金属切削机床的总体设计课件

1、机械制造装备设计目录第一章 金属切削机床的总体设计第一节机床的基本要求第二节金属切削机床的设计步骤第三节机床的总体布局第四节机床主要技术参数的确定1.1 机床的基本要求一、机床应具有的性能指标1、工艺范围 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。2、加工精度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。 机床的精度分为三级：普通精度机床；精密机床；高精度机床。其公差值的比值约为1：0.4：0.25。第一节 机床的基本要求1.工艺范围 不同的生产模式对工艺范围要求不同： 单件大量生产要求加工效率高、工艺范围窄，机床结构简单。如：组合机床

2、。 单件小批量生产要求扩大机床功能，工艺范围广，机床结构复杂。如：通用车床。 多品种小批量生产要求机床运动和刀具多，加工精度高，工艺范围广。如：数控机床、加工中心。 通用机床都具有较宽的工艺范围；数控机床的工艺范围比传统通用机床更宽，使其具有良好的柔性；专用机床和专门化机床则应合理地缩小工艺范围。1.1 机床的基本要求3、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。4、可靠性机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力 。可靠性包括两个方面：一是机床在规定时间内发生失效的难易程度；二是可修复机床失效后在规定时间内修复的难易程度。1.1 机床的基本要求1.1 机床的基本要求二、人机关系 机

3、床除具有一定的技术性能指标外，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张和身体疲劳。 1.2 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： 第一、总体设计（产品规划、方案设计） 第二、技术设计 第三、零件设计 第四、样机试制和鉴定一、总体设计1掌握机床的设计依据（产品规划调查研究）根据设计要求，进行调查研究。2工艺分析（方案设计）优化加工方案。必要时画出加工示意图。 3总体布局（方案设计）根据确定的工艺方案，确定机床刀具和工件的相对运动，确定各部件的

4、相互位置。 1.2 金属切削机床的设计步骤总体布局设计步骤：分配机床运动选择传动形式和机床的支承形式安排操作位置拟定提高刚度的措施造型设计和色彩选择。另外，应画出传动原理图，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。画出机床联系尺寸图机床原始总图。 1.2 金属切削机床的设计步骤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限制在允许的很小范围内，以满足可靠性定量的要求。 1.2 金属切削机床的设计步骤 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；结构简单，零部件数量少；多用标准化、通用化零部件；重视维修

5、性，便于检修、调整、拆换；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。 1.2 金属切削机床的设计步骤4确定主要的技术参数主要参数包括：主参数和尺寸参数运动参数动力参数 1.2 金属切削机床的设计步骤二、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 三、零件设计及资料编写四、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，在额定载荷下进行试工作，并写出工业性试验报告。 1.2 金属切削机床的设计步骤 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）机床通用型号表示方法（摘示GB/T

6、153752008）机床分为十一大类，每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。 机床系列型谱（GB/T153752008） 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）（一）机床的工作原理 通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件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。 机床的运动功能设计 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）一、分配机床的运动（二）工件表面的形成原理 1. 几何表面的形成原理 2. 发生线的形成 (1)轨迹法 (2)成形法(仿形法) (3)相切法 (4)范成法 1.3 机床的总体布局

7、（金属切削机床相关知识）几何表面的形成原理任何表面都可看作一条曲线（或直线）沿另一条曲线（或直线）运动的轨迹。前者称为母线，后前者称为导线 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识） 3.加工表面的形成方法 加工表面的形成方法是母线形成方法和导线形成方法的组合。故加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）（三）机床运动分类1、按运动性质直线运动回转运动2、按运动功能成形运动3、按运动之间的关系独立运动复合运动（如车螺纹）非成形运动主运动进给运动（或形状创成运动） 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知

8、识）（四）机床运动功能设计方案1.选取坐标系沿、轴的直线运动符号和运动量仍用、表示；绕、轴的回转运动用、表示，其运动量用表示。 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识） 数控卧式车床坐标系 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）2. 写出机床运动功能式运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线或回转运动）、功能（主运动、进给运动、非成形运动，分别用下标、表示）及排列顺序。 左边写工件，用表示。右边写刀具，用表示。中间写运动，按运动顺序排列，并用“”分开。 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）如：3. 画出机床运动原理图 机床运动原理图是将机床运动功能式用简洁的符号和图形表

