哈工大工程材料第章2

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第4章机床设计总论4.1概述金属切削机床基础装备科学技术的发展对机床提出了新的要求给机床设计和制造提供了新手段*2计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工程（CAE）计算机技术和分析技术的飞速进步，为机床设计方法的发展提供了有力的技术支撑的广泛应用*3人工绘图计算机绘图传统的经验设计现代设计定性设计定量设计静态和线性分析向动态和非线性分析可行性设计最佳设计*4FMS的发展数控技术的发展与应用，改变了机床的传动结构“以机床为主的系统”设计“以系统为主的机床设计”*5通用机床系列化设计方法基型产品其它产品创新设计变型设计组合机床组合设计类型*64.1.1机床设计应满足的基本要求

1.工艺范围（加工功能）加工方法工件类型加工表面形状、尺寸等

工艺范围*7

2.精度具有精度、保持精度机床精度几何精度传动精度运动精度定位精度精度保持性普通精度级、精密级和高精度级工作精度空载精度*81）几何精度

几何精度是指机床空载条件下，在不运动或低速运动时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。*92）运动精度

运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度。如高速回转主轴的回转精度。

*103）传动精度

传动精度是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。*114）定位精度

定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。

*125）工作精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度*136）精度保持性

在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度*143.刚度

（1）概述机床刚度指机床系统抵抗变形的能力，通常用下式表示

K＝F/y式中K——机床刚度（N／m）；

F——作用在机床上的载荷（N）

y——在载荷作用下，机床或主要零、部件的变形*15静载荷静刚度动载荷动刚度（2）整机刚度整机在静载荷作用下抵抗变形的综合能力各部件的刚度结合部的刚度优化*164.抗振逢性交变卧载荷窝作用盆下，兆抵抗粪变形墓的能辣力。（1）受怨迫振吨动（2）自躁激振浑动（增切削臣稳定座性）（3）振虾动影绣响因显素a）机士床的悬刚度b）机钟床的屋阻尼迟特性c）机于床系统统固幻玉有频万率*175.热变沙形1）概注述机床住在工酒作时粘受到内部捏热源莫和外并部热呀源的影邀响，政使机版床各许部分躬温度匀发生朽变化捆。因抽不同衡材料尊的热以膨胀碌系数页不同诊，机悟床各芽部分阳的变形阳不同，导卧致机追床产躲生热事变形何，使以加工暗工件仁产生会误差眯。最婚大可忧占全给部误肃差的70％左扛右。热源品：内描部（粮电机达、液傅压系哗统、体摩擦漠、切税削热蒸等）外部据（环风境温盏度、驳热辐兆射等弄）2）热姜平衡乒的温块度场*186.低速偿运动仍平稳喘性（一滚）爬行欺现象初和机旧理（二禁）爬鸽行的波度量（1）爬行斗量用机驳床部刊件位毅移——时间仅曲线斩表示（2）速度拖波动采量用机惧床部值件速漫度——时间鬼曲线堂表示（3）爬行型的临咳界速纽奉度vc=FΔ雨f/(穗2ξkm渐)0.绳5（三沉）消除攀爬行锁的措午施*19mvCF导轨主动件进给系统被动件进给著传动驰的力惧学模铃型*201）减已小静医、动屋摩擦轨系数立之差梢；2）提鞭高传坐动机孟构的矮刚度产；3）提炎高阻追尼比录和降裂低移闻动件随质量焦。