心卡盘是车床上的常用夹具，常用的公制三爪自定心卡盘的规格为150 mm、200 mm、250 mm。

①三爪自定心卡盘的构造及装夹原理。

三爪自定心卡盘主要由壳体、三个卡爪、三个小锥齿轮、一个大锥齿轮、防尘盖板、定位螺钉及紧围螺钉等零件组成。利用卡盘扳手，转动圆周上的三个锥齿中的任一个时，通过啮合关系带动大锥齿轮旋转，大锥齿轮背面是平面螺纹，它又和卡爪端面的螺纹啮合，从而带动三个卡爪同时向中心移动，起到自定心装夹工件作用或远离中心移动退出，如图1.1.12所示。

图1.1.12　三爪自定心卡盘的构造

从机械结构上看，卡盘的三个锥齿具有相同功能，但是经过仔细检测，三个锥齿装夹工件的精度并不一样，相差也较大。其中有一个锥齿装夹工件的精度既高又稳定。在精度要求较高的机械加工中，应利用这一特性，使工件加工质量得到进一步保证。

②卡盘爪与卡盘的拆装。

三爪自定心卡盘有正、反两副卡爪，如图1.1.13 所示，还有一种装配式卡爪，只要拆下卡爪上的螺钉，即可调换正反爪。正卡爪用于装夹外圆直径较小或内孔直径较大的工件，一般卡爪伸出卡盘圆周不应超过卡爪长度的1／3；否则，会因卡爪背面螺纹与平面螺纹啮合较少，从而发生事故。反卡爪用于装夹外圆直径较大的工件，如图1.1.14 所示。但三爪自定心卡盘由于夹紧力不大，所以一般只适用于质量较小的工件，当质量较大的工件进行装夹时，宜用四爪单动卡盘或其他专用夹具。