第三节 金属切削机床
金属切削机床是用切削加工或磨削加工的方法，切去毛坯上或工件上的余量，将其加工成合格零件的机器，实际上也就是制造零件的机器，称为“工作母机”或“工具机”。
一、金属切削机床的分类
机床品种、规格繁多，为了便于区分、使用和管理，必须对机床进行分类。
1． 按机床的加工功能分类
机床主要按其加工功能x使用的刀具进行分类。根据国家制定的《金属切削机床型号编制方法》（GB/T15375—1994），目前将机床分为1
1类，见表10-1，此为最基本的分类方法。
表10-1 金属切削机床分类及代号
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类 型
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车床
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钻
床
|
镗
床
|
磨 床
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齿8加工机床
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螺纹加工机床
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铣床
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刨插
床
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拉床
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锯
床
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其它
机床
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代号
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C
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Z
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T
|
M
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2M
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3M
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Y
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S
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X
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B
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L
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G
|
Q
|
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读音
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车
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钻
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镗
|
磨
|
2磨
|
3磨
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牙
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丝
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铣
|
刨
|
拉
|
割
|
其
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2．按机床的通用性分类
⑴ 通用机床 这一类机床通用性强，加工范围广，可用于多种零件的不同表面加d。如卧式车床、万能外圆磨床、万能铣床等。
⑵ 专门化机床 它的加工范围较窄，针对一类或几类零件的一道或几道特定工序的加工，如凸轮磨床、丝杠车床等。
⑶ 专用机床 加工范围最d，专门针对某一类零件的某一特定工序。例如加工机床主轴箱体孔的专用镗床、加工各类典型零件的组合机床等。
3．按机床的自动化程度分类
可分为手动、机动、半自动、自动机床。
4．按机床的工作精度分类
可分为普通机床、精密机床、高精密机床等。
5．按机床的质量和尺寸分类
可分为仪表机床、中型机床、大型机床（质量大于10t）、重型机床（质量大于30t）和超重型机床（质量大于100t）。
二、金属切削机床型号的编制方法
机床型号是用来表明机床的类型、通用特性（表10-2）、结构特性、主要技术参数等。按GB/T15375—1994规定，我国的机床型号是用一组汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律排列而成的。它适应于各类通用机床和专用机床型号的方法。机床型号表示方式如下：
(△) ○ (○) △ △ △ (×△) (○) △ △
企业代号
其它特性代号
重大改进顺序号
主轴数或r二主参数
主参数或设计顺序号
系代号
组代号
通用特性、结构特性代号
类代号
分类代号
