机械制造装备设计教案.doc

桂林理工大学机控学院周次： 1 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称第一讲 绪论授 课 时 数2授 课 班 级机制08级1、2、3班授 课 方 式讨论讲述法授 课 日 期2011年 8月30 日教 学目 的1. 了解机械制造装备的含义2. 理解机械制造装备在国民生产中的重要地位 3.了解本课程的内容与任务重 点本课程的主要内容与任务难 点教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、机械制造装配的作用 40min 2、机械制造生产模式的演变 20min3、机械制造装备的分类 10min 4、机械制造装备设计的要求 10min四、小结 5min 课 外 作 业课 后 分 析教师： 孙 宝 福 第一讲：绪论问题的提出：什么是机械制造装备？问题的导引：从产业的分类讲起 第一产业：农业 采集业 水、电、气、矿业的生产与开采 食品-食品加工机械产业 第二产业：建筑业 工业 服饰-纺织机械 制造业 家具-木材加工机械 机床工装夹具 第三产业：服务业 流通业 药品-化工机械 （母机） 武器-军工机械 （东芝事件） 产品 制造装备 机械制造装备所以 制造业 机械制造业1.1：制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造业是制造业的核心应该认识到：1 我国的制造业大国的形成很多源于发达国家的产业转移（污染、劳动力成本、能耗的原因），由四小龙到我国又到越南等；2 我国装备制造业大而不强，缺高精尖产品，一是引进的限制，核心技术不转让，二是引进后的吸收、消化、创新投入不够，1.2：机械制造生产模式的演变起源：1840年工业革命或者20世纪20年代一战（19141918）结束。一战中的新型武器：坦克（英国人E.D.斯文顿）、马克沁机枪（德）、飞机，武器在战争中的重要作用，刺激军工企业的发展。（1916年7月1日发动了索姆河战役一天之内英国军队倒在德国机枪阵地前近6万人）二战时期：飞速发展，不计成本的模式。20世纪50年代：以扩大规模、提高效率的大批量、小品种的生产方式来降低成本，赢得利润福特模式流水线的诞生20世纪70年代：丰田模式提高质量、降低库存、减少浪费的方式降低成本。精益生产初期模式（精益生产的介绍录像、商道丰田之道）20世纪80年代：CADCAMCAPPMRPCE并行工程GT成组技术等的应用，以降低生产周期（T）、提高质量（Q）、降低成本（C）、改善服务质量（S）。20世纪90年代：与信息技术的结合，实现制造的全球化，相应的快速化（敏捷制造）及柔性化等多种模式的结合。现在： 客户为中心，柔性化、精益化、敏捷性的结合，小批量、多品种的生产方式。以手机的更新换代速度为例。1.3：机械制造装备的分类机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类（一）加工装备：主要指机床。机床是制造机器的机器，也称工作母机。金属切削机床（通用、专用、专门化）；特种加工机床（电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流加工）；锻压机床（锻造、冲压、挤压、轧制）；（二）工艺装备：各种刀具、模具（粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具）、夹具（定位、夹紧、导向、夹具体构成）、量具等总称为工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。（三）仓储运送装备：仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。（四）辅助装备：包括清洗机和排屑等设备。1.4：机械制造装备的功能要求（一）一般的功能要求（1）加工精度方面的要求（2）强度、刚度和抗震性方面的要求（3）加工稳定性方面的要求（4）耐用性方面的要求（5）技术经济方面的要求（二）柔性化-结构柔性化及功能柔性化（三）精密化-误差补尝的方法解决（四）自动化全自动化和半自动化 凸轮控制-程序控制-数字控制（五）机电一体化-机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体优化的方法，有机的组成最佳技术系统。（六）节材（七）符合工业工程要求-工业工程是对人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和最终用户健康安全的前提下，以最低的成本生产出符合质量要求的产品。