大工14春《机械制造装备设计》辅导资料六.doc

大连理工大学网络教育学院机械制造装备设计辅导资料六主 题：第2章 金属切削机床设计 （第2-3节）学习时间：2014年5月5日5月11日内 容：这周我们将学习本门课程课件第2章的第2-3节，这部分主要介绍金属切削机床设计的基本理论、机床系列型谱的制定、机床总体结构方案的设计、机床主要参数的设计，希望同学们认真学习，下面整理出整体框架供同学们学习。一、本周学习目标1. 掌握与金属切削机床设计有关的基础理论知识；2. 掌握金属切削机床总体设计方法、机床主参数的确定二、本周学习内容1. 金属切削机床设计的基本理论2. 金属切削机床总体设计三、具体主要内容（一）金属切削机床设计的基本理论1.机床的运动学原理（1）机床的工作原理 机床的基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的几何形状和尺寸。工件加工表面的几何形状的形成取决于机床的运动功能，包括机床运动轴的数目、运动性质及各运动轴之间的关系（独立还是联动）。几何尺寸则取决于机床的运动行程。 工件表面的形成方法及机床运动 工件表面的形成方法主要是指工件的待加工表面几何形状的成形方法。机床成形运动主要是指形成工件的待加工表面几何形状所需的运动。几何表面的形成原理不同，所需要的机床成形运动不同。 （2）工件表面的形成方法 几何表面的形成：任何一个表面都可以看是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线，前者称为母线，后者称为导线。 发生线的形成：轨迹法（描述法）；成型法（仿形法）；相切法（旋切法）；范成法（滚切法） （3）机床运动分类 按运动之间的关系分类： 独立运动：与其它运动之间无严格的运动关系； 复合运动 ：与其它运动之间有严格运动关系，如车螺纹的复合运动。 按运动的性质分类：直线运动和回转运动 按机床的运动功能分类：成形运动 机床上完成一个表面的加工所必须的最基本的运动,又分为主运动和形状创成运动。主运动是切除加工表面上多余的金属材料，因此运动速度高，消耗机床大部分动力，也称为切削运动。形状创成运动形成工件加工表面的发生线。 非成形运动 除了上述成形运动之外，机床上还需设置一些其它运动，称之为非成形运动。如切入运动、分度运动、辅助运动、控制运动。 （4）机床的成形运动 主运动 它的功能是切除加工表面上多余的金属材料，运动速度高，消耗机床的大部分动力，也称为切削运动。例如车削加工时工件主轴的回转运动，磨削加工砂轮主轴回转运动，铣削加工时铣刀主轴的回转运动，滚齿加工时滚刀主轴回转运动等。 形状创成运动 它的功能是用来形成工件加工表面的发生线。例如：用点刃车刀车削外圆柱面，形成直母线（轨迹法）需要一个直线运动，形成圆导线（轨迹法） 需要一个回转运动，故共需两个形状创成运动。 （5）机床运动功能的描述方法 坐标系（建立机床基准坐标系与机床运动轴坐标系） 机床基准坐标系即机床总体坐标系XYZ 机床运动轴坐标系沿X，Y，Z坐标轴方向的直线运动仍用X，Y，Z表示，绕X，Y，Z轴的回转运动分别用A，B，C表示。平行于X、Y、Z的辅助轴用U、V、W及P、Q、R表示，绕X，Y的辅助回转轴用D、E等表示。 机床运动功能式机床运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线运动X、Y、Z、或回转运动A、B、C、）、功能（主运动、进给运动、非成形运动，分别用下标p、f、a表示）及排列顺序。 左边写工件，用W表示；右边写刀具，用T表示，中间写运动，按运动顺序排列，并用“”分开。下标p表示主运动，f表示进给运动，a表示非成形运动。 如：车床的运动功能式为 WCp，Zf，XfT ； 三轴铣床的运动式为 WXf，Yf，Zf，Cp/T 。 运动功能分配设计运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用“”符号表示。“”符号左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动功能式中添加上“”接地符号后，称之为运动分配式。 一个运动功能方案，经过运动功能分配设计，可以得到多个运动分配式，如铣床的运动功能式WXf，Zf，Yf，CpT，其运动分配式有： 1）WXf，Zf，Yf，CpT；2）WXfZf，Yf，CpT； 3）WXf，ZfYf，Cp /T； 4）WXf，Zf，YfCpT。 第4方案对应的机床总体布局型式是卧式升降台式铣床。 机床传动原理图将动力源与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来。 2.精度各类机床按精度分为普通精度级、精密级和超精密级三级。机床精度包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性。 （1）几何精度 是指机床在空载条件下，在不运动情况下或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度。（2）运动精度 运动是指机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度。如：高速回转主轴的回转精度。（3）传动精度 是指机床传动系统各末端执行件之间运动协调性和均匀性。