1、“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材主主 编：李庆余编：李庆余 孟广耀孟广耀副主编：张副主编：张 佳佳 董董 锋锋机械制造装备设计机械制造装备设计 绪论绪论一、机械制造业在国民经济中的地位一、机械制造业在国民经济中的地位 机械制造业是国民经济各部门赖以发展的基础，机械制造业是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床是金属切削机
2、床。而金属切削机床的技术水平直接。而金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。绪论绪论 一个国家的机床工业水平在很大程度上一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。水平。二、机械制造装备的状况及发展前景二、机械制造装备的状况及发展前景 1 1、五十年代为、五十年代为“规模效益规模效益”模式，少品种大模式，少品种大批量生产模式；批量生产模式；2、七十年代为、七十年代为“精益生产精益生产”模式，以提高质模式，以提高质量，降低成本为标志；量，降低成本为标志；3、八
3、十年代，较多的采用数控机床、机器人、八十年代，较多的采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；柔性制造单元和系统等高技术的集成机械制造装备；4、九十年代，机械制造装备普遍具有、九十年代，机械制造装备普遍具有“柔性柔性化化”、“自动化自动化”和和“精密化精密化”的特点，适应多品的特点，适应多品种小批量和经常更新产品的需要。种小批量和经常更新产品的需要。绪论绪论 绪论绪论三、机械制造装备的组成三、机械制造装备的组成 机械制造装备包括加工设备、工艺装备、机械制造装备包括加工设备、工艺装备、工工件输送装备和辅助装备。件输送装备和辅助装备。1、加工设备，主要指金属切削机床，特种
4、加工、加工设备，主要指金属切削机床，特种加工机床。机床。2、工艺装备，是机械加工中所使用的刀具、模具、工艺装备，是机械加工中所使用的刀具、模具、机床夹具、量具、工具的总称。机床夹具、量具、工具的总称。3、工件输送装备，主要指坯料、半成品或成品在车、工件输送装备，主要指坯料、半成品或成品在车间内工作地点间的转移输送装置，以及机床的上下间内工作地点间的转移输送装置，以及机床的上下料装置。料装置。4、辅助装备，包括清洗剂、排屑装置和计量装置等。、辅助装备，包括清洗剂、排屑装置和计量装置等。绪论绪论 绪论绪论四、本课程主要研究内容四、本课程主要研究内容 1 1、金属切削机床设计、金属切削机床设计 2
5、2、刀具设计、刀具设计3 3、机床夹具设计、机床夹具设计第一章第一章 金属切削机床的总体设计金属切削机床的总体设计 机床的总体设计是机床设计的关键环节机床的总体设计是机床设计的关键环节,对机床对机床的技术性能和经济性指标起着决定性作用。的技术性能和经济性指标起着决定性作用。机床的总体设计是根据设计要求，通过调查研究，机床的总体设计是根据设计要求，通过调查研究，检索资料，掌握机床设计的依据；然后进行工艺分检索资料，掌握机床设计的依据；然后进行工艺分析，拟定出性能先进，经济性好的工艺方案，必要析，拟定出性能先进，经济性好的工艺方案，必要时画出加工示意图；在此基础上确定机床总布局，时画出加工示意图；
6、在此基础上确定机床总布局，画出机床联系尺寸图；确定所设计机床的主要技术画出机床联系尺寸图；确定所设计机床的主要技术参数。参数。1.1 1.1 机床的基本要求机床的基本要求一、机床应具有的性能指标一、机床应具有的性能指标1、工艺范围、工艺范围 指机床适应不同生产要求的能力。包括可加工的指机床适应不同生产要求的能力。包括可加工的零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等。零件类型、形状和尺寸范围，能完成的工序种类等。第一节第一节 机床的基本要求机床的基本要求 2、加工精度、加工精度 指被加工工件表面的形状位置、尺寸的准确度，表指被加工工件表面的形状位置、尺寸的准确度，表面的粗糙程度。机床的精度分
7、为三级：普通精度机床；面的粗糙程度。机床的精度分为三级：普通精度机床；精密机床；高精度机床。精密机床；高精度机床。3、生产率和自动化、生产率和自动化 指机床在单位时间内所能加工的工件数量。指机床在单位时间内所能加工的工件数量。4、可靠性、可靠性 机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力 。1.1 机床的基本要求机床的基本要求1.1 机床的基本要求机床的基本要求二、人机关系二、人机关系 机床除具有一定的计术性能指标外，还应有良好机床除具有一定的计术性能指标外，还应有良好的人机关系。即使机床符合人的生理和心理特征，实的人机关系。即使机床符合人的生理和心理