9、达出来，是机床传动系统设计的依据。 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识） 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识）4. 运动功能分配设计运动功能分配设计是确定运动功能分配式中“接地”的位置，用“”表示， “”左侧的运动由工件完成， “”右侧的运动由刀具完成。车床的运动功能分配设计铣床的运动功能分配设计 1.3 机床的总体布局（金属切削机床相关知识） 1.3 机床的总体布局1、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，传动机构体积小；制造成本低。 2、 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。4、运动的分配应视工件

10、形状而定。机床运动的分配原则：5.画出机床传动原理图 1.3 机床的总体布局 将动力源与执行件、一执行件和另一执行件之间的运动和传动关系同时表示出来，即传动原理图。1.3 机床的总体布局二、选择传动形式和支承型式主传动驱动电动机类型交流电动机驱动直流电动机驱动单速电动机双速电动机变频调速电动机机床传动的形式机械传动液压传动优点：滑移齿轮变速，变速级数一般少于30级，它传递功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠。缺点：有相对转速损失，工作中不能变速。优点：无级变速，传动平衡，运动换向冲击小，易于实现直线运动。卧式支撑：支撑件高度方向尺寸长度方向尺寸；1.3 机床的总体布局支承型式：机床支撑件

11、的状态。立柱支撑单臂支撑龙门支撑1.3 机床的总体布局特点：卧式支承的机床，重心低，刚度大，是中小型机床的首选支承形式。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,又称为双柱式支承，适用于立式大型机床 。1.3 机床的总体布局三、安排操作部位 机床总体设计,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，充分发挥人和机床的各自特点，达到人机最佳综合功效。 1.3 机床的总体布局 机床各部件相对位置的安排，应保证：操作者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

12、、加工情况的观察和工件检验；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；操作件应按JB/T7270 JB/T7277（或 GB4141）选用，操作件之间有合理的距离；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。防止误操作。1.3 机床的总体布局四、提高动刚度的措施1、提高抗振性能 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（抗振性）和自激振动（切削稳定性）的能力。影响机床振动的因素：（）机床的静刚度（）机床的阻尼特征（）机床系统的固有频率 针对影响机床性能较大，且固有频率较低的振型制定措

13、施。隔离外振源:主运动电动机与主机分离，用橡胶摩擦传动驱动主运动对于传动链振源（无法隔离的振源）采用变频无级调速或双速电动机，缩短传动链；提高传动链传动组件、主轴组件的刚度，提高其固有角频率；大传动件设计动平衡或阻尼机构；提高各部件结合面精度，增强局部刚度。预防受迫振动的措施：预防自激振动的措施： 增大工作部件的阻尼比 调整切削宽度 及时修磨刀具，稳定切削1.3 机床的总体布局2、减小热变形内部热源：电动机、液压系统、机械摩擦副、 切削热外部热源：环境温度、周围热源辐射自身因素：热源分布不均，金属材料不同的热膨胀系数；减少热变形的措施：隔离热源： 电动机、液压泵、油箱与主机分离控制环境温度 ：

14、精密、数控机床需要在恒温条件下工作强制冷却热源：采用切削液冷却加工部位，压力润滑油循环冷却主轴轴承、利于排屑。热源相对结构对称，热变形后中心位置不变改善排屑状态1.3 机床的总体布局3、降低噪声1.3 机床的总体布局机床噪声来源：机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声。 机械噪声中，齿轮振动影响传动平稳性，是主要噪声源。产生的因素是齿轮的齿距偏差fpt和一齿切向综合偏差fi ，是由滚刀的制造和安装误差以及齿轮的制造误差造成的。3、降低噪声 措施：缩短传动链采用小模数、硬面齿轮，降低传动件的线速度提高齿轮的第组精度（fpt齿距偏差、fi 一齿切向综合偏差）；采用增加齿数、减小压力角或圆柱螺旋

15、齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的重合度应不小于1.3；提高阻尼比，提高支撑件的刚度。1.3 机床的总体布局1.3 机床的总体布局五、造型设计 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人机关系的基础上，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床造型设计和色彩两方面去评价。1.3 机床的总体布局 外观造型应使机床整体统一，均衡稳定，比例协调。部件的形体目前多流行小圆角过渡的棱柱体造型,长、宽（或高）的比率要适当，常用的比值为：黄金分割

