第七章机床主要参数的确定

1、第一节、第一节、 尺寸参数尺寸参数第二节、第二节、 运动参数运动参数第三节、第三节、 动力参数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第一节、第一节、 尺尺 寸寸 参参 数数 机床尺寸参数的确定，主要是确定影响机床加工性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。其中包括机床的能的一些尺寸。其中包括机床的主参数主参数、第二主参数第二主参数和和其他一些尺寸参数其他一些尺寸参数。 当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后，当主参数、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就基本上确定了该机床所能加工或安装的最大工件的尺

2、寸。机床的尺寸参数是根据零件尺寸确定的。寸。机床的尺寸参数是根据零件尺寸确定的。 前面进行了机床的研究分析，下面开始讨论机床的设计。前面进行了机床的研究分析，下面开始讨论机床的设计。第七章第七章 机床主要参数的确定机床主要参数的确定 机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机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。床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。 卧式车床卧式车床是床身上工件的最大回转直径；是床身上工件的最大回转直径； 齿轮加工机床齿轮加工机床是最大工件直径；是最大工件直径； 外圆磨床和无心磨床外圆磨床和无心磨床是最大磨削直径；是最大磨

3、削直径； 龙门刨、铣床，升降台铣床和矩形工作台平面磨床龙门刨、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；是工作台工作面宽度； 卧式铣镗床卧式铣镗床是主轴直径；是主轴直径； 立式钻床和摇臂钻床立式钻床和摇臂钻床是最大钻孔直径；是最大钻孔直径； 牛头刨床和插床牛头刨床和插床是最大刨削和插削长度是最大刨削和插削长度 也有的机床不用尺寸作为主参数，如也有的机床不用尺寸作为主参数，如拉床拉床的主参数是额的主参数是额定拉力等。定拉力等。 有的机床，一个主参数还不足以确定机床的规格，还有的机床，一个主参数还不足以确定机床的规格，还需需第二主参数第二主参数加以补充：加以补充： 车床车床的第二主

4、参数是最大工件长度；的第二主参数是最大工件长度； 铣床和龙门刨床铣床和龙门刨床是工作台工作面长度；是工作台工作面长度； 摇臂钻床摇臂钻床是最大跨距等。是最大跨距等。 此外，还要确定此外，还要确定其他一些尺寸参数其他一些尺寸参数： 车床车床常常还要确定在刀架上工件的最大回转直径和主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；轴孔允许通过的最大棒料直径等； 龙门铣床龙门铣床还应确定横梁的最高和最低位置等；还应确定横梁的最高和最低位置等； 摇臂钻床摇臂钻床还要确定主轴下端面到底座间的最大和最小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

5、伸出量等。距离，其中包括了摇臂的升降距离和主轴的最大伸出量等。 运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。刀架等的运动速度。1、主运动参数、主运动参数 回转主运动的机床，主运动参数是主轴转速。回转主运动的机床，主运动参数是主轴转速。 转速（转速（r/min）与切削速度的关系）与切削速度的关系是：是：式中：式中： n 转速（转速（ r/min )； v 切削速度（切削速度（ m/min )； d 工件（或刀具）直径（工件（或刀具）直径（mm）。）。第二节、第二节、 运运 动动 参参 数数1 0 0 0 vnd 主运动是主运动是直线运动直线运

6、动的机床，如插床或刨床，主运动的机床，如插床或刨床，主运动参数是参数是每分钟的往复次数每分钟的往复次数。 对于不同的机床，对于不同的机床，主运动参数有不同的要求主运动参数有不同的要求。 专用机床和组合机床专用机床和组合机床是为某一特定工序而设计制是为某一特定工序而设计制造的，每根主轴一般造的，每根主轴一般只须有一个转速只须有一个转速，根据最有利的切，根据最有利的切削速度和直径而定，故削速度和直径而定，故没有变速要求没有变速要求。 通用机床通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的，是为适应多种零件加工而设计制造的，主轴需要变速主轴需要变速。因此需确定它的变速范围，即。因此需确定它的变速范围，即最

7、低与最最低与最高转速高转速。如果采用分级变速，则还应确定。如果采用分级变速，则还应确定转速级数转速级数。1）主轴最低（）主轴最低（nmin）和最高（）和最高（nmax）转速的确定：）转速的确定： 应当指出，通用机床的应当指出，通用机床的 和和 并不是机床上可能加工并不是机床上可能加工的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不的最大和最小直径，而是指常用的经济加工的最大和最小直径（即不是理论上的最大和最小直径）。对于通用机床，一般取：是理论上的最大和最小直径）。对于通用机床，一般取： 最大加工直径最大加工直径dmax =( 0.5-0.6)D （D可能加工的最大直径） 最小加工