注：1。有“（）”的代号或数字，若无内容时则不表示，若有内容时则不带括号。
2．有“○”符号者，为大写的汉语拼音字母。
3．有“△”者为阿拉伯数字。
4．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。
1呕床类、组、系的划分及其代号
机床的类别用汉语拼音大写字母表示。例如，“车床”的汉语拼音是“Che Chuang”,所以用“C”表示。机床的类别代号见表10-1。
机床的组别和系别代号帕轿皇字表示。每类机床按其结构性能及使用范围划分为10个组，用数字0—9表示。每组机床又分为若干个系（系列）。机床的类、组划分详见表10-2。
2．机床的特性代号
机床的特性代号表示机床所具有的特殊性能，包括通用特性和结构特性。当某类型机床除有普通型外，还具有表10-3所列的某种通用特性时，在类别代号之后加上相应特性代号。例如“CK”表示数控车床。
3．机床主参数、第二主参数和设计顺序号
机床的技术参数是表示机床尺寸大小及加工能力的各种数据。它包括：主参数、第二
10-2金属切削机床类、组划分
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类
别
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组 别
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0
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1
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2
|
3
|
4
|
5
|
6
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7
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8
|
9
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车 床
C
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仪表车床
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单轴自动车床
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多轴自动、半自动车床
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回轮、转塔车床
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曲轴及凸轮轴车床
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立式车床
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落地及卧式车床
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仿形及多刀车床
|
轮、轴、辊、锭及铲齿车床
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其它车床
|
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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
|
钻铣床
|
中心孔钻床
|
其它钻床
|
|
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
|
其它镗床
|
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磨 床
M
|
仪;磨床
|
外圆磨床
|
内圆磨床
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砂轮机
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坐标磨床
|
导轨磨床
|
刀具刃磨床
|
平面及端面磨床
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曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床
|
工具磨床
|
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磨 床
2M
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超精机
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内圆珩磨机
|
外圆及其它珩磨机
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抛光机
|
砂带抛光及磨削机床
|
刀具刃磨及研磨机床
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可转位刀片磨削机床
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研磨机
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其它磨床
|
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磨 床
3M
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|
