机床主要参数的确定

1、2021/2/71 第一节 尺寸参数 第二节 运动参数 第三节 动力参数 第七章第七章 机床主要参数的确定机床主要参数的确定 2021/2/72 第一节第一节 尺寸参数尺寸参数 机床尺寸参数的确定,主要是确定影响机床加工 性能的一些尺寸。其中包括机床的主参数、第二主 参数和其他一些尺寸参数。 2021/2/73 机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数,各 类机床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。 卧式车床是床身上工件的最大回转直径; 齿轮加工机床是最大工件直径; 外圆磨床和无心磨床是最大磨削直径; 龙门刨、铣床,升降台铣床和矩形工作台平面磨床 是工作台工作面宽度; 卧式铣镗床是主轴直径;

2、立式钻床和摇臂钻床是最大钻孔直径; 牛头刨床和插床是最大刨削和插削长度 也有的机床不用尺寸作为主参数,如拉床的主参数 是额定拉力等。 2021/2/74 有的机床,一个主参数还不足以确定机床的规格, 还需第二主参数加以补充: 车床的第二主参数是最大工件长度; 铣床和龙门刨床是工作台工作面长度; 摇臂钻床是最大跨距等。 此外,还要确定其他一些尺寸参数其他一些尺寸参数: 车床常常还要确定在刀架上工件的最大回转直径和 主轴孔允许通过的最大棒料直径等; 龙门铣床还应确定横梁的最高和最低位置等; 摇臂钻床还要确定主轴下端面到底座间的最大和最 小距离,其中包括了摇臂的升降距离和主轴的最大伸出 量等。 当主

3、参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定 后,就基本上确定了该机床所能加工或安装的最大工件 的尺寸。机床的尺寸参数是根据零件尺寸确定的。 2021/2/75 一、主运动参数 回转主运动的机床,主运动参数是主轴转速。 转速（r/min）与切削速度的关系是: 式中: n 转速（ r/min ）; v 切削速度（ m/min ）; d 工件（或刀具）直径（mm）。 第二节第二节 运动参数运动参数 1000v n d 2021/2/76 主运动是直线运动的机床,如插床或刨床,主运 动参数是每分钟的往复次数。对于不同的机床,主 运动参数有不同的要求。专用机床和组合机床是为 某一特定工序而设计制造的,每根主

4、轴一般只须有 一个转速,根据最有利的切削速度和直径而定,故没 有变速要求。通用机床是为适应多种零件加工而设 计制造的,主轴需要变速。因此需确定它的变速范 围,即最低与最高转速。如果采用分级变速,则还应 确定转速级数。 2021/2/77 1.最低（nmin）和最高（nmax）转速的确定: nmin和nmax的比值是变速范围: 2021/2/78 在确定切削速度时应考虑到多种工艺的需要。 切削速度主要与刀具和工件的材料有关。常用的刀 具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。工件材料可 以是钢、铸铁以及铜铝等有色金属。切削速度可通 过切削试验、查切削用量手册和通过调查得到。 在确定了 nmax和 nmi

5、n后,如采用分级变速（大 多数普通机床）,则应进行转速分级;如采用变速电 动机进行无级变速（大多数数控和重型机床）,有 时也需用分级变速机构来扩大其调速范围。 2021/2/79 2.分级变速时的主轴转速数列: 如某机床的分级变速机构共有 Z 级,其中 n1 = nmin, nz=nmax , Z 级转速分别为: nl , n2 , n3, nj , nj + l , nz 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度 为 v ,则相应的转速为n。通常,分级变速机构不能恰 好得到这个转速,而是 n 处于某两级转速 nj , nj + l之 间: nj n nj+l如果采用较高的转速nj+l,必将提

6、高切 削速度,刀具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐 用度,以采用较低的转速 nj 为宜。这时转速的损失为 n-nj ,相对转速损失率为: 2021/2/710 最大的相对转速损失率是当所需的转速 n 趋近于 nj + l时,也就是: 在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下, 转速的损失就反映了生产率的损失。对于普通机床,如 果认为每个转速的使用机会都相等,那么应使 Amax为一 定值,即: 从这里可看出,任意两级转速之间的关系应为: n j十1 =nj 2021/2/711 最大相对转速损失率为: 变速范围为: 机床的转速应该按等比数列（几何级数） 分级。其公比为,各级转速应为 2021

7、/2/712 例:有一台车床,主轴转速（r/min）共12级,分别 为:31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、 710、1000、1400,公比为=1.41,则最大相对转速损 失率: 变速范围: 等比数列同样适用子直线往复主运动（刨床、插 床）的往复次数数列、进给数列以及尺寸和功率参数 系列。 2021/2/713 大部分机床的进给量用工件或刀具每转的位移表 示,即单位为mm/r,如车床、钻床、镗床及滚齿机等。 直线往复运动的机床,如刨、插床,以每一往复的位移表 示。铣床和磨床;由于使用的是多刃刀具,进给量常以每 分钟的位移量表示,即单位为r/ min 。 二、进

