1、机械制造装备设计机械制造装备设计第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法第一节第一节 绪论绪论第一节 绪论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 1、制造业是一个国家或地区经济发展的重、制造业是一个国家或地区经济发展的重 要支柱要支柱 2、机械制造业是制造业的核心、机械制造业是制造业的核心 3、机械制造业的发展状况、机械制造业的发展状况上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页返回本章返回本章第一节 绪论1.2 1.2 机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能 1、一般的功能要求、一般的功能要求（1）
2、加工精度方面的要求（2）强度、刚度和抗振性方面的要求（3）加工稳定性方面的要求（4）耐用性方面的要求（5）技术经济方面的要求 2、柔性化、柔性化 3、精密化、精密化 4、自动化、自动化 5、机电一体化、机电一体化 6、节材、节材 7、符合工业工程要求、符合工业工程要求 8、符合绿色工程要求、符合绿色工程要求返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页返回本章返回本章机械制造装备设计1 1。3 3 机械制造装的分类机械制造装的分类第一节 绪论1.3 1.3 机械制造装备的分类机械制造装备的分类 1、加工装备、加工装备机械制造装备包括机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四
3、大类。2 2、工艺装备、工艺装备3、仓储运输装备、仓储运输装备主要指机床。机床是制造机器的机器，也称工作母机。各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。退出退出上一页上一页进入下一章进入下一章返回主页返回主页返回本章返回本章第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法第二节第二节 机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法 第二节 机械制造装备设计方法2.1 2.1 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型 1、创新设计、创新设计2、变形设计、变形设计3、组合
4、设计、组合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返回本章返回本章第二节 机械制造装备设计方法2.2 2.2 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的方法 一、机械制造装备设计的典型步骤一、机械制造装备设计的典型步骤二、系列化设计二、系列化设计三、模块化设计三、模块化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、合理化工程四、合理化工程返回本章返回本章第二节 机械制造装备设计方法产品规划阶段产品规划阶段需求分析需求分析调查研究调查研究预测预测可行性分析可行性分析编制设计任务书编制设计任务书方案设计阶段方案设计阶段对设计任务的抽象对设计任务的抽象建立功能结构建立功能结构寻求
5、原理解与解决方法寻求原理解与解决方法初步设计方案的形成初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选初步设计方案的评价与筛选退出退出下一页下一页返回本节返回本节 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主页返回主页1、2、第二节 机械制造装备设计方法技术设计阶段技术设计阶段确定结构原理方案确定结构原理方案总体设计总体设计结构设计结构设计施工设计阶段施工设计阶段零件图设计零件图设计完善装备图完善装备图商品化设计商品化设计编制技术文档编制技术文档退出退出返回本节返回本节 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主页返回主页3、4、下一页下一页第二
6、节 机械制造装备设计方法系列化设计的基本概念系列化设计的基本概念退出退出返回本节返回本节2.2.2 系列化设计系列化设计返回主页返回主页1、2、系列化设计的优缺点系列化设计的优缺点3、系列化设计的步骤系列化设计的步骤（1）（2）（3）主参数和主要性能指标的确定主参数和主要性能指标的确定参数分级参数分级制定系列型谱制定系列型谱纵系列产品纵系列产品横系列产品横系列产品跨系列产品跨系列产品下一页下一页第二节 机械制造装备设计方法模块化设计的基本概念模块化设计的基本概念退出退出返回本节返回本节2.2.3 模块化设计模块化设计返回主页返回主页1、2、模块化设计的特点模块化设计的特点3、模块化设计的步骤模
7、块化设计的步骤（1）（2）（3）明确任务建立功能结构 合理确定产品的系列型谱和参数。（4）模块的组合（5）模块的计算机管理系统下一页下一页模块模块是具有一定功能的零件、组件或部件。模块上具有特定的联接表面和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。模块化设计是模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计进度、进行组合设计的重要途径。（1）（2）第二节 机械制造装备设计方法退出退出返回本节返回本节2.2.4 合理化工程合理化工程返回主页返回主页进入下一节进入下一节合理化工程是一种管理哲理，适用于合同式企业。合理化工程是一种管理哲理，适用于合同式企业。合理化工程的主要目的是合理化工程的主要目的是采