（4）定位精度 是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度，重复定位精度是指机床运动部件在相同条件下，重复定位时位置的一致程度。（5）工作精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。（6）精度保持度 在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。3.刚度机床刚度指在载荷作用下机床系统抵抗变形的能力，通常用下式表示: 作用在机床上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等。 刚度分为静刚度、动刚度；整机刚度、局部刚度等。4.振动、热变形、噪声（1）振动机床抗振能力是指机床在交变载荷作用下，抵抗振动的能力。它包括两个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。（2）热变形机床在工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度发生变化，构件产生变形。 （3）噪声机床工作时各种振动频率不同，振幅也不同，它们将产生不同频率和不同强度的声音。这些声音无规律地组合在一起就是噪声。 5. 低速运动平稳性 运动部件作低速或微小位移时，出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象。这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。 机床运动部件产生爬行，会影响机床的定位精度、工件的加工精度和表面粗糙度。在精密、自动化及大型机床上，爬行的危害更大，是评价机床质量的一个重要指标。（二）金属切削机床总体设计1.机床系列型谱的制订通常是按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广，需要量较大的机床系列作为“基型系列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若干种变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型”构成了机床的“系列型谱”。 机床的主参数系列是系列型谱的纵向（按尺寸大小）发展，而同规格的各种变型机床则是系列型谱的横向发展，因此，“系列型谱”也就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与结构相似性的表。2.机床运动功能设置机床的运动功能设置的方法和步骤如下： （1）工艺分析 对所设计的机床的工艺范围进行分析。对于通用机床，加工对象有多种类型的工件，可选择其中几种典型工件进行分析。 工件加工工序的集中与分散主要根据作业对象的批量来决定，大批量生产时，工序应分散，一台机床只完成一道或几道工序，机床的加工功能设置较少，以提高生产率、缩短制造周期及降低成本等效果。单件小批量生产，工序应集中，一台机床可完成多道工序。（2）机床运动功能设置 根据工艺范围分析所确定的加工方法，进行运动功能设置，运动功能设置的方法有两类： 分析式设计方法 参考现有同类型机床的运动功能，经过研究分析，提出所设计机床的运动功能设置方案，然后通过仿真分析评定其方案的可行性和优劣。 解析式设计方法 采用创成式原理，采用解析法求出满足加工工艺范围和加工方法所要求的机床运动功能设置的所有可能方案，然后通过仿真分析评定其方案的可行性和优劣。3.写出机床的运动功能式，画出机床运动原理图根据对所提出的运动功能方案的评定结果，选择和确定机床的运动功能配置，写出机床的运动功能式，画出机床运动原理图。 3.机床的总体结构方案设计（1）结构布局设计：立式、卧式、斜置式（2）机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是： 机床总体结构布局设计阶段评价后所保留的机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力参数及加工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。 4.机床主要参数的设计机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。（1）主参数和尺寸参数机床主参数是代表机床规格大小既反映机床最大工作能力的一种参数，有些机床还规定有第二主参数。 机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸参数，通常包括：与被加工零件有关的尺寸、标准化工具或夹具的安装面尺寸。 （2）运动参数 运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件（工作台、刀架）的运动速度。 主运动参数 主运动为回转运功的机床，主运动参数为主轴转速,如车床、铣床等。对于专用机床和组合机床用于对特定的工件进行特定工序的加工。主轴的转速通常是固定的，可由下式计算： 多数机床主轴转速是按等比级数排列。相对转速损失率为。四、练习题 1. 发生线的形成有轨迹法