机械制造装备技术第一章课件

1、第一章 金属切削机床的总体设计1-1 机床的基本要求1-2 金属切削机床的设计步骤1-3 机床的总体布局1-4主要技术参数的确定本章基本要求与重点：1、了解机床设计的要求、步骤；2、了解机床工艺方案的拟定及总体布局；3、理解机床的主要技术参数、各参数的定义；4、掌握运动参数和动力参数的确定方法。本章难点：机床主轴转速的确定。一、性能（技术）指标 机床适应不同生产要求的能力。也叫做加工功能。不同的生产模式，对机床的工艺范围要求不同。 大批大量生产,机床的工艺范围比较窄，机床的机构比较简单。1、工艺范围 1-1 机床的基本要求包括:工艺范围、加工精度、生产率自动化,可靠性组合机床单件小批量生产,要

2、求机床的功能比较多，工艺范围也尽可能的广，机床结构也比较复杂。E.g.通用车床、通用钻床多品种小批生产，要求机床的制造装备的功能更多，因此对于这种生产模式所采用的机床，工艺范围也比较广E.g.数控机床、加工中心及柔性制造系统专用机床：工艺范围窄结构简单、自动化程度高。普通机床：工艺范围宽结构复杂、自动化程度低。生产率：单位时间内机床所能加工出的工件数量，它受到生产纲领的制约。公式： Q1/T总1/(T切T辅T准/n) 提高生产率的方法：缩短T切、T辅和T准/n3、生产率T切T辅和T准/n提高切削用量采用多刀加工采用多件加工采用多工位加工机械化自动化快速装夹快速换刀 多刀加工多刀加工导向套可靠性

3、指机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力。5、可靠性无故障性 机床在使用过程中不易发生故障。维修性 机床发生故障后容易维修。按照机床可靠性的形成机理，机床可靠性分为：固有可靠性、使用可靠性。 1.固有可靠性通过设计、制造赋予机床的使用寿命。2.使用可靠性是指即受使用制造的影响，又受使用条件的影响而 具有的使用寿命。-总结：机床的使用可靠性要低于固有可靠性。可靠性是一项重要的技术经济指标。主要包括两方面：1.机床在规定时间内发生失效的难易程度。2.可修复机床在失效后在规定时间内修复的难易程度。机床可靠性衡量的指标有：平均无故障使用时间、有效度。三、 人机关系人机关系：机械制造装备与人之间的相

4、互的关系。 而良好的人机关系，主要可以从以下三个方面来实现：1.信号指示系统。 2.操纵件的操作，要符合人的动作习惯。3.造型、色彩和噪声 e.g. 机床出口而显示器的放置位置符合人的眼睛观察情况 。人的视线习惯 眼睛观察视区操纵起来要灵活方便、迅速省力。 操纵件的操作，不仅要符合人的动作习惯，还要使得工人不易产生误操作或故障。普通机床和精密机床不能超过85dB，高精度机床不超过75dB。 1-2 金属切削机床的设计步骤一、总体设计1、掌握机床设计依据。2、工艺分析3、总体布局4、确定主要技术参数确定零件的加工方法，以及 获得零件表面所需的运动。确定刀具和工件之间的相对运动， 以及各部件的相对

5、位置。 尺寸参数运动参数动力参数。调研、检索资料主参数：代表机床规格大小和反映机床最大工作能力的一种参数。尺寸参数：机床的尺寸参数主要是对机床加工性能影响较大的一些 包括与工件有关的尺寸和标准化工具或夹具的安装面尺寸。运动参数：是指机床主轴转速或主运动速度、移动部件的速度等。 根据机床执行部件的不同，运动参数分主运动参数和进给运动参数两大类。动力参数：包括电动机的功率、液压缸的牵引力、液压马达、伺服电动机和步进电动机的额定转矩等。 输出结果传动原理图主要部件的结构草图液压系统原理图电气原理图操纵控制系统原理图二、技术设计 三、零件设计及资料编写 四、样机试制和鉴定输出结果传动系统图部件装配图电

6、气系统安装接线图液压系统装配图控制操作系统装配图总装配图输出结果零件图修改部件装配图修改总图技术文档1、分配机床的运动2、选择传动形式和支承形式3、安排操作部位4、提高动刚度的措施5、造型设计（自学）步骤：一、机床的运动分配将运动分配给质量小的零部件； 运动件质量小惯性小驱动力小传动机构体积小成本低。基本原则：应有利于提高工件的加工精度； 如：深孔钻削。应有利于提高运动部件的刚度； 运动应分配给刚度高的部件，可减少变形。应视工件的形状而定。二、选择传动形式和支承形式驱动电动机进给运动传动机械传动液压无级传动直线电机交流电动机直流电动机 机械传动液压无级传动电主轴 1、传动形式主运动传动主运动传