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
|
|
叶片磨削机床
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滚子加工机床
|
钢球加工机
|
气门、活塞及活塞环磨削机床
|
汽车拖拉机修磨机
|
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齿轮加工机 床Y
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仪表齿轮加工机床
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锥齿轮加工机床
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滚齿及铣齿机床
|
剃齿及珩齿机床
|
插齿机
|
花键轴铣床
|
齿轮磨齿机
|
其它齿轮加工机床
|
齿轮倒角及检查机
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螺纹加工 机床
S
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|
|
|
套丝机
|
攻丝机
|
|
螺纹铣床
|
螺纹磨床
|
螺纹车床
|
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铣 床
X
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仪表铣床
|
悬臂及滑枕铣床
|
龙门铣床
|
平面铣床
|
仿形铣床
|
立式升降台铣床
|
卧式升降台铣床
|
床身铣床
|
工具铣床
|
其它铣床
|
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刨插床 B
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悬臂刨床
|
龙门刨床
|
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插床
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牛头刨床
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边缘及模具刨床
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其它刨床
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拉 床
L
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侧拉床
|
卧式外拉床
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连续拉床
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立式内拉床
|
卧式内拉床
|
立式外拉床
|
键槽、轴瓦及螺纹拉床
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其它拉床
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锯 床
G
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砂轮片锯床
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卧式带锯床
|
立式带锯床
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圆锯床
|
弓锯床
|
锉锯床
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其它加工机 床
Q
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仪表机床
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管子加工机床
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木螺钉加工机床
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刻线机
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切断机
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多功能机床
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主参数、主要工作部件的尺寸（如工作台面）、主要工作部件的移动行程范围（如加工中心主轴或工作台沿长、宽、高三个方向的移动范围）等。
机床主参数代表机床规格的大小，用折算值（主参数乘以折算系数）表示。某些通用机床，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。第二主参数一般是指主轴数、最大跨距、最大工作长度、工作台工作面长度等。
表10-3 机床通用特性代号
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通用
特性
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高精度
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精密