8、特征，实现人机环境高度协调统一，为操作者创造一个安全、现人机环境高度协调统一，为操作者创造一个安全、舒适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧舒适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧张和身体疲劳。张和身体疲劳。1.1 机床的基本要求机床的基本要求 机床的信号指示系统机床的信号指示系统的显示方式、显示器位置的显示方式、显示器位置等都能使人等都能使人易于无误的接受易于无误的接受；机床的操纵应灵活机床的操纵应灵活方便，符合人的动作习惯方便，符合人的动作习惯，使操作者从接收信号，使操作者从接收信号到产生动作不用经过思考，提高正确操作的速度，到产生动作不用经过思考，提高正确操作的速度，不不易产
9、生误操作或故障。易产生误操作或故障。机床造型应美观大方，色彩协调，提高作业机床造型应美观大方，色彩协调，提高作业舒适度。舒适度。另外，应另外，应降低噪声，减少噪音污染。降低噪声，减少噪音污染。1.2 金属切削机床的设计步骤金属切削机床的设计步骤 第二节金属切削机床的设计步骤第二节金属切削机床的设计步骤 机床设计大致包括四个阶段：机床设计大致包括四个阶段：第一、总体设计第一、总体设计 第二、技术设计第二、技术设计 第三、零件设计第三、零件设计 第四、样机试制和鉴定第四、样机试制和鉴定1.2 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1 1掌握机床的设计依据掌握机床的设计
10、依据，包括技术信息、实验研究，包括技术信息、实验研究成果、新技术的应用成果成果、新技术的应用成果。2 2工艺分析工艺分析，优化加工方案，优化加工方案。必要时画出加工示意必要时画出加工示意图。图。3 3总体布局总体布局,确定机床刀具和工件的相对运动，确定确定机床刀具和工件的相对运动，确定各部件的相互位置。各部件的相互位置。画出传动原理图，主要部件的结构草图，液压系统原画出传动原理图，主要部件的结构草图，液压系统原理图，电气控制电路图，操纵控制系统原理图。画出理图，电气控制电路图，操纵控制系统原理图。画出机床联系尺寸图机床联系尺寸图机床原始总图机床原始总图。总体设计阶段应采用可靠性设计原理，进行预
11、防总体设计阶段应采用可靠性设计原理，进行预防故障设计。利用概率设计，将所设计零件的失效概率故障设计。利用概率设计，将所设计零件的失效概率限制在允许的很小范围内，以满足可靠性定量的要求。限制在允许的很小范围内，以满足可靠性定量的要求。4确定主要的技术参数，主要参数包括尺寸参数、确定主要的技术参数，主要参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数运动参数和动力参数。1.2 金属切削机床的设计步骤金属切削机床的设计步骤 可靠性设计的六条原则：可靠性设计的六条原则：采用成熟的经验或经分析试验验证了的方案；采用成熟的经验或经分析试验验证了的方案；结构简单，零部件数量少；结构简单，零部件数量少；多用标准化、通用化
12、零部件；多用标准化、通用化零部件；重视维修性，便于检修、调整、拆换；重视维修性，便于检修、调整、拆换；重视关键零件的可靠性和材料选择；重视关键零件的可靠性和材料选择；充分运用故障分析成果，及时反馈，尽早改进。充分运用故障分析成果，及时反馈，尽早改进。1.2 金属切削机床的设计步骤金属切削机床的设计步骤1.2 金属切削机床的设计步骤金属切削机床的设计步骤二、技术设计二、技术设计 画出传动系统图，绘制部件装配图，绘制电气系统画出传动系统图，绘制部件装配图，绘制电气系统安装接线图，液压系统和控制操作系统装配图，绘制安装接线图，液压系统和控制操作系统装配图，绘制总装配图及部件装配图总装配图及部件装配图
13、 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 样机试制；空车试运转；随后进行工业性试验，在样机试制；空车试运转；随后进行工业性试验，在额定载荷下进行试工作，并写出工业性试验报告。额定载荷下进行试工作，并写出工业性试验报告。1.3 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 机床运动的分配应掌握三个原则：机床运动的分配应掌握三个原则：1、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。运动件质量小，惯性小，需要的驱动力就小，传运动件质量小，惯性小，需要的驱动力就小，传动机构体积小；制造成本低。动机构体积小；制造成本低。2、运动
