机械制造装备设计2

1、第二章 金属切削机床设计第二章第二章 金属切削机床设计金属切削机床设计 第一节第一节 概述概述第二节第二节 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论第三节第三节 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第四节第四节 主传动系设计主传动系设计第五节第五节 进给传动系设计进给传动系设计第六节第六节 机床控制系统设计机床控制系统设计第二章 金属切削机床设计2.1 2.1 概概 述述一、机床设计应满足的基本要求一、机床设计应满足的基本要求二、机床设计方法二、机床设计方法三、机床设计步骤三、机床设计步骤上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返

2、回主页返回本章返回本章第二章 金属切削机床设计（一）工艺范围（一）工艺范围 ：指机床适应不同生产要求的能力，也称为：指机床适应不同生产要求的能力，也称为机床的加工能力。机床的加工能力。 1.1.包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。 2.2.机床的工艺范围主要取决于使用于什么样的生产模式。大机床的工艺范围主要取决于使用于什么样的生产模式。大批量采用专用机床；单件小批量采用普通机床或通用机床；多批量采用专用机床；单件小批量采用普通机床或通用机床；多品种小批量专门化机床

3、。品种小批量专门化机床。 3.3.机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造成本、加工效率和自动化程度。成本、加工效率和自动化程度。 （二）柔性：是指其适应加工对象变化的能力。包括空间的柔（二）柔性：是指其适应加工对象变化的能力。包括空间的柔性和时间上的柔性。性和时间上的柔性。退出退出返回本节返回本节2.1.1 2.1.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求返回主页返回主页下一页下一页（三）与物流系统的可亲接近性（三）与物流系统的可亲接近性 ： 是指机床与物流系统之间进行物料流动的方便程度。是指机床与物流系统之间进行物

4、料流动的方便程度。（四）刚度：（四）刚度： 加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响影响加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热态刚度。加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热态刚度。（五）精度：（五）精度： 保证能加工出一定精度的工件，作为母机的机床必须具保证能加工出一定精度的工件，作为母机的机床必须具有更有更高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本身精度有分高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本身精度有分为：几何精度、运动精度、传动精度和定位精度。为：几何精度、运动精度、传动精度和定位精度。 （六）噪

5、声（六）噪声（七）成产率和自动化（七）成产率和自动化 （八）成本（八）成本 （九）生产周期（九）生产周期 （十）可靠性（十）可靠性 （十一）造型与色彩（十一）造型与色彩第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节2.1.1 2.1.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求返回主页返回主页下一页下一页第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节2.1.2 2.1.2 机床设计方法机床设计方法返回主页返回主页下一页下一页 （一）机床设计（一）机床设计正在向着正在向着“以系统为主的机床设计以系统为主的机床设计”方向发展，即在方向发展，即在机床设计时要考虑它如何更好的适应机床设计时

6、要考虑它如何更好的适应FMSFMS等先进制造系统的要求，例如等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。（二）机床设计方法（二）机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变形设计类型。有些类方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变形设计类型。有些类型，如组合机床属组合设计类型。型，如组合机床属组合设计类型。（三）在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法可采用（三）在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法可采用分析式设计分析式设计或

7、或创成式设计创成式设计。前者是用类比分析、推理方法产生方案；后者用创成解。前者是用类比分析、推理方法产生方案；后者用创成解析的方法生成方案，创新能力强，尚在研究发展之中。析的方法生成方案，创新能力强，尚在研究发展之中。第二章 金属切削机床设计 （二）总体设计：（二）总体设计： 内容（运动功能、基本参数、传动系统、总体结构内容（运动功能、基本参数、传动系统、总体结构 布局、控制系统设计）、设计方案综合评价与选择、设计修改或优化。布局、控制系统设计）、设计方案综合评价与选择、设计修改或优化。退出退出返回本节返回本节2.1.3 2.1.3 机床设计步骤机床设计步骤返回主页返回主页进入下一节进入下一节

8、 （三）（三） 结构设计：结构设计： 设计传动系统，各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要设计传动系统，各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要零件进行分析计算或优化，设计液压原理图和相应的部件装配图，设计零件进行分析计算或优化，设计液压原理图和相应的部件装配图，设计电气控制系统原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装配电气控制系统原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装配图和总联系尺寸图。图和总联系尺寸图。 （一）确定结构原理方案：（一）确定结构原理方案： 用途、生产率、性能指标、主要参数、用途、生产率、性能指标、主要参数、 驱动方式、结构原理、成驱动方式、结构原理