8、用先进的信息处理技术，进行产品结构的重组、产品设计开发过程的重组和设计/管理系统信息集成，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发周期，提高产品设计质量。（1）产品结构的重组：是进行系列产品和组合产品的开发、产品编码和技术文件的系列化，从而减少零部件的类别数。（2）产品设计开发过程的重组：是将产品的设计开发过程分成全新产品设计和合同产品设计两部分。第二节 机械制造装备设计方法2.3 2.3 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价 一、技术经济评价一、技术经济评价二、可靠性评价二、可靠性评价三、人机工程学评价三、人机工程学评价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、结构
9、工艺性评价四、结构工艺性评价五、产品造型评价五、产品造型评价六、标准化评价六、标准化评价返回本章返回本章第二节 机械制造装备设计方法建立目标系统和确定评价标准建立目标系统和确定评价标准退出退出返回本节返回本节2.3.1 技术经济评价技术经济评价返回主页返回主页1、2、确定重要性系数确定重要性系数4、确定各设计方案的评价分数确定各设计方案的评价分数总权重值总权重值ZQj技术评价技术评价Tj经济评价经济评价Ej:经济评价是经济评价是理想生产成本CL与实际生产成本Cs之比,即:Ej=CL/Cs技术经济评价的步骤技术经济评价的步骤3、5、7、6、通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价格的70%。经济
10、评价Ej越大，代表经济效果越好，Ej=1Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于小于0.70.7，说明方案的实际生产成本大于市场同类产品的最低价，一般不予考虑。技术经济评价技术经济评价TEj:TEj:当Tj和Ej的值相差不太悬殊时不太悬殊时，可用均值法计算Ej值：TEj=（Tj+Ej）/2当Tj和Ej的值相差很悬殊时很悬殊时，建议用双曲线法计算Ej值：TEj=Tj+Ej下一页下一页第二节 机械制造装备设计方法可靠性特征量可靠性特征量退出退出返回本节返回本节2.3.2 可靠性评价可靠性评价返回主页返回主页1、2、可靠性预测可靠性预测下一页下一页产品可靠性指标产品可靠性指标可靠性可靠性维修性维
11、修性有效性有效性耐久性耐久性安全性安全性可靠度可靠度可靠寿命可靠寿命累积失效概率累积失效概率失效率失效率平均寿命平均寿命平均修复时间平均修复时间修复率修复率维修度维修度极限有效度极限有效度平均有效度平均有效度瞬时有效度瞬时有效度可靠性指标的分配可靠性指标的分配3、第二节 机械制造装备设计方法1、人因素方面、人因素方面2、机器因素方面、机器因素方面3、环境因素方面、环境因素方面4、人机系统方面、人机系统方面退出退出返回本节返回本节2.3.3 人机工程学评价人机工程学评价返回主页返回主页下一页下一页第二节 机械制造装备设计方法加工工艺性加工工艺性装配工艺性装配工艺性退出退出返回本节返回本节2.3.
12、4 结构工艺性评价结构工艺性评价返回主页返回主页1、2、下一页下一页3、维修工艺性维修工艺性结构工艺性评价的目的是结构工艺性评价的目的是降低生产成本、缩短生产时间、提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。第二节 机械制造装备设计方法产品造型设计产品造型设计产品色彩产品色彩退出退出返回本节返回本节2.3.5 产品造型评价产品造型评价返回主页返回主页1、2、下一页下一页机械产品的造型的总原则是机械产品的造型的总原则是经济实用、美观大方。“经济”指的是造型成本低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。“实用”指的是实用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征。尺度与比例尺
13、度与比例对称与均衡对称与均衡安定与轻巧安定与轻巧对比与调和对比与调和过度与呼应过度与呼应节奏与韵律节奏与韵律重点与一般重点与一般色调选择色调选择配色方法配色方法第二节 机械制造装备设计方法标准化及其目的标准化及其目的标准分类标准分类退出退出返回本节返回本节2.3.6 标准化评价标准化评价返回主页返回主页1、2、进入下一章进入下一章3、企业标准体系结构企业标准体系结构产品设计的标准化产品设计的标准化4、技术标准技术标准工作标准工作标准 管理标准管理标准企业标准的审查企业标准的审查设计文件的标准化审查设计文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工装设计文件的标准化审查工装设计文件的
14、标准化审查第二章第二章 金属切削机床设计金属切削机床设计第一节第一节 概述概述第二章 金属切削机床设计2.1 2.1 概述概述一、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回主页返回本章返回本章第二节 金属切削机床设计（1）工艺范围）工艺范围 （2）柔性）柔性（3）与物流系统的可亲性）与物流系统的可亲性 （4）刚度）刚度（5）精度）精度 （6）噪声）噪声（7）生产率和自动化）生产率和自动化 （8）成本）成本（9）生产周期）生产周期 （10）可靠性）可靠性（11）造型与色彩）造型与
15、色彩退出退出返回本节返回本节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三节 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节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 机床设计机床设计正在向着“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时要考虑它如何更好地适应FMS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。机床设计方法是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。在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法可