滚动鸭摩擦卸荷哗导轨绢、静核压导克轨减摩支材料润滑*217.噪声1）概各述2）噪徒声的萝度量杆指标1．客寺观度君量20躬lg份p/炎p02．噪拾声的旁主观证度量*223）机径床噪赤声1）机港械噪热声2）液绸压噪仪声3）电恩磁噪拍声4）空剖气动朝力噪注声*238.生产火率9.自动团化10讽.可靠凑性11猴.成本12挎.生产冻周期13娘.柔性14僚.开放订性15起.宜人裕性*244.橡1.殃2机床帝设计亿步骤设计任务确定结构原理方案机床总体设计机床结构设计详细设计机床整机综合评价满足设计要求？机床定型设计NY*25主要还技术猫指标霜设计工艺睡范围生产徒率性能基指标主要目参数驱动留方式结构敬原理成本汪及生友产周坏期1.确定窝结构害原理父方案材料质量形状轿及尺月寸*26传动己方式传动搭原理日图传动砖系统丢图尺寸蛇参数运动专参数动力宫参数2.总体厕设计运动的功能泊设计基本肤参数养设计传动完系统鲁设计总体微结构墓布局欲设计控制联系统奋设计个数形式功能排列菊顺序运动倦功能肢分配总体懂布局麻结构超形式总体国结构筝方案搏图控制际方式敢及控安制原俘理控制石系统盘图总体逆方案针综合恳评价老与选蛇择总体搞方案稳的设起计修肌改或颠优化*273.结构鞠设计4.工艺胀设计5.机床烛整机粥综合情评价6.定型纹设计*284.少2.洪1机床借的运脊动学绘原理1、机仆床的顺工作馋原理基本谣功能啊：是提仰供切腾削加育工所塔必须侧的运动和动力。基本副工作叙原理赔：通过炉刀具缴与工寇件之顿间的相对姐运动，由碎刀具切除工件绑加工不表面蚊多余周的金印属材料，形子成工策件加边工表亲面的几何芦形状损、尺芹寸，达堂到其通精度尽要求锻。4.历2机床价总体辈设计*292、机毁床的涌运动（1）主慢运动——切削软运动（2）形另状创丛成运竹动——形成鞠发生述线*30*313、机床兼运动议功能惨的描刮述方碎法机床落总体便坐标租系：敲直角览坐标呼系1）坐判标系X，Y，Z沿轴获的直粗线运责动及胸运动损量A，B，C绕X，Y，Z轴的筒回转标运动αβ潜γ绕X，Y，Z轴的镇回转凑运动蹦量*32（l）局辨部坐令标系都固定车在运柏动部家件上正；（2）运纽奉动方舰向与筐机床骄坐标妄系轴摊线平害行时地，取奋各局持部坐垦标系脏与机拜床坐姓标系翻方向眼一致渴，取描运动新方向冈为Zi轴；（3）当追有斜咬置式夕运动臭时，偿可混监合选颂取疲。局部拍坐标规系的届选取*33运动粉功能耻式表齿示机昂床的运动登个数仪、形尘式、副功能（主械运动折、进故给运括动、级非成绞形运缝动，维分别商用下仪标p，f，a表示继）及排列王顺序。左边陕写工焦件，胶用W表示鹿；右果边写疫刀具聪，用T表示架，中蠢间写拌运动为，按风运动贱顺序搭排列吐，并贡用“／厉”分开阶。2）机久床运鼻动功公能式*34W／Cp，Zf，Xf／T车床瞧的运仆动功我能式三轴驱升降赠台式横铣床屠的运自动式W／Xf，Yf，Zf，Cp/T*353）机贯床运沙动功和能图回转运动直线运动符号*36车床三轴李升降邀台铣渣床*37龙门互刨床*38外圆校磨床摇臂像钻床*39坐标狂镗床*40*414、并蜘联运龟动和柱串联填运动特点拖：精度餐高、挣刚度举高、傲运动兄部件助质量乓小、利速度碑高并联峰运动虚拟萝串联检运动*42六个飘运动未并联三个低运动郊并联*43运动筛功能浊分配证设计概是确淡定运蛇动功国能式弄中“接地”的位眠置，召用“·”符号于表示弓。“·”符号盾左侧推的运辅动由飘工件铲完成汗，右董侧的拘运动开由刀宝具完乞成。吨机床拨的运动谋功能饮式中添颤加上“·”接地效符号稀后，捏可称泄为运动倍分配必式。4.吹2.掠3机床异总体农结构浆方案耍设计1、运豪动功缩慧能分稼配设蒜计*44铣床基的运俊动功呈能式W／Xf，Zf，Yf，Cp/T，其运肤动分眠配式结有：1）W／·Xf，Zf，Yf，Cp／T；2）W／Xf·Zf，Yf，Cp／T；3）W／Xf，Zf·Yf，Cp／T；4）W／Xf，Zf，Yf·Cp／T。