9、、成本及本及生产周期。生产周期。 （六）（六） 定型设计定型设计 进行实物样机的制造、实验及评价。根据结果进行修改，最终完成进行实物样机的制造、实验及评价。根据结果进行修改，最终完成产品的定型设计。产品的定型设计。（五）机床整机综合评价：（五）机床整机综合评价： 整机性能评价和综合评价。对所设计的机床进行计算机建模，得到整机性能评价和综合评价。对所设计的机床进行计算机建模，得到数字化样机（虚拟样机）进行仿真后，给出评价。数字化样机（虚拟样机）进行仿真后，给出评价。 可以减少新产品研制风险，缩短研制周期、提高研制质量。可以减少新产品研制风险，缩短研制周期、提高研制质量。 （四）工艺设计（四）工艺

10、设计： 全部自制零件图、编制标准件、通用件和自制件明细表，撰写设计全部自制零件图、编制标准件、通用件和自制件明细表，撰写设计说明书、使用说明书，制定机床的检验方法和标准等技术文件。说明书、使用说明书，制定机床的检验方法和标准等技术文件。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页进入下一节进入下一节2.1.3 2.1.3 机床设计步骤机床设计步骤 第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论（一）（一）上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页机床的运动学原理机床的运动学原理 机床运动学是研究、分析和实机床运动学是研究、

11、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置。掌握了机床运动学知识就功能配置。掌握了机床运动学知识就可对任何机床的工作原理进行学习和可对任何机床的工作原理进行学习和分析。分析。返回本章返回本章第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页一、机床的工作原理一、机床的工作原理金属切削机床的基本功能金属切削机床的基本功能: :是提供切削加工所必须的运动和动力。是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是：其基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形

12、成工件加工表面的几何切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。形状、尺寸，并达到其精度要求。工件表面的形成方法工件表面的形成方法机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计2.2.1 2.2.1 机床的运动学原理机床的运动学原理第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节 工件表面的形成方法工件表面的形成方法返回主页返回主页下一页下一页几何表面的形成原理图示几何表面的形成原理图示发生线的形成图示发生线的形成图示发生线的形成：发生线的形成：1 1）轨迹法（描述法）轨迹法（描述法） 2 2）成型法（仿形法）成型法（仿形法） 3 3）相切法（旋切法）相切法（

13、旋切法） 4 4）范成法（滚切法）范成法（滚切法）几何表面的形成原理图示几何表面的形成原理图示12a) 平面平面12b) 圆柱面圆柱面12c) 平面平面12d) 圆锥面圆锥面1母线母线2导线导线发生线的形成图示发生线的形成图示1fnn1.fn1n21a)轨迹法c)创成法b)成型法fn1n2fd)相切法e)展成法a)点刃车刀车外圆柱面点刃车刀车外圆柱面 b)宽刃车刀车外圆柱面宽刃车刀车外圆柱面 c)砂轮磨外圆柱面砂轮磨外圆柱面 d)盘铣刀铣外圆柱面盘铣刀铣外圆柱面 e)滚齿加工滚齿加工机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计1.1.工艺分析工艺分析2.2.选取坐标系：选取坐标系：机床坐标系一般采

14、用直角坐标系。机床坐标系一般采用直角坐标系。 各运动部件的局部坐标系以下各运动部件的局部坐标系以下3 3种方法：种方法： 1 1）固定在运动部件上；）固定在运动部件上；2 2）与机床坐标系方向一致；）与机床坐标系方向一致； 3 3）有斜置式运动时，按机床坐标系选取。）有斜置式运动时，按机床坐标系选取。3.3.写出机床运动功能式：写出机床运动功能式：表示机床的运动个数、形式、功能表示机床的运动个数、形式、功能（主运动主运动p p、进给运动、进给运动f f，非成形运动，非成形运动a a）及排列顺序。左边写及排列顺序。左边写工件工件W W，右边写，右边写刀具刀具T T，中间写运动按运动顺序排列，中间

