机制07级-机械制造装备设计(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 机床工艺方案拟定1-4 机床的总体布局1-5 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。1-1 机床的基本要求用户制造者基本要求技术先进经济合理使用宜人工艺性好结构简单重量轻质量好效率高操作维护方便价格低廉性能（技术）指标经济效益人机关系机床种类繁多，如何来衡量一台机床的好坏？ 一、性能（技术）指标机床适应不同生产要求的能力。包括：

2、工序种类 被加工零件的类型 材料和尺寸范围 毛坯的种类 适应的生产规模 1. 工艺范围专用机床：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。1）加工精度：被加工零件在形状、位置、尺寸的准确 度以及表面的粗糙程度。2. 加工精度和精度保持性精度等级：普通级、精密级、高精度级和超精密级。基本组成：几何精度机床在不运动或空载低速运动时的精度， 是评价机床质量的基本指标。传动精度内联系传动链两末端件执行相对运动时 的精度。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

3、准/n3. 生产率T切T辅和T准/n高速化复合化多轴化多工位自动化智能化高速化网络化 优点4. 自动化程度缺点操作方便生产率高人为影响少质量稳定控制系统较复杂机床构造较复杂制造成本高维修困难大批量生产专用机床组合机床(刚性)自动线多品种小批量生产数控机床(NC)加工中心（MC）柔性制造单元/系统(FMC/ FMS ）工厂自动化(FA) 措施：研究对象：“人-机械-环境”的综合体。三、 人机关系目的：通过对人体尺度、生理特点和心理要求的研究，为操纵人员提供高效、安全方便的劳动条件，发挥人机最高工作效能。设计时的考虑因素：机床的造型和色彩；操纵控制机构应适应操作者的生理特点；避免和减少对环境的污染

4、，特别是噪声污染；安全防护、冷却、排屑及照明等。1-2 金属切削机床的设计步骤一、总体设计1. 调研2. 工艺方案的拟定3. 总体布局4. 确定主要技术参数 掌握机床设计依据。 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， 以及各部件的相对位置。 尺寸参数运动参数动力参数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1-3 机床工艺方案的拟定 主要内容通用机床 工艺方案可参照已有的成熟工艺来设计。在传统工艺基础上，扩大工艺范围，以增加机床的功能和适应新工艺发展的需求。工艺方案的拟定，通常根据特定工件的具体加工要求，确定出多种

5、工艺方案，通过方案比较加以确定。 专用机床 加工方法刀具类型工艺基准夹紧方式1-4 机床的总体布局保证工艺方案中所要求的工件和刀具之间的相对运动和相对位置。保证机床具有与所要求的加工精度和表面质量相适应的刚度、抗振性和热变形特性。使用方便（便于操作、调整、修理机床；便于输送、装卸工件、排除切屑），造型美观且经济效益高。 基本要求一、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。图1-1 铣床的几种布局二、选择

6、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图1-2 卧式机床图1-3 立式机床图1-5 立式支承 “|”图1-6 单臂支承 “”1-5 主要技术参数的确定机床主要技术参数例：CA6140型普通车床的主要技术参数 尺寸参数 1）主参数：工件最大回转直径400mm； 2）第二参数：最大工件长度1000mm； 3）其它尺寸参数：刀架最大回转直径 210mm， 主轴内孔直径 48mm。 这些是

7、与被加工零件尺寸有关的参数。尺寸参数运动参数动力参数 运动参数 1）主运动速度：101400 r/min 24级 2）进给运动速度：0.0286.33mm/r， 横、纵进给各64级 3）快移速度： 4m/min 动力参数 1）主电机功率：7.5KW（与进给电机共用） 2）快移电机功率：370W定义：影响机床加工性能的一些尺寸，包括：一、尺寸参数2. 第二主参数补充确定机床的规格。3. 其它一些尺寸参数与机床上被加工工件尺寸有关。 1. 主参数代表机床规格的大小。 由GB/T 15375-1994金属切削机床型号编制方法统一规定，每种机床的主参数按等比数列排列。 定义：机床运动执行件，如主轴、工

8、作台或刀架的转 速或运动速度。主运动 进给运动 辅助运动 旋转运动 主轴转速(r.p.m)转台或头架进给量（r.p.m）直线运动 工作台或滑枕的双行程数(双行程数/ min) 工作台或刀架进给量( r/min、mm/min)工作台或刀架的快移速度（m/min）二、运动参数表1-1 常用运动参数（一）主运动为旋转运动的机床运动参数 其运动参数是主轴转速。 主轴转速同切削速度的关系是：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)。（1-1）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（二）机床主轴转速的确定方法通用机床工艺范围较广主轴需要

9、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（三）通用机床主轴转速的确定步骤1. nmax和nmin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（1-3）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、d

10、min的确定 vmax、vmin的确定 影响因素确定方法刀具材料工件材料进给量 切削试验查切削用量手册生产调查实例：400mm普通车床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

11、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，下列两道工序所要求的主轴转速中较低的一个为主轴最低转速。 2. 分级变速时的主轴转速数列主轴转速的最佳选择：无级变速。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 n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n71

12、18n16950n8150n171180n9190n181500n11 n10n14 3n10n18 17n1nmax 17nmin 如：X6132铣床主轴共有 Z=18级转速（1-4）Rnnmax/nmin Z1 主轴转速等比数列特点 转速范围内的最大转速相对损失均匀 （1-5）公比 从生产率的角度来看：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。转速相对损失A生产率 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个滑移齿轮变速组的传动副数。（1-6）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

13、比表1-2 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1-3 标准公比之间的关系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.4121.01.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.92.02.122.242.362.52.652.833.153.353.553.754.04.

14、254.54.755.05.35.666.36.77.17.58.08.59.09.5附表：公比1.06的标准数列 1010.611.211.812.513.21415161718192021.222.423.62526.5283031.533.535.537.54042.54547.5505356606367717580859095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。

15、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 可按下表计算表1-4 常用工序切削功率计算式 附加机械摩擦损失功率 可按下式计算。 空载功率 可按教材P.17式（1-8）计算（1-7）因此，主运动电动机功率为： P主P切P空(P切机P切) P空P切机（1-8）粗略估算可用下列经验公式：（1-9）2. 进给运动电动机功率 进给运动与主运动共用电动机 进给运动与快速移动共用电动机 快速移动所消耗的功率进给运动功率 电动机功率确定取决于快速移动功率。（1-10） 确定方法：采用参考同类型机床和计算相结合的方法。由于进给运动的速度较低，空载功率很小，所以在