*452、结丛构布旺局设韵计机床族的结杀构布终局形基式有立式、卧式及斜置糟式等；其中愁基础恐支承席件的座形式夺又有底座撕式，立柱哨式，龙门古式等；基础援支承蠢件的横结构痒又有一体面式和分离斩式等等泽。*46*473、机工床总猪体结漠构的黑概略守形状查与尺眼寸设台计1）首馆先确祸定末衣端执咱行件席的概牧略形视状与同尺寸另。2）设留计末顶端执峰行件讽与其咸相邻划的下韵一个置功能管部件框的结旷合部寸的形号式、昆概略移尺寸添。3）根厌据导肢轨结朗合部侮的设化计结唇果和乘该运富动的爬行程放尺寸兆，确打定下啊一个垃功能院部件赵的概念略形浴状与铜尺寸牌；4）重把复上管述过逮程，们直到眼基础对支承敌件（飞底座搜、立术柱、骗床身缝等）陆设计身完毕。*485）若然要进销行机还床结制构模短块设知计、杯则可彻将功找能部洗件细快分成秘子部翁件，蔽根据延制造巧厂的设产品筑规划桌，进斧行模狸块提摩取与凳设置需。6）初输步进耻行造距型与连色彩询设计浮。7）机左床总紫体结便构方杠案的产综合愁评价灯。8）机拢床总么体结语构方抬案设脾计修溉改与亏确定。*49*504.饼2.名4机床恳主要修参数牛的设币计1、主灯参数杰和尺没寸参粘数主参警数是代姥表机嚼床规老格大烧小及着反映靠机床剧最大化工作堪能力买的一环种参聋数，密为了扩更完勺整地许表示骂出机僻床的撤工作买能力怨和工印作范割围，筑有些亏机床棵还规忠定有桂第二泥主参神数。尺寸参数运动参数动力参数主参数基本参数主要参数*51通用霉机床款主参脖数：狼国家腰标准详，选取用专用砍机床革的主罚参数闻：以搅零件刚或被牲加工揉面的描尺寸自参数昼来代妈表。*52尺寸踩参数降：机烛床的韵主要转结构江尺寸弱参数通常坦包括才：1）与爹被加砌工零枝件有舍关的刮尺寸2）标注准化镇工具现或夹柳具的营安装午面尺货寸*532、运公动参汉数运动引参数悼是指闸机床金执行寸件如爱主轴滥、工碰件安召装部洒件（我工作涝台、庙刀架挪）的搁运动茶速度哀。1）主钥运动敲参数★主警运动严为回碗转运斗动的苏机床——主轴图转速裁；★主棚运动枣为直祥线运拨动的准机床——如插皱、刨居机床坊，主竟运动归参数权是插告刀或芦刨刀灯每分且钟往见复次争数（疼次／框分）释。*54●专用只机床读和组班合机阅床：况通常录主轴当只须树一种础固定贝转速n=1砖00找0v/πd式中n——主轴态转速隔（r／mi画n）；v——切削异速度所（m／mi书n）；d——工件醋或刀献具直凉径（mm）。●通吼用机盐床：鸟主轴撕具有芹多转择速。确定患变速泪范围设计粱时应绘考虑察确求定变花速方妥式（隆无级流变速须和有群级变赵速毁）确定烈有级虎变速洽的级款数*55（1）最剑低（nmi邪n）和宋最高喜（nma减x）转笛速的添确定D父——机床培能加莫工的冬最大呼直径像（mm）；K——系数固；Rd——计算夕直径秃范围陕。0.坦2~词0.荣25*56例：岭确定40砍0m夏m卧式幼车床沫主轴拴的最蠢高、丽最低治转速侨。（采触用硬羡质合石金车越刀半循精车摩小直登径外单圆时哥转速袄最高芬）（采狐用高朝速钢谊车刀昼精车众合金伪钢材畜料的险梯形抱螺纹些时转浮速最革低）*57（2）主篮轴转晒速的挣合理漠排列机床私主轴叨转速惹是按具等比菜级数国排列泊，其茫公比剪用符笛号表示鸡。则倡转速瓣数列慢为:转速辞呈等淡比级谋数排月列的疏原因端：▲转速前相对裤损失驳均匀怎；▲设计逆简单流方便根。*58相对牧转速拢损失浴率：最大只损失际率：若：则：*59■因此涂，转柿速分嫂配如渔下：■最大白相对杂损失既率■变速失范围*60（3）标吼准公判比值和奖标准动转速毙数列标准甚公比新的确芬定依蚀据如捎下原店则：●1＜≤2●●我国糟机床爆专业GC汽58阵-6孝0规定葛了7个标良准公晒比：1.忍06筐,爆1.泼12迟,融1.鸟26蛛,孝1.毒41脚,悟1.葱58饿,农1.扩78停,赚2注：在设泽计其戚他机难械时森也常畏常采寒用这草个标将准；当机兰械的爬变速来级数育过多批时，片往往创采用况两个奴以上京公比亩。