7、动形式：机械传动 优点：变速范围广、传动功率大、传动比准确、可靠性高。 缺点：相对转速损失、工作中不能实现变速。 广泛应用于通用的中小型机床。液压传动 优点：无级变速、传动平稳、冲击小。 缺点：液压元件制造精度要求高、定比传动困难、油液受温度影响、不适于远距离输送动力。广泛应用于大型的刨床、拉床、大型磨床的主运动。电气传动特点：简化机械结构。适用于：数控机床。进给运动传动形式通用或专用机床：机械传动以及液压无级传动的形式数控机床：电气传动3、支承形式指支承件的形状。2、机床形式机床主运动执行件的状态。卧式支承立式支承单臂式支承龙门式支承卧式立式卧式支撑：支撑件高度方向尺寸长度方向尺寸. (图)

8、卧式机床立式机床卧式支承 “”立式支承 “|”卧式支撑特点：重心低，抗变形程度大。是我们设计中小型机床的首选支撑形式。立式支撑特点：占地面积小，抗变形程度小，操作位置比较灵活。当我们设计加工大尺寸工件和箱体类工件的机床时，一般采用立式支撑。练习：说出下面的机床是什么形式的机床？什么形式的支撑？单臂支承 “”龙门式支承 “”安排操作部件 1.操作者和工件的相对位置能够适当。 安装高度： 卧式机床主轴：900-1200mm；立式大型机床工作台：700mm左右；立式中小型机床工作台：950-1050mm2.操作者与操作手柄的位置适当3.操纵件应按国家标准选用。 4.功能不同的按钮应有不同的颜色。红色

9、：危险、禁止；黄色：提醒注意，警告；绿色：正常，安全畅通提高机床的动刚度。动刚度：结构在特定的动态激扰下抵抗变形的能力。 方法：1.提高抗振性能。抗振性能：指机床工作部件在交变载荷下，抵抗受迫振动和自激振动变形的能力。受迫振动：指机床部件受到来自机床以外或传动系统内部振动影响而形成的共振。机内振源：车床上提供动力的各个电动机的振动，运动传递过程中引起的振动，往复部件运动的惯性力，机外振源：其它机床、锻压设备、火车、汽车等通过地基传给车床的振动。自激振动：由振动过程本身引起切削力周期性变化，又由这个周期性变化的切削力反过来加强和维持的振动称为自激振动。自激振动的振源： 车削时切削量过大所引起的机

10、床切削自振、主切削力的方向、车刀的几何角度的选择不当等。滑动轴承的油膜振荡、高速转轴的弓形回转自振等。具体来说提高抗震性有如下几种措施：避免受迫振动的措施隔离外振源对于内振源，采用变频无级调速或双速电动机，缩短传动链。提高传动链传动件、主轴组件的刚度。大传动件应作动平衡或设置阻尼机构。(/u52/v_NTI1NzM1MjQ.html)箱体外表面涂刷高阻尼涂层提高各部件接合面精度，增强局部刚度。避免自激振动的措施：合理选择切削用量。合理选择车刀的几何参数， 主轴组件的阻尼比越大2.减少热变形。外热源：主要是指与切削过程基本无关的热源。E.g.动力源的发热以及周围环境温度。解决方法：动力源的发热：

11、隔离热源 周围环境温度方面：控制环境温度内热源：指与切削过程基本相关的热源。切削热、传动件的摩擦热。解决方法：切削液切屑摩擦热：运动副之间的相互运动会产生一定的摩擦力，从而引起摩擦热而形成热源。解决方法：强制冷却热源。考虑机床的排屑。自身因素：机床部件在工作过程中，他有些所产生的热源分布不均匀，机床各部件的金属材料不同，热膨胀系数不同，因此他抗热变的能力也就不同。解决方法：综合考虑，选择适当的金属材料。酒吧在垒隔音墙,挖防震沟1-4 主要技术参数的确定机床主要技术参数尺寸参数运动参数动力参数 一、尺寸参数通用机床机床加工最大工件的尺寸专用机床加工零件或被加工面的尺寸参数尺寸参数主要包括两方面的

12、内容：1.与被加工零件有关的尺寸2.标准化工具或夹具的安装面尺寸主运动为旋转运动的机床其运动参数是主轴转速，（r/min）二、运动参数定义：机床运动执行件的速度。当机床主运动不同时，主运动参数也不同。主运动为直线运动的机床其运动参数是做直线运动部件每分钟往复的次数（次/分） 加工特定工件的特定工序专用机床：主轴只需一种固定的转速n通用机床：工艺范围较广主轴需要不同的转速主轴的变速范围最高、最低转速确定转速级数分级变速（1-1）式中 v 切削速度(m/min)； n 主轴转速(r.p.m)； d 工件或刀具的直径(mm)。主轴转速与切削速度的关系是：通用机床主轴转速的确定：1、nmax和nmin