14、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。3、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。4、运动的分配应视工件形状而定。、运动的分配应视工件形状而定。1.3 机床的总体布局机床的总体布局二、选择传动形式和支承型式二、选择传动形式和支承型式 机床的主传动按驱动电动机类型分为，交流电动机床的主传动按驱动电动机类型分为，交流电动机驱动和直流电动机驱动；交流电动机驱动又分为单机驱动和直流电动机驱动；交流电动机驱动又分为单速电动机、双速电动机及变频调速电动机驱动。速电动机、双速电动机及变频调速电动机驱动。机床传动的形式有机械传动，液压传动等。机械机
15、床传动的形式有机械传动，液压传动等。机械传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于30级，它传级，它传递功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠，递功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠，广泛用于通用机床中广泛用于通用机床中。支承型式是指支承件的形状，支承件高度方向尺支承型式是指支承件的形状，支承件高度方向尺寸小于长度方向尺寸时称为卧式支承；支承件高度方寸小于长度方向尺寸时称为卧式支承；支承件高度方向尺寸大于长度方向尺寸时称为立式支承。向尺寸大于长度方向尺寸时称为立式支承。卧式支承的机床，重心低，刚度大，是中小型机卧式支承的机床，重心低，刚度大，是中小型机床
16、的首选支承形式。立式支承又称为柱式支承，简称床的首选支承形式。立式支承又称为柱式支承，简称为立柱。这种支承占地面积小，刚度较卧式差，机床为立柱。这种支承占地面积小，刚度较卧式差，机床的操作位置比较灵活。龙门框架支承，是单臂支承的的操作位置比较灵活。龙门框架支承，是单臂支承的改进形式改进形式,又称为双柱式支承，适用于立式大型机床又称为双柱式支承，适用于立式大型机床。1.3 机床的总体布局机床的总体布局1.3 机床的总体布局机床的总体布局三、安排操作部位三、安排操作部位 机床总体设计机床总体设计,在考虑达到技术性能指标的同时，在考虑达到技术性能指标的同时，必须注意机床操作者的生理和心理特征，充分发
17、挥人必须注意机床操作者的生理和心理特征，充分发挥人和机床的各自特点，达到人机最佳综合功效。和机床的各自特点，达到人机最佳综合功效。1.3 机床的总体布局机床的总体布局 机床各部件相对位置的安排，应保证：机床各部件相对位置的安排，应保证：操作者操作者和工件有适当的相对位置，有足够的活动空间，以便和工件有适当的相对位置，有足够的活动空间，以便于工件的装卸、刀具的安装调试、加工情况的观察和于工件的装卸、刀具的安装调试、加工情况的观察和工件检验；工件检验；操作者与操作手柄等控制元件的适当位操作者与操作手柄等控制元件的适当位置，有足够的操作空间，达到操作准确、省力、方便；置，有足够的操作空间，达到操作准
18、确、省力、方便；操作件应按操作件应按GB4141选用，操作件之间有合理的距选用，操作件之间有合理的距离；离；功能不同的按钮应有不同的颜色，且这些颜色功能不同的按钮应有不同的颜色，且这些颜色应和人的视觉习惯一致、符合人的心理生理特征。防应和人的视觉习惯一致、符合人的心理生理特征。防止误操作。止误操作。1.3 机床的总体布局机床的总体布局四、提高动刚度的措施四、提高动刚度的措施1、抗振性能的提高、抗振性能的提高 机床的抗振性是指机床工作部件在交变载荷下抵机床的抗振性是指机床工作部件在交变载荷下抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动和自激振动的能力。抗变形的能力，包括抵抗受迫振动和自激振动的能力。习惯上称
19、前者为抗振性，后者为切削稳定性。习惯上称前者为抗振性，后者为切削稳定性。自激振动，可通过增大工作部件的阻尼比外、调自激振动，可通过增大工作部件的阻尼比外、调整切削用量来避免，使切削稳定。整切削用量来避免，使切削稳定。机床外部的振源，最可靠有效的方法就是隔离振源。机床外部的振源，最可靠有效的方法就是隔离振源。1.3 机床的总体布局机床的总体布局 无法隔离的振源无法隔离的振源，应采用下列措施：，应采用下列措施：选择合理的传动形式，尽量减短传动链，减少选择合理的传动形式，尽量减短传动链，减少传动件个数。既减少振动源的数量；传动件个数。既减少振动源的数量；提高传动链各传动轴组件，尤其是主轴组件的提高传