*61表3-5标准公比1.061.121.261.411.581.7822Amax5.7%11%21%29%37%44%50%1.0611.0621.0641.0661.0681.06101.0612*62（4）公润比的品选用▲对于通用斤机床，为岁使转售速损袜失不意大，月机床印结构粘又不蛋过于宪复杂肃，一押般取1.屈26或1.穿41；▲对于怀大批拣，大恢量生医产用介的专用构机床，专眨门化陕机床战及自为动机侦一般锐取1.重12或1.厕26，因趁其生臂产率烂高，钻转速茫损失炊影响败较大畅，且又传不经溜常变饺速，归可用猫交换可齿轮炼变速小，▲非自笋动化属小型已机床，加迫工中陈切削灯时间升远小参于辅公助时猾间，满转速隙损失森大些抓影响摩不大舰，故滚可取1.刷58、1.蜂78甚至2。*6312481631.563125250500100020001.062.124.258.51733.567132265530106021201.122.244.59.01835.571140280560112022401.182.364.759.52937.575150300600118023601.252.55.010204080160315630125025001.322.655.310.621.242.585170335670132026501.42.85.611.222.44590180355710140028001.53.06.011.823.647.590190375750150030001.63.156.312.52550100200400800160031501.73.356.713.226.553106212425850170033501.83.557.1142856112224450900180035501.93.757.515306011823647595019003750表3-酬6标准字数列*64（5）变酿速范烂围Rn，公暑比和级词数Z的关每系由等垮比级卡数规照律可乎知两边斜取对届数注意门：a)计算晴出的伪公比银应该市圆整拿为标准虽值;b)级数堆应该惠圆整畏为整数。同待时修乱正Rn*65例：救有一久台机叮床，蛮主轴脆共有12级转攻速，葬分别燥为：31朋.5、45、63、90、12芦5、18淋0、25智0、35票5、50述0、71忘0、10忠00、14弓00。公辛比为=1鞠.4缠1，则最大垄相对虎转速艘损失书率：变速廊范围烫：*66例：乖设计痰一台仰机床劫，nmi闷n=1摊2.税5r邮/m纤in，nma附x=2熊00狼0r顿/m呢in，=1授.2及6。查丽表确长定各楚级转臭速。12没.5烘,截16周,木20芝,初25遵,璃31叔.5柜,扑40给,面50暑,旧63被,漠80缺,尊10吴0,12扰5,贺1谊60技,牌20块0,百2如50停,铺31盈5,就4搅00君,耀50六0,汉6心30殖,歇80以0,查1答00贡0,12秒50过,类16雷00造,即20门00★所以宣：每扒隔3个数兆取一半个数辣得到担下面晴数列★查表3-翁6找到因最低侧转速12塞.5★因为刘：1.面26悉=1诉.0帽64*672）进偶给量乞的确熔定数控奇机床借无级奋变速无级饰变速普通唇机床拒等百比级终数（崖加工硬外圆崖、端倚面）有级鼓变速禽（普叠通车秧床加骆工螺惩纹）等差寒数列哀（螺蜘纹车禁床）（刨半床、描插床告等棘杜轮机构义进给纯机床戴）*683.动力童参数电动清机的田功率泥或扭饶矩1）主钞电动胞机功颠率的畅确定P主=P切+P空+P附式中P切——切削赤功率辅（有荣效功泼率）茶（kW）；P空——空载竖功率或（kW）；P附——附加骆摩擦盒损耗进功率影（kW）。（1）切金削功魄率*69（2）空宵载功矛率（3）摩诊擦损隐耗功朴率则*70主电倾机功探率的益估算单：*712）进针给驱时动电振动机浇功率苦的确使定机床才进给提运动鸦驱动冲源可沉分成锹如下佣几种目情况脊：1）进汁给运昌动与化主运拼动合届用一姥个电稼