第八章-金属切削机床总体设计.ppt

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第三章第三章金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计第一节第一节机床的基本要求机床的基本要求一、机床应具有的性能一、机床应具有的性能11、工艺范围、工艺范围22、加工精度及精度保持性、加工精度及精度保持性33、生产率和自动化、生产率和自动化44、可靠性、可靠性二、人机关系二、人机关系第二节第二节金属切削机床的设计步骤金属切削机床的设计步骤一、总体设计一、总体设计11、掌握机床的设计依据、掌握机床的设计依据22、工艺分析、工艺分析33、总体布局、总体布局44、确定主要的技术参数、确定主要的技术参数二、技术设计二、技术设计三、零件设计及资料编写三、零件设计及资料编写四、样机试制和鉴定四、样机试制和鉴定机床设计包括：

总体设计，技术设计，零件设计，样机试制、机床设计包括：

总体设计，技术设计，零件设计，样机试制、试验鉴定四个阶段。

试验鉴定四个阶段。

第三节第三节机床的总体布局机床的总体布局一、分配机床的运动一、分配机床的运动原则：

原则：

11、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22、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33、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44、运动的分配应视工件的形状而定、运动的分配应视工件的形状而定二、选择传动形式和支承型式二、选择传动形式和支承型式传动形式：

传动形式：

11、机械传动广泛用于机床，尤其是中小型机床；、机械传动广泛用于机床，尤其是中小型机床；22、变频调速、变频调速多楔带多楔带齿轮传动组合成为主导；齿轮传动组合成为主导；33、液压无级变速传动适用于刨床、拉床、大型矩液压无级变速传动适用于刨床、拉床、大型矩台磨床的主运动；台磨床的主运动；44、机床进给运动的传动多采用机械传动或液压无、机床进给运动的传动多采用机械传动或液压无级传动；级传动；55、数控机床进给运动采用伺服电机、数控机床进给运动采用伺服电机齿轮传动齿轮传动滚珠副传动。

滚珠副传动。

二、选择传动形式和支承型式二、选择传动形式和支承型式支承形式：

支承形式：

11、卧式支承是中小型机床的首选；、卧式支承是中小型机床的首选；22、立式适于加工大尺寸工件的机床和箱体零件，、立式适于加工大尺寸工件的机床和箱体零件，且工作台移动进给的且工作台移动进给的机床；机床；33、单臂支承用于摇臂钻床、单柱立车；单臂支承用于摇臂钻床、单柱立车；44、龙门框架式支承适用于立式大型机床、龙门框架式支承适用于立式大型机床.三、安排操作部位三、安排操作部位11、机床各部件相对位置的安排；、机床各部件相对位置的安排；22、工件安装高度应考虑人身高度；、工件安装高度应考虑人身高度；33、常用手柄应集中设置在操作者正常活动范围内；常用手柄应集中设置在操作者正常活动范围内；44、应根据工作要求的性质和精度确定最佳视距；、应根据工作要求的性质和精度确定最佳视距；55、视觉接受的信号源尽量水平排列，使用人眼最容、视觉接受的信号源尽量水平排列，使用人眼最容易辨别的颜色及其配合。

易辨别的颜色及其配合。

四、提高动刚度的措施四、提高动刚度的措施11、抗振性能的提高；、抗振性能的提高；22、减小热变形；、减小热变形；33、降低噪声。

降低噪声。

五、造型设计五、造型设计11、造型应使机床整体统一，均衡稳定，比例协调；、造型应使机床整体统一，均衡稳定，比例协调；22、色彩可配合造型达到人的审美要求、色彩可配合造型达到人的审美要求。

第四节第四节主要技术参数的确定主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数三种。

基本参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数三种。

第四节第四节主要技术参数的确定主要技术参数的确定一、尺寸参数一、尺寸参数11、主参数代表机床规格的大小，是最重要的尺、主参数代表机床规格的大小，是最重要的尺寸参数；寸参数；22、还包括机床的第二主参数、还包括机床的第二主参数。

二、运动参数二、运动参数运动参数是指机床执行件（主轴、工作台、刀架）运动参数是指机床执行件（主轴、工作台、刀架）运动的速度。

即主轴的最高转速、最低转速、主轴转速运动的速度。

即主轴的最高转速、最低转速、主轴转速数列、进给量最大值和最小值、进给量数列等。

数列、进给量最大值和最小值、进给量数列等。

第四节第四节主要技术参数的确定主要技术参数的确定主参数是旋转运动的机床，主运动参数为主轴转速主参数是旋转运动的机床，主运动参数为主轴转速式种式种-切削速度切削速度,m/mind-工件工件（或刀具或刀具）直径直径,mm主参数是直线运动的机床，主运动参数为每分钟的往复主参数是直线运动的机床，主运动参数为每分钟的往复次数次数对于专用机床：

主轴转速一般不变速；对于专用机床：

主轴转速一般不变速；对于通用机床：

主轴需要进行变速对于通用机床：

主轴需要进行变速（有级或无级变速有级或无级变速）。

二、运动参数二、运动参数1、最低转速和最高转速的确定、最低转速和最高转速的确定2、主轴转速的合理排列、主轴转速的合理排列机床的主轴转速绝大多数是按机床的主轴转速绝大多数是按等比数列等比数列排排列的，以列的，以表示公比，则转速数列为：