20、动链各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有角频率；刚度，提高其固有角频率；大传动件应作动平衡或设置阻尼机构；大传动件应作动平衡或设置阻尼机构；箱体外表面涂刷高阻尼涂层，增加阻尼比；箱体外表面涂刷高阻尼涂层，增加阻尼比；提高各部件结合面的表面精度，增强局部刚度。提高各部件结合面的表面精度，增强局部刚度。1.3 机床的总体布局机床的总体布局2 2、减小热变形、减小热变形 减少热变形最简单最有效的方法是隔离热源。减少热变形最简单最有效的方法是隔离热源。不能分离的热源，应采用以下措施：不能分离的热源，应采用以下措施：产生热量产生热量较大的热源，进行强制冷却。较大的热源，进行强制冷却。热源相对结
21、构对称，热变形后中心位置不变。热源相对结构对称，热变形后中心位置不变。改善排屑状态。数控车床将床身倾斜与主轴后改善排屑状态。数控车床将床身倾斜与主轴后上方，使切屑在自重作用下落入下面小车中或切屑输上方，使切屑在自重作用下落入下面小车中或切屑输送机上，切屑不与床身和导轨副接触，避免了切屑携送机上，切屑不与床身和导轨副接触，避免了切屑携带的切削热传给导轨床身，减少了热变形。带的切削热传给导轨床身，减少了热变形。1.3 机床的总体布局机床的总体布局3 3、降低噪声、降低噪声 机床主要的噪声源是齿轮振动，减少齿轮噪音的机床主要的噪声源是齿轮振动，减少齿轮噪音的措施有：措施有：缩短传动链，减少传动件的个
22、数；缩短传动链，减少传动件的个数；采用小模数、硬齿面齿轮，降低传动件的线速度。采用小模数、硬齿面齿轮，降低传动件的线速度。提高齿轮的第提高齿轮的第组精度；组精度；采用增加齿数、减小压力角或圆柱螺旋齿轮，增加采用增加齿数、减小压力角或圆柱螺旋齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的重合度应不小于齿轮啮合的重合度，机床齿轮的重合度应不小于1.3；提高传动件的阻尼比；增加支承组件的刚度。提高传动件的阻尼比；增加支承组件的刚度。1.3 机床的总体布局机床的总体布局五、造型设计五、造型设计 机床的造型必须与功能相适应，功能决定造机床的造型必须与功能相适应，功能决定造型，造型表现功能。机床的造型设计是在保证
23、人机型，造型表现功能。机床的造型设计是在保证人机关系的基础上，应用艺术规律和造型美学法则加以关系的基础上，应用艺术规律和造型美学法则加以精炼和塑造，得到恰到好处的造型。机床造型总的精炼和塑造，得到恰到好处的造型。机床造型总的原则是经济实用，美观大方。尽管人的审美观不尽原则是经济实用，美观大方。尽管人的审美观不尽相同，但还是有规律可循，良好的外观造型应从机相同，但还是有规律可循，良好的外观造型应从机床造型设计和色彩两方面去评价。床造型设计和色彩两方面去评价。1.3 机床的总体布局机床的总体布局 外观造型应使机床外观造型应使机床整体统一整体统一，均衡稳定，比均衡稳定，比例协调。例协调。部件的形体目
24、前多流行小圆角过渡的棱部件的形体目前多流行小圆角过渡的棱柱体造型柱体造型,长、宽（或高）的比率要适当，常用的比长、宽（或高）的比率要适当，常用的比值为：黄金分割比率、均方根比率、整数比率等；值为：黄金分割比率、均方根比率、整数比率等；各部件的形体比率相互协调各部件的形体比率相互协调,做到做到衔接紧密、转换衔接紧密、转换自然，自然，组合而成的外形轮廓的几何线型要大体一致，组合而成的外形轮廓的几何线型要大体一致，达到线型风格的协调统一；整体造型应使人感到稳达到线型风格的协调统一；整体造型应使人感到稳定而不笨重，轻巧且安定。定而不笨重，轻巧且安定。1.3 机床的总体布局机床的总体布局 色彩可配合造型
25、使机床达到人的审美要求。色彩可配合造型使机床达到人的审美要求。机机床的床的主色调是绿色主色调是绿色。实践证明，。实践证明，绿色有助于提高劳绿色有助于提高劳动生产率，蓝色和紫色则降低劳动生产率。动生产率，蓝色和紫色则降低劳动生产率。国内外国内外各种机床多采用绿色，它给人以各种机床多采用绿色，它给人以贴近自然，适宜、贴近自然，适宜、舒畅的感觉，舒畅的感觉，同时也是一种同时也是一种耐油污的隐蔽色。耐油污的隐蔽色。机床色彩应适应不同的使用环境，机床色彩应适应不同的使用环境，热带地区使用热带地区使用的机床宜采用冷色，的机床宜采用冷色，如乳白色、奶黄色，使人产生如乳白色、奶黄色，使人产生清凉、心情平静的感