13、的确定1）调查和分析所设计机床可能进行的工序；2）选择要求最高与最低转速的典型工序；3）按照典型工序的切削速度和刀具或工件直 径来计算主轴的nmax、nmin和变速范围Rn。（1-2）式中，dmax或dmin并不是指机床上可能加工的最大或最小直径，而是指常用的经济的最大或最小加工直径。计算公式 vmax、vmin的确定 影响因素确定方法刀具材料工件材料切削试验查切削用量手册生产调查式中，D 可能加工的最大直径(mm)； K 系数，根据对现有机床使用情况的调查来 确定，如摇臂钻床K1，普通车床K0.5； Rd 计算直径范围(Rd0.20.25)。 dmax、dmin的确定实例：400mm普通车床

14、nmax和nmin的确定则 dmaxKD0.5400200(mm) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r.p.m) nmax的计算据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，半精车外圆时，主轴n最高，按经验并参考切削用量手册。取 vmax200m/min，k0.5，Rd0.25刀具材料 工件材料 零件形状 工 序 dmax(mm) vmin(m/min) nmin(r.p.m) 高速钢 铸铁 盘类 粗车端面 15 24 高速钢 合金钢材 圆棒料 粗车梯形螺纹 40 1.5 11.9根据上表的计算结果，应该选择： nmin11.9（r.p.m） nmin的计算 据分析，下列两道工序

15、所要求的主轴转速中较低的一个为主轴最低转速。 2、主轴转速的合理排列主轴转速的最佳排列：等比数列。现状：绝大部分普通机床的主轴变速采用分级变速装置。 nmax、 nmin的确定根据上述计算以及调查、比较的结果，并考虑有一定的技术储备，确定主轴的转速为： nmax1600（r/min）nmin10（r/min）Rn160 n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n7118n16950n8150n171180n9190n181500n11 n10n14 3n10n18 17n1nmax 17nmin 如：X61

16、32铣床主轴共有 Z=18级转速（1-3）Rnnmax/nmin Z1 主轴转速等比数列特点主轴转速按等比级数排列时，传动设计简单 ,使用方便,最大相对转速损失率相等. 结论：主轴转速数列是按等比级数排列的等比数列，其公比用符号 表示。若已知变速范围，采用有级变速的形式对主轴转速进行分级。转速数列：分级：在变速范围内，确定中间各级转速。传动设计简单各因子数列的项数我们分别用Pa、Pb、Pc、Pd来表示. Pa=3、Pb=2、Pc=2、Pd=2. 级比:每个因子数列的公比.数值上，级比是公比的整数次幂。 幂指数称为级比指数。分别用Xa，Xb，Xc，Xd来表示 .Xa=1. Xb=3，Xc=6，X

17、d=12.机床主轴转速的结构式： 使用方便。 转速范围内的最大转速相对损失均匀 相对损失率为：最大相对损失率为：结论：从生产率的角度来看：公比 转速相对损失A生产率标准公比原则对于通用机床，国家对标准公比有如下规定：1.12.国家标准里设定标准公比有7个。 分别为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2. 公比选用原则对于常用的中型机床，=1.26、1.41.重型机床，=1.26、 1.12 ， 1.06 。专用机床，=1.12、1.26。非自动化小型机床 =1.58、1.78、2. 可简化变速传动系统Rn Z1Zp1p 2p n式中 Z 主轴转速级数； pn 第n个滑

18、移齿轮变速组的传动副数。（1-4）公比 从机床结构复杂程度来看：在Rn相同的情况下ZP或n 机床结构复杂性3、标准公比表1-1 标准公比从表中可以看到：1）标准公比都是在1 2之间；2）标准公比是2的E2次方根，其数列每隔N项增大或缩小2倍（便于采用双速电动机 ）；3）标准公比是10的E1次方根，便于设计和使用机床。表1-2 标准公比之间的关系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.4121.01.061.121.181.251.321.41.51

19、.61.71.81.92.02.122.242.362.52.652.833.153.353.553.754.04.254.54.755.05.35.666.36.77.17.58.08.59.09.51010.611.211.812.513.21415161718192021.222.423.62526.5283031.533.535.537.54042.54547.5505356606367717580859095通用机床专门化机床和自动机床大型机床非自动小型机床公比1.261.411.121.261.061.121.261.581.782.0原因变速级数较多；机床结构不能过于复杂；转速损

20、失不能太大。 切削时间较长，生产率较高 ；机床不经常变速，变速机构可以采用交换齿轮。 切削时间较长，转速损失影响较大。 机床辅助时间较长，切削加工时间所占比例不大。 4、公比的选用依据：生产率和机床结构复杂性。三、动力参数定义：电动机功率、液压缸牵引力、液压马达或步进电机的额定扭矩等。电动机的功率主运动电动机功率进给运动电动机功率快速移动电动机功率车、镗、磨等工序钻、扩等工序1、主运动电动机功率 切削功率P切主运动电动机功率 空载功率P空 附加机械摩擦损失功率P机 切削功率 。与刀具、工件材料和选用的切削用量有关。可按下表计算表1-3 常用工序切削功率计算式 专用机床，可以直接选择计算。通用机床，根据机床检验标准规定的切削条件进行计算。 空载功