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自动
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半自
动
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数控
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加工中心（自动换刀
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仿形
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轻型
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加重型
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简式或经济型
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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
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高
|
密
|
自
|
半
|
控
|
换
|
仿
|
轻
|
重
|
简
|
柔
|
显
|
速
|
4．重大改进顺序号
机床的重大改进顺序号用26个字母（去nI、O）并根据先后次序来表示。
5．其他特性代号
用/和1、2、3……等顺序号或汉语拼音字母来表示。
6. 企业代号
用上级规定的企业代号表示。
有些型号中，当不e要表达某部分内容时，则将表示出来。
例如MG1432A型高精度万能外圆磨床
M G 1 4 32 A
类别代号(磨床类)
通用特性(高精度)
组别代号(外圆磨床组)
系别代号(万能外圆磨床系)
主参数(最大磨削直径320mm)
重大改进顺序号
三、常用机床
1．车床
图10-11 卧式车床
1—变速箱 2—主轴变速受柄 3—进给箱 4—挂轮箱 5—主轴箱 6—三爪卡盘 7—刀架 8—尾架 9—丝杠10—光杠 11—操纵杆12—床身13—床腿14—溜板箱
车床是使工件与主轴一起旋转、主要用车刀切削的机床。车床是切削加工中应用最为广泛的机床，在一般机械制造厂，车床占机床总数的20%—35%。车床的种类很多，常用的有：卧式车床（如图10-11）、立式车床、转塔车床、自动和半自动车床等，其中卧式车床应用最为广泛，约占车床类机床总数的60%。
车床类机床主要用于加工各种回转表面，如图10-12所示。在车床上使用的刀具，主要是各种车刀，有些车床还可以采用各种孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、铰刀等）和螺纹刀具（丝锥、板牙）进行加工。
图10-12卧式车床所能加工的典型表面
(a)车外圆 (b)钻孔 (c)镗孔 (d)铰孔 (e)镗锥孔 (f)车端面 (g)切槽 (h)车螺纹 (i)滚花 (j)车大锥度锥面 (k)车小锥度锥面 (l)打中心孔 (m)车成形面 (n)攻螺纹 (o)倒角
2．铣床
图10-13 卧式升降式铣床
１—床身 2—悬梁 3—刀杆 4—工作台 5—滑座 6—支架 7—升降台 8—底座
铣床是用回转多刃刀具对工件进行切削加工的机床，应用于几乎所有的机械制造及修理部门。铣床类机床常用的有：卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床。这类机床主要加工平面和沟槽。图10-13所示为卧式升降台铣床，该机床主要使用带孔铣刀、带柄铣刀由于刀具种类较多，铣削形式多样，加之配有较多的机床附件，扩大了这类机床的加工范围。普通升降台铣床具有较高的通用性和生产效率，在金属加工中应用极为广泛，这类机床主要适用加工中小型零件，而大型零件常用龙门铣床加工。铣削加工应用如图10-14所示。
3．刨床
刨床类机床常用的有：牛头刨床、龙门刨床和插床，该类机床主要用来加工各种平面和直线型沟槽。机床的主运动和进给:动均为直线运动。图10-15所示为牛头刨床，主要加工中小型零件；而大型零件则需要在龙门刨床上加工（图10-16所示）。
切断
(a)圆柱铣刀铣平面 (b)端铣刀铣平面 (c)立-刀垂直面 (d)立铣刀铣开口槽
铣成形面
(e)错齿三面刃铣刀铣直槽 (f)组合铣刀铣垂面 (g)T形槽铣刀铣槽 (h)锯片铣刀
铣半圆槽
(i)角度铣刀铣V形槽 (j)燕尾槽铣槽 (k)键槽铣刀铣槽 (l)球头铣刀 (m)半圆槽铣刀
图10-14 铣削
加工应用 
图10-15 牛头刨床
1—刀架 2—转盘 3—滑枕 4—床身 5—横梁 6—工作台
图10-16 龙门刨床
1、8— 左右侧刀架 2 —i梁 3、7—立柱 4—顶梁 5、6—垂直刀架 9—工作台 10—床身
4．钻床
钻床是指主要用钻头在工件上加工孔的机床。在钻床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔等。钻床类机床常用的有：立式钻床（图10-17）、摇臂钻床（图10-18）、台式钻床等。钻床主要对各类零件上的孔进行加工，如图10-19所示。钻床上常用的刀具是麻花钻，在加工时，工件不动，钻床主轴带动麻花钻作主切削运动，同时沿轴向移动，完成进给运动。
1—底座 2—工作台 3—主轴箱 4—立柱 5—手柄
图10-17立式钻床
1—底座 2—内立柱 3—外立柱 4—摇臂 5—主轴箱 6—主轴
图10-18摇臂钻床
(a)钻孔 (b)扩孔 (c)铰孔 (d)攻螺纹 (e) 锪埋头孔 (f)锪埋头孔 (g) 锪端面
图10-19 钻床上的加工
5．镗床
镗床是孔加工类机床，主要用旋转的镗刀镗削箱体、机架类零件上已铸出的孔或粗钻出的孔及孔系。镗床主要分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床。卧式镗床（图10-20所示）应用较为广泛，可以使用多种刀具进行孔的加工和平面加工（图10-21），易于保证箱体或支座类零件上孔和平面的位置精度要求。