26、觉；清凉、心情平静的感觉；寒冷地区应采用暖色，寒冷地区应采用暖色，如如桔黄色、桔红色等，以增强人们的温暖感。桔黄色、桔红色等，以增强人们的温暖感。1.4 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 机床的尺寸参数是指影响机床加工性能的一些机床的尺寸参数是指影响机床加工性能的一些尺寸。尺寸。主参数代表机床的规格的大小，主参数代表机床的规格的大小，是最重要的是最重要的尺寸参数。另外，机床尺寸参数还包括第二主参数尺寸参数。另外，机床尺寸参数还包括第二主参数和一些重要的尺寸。和一些重要的尺寸。机床的主参数已规定在机床的主参数已规定在“GB/T153751994金金属切削机床型号编制方
27、法属切削机床型号编制方法”中，每种机床的主参数中，每种机床的主参数按等比数列排列。按等比数列排列。1.4 主要技术参数的确定主要技术参数的确定nvd1000 二、运动参数二、运动参数 主运动为旋转运动的机床，主运动的运动参主运动为旋转运动的机床，主运动的运动参数为主轴转速数为主轴转速 。转速与切削速度。转速与切削速度 的关系为：的关系为：nv工件或刀具直径（mm）。d1.4 主要技术参数的确定主要技术参数的确定1 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 按照典型工序的切削速度和刀具（或工件）直按照典型工序的切削速度和刀具（或工件）直径，由主轴转速公式计算出径，由主轴转速公式计算出最
28、低转速最低转速 、最高转最高转速速 、变速范围、变速范围 ，其中其中D是机床加工的最大是机床加工的最大直径（主参数），直径（主参数），k是系数是系数 。nRminnmaxn1.4 主要技术参数的确定主要技术参数的确定nvdminminmax1000nvdm axm axm in1000RnnnmaxminkDdmax1.4主轴转速主轴转速2 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照等比数列排列机床的主轴转速绝大多数是按照等比数列排列的。原因是：设计简单；使用方便，最大相对转速的。原因是：设计简单；使用方便，最大相对转速损失率相等。损失率相等。(1)设计方便设计方便
29、如果机床的主轴转速数列是等比的，如果机床的主轴转速数列是等比的，公比为公比为 ，且转速级数，且转速级数Z为非质数。则这个数列可为非质数。则这个数列可分解成几个等比数列的乘积，使传动设计简化。分解成几个等比数列的乘积，使传动设计简化。1.4主轴转速主轴转速nnnnnn1224123123211236121111111ZPPPaxbxcxabc()()()126312223241.4主轴转速主轴转速(2)使用方便使用方便 最大相对转速损失率相等最大相对转速损失率相等 等比数列等比数列转速的转速通式为转速的转速通式为nnjj11则机床的切削速度与工件（或刀具）直径的关系为则机床的切削速度与工件（或刀
30、具）直径的关系为 1110001000jjnvnvd1.4主轴转速主轴转速lg)1()lg497.03(lglg1jnvdkjvlg)1(lg 的对数值是的对数值是 对数值的一次函数对数值的一次函数，斜率为斜率为1，函数图像是与切削速度对数坐标轴成，函数图像是与切削速度对数坐标轴成45o的斜线，取的斜线，取j=1Z，可得到，可得到Z条平行间距相等条平行间距相等的斜线的斜线。dv1.4 转速选择图转速选择图11.2 1622.431.5 456390125 18012.5182535.55071100140200280400n12n3n4n5n6n7n8n9n10n11n12n13n14n15n
31、16n17n18nd(mm)图1-1 转速选择图v(m/min)1.4主轴转速主轴转速nnnjj1如果加工某一工件需要的最佳切削速度为如果加工某一工件需要的最佳切削速度为 ，相应，相应的转速为的转速为 。一般情况下，不可能正好在某一转。一般情况下，不可能正好在某一转速线上，而是在两转速线速线上，而是在两转速线 与与 之间之间vnjn1jn为保证刀具的使用寿命，应选择较低的转速为保证刀具的使用寿命，应选择较低的转速 ，这，这时转速的损失为时转速的损失为 ，相对转速损失率为，相对转速损失率为jnjnn Annnj100%1.4主轴转速主轴转速最大相对转速损失率为最大相对转速损失率为 趋近于趋近于