（八）符合绿色工程要求桂林理工大学机控学院周次： 1 No： 2 课 时 授 课 计 划课 题 名 称第二讲 机床设计概述授 课 时 数2授 课 班 级机制08级1、2、3班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2011年 9月1 日教 学目 的1. 了解机械设计的类型及创新设计的步骤2. 理解机床设计应满足的基本要求3. 掌握功能式功能图的相互关系及含义重 点功能式功能图的含义及关系难 点功能式功能图的含义及关系教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、机械设计类型及步骤 20min 2、机床设计应满足的基本要求 10min3、金属切削机床设计的基本理论 45min 四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业1.机床设计的主要内容及步骤是什么？2.工件表面的形成原理是什么？3.工件表面发生线的形成方法有哪些？4.工件表面的形成方法是什么？5.机床的运动功能有哪些？课 后 分 析分析图3-14所示各种机床的运动功能图，说明各个运动的所属类型、作用及工件加工表面的形成方法。教师： 孙 宝 福 第二讲 金属切削机床设计概述2.1、 机械设计类型及步骤（略讲）一、类型（一）、创新设计 创造思维直觉思维、逻辑思维（从无到有）（二）、变型设计 适应型和变参数型 两种设计方法都是在原有产品基础上，基本原理和总体结构保持不变，适应型设计是通过改变或更换部分部件或结构，变参数型设计是通过改变部分参数与性能参数，形成所谓的变型产品，以扩大使用范围，满足更广泛的用户需求。思考：从有到性能更好或功能更多，系列产品如汽车、手机、剃须刀，诺基亚的研发中心在芬兰，芬兰人的保守性使得更新慢，市场份额越来越少）（三）、组合设计 模块设计是按照合同要求，选择恰当的功能模块，直接拼装成所谓的组合产品的设计，是在对一定范围内不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过这些功能模块的组合，构成不同类型或相同类型不同性能的产品，满足市场的多方面要求。（组合夹具、太阳能玩具的组合设计展示）二、设计步骤（以创新设计为例）创新型步骤（一）产品规划阶段（三）技术设计阶段（四）工艺设计阶段（二）方案设计1.需求分析2.调查研究3.预测4.可行性分析5编制设计任务数1.对设计任务书的抽象2.建立功能结构3.寻求原理解与求解方法4.初步设计方案形成5.初步设计方案的评价与筛选1.确定结构原理方案2.总体设计3.结构设计1.零件图设计2完善装配图3.商品化设计4.编制技术文档2.2、机床设计应满足的基本要求1.工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力，也可称为机床的加工功能。包括加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛胚类型等。工艺范围主要取决于使用什么生产模式。大批量工艺范围窄、效率及自动化高专用机床；单件小批量工艺范围宽、效率及自动化较低普通或通用机床；多品种小批量一定工艺范围，高效率高自动化专门化机床。数控机床工艺范围比普通机床宽而生产效率与自动化化程度却比普通专用机床还高。2.柔性适应加工对象的能力。空间柔性：机床的运动功能和刀具数目较多，工艺范围较广（一台相当于多台），机床能够在同一时期内完成多品种加工的能力；时间柔性（结构柔性）：通过机床重构，改变其功能，形成新的加工功能，以适应产品更新变化快的要求。3.与物流系统的可接近性机床与物料（工件、刀具、切屑等）流动的方便程度。4.刚度指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。5.精度包括空载精度（几何精度、运动精度、传动精度、定位精度）和工作精度（加工）。6.噪声 7.生产率 8.自动化 9.成本 10.生产周期11.可靠性机床在规定的使用条件下，在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率。12.造型与色彩机床设计步骤：确定结构原理方案机床总体设计机床结构设计机床工艺设计机床整机综合评价满足设计要求技术设计任务书机床定型设计是否2.3：金属切削机床设计的基本理论一.运动学原理机床的运动学就是研究、分析、和实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置，即配置什么样的运动功能才能实现机床所需要的加工功能。(一)机床的工作原理机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。机床的基本工作原理是：通过工件与刀具之间的相对运动，由工件切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状。