金属切削机床设计

1、1 2 6.6.机床的成本和生产周期机床的成本和生产周期 7.7.可靠性可靠性 8.8.造型与颜色造型与颜色 9.9.机床设计方法机床设计方法 10.10.环境保护环境保护 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 u 工艺范围工艺范围 u 运行模式运行模式 u 生产率生产率 u 性能指标性能指标 u 主要参数主要参数 u 驱动方式驱动方式 u 成本及周期成本及周期 16 u 运动功能设计运动功能设计 u 基本参数设计基本参数设计 u 传动系统设计传动系统设计 u 总体机构布局总体机构布局 u 控制系统设计控制系统设计 17 18 19 20 21 22 23 24 25

2、 26 27 28 29 30 31 32 33 34 ./,/)4 ;/,/)3 ;/,/)2 ;/,/) 1 TCYZXW TCYZXW TCYZXW TCYZXW pfff pfff pfff pfff 35 36 37 38 精度精度 39 切八方判定机床的精度（见备注）切八方判定机床的精度（见备注） 精度精度 40 精度精度 41 精度精度 42 机床的几何精度是保证工件加工精度最基本的条件。因此，所有机床都有一定的几何机床的几何精度是保证工件加工精度最基本的条件。因此，所有机床都有一定的几何 精度要求。精度要求。 精度精度 43 精度精度 44 精度精度 45 精度精度 46 精度

3、精度 47 精度精度 48 精度保持性（使用寿命）精度保持性（使用寿命） 精度精度 49 刚度刚度 50 抗振性抗振性 51 预防受迫振动的措施：预防受迫振动的措施： 预防自激振动的措施：预防自激振动的措施： u 增大工作部件的阻尼比增大工作部件的阻尼比 u 调整切削宽度调整切削宽度 u 及时修磨刀具，稳定切削及时修磨刀具，稳定切削 抗振性抗振性 52 53 机械噪声中，机械噪声中，齿轮振动影响传动平稳性齿轮振动影响传动平稳性，是主要噪声源，是主要噪声源 。产生的因素是齿轮的。产生的因素是齿轮的基节偏差基节偏差和和齿形误差齿形误差，是由滚到，是由滚到 的制造和安装误差以及齿轮的制造误差造成的。

4、的制造和安装误差以及齿轮的制造误差造成的。 措施：措施：缩短传动链，采用小模数、硬面齿轮，降低传动缩短传动链，采用小模数、硬面齿轮，降低传动 件的线速度和提高阻尼比，增加齿轮啮合重合度和提高件的线速度和提高阻尼比，增加齿轮啮合重合度和提高 支撑件的刚度。支撑件的刚度。 噪声噪声 54 快-慢或跳跃式的运动 低速运动平稳性低速运动平稳性 55 低速运动平稳性低速运动平稳性 56 低速运动平稳性低速运动平稳性 57 低速运动平稳性低速运动平稳性 58 低速运动平稳性低速运动平稳性 0 k vF K m F ：静、动摩擦力之差；：静、动摩擦力之差； K0 ：传动系统的当量刚度；：传动系统的当量刚度；

5、 m ：运动部件的质量；：运动部件的质量； ：由导轨和传动系统的阻尼：由导轨和传动系统的阻尼 比比决定的系数。决定的系数。 59 式中式中 F-F-静、动摩擦力之差（静、动摩擦力之差（N N）；）； K- -传动系统的刚度（传动系统的刚度（N Nm m）；）； - -阻尼比；阻尼比； m- -从动件的质量（从动件的质量（kgkg）；）； m- -静、动摩擦系数之差静、动摩擦系数之差 Km F Km F V K 22 （m/s） 降低临界速度：降低临界速度： 适当的增加系统的惯性适当的增加系统的惯性J J和粘性摩擦系数和粘性摩擦系数f f，有利于改善低速爬，有利于改善低速爬 行现象，但惯性增加会

6、引起伺服系统响应性能降低；增加粘性行现象，但惯性增加会引起伺服系统响应性能降低；增加粘性 摩擦系数也会增加系统的稳态误差，设计时应优化处理。摩擦系数也会增加系统的稳态误差，设计时应优化处理。 低速运动平稳性低速运动平稳性 60 低速运动平稳性低速运动平稳性 61 低速运动平稳性低速运动平稳性 u 采用导轨油采用导轨油 u 采用滚动摩擦代替采用滚动摩擦代替 滑动摩擦滑动摩擦 u 采用卸荷导轨采用卸荷导轨 和静和静 压导轨压导轨 u 采用减摩导轨材料采用减摩导轨材料 62 低速运动平稳性低速运动平稳性 63 低速运动平稳性低速运动平稳性 u 机械传动机械传动 u 液压传动液压传动 64 低速运动平

7、稳性低速运动平稳性 65 低速运动平稳性低速运动平稳性 66 67 机床分为十一大类，每类通用机床都有它的主参数系列，机床分为十一大类，每类通用机床都有它的主参数系列， 而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。 2.3.1 2.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定 68 2.3.1 2.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定 69 2.3.1 2.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定 70 2.3.1 2.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定 71 72 四四 个个 分分 配配 原原 则则 运动分