16、比率、均方根比率、整数比率等；各部件的形体比率相互协调,做到衔接紧密、转换自然，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定而不笨重，轻巧且安定。 1.3 机床的总体布局 色彩可配合造型使机床达到人的审美要求。机床的主色调是绿色。实践证明，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。国内外各种机床多采用绿色，它给人以贴近自然，适宜、舒畅的感觉，同时也是一种耐油污的隐蔽色。 机床色彩应适应不同的使用环境，热带地区使用的机床宜采用冷色，如乳白色、奶黄色，使人产生清凉、心情平静的感觉；寒冷地区应采用暖色，如桔黄色、桔红色等，以增强人们的温暖感。 1

17、.4 机床主要技术参数的确定一、主参数和尺寸参数二、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）进给运动参数三、动力参数 （1）确定主传动功率 （2）确定进给传动功率基本参数主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。 机床的主参数已规定在“GB/T153752008金属切削机床 型号编制方法”中，每种机床的主参数按等比数列排

18、列。 1.4 机床主要技术参数的确定主参数各类主要机床的主参数和折算系数机床主参数名称主参数折算系数第二主参数卧式车床床身上最大回转直径1/10最大工件长度立式车床最大车削直径1/100最大工件高度摇臂钻床最大钻孔直径1/1最大跨距卧式镗铣床镗轴直径1/10坐标镗床工作台面宽度1/10工作台面长度外圆磨床最大磨削直径1/10最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径1/10最大磨削深度矩台平面磨床工作台面宽度1/10工作台面长度齿轮加工机床最大工件直径1/10最大模数龙门铣床工作台面宽度1/100工作台面长度升降台铣床工作台面宽度1/10工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度1/100最大刨削长度插床及牛头刨

19、床最大插削及刨削长度1/10拉床额定拉力（t）1/1最大行程基本参数尺寸参数机床尺寸参数是指机床主要结构的尺寸参数。包括： 1、与工件有关的尺寸参数； 2、与工、夹、量具有关的尺寸参数； 3、主要的结构尺寸。 1.4 机床主要技术参数的确定二、运动参数机床运动参数是指机床执行件，如主轴、工作台、刀架等的运动速度。运 动运动参数主运动回转的主轴转速（转/分）直线的工作台（滑枕）双行程数（双行程/分）进给运动直线的工作台（刀架）进给量（毫米/转）工作台（刀架）进给量（毫米/分）回转的转台（头架）进给量（转/分）辅助运动直线的工作台（刀架）快速运动速度（米/分） 1.4 机床主要技术参数的确定二、运

20、动参数主运动参数主运动为回转运动的机床，主运动参数为主轴转速n(单位：rmin)： 主运动为直线运动的机床，主运动参数是刀具每分钟往复次数（单位：次/min），或称为双行程数；也可以是装夹工件的工作台的移动速度。 1.4 机床主要技术参数的确定二、运动参数主运动参数主运动为旋转运动时，机床主轴转速n(单位为rmin)： 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)。n ：主轴转速(r/min)v : 切削速度(m/min)d : 工件或刀具直径(mm

21、) 1.4 机床主要技术参数的确定（1-1)1、 nmin和nmax的确定 dmax、dmin为最大最小经济加工直径 dmax=K1D dmin=K2dmax (卧式车床K1=0.5 ，摇臂钻床K1=1.0 ；K2=0.2-0.25)二、运动参数主运动参数 1.4 机床主要技术参数的确定（1-2)例题:确定卧式车床主轴的转速范围。硬质合金车刀半精车小直径钢材外圆时达最高转速，取Vmax=200m/min，K1=0.5,K2=0.25,机床能加工的最大直径为400mm（主参数）。则: 1.4 机床主要技术参数的确定高速钢车刀粗车低碳钢工件表面时可能达最低转速，取Vmin=3050m/min，机床