8、直径最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax nmin和和nmax的比值是变速范围：的比值是变速范围：maxdk DminmaxdddRmaxdm ind（Rd 计算直径范围） 在确定切削速度时应考虑到多种工艺的需要。切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。削速度主要与刀具和工件的材料有关。常用的刀具材料常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。有高速钢、硬质合金和陶瓷等。工件材料可以是钢、铸工件材料可以是钢、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。切削用量手册

9、和通过调查得到。 在确定了在确定了 nmax 和和 nmin 后，如采用分级变速（大多数后，如采用分级变速（大多数普通机床），则应进行普通机床），则应进行转速分级转速分级； 如采用如采用变速电动机进行无级变速变速电动机进行无级变速（大多数数控和重（大多数数控和重型机床），有时型机床），有时也需用分级变速机构也需用分级变速机构来扩大其调速范围。来扩大其调速范围。 2） 主轴转速数列：主轴转速数列： 如某机床的分级变速机构共有如某机床的分级变速机构共有 Z 级，其中级，其中 n1 = nmin, nz= nmax , Z 级转速分别为：级转速分别为： nl , n2 , n3,， nj , nj

10、+ l , nz 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为 v ，则相应的转速为则相应的转速为n。通常，分级变速机构不能恰好得到这通常，分级变速机构不能恰好得到这个转速，而是个转速，而是 n 处于某两级转速处于某两级转速 nj , nj + l之间：之间： nj n nj+l 。 如果采用较高的转速如果采用较高的转速nj+l ，必将提高切削速度，刀，必将提高切削速度，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，以采用较低的转速低的转速 nj 为宜。为宜。 这时转速的损失为这时转速的损失为 n-nj ，

11、相对转速损失率为：相对转速损失率为： 最大的相对转速损失率最大的相对转速损失率是当所需的转速是当所需的转速 n 趋近于趋近于 nj + l时，也就是：时，也就是： 在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了速的损失就反映了生产率的损失生产率的损失。对于普通机床，如果认对于普通机床，如果认为每个转速的使用机会都相等，那么应使为每个转速的使用机会都相等，那么应使 Amax为一定值，为一定值，即：即： 从这里可看出，从这里可看出，任意两级转速之间的关系应为：任意两级转速之间的关系应为： n j十十1 = nj 最大相对转速损失率为：最

12、大相对转速损失率为： 变速范围为：变速范围为： 机床的转速应该按等比数列（几何级数）分级。机床的转速应该按等比数列（几何级数）分级。其其公比公比为为，各级转速应为，各级转速应为 例：例：有一台车床，主轴转速（有一台车床，主轴转速（r/min）共）共12级，分别为：级，分别为：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公比为，公比为 = 1.41，则最大相对转速损失率：，则最大相对转速损失率： 变速范围：变速范围： 等比数列等比数列同样适用于同样适用于直线往复主运动（刨床、插床）直线往复主运动（刨床、插床）的的往复次数数列往复次数数列、进给数

13、列进给数列以及以及尺寸尺寸和和功率参数系列功率参数系列。大部分机床的进给量用工件或刀具每转的位移表示，大部分机床的进给量用工件或刀具每转的位移表示，即单位为即单位为mm/r，如车床、钻床、镗床及滚齿机等。如车床、钻床、镗床及滚齿机等。 直线往复运动的机床，如直线往复运动的机床，如刨、插床刨、插床，以每一往复的，以每一往复的位移表示。位移表示。 铣床和磨床；由于使用的是多刃刀具，铣床和磨床；由于使用的是多刃刀具，进给量常以进给量常以每分钟的位移量表示，即单位为每分钟的位移量表示，即单位为r/ min 。 在其他条件（切速、切深等）不变的情况下，进给在其他条件（切速、切深等）不变的情况下，进给量的

14、损失也反映了生产率的损失。量的损失也反映了生产率的损失。2 2、进给运动参数、进给运动参数 数控机床和重型机床的进给为数控机床和重型机床的进给为无级调整无级调整；普通机床多；普通机床多采用采用分级调整分级调整。如进给链为外联系传动链，为使相对损失。如进给链为外联系传动链，为使相对损失为一定值，则为一定值，则进给量的数列也应取等比数列进给量的数列也应取等比数列。 有的有的往复主运动机床往复主运动机床，例如刨床和插床，进给运动是，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，则是每次往复转过的齿