8、给运动参数二、进给运动参数 2021/2/714 在其他条件（切速、切深等）不变的情况下,进给量的损失 也反映了生产率的损失。数控机床和重型机床的进给为无级调 整;普通机床多采用分级调整。如进给链为外联系传动链,为使相 对损失为一定值,则进给量的数列也应取等比数列。有的往复主 运动机床,例如刨床和插床,进给运动是间歇的,为使进给机构简单, 采用了棘轮机构,进给量由每次往复转过的齿数而定,则是等差数 列。供大量生产用的自动和半自动车床,常用交换齿轮来调整进 给量。这时可以不按一定的规则,而用交换齿轮选择最有利的进 给量。卧式车床因为要车螺纹,进给箱的分级应根据螺纹标准而 定。螺纹标准不是一个等比

9、数列,而是一个分段的等差数列。 2021/2/715 三、标准公比和标准数列三、标准公比和标准数列 机床转速是从小到大递增的,因此 1 。 为使最大相对转速损失率不超过 50 % ,即 ,则,2 。因此1 2 为方便起见,规定了公比的标准值: 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。 当采用标准公比后,转速数列可从表 7-1 中直接 查出。表中给出了以 1.06 为公比的从 1-10000 的数值。 1.12 = 1.062, 1.26 = 1.064, 1.41 = 1.066, 1.58 = 1.068, 2 = 1.0612 。 2021/2/716 此表不仅可

10、用于转速、双行程数和进给量数列, 而且也可用于机床尺寸和功率参数等数列。表中的数 列应优先选用。 2021/2/717 四、公比的选用四、公比的选用 当确定了最高与最低转速以后,就应选取公比。从使用 性能方面考虑,公比最好选得小一些,以便减少相对转速损失。 但公比越小,级数就越多,将使机床的结构复杂。对于一般生产 率要求较高的普通机床,减少相对转速损失是主要的,所以公比 取得较小,如=1.26 或1.41等。有些小型机床希望简化构 造,公比可取得大些,如1.58或=2等。对于自动机床,减 少相对转速损失率的要求更高,常取1.12 或1.26。由 于自动机床都是用于成批或大量生产,变速时间分摊到

11、每一工 件,与加工时间相比是很小的,因此采用交换齿轮变速,既满足 了相对转速损失小的要求又简化了构造。 2021/2/718 第三节第三节 动力参数动力参数 NextNext 动力参数包括电动机的功率,液压缸的牵引力, 液压马达、伺服电动机或步进电动机的额定转矩 等。各传动件的参数（轴或丝杠的直径、齿轮与 蜗轮的模数等）都是根据动力参数设计计算的。 如果动力参数定得过大,将使机床过于笨重,浪费材 料和电力;如果定得过小,又将影响机床的性能。动 力参数可以通过调查、试验和计算的方法进行确 定。 2021/2/719 一、一、主运动功率的确定主运动功率的确定 机床主运动的功率,包括切削功率、空转功

12、率损失 和附加机械摩擦损失三部分。进行切削加工时,要消耗 切削功率P切。它与刀具材料、工件材料和所选用的 切削用量的大小有关。如果是专用机床,则工作条件比 较固定,也就是刀具与工件的材料和切削用量的变化范 围较小。这时计算值也比较接近实际情况。若是普通 机床,则刀具与工件的材料和切削用量的变化都相当大。 通常,可根据机床检验时所要求的重负荷切削条件来确 定。 2021/2/720 机床主运动空转时,要消耗电动机的一部分功率, 这部分消耗称为空转功率损失,用P空（kw）表示。 机床的空转功率损失只随主轴和其他各轴转速的变 化而改变。引起空转损失的主要因素是:各传动件在 空转时的摩擦,由于加工和装

13、配误差而加大的摩擦以 及搅油,空气阻力和其他动载荷等。中型机床主传动 链的空转功率损失可用下列的试验公式进行估算: 2021/2/721 da da 主运动链中除主轴外所有传动轴轴颈的平均直径。如果主运动链中除主轴外所有传动轴轴颈的平均直径。如果 主运动链的结构尺寸尚未确定主运动链的结构尺寸尚未确定, ,初步按电动机功率初步按电动机功率P P选取选取: : d d 主 主 主轴前后轴颈的平均值（主轴前后轴颈的平均值（mm); mm); ni ni 当主轴转速为当主轴转速为n n主时主时, ,传动链内除主轴外各传动轴的转传动链内除主轴外各传动轴的转 速之和。如传动链内有不传递载荷但也随之作空运转

