1.1 金属切削机床

1.1.1 金属切削机床及其地位和作用

金属切削机床简称机床，它是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的一种机器，是制造机器的机器，又称为“工作母机”或“工具机”。在现代化机械制造工业中，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。在一般的机械制造中，机床所负担的加工工作量，约占机器制造总工作量的40%～60%，它的技术性能高低直接影响到机械产品的质量和制造经济性。

机械制造工业是制造各种机械设备及工具的工业部门，担负着为国民经济中各部门提供现代化技术设备及装备的重要任务。一个国家要实现工业、农业、国防、科学技术现代化，必须具有强大的机械制造业，而机床工业则是为机械制造业提供各种制造设备的“装备部”，是机械制造业的后盾。因此，机床工业在国民经济中占有重要地位，是整个国民经济发展的重要推动力，也是衡量一个国家经济实力的标志之一。

1.1.2 金属切削机床的发展概况

1. 金属切削机床的产生

早在18世纪中叶，就出现了现代机床的雏形。早期的机床采用蒸汽机作为动力，加工精度不高，如最早的气缸镗床的加工精度约为1mm。19世纪至20世纪初，机床的驱动源由蒸汽机改为电机，并一直延续至今。金属切削机床的出现，推动了社会生产力的发展，而工业的发展及不断涌现的科学技术成果又使机床工业本身得以不断发展。

2. 数控机床的产生和发展

为了有效地提高产品质量、生产效率、降低生产成本、改善工人的劳动条件，新型的数字程序控制机床应运而生。它极其有效地解决了在普通机床加工中存在的一系列缺点和不足，为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。

最早采用数字控制技术进行机械加工的思想，是在20世纪40年代提出的。当时美国北密执安的一个小型飞机工业承包商帕森斯公司（Parsons Corporation）在制造飞机框架及直升飞机叶片轮廓用样板时，利用全数字电子计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使加工精度达到± 0.0381mm。以当时的水平来看，是相当高的。

1952年，美国麻省理工学院研制出一套试验性数字控制系统，并把它装在一台立式铣床上，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床，是数控机床的第一代。但是这台机床毕竟是一台试验性的机床，到了1954年11月，在帕尔森斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix Cooperation）生产出来。

1959年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印制电路板，从而使数控机床跨入了第二代。同年3 月，由美国克耐·杜列克公司（Keaney &Trecker Corp）发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。现在加工中心已成为数控机床中一种非常重要的品种，在工业发达的国家中约占数控机床总量的1/4。

1960年，我国研制出了小规模集成电路。由于它的体积小、功耗低，使数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代。

以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统（NC）。

1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）。之后，美、欧、日等国也相继进行了开发和应用。

20世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell），它和FMS被认为是实现计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）的必经阶段和基础。

当今，数控技术已成为现代制造技术的基础，数控机床也已成为组成现代机械制造生产系统，实现设计（CAD）、制造（CAM）、检验（CAT）与生产管理等全部生产过程自动化的基本设备。数控技术水平的高低，数控机床拥有量的多少已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。

3. 我国数控机床的发展情况

我国从1958年开始研究数控技术，一直到20世纪60年代中期处于研制、开发时期。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。从20世纪70年代开始，数控技术在车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海、北京研制成功。但数控系统的可靠性、稳定性未得到解决，因而没能被广泛推广。在这一时期，数控线切割机床由于结构简单、使用方便、价格低廉，在模具加工中得到了应用和推广。20世纪80年代，我国从日本FANUC公司引进了部分系列的数控系统和直流伺服电机、直流主轴电机技术，以及从美、欧等国引进了一些新的技术，并进行了国产商品化生产。这些系统可靠性高、功能齐全，推动了我国数控机床稳定的发展，使我国的数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。

1995年以后，我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床、重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外技术的发展，北京机床研究所研制出了JCS-FMS-1.2型的柔性制造系统。这个时期，我国在引进、消化国外技术的基础上，进行了大量的开发工作。一些较高档次的数控系统（五轴联动），分辨率为0.002μm的高精度数控系统、数字仿形数控系统、为柔性单元配套的数控系统都开发出来了，并造出样机，开始了专业化生产和使用。

现在，我国已经建立了以中、低档数控机床为主的产业体系。20世纪90年代开始了高档数控机床的研发和生产。21世纪的到来，将为我国各种数控机床的开发、生产和应用，开辟更加广阔的前景，未来几十年，我国将成为数控机床的生产和使用大国。

1.1.3 金属切削机床的分类与编号

1. 机床的分类

按照机床的加工方式，使用的刀具及其用途，将机床分为11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、锯床及其他机床等。

按照工艺范围的宽窄（万能程度），机床可分为：通用机床、专门化机床、专用机床。通用机床的加工范围较广，可加工多种零件的不同工序。常见的有卧式车床、万能升降台铣床、卧式铣镗机床等。专门化机床用于加工不同尺寸的一类或几类零件的某一道（或几道）特定工序，如曲轴车床、凸轮轴车床、精密丝杠车床等。专用机床是为某一特定零件的特定工序所设计的，其工艺范围最窄。如加工机床主轴箱的专用镗床、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。