32、时的时的A值，即值，即1jnnAnnnnnjjjjjmax()111111100%最大相对转速损失率最大相对转速损失率Amax只与公比只与公比 有关，是有关，是恒定恒定值；值；它影响机床的劳动它影响机床的劳动生产率生产率，特别是加工时间长，特别是加工时间长的大型重型机床。因此是机床设计的的大型重型机床。因此是机床设计的重要指标重要指标之一。之一。1.4标准公比原则标准公比原则12111maxA21公比大，最大相对转速损失率就大，对机床劳动生公比大，最大相对转速损失率就大，对机床劳动生产率影响就大；我们规定：产率影响就大；我们规定：最大相对转速损失率最大相对转速损失率Amax50%Amax50%
33、。3.3.标准公比原则标准公比原则 1 1）机床为满足不同工艺需求，需具有一系列）机床为满足不同工艺需求，需具有一系列等比数列转速等比数列转速,转速从转速从 到到 依次递增，即依次递增，即 1nmaxn1.4标准公比原则标准公比原则2 2）为方便记忆，要求转速）为方便记忆，要求转速n nj j经经E1E1级变速后，转速值级变速后，转速值呈呈1010倍的关系，即倍的关系，即nnj Ej110nnnj EjEj1110101E1.4标准公比原则标准公比原则3 3）为方便记忆，为适应双速电机驱动的需要，要）为方便记忆，为适应双速电机驱动的需要，要求转速求转速n nj j经经E E2 2级变速后，转速
34、值呈级变速后，转速值呈2 2倍的关系，即倍的关系，即jEjnn22jEjEjnnn22222E1.4公比选用原则公比选用原则4 4公比选用原则公比选用原则 中型机床，公比一般选取中型机床，公比一般选取1.261.26或或1.411.41；大型重；大型重型机床，加工时间长，公比应小一些，一般选取型机床，加工时间长，公比应小一些，一般选取1.261.26、1.121.12或或1.061.06；非自动化小型机床，加工时间；非自动化小型机床，加工时间小于辅助时间，转速损失对机床劳动效率影响不大，小于辅助时间，转速损失对机床劳动效率影响不大，为使机床结构简单，公比可选大一些，可选择为使机床结构简单，公比
35、可选大一些，可选择1.581.58、1.78,1.78,甚至甚至2 2。专用机床原则上不变速，但为适应技。专用机床原则上不变速，但为适应技术进步，可作适当性能储备，公比可选择术进步，可作适当性能储备，公比可选择1.121.12、1.261.26。1.4 动力参数动力参数三、动力参数三、动力参数 动力参数包括驱动机床的各种电动机功率或扭动力参数包括驱动机床的各种电动机功率或扭矩，液压马达和油缸的牵引力等。各传动件的结构矩，液压马达和油缸的牵引力等。各传动件的结构参数都是根据动力参数设计的。参数都是根据动力参数设计的。1、主电动机功率的确定、主电动机功率的确定 机床主运动的功率为机床主运动的功率为
36、 附空切主PPPP1.4 动力参数动力参数 切削功率切削功率 与刀具材料、工件材料和所选用与刀具材料、工件材料和所选用的切削用量有关。专用机床的刀具、工件材料与切的切削用量有关。专用机床的刀具、工件材料与切削用量都是不变的，计算较准确；通用机床，刀具削用量都是不变的，计算较准确；通用机床，刀具与工件材料和切削用量变化大，可根据机床检验标与工件材料和切削用量变化大，可根据机床检验标准中规定的切削条件进行计算。准中规定的切削条件进行计算。切P1.4 动力参数动力参数 机床主运动的空转功率损失机床主运动的空转功率损失 ，与传动件的，与传动件的预紧程度及装配质量有关，是传动件摩擦、搅油等预紧程度及装配
37、质量有关，是传动件摩擦、搅油等因素引起的，其大小随传动件转速的增大而增大。因素引起的，其大小随传动件转速的增大而增大。中型机床主传动空转功率损失可用下列经验公式进中型机床主传动空转功率损失可用下列经验公式进行计算：行计算：空P62110(）主主空ndkndkpia机床主轴转速机床主轴转速 ，估算，估算 时，按主轴计算转速时，按主轴计算转速确。确。主n空P1.4 动力参数动力参数主传动链的结构尺寸未确定时，按主运动电动机的主传动链的结构尺寸未确定时，按主运动电动机的功率估算主运动链中除主轴以外的所有传动轴的平功率估算主运动链中除主轴以外的所有传动轴的平均直径均直径 ad8kW.25.1主Pmmd
38、a305kW.75.2主Pmmda3514kW5.7主Pmmda401.4 动力参数动力参数当主轴转速为当主轴转速为 时，传动链内除主轴以外各传动时，传动链内除主轴以外各传动轴的相应转速之和为轴的相应转速之和为 ；主nin润滑油粘度影响系数润滑油粘度影响系数 ,润滑油为润滑油为N46时，时，润滑油为润滑油为N32时，时，；1k5.31k15.31k主轴轴承系数主轴轴承系数 ，两支承主轴，两支承主轴 ；三支承；三支承主轴主轴 。2k5.22k32k1.4 动力参数动力参数机床切削工件时，齿轮、轴承等零件上的接触压力增机床切削工件时，齿轮、轴承等零件上的接触压力增大，无用功耗损增大。比大，无用功耗