15、数而定，则是等差数列等差数列。 供大量生产用的供大量生产用的自动和半自动车床，自动和半自动车床，常用交换齿轮来常用交换齿轮来调整进给量。这时调整进给量。这时可以不按一定的规则可以不按一定的规则，而用交换齿轮选而用交换齿轮选择最有利的进给量。择最有利的进给量。卧式车床因为要车螺纹，进给箱的分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数列，而级应根据螺纹标准而定。螺纹标准不是一个等比数列，而是一个分段的等差数列。是一个分段的等差数列。 3 3、标准公比、标准公比和标准转速数列和标准转速数列 机床转速是从小到大递增的，因此机床转速是从小到大递增的，因此 1 1 。 为

16、使最大相对转速损失率不超过为使最大相对转速损失率不超过 50 % 50 % ，即，即 则，则，2 2 。 因此因此 1 1 2 2 为方便起见，规定了公比的标准值：为方便起见，规定了公比的标准值： 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 21.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。 当采用标准公比后，转速数列可从当采用标准公比后，转速数列可从 （书（书123123页）表页）表 7-1 7-1 中中直接查出。表中给出了以直接查出。表中给出了以 1.06 1.06 为公比的从为公比的从 1-10000 1-10000 的数值。的数值。 1.12 = 1

17、.061.12 = 1.062 2, 1.26 = 1.06, 1.26 = 1.064 4, , 1.41 = 1.06 1.41 = 1.066 6, 1.58 = 1.06, 1.58 = 1.068 8, , 2 = 1.06 2 = 1.061212 。 此表不仅可用于此表不仅可用于转速转速、双行程数双行程数和和进给量数列进给量数列，而且也，而且也可用于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。表中的数列应优先选用。表中的数列应优先选用。 4、公比的选用、公比的选用 当确定了最高与最低转速以后，就应选取公比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，

18、公比最好选得小一些，以便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。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。但公比越小，级数就越多，将使机床的结构复杂。选用标准公比的一般原则和经验数据选用标准公比的一般原则和经验数据 （1）对于）对于通用机床，为使转速损失不大，机床结构又通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，不过于复杂，一般取一般取=1.26或或1.41。 （2）对于）对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比大批、大量生产的专用机床、自动化机床，公比应取小一些应取小一些。因这些机床的生产率较高，转速损失的影响。因这些机床的生产率较高，

19、转速损失的影响较显著。一般取较显著。一般取=1.12或或1.26。 （3）对于）对于大型机床，公比应取小一些大型机床，公比应取小一些。因在大型机床上。因在大型机床上的切削加工时间较长，转速损失的影响较显著。一般取的切削加工时间较长，转速损失的影响较显著。一般取=1.26或或1.12及及1.06。 （4）对于）对于非自动化小型机床，公比应取大一些。非自动化小型机床，公比应取大一些。因在这因在这些机床上，辅助时间较多，而切削加工时间所占的比例不些机床上，辅助时间较多，而切削加工时间所占的比例不大，转速损失的影响不很显著。一般取大，转速损失的影响不很显著。一般取=1.58、1.78或或2。第第三三节

20、、节、 动动 力力 参参 数数 动力参数包括动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机伺服电动机或或步进电动机的额定转矩步进电动机的额定转矩等。等。 各传动件的参数（各传动件的参数（轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等）等）都是根据动力参数设计计算的。都是根据动力参数设计计算的。 如果动力参数定得如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力电力；如果定得；如果定得过小，又将影响机床的性能过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通。动力参数可以通过调查、试验和计算的

21、方法进行确定。过调查、试验和计算的方法进行确定。1 1、主传动功率的确定主传动功率的确定 机床主运动的功率，包括机床主运动的功率，包括切削功率切削功率、空转功率损失空转功率损失和和附附加机械摩擦损失加机械摩擦损失三部分。三部分。 进行切削加工时，要消耗切削功率进行切削加工时，要消耗切削功率P切。它与刀具材料、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。工件材料和所选用的切削用量的大小有关。 如果是如果是专用机床专用机床，则工作条件比较固定，也就是刀具，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。这时计算值也比计算值也

22、比较接近实际情况较接近实际情况。 若是若是普通机床普通机床，则刀具与工件的材料和切削用量的变化，则刀具与工件的材料和切削用量的变化都相当大。通常，可都相当大。通常，可根据机床检验时所要求的重负荷切削条根据机床检验时所要求的重负荷切削条件来确定。件来确定。 机床主运动空转时，要消耗电动机的一部分功率，这机床主运动空转时，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，用部分消耗称为空转功率损失，用P空空（kw）表示。）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。而改变。 引起空转损失的主要因素是：引起空转损失的主要因素是：各传