15、写运动按运动顺序排列，并用并用“/”/”分开，分开，CpCp主运动主运动。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页ZfBaYaCpCfW/W/C Cf f，YaZYaZf fBaBa，Cp/TCp/T4.画出机床运动功能图画出机床运动功能图(例：滚齿机）例：滚齿机） 是将机床的运动功能式用简洁的是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是识别、分符号和图形表达出来，是识别、分析和设计机床传动系统的依据。析和设计机床传动系统的依据。机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页机床运动

16、功能方案设计机床运动功能方案设计第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页5.5.绘制机床传动原理图绘制机床传动原理图 只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的运动关系。只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的运动关系。若将动力源与执行件、各执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是传若将动力源与执行件、各执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是传动原理图。动原理图。u uv v_-_-主运动传动比，主运动传动比，u uf f- -进给传动比，进给传动比，u ui i- -内联系传动比。内联系传动比。第二章 金属切削机床设

17、计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页 第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页 1.1.几何精度几何精度: :机床在空载低速时各主要部件的形状、相互位置和相对运机床在空载低速时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。动的精确程度。 2.2.运动精度：运动精度：机床空载以工作速度运动时，执行部件的几何位置位置机床空载以工作速度运动时，执行部件的几何位置位置精度；精度； 3.3.传动精度：传动精度：机床传动系统各末端执行件的运动协调性和均匀性。机床传动系统各末端执行件的运动

18、协调性和均匀性。 4.4.定位精度：定位精度：机床的定位部件运动到规定位置的精度；机床的定位部件运动到规定位置的精度； 5.5.重复定位精度：重复定位精度：机床运动部件在相同条件下，用同样方法重复定位机床运动部件在相同条件下，用同样方法重复定位时，位置的一致程度；时，位置的一致程度； 6.6.工作精度：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加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度；度； 7.7.精度保持性：精度保持性：在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度。在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度。（二）（二）精度精度（三）（三）刚度刚度返回本章返回本章 指机床

19、受载时抵抗变形的能力，公式：指机床受载时抵抗变形的能力，公式：yFk 第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（四）（四）抗振性抗振性返回本章返回本章 指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力，也称为切削稳定性。动的能力和抵抗自激振动的能力，也称为切削稳定性。1.1.受迫振动：受迫振动：来自于机床内部，如高速回转零件的不平衡。避免来自于机床内部，如高速回转零件的不平衡。避免共振现象产生。共振现象产生。

20、2.2.自激振动：自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种是发生在刀具和工件之间的一种相对振动。也称为切削稳定性。相对振动。也称为切削稳定性。影响机械振动的主要原因：影响机械振动的主要原因： 机床刚度、阻尼特性、系统的固有频率。机床刚度、阻尼特性、系统的固有频率。 第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（五）（五）热变形热变形返回本章返回本章 指机床在工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度指机床在工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度高于环境温度，称为温升。由于各部位温升不同

21、，不同材料的热膨胀高于环境温度，称为温升。由于各部位温升不同，不同材料的热膨胀系数不同。所以各部分材料产生的热膨胀量不同，导致机床床身、主系数不同。所以各部分材料产生的热膨胀量不同，导致机床床身、主轴和刀架等构件产生变形。轴和刀架等构件产生变形。采取措施：采取措施： 减少热源发热量；将热源置于宜散热位置，增加散热面积和强制冷减少热源发热量；将热源置于宜散热位置，增加散热面积和强制冷却；采用热管将温升较高的热量转移，减少温差；采用自动控制、温却；采用热管将温升较高的热量转移，减少温差；采用自动控制、温差补偿及隔热措施等。差补偿及隔热措施等。（六）（六）噪噪 声声 主要噪声源：主要噪声源： 机械噪

22、声、液压噪声、电磁噪声、机械噪声、液压噪声、电磁噪声、 空气动力噪声。空气动力噪声。 第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（七）（七）低速运动平稳性低速运动平稳性返回本章返回本章 机床上有些运动部件，需要做低速或微小移动。当低速运动时，机床上有些运动部件，需要做低速或微小移动。当低速运动时，主动件匀速运动，从动件会出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，也主动件匀速运动，从动件会出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，也称为爬行。称为爬行。危危 害：害：影响机床的精度、工件的加工精度和表面粗糙度。影响机