16、采用分析式设计或创成式设计。分析式设计或创成式设计。第二章 金属切削机床设计 2、总体设计、总体设计退出退出返回本节返回本节2.1.4 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 3、结构设计、结构设计 1、确定结构原理方案、确定结构原理方案6、定型设计定型设计5、机床整机综合评价、机床整机综合评价 4、工艺设计、工艺设计 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、分机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加析和实现机床期望
17、的加工功能所需要的运动功工功能所需要的运动功能配置能配置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）机床工作原理：金属切削机床的基本功能（一）机床工作原理：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。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。（二）工件表面的形成方法（二）工件表面的形成方法 1.几何表面的形成原理 2.发生线的形成 （三）机床运动分类（三）机床运动分类 1.按运动性质分类 2.按运动功能分类 3.按运动
18、之间的关系分类 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)c)b)fn1n2fd)e)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
19、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）轨迹法（描述法）轨迹法（描述法）2）成型法（仿形法）成型法（仿形法）3）相切法（旋切法）相切法（旋切法）4）展成法（滚切法）展成法（滚切法）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（四）机床的成形运动（四）机床的成形运动 1.主运动 2.形状创成运动 （五）机床运动功能的描述方法（五）机床运动功能的描述方法 1.坐标系 2.机床运动功能式 3.机床运动原理图 4.运动功能分配设计 5.机床传动原理图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机床
20、运动功能方案设计机床运动功能方案设计（1）工艺分析）工艺分析（2）选取坐标系）选取坐标系（3）写出机床运动功能式）写出机床运动功能式（4）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）（5）绘制机床传动原理）绘制机床传动原理图图第二章 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运动功能图形符号运动功能图形符号a)回转运动回转运动b)直线运动直线运动ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T 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二、二、三、三、四、四、上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页
21、返回主页五、五、六、六、精度精度运动精度运动精度传动精度传动精度定位精度定位精度工作精度工作精度几何精度几何精度精度保持性精度保持性刚度刚度抗振性抗振性热变形热变形噪声噪声七、低速运动平稳性七、低速运动平稳性返回本章返回本章第二章 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、机床的运动功能设计二、机床的运动功能设计三、机床总体结构方案设计三、机床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2
22、.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 1.工艺分析 2.机床运动功能设置 分析式设计方法 解析式设计方法 3.写出机床运动功能式，画出机床运动原 理图 2.3.2 机床的运动功能设置机床的运动功能设置第二章 金属切削
23、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1、结构布局设计：、结构布局设计：布局形式：立式、卧式、斜置式。基础支承件形式：底座式、立柱式、龙门式。基础支承件结构：一体式、分离式。2.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 2、机床总体结构的概略形状与尺寸设计、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。过程1）-7）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
24、数和尺寸参数（一）主参数和尺寸参数（二）运动参数（二）运动参数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包括机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。机床主参数是机床主参数是代表机床规格大小即反映机床最大工作能力的一种参数，有些机床还规定有第二主参数。运动参数是指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）的运动速度。主运动参数主运动参数：(1)最低（nmin）和最高（nmax)转速的确定（2）主轴转速数列呈等比级数规律分布，转数范围内 的转数相对均匀损失率为：A=(n-nj)/n产生的最大转速相对损失为：
25、A=(nj+1-nj)/nj+1=1-nj/nj+1 第二章 金属切削机床设计 2.4 2.4 主传动系设计主传动系设计 一、主传动系设计应满足的基本要求一、主传动系设计应满足的基本要求二、主传动系分类和传动方式二、主传动系分类和传动方式三、分极变速主传动系三、分极变速主传动系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、无极变速主传动系四、无极变速主传动系返回本章返回本章五、数控机床主传动系五、数控机床主传动系 设计特点设计特点第二章 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2.4.1 主传动系设计应满足的基本要求主传动系设计应满足的基本要求 1、满足机床使