(二)工件表面的形成方法1.几何表面的形成原理：任何一个表面都可以看成一条曲线（母线）沿着另一条曲线（导线）运动的轨迹（清楚：发生线、母线、导线定义及其互换性，判断图3-2PPT中母线与导线）2.发生线的形成：轨迹法车削外圆、成形法宽刃车刀车外圆、相切法圆柱铣刀铣圆柱面、展成法滚齿加工3.加工表面的形成方法：母线形成法与导线形成法的组合。因此加工表面形成所需要的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。(三)运动分类按运动的功能分：成形运动和非成形运动成形运动：完成一个表面加工所必须的最基本的运动。成形运动分为主运动和形状创成运动。主运动：它是切除加工表面上多余的金属材料的主要运动，运动速度高消耗机床大部分动力。形状创成运动：用来形成加工表面的发生线非成形运动：切入运动、分度运动、辅助运动、控制运动。判断图3-3哪些是主运动，哪些是形状创成运动(四)机床运动功能描述方法1.坐标系的规定Z轴坐标 规定，机床传递切削力的主轴轴线为Z坐标（如：铣床、钻床、车床、磨床等）；如果机床有几个主轴，则选一垂直于装夹平面的主轴作为主要主轴；如机床没有主轴（龙门刨床），则规定垂直于工件装夹平面为Z轴。 轴一般都是与传递主切削动力的主轴轴线平行的，如卧式数控车床、卧式加工中心，主轴轴线是水平的 故Z轴分别是左右、和前后。立式数控车床，立式数控加工中心，主轴是竖直的，故Z轴分别是上下。X轴坐标 X坐标一般是水平的，平行于装夹平面。对于工件旋转的机床（如车、磨床等），X坐标的方向在工件的径向上；对于刀具旋转的机床则作如下规定： 当Z轴水平时，从刀具主轴后向工件看，正X为右方向。 当Z轴处于铅垂面时，对于单立柱式，从刀具主轴后向工件看，正X为右方向；龙门式，从刀具主轴右侧看，正X为右方向。 Y、A、B、C及U、V、W等坐标 由右手笛卡儿坐标系来确定Y坐标，A，B，C表示绕X，Y，Z坐标的旋转运动，正方向按照右手螺旋法则。 若有第二直角坐标系，可用U、V、W表示。2.机床运动功能式表示机床运动的个数、形式（直线或回转运动）、功能（主运动p、进给运动f、非成形运动a）及排列顺序。左边为工件W，右边写刀具T，中间写运动。思考：由运动功能式判断机床类型，W/CpZfXf/T(车)；W/CfZfXfBaCp/T（磨）由机床运动功能式，刨床：（W/XpZaYf/T）；铣床，（W/XfYfZfCp/T）;钻（W/CaZaXaZfCp3.机床运动功能图将运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是认识、分析和设计机床传动系统的依据。（注意回转运动与直线运动符号的表示，对照功能式，分析功能图3-5）4机床传动原理图用一定符号将动力源与执行件、各执行件之间的运动与传动关系同时表示出来的图图3-6二：精度几何精度；运动精度；传动精度；定位精度；重复定位精度；工作精度；精度保持性三：刚度机床受载时抵抗变形的能力四：振动机床在交变载荷的作用下，抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动的能力（抗震性）和抵抗自激振动的能力（稳定性）五：热变形由于机床各部分温升不同，不同材料的热膨胀系数不同，机床各部分产生的热膨胀量就不同，导致机床机身、主轴和刀架等部件产生变形，称之为-六：噪音七：低速运动平稳性桂林理工大学机控学院周次： 2 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称第三讲 金属切削机床的总体设计授 课 时 数2授 课 班 级机制08级1、2、3班授 课 方 式讲述法授 课 日 期2011年 9月6 日教 学目 的1. 了解机床系列型谱的含义2. 了解机床运动功能设置的方法和步骤3. 掌握并理解机床总体方案设计的内容及流程4. 掌握机床主要参数设计的内容重 点机床主要参数设计难 点机床运动功能设置教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、机床的系列型谱 10min 2、机床运动功能设置 10min3、机床总体方案设计 25min 4、机床主要参数设计 30min四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业1. 机床总体结构概略设计过程大致如何？2. 机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？课 后 分 析3. 机床的运动参数如何确定？驱动方式如何选择？数控机床与普通机床确定方法有什么不同？4. 机床的动力参数如何确定？数控机床与普通机床的确定方法有什么不同？