8、配给质量小的零部件运动分配给质量小的零部件 运动分配应有利于提高工件的加工精度运动分配应有利于提高工件的加工精度 运动分配应有利于提高运动部件的刚度运动分配应有利于提高运动部件的刚度 运动分配考虑工件的形状运动分配考虑工件的形状 2.3.2 2.3.2 机床运动功能设置机床运动功能设置 73 1、运动分配给质量小的零部件运动分配给质量小的零部件 74 75 2、运动分配应有利于提高工件的加工精度运动分配应有利于提高工件的加工精度 运动部件不同，加工精度不同。运动部件不同，加工精度不同。如：钻床上的钻头运动。如：钻床上的钻头运动。 76 3、运动分配应有利于提高运动部件的刚度运动分配应有利于提高

9、运动部件的刚度 运动应分配给刚 运动应分配给刚 度高的部件。度高的部件。 如：磨床工作台和砂轮架的运动。如：磨床工作台和砂轮架的运动。 小型工作台进给小型工作台进给 工件长，砂轮进给工件长，砂轮进给 4、运动分配考虑工件的形状 运动分配考虑工件的形状 不同形状的工件，所需的运动部件不一样。不同形状的工件，所需的运动部件不一样。如：圆柱形工如：圆柱形工 件内孔在车床上加工，工件旋转，箱体件内孔在镗床或钻件内孔在车床上加工，工件旋转，箱体件内孔在镗床或钻 床上加工，工具旋转，工件移动。床上加工，工具旋转，工件移动。 77 78 79 立柱支撑立柱支撑单臂支撑单臂支撑龙门支撑龙门支撑 80 2.3.

10、4 2.3.4 机床主要参数的确定机床主要参数的确定 81 82 83 84 85 86 1000v n d u 专用机床专用机床可根据特定工序实际使用的切削速度和可根据特定工序实际使用的切削速度和 工件工件( (或刀具或刀具) )的直径确定主轴转速，且大多数情况只的直径确定主轴转速，且大多数情况只 需一种速度。需一种速度。 u 通用机床通用机床，为适应各种不同的加工要求，主轴应，为适应各种不同的加工要求，主轴应 有一定的有一定的变速范围变速范围和和变速方式变速方式( (有级或无级变速有级或无级变速) )。 n ：主轴转速：主轴转速(r/min) v : 切削速度切削速度(m/min) d :

11、 工件或刀具直径工件或刀具直径(mm) 87 max min min 1000 d v n minmax nnRn 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 max max min 1000v n d 88 min/1273 50 20010001000 min max maxr d V n max1 0.5 400200dK Dmmmm min2max 0.25 20050dK dmmmm 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 89 min/ 9 .23 200 151000 minrn 高速钢车刀粗车铸铁件表面时可能达最低转速，取高速钢车刀粗车铸铁件表面时可能达

12、最低转速，取 Vmin=m/min，机床能加工的最大直径为，机床能加工的最大直径为400mm。则。则: mmKDd2004005 . 0 max 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 90 min/ 55. 9 50 5 . 110001000 max min minr d v n 综上所述综上所述,再考虑留有技术储备再考虑留有技术储备,最后确定最后确定 nmax =1600 r/min nmin = 10 r/min 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 91 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 21 1min21311 , z z nnnn

13、nnnn 1z n R 各级转速：各级转速： 变速范围：变速范围： 92 1 1 1 1 1 1 maxlim j jj j jj nn n nn n nn A j n nn A j 1 jj nnn 加工某工件的最佳切削速度为加工某工件的最佳切削速度为v，相应的转速为，相应的转速为n： 最大相对转速损失率为最大相对转速损失率为n趋近与趋近与nj+1时：时： 结论：最大相对转速损失率相等。结论：最大相对转速损失率相等。 93 94 max 1 12,2A 95 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 用于旋转主运动、直线主运动、等比进给用于旋转主运动、直线主运动、等比进给 运动。

14、对于无级变速系统可参考标准公比。运动。对于无级变速系统可参考标准公比。 96 97 98 （）公比的选用（）公比的选用 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 99 z-1 1 1 1 max min z n nn R nn 1 lg lg lg) 1(lg n n R ZZR 基本参数基本参数运动参数运动参数主运动参数主运动参数 (5)(5)变速范围变速范围RnRn，公比，公比和级数和级数Z Z的关系的关系 100 基本参数基本参数运动参数运动参数进给量进给量 maxmin 1 a ff C Z fmax、fmin ：最大、最小进给量；：最大、最小进给量； Za ：进给量级数；：进给量级数； C ：差值，由被加工螺纹的导程：差值，由被加工螺纹的导程 或棘轮机构的结构决定；或棘轮机构的结构决定； 101 基本参数基本参数运动参数运动参数动力参数动力参数 102 总 切 主 P P 空主 机 切 PP P l 当主传动链的结构方案确定时当主传动链的结构方案确定时： ） 主 平均 空 cnn Kd P i ( 955000 60000 vFz P 切 K P P 主 额定 103 f f s Q P 60000 l 数控机床的进给运动，伺服电动机按转矩为数控机床的进给运动，伺服电动机按转矩为： ： 电