14、速之和。如传动链内有不传递载荷但也随之作空运转 的轴时的轴时, ,这些轴的转速也应计入（这些轴的转速也应计入（r/min) ; r/min) ; n n主 主 主轴转速（ 主轴转速（r/min) ; r/min) ; k kl l 润滑油粘度影响的修正系数。润滑油粘度影响的修正系数。 N46 N46 号机械油号机械油, ,kl= 1;kl= 1; N32N32号机械油号机械油, ,kl= 0.9kl= 0.9; ;N15 N15 号机械油号机械油, ,kl= 0.75 ; kl= 0.75 ; k k2 2 系数。主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承系数。主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承, ,k

15、k2 28.5 8.5 ; ; 三支承滚动轴承三支承滚动轴承, ,k k2 2=10=10 2021/2/722 机床在切削时机床在切削时,齿轮、轴承等零件上的正压齿轮、轴承等零件上的正压 力加大了力加大了,功率的损耗也加大了。比功率的损耗也加大了。比P空多出来的空多出来的 那部分功率损耗那部分功率损耗,称为附加机械摩擦损失功率称为附加机械摩擦损失功率P机。机。 切削功率越大切削功率越大,这部分损失也越大。综上所述这部分损失也越大。综上所述,主主 电动机功率（电动机功率（kw）为）为: 式中式中l、2、3 主运动链中各传动副主运动链中各传动副 的机械效率的机械效率,见表见表 7-2 。 p p

16、pppp 切 切主空空机 机 1 2 3机 2021/2/723 图图 7-1 表示主运动链在某一转速下所消耗的各表示主运动链在某一转速下所消耗的各 项功率之间的关系。当开动机床尚未切削时项功率之间的关系。当开动机床尚未切削时,就需要就需要 消耗部分功率消耗部分功率P空（图空（图 7-1的的OB ）。随着）。随着P切的增切的增 加加,P机也在增加。机也在增加。P主沿主沿AB上升上升,直到直到A点。这时机点。这时机 床满载床满载, 在图在图 7-1 中就是中就是 OA 联线与水平轴夹角联线与水平轴夹角 的余的余 切切,总总ctg。当。当P切 切从 从 0上升到上升到P切 切max时 时,P主 主

17、是沿 是沿 OBA折线上升的。因此折线上升的。因此,总 总仅对满载时有效。当 仅对满载时有效。当P切 切 P切 切max时 时,根据根据总 总总算出的电动机功率将小于实际 总算出的电动机功率将小于实际 值。值。 p pppp 切max 切max主max空机max 总 2021/2/724 2021/2/725 二、进给运动功率的确定 在进给运动与主运动共用一个电动机的普通机 床上,如卧式车床和钻床,由于进给运动所消耗的功 率与主运动相比是很小的,因此可以忽略进给所需的 功率。在进给运动与空行程运动共用一个电动机的 机床上,如升降台铣床,也不必单独考虑进给所需的 功率,因为使升降台快速上升所需的

18、空行程运动功率 比进给运动的功率大得多。 2021/2/726 进给运动采用单独的普通电动机的机床,如升 降台铣床和龙门铣床,以及用液压缸驱动进给的机床, 如仿形车床、多刀半自动车床和组合机床等,都需要 确定进给运动所需的功率。通常用参考同类型机床 和计算相结合的办法确定。注意比较传动链的长短 和低效率传动副（丝杠螺母、蜗杆蜗轮）的数量。 进给传动链的机械效率,s会低至 0.15-0.2。 2021/2/727 进给功率（进给功率（kwkw）可根据进给牵引力）可根据进给牵引力F FQ Q（N),N),进进 给速度给速度v vs s(m/min(m/min）和机械效率）和机械效率s s, , 滑

19、动导轨进给牵引力滑动导轨进给牵引力FQFQ的估算公式如下的估算公式如下: : 三角形或三角形与矩形综合导轨三角形或三角形与矩形综合导轨: : 矩形导轨矩形导轨: : 燕尾形导轨燕尾形导轨: : 钻床主轴钻床主轴: : 2021/2/728 式中 :G 移动部件的重力（N）,G = mg ; Fx、FY、Fz切削力的三向分力。其 中 Fz 沿导轨的纵向（N),见图 7-2。 f 当量摩擦系数; f一钻床主轴套筒上的摩擦系数; k 考虑颠覆力矩影响的系数; d 主轴直径（mm) ; T 主轴上的转矩（Nmm） 2021/2/729 导轨上的作用力 2021/2/730 三、空行程功率的确定三、空行程功率的确定 空行程功率的确定应参考同类型机床,辅之以计 算,最好再经试验验证。快速（空）行程电动机往往 是满载起动,移动件较重,加速度也较大,因此计算时 必须考虑惯性力。各运动件在电机轴上的当量转动 惯量（kgm2）,可根据动能守恒定理,由式决定: 式中:Jk 旋转件的转动惯量（kgm2） k