教师： 孙 宝 福 第三讲 金属切削机床的总体设计一、 机床的分类及型谱制定1、机床的分类 机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11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，锯床和其他机床。 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组，每一组又分为若干个系（系列）。 除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法：2、机床的型号编制 机床的型号是机床产品的代号，用以表明机床的类型，通用和结构特性，主要技术参数等。GB/T15375-94金属切削机床型号编制方法规定，我国的机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成。1.通用机床的型号编制1） 通用机床型号的表示方法为： ()- - ()- - - - ()- ()-/ ()- ()- 其中： :分类代号 :类代号 :通用特性,结构性代号 :组代号 :系代号 :主参数或设计顺序号 :主轴数或第二参数 :重大改进顺序号 :其他特性代号 :企业代号 注: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； 有符号者,为大写的汉语拼音字母； 有符号者,为阿拉伯数字; 有符号者,为大写汉语拼音字母,或阿拉伯数字,或两者兼有之.2）机床的类别代号 : 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锯床其他 机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其3） 机床的特性代号 : 通用特性高精度精密自动半自动数控加工中心 (自动换刀)彷型轻型加重型简式或经济型柔性加工单元数显高速代号GMZBKHFQCJRXS读音高密自半控换彷轻重简柔显速结构特性代号 为区别主参数相同而结构不同的机床,在型号中用汉语拼音字分 如:CA6140中的A4） 机床的组别,系别代号 (见下表) 5） 机床的主参数,设计顺序号和第二参数 机床主参数:代表机床规格的大小,在机床型号中,用数字给出主参数的折算数值(1/10或1/150) 第二参数:一般是主轴数,最大跨距,最大工作长度,工作台工作面长度等,它也用折算值表示.6） 机床的重大改进顺序号 当机床性能和结构布局有重大改进时,在原机床型号尾部,加重大改进顺序号A,B,C.等.7） 其他特性代号:用以反映各类机床的特性.用数字或字母或阿拉伯数字来表示。 8） 企业代号:生产单位为机床厂时,由机床厂所在城市名称的大写汉语拼音字母及该厂在该城市建立的先后顺序号,或机床厂名称的大9） 写汉语拼音字母表示。通用机床类、组划分表 组别类别0123456789车床C仪表车床单轴自动、半自动车床多轴自动、半自动车床回轮、转塔车床曲轴及凸轮轴车床立式车床落地及卧式车床仿形及多刀车床轮、轴、辊、锭及铲齿车床其他车床钻床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铣钻床中心孔钻床镗床T深孔镗床坐标镗床立式镗床卧式铣镗床精镗床汽车、拖拉机修理用镗床磨床M仪表磨床外圆磨床内圆磨床砂轮机坐标磨床导轨磨床刀具刃磨床平面及端面磨床曲轴、凸轮轴、花键轴及轧辊磨床工具磨床2M超精机内圆研磨机外圆及其他研磨机抛光机砂带抛光及磨削机床刀具刃磨及研磨机床可转位刀片磨削机床研磨机其他磨床3M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床叶片磨削机床滚子加工机床钢球加工机床气门、活塞及活塞环磨削机床汽车、拖拉机修磨机床齿轮加工机床Y仪表齿轮加工机锥齿轮加工机滚齿及铣齿机剃齿及研齿机插齿机花键轴铣床齿轮磨齿机其他齿轮加工机齿轮倒角及检查机螺纹加工机床S套丝机攻丝机螺纹铣床螺纹磨床螺纹车床铣床X仪表铣床悬臂及滑枕铣床龙门铣床平面铣床彷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他铣床刨插床B悬臂刨床龙门刨床插床牛头刨床边缘及模具刨床其他刨床拉床L侧拉床卧式外拉床连续拉床立式内拉床卧式内拉床立式外拉床键槽及螺纹拉床其他拉床锯床G砂轮片锯床卧式带锯床立式带锯床圆锯床弓锯床锉锯床其他机床Q其他仪表机床管子加工机床木螺钉加工机刻线机切断机C A 6 1 40 （CA6140型卧式车床）主参数（最大车削直径400mm）系别代号（卧式车床系）组别代号（落地及卧式车床组）结构特性代号（结构不同）类别代号（车床） M G 1 4 32 A（MG1432A型高精度万能外圆磨床）重大改进顺序号(第一次重大改进)主参数(最大磨削直径320mm)系别代号(万能外圆磨床系组别代号(外圆磨床组)通用特性(高精度)类别代号(磨床类)二：机床总体方案的设计1. 