金属切削机床设计课程及参考PPT格式课件下载.ppt

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使用高效率机床可以降低生产成本、提高机床的自动化程度、减轻工人的劳动强度、稳定加工精度。

实现机床自动化加工所采用的方法与生产批量有关。

数控机床是实现机床自动化加工的一个重要发展方向。

3.3.精度和刚度精度和刚度机床的精度分为机床本身的精度和加工精度。

为了保证机床的加工精度，要求机床具有一定的空载条件下的静态精度和动态精度。

加工精度是指被加工零件在形状、尺寸和相互位置方面所能达到的准确程度。

机床的刚度是指机床系统抵抗变形的能力。

静态刚度、动态刚度、热态刚度。

4.4.可靠性可靠性机床的可靠性是指其在额定寿命期内，在正常工作条件下和规定时间内出现故障的概率。

由于故障会造成加工中的部分废品，故可靠性也常用废品率来表示.废品率低则说明可靠性好。

5.5.机床的成本和生产周期机床的成本和生产周期成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。

生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。

这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如CAD、模块化设计等。

机床的寿命是指机床保持其应有加工精度的使用期限，也称精度保持性。

6.6.与物流系统的可亲性与物流系统的可亲性可亲性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度。

对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。

对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便。

7.7.柔柔性性机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。

所谓空间柔性也就是功能柔性，指在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广。

所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部件重新组合，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求。

8.8.环境保护环境保护噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。

机床噪声源自：

机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声等四个方面。

机床噪声影响正常的工作环境，危害人的身心健康。

所以，设计机床时应尽量设法降低其噪声。

机床的油雾、粉尘和腐蚀介质等都是对人体有害的，设计时应考虑尽量避免这些有害物质向四周扩散而污染环境，避免操作者与这些有害物质直接接触而危害人体。

3.1.23.1.2机床的设计方法机床的设计方法q传统方法：

理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法。

q计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）等技术，已经应用于机床设计的各个阶段。

改变了传统的设计方法，由定性设计向定量设计、可以提高机床的设计质量和设计效率。

q机床的设计方法还应考虑机床的类型，如通用机床应采用系列化设计方法等。

3.1.33.1.3机床的设计步骤机床的设计步骤v调查研究：

市场对机床的需求情况；

国内外同类型机床的先进技术、发展趋势和有关的科技动向等。

v主要技术指标设计v总体方案设计：

包括运动功能、基本参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济综合分析等。

v技术详细设计：

绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图，并进行运动计算和动力计算，然后进行零件图设计和编写各种技术文件。

v整机综合评价。

3.1.43.1.4机床的总体布局机床的总体布局1.定义：

按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵和控制机构在机床中的配置。

2.2.影响机床总体布局的基本因素影响机床总体布局的基本因素3.3.模块化设计模块化设计影响机床总体布局的因素影响机床总体布局的因素

（1）表面成形方法F

（2）机床运动的分配（图31）F（3）工件的尺寸、质量和形状（图32）（4）工件的技术要求（5）生产规模和生产率（6）其它机床运动的分配机床运动的分配模块化设计模块化设计模块化设计是对具有同一功能的部件或单元（如刀架），根据用途或性能不同，设计出多种能够互相换用的模块，让用户能根据生产需要选用，从而组合成各种通用机床、变型机床或专用机床。

3.1.53.1.5机床主要参数的确定机床主要参数的确定3.1.5.1主参数和尺寸参数3.1.5.2运动参数

（1）主运动参数

（2）主轴转速和变速范围（3）标准公比和标准转速数列（4）进给运动参数3.1.5.3动力参数

（1）确定主传动功率

（2）确定进给传动功率主参数和尺寸参数机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。

通用机床的主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示，专用机床的主参数一般以与通用机床相对应的主参数表示。

为了更完整地表示机床的工作能力和加工范围，可在主参数后面标出第二主参数，如最大工件长度、最大跨距等。

机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。

与工件有关的尺寸参数；

与工、夹、量具有关的尺寸参数。

主运动参数主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速n（单位为rmin）：

n=1000v/d主运动为往复直线运动时，主运动参数是刀具或工件的每分钟往复次数（单位为次min）。

专用机床可根据特定工序实际使用的切削速度和工件（或刀具）的直径确定主轴转速，且大多数情况只需一种速度。

通用机床，为适应各种不同的加工要求，主轴应有一定的变速范围和变速方式（有级或无级变速）。

主轴转速和变速范围标准公比和标准转速数列F转速数列是递增的，规定标准公比1，并规定Amax不大于50，故1nj.且电动机恒功率区小于主轴恒功率区。

l存在机床主轴与电动机在功率特性方面的匹配问题。

有有级级变变速速箱箱设设计计RDP时，主轴的功率特性曲线的右边形成两个缺口，称为功率降低区。

在每一档内有部分低转速只能恒转矩变速，尤其是尖谷处的功率很小。

不符合机床的要求。

RDP时，主轴的功率特性曲线缺口完全消除了，如果按照机床要求来扩大变速范围时，则需增加有级变速箱的传动副，从而增加机械结构的复杂性。

实际设计中经常采用简化机械结构，常在主轴恒功率区内保留一定宽度的“缺口”，并将电动机的额定功率选得稍大于机床实际需要的最大功率。

3.2.53.2.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点（三三三三）数控机床高速主传动设计数控机床高速主传动设计数控机床高速主传动设计数控机床高速主传动设计一种是采用联轴节将机床主轴和电动机轴串接成一体，将中间传动环节减少到仅剩联轴节；