23、床的精度、工件的加工精度和表面粗糙度。原原 因：因：是因摩擦产生的自激振动现象。摩擦面上的摩擦系数随速度是因摩擦产生的自激振动现象。摩擦面上的摩擦系数随速度的增加和传动系的刚度不足。的增加和传动系的刚度不足。措措 施：施：在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。传动机构的刚度和降低移动件的质量等。第二章 金属切削机床设计2.3 2.3 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计 一、机床系列型谱的制定一、机床系列型谱的制定二、机床的运动功能设置二、机床的运动功能设置三、机床总体结构方案设计三、机床

24、总体结构方案设计上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页四、机床主要参数的设计四、机床主要参数的设计返回本章返回本章第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页 为满足国民经济不同部门对机床的要求，机床分成车、为满足国民经济不同部门对机床的要求，机床分成车、铣、刨、磨等铣、刨、磨等1111大类大类通用机床。每一类机床又分为大小不通用机床。每一类机床又分为大小不同的几种同的几种规格规格。国家根据机床生产和使用情况，规定了每。国家根据机床生产和使用情况，规定了每一种通用机床的主参数一种通用机床的主参数系列系列。 通常按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最

25、广通常按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广、需求量较大的机床系列作为、需求量较大的机床系列作为“基型系列基型系列”，然后派生出若，然后派生出若干干变形机床变形机床。 系列型谱的制定对机床工业发展大有好处。由于基型和系列型谱的制定对机床工业发展大有好处。由于基型和变形机床之间大部分零件通用，可以大大较少设计工作量变形机床之间大部分零件通用，可以大大较少设计工作量，提高零部件的生产批量，缩短制造成本，提高机床品质。，提高零部件的生产批量，缩短制造成本，提高机床品质。2.3.1 2.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节2.3.1 2.

26、3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定返回主页返回主页下一页下一页中型卧式机床的简略系列型谱表中型卧式机床的简略系列型谱表 型式型式最大最大工件直径工件直径/mm万万 能能式式马马鞍鞍式式提提高高精精度度无无丝丝杠杠式式卡卡盘盘式式球球面面加加工工端端面面车车床床2503204005006308001000注：注： 基型，基型， 变型变型第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页设置的方法和步骤：设置的方法和步骤： 1.1.工艺分析：工艺分析： 对所设计的机床的工艺范围进行分析，对于通用机床确定加工工件对所设计的机床的工艺范围进行分析，对于通用机床确定加

27、工工件的类型，选择典型零件分析，然后选择恰当的加工方法。设计时考虑可的类型，选择典型零件分析，然后选择恰当的加工方法。设计时考虑可达到的生产率和加工精度、机床制造成本和操作维护方便程度等因素。达到的生产率和加工精度、机床制造成本和操作维护方便程度等因素。 2.2.机床运动功能设置：机床运动功能设置： a.a.分析式设计：分析式设计：参考现有同类机床设计，然后仿真分析；参考现有同类机床设计，然后仿真分析； b.b.解析式设计：解析式设计：采用创成原理，求出所有可能方案，然后通过仿真分采用创成原理，求出所有可能方案，然后通过仿真分析评定方案的可行性和优劣。析评定方案的可行性和优劣。 3.3.写出机

28、床的运动功能式，画出机床运动功能图写出机床的运动功能式，画出机床运动功能图 根据以上评定结果，选择机床的运动功能配置。在写出运动功能式、根据以上评定结果，选择机床的运动功能配置。在写出运动功能式、画出运动功能图。画出运动功能图。2.3.2 2.3.2 机床运动功能设置机床运动功能设置 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（一）运动功能分配设计（一）运动功能分配设计 机床运动功能式描述了刀具与工件间的相对运动，但基础支承件机床运动功能式描述了刀具与工件间的相对运动，但基础支承件设在何处（即接地）尚未确定，这就设计到运动功能的分配问题。设在何处（即接地）尚未

29、确定，这就设计到运动功能的分配问题。 运动功能分配设计就是确定运动功能式中运动功能分配设计就是确定运动功能式中“接地接地”的位置，用的位置，用符号符号“”表示，符号表示，符号左侧左侧的运动由的运动由工件工件完成，完成，右侧右侧运动由运动由刀具刀具完成完成如如铣床的运动功能式：铣床的运动功能式：W/W/XfXf, , ZfZf, , YfYf, Cp/T, Cp/T，对应的运动分配式：，对应的运动分配式： 卧式升降台铣床：卧式升降台铣床： W/W/XfXf, , ZfZf, , YfYf Cp/T Cp/T 卧式立柱移动式铣床：卧式立柱移动式铣床： W/W/XfXf ZfZf, , YfYf,