22、能加工的最大直径为400mm。则: 1.4 机床主要技术参数的确定高速钢刀具精车合金钢材料的梯形螺纹时达最低转速，取Vmin=1.5m/min，机床能加工丝杠最大直径在4050mm左右。综上所述,再考虑留有技术储备,最后确定 nmax =1600 r/min nmin = 10 r/min 1.4 机床主要技术参数的确定（2）主轴转速的合理排列 已知变速范围，若采用有级变速，应进行主轴转速分级； 目前，多数机床主轴转速是按等比级数排列，其公比为,转速级数用Z表示。 二、运动参数主运动参数各级转速：变速范围： 1.4 机床主要技术参数的确定（1-3) 简化设计 如果公比为 ，且转速级数为Z（例如

23、Z24）。则可分解成几个等比数列的乘积，使传动设计简化。主轴转速的合理排列按照等比数列排列的原因： 设计简单；使用方便，最大相对转速损失率相等 1.4 机床主要技术参数的确定各因子数列之积等于Z、 、 、各因子数列的项数、 、 、 各因子数列的级比指数级比:各因子数列的公比。级比是公比的整数次幂，幂指数称为级比指数 1.4 机床主要技术参数的确定（1-4) 1.4 机床主要技术参数的确定为什么这样分解等比数列？4个因子数列相当于机床的4个“变速手柄”，各因子数列的项数相当于该“变速手柄”的变速档数。 1.4 机床主要技术参数的确定主轴转速n10=n19、n11=n110 、n12=n211各重

24、复一次，即有两条传动路线产生。 使用方便 最大相对转速损失率相等 等比数列转速的转速通式为则机床的切削速度与工件（或刀具）直径的关系为 1.4 机床主要技术参数的确定（1-5) 的对数值是 对数值的一次函数，斜率为1，函数图像是与切削速度对数坐标轴成45o的斜线，取j=1Z，可得到Z条平行间距相等的斜线 。 1.4 机床主要技术参数的确定由上式可得： 1.4 机床主要技术参数的确定考虑刀具寿命，实际加工时用nj，则其相对转速损失为n-nj 相对转速损失率为： 加工某工件的最佳切削速度为v，相应的转速为n：最大相对转速损失率为n趋近与nj+1时： 1.4 机床主要技术参数的确定（1-6)结论：最

25、大相对转速损失率相等。 Amax只与公比 有关。Amax它影响机床的劳动生产率，特别是加工时间长的大型重型机床。因此是机床设计的重要指标之一。 1.4 机床主要技术参数的确定（3）标准公比值和标准转速系列标准公比的规定： 1，因为机床要满足不同的工艺需求，需要一系列等比数列转速，nminnmax逐渐变大； 1 2，因为大，则Amax大，对机床生产率影响率大，所以规定Amax50%。 1.4 机床主要技术参数的确定标准公比规律(单速电机驱动)：转速nj经E1级变速后，转速值呈10倍的关系，即 1.4 机床主要技术参数的确定标准公比规律：为适应双速电机驱动的需要，要求转速nj经E2级变速后，转速值

26、呈2倍的关系，即 1.4 机床主要技术参数的确定标准转速系列 机床主轴的等比数列转速与数学中的等比数列是有区别的，虽然标准公比写成精度为 的小数，但标准公比（2除外）都是无理数，机械传动无法实现 、 等的传动比，尤其是 ， ，因而主轴转速数列的公比是近似的，确定主轴转速数列时应参照标准数列值。 1.4 机床主要技术参数的确定 1.4 机床主要技术参数的确定12.513.214.015.016.017.018.019.020.021.222.423.625.026.528.030.031.533.535.537.540.042.545.047.550.053.056.060.063.067.07

27、1.075.080.085.090.095.010010611211812513214015016017018019020021222423625026528030031533535537540042545047550053056060063067071075080085090095010001060112011801250132014001500表1-1 R40的标准数列（摘自GB/T28222005）注：1、R40表示 2、因1.064010故可得10150、1001500间的标准数列；但1012.5之间无10.6、11.8，即1012.5之间标准数列公比为 3、由于1.064 1.26，

28、可以从该表中选择R10（ ）的标准数列。 4、由于1.066 1.41，可以从该表中选择公比1.41的标准数列。当选定标准公比之后，转速数列可从GB/T2822中查出。本标准规定了0.01mm20 000 mm范围内机械制造业中常用的标准尺寸(直径、长度、高度等)系列。 本标准适用于有互换性或系列化要求的主要尺寸(如安装、连接尺寸，有公差要求的配合尺寸，决定产品系列的公称尺寸等)。其他结构尺寸也应尽可能采用。表1-2标准公比1.061.121.261.411.581.78225.7%10.7%20.6%29.1%36.7%43.8%50%1.0621.0641.0661.0681.06101.

