机械制造装备技术课件第一章

第一章金属切削机床的总体设计§1-1机床的基本要求§1-2金属切削机床的设计步骤§1-3机床的总体布局§1-4主要技术参数的确定本章基本要求与重点：1、了解机床设计的要求、步骤；2、了解机床工艺方案的拟定及总体布局；3、理解机床的主要技术参数、各参数的定义；4、掌握运动参数和动力参数的确定方法。本章难点：机床主轴转速的确定。一、性能（技术）指标

机床适应不同生产要求的能力。也叫做加工功能。不同的生产模式，对机床的工艺范围要求不同。

大批大量生产,机床的工艺范围比较窄，机床的机构比较简单。1、工艺范围§1-1机床的基本要求包括:工艺范围、加工精度、生产率自动化,可靠性组合机床单件小批量生产,要求机床的功能比较多，工艺范围也尽可能的广，机床结构也比较复杂。E.g.通用车床、通用钻床多品种小批生产，要求机床的制造装备的功能更多，因此对于这种生产模式所采用的机床，工艺范围也比较广E.g.数控机床、加工中心及柔性制造系统专用机床：工艺范围窄→结构简单、自动化程度高。普通机床：工艺范围宽→结构复杂、自动化程度低。加工精度：被加工零件在形状、位置、尺寸的准确度以及表面的粗糙程度。2、加工精度和精度保持性基本组成：几何精度－机床在不运动或空载低速运动时的精度，是评价机床质量的基本指标。取决于机床零部件的结构设计、制造和装配质量传动精度－内联系传动链两末端件执行相对运动时的精度。取决于传动件的制造精度和传动系统的设计合理性运动精度－机床在额定负载下运动时的主要零部件的几何位置精度。主要包括高速回转主轴的回转精度和直线运动的不均匀性。取决于运动部件的制造精度、机床零部件的动态刚度和热变形程度影响因素定位精度－机床工作零部件运动终了时所达到的位置准确性和机床的调整精度。精度保持性：机床保持其原始加工精度的能力。一般由机床某些关键零件的首次大修期所决定。磨损生产率：单位时间内机床所能加工出的工件数量，它受到生产纲领的制约。公式：

Q＝1/T总＝1/(T切＋T辅＋T准/n)

提高生产率的方法：缩短T切、T辅和T准/n3、生产率↓T切↓T辅和T准/n提高切削用量采用多刀加工采用多件加工采用多工位加工机械化自动化快速装夹快速换刀

多刀加工多刀加工多件加工导向套优点4、自动化程度缺点操作方便生产率高人为影响少质量稳定控制系统较复杂机床构造较复杂制造成本高维修困难大批量生产专用机床组合机床(刚性)自动线单件小批量生产数控机床(NC)加工中心（MC）柔性制造单元/系统(FMC/FMS）工厂自动化(FA)措施：用机械装备取代或放大人的体力、取代和延伸人的部分智力而自动完成工作的性能可靠性指机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力。5、可靠性无故障性－机床在使用过程中不易发生故障。维修性－机床发生故障后容易维修。按照机床可靠性的形成机理，机床可靠性分为：固有可靠性、使用可靠性。

1.固有可靠性通过设计、制造赋予机床的使用寿命。2.使用可靠性是指即受使用制造的影响，又受使用条件的影响而具有的使用寿命。-------总结：机床的使用可靠性要低于固有可靠性。可靠性是一项重要的技术经济指标。主要包括两方面：1.机床在规定时间内发生失效的难易程度。2.可修复机床在失效后在规定时间内修复的难易程度。机床可靠性衡量的指标有：平均无故障使用时间、有效度。三、人机关系人机关系：机械制造装备与人之间的相互的关系。

而良好的人机关系，主要可以从以下三个方面来实现：1.信号指示系统。2.操纵件的操作，要符合人的动作习惯。3.造型、色彩和噪声

e.g.①机床出口②而显示器的放置位置③符合人的眼睛观察情况。④人的视线习惯⑤眼睛观察视区操纵起来要灵活方便、迅速省力。操纵件的操作，不仅要符合人的动作习惯，还要使得工人不易产生误操作或故障。普通机床和精密机床不能超过85dB，高精度机床不超过75dB。

§1-2金属切削机床的设计步骤一、总体设计1、掌握机床设计依据。2、工艺分析3、总体布局4、确定主要技术参数→→确定零件的加工方法，以及获得零件表面所需的运动。→确定刀具和工件之间的相对运动，以及各部件的相对位置。