6．磨床
用磨料或磨具（砂轮、砂带、油石）对工件表面进行加工的机床通称为磨床。磨床适应于各种零件表面（内外圆柱面、圆锥面、平面、齿轮齿形表面等）的精加工，加工材料范围广泛，磨床的种类很多，在金属切削机床中占的比例较高（30%～40%）。最常用的磨床有：万能外圆磨床（图10-22）、内圆磨床、平面磨床。常用的磨具是砂轮，工作台和砂轮架的移动由液压系统来实现。
图10-20 卧式镗床
１—床身 2—下滑座 3—上滑座 4—尾架 5—后立柱 6—工作台 7—镗轴 8—平旋盘 9—径向刀架 10—前立柱 11—主轴箱
图10-21 卧式a床的主要工作
(a)镗孔 (b)镗大孔 (c)车端面 (d)钻孔 (e)铣端面 (f)铣组合面 (g)车内螺纹
四、组合机床
组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础f配以少量（约占1/4）专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的专用机床，是一种适用于大批量生产的高效自动化机床。它具有专用机床的结构简单、生产率高和自动化程度较高的优点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。
一般组合机床中有70%—90%的通用零部件，如果改变加工对象，组合机床可部分或全部地改装，其中通用零部件又可重新应用，只需配制部分专用部件，组成新的组合机床。即使=专用部件，其中也有许多零件是标准件，因此在一台组合机床中，需要设计的专用零件数量就相当少。
1．组合机床的组成
如图10-23所示是一个典型的组合机床，其中动力箱、滑台、立柱、中间底座、侧底座、立柱底座等部件都是通用部件，而夹具、多轴箱是专用部件。
通用部件是组成组合机床的基础。按功能不同，通用部件可分为动力部件、支撑部件、输送部件、控制部件和辅助部件。
图10-22 普通外圆磨床
１—床身 2—头架 3—工作台 4—内圆磨具 5—砂轮架 6—滑鞍 7—尾座 8—脚踏操纵板 9—横向进给手轮
⑴ 动力部件 用于传递动力，使机床实现主运动、进给运动及其他辅助运动。如动力箱、滑台、主轴部件等。
⑵ 支撑部件 用于安装夹具、动力部件、输送部件等，使各部件间保持相对位置关系，如底座、立柱等。
⑶ 输送部件 具有定位和夹紧装置，用于安装工件并运送到预定工位的通用部件。在多工位组合机床上,它完成工件和夹具的转动或移动，以实现多工位加工，如回转工作台及多工位移动工作台。
⑷ 控制部件 用于控制组合机床正常运行的部件，包括可编程控制器、液压传动部件、分级进给机构、自动检测装置、操纵控制台、电气控制柜等。
⑸ 辅助部件 包括排屑装置、润滑装置、冷却装置、机械扳手等。
2．组合机床的配置
生产中，根据被加工工件工艺要求，可将组合机床的通用部件和专用部件组合起来，配置成各种形式的组合机床。按工位数的不同，可以分为单工位组合和多工位<合两大类。
⑴ 单工位组合机床 图10-24是单工位配置的组合机床。在这种机床上加工时，工件安装在固定夹具里不动，由动力部件移动来完成各种加工。这类机床通常只能对各个加工部位同时进行一次加工，因而能够保证各个加工面有较高的相互位置精度，适应于大中型箱体件的加工。
根据加工表面的分布情况，单工位组合机床有卧式、立式、倾斜式和复合式。
⑵ 多工位组合机床 多工位组合机床有两个或两个以上的加工工位，如图10-25所示。工件及其夹具由输送部件依次送到各加工位置，能对加工部件进行多次加工（以便在各个工位上完成同一加工部件的多工步加工或不同部件的加工，从而完成一个或数个表面的较复杂的加工工序）。这种机床通常设有单独的装卸工位，能使辅助时间和机动时间重合，因而它的生产率较。这种机床适用于大批大量生产中各种形状较复杂的中、小型零
图10-23 组合机床示意图
件。图10-25为中央立柱式组合机床，用绕竖直轴间歇转位的环行回转工作台输送工件，其工位数一般为3、4、5、6、8、10、12个。
图10-24 单工位组合机床的配置 图10-25 多工位组合机床的配置
组合机床有非常广泛的工艺范围，可以完成下列工艺内容：铣平面、锪平面、车平面、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车槽和攻螺纹，另外还可以完成车外圆、拉削、推削、珩磨、抛光等，也可以完成热处理、自动装配和自动测量等工序。组合机床最适合加工如汽缸体、o缸盖、变速箱体、变速箱盖等箱体类零件，广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪表及轻工机械等大批大量生产的部门。
组合机床与专用机床和通用机床相比,有如下特点:
⑴ 组合机床中有70%～90%的通用零、部件，而这些零部件是经过精心设计和长期生产实践考验的，所以工作稳定、可靠；
⑵ 设计组合机床时，对于通用的零部件主要是选用，仅需要设计少量专用的零部件，所以设计周期短、成本低；
⑶ 当被加工对象改变时，它的通用零部件可重新利用，组合成新的组合机床，便于产品的更新。
五、数控机床与加工中心
（一）数控机床
数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过专用或通用的电子计算机控制的机床。它是综合应用了计算机、微电子、自动化和精密测试等技术的最新成就而发展起来的 ，是一种灵活而高效的自动化机床。它已成为现代机床的重要发展方向。数控技术水平的高低，数控机床拥有量的多少已经成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。
1．数控机床的工作原理