按照加工精度不同可分为：普通精度级、精密级和高精密级3种精度等级的机床。

按照自动化程度的不同可分为：手动、机动、半自动和自动机床。

按照机床的质量和尺寸不同可分为：仪表机床、中型机床、大型机床（质量达到10t）、重型机床（质量在30t以上）、超重型机床（质量在100t以上）。

2. 机床型号的编制方法

机床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。下面介绍的是我国1997年颁布的标准GB/T16768—1997中《金属机械机床型号编制方法》的部分内容。

（1）型号表示方法。通用机床的型号由基本部分和辅助部分组成。基本部分统一管理，辅助部分由生产厂家自定。型号的构成如下：

其中：

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，为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。

（2）机床类、组、系的划分及其代号。为了便于区别、管理和使用机床，在国家制订的机床型号编制方法中，机床的类代号，用大写的汉语拼音字母表示。普通机床类别代号如表1-1所示。

每类机床划分为10个组，每个组又划分为10个系（系列）。在同类机床中，主要布局和使用范围基本相同的机床，即为同一组；在同一组机床中，其主参数相同，主要结构及布局形式相同的机床为同一系。

机床的组、系代号用两位阿拉伯数字表示，位于类代号和通用特性代号、结构特性代号之后；机床的系，用一位阿拉伯数字表示，位于组代号之后。

各类金属切削机床类、组划分如表1-2所示。

（3）通用特性代号、结构特性代号。通用特性代号有统一的固定含义，它在各类机床型号中所表示的意义相同。当某类机床除有普通形式外，还有某种通用特性，则在类代号之后加通用特性代号予以区分。通用特性代号如表1-3所示。

对主参数相同而结构、性能不同的机床，在型号中加结构特性代号予以区分。它在型号中没有统一的含义。结构特性代号用汉语拼音字母表示，排在类代号之后。当型号中有通用特性代号时应排在通用特性代号之后。

（4）主参数、主轴数和第二主参数的表示方法。机床主参数代表机床规格大小，用折算值表示，位于系代号之后。当折算数值大于1时，取整数，前面不加“0”；当折算数值小于1时，则以主参数值表示，并在前面加“0”。某些通用机床，当其无法用一个主参数表示时，则在型号中用设计顺序号表示。

机床的主轴数应以实际数值列入型号，置于主参数之后，用乘号“×”分开。如最大棒料直径为50mm的六轴棒料自动车床，其型号表示为：C2150×6。

第二主参数（多轴机床的主轴数除外）一般不予表示，当机床的最大工件长度、最大切削长度、工作台面长度、最大跨距等以长度单位表示的第二主参数的变化，将引起机床结构、性能发生较大变化时，为了区分，可将第二主参数列入型号的后部，并用乘号“×”分开，读做“乘”。凡属长度（包括跨距、行程等）的，采用“1/100”的折算系数；凡属直径、深度、宽度的，则采用“1/10”的折算系数；如以厚度、模数作为第二主参数的则以实际数值列入型号。

（5）机床的重大改进顺序号。当机床的结构、性能有更高的要求，须按新产品重新设计、试制和鉴定时，按照改进的先后顺序用汉语拼音字母A，B，C…加在基本部分的尾部，以区别原机床型号。如MM7132A型号中的“A”表示第一次改进型。

（6）其他特性代号。其他特性代号主要用以反映各类机床的特性。如对数控机床，可用它来反映不同控制系统。对于一般机床，可以反映同一型号和机床的变型等。它一般置于辅助部分之首。其中同一型号机床的变型代号，一般应放在其他特性代号之首位。

（7）企业代号及其表示方法。企业代号包括机床生产厂家及机床研究单位代号，置于辅助部分尾部，用“/”分开。若辅助部分仅有企业代号时，可不加“/”。如以例1-1中的/JCS，例1-2中的/S2等。

机床型号实例：

例1-1 北京机床研究所生产的精密卧式加工中心，其型号为：THM6365/JCS（T——镗床，H——加工中心，M——精密）。

例1-2 沈阳第二机床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/S2。

例1-3 某机床厂生产的经第一次改进的精密磨床，其工作台宽度为320mm，其型号为：MM7132A（M——磨床，M——精密）。

例1-4 济南第一机床厂生产的最大车削直径为250mm精密卧式车床，其型号为：CM6125/J1（C——车床，M——精密）。

例1-5 苏州三光机床厂生产的工作台横向行程为200mm，快速走丝的数控电火花线切割机床，其型号为：DK7720（D——电，K——数控）。

例1-6 桂林机床股份公司生产的工作台宽320 mm的数控床身铣床，其型号为：XK7132（X——铣，K——数控）。

3. 金属切削机床的主要技术参数

除了主参数和第二主参数外，还有一些反映机床性能的技术参数。这些技术参数主要包括尺寸参数，运动参数及动力参数。尺寸参数反映了机床能加工零件的尺寸范围以及与附具的联系尺寸，例如卧式车床的顶尖距、主轴内孔锥度，摇臂钻床的摇臂升降距离、主轴行程等。运动参数反映了机床执行件的运动速度，如主轴的转速范围、刀架或工作台的进给量范围等，动力参数多指电机功率、某些机床的主轴最大允许扭矩等。

了解机床的主要技术参数，对于正确使用和合理选用机床具有重大意义。例如根据工艺要求，确定切削用量后，就应按照机床所能提供的功率及运动参数，选择合适的机型。又如在设计夹具时，应充分考虑机床的尺寸参数，以免夹具不能正确安装或发生运动干涉。机床的各种主要技术参数，可从机床说明书中查出。