另一种是将电动机与主轴合为一体，制成内装式电主轴，实现无任何中间环节的直接驱动，并通过循环水冷却方式减少发热.电主轴的电动机转子与主轴为一体，置于前后轴承之间，电动机定子则在套筒内，可实现高速运转，主轴部件结构紧凑。

电主轴为一个功能部件进行专业化生产。

电主轴的无级变速方式，多数厂家只提供变频和矢量控制两种选择。

电主轴以主轴套筒外径为主要规格。

3.2.53.2.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点（四四四四）数控机床用部件标数控机床用部件标数控机床用部件标数控机床用部件标准化、模块化结构设计准化、模块化结构设计准化、模块化结构设计准化、模块化结构设计中小型数控车床主传动系设计中，广泛采用模块化的变速箱和主轴单元形式。

再如，整机数控车床的模块化设计是在几个基础模块部件（床身、底座等）基础上，按加工要求灵活配置若干功能部件（如主轴、刀架、尾座等）和附加模块化装置（各式机械手、检测装置等）。

3.2.53.2.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点（五五五五）数控机床的柔性化、复合化数控机床的柔性化、复合化数控机床的柔性化、复合化数控机床的柔性化、复合化数控机床对满足加工对象变换有很强的适应能力（即柔性），因此发展很快。

数控机床的发展已经模糊了粗、精加工的工序概念，完全打破了传统的机床分类，由机床单一化走向多元化、复合化（工序复合化和功能复合化）。

因此，现代数控机床和加工中心的设计，已不仅仅考虑单台机床本身，还要综合考虑工序集中、制造控制、过程控制以及物料的传输，以缩短产品加工时间和制造周期，最大限度地提高生产率。

3.2.53.2.5数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点（六六六六）虚拟轴机床设计虚拟轴机床设计虚拟轴机床设计虚拟轴机床设计虚拟轴机床取消了工作台、夹具、工件这类最重部件的运动，运动置于最轻部件切削头上。

如图338所示的是美国G&

L公司研制生产的“VARIAX虚拟轴机床，它取消了传统的床身、立柱、导轨等部件，只有上、下两个平台。

下平台固定不动，安装工件。

上平台装有机床主轴和刀具，由可伸缩的六根轴与下平台联结。

制造成本低等优点。

而且在改善速度、加速度、精度、刚度等性能方面具有极大的潜力。

3.33.3进给传动系统设计进给传动系统设计F3.3.13.3.1进给传动系设计的基本要求进给传动系设计的基本要求F3.3.23.3.2机械进给传动系统设计的特点机械进给传动系统设计的特点F3.3.33.3.3电气伺服进给系统电气伺服进给系统F3.3.43.3.4电气伺服进给系统驱动部件电气伺服进给系统驱动部件F3.3.53.3.5位移检测装置位移检测装置F3.3.63.3.6电伺服进给传动系中的机械传动部件电伺服进给传动系中的机械传动部件3.3.13.3.1进给传动系设计的基本要求进给传动系设计的基本要求（一一一一）进给传动系的组成进给传动系的组成进给传动系的组成进给传动系的组成可采用单独电动机作为动力源；

也可以与主传动共用一个动力源。

进给传动系的变速机构是用来改变进给量大小。

常用的有交换齿轮变速、滑移齿轮变速、齿轮离合器变速、机械无级变速和伺服电动机变速等。

设计时，若几个进给运动共用一个变速机构，应将变速机构放置在运动分配机构前面。

3.3.13.3.1进给传动系设计的基本要求进给传动系设计的基本要求换向机构有两种：

一种是进给电动机换向，换向方便，但换向次数不能太频繁。

另一种是用齿轮换向（圆柱或圆锥齿轮），换向可靠，广泛用在各种机床中。

运动分配机构用来转换传动路线，常采用离合器。

过载保险机构的作用是在过载时自动断开进给运动，过载排除后自动接通。

常用的有牙嵌离合器、片式安全离合器、脱落蜗杆等。

运动转换机构用来变换运动的类型（回转运动变直线运动），如齿轮齿条、蜗杆蜗条、丝杠螺母等。

3.3.13.3.1进给传动系设计的基本要求进给传动系设计