29、0612 1.4 机床主要技术参数的确定例1-1某机床主轴有18级等比数列转速， ，公比 ，试确定各级主轴转速。 因为：解：公比规律 1.4 机床主要技术参数的确定 1.4 机床主要技术参数的确定又因为：60 75 120 150 240 300 475 600 950 1200再由公比规律：可得：重要规律为: 1.4 机床主要技术参数的确定标准公比值有： 1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。 标准转速系列可由标准数列查取。标准公比值和标准转速系列 用于旋转主运动、直线主运动、等比进给运动。对于无级变速系统可参考标准公比。 1.4 机床主要技术参数的确定（4）公比选

30、用原则 A 结构中型机床 不能太大 不能很复杂取1.26, 1.41大型机床 不能大(要小) 可以复杂点 取1.12,1.26或1.06小型机床 可以大一些 结构简单 取1.58,1.78甚至2半自动车床 要小 工艺范围小结构不复杂 取1.12,1.26专用机床 要小 工艺范围小结构不复杂 取1.12,1.26公比的选用 1.4 机床主要技术参数的确定圆整；宜采用双联、三联滑移齿轮变速 Z 取 6 8 9 12 16 18 24 (5)变速范围Rn，公比和级数Z的关系 1.4 机床主要技术参数的确定三、动力参数 动力参数包括驱动机床的各种电动机功率或扭矩，液压马达和油缸的牵引力等。各传动件的结

31、构参数都是根据动力参数设计的。 1.4 机床主要技术参数的确定动力参数：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件质量决定。1、主电动机功率的确定 机床主运动的功率为 1.4 机床主要技术参数的确定切削功率的确定有（ P切 ） 专用机床：机床的功率可根据特定工序的切削用量计算或测定通用机床：目前单纯用计算的方法来确定功率是困难的，故通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来确定。通用机床，刀具与工件材料和切削用量变化大，也可根据机床检验标准中规定的切削条件进行计算。P切切削工件所消耗的功率P空空载功率P附随负荷增大而增加的附加机械摩擦损耗功率（1-7) 机床主

32、运动的空转功率损失 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行计算： 1.4 机床主要技术参数的确定（1-8) 机床主运动的空转功率损失 da主传动链除主轴外所有传动轴的平均直径(mm)，主传动链结构未确定时，按电机功率估算：1.5P主2.8kW da 30；2.5P主7.5kWda 35；7.5P主14kW da 40d主主轴前后支承的平均直径(mm)n主机床主轴转速(r/min)；估算空载功率时，n主按主轴计算转速确定ni当主轴转速n主时，传动链内除主轴外各传动轴的相应转速之和(r/min

33、)k1润滑油粘度影响系数, N46时，k1=3.5；N32时，k1=3.15； k2主轴轴承系数，两支承主轴 k2=2.5 ；三支承主轴k2=3。 1.4 机床主要技术参数的确定（1-8) 附加机械摩擦损耗功率 P附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。机 123。产生原因：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 P空多出的那部分功率，称为附加机械摩擦损失功率 P附，切削功率越大，附加机械摩擦损失功率越大。 1.4 机床主要技术参数的确定（1-9) 因此，主运动电机功率为：当主传动链的结构方案尚未确定时（进行估算）：总机床总机械效率，主运为旋转

34、运动：总0.70.85，机构简单或主轴转速较低时，总取大值；主运为直线运动：总0.60.7。 1.4 机床主要技术参数的确定另外，也可在统计分析的基础上，参考同类机床确定（P16表1-3）（1-10)（1-11)2.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普通车床 ；自动车床 ；铣床、卧式镗床 ；齿轮机床 ；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。 1.4 机床主要技术参数的确定（1-12)2）进给运动中工作进给与快速移动合用一台电动机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。所以该电动机功率按快速移