39、损增大。比 多出的那部分功率，称多出的那部分功率，称为附加机械摩擦损失功率为附加机械摩擦损失功率 ，切削功率越大，附加，切削功率越大，附加机械摩擦损失功率越大。机械摩擦损失功率越大。空P附P)11kwPPPP）（机切切机切附 主传动链机械效率，是主传动链中各传动副的机主传动链机械效率，是主传动链中各传动副的机械效率的乘积。械效率的乘积。机1.4 进给运动电动机功率的确定进给运动电动机功率的确定2.2.进给运动电动机功率的确定进给运动电动机功率的确定1)进给运动与主运动合用一台电动机时，可不单独计算进给功率，而是在确定主电动机功率时引入一个系数K，机床主电动机功率为空机切主PkPP普通车床普通车
40、床 ；自动车床；自动车床 ；铣床、卧；铣床、卧式镗床式镗床 ；齿轮机床；齿轮机床 ；96.0k92.0k85.0k8.0k2）进给运动中工作进给与快速移动合用一台电动机时，快速电动机满载起动，且加速度大，所消耗的功率远大于工作进给功率，且工作进给与快速移动不同时进行。所以该电电动机功率动机功率按快速移动功率选取。数控机床属于这类情况。1.4 进给运动电动机功率的确定进给运动电动机功率的确定1.4 进给运动电动机功率的确定进给运动电动机功率的确定3）进给运动单独使用一台电动机时，进给运动电）进给运动单独使用一台电动机时，进给运动电动机功率动机功率 按下式计算按下式计算)(kWPffffQvP60
41、000最大进给牵引力最大进给牵引力 (N）；）；最大进给速度最大进给速度 ；进给传动系统机械效率进给传动系统机械效率 。min)(m/vffQ1.4 进给运动电动机功率的确定进给运动电动机功率的确定 进给牵引力进给牵引力Q等于进给方向上切削分力等于进给方向上切削分力与摩擦力之和，进给牵引力与摩擦力之和，进给牵引力Q的估算公式的估算公式见下表见下表:1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定3.3.快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定 交流异步快速移动电动机功率的确定交流异步快速移动电动机功率的确定 快速快速移动电动机移动电动机满载起动，起动时间短、移动部件加速满载起动
42、，起动时间短、移动部件加速度大。度大。在较短的时间内（在较短的时间内（0.51秒），使重力较大秒），使重力较大的移动部件达到所需的移动速度，即要克服移动部的移动部件达到所需的移动速度，即要克服移动部件和传动系统的件和传动系统的惯性力惯性力，使其起动并迅速加速；又，使其起动并迅速加速；又需克服移动部件因移动而产生的需克服移动部件因移动而产生的摩擦力摩擦力。故起动时。故起动时消耗的功率最大。消耗的功率最大。1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定克服摩擦力所需的功率是变化的，随移动速度的增克服摩擦力所需的功率是变化的，随移动速度的增大而增大，移动部件在起动过程中，是匀加速运动，大而
43、增大，移动部件在起动过程中，是匀加速运动，平均速度是平均速度是 ，但由于起动时间短，计算电，但由于起动时间短，计算电动机起动功率时可按最大移动速度计算。当移动部动机起动功率时可按最大移动速度计算。当移动部件达到所需的移动速度后，移动部件变为恒速运动，件达到所需的移动速度后，移动部件变为恒速运动，电动机仅需克服移动部件的摩擦力就能维持其运动，电动机仅需克服移动部件的摩擦力就能维持其运动，即快速移动时所消耗的功率为克服摩擦力所需的功即快速移动时所消耗的功率为克服摩擦力所需的功率率 。2/maxv2P1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定PPPT nkPe12129550克服惯性力
44、所需功率克服惯性力所需功率 ，快速移动电机的功率应按，快速移动电机的功率应按起动时所需功率选取，即起动时所需功率选取，即 1P快速移动传动链的机械效率快速移动传动链的机械效率 ；电动机起动转矩与额定转矩之比为电动机起动转矩与额定转矩之比为 ，异步电动，异步电动机机 1k2.26.11k1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定aLMaeaeetnJJtnJtJT30)(30克服惯性力所需电动机轴上的转矩克服惯性力所需电动机轴上的转矩 eT 为电动机转子自身转动惯量；为电动机转子自身转动惯量；为为 传动件、负载折算到电动机轴上的转动惯传动件、负载折算到电动机轴上的转动惯量；量；为电