数控加工不需工人直接操作，但机床必须执行人的意图。操作者首先按照加工零件图的要求，编制加工程序。用规定的代码和程序格式，把人的意图转化为数控机床能接受的信息。把这种信息记录在信息载体上（例如穿孔带、磁带或磁盘）或通过网络传递，输送给数控装置。数控装置对输入的信息进行处理后，向机床各坐标的伺服系统发出数字信息命令，驱动机床相应的运动部件（如刀架、工作台等），并控制其它的褡鳎ㄈ绫渌佟⒒坏丁⒖停冷却泵等），自动地加工出符合图样要求的工件。数控机床加工零件的过程如图10-26所示。
毛坯
工件
图10-26 数控机床加工零件过程
2．数控机t的组成
⑴ 数控装置 数控装置是数控机床的控制中心，一般由一台通用或专用微型计算机充任。按其功能分为输入装置、控制运算和输出装置。
控制软件一般由键盘输入（再线编程）或由通用计算机编程后经网络由数控系统输入。信息输入后，经过识别与译码，作为控制与运算的原始依据送
到控制运算器。控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算，并将控制命令送往输出装置。输出装置控制运算器发出的控制命令送到伺服系统，经功率放大后，驱动机床 出相应的动作。
数控装置一般有两大类型：专用数控装置（简称NC数控装置）和通用数控装置（简称CNC数控装置）。目前，数控机床大多采用通用数控装置。
⑵ 伺服系统 伺服系统是数控机床的执行机构，包括驱动和执行两大部分。伺服系统接受数控装置的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床的运动部件运动或执行部件动作，以加工出符合要求的零件。
目前，伺服系统常用的驱动装置有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机，后两者都带有光电编码器等位置测量元件，可实现闭环控制。
⑶ 机床本体 机床本体就是数控机床上完成各种切削加工的机械部分，它是数控机床的主体，具家韵绿氐悖
① 采用高性能的主轴及伺服传动系统，机械传动部分的结构简单，传动链较短；
② 具有较高的刚度、阻尼及耐磨性；
③ 一般采用高效率传动f件，如滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等。
除上述三个主要部分外，数控机床还有一些辅助装置和附属设备，如电器、液压、气动系统，冷却、排屑、f滑、照明、储运装置，以及编程机、对刀仪等。
3．数控机床的特点
⑴ 具有较强的适应性和通用性 数控机床的加工对象改变时，只需要重新编制相应的程序，程序输入计算机后就可以自动地加工所需工件的相应表面。
⑵ 具有更高的加工精度和稳定的加工质量 数控机床是以数字形式给出的指令脉冲进行加工的，避免了人工操作造成的误差。同一批加工的零件一致性好，加工质量稳定。目前数控系统的最小设定单位普遍达到了0.001mm，进给6动链的反向间隙、丝杠导程误差以及磨损径向误差等均可由数控装置进行补偿，所以可获得较高的加工精度。
⑶ 具有较高的生产率 数控机床的快速6动和定位采用了加速与减速措施，选用了很高的空行程运动速度，因而消耗在空行程和定位上的时间比较少，有效地节省了辅助时间。因为数控机床的功率和刚度都比普通机床高，允许进行大切削用量的强力切削。可充分发挥它刀具的切削性能，有效地缩短切削时间。
⑷ 改善了劳动条件 数控加工时，工人不需要直接操作机床，而是编好程序调整好机床后由数控系统来控制机床，免除了繁重的手工操作。而且，数控机床四面都有防护<，不用担心切屑的飞溅伤人。
⑸ 便于现代化的生产管理 用计算机管理生产是实现管理现代化的重要手段。数控机床的切削用量和切削条件、切削时<等是由预先编好的程序决定的，这就便于准确地编制生产计划，为计算机管理生产创造了有利条件。
4．数控机床的分类
数控机床的品种、规格繁多。按伺服系统的类型，可以分为开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环伺服系统三类；按刀具（或工件）进给运动轨迹，可分为点位控制、直线控制和轮廓控制三类；按同时控制的坐标轴数，可分为两坐标、三坐标及多坐标数控机床等。
一般数控机床和通用机床一样，有数控车、铣、钻、镗、磨等。其中每类又有很多品种，例如数控铣床中有立铣、卧铣、龙门铣等。
（二）加工中心
加工中心比数控机床有更高集成度。往往配有刀库、换刀机械手、交换工作台、多动力头等装置。在程序控制下，可以方便地在一次安装中执行多工序作业，实现了工序的最高集成。加工质量，尤其是表面间的y置精度得到了更好的保证。由于工件装夹、换刀、对刀等辅助时间大为减少，生产效率也大为提高。
如图10-27所示，JCS-018A型立式加工中心是一台具有自动换刀装置的小型数控立式镗铣床，它采用了FANUC-BESK 6ME数控系统。该加工中心在工件一次装夹后，可以自动连续地完成铣、钻、铰、扩、锪、攻螺纹等多种类型的切削加工。故适应于小型板类
图10-27 JCS-018A型立式加工中心
１—X轴直流伺服电机 2—换刀机械手 3—数控柜 4—盘式刀库 5—主轴箱 6—操作面板 7—电源柜 8—工作台 9—滑座 １0—床身
盘类、壳类、模具等零件的多品种、小批量加工。该加工中心可实现高速定位、强力切削；自动换刀装置结构简单、换刀可靠；FANUC控制系统具有体积小、故障率低、可靠性高、操作方便等特点。
加工中心具有下列特点：
1．集中加工
在一台机床上以一种加工方法为主，并将其它加工方法集成进来，即集中了铣削、镗削、车削、钻削等部分功能，集中了平面加工、外圆表面加工、孔加工和成形表面加工等部分功能。
2．自动换刀
按预定加工程序，自动地把各种刀具换到主轴上去，把用过的刀具换下来插入到刀库中规定的位置。为此，设置了刀库、换刀机械手等装置。
3．具有数控机床的所有特点
加工中心是在数控机床的基础上发展起来的。所以，它具p数控机床的所有特点，例如具有高刚度、高精度、高可靠性、高效率等。
数控机床与加工中心已广泛应用于飞机、汽车、船舶、家电、通信设备的制p过程中。
目前数控加工技术在我国应用不是十分普及，主要原因是：
⑴ 数控加工设备成本高，特别是起始阶段投入较大。
⑵ 数控加工技术是机电一体化的技术密集型的高新技术，对操作人员在使用和维修等方面的技术水平要求较高。
⑶ 加工过程中难以手动调整。