26、用性能要求满足机床使用性能要求2、满足机床传递动力要求满足机床传递动力要求3、满足机床工作性能的要求满足机床工作性能的要求4、满足产品设计经济性的要求满足产品设计经济性的要求5、维修调整方便，结构简单、合理，维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配。便于加工和装配。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 2.4.2 主传动系分类和传动方式主传动系分类和传动方式 主传动系一般由主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如 主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制 动机构等部分组成。1、主传动系分类、主传动系分类 按驱动主传动的电动机类型：按驱动
27、主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动 按传动装置类型：按传动装置类型：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合 按变速的连续性：按变速的连续性：分极变速传动、无极变速传动2、主传动系的传动方式、主传动系的传动方式 集中传动方式集中传动方式：主传动系的全部传动和变速机构集中 装在同一个主轴箱内。图图2-11 分离传动方式分离传动方式：主传动系中的大部分传动和变速机构 装在远离主轴的单独变速箱中。图图2-12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 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 1、拟定转速图和结构式、拟定转速图和结构
28、式 转速图转速图 在转速图中可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比，2轴之间为变速组a、b、c等。设一中型卧式车床，其变速传动系设一中型卧式车床，其变速传动系 图图2-13 结构式结构式 变速组的级比变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值，用 表示。级比 中的指数值 称为指数，相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数，xi=1为基本组，依次为第一、第二变速组。Z=(Pa)xa(Pb)xb(Pc)xc (Pi)xi 如 12=3123 26iXiXiX第二章 金属切削机床设计退出退出返回
29、本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 2、各变速组的变速范围及极限传动比、各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值，称为变速组中最大与最小传动比的比值，称为 该变速组的变速范围。即该变速组的变速范围。即：（i=0，1，2，j)在设计机床主传动系时，一般限制降速最小传动比最小传动比 直齿直齿圆柱齿轮的 最大升速比最大升速比 斜齿斜齿圆柱齿轮可取iiiuuR)/()(minmax4/1min主u2max主u5.2max主u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 2.4.3 分级变速主传动系
30、分级变速主传动系 3、主变速传动系设计的一般原则、主变速传动系设计的一般原则 1、传动副前多后少的原则 2、传动顺序与扩大顺序相一致的原则 3、变速组的变速要前慢后快，中间轴的转 速不宜超过电动机的转速，降速比的分配要逐级 增大。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 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 4、主变速传动系的几种特殊设计、主变速传动系的几种特殊设计 具有多速电动机的主变速传动系设计采用多速异 步电动机和其他方式联合使用，可以简化机床的 机械结构，使用方便。多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图2
31、-16 具有交换齿轮的变速传动系交换齿轮的变速组应 设计成对称分布的。交换齿轮可用较少的齿轮，以得到多级转速，并使变速箱结构大大简化。液压多刀半自动车床主变速传动系图液压多刀半自动车床主变速传动系图17 采用公用齿轮的变速传动系采用公用齿轮可以减 少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。铣床主变速传动系图铣床主变速传动系图2-11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 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 (五)扩大传动系变速范围的方法扩大传动系变速范围的方法 当=1.41时，Zmax=12,Rn=当=1.26时，Zmax=18,Rn=Rn。1、增加
32、变速组 当=1.41时，结构式Z=312326=12，增加1变速组后为 Z=312326212=24，但R4=结构式设计为 Z=31232626=32（22-1）=18级 如图3-18，轴上的6个降速和6个升速重合，少了6级转速。2、采用背轮机构又称回曲机构 如图3-19，可将转速级数增加1倍。过程如下：M啮合 n=n,M脱开 n=n(z1/z2)*(z3/z4)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 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 （六）齿轮齿数的确定（六）齿轮齿数的确定 1、对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径，可依据机械设计手册推荐的方法，