45、动机起动时转速加速过程的时间；异步电为电动机起动时转速加速过程的时间；异步电动机动机 MJLJat)(15.0sta1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定根据动能守恒定律根据动能守恒定律 2112ijjjiiLvmJJ 分别是各旋转件转动惯量（分别是各旋转件转动惯量（）、）、角速度（角速度（）；）；2.mkgsrad/iiJ、各移动部件的质量各移动部件的质量()、移动速度、移动速度（）；）；jjvm、kgsm/1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定空心圆柱形零件的转动惯量空心圆柱形零件的转动惯量JmDdDdl8322244旋转零件的质量为旋转零件的质量为 （
46、），零件的内径、外径、），零件的内径、外径、长度分别为长度分别为 。钢材密度钢材密度 m)(mldD、kg)(1085.733kg/m1.4 快速移动电动机功率的确定快速移动电动机功率的确定 如果快速移动部件垂直升降运动，则电动机要同如果快速移动部件垂直升降运动，则电动机要同时克服部件重力和摩擦力。时克服部件重力和摩擦力。vFmgP600002 如果移动部件是水平运动如果移动部件是水平运动 600002mgvP移动部件重心与移动部件重心与升降丝杠不同轴升降丝杠不同轴而引起，产生在而引起，产生在导轨上的挤压导轨上的挤压力力 ；当量摩擦系数为当量摩擦系数为 。F1.4 伺服电动机选择伺服电动机选择
47、 伺服电动机选择伺服电动机选择 1）最大切削负载转矩）最大切削负载转矩 不得超过伺服电动机的不得超过伺服电动机的额定转矩额定转矩 LTMTiTTPFTTffhLM)0002(21max丝杠上的最大轴向载荷（最大轴向进给力与导轨摩丝杠上的最大轴向载荷（最大轴向进给力与导轨摩擦力之和）擦力之和）；丝杠导程；丝杠导程 。maxF)(mmPh1.4 伺服电动机选择伺服电动机选择 2）电动机的转动惯量）电动机的转动惯量 负载惯量负载惯量 匹配匹配LJMJLMLJJJ4 丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦转矩、丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦转矩、丝杠轴承的摩擦转矩丝杠轴承的摩擦转矩 21ffTT、1.4 伺服
48、电动机选择伺服电动机选择 3)3)起动转矩和加速特性起动转矩和加速特性 直流伺服电动机和步进电动直流伺服电动机和步进电动机起动时转速加速过程的时间机起动时转速加速过程的时间 为为机械时间常数的机械时间常数的4 4倍倍；交流伺服电动机为伺服系统时间常数的一半交流伺服电动机为伺服系统时间常数的一半。交流伺服电动机也可根据电动机的最大转矩计算交流伺服电动机也可根据电动机的最大转矩计算工作台的加速时间和加速度工作台的加速时间和加速度atmaxmax30)(TnJJtLMaPJJTahLM2max1.4 伺服电动机选择伺服电动机选择 根据伺服系统的增益根据伺服系统的增益 ，计算所需工作台的最，计算所需工
49、作台的最大加速度大加速度 ，并使，并使 略小于略小于 。伺服系统增益。伺服系统增益 ，数控钻床取小值，数控车床、镗铣，数控钻床取小值，数控车床、镗铣加工中心取大值。伺服系统的时间常数加工中心取大值。伺服系统的时间常数 ，伺服系统要求的最大加速度是在系统常数内，工作台伺服系统要求的最大加速度是在系统常数内，工作台的速度从的速度从 变为变为 ，因此，系统需要的加速，因此，系统需要的加速度为度为 。sKmaxamaxa1258sKs1ssKtamaxvmaxvsat.t501.4 伺服电动机选择伺服电动机选择 30602maxmaxmaxssKvtva系统需要的加速度系统需要的加速度 为为 maxa
50、 如果结构尚未确定如果结构尚未确定,不能计算部件质量和转动部不能计算部件质量和转动部件惯性时，可根据现有机床，在统计分析的基础上，件惯性时，可根据现有机床，在统计分析的基础上，类比确定。普通机床的快速移动电动机功率及移动类比确定。普通机床的快速移动电动机功率及移动速度参见下表速度参见下表 1.4 主要技术参数的确定主要技术参数的确定第一章第一章 习题与思考题习题与思考题1-1 机床应满足那些基本要求？什么是人机关系？机床应满足那些基本要求？什么是人机关系？1-2 机床设计的内容和步骤是什么？机床设计的内容和步骤是什么？1-3 机床的总体方案拟定包括什么内容？机床总布机床的总体方案拟定包括什么内