30、Cp/T, Cp/T 2.3.3 2.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（一）运动功能分配设计（一）运动功能分配设计选用原则（四条原则）：选用原则（四条原则）：1.1.将运动分配给质量小的零部件（将运动分配给质量小的零部件（“避重就轻避重就轻”） W/W/XfXf, , ZfZf, , YfYf Cp/T Cp/T ； W/ W/ XfXf, , ZfZf, , YfYf, Cp/T , Cp/T 2.2.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3.3.运动分配应有利于提高运

31、动部件的刚度运动分配应有利于提高运动部件的刚度4.4.运动分配应视工件形状而定运动分配应视工件形状而定2.3.3 2.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（二）结构布局设计：（二）结构布局设计：立式、卧式、斜置式2.3.3 2.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 （三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计（三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是：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，

32、机床动力参数及加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。工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。设计过程：设计过程：1.1.首先确定末端执行间的概略形状与尺寸；首先确定末端执行间的概略形状与尺寸；2.2.设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式和概略尺寸设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式和概略尺寸3.3.根据导轨结合部的设计结果和该运动的形成尺寸同时考虑刚度要求，确根据导轨结合部的设计结果和该运动的形成尺寸同时考虑刚度要求，确定下移功能件形状与尺寸；定下移功能件形状与尺寸；4.4.重复上述过程

33、，直至全部基础支承件（底座、立柱、床身等）设计完毕重复上述过程，直至全部基础支承件（底座、立柱、床身等）设计完毕5.5.若要进行机床结构模块设计，则可将功能部件细分为子部件；若要进行机床结构模块设计，则可将功能部件细分为子部件；卧卧式式机机床床立立式式机机床床卧式支承卧式支承 “”立立式式支支承承 “|”单单臂臂支支承承 “ ”龙龙门门式式支支承承 “”第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页2.3.3 2.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 （三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计（三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计评价的主要因素有：评价的主

34、要因素有：1 1）性能）性能 2 2）制造成本）制造成本 3 3）制造周期）制造周期 4 4）生产率）生产率 5 5）与物流的可亲性）与物流的可亲性 6 6）外观造型）外观造型 7 7）机床总体结构方案设计修改与确定）机床总体结构方案设计修改与确定 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（一）主参数和尺寸参数（一）主参数和尺寸参数2.3.4 2.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 机床的主要技术参数机床的主要技术参数包括机床的包括机床的主参数主参数和和基本参数基本参数，基本参数可包，基本参数可包括括尺寸参数尺寸参数、运动参数运动参数和和动力参数动

35、力参数。机床主参数机床主参数: :代表机床规格大小代表机床规格大小/ /反映机床最大工作能力反映机床最大工作能力尺寸参数尺寸参数: :机床的主要结构尺寸参数，包括：机床的主要结构尺寸参数，包括：1.1.与被加工零件有关的尺寸，如卧车最大加工工件长度与被加工零件有关的尺寸，如卧车最大加工工件长度2.2.标准化工具或夹具的安装面尺寸，如卧车主轴锥孔及主轴前端尺寸标准化工具或夹具的安装面尺寸，如卧车主轴锥孔及主轴前端尺寸例：例：CA6140CA6140型普通车型普通车 床的主要技术参数床的主要技术参数 1 1）主参数：工件最大回转直径）主参数：工件最大回转直径400mm400mm； 2 2）第二参数

36、：最大工件长度）第二参数：最大工件长度1000mm1000mm； 3 3）其它尺寸参数：刀架最大回转直径）其它尺寸参数：刀架最大回转直径 210mm210mm， 主轴内孔直径主轴内孔直径 48mm48mm。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（二）运动参数（二）运动参数2.3.4 2.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 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。运动速度。1.1.主运动参数：主运动参数：a.a.主运动为回转运动的机床：主运动参数为主轴转速：主