23、动件在空转时的摩各传动件在空转时的摩擦，由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油，空气阻擦，由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油，空气阻力和其他动载荷等。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：式进行估算： d da a 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，初步按电动机功率主运动链的结构尺寸尚未确定，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); nini 当

24、主轴转速为当主轴转速为n n主主时，传动链内除主轴外各传动轴的转时，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，这些轴的转速也应计入（的轴时，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，k kl l= 1= 1； N32N32号机械油，号机械油，k kl l= 0.9= 0.9；N15 N15 号机械油，号机械油，k kl

25、l= 0.75 ; = 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 k2 28.5 8.5 ； 三支承滚动轴承，三支承滚动轴承，k k2 2=10=10 机床在切削时，齿轮、轴承等零件上的正压力加大了机床在切削时，齿轮、轴承等零件上的正压力加大了，功率的损耗也加大了。比，功率的损耗也加大了。比 P空空 多出来的那部分功率损耗多出来的那部分功率损耗，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，这部。切削功率越大，这部分损失也越大。综上所述，主电动机功率（分损失也越大。综上所述，主电动机功率（kw）为

26、：）为： 式中式中l、2、3 主运动链中各传动副的机械效率，见主运动链中各传动副的机械效率，见表表 7-2 。pppppp 切切主空空机机123机 图图 7-1 表示主运动链在某一转速下所消耗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。当开动机床尚未切的各项功率之间的关系。当开动机床尚未切削时，就需要消耗部分功率削时，就需要消耗部分功率P空空（图（图 7-1的的OB ）。随着）。随着P切切的增加，的增加，P机机也在增加。也在增加。P主主沿沿AB上升，直到上升，直到A点。这时机床满载，点。这时机床满载， 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 的的余切，余

27、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 是沿是沿OBA折线上升的。因此，折线上升的。因此，总总仅对满载仅对满载时有效。时有效。当当P切切P切切max时，根据时，根据总总总算出的电总算出的电动机功率将小于实际值。动机功率将小于实际值。ppppp切max切max主max空机max总 在主传动的结构方案尚未确定之前在主传动的结构方案尚未确定之前， 可用式可用式 进行估算进行估算。 式中：式中： 主传动电机功率（ ）； 消耗于切削的功率（ ）； 主传动链的总效率。 对于通用机床一般可取对于通用机床一般可取 = 0.650.80。机构简单和主轴转速较。机构简单和主

28、轴转速较低时取大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。低时取大值；相反，机构复杂和主轴较高时取小值。 当主传动的结构方案确定后，当主传动的结构方案确定后，可用式可用式 进行估算：进行估算：式中：式中： 消耗于空转的功率损失（ ）； 主传动链的总机械效率。 式中：式中： 、 为主传动链中各传动副的机械效率。为主传动链中各传动副的机械效率。 PP切主总kwkwkwPPP切主空机123. 机P空机12P主总P切总2、进给运动功率的确定、进给运动功率的确定 1)在进给运动与主运动共用一个电动机的普通机床上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如

29、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，因此可以相比是很小的，因此可以忽略忽略进给所需的功率。进给所需的功率。 2)在进给运动与空行程运动共用一个电动机的机床上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，也如升降台铣床，也不必单独考虑不必单独考虑进给所需的功率，因为使进给所需的功率，因为使升降台快速上升所需的空行程运动功率比进给运动的功率升降台快速上升所需的空行程运动功率比进给运动的功率大得多。大得多。 3) 进给运动采用单独的普通电动机的机床进给运动采用单独的普通电动机的机床，如升，如升降台铣床和龙门铣床，以及用液压缸驱动进给的机床，降台铣床和龙门铣床，

30、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，如仿形车床、多刀半自动车床和组合机床等，都需要确都需要确定进给运动所需的功率。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，杆蜗轮）的数量。进给传动链的机械效率，s会低至会低至 0.15-0.2。 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)，进给，进给速度速度v vs s(m/min(m/

31、min）和机械效率）和机械效率s s，滑动导轨进给牵引力滑动导轨进给牵引力 F FQ Q 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： 式中式中 ：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（导轨的纵向（N)，见下图，见下图 。 f 当量摩擦系数； f 一一 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）导轨上的作用力导轨上的作用力3 3、空行程功率的确定、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。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。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（各运动件在电机轴上的当量转动惯量（kgkgm m2 2），可根据动能守恒），可根据动能守恒定理，由式决定：定理，由式决定：式中：式中：J Jk k 旋转件的转动惯量（旋转