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1、 第二章 金屬切削機床設計第二章第二章 金屬切削機床設計金屬切削機床設計 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論第三節(jié)第三節(jié) 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計返回主返回主頁頁退出退出上一頁上一頁下一頁下一頁第二章 金屬切削機床設計2.1 2.1 概述概述一、機床設計應滿足的基本要求一、機床設計應滿足的基本要求二、機床設計方法二、機床設計方法三、機床設計步驟三、機床設計步驟上一頁上一頁下一頁下一頁退出退出返回主返回主頁頁返回本章返回本章第二章 金屬切削機床設計（一）工藝范圍（一）工藝范圍 （二）柔性（二）柔性（三）與物流系統(tǒng)的可親性（三）

2、與物流系統(tǒng)的可親性 （四）剛度（四）剛度（五）精度（五）精度 （六）噪聲（六）噪聲（七）生產(chǎn)率和自動化（七）生產(chǎn)率和自動化 （八）成本（八）成本（九）生產(chǎn)周期（九）生產(chǎn)周期 （十）可靠性（十）可靠性（十一）造型與色彩（十一）造型與色彩 （十二）設計方法（十二）設計方法退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)機床設計應滿足的基本要求機床設計應滿足的基本要求返回主頁返回主頁下一頁下一頁第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)機床設計方法機床設計方法返回主頁返回主頁下一頁下一頁 （一）（一）機床設計機床設計正在向著“以系統(tǒng)為主的機床設計”方向發(fā)展，即在機床設計時要考慮它如何更好的適應FMS等先進制造系統(tǒng)的要

3、求，例如要求具有時、空柔性，與物流的可親性等等。（二）機床設計方法是（二）機床設計方法是根據(jù)其設計類型而定。通用機床采用系列化設計方法。系列中基型產(chǎn)品屬創(chuàng)新設計類型，其他屬變形設計類型。有些類型，如組合機床屬組合設計類型。（三）（三）在創(chuàng)新設計類型中，機床總體方案的產(chǎn)生方法可采用分析式設計或創(chuàng)成式設計。分析式設計或創(chuàng)成式設計。第二章 金屬切削機床設計 （二）總體設計（二）總體設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)機床設計內容及步驟機床設計內容及步驟返回主頁返回主頁進入下一節(jié)進入下一節(jié) （三）（三） 結構設計結構設計 （一）確定結構原理方案（一）確定結構原理方案（六）（六） 定型設計定型設計（五）機床整機

4、綜合評價（五）機床整機綜合評價 （四）工藝設計（四）工藝設計 創(chuàng)新設計方法創(chuàng)新設計方法模塊化設計方法模塊化設計方法虛擬樣機虛擬樣機實物樣機實物樣機 第二章 金屬切削機床設計2.2 2.2 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（一）（一）上一頁上一頁下一頁下一頁退出退出返回主返回主頁頁機床的運動學原理機床的運動學原理機床運動學是研究、分析和實現(xiàn)機床期望機床運動學是研究、分析和實現(xiàn)機床期望的加工功能所需要的運動功能配置的加工功能所需要的運動功能配置返回本章返回本章第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁金屬切削機床的基本功能金屬切削機床的基本功能

5、是提供切削加工所必須的運動和動力。其基本工作原理是：其基本工作原理是：通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具切除工件加工表面多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達到其精度要求。工件表面的形成方法工件表面的形成方法機床運動功能方案設計機床運動功能方案設計2.2.2 機床的運動功能設計機床的運動功能設計幾何表面的形成原理圖示幾何表面的形成原理圖示12a) 平面平面12b) 圓柱面圓柱面12c) 平面平面12d) 圓錐面圓錐面1母線母線2導線導線發(fā)生線的形成圖示發(fā)生線的形成圖示1fnn1.fn1n21a)c)b)fn1n2fd)e)a)點刃車刀車外圓柱面點刃車刀車外圓柱面 b)寬刃車刀