37、运动为回转运动的机床：主运动参数为主轴转速：n=1000v/dn=1000v/db.b.主运动为直线运动的机床：主运动参数可以是刀具每分钟往复次数，主运动为直线运动的机床：主运动参数可以是刀具每分钟往复次数， 也可是装夹工件的工作台的移动速度。也可是装夹工件的工作台的移动速度。(1)(1) 最低（最低（n nminmin）和最高（）和最高（n nmaxmax) )转速的确定转速的确定 对设计机床可能进行的工序进行分析，从中选择要求最高、最低对设计机床可能进行的工序进行分析，从中选择要求最高、最低转转速的典型工序，按照典型工序的切削速度和刀具（或工件）的直径，速的典型工序，按照典型工序的切削速度

38、和刀具（或工件）的直径，计算最计算最高、最低转速高、最低转速及及变速范围变速范围R R：min/min,/min,/minmaxmaxminminminmaxmaxrnnRrdv1000nrdv1000nn第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（二）运动参数：（二）运动参数：1.1.主运动参数主运动参数2.3.4 2.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 通用机床的通用机床的dmaxdmax和和dmindmin是指经济加工直径，对于通用机床，一般取：是指经济加工直径，对于通用机床，一般取：maxminmax,dRdKDdd确定机床主轴的最高转速主要

39、考虑因素：确定机床主轴的最高转速主要考虑因素：a.a. 机床主传动类型。机床主传动类型。普通机床，一般最高转速普通机床，一般最高转速2000r/min,2000r/min,数控机床采数控机床采用交流伺服电机或变频电机变速，主轴最高转速用交流伺服电机或变频电机变速，主轴最高转速5000-50000r/min.5000-50000r/min.b. b. 采用的刀具类型、材质和切削角度：采用的刀具类型、材质和切削角度：刀具的最大切削速度与其类型刀具的最大切削速度与其类型、材质和切削角度有直接关系。、材质和切削角度有直接关系。minmaxmaxdv1000n实例：实例：400mm普通车床普通车床nma

40、x和和nmin的确定的确定则则 dmaxKD0.5400200(mm) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r/min) n nmaxmax的计算的计算据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，半精车外圆时，主轴据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，半精车外圆时，主轴n n最高，按最高，按经验并参考切削用量手册。经验并参考切削用量手册。取取 v vmaxmax200m/min200m/min，k k0.50.5，R Rd d0.250.25刀具刀具材料材料 工件工件材料材料 零件零件形状形状 工工 序序 dmax(mm) vmin(m/min) nmin(r/min) 高速钢高速钢

41、 铸铁铸铁 盘类盘类 粗车粗车端面端面 40040015 15 11.9 11.9 高速钢高速钢 合金合金钢材钢材 圆棒料圆棒料 粗车梯粗车梯形螺纹形螺纹 50 50 1.5 1.5 9.559.55根据上表的计算结果，应该选择：根据上表的计算结果，应该选择： nmin9.55（r/min） nmin的计算的计算 据分析，下列两道工序所要求的主轴转速中较低的一个为据分析，下列两道工序所要求的主轴转速中较低的一个为主轴最低转速。主轴最低转速。 maxminmin1000dvn nmax、 nmin的确定的确定CA6140主轴的最低转速为主轴的最低转速为10 r/min，最高转速为，最高转速为14

42、00 r/min。与计算结果相符。与计算结果相符。考虑今后技术发展的储备，新设计考虑今后技术发展的储备，新设计400mm车床主轴车床主轴的转速为：的转速为： nmax1600（r/min）nmin10（r/min）Rn160 第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（二）运动参数：（二）运动参数：1.1.主运动参数主运动参数3.3.4 3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 （2 2）主轴转速的合理排列）主轴转速的合理排列 确定了最大、最小转速后，如采用确定了最大、最小转速后，如采用有级变速有级变速，应进行转速分级。目，应进行转速分级。目前多数机床

43、主轴转速是按前多数机床主轴转速是按等比级数排列等比级数排列，其公比符号为，其公比符号为 ，转速级数，转速级数Z Z，则转速数列为：，则转速数列为： 有的机床中间转速选用机会多，可采用两端公比大、中间公比小的有的机床中间转速选用机会多，可采用两端公比大、中间公比小的混混合公比合公比转速系列。转速系列。 （3 3）标准公比值）标准公比值 和标准转速数列：和标准转速数列： 标准公比的确定原则：公比大于标准公比的确定原则：公比大于1 1小于小于2 2，转速数列中转速呈，转速数列中转速呈1010倍比倍比关系。故关系。故 。 标准公比如表标准公比如表3-53-5所示，不仅可用于所示，不仅可用于有级变速、双