总体方案的拟定依据（1） 工件 工件特点、加工要求，以便确定工件的装夹和输送方法，选择刀具和切削用量。（2） 使用要求 如精度、生产率、自动化程度、可靠性、操作方便性及外观造型。（3）制造条件 现有条件和技术水平，考虑其可能性和经济性（4）现有同类型机床 了解其性能、结构，收集工艺参数、动力参数等2.机床的运动设计工件表面成形运动的类型、数量运动运动的分配（工件？刀具？）辅助运动写出运动功能式画出运动功能图运动传动图3.机床结构布局设计运动传动方案结构布局（立式、卧式、斜置式），依据：机床刚度、占地面积、与物流系统的可接近性4.机床总体方案的概略形状与尺寸设计主要是功能部件（运动和支撑件）设计依据：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与精度分配。设计过程为：1） 末端执行件的概略形状与尺寸；2） 与末端执行件相邻的下一个功能部件的结合部；3） 下一个功能件；4） 重复上述过程，直到基础部件设计完毕。5） 整体造型与色彩设计；6） 对方案的评价性能、制造成本、制造周期、生产率、与物流系统的可接近性7） 更改、确定，得机床总体结构方案图。三：机床主要参数设计主要参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数（一） 尺寸参数包括机床的主参数（代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数）、第二主参数（当一个主参数不能完全确定机床规格时）及一些其他尺寸：包括与被加工零件有关的尺寸如卧式车床的最大加工工件长度、摇臂钻床的立柱与主轴之间的最大跨距；标准化工具或夹具的安装面尺寸如卧式车床主轴锥孔及主轴前段尺寸。各类主要机床的主参数和折算系数机床主参数名称主参数折算系数第二主参数卧式车床床身上最大回转直径1/10最大工件长度立式车床最大车削直径1/100最大工件高度摇臂钻床最大钻孔直径1/1最大跨距卧式镗铣床镗轴直径1/10坐标镗床工作台面宽度1/10工作台面长度外圆磨床最大磨削直径1/10最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径1/10最大磨削深度矩台平面磨床工作台面宽度1/10工作台面长度齿轮加工机床最大工件直径1/10最大模数龙门铣床工作台面宽度1/100工作台面长度升降台铣床工作台面宽度1/10工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度1/100最大刨削长度插床及牛头刨床最大插削及刨削长度1/10拉床额定拉力（t）1/1最大行程（二）运动参数 主运动为回转运动：主轴转速 v-切削速度 1.主运动参数 （车、铣） d-工件或刀具直径 主运动为直线运动：双行程数插刀或刨刀每分钟往复次数 （刨，插）（1） 最高与最低转速的确定 Vmax 、Vmin根据切削手册、现有机床使用情况调查或切削实验确定dmax =KD、dmin =Rddmax D机床加工的最大直径；K系数：卧式车床K=0.5，摇臂钻床K=1.0；Rd=0.2-0.25（2） 有级变速主轴的合理排列确定转速范围内的各级转速（有级）nz=nminz-1 nzz级转速；nmin最小转速；公比（3） 标准公比值和标准转速系列 的确定原则：1）转速递增故1，又转速损失的最大值不大于50，故相应的公比值不得大于2；为记忆方便转速数列中呈10倍比关系，故=(E1为正整数)；又多级转速比2，故=(E2为正整数)，由此得：为1.06、1.12、1.26（表3-5）标准转速数列：不同的公比得出不同的转速数列，表3-6给出的是公比为1.06的数列（4）公比的选用：相对转速损失变速级数变速箱结构复杂性，对于通用机床辅助和准备结束时间较长，机动时间在加工周期中占的比重小，转速损失对加工周期影响小，为使得变速箱结构不过于复杂，一般取=1.26或1.41等较大值；但对专用、专门化、自动化机床则相反，=1.12或1.26；对于非自动化小型机床，加工周期内切削时间远小于辅助时间，转速损失影响小，则取=1.58、1.78甚至2，以简化机床结构。（5）变速范围Rn，公比和级数Z之间的关系Z-1 则= 即lgRn=(Z-1)lg 则：2.进给量的确定数控机床均为无级变速，普通机床采用无级和有级，有级的与主轴转速确定方法相同。3.变速形式与驱动方式变速形式：无级（数控或普通）、有级或无级与有级的组合（普通）驱动方式：电动机驱动或液压驱动。（三）动力参数机床驱动的各种电动机的功率或转矩。