6、車外圓柱面寬刃車刀車外圓柱面 c)砂輪磨外圓柱面砂輪磨外圓柱面 d)盤銑刀銑外圓柱面盤銑刀銑外圓柱面 e)滾齒加工滾齒加工第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁幾何表面的形成原理圖示幾何表面的形成原理圖示發(fā)生線的形成圖示發(fā)生線的形成圖示發(fā)生線的形成：發(fā)生線的形成：1）軌跡法（描述法）軌跡法（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）范成法（滾切法）范成法（滾切法） 機床坐標系的規(guī)定機床坐標系的規(guī)定u標準機床坐標系中X、Y、Z坐標軸的相互關系用右手笛卡爾直角坐標系決定。u為了確定機床上的成形運動和輔助運動，必須

7、先確定機床上運動的位移和運動的方向，這就需要通過坐標系來實現(xiàn)，這個坐標系被稱之為機床坐標系。 u例如銑床上，有機床的縱向運動、橫向運動以及垂向運動。在數(shù)控加工中就應該用機床坐標系來描述。 2.3.2 機床運動功能方案設計機床運動功能方案設計 機床上的坐標系是采用右手直角笛卡爾坐標系。+ Z+ Y+ Z+ C+ X+ Y+ B+ X+ A+ A 、 + B或+ C+ X 、 + Y 或 + Z機床的坐標軸與運動方向機床的坐標軸與運動方向機床各坐標軸及其正方向的確定原則是： (1) 先確定Z軸。以平行于機床主軸的刀具運動坐標為Z軸，若有多根主軸，則可選垂直于工件裝夾面的主軸為主要主軸，Z坐標則平行

8、于該主軸軸線。若沒有主軸，則規(guī)定垂直于工件裝夾表面的坐標軸為Z軸。Z軸正方向是使刀具遠離工件的方向。如立式銑床，主軸箱的上、下或主軸本身的上、下即可定為Z軸，且是向上為正；若主軸不能上下動作，則工作臺的上、下便為Z軸，此時工作臺向下運動的方向定為正向。機床的坐標軸與運動方向機床的坐標軸與運動方向 (2) 再確定X軸。X軸為水平方向且垂直于Z軸并平行于工件的裝夾面。在工件旋轉的機床(如車床、外圓磨床)上，X軸的運動方向是徑向的，與橫向導軌平行。刀具離開工件旋轉中心的方向是正方向。對于刀具旋轉的機床，若Z軸為水平(如臥式銑床、鏜床)，則沿刀具主軸后端向工件方向看，右手平伸出方向為X軸正向，若Z軸為

9、垂直(如立式銑、鏜床，鉆床)，則從刀具主軸向床身立柱方向看，右手平伸出方向為X軸正向。機床的坐標軸與運動方向機床的坐標軸與運動方向 (3) 最后確定Y軸。在確定了X、Z軸的正方向后，即可按右手定則定出Y軸正方向。機床坐標系示例(a) 臥式車床；(b) 立式銑床YZZXXZXXZXZXZY(a)(b)機床的坐標軸與運動方向機床的坐標軸與運動方向c車床坐標系車床坐標系+X+X銑床坐標系銑床坐標系鏜銑床坐標系鏜銑床坐標系 上述坐標軸正方向，均是假定工件不動，刀具相對于工件作進給運動而確定的方向，即刀具運動坐標系。但在實際機床加工時，有很多都是刀具相對不動，而工件相對于刀具移動實現(xiàn)進給運動的情況。此時

10、，應在各軸字母后加上“”表示工件運動坐標系。按相對運動關系，工件運動的正方向恰好與刀具運動的正方向相反，即有：+X = X +Y = Y +Z = Z +A = A +B =B +C=C 此外，如果在基本的直角坐標軸X、Y、Z之外，還有其他軸線平行于X、Y、Z，則附加的直角坐標系指定為U、V、W和P、Q、R，如圖所示。繞X、Y軸的 輔助回轉軸用D、E等表示，與機床基準坐標系坐標方向不平行的斜置運動軸坐標系用加“”表示，如沿斜置坐標系的Z軸運動用 Z 表示。多軸機床坐標系示例(a) 臥式鏜銑床；(b) 六軸加工中心+ XB+ X + W+ Z+ Y+ YB+ ZC+ X+ WYZWXBXZWBY

11、XC(a)(b)機床的坐標軸與運動方向機床的坐標軸與運動方向第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁運動功能圖形符號運動功能圖形符號a)回轉運動回轉運動b)直線運動直線運動ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T機床運動功能式與機床運動原理圖機床運動功能式與機床運動原理圖運動功能分配設計運動功能分配設計 確定運動功能式中確定運動功能式中“接地接地”的位置，用符號的位置，用符號“”表示表示運動功能式左側的運動由工件完成，右側的運動由刀具完運動功能式左側的運動由工件完成，右側的運動由刀具完成，稱為運動分配式。成，稱為運動分配式。傳動原理圖傳動原理圖 為了