44、行程数和进给量数有级变速、双行程数和进给量数列列，也可用于，也可用于机床尺寸机床尺寸和和功率参数等数列功率参数等数列。1zz2321nnnnnnnnminminminmin,.,110E3）标准公比）标准公比表表3-5 3-5 标准公比标准公比 从表中可以看到：从表中可以看到：1）标准公比都是在）标准公比都是在1 2之间；之间；2）标准公比是）标准公比是2的的E2次方根，其数列每隔次方根，其数列每隔N项增大或缩小项增大或缩小2倍（便于采用双速电动机倍（便于采用双速电动机 ）；）；3）标准公比是）标准公比是10的的E1次方根，便于设计和使用机床。次方根，便于设计和使用机床。表表1-2 标准公比之

45、间的关系标准公比之间的关系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.412n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n7118n16950n8150n171180n9190n181500 如：如：X6132铣床主轴共有铣床主轴共有 Z=18级转速级转速（1-4）Rnnmax/nmin Z1第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（

46、二）运动参数：（二）运动参数：1.1.主运动参数主运动参数2.3.4 2.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 （4 4）公比）公比 的选用：的选用： 公比值小则相对转速损失小，但当变速范围一定时变速级数增多，公比值小则相对转速损失小，但当变速范围一定时变速级数增多，变速箱结构复杂。变速箱结构复杂。 对于对于通用机床通用机床，机床损失不会引起加工周期过多地延长，为了变速，机床损失不会引起加工周期过多地延长，为了变速箱结构不过于复杂，一般取箱结构不过于复杂，一般取1.261.26或或1.411.41等较大公比；对于大批大量生产等较大公比；对于大批大量生产用的用的专用机床专用机床，情况相反

47、，通常取，情况相反，通常取1.121.12或或1.261.26等较小公比。等较小公比。（5 5）变速范围）变速范围RnRn，公比和级数，公比和级数Z Z之间的关系：之间的关系： 上式给出了上式给出了RnRn、公比、级数、公比、级数Z Z三者之间关系，已知任意两个，可求出三者之间关系，已知任意两个，可求出第三个，公比和级数求出时应圆整为标准数和整数。第三个，公比和级数求出时应圆整为标准数和整数。)23.(1lglg1minmaxnznRZnnR通用机床通用机床专门化机床专门化机床和自动机床和自动机床大型大型机床机床非自动非自动小型机床小型机床公比公比 1.261.261.411.411.121.

48、121.261.261.061.061.121.121.261.261.581.581.781.782.02.0原因原因变速级数较多；变速级数较多；机床结构不能机床结构不能过于复杂；过于复杂；转速损失不能转速损失不能太大。太大。 切削时间较切削时间较长，生产率长，生产率较高较高 ；机床不经常机床不经常变速，变速变速，变速机构可以采机构可以采用交换齿轮。用交换齿轮。 切削时切削时间较长，间较长，转速损转速损失影响失影响较大。较大。 机床辅助时机床辅助时间较长，切间较长，切削加工时间削加工时间所占比例不所占比例不大。大。 4）公比的选用）公比的选用依据：依据：生产率和机床结构复杂性生产率和机床结构

49、复杂性。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页（二）运动参数：（二）运动参数：2.3.4 2.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 2. 2.进给量的确定进给量的确定 数控机床数控机床中进给量广泛使用无级变速，中进给量广泛使用无级变速，普通机床普通机床既有无级也有有级既有无级也有有级变速。采用有级变速时，进给量一般为等比级数，确定方法与主轴转速变速。采用有级变速时，进给量一般为等比级数，确定方法与主轴转速相同。首先根据工艺要求，确定最大、最小进给量，然后选取相同。首先根据工艺要求，确定最大、最小进给量，然后选取标准公比标准公比或进给量级数或进给量级数Z Zf f，再又式（，再又式（3-23-2）求出参数。）求出参数。 3.3.变速形式与驱动方式选择变速形式与驱动方式选择 机床的主运动和进给运动的变速方式有无级和有级两种形式，主要考机床的主运动和进给运动的变速方式有无级和有级两种形式，主要考虑机床自动化程度和成本两个因素，数控机床一般采用伺服