表示公比，则转速数列为：

变速范围为：

变速范围为：

即即z=1+lgRn/lg（11）使用方便，最大相对转速损失率相等）使用方便，最大相对转速损失率相等普通机床仍然广泛采用有级变速，且多数是采用普通机床仍然广泛采用有级变速，且多数是采用等比数列。

设某变速箱共有等比数列。

设某变速箱共有zz级转速，分别为：

级转速，分别为：

nn11,n,n22,n,n33,nnjj,n,nj+1j+1,nnzz而加工某一工件所需的最有利的切削速度为而加工某一工件所需的最有利的切削速度为，相，相应转速为应转速为nn，则，则nn通常介于通常介于nnjj与与nnj+1j+1之间之间,即即nnjjnnnnj+1j+1主轴转速按等比数列排列的原因如下：

主轴转速按等比数列排列的原因如下：

如果采用如果采用nj+1，将会提高切削速度，降低刀，将会提高切削速度，降低刀具寿命，为了不降低刀具寿命，只能选用具寿命，为了不降低刀具寿命，只能选用nj，这样带来转速损失，这样带来转速损失n-nj用相对转速损失率表示为：

用相对转速损失率表示为：

n趋近于趋近于nj1时，最大相对转速损失率为：

时，最大相对转速损失率为：

即即Amax是一个常数。

是一个常数。

（2）可通过串联若干个滑移齿轮组来实现较多级的可通过串联若干个滑移齿轮组来实现较多级的转速，从而减少传动齿轮数，使传动系统得到简化转速，从而减少传动齿轮数，使传动系统得到简化。

3、标准公比原则、标准公比原则（11）转速依次递增且最大相对转速损失率）转速依次递增且最大相对转速损失率AAmaxmax5050，1122（22）转速呈）转速呈1010倍的关系倍的关系（33）转速呈）转速呈22倍的关系倍的关系4、公比选用原则、公比选用原则用于大批大量生产的自动化与半自动化用于大批大量生产的自动化与半自动化专用机床专用机床，因，因为要求较高的生产率，相对转速损失要小，因此为要求较高的生产率，相对转速损失要小，因此要小要小些，一般取些，一般取1.121.12或或1.261.26。

大型机床大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速度对提高生产率作用较大，切削速度对提高生产率作用较大，应小些，取应小些，取1.121.12或或1.261.26。

中型通用机床中型通用机床，万能性较大，因而要求转速级数，万能性较大，因而要求转速级数zz要多要多一些，但结构又不能过于复杂，一些，但结构又不能过于复杂，常取常取1.261.26或或1.411.41。

小型机床小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单一些，变速级速也不多，公比单一些，变速级速也不多，公比常取常取1.581.58或或1.781.78。

三、动力参数三、动力参数动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗，它主要由机床的切削载荷和驱动的工力消耗，它主要由机床的切削载荷和驱动的工件重量等决定。

件重量等决定。

目前电动机功率单纯用计算的方法来确定功率目前电动机功率单纯用计算的方法来确定功率是有困难的，通常用类比、测试和近似计算几是有困难的，通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来确定。

种方法互相校核来确定。

11、主电动机功率的确定、主电动机功率的确定

（1）

（1）近似计算法近似计算法PP主主PP切切/总总对于通用机床对于通用机床总总0.700.850.700.85对于直线运动的机床对于直线运动的机床总总0.600.700.600.70估算公式：

估算公式：

PP主主PP切切/机机+P+P空空引起引起PP空主要因素有：

空主要因素有：

各传动件在空载运转时的摩擦损耗；各传动件在空载运转时的摩擦损耗；传动件在搅油和克服空气阻力的功率损耗。

传动件在搅油和克服空气阻力的功率损耗。

中型机床主传动链的空估算公式为：

中型机床主传动链的空估算公式为：

PP空空k（dk（d平平n+cn+cdd主主nn主主）/10）/1066（）（）

（2）调查统计类比法调查统计类比法22、进给运动电动机功率的确定、进给运动电动机功率的确定可用计算法、统计分析法和实测法。

可用计算法、统计分析法和实测法。

进给运动采用普通交流电动机时进给运动采用普通交流电动机时,进给电动机的功进给电动机的功率可用以下计算公式：

率可用以下计算公式：

对于数控机床的进给运动对于数控机床的进给运动,伺服电动机按转矩选择伺服电动机按转矩选择TsTs电电=9550Ps/n=9550Ps/nss电电三、动力参数三、动力参数33、快速移动电动机功率的确定、快速移动电动机功率的确定式中：

式中：

P1P1克服惯性力所需功率（克服惯性力所需功率（kWkW）；）；P2P2克服摩擦力所需功率（克服摩擦力所需功率（kWkW）；）；nn电机额定转速（电机额定转速（r/minr/min）；）；快速移动传动链的机械效率；快速移动传动链的机械效率；k1k1电机起动转矩与额定转矩之比；电机起动转矩与额定转矩之比；TeTe克服惯性力所需电机轴上的转（克服惯性力所需电机轴上的转（NNmm）。

）。