12、便于研究機床的傳動原理為了便于研究機床的傳動原理, , 用一些簡明的符號把用一些簡明的符號把動力源、執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系表示出來的示意圖。動力源、執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系表示出來的示意圖。 并不表達實際傳動機構的種類和數(shù)量。機床運動功能分配與機床傳動原理圖機床運動功能分配與機床傳動原理圖 第二章 金屬切削機床設計2.2 2.2 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（二）（二）（三）（三）（四）（四）上一頁上一頁下一頁下一頁退出退出返回主返回主頁頁（五）（五）（六）（六）3、1、6、5、2、4、精度精度運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度幾何精度精

13、度保持性精度保持性剛度剛度抗振性抗振性熱變形熱變形噪聲噪聲返回本章返回本章第二章 金屬切削機床設計2.3 2.3 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計 一、機床系列型譜的制定一、機床系列型譜的制定二、機床的運動功能設置二、機床的運動功能設置三、機床總體結構方案設計三、機床總體結構方案設計上一頁上一頁下一頁下一頁退出退出返回主返回主頁頁四、機床主要參數(shù)的設計四、機床主要參數(shù)的設計返回本章返回本章第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)2.3.1 機床系列型譜的制定機床系列型譜的制定返回主頁返回主頁下一頁下一頁中型臥式機床的簡略系列型譜表中型臥式機床的簡略系列型譜表 型式型式最大最大工

14、件直徑工件直徑/mm萬萬 能能式式馬馬鞍鞍式式提提高高精精度度無無絲絲杠杠式式卡卡盤盤式式球球面面加加工工端端面面車車床床2503204005006308001000注：注： 基型，基型， 變型變型1.工藝分析工藝分析2.選取坐標系選取坐標系2.寫出機床運動功能式寫出機床運動功能式4.畫出機床運動原理圖畫出機床運動原理圖(例：滾齒機）例：滾齒機）5.繪制機床傳動原理繪制機床傳動原理圖圖第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁運動功能圖形符號運動功能圖形符號a)回轉運動回轉運動b)直線運動直線運動ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T2.3.2 機床

15、運動功能設置機床運動功能設置 第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁（一）運動功能分配設計（一）運動功能分配設計（二）結構布局設計：（二）結構布局設計：立式、臥式、斜置式2.3.3 機床總體結構方案設計機床總體結構方案設計 （三）機床總體結構的概略形狀與尺寸設計（三）機床總體結構的概略形狀與尺寸設計設計的主要依據(jù)是：設計的主要依據(jù)是：機床總體結構布局設計階段評價后所保留的機床總體結構布局形態(tài)圖，驅動與傳動設計結果，機床動力參數(shù)及加工空間尺寸參數(shù)，以及機床整機的剛度及精度分配。評價的主要因素有：評價的主要因素有：1）性能 2）制造成本 3）制造周期 4）生產(chǎn)

16、率 5）與物流的可親性 6）外觀造型 7）機床總體結構方案設計修改與確定 第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁（一）主參數(shù)和尺寸參數(shù)（一）主參數(shù)和尺寸參數(shù)2.3.4 機床主要參數(shù)的設計機床主要參數(shù)的設計 機床的主要技術參數(shù)包括機床的主要技術參數(shù)包括機床的主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)可包括尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力參數(shù)。機床主參數(shù)機床主參數(shù): :代表機床規(guī)格大小既反映機床最大工作能力的一種參數(shù)，有些機床還規(guī)定有第二主參數(shù)。l機床尺寸參數(shù)的確定，主要是確定影響機床加工性能的一些尺寸。其中包括機床的主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)。第二章 金屬切削機床設計退出