动力参数小不能满足机床使用性能要求；动力参数电动机经常处于低负荷状态，电力浪费同时相关部件设计尺寸材料浪费机器笨重设计方法：调查类比法（或经验公式）、实验法或计算法。1.主电动机功率计算：主电动机功率的确定：P主=P切+P空+P辅P切= FZ为切削力（重荷），v切削速度由刀具材料、工件材料、切削用量查表得P空= d平均为除主轴外所有传动轴轴颈的平均直径(根据预计主电动机转速，可取为3.0cm、3.5cm、4.0cm);n主为主轴转速；ni为除主轴外各传动轴转速之和；K为润滑油粘度系数，K=30-50，C1为主轴轴承系数，两支承主轴C1=2.5，三支承主轴C1=3 则有 ，当机床结构尚未确定时：其中：主运动为回转运动时：床=0.7-0.85；回转运动为直线运动时：床=0.6-072.进给电动机功率计算：进给运动和主运动合用一个电机时：P车进=（0.03-0.04）P主；P钻进=（0.04-0.05）P主 P铣进=（0.15-0.2）P主进给运动与快速运动合用一个电机时：可忽略进给功率；进给运动单用一个电机时： Q-进给牵引力；v进-进给速度；进-进给传动系的机械效率3.快速运动电动机功率确定查表3-8桂林理工大学机控学院周次： 2 No： 2 课 时 授 课 计 划课 题 名 称第四讲 主传动系设计（一）授 课 时 数2授 课 班 级机制08级1、2、3班授 课 方 式讲述法讨论法授 课 日 期2011年 9月8 日教 学目 的1. 了解主传动系设计应满足的基本要求2. 了解主传动系分类和传动方式3. 理解转速图、结构式、传动系图的含义及相互关系4. 掌握主传动系设计基本原则重 点转速图、结构式、传动系图的含义及相互关系难 点转速图、结构式、传动系图的含义及相互关系教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、主传动系设计应满足的基本要求 10min 2、主传动系分类和传动方式 10min3、转速图与结构式；变速范围及极限传动比 40min 4、主传动设计的基本原则；主传动系的特殊设计 15min四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业1.机床主传动系都有那些类型？由那些部分组成？2.什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系的各传动组的级比指数有什么规律性？3.什么是传动组的变速范围？各传动组的变速范围之间有什么关系？课 后 分 析某车床的主轴转速为n401800 r/min ，公比1.41，电动机的转速n电1440 r/min ，试拟定结构式，转速图；确定齿轮齿数，带轮直径，验算转速误差；画出主传动系图。教师： 孙 宝 福 第四讲 主传动系设计（一）一、 主传动系设计应满足的基本要求1） 满足机床使用性能要求2） 满足机床传递动力要求3） 满足机床工作性能要求4） 满足产品设计经济性的要求5） 调整维修方便，结构简单、合理，便于加工和装配。防护性能好，使用寿命长。二、主传动系的组成、分类和传动方式1、组成：由动力源、变速装置、执行件及开停、换向和制动机构组成。2、分类：按驱动电机：交流电机驱动和直流电机驱动；按传动装置：机械传动装置、液压传动装置和电气传动装置按变速方式：分级变速传动和无级变速传动分级变速优点：传递功率大，变速范围广，传动比准确，工作可靠 用于通用机床 缺点：在一定速度范围内速度级数一定，有速度损失，不能在运转中变速无级变速优点：可连续变速，得到最有利的切削速度，能在运转中、负载下变速3、传动方式1）集中传动方式：全部传动和变速机构集中装在一个主轴箱内，称为集中传动方式。2）分离传动方式：大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱内，然后 通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式。分析两者的优缺点。三：分级变速传动系的设计（详）步骤：根据已经确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式、转速图，合理分配各变速组中各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，绘制主变速传动系图。（一） 转速图与结构式1.转速图：能表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及传动路线对比图3-13，讲解转速图所表达的内容。（课件）2.结构式结构式的含义：例，12=31x23x26 主轴转速级数、传动副、级比指数级比：主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动线的比值，用Xi表示，其中Xi称为级比指数。