尺寸参数运动参数动力参数。调研、检索资料主参数：代表机床规格大小和反映机床最大工作能力的一种参数。尺寸参数：机床的尺寸参数主要是对机床加工性能影响较大的一些包括与工件有关的尺寸和标准化工具或夹具的安装面尺寸。运动参数：是指机床主轴转速或主运动速度、移动部件的速度等。根据机床执行部件的不同，运动参数分主运动参数和进给运动参数两大类。③动力参数：包括电动机的功率、液压缸的牵引力、液压马达、伺服电动机和步进电动机的额定转矩等。

输出结果传动原理图主要部件的结构草图液压系统原理图电气原理图操纵控制系统原理图二、技术设计三、零件设计及资料编写四、样机试制和鉴定输出结果传动系统图部件装配图电气系统安装接线图液压系统装配图控制操作系统装配图总装配图输出结果零件图修改部件装配图修改总图技术文档§1-3机床的总体布局保证工艺方案中所要求的工件和刀具之间的相对运动和相对位置。保证机床具有与所要求的加工精度和表面质量相适应的刚度、抗振性和热变形特性。使用方便（便于操作、调整、修理机床；便于输送、装卸工件、排除切屑），造型美观且经济效益高。基本要求：1、分配机床的运动2、选择传动形式和支承形式3、安排操作部位4、提高动刚度的措施5、造型设计（自学）步骤：一、机床的运动分配将运动分配给质量小的零部件；运动件质量小→惯性小→驱动力小→传动机构体积小→成本低。基本原则：应有利于提高工件的加工精度；如：深孔钻削。应有利于提高运动部件的刚度；运动应分配给刚度高的部件，可减少变形。应视工件的形状而定。铣床的几种布局二、选择传动形式和支承形式驱动电动机进给运动传动机械传动液压无级传动直线电机交流电动机直流电动机机械传动液压无级传动电主轴

1、传动形式主运动传动主运动传动形式：机械传动优点：变速范围广、传动功率大、传动比准确、可靠性高。缺点：相对转速损失、工作中不能实现变速。广泛应用于通用的中小型机床。液压传动优点：无级变速、传动平稳、冲击小。缺点：液压元件制造精度要求高、定比传动困难、油液受温度影响、不适于远距离输送动力。广泛应用于大型的刨床、拉床、大型磨床的主运动。电气传动特点：简化机械结构。适用于：数控机床。进给运动传动形式通用或专用机床：机械传动以及液压无级传动的形式数控机床：电气传动3、支承形式－指支承件的形状。2、机床形式－机床主运动执行件的状态。卧式支承立式支承单臂式支承龙门式支承卧式立式卧式支撑：支撑件高度方向尺寸<长度方向尺寸。（图）立式支撑:

支撑件高度方向尺寸>长度方向尺寸.(图)卧式机床立式机床卧式支承“—”立式支承“|”卧式支撑特点：重心低，抗变形程度大。是我们设计中小型机床的首选支撑形式。立式支撑特点：占地面积小，抗变形程度小，操作位置比较灵活。当我们设计加工大尺寸工件和箱体类工件的机床时，一般采用立式支撑。练习：说出下面的机床是什么形式的机床？什么形式的支撑？单臂支承“⊏”龙门式支承“□”㈢安排操作部件

1.操作者和工件的相对位置能够适当。

安装高度：

卧式机床主轴：900-1200mm；立式大型机床工作台：700mm左右；立式中小型机床工作台：950-1050mm2.操作者与操作手柄的位置适当3.操纵件应按国家标准选用。

4.功能不同的按钮应有不同的颜色。红色：危险、禁止；黄色：提醒注意，警告；绿色：正常，安全畅通㈣提高机床的动刚度。动刚度：结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。