33、按所分配的传动比计算确定。2、确定变速齿轮齿数时：首先选取合理的齿数和。各对传动副的齿数和应该是相同的（按表3-9）确定。齿轮的中心距取决于传递的转矩。扭矩越大，中心矩越大。在主传动中，一般取最小齿轮齿数 三联滑移齿轮的最大与次大齿轮齿数之间的齿数差应大于或等于4。例：图3-13齿轮齿数的确定。3、转速误差：即实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图上给定的传动比）之间的转速误差。验算转速误差 式中：n-主轴实际转速，n-主轴的标准转速，-公比。2018minZ)%1(10/)(nnn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 2.4.3 分级变速主传动
34、系分级变速主传动系 （七）计算转速（七）计算转速 1、机床的功率转矩特性、机床的功率转矩特性 驱动直线运动工作台的这类机床的主运动属恒转矩传动。如刨床的工作台。主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。如车床、铣床的主轴。计算转速计算转速nj：主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为它们的计算转速。图3-22为“主轴的功率转矩特性图”。不同机床主轴的计算转速是不同的，见表3-10。2、变速传动系中传动件计算转速的确定变速传动系中传动件计算转速的确定 变速传动系中的传动件包括轴和齿轮，它 们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定的顺序是先定出主轴的计算转速，再顺次由后往前，定出各传动主轴
35、的计算转速，然后再确定齿轮的计算转速。例例3-1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 2.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 （八）变速箱内传动件的空间布置与计算（八）变速箱内传动件的空间布置与计算 1、变速箱内各传动轴的空间布置、变速箱内各传动轴的空间布置 各传动轴是空间布置 各传动轴在一个铅直平面内 2、变速箱内各传动轴的轴向固定、变速箱内各传动轴的轴向固定 轴向固定的方法有：3、各传动轴的估算和验算、各传动轴的估算和验算 轴在弯矩的作用下产生的弯曲变形，会使装在轴上的齿轮产生倾角而使齿面的压强分布不均，产生不均匀磨损；也会使滚动轴承内、外圈产
36、生倾斜，影响轴承使用寿命。轴在扭矩作用下会产生扭曲变形，从而引起传动轴的扭振。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 2.4.4 无级变速主传动系无级变速主传动系 1、无级变速装置的分类、无级变速装置的分类 机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置、液压无级变速装置 2、无级变速主传动系设计原则、无级变速主传动系设计原则 尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置。无极变速系统装置单独使用时，其调速范围Rd较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。因此要串联一分级变速Rf以扩大总的
37、变速范围Rn。三者之间的关系应为：Rf=Rn/Rd=fZ-1 即Z=1+Rf/f 第二章 金属切削机床设计 2.5 2.5 进给传动系设计进给传动系设计 一、进给传动系设计应满足的基本要求一、进给传动系设计应满足的基本要求二、电气伺服进给系统二、电气伺服进给系统上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页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 2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求进给传动系设计应满足的基本要求 （一）进给传动系的组成（一）进给传动系的组成 动力源；变速机构；换向机构；运动分配机构；过载保险机构；运动转换机构；执行件
38、等。（二）进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系设计应满足的基本要求 1、具有足够的静刚度和动刚度；2、具有良好的快速响应性，不爬性；3、抗振性好；4、具有足够宽的调速范围；5、进给系统的传动精度和定位精度高；6、结构简单，加工和装配工艺性好。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未完待续未完待续 2.5.2 机械进给传动系的设计特点机械进给传动系的设计特点 1、进给传动是恒转矩传动：因进给力基本恒定。2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速：因传动链末端承受转矩最大 3、进给传动的转速图为前疏后密结构：与主传动相反，扩大顺序与传动顺序不一致，如图2-3
39、9，其结构式为Z=18=33312911 4、进给传动的变速范围比主传动大：因速度低、受力小、消耗功率小、齿轮模数小。其 1/5u进2.8，Rn14。5、采用传动间隙消除机构 6、采用快速空程传动机构 7、进给传动采用微量进给机构：要求其灵敏度高、刚度好、平稳性好、低速无爬行、精度高等。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未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统 （一）电气伺服系统的分类（一）电气伺服系统的分类 电气伺服进给系统按有无监测和反馈装置分为：开环、闭环和半闭环系统。1、开环系统、开环系统 典型的开环系统采用步进电动机，其精度取决于步