为使主轴转速为连续的等比数列，必须要有一个变速组的级比指数为1，此组为基本组。，其余为扩大组，其级比指数为i=p0p1pi-1 ，即级比指数为该组前所有传动副数的乘积思考：为什么级比指数应该为前所有传动副数的乘积？不是的话会怎样？（重复转速）（二） 各变速组的变速范围和极限传动比第i变速组的变速范围Ri=(umax)i/(umin)i=xi(Pi-1)，即为最大与最小传动比的比值。其中的xi(Pi-1)就是变速组中最大与最小传动比线拉开的格数降速最小传动比u主min=1/4,避免从动轮尺寸过大增大箱体尺寸降速最大传动比u主max=2（直齿），u主max=2.5（斜齿）避免扩大传动误差，减少传动噪音由此推出各变速组的最大变速范围：R主max=u主max/u主min=8-10如检查变速组的变速范围是否超过极限值，只需检查最后一个扩大组思考：1.当=1.41，或当=1.26时，计算主变速系统最大所能达到的变速范围由于最后扩大组的变速范围Rj=P0P1-Pj-1(Pj-1),而总变速级数Z=P0P1Pj-1Pj,通常最后扩大组的变速级数Pj=2则最后扩大组的变速范围Rj=Z/2，Rj=8=1.416=1.269，则总变速级数Z=12或Z=18，则最大变速范围Rn=1.411145;或Rn=1.2617502.在此基础上，解释图3-14与图3-15，写出其结构式，计算其变速范围，判断是否超过了极限值。（三） 主传动变速系统设计的一般原则1. 传动副前多后少原则2. 传动顺序与扩大顺序相一致的原则3. 变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。（四）主变速传动系的几种特殊设计1.具有多速电动机的主变速系统的设计采用多速异步电动机和其他方式联合，可以简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适用于半自动、自动及普通机床。思考：阅读图3-16（课件），找出：结构式、基本组和各扩大组、各组变速范围、公比、电动机不同转速所对应的功率及主轴输出的速度等。2.具有交换齿轮的变速传动系针对大批量生产的机床，如自动或半自动车床，专用机床等，加工过程中一般不需要变速或变速范围很小，但在换一批工件加工时，可能需要换速，则采用交换齿轮的方法，在加工前予以调整。为减少齿轮的数量可将两齿轮互换位置安装思考：阅读图3-17（课件），3.采用公用齿轮的变速传动系在变速传动中，既是前一变速组的从动齿轮又是后一变速组的主动齿轮，称为公用齿轮。优势：减少齿轮数目，简化结构，缩短轴向尺寸。思考：阅读图3-11（课件）：找出公用齿轮；写出结构式；画出转速图，板书作业作业：23-32桂林理工大学机控学院周次： 3 No： 1 课 时 授 课 计 划课 题 名 称第五讲 主传动设计（二）授 课 时 数2授 课 班 级机制08级1、2、3班授 课 方 式讲述法讨论法授 课 日 期2011年 9月13 日教 学目 的1. 掌握扩大传动系变速范围的方法2. 理解计算速度的概念，学会如何计算齿轮齿数3. 理解变速箱内传动件的空间布置方式与计算4.了解数控机床主传动系的设计特点重 点计算速度的概念齿轮齿数计算难 点变速箱内传动件的空间布置方式与计算教学内容与课堂组织一、组织教学 2min二、引入课题 3min三、新课：1、掌握扩大传动系变速范围的方法 10min 2、齿轮齿数计算 15min3、计算速度 20min 4、变速箱内传动件的空间布置方式与计算 25min5、数控机床主传动系的设计特点 10min四、小结 5min 五、作业及提示 5min课 外 作 业数控机床主传动系设计有那些特点？试将图319所示的背轮机构合理化，使轴高速旋转时背轮轴脱开。课 后 分 析某数控车床，主轴最高转速nmax4000 r/min ，最低转速nmin40 r/min ，计算转速nj160 r/min ，采用直流电动机，电动机功率n电15 kw ，电动机的额定转速为nd1500 r/min ，最高转速为4500 r/min ，试设计分级变速箱的传动系，画出其转速图和功率特性图，以及主传动系图教师： 孙 宝 福 第五讲 主传动系设计（二）（五） 扩大传动系变速范围的方法当变速范围不能满足通用机床要求的时候，则可采用下述方法扩大变速范围1.增加变速组，在原有变速系统内再增加一个变速组，是扩大变速范围的最简便的方法。思考：公比=1.41，结构式为12=31x23x26的常规变速传动系，增加一个变速组后，结构式应为怎样？其最大变速范围是多少？是否可行？为什么？所以，为使新增加的最后扩大组的变速范围控制在8，其级比指数仍取6，故其结构式为：24=31x23x26x26思考：这样做的结果会怎么样？其变速范围是多少？2.采用背轮机构讲述背轮机构的工作原理思考：如何计算背轮机