方法：1.提高抗振性能。抗振性能：指机床工作部件在交变载荷下，抵抗受迫振动和自激振动变形的能力。受迫振动：指机床部件受到来自机床以外或传动系统内部振动影响而形成的共振。机内振源：①车床上提供动力的各个电动机的振动，②运动传递过程中引起的振动，③往复部件运动的惯性力，机外振源：其它机床、锻压设备、火车、汽车等通过地基传给车床的振动。自激振动：由振动过程本身引起切削力周期性变化，又由这个周期性变化的切削力反过来加强和维持的振动称为自激振动。自激振动的振源：车削时切削量过大所引起的机床切削自振、主切削力的方向、车刀的几何角度的选择不当等。滑动轴承的油膜振荡、高速转轴的弓形回转自振等。具体来说提高抗震性有如下几种措施：⑴避免受迫振动的措施①隔离外振源②对于内振源，ⅰ采用变频无级调速或双速电动机，缩短传动链。ⅱ提高传动链传动件、主轴组件的刚度。ⅲ大传动件应作动平衡或设置阻尼机构。(/u52/v_NTI1NzM1MjQ.html)ⅳ箱体外表面涂刷高阻尼涂层ⅴ提高各部件接合面精度，增强局部刚度。⑵避免自激振动的措施：ⅰ·合理选择切削用量。ⅱ合理选择车刀的几何参数，ⅲ主轴组件的阻尼比越大2.减少热变形。外热源：主要是指与切削过程基本无关的热源。E.g.动力源的发热以及周围环境温度。解决方法：ⅰ动力源的发热：隔离热源ⅱ周围环境温度方面：控制环境温度内热源：指与切削过程基本相关的热源。切削热、传动件的摩擦热。解决方法：ⅰ切削液ⅱ切屑摩擦热：运动副之间的相互运动会产生一定的摩擦力，从而引起摩擦热而形成热源。解决方法：ⅰ强制冷却热源。ⅱ考虑机床的排屑。自身因素：机床部件在工作过程中，他有些所产生的热源分布不均匀，机床各部件的金属材料不同，热膨胀系数不同，因此他抗热变的能力也就不同。解决方法：综合考虑，选择适当的金属材料。酒吧在垒隔音墙,挖防震沟§1-4主要技术参数的确定机床主要技术参数尺寸参数运动参数动力参数

一、尺寸参数①通用机床—机床加工最大工件的尺寸②专用机床—加工零件或被加工面的尺寸参数尺寸参数主要包括两方面的内容：1.与被加工零件有关的尺寸2.标准化工具或夹具的安装面尺寸主运动为旋转运动的机床－其运动参数是主轴转速，（r/min）二、运动参数定义：机床运动执行件的速度。当机床主运动不同时，主运动参数也不同。主运动为直线运动的机床－其运动参数是做直线运动部件每分钟往复的次数（次/分）

加工特定工件的特定工序专用机床：主轴只需一种固定的转速n通用机床：工艺范围较广主轴需要不同的转速主轴的变速范围最高、最低转速确定转速级数分级变速（1-1）式中v—切削速度(m/min)；

n—主轴转速(r.p.m)；

d—工件或刀具的直径(mm)。主轴转速与切削速度的关系是：通用机床主轴转速的确定：1、nmax和nmin的确定1）调查和分析所设计机床可能进行的工序；2）选择要求最高与最低转速的典型工序；3）按照典型工序的切削速度和刀具或工件直径来计算主轴的nmax、nmin和变速范围Rn。（1-2）式中，dmax或dmin并不是指机床上可能加工的最大或最小直径，而是指常用的经济的最大或最小加工直径。计算公式

vmax、vmin的确定

影响因素确定方法刀具材料工件材料切削试验查切削用量手册生产调查式中，D—可能加工的最大直径(mm)；

K—系数，根据对现有机床使用情况的调查来确定，如摇臂钻床K＝1，普通车床K＝0.5；Rd—计算直径范围(Rd＝0.2～0.25)。

dmax、dmin的确定实例：400mm普通车床nmax和nmin的确定则

dmax＝K×D＝0.5×400＝200(mm)dmin

＝Rd×dmax＝50(mm)nmax＝1273(r.p.m)①nmax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n最高，按经验并参考切削用量手册。取

vmax＝200m/min，k＝0.5，Rd＝0.25刀具材料

工件材料

零件形状

工序

dmax(mm)

vmin(m/min)

nmin(r.p.m)

Ⅰ

高速钢铸铁

盘类

粗车端面

1524Ⅱ

高速钢合金钢材圆棒料粗车梯形螺纹401.511.9根据上表的计算结果，应该选择：

nmin＝11.9（r.p.m）②

nmin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主轴最低转速。

2、主轴转速的合理排列主轴转速的最佳排列：等比数列。现状：绝大部分普通机床的主轴变速采用分级变速装置。③nmax、nmin的确定根据上述计算以及调查、比较的结果，并考虑有一定的技术储备，确定主轴的转速为：

nmax＝1