40、 进电动机的步距角精度，步进电动机只执行部件间 传动系的传动精度。这类系统的定位精度较低，但 结构简单，调试方便，成本低。适用于精度要求不 高的数控机床中。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未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统2、闭环系统、闭环系统检测反馈装置有两类：检测反馈装置有两类：用旋转变压器作为位置反馈，测速发电机作为速度反馈；用脉冲编码器兼作位置和速度反馈。后者用的多。闭环控制的定位精度闭环控制的定位精度取决于检测装置的精度。其控制精度、动态性能都较好，但是较复杂，安装 调试较麻烦，成本高，用于精密型的机床上。（一）电气伺服系统
41、的分类（一）电气伺服系统的分类第二章 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 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统3、半闭环系统、半闭环系统半闭环的精度比闭环差，但系统稳定性好，且结构比较简单，调整容易，价格低。综上所述，综上所述，对伺服系统的基本要求是：稳定性好，精度要高，快速 响应性好，定位精度高。（一）电气伺服系统的分类（一）电气伺服系统的分类第二章 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未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统（二）电气伺服进给系统驱动部件电气伺服进给系统驱动部件 伺服驱动部件如步进电动机、直
42、流伺服 电动机、交流伺服电动机等。1、对进给驱动部件的基本要求对进给驱动部件的基本要求 调速范围宽，低速运行平稳，无爬行；快速响应性好；抗负载振动能力强；可承受频繁启动、制动和反转；振动和噪声小，可靠性高，寿命长；调整维修方便。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 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统 (二二)电气伺服进给系统驱动部件电气伺服进给系统驱动部件 2、进给驱动部件的类型、进给驱动部件的类型 步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机 直线伺服电动机（图2-42、43、44）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
43、页未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统（三）电气伺服进给传动系中的机械传动部件（三）电气伺服进给传动系中的机械传动部件 1、机械传动部件应满足的基本要求：、机械传动部件应满足的基本要求：采用低摩擦传动；伺服系统和机械传动系匹配要合适；选择最佳降速比来降低惯量，最好采用直接 传动方式；采用预紧办法提高整个系统的刚度；采用消除传动间隙的方法，减小反向死区误 差,提高运动平稳性和定位精度。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未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统 （三）电伺服进给传动系中的机械传动部件（三）电伺服进给传动系
44、中的机械传动部件 2、机械传动部件设计、机械传动部件设计 机械传动部件主要是指齿轮或同步齿形带和丝杠螺母传动副。最佳降速比的确定：传动副的最佳降速比应按最大加速度能力和最小惯量的要求确定，以降低机械传动部件的惯量。开环系统 u=L/360Q 闭环系统 u=ndmaxL/vmax 齿轮传动间隙的消除：齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类。刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动进行补偿；柔性调整法是指调整后的齿侧间隙可以自动进行补偿(图2-45)。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未完待续未完待续 2.5.3 电气伺服进给系统电气伺服进给系统 （三）电伺服进给传
45、动系中的机械传动部件（三）电伺服进给传动系中的机械传动部件 2、机械传动部件设计、机械传动部件设计 滚珠丝杠及其支承：滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构，如图2-46，它由螺母、丝杠、滚珠、回珠器、密封环等组成。滚珠丝杠的摩擦系数小，传动效率高。滚珠丝杠主要承受轴向载荷。角接触轴承的组合（图2-47）主要用于中、小型数控机床；双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合（图2-48）主要用于轴向刚度高的场合。滚珠丝杠的有三种支承方式（图2-49）：一端固定，另一端自由，常用于短丝杠和竖直丝杠；一端固定，另一端简支承，常用于较长的卧式安装丝杠；两端固定，常用于长丝杠或高转速、高拉压
46、刚度的场合。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 2.5.2 电气伺服进给系统电气伺服进给系统（三）电伺服进给传动系中的机械传动部件（三）电伺服进给传动系中的机械传动部件 2、机械传动部件设计、机械传动部件设计 丝杠的拉压刚度计算：丝杠的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度，支承刚度和螺母刚度三部分组成。它不是一个定值，随螺母至轴向固定端的距离而变。滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧：同齿轮的传动副一样，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高螺母丝杠副的接触刚度（图2-50）。滚珠丝杠的预拉伸：滚珠丝杠常采用预拉伸的方式，以提高其拉压刚度和补偿丝杠的热变性。预拉伸力由以下因素确定：使丝杠在最大轴向载荷作用下，在受力方向上仍能保持受拉状态，为此，预拉伸力应大于最大工作载荷的0.35倍；丝杠的预拉伸量应能补偿丝杠的热变形。例例2-4