35、动功率选取。数控机床属于这类情况。 1.4 机床主要技术参数的确定3）进给运动单独使用一台电动机Q最大进给牵引力 (N）；vf最大进给速度 (m/min) ；f 进给传动系统机械效率 。进给运动电动机功率Pf (kW)为： 1.4 机床主要技术参数的确定（1-13) 进给牵引力Q等于进给方向上切削分力与摩擦力之和，进给牵引力Q的估算公式见下表:表1-4进给牵引力Q的计算导轨形式水平进给垂直进给三角形矩形导轨组合KFz+（Fx+G）K（Fz+G）+Fx矩形导轨组合KFz+（Fx+Fy+G）K（Fz+G）+（Fx+Fy）燕尾形导轨KFz+（Fx+2Fy+G）K（Fz+G）+（Fx+2Fy）钻床主轴

36、 1.4 机床主要技术参数的确定参数有关说明见P17数控进给运动转矩计算公式： 1.4 机床主要技术参数的确定Tf 电电动机额定转矩（N.m）Pf 电动机额定功率（kW）nf 电电动机额定转速（r/min）（1-14)3.快速移动电动机功率的确定 1）交流异步快速移动电动机功率的确定快速移动特点：电动机满载起动，起动时间短（0.51秒）、移动部件加速度大。快速移动所需消耗的功率：克服移动部件和传动系统的惯性力；克服移动部件因移动而产生的摩擦力。 1.4 机床主要技术参数的确定故快速移动电动机起动时消耗的功率最大交流异步快速移动电动机功率计算公式：P1克服惯性力所需功率（kW）；P2克服摩擦力所

37、需功率（kW）；n电动机额定转速（r/min）；k1电动机起动转矩与额定转矩之比 ，异步电动机 k1 =1.62.2Te 克服惯性力所需电动机轴上的转矩（N.m） 1.4 机床主要技术参数的确定（1-15)（1）克服惯性力所需功率: 1.4 机床主要技术参数的确定电动机的角速度（rad/s）；Je 折算到电动机轴上的转动惯量（kg.m2）；JM 电动机转子自身转动惯量（kg.m2）；JL 传动件、负载折算到电动机轴上的转动惯量（kg.m2）；ta 电动机起动时加速时间（s），异步电动机ta =0.51s克服惯性力所需电动机轴上的转矩:（1-16)根据动能守恒定律有： Ji、i分别是各旋转件转动

38、惯量（ kg.m2 ）、角速度（rad/s）；Mj、vj 各移动部件的质量( kg)、移动速度（ m/s ）。 1.4 机床主要技术参数的确定（1-17)1.4 快速移动电动机功率的确定空心圆柱形零件的转动惯量：m旋转零件的质量（ kg ）、角速度（rad/s）；D、d、l分别为零件的外径、内径、长度 ( m)；密度（kg/m3）,钢材密度 :=7.85103（kg/m3）实心圆柱形零件的转动惯量：（1-18)（2）克服摩擦力所需功率: 1.4 机床主要技术参数的确定m移动部件的质量（ kg ） ；v 移动部件的移动速度（ m/s ） ；g重力加速度，g=9.8m/s2；F 移动部件重心与升降

39、丝杠不同轴而引起， 产生在导轨上的挤压力 （N）；当量摩擦系数快移部件垂直升降运动：快移部件水平运动：垂直升降运动，电动机要同时克服部件重力和摩擦力（1-20)（1-19)注意：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，平均速度是 vmax/2，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，即快速移动时所消耗的功率为克服摩擦力所需的功率 。 1.4 机床主要技术参数的确定2）伺服电动机选择 1）最大切削负载转矩 TL不得超过伺服电动机的额定转矩 TM 1.4 机床主要技术参数的确定（1-21)Fmax丝杠上最大轴向载荷（最大轴向进给力与导轨摩擦力之和）（N）；Ph 丝杠导程（ mm） ；丝杆的机械效率；Tf1 丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦转矩（N.m）Tf2 丝杠轴承的摩擦转矩（N.m）i伺服电动机与丝杆间的传动比伺服电动机选择原则：FpCa/8-10 1.4 机床主要技术参数的确定Ca丝杠的动态额定载荷动态额定载荷（N）；Ph 丝杠导程（ mm） ；Tf1的确定：Tf2的确定