17、退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁下一頁下一頁（二）運動參數(shù)（二）運動參數(shù) 運動參數(shù)：運動參數(shù)：機床執(zhí)行件如主軸、工作安裝部件（工作臺、刀架）的運動速度。主運動參數(shù)主運動參數(shù)：(1) 最低（nmin）和最高（nmax)轉速的確定(2)主軸轉速數(shù)列呈等比級數(shù)規(guī)律分布，轉數(shù)范圍內 的轉數(shù)相對均勻損失率為： A= (n-nj)/n產(chǎn)生的最大轉速相對損失為：A=(nj+1-nj)/ nj+1=1 - nj/nj+1 1000vnd四、公比的選用四、公比的選用 當確定了最高與最低轉速以后，就應選取公比當確定了最高與最低轉速以后，就應選取公比。從使用性能。從使用性能方面考慮，公比最好選得小一些，以便減少

18、相對轉速損失。但公比方面考慮，公比最好選得小一些，以便減少相對轉速損失。但公比越小，級數(shù)就越多，將使機床的結構復雜。越小，級數(shù)就越多，將使機床的結構復雜。對于一般生產(chǎn)率要求較高的普通機床，減少相對轉速損失是主要對于一般生產(chǎn)率要求較高的普通機床，減少相對轉速損失是主要的，所以公比取得較小，如的，所以公比取得較小，如=1.26 或或1.41等。等。有些小型機床希望簡化構造，公比有些小型機床希望簡化構造，公比可取得大些，如可取得大些，如1.58或或=2等。等。對于自動機床，減少相對轉速損失率的要求更高，常取對于自動機床，減少相對轉速損失率的要求更高，常取1.12 或或1.26。由于自動機床都是用于成

19、批或大量生產(chǎn)，變速時間分攤到每一工由于自動機床都是用于成批或大量生產(chǎn)，變速時間分攤到每一工件，與加工時間相比是很小的，因此采用交換齒輪變速，既滿足了件，與加工時間相比是很小的，因此采用交換齒輪變速，既滿足了相對轉速損失小的要求又簡化了構造。相對轉速損失小的要求又簡化了構造。 第二章 金屬切削機床設計退出退出返回本節(jié)返回本節(jié)返回主頁返回主頁進入下一節(jié)進入下一節(jié)2.3.4 機床主要參數(shù)的設計機床主要參數(shù)的設計 （三）動力參數(shù)（三）動力參數(shù) （1）主電動機功率的確定 （2）進給驅動電動機功率的確定 （3）快速運動電動機功率的確定金屬切削機床實例課外資料金屬切削機床實例課外資料一、一、主運動功率的確定

20、主運動功率的確定u機床主運動的功率，包括機床主運動的功率，包括切削功率切削功率、空轉功率損失空轉功率損失和和附加附加機械摩擦損失機械摩擦損失三部分。三部分。切削功率的確定：進行切削加工時，要消耗切削功率切削功率的確定：進行切削加工時，要消耗切削功率P切。切。它與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關。它與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關。如果是專用機床，則工作條件比較固定，也就是刀具與工件如果是專用機床，則工作條件比較固定，也就是刀具與工件的材料和切削用量的變化范圍較小。這時計算值也比較接近的材料和切削用量的變化范圍較小。這時計算值也比較接近實際情況。若是普通機床，則刀具

21、與工件的材料和切削用量實際情況。若是普通機床，則刀具與工件的材料和切削用量的變化都相當大。通常，可根據(jù)機床檢驗時所要求的重負荷的變化都相當大。通常，可根據(jù)機床檢驗時所要求的重負荷切削條件來確定。切削條件來確定。附加機械摩擦損失功率的確定：機床在切削時，齒輪、軸附加機械摩擦損失功率的確定：機床在切削時，齒輪、軸承等零件上的正壓力加大了，功率的損耗也加大了。比承等零件上的正壓力加大了，功率的損耗也加大了。比P空多空多出來的那部分功率損耗，稱為附加機械摩擦損失功率出來的那部分功率損耗，稱為附加機械摩擦損失功率P機。切機。切削功率越大，這部分損失也越大。削功率越大，這部分損失也越大。綜上所述，主電動機功率（綜上所述，主電動機功率（kw）為：）為： 式中式中l(wèi)、2、3 主運動鏈中各傳動副的機械效率。主運動鏈中各傳動副的機械效率。pppppp切切主空空機機1 2 3機)11kwPPPPP）（機切切機切機輔主運動電機功率的計算：主運動電機功率的計算：)kwPPPP（主運動電動機功率為床切空機切主)kwKPP（為主運動電動機額定功率主額定返回主頁返回主頁