机械制造装备设计之2-金属切削机床-哈工大(威海)黄博

机械制造装备设计哈尔滨工业大学〔威海〕机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄博本课程主要讲述内容机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计1.机械制造装备及制造业动态——装备机械制造过程：机械制造装备：加工装备、工艺装备、仓储传送装备、辅助装备加工装备——〔机床，制造机器的机器，工作母机〕金属切削机床〔切除余量，到达尺寸、形状、精度、外表质量〕车、铣、刨、磨、钻、镗、拉、螺纹、齿轮等；通用、专用、专门化；精密程度；自动化程度；数控等分类原材料热、冷加工装配产品总成产品调试检验包装发运设计方法回忆2.机械制造装备设计方法——功能要求2.机械制造装备设计方法——功能要求3.1金属切削机床设计的根本理论机床的运动学原理机床有两个末端执行器安装工件的执行器〔如：铣床工作台、车床主轴的卡盘〕；安装刀具的执行器〔如;铣床的主轴、车床的刀架〕工件的加工原理通过刀具相对工件的运动来完成。两个末端执行器之间严格的运动关系要靠内联传动系统或坐标轴联动实现机床运动轴的数目、运动性质、各运动轴之间的关系、运动行程等。工件外表的形成方法及机床运动任何一个规那么外表都可视为：一条曲线〔或直线〕沿着另一条曲线〔或直线〕运动的轨迹〔发生线〕母线与导线〔举例〕刀具切削刃可分为点切削刃、线切削刃、面切削刃3.1金属切削机床设计的根本理论工件加工外表的发生线〔刀具切削刃与工件接触并产生相对运动〕有4种：轨迹法a是直线进给运动e是轨迹法铣圆柱面成形法〔仿形法〕b宽刃车刀相切法(旋切法〕d是相切法铣圆柱面展成法〔滚切法〕c是展成法，道具和工件间复合的相对运动n1和n2加工外表的形成方法 母线形成方法与导线形成方法的结合发生线1直母线发生线2圆导线发生线1渐开线母线发生线2直导线3.1金属切削机床设计的根本理论机床的运动分类运动性质分类直线运动与回转运动运动功能分类成形运动完成工件待加工外表几何形状的生成和金属切除任务的运动非成形运动切入运动〔刀具切入工件〕分度运动〔工件与加工工具按给定的角度或长度间隔的相对运动〕辅助运动〔刀具的接近、退刀、返回等〕调整运动〔调整刀具与工件相对位置或方向〕控制运动〔一些操纵运动〕运动关系分类独立运动复合运动〔运动之间严格运动关系，如车螺纹时工件主轴的回转运动与刀具的纵向直线运动，通过内联传动系统或数控联动实现〕3.1金属切削机床设计的根本理论机床的成形运动按照速度、动力消耗可分为：主运动〔速度高、动力消耗大〕进给运动〔速度低、消耗动力小〕按照其完成的功能分：主运动〔完成金属的切除，也叫切削运动〕车削时工件主轴回转运动；铣削时铣刀主轴回转运动；磨削时砂轮主轴回转运动〔工件回转不是〕；滚齿时滚刀主轴回转运动形状创成运动〔实现外表几何形状的生成，即母线和导线的生成〕结合上一个图片讲解点刃车削外圆，直母线需要f〔进给〕,圆导线要需要n(主运动〕；宽刃车削短外圆，直母线无需运动，圆导线需要回转n(主运动〕；纵向磨削外圆，直母线需要f〔进给〕，圆导线需要n(主运动〕；相切法铣削，直母线1需要回转运动n〔主运动〕，圆导线需要f1和f2(进给〕轨迹法长铣削，直母线需要回转n〔主〕和f(进给〕，圆导线需回转〔成形〕滚齿时，渐开线母线需n1和n2展成,直导线需要直线运动f3.1金属切削机床设计的根本理论

3.1金属切削机床设计的根本理论机床的运动原理图将运动功能式用符合和图形表达出来。比运动功能式更为直观，全面。包含：机床的运动轴个数、形式及排列顺序；两个末端执行器和各运动轴的空间相对方位。典型运动原理图车床：Cp主运动，ZfXf进给运动；具有C轴功能的车床，C可与Z或X复合成形，如车螺纹或非圆回转面；铣床：Cp主运动，

XfYfZf进给运动刨床：往复直线运动Xp为主运动，直线运动Yf为进给；Za为切入运动。3.1金属切削机床设计的根本理论典型运动原理图〔续〕数控外圆磨床：Cp为主运动，Cf、Zf和Xf为进给运动；Ba为调整运动Xf和Zf复合，可用蝶形砂轮磨削长圆锥面或任意形状回转面；Cf与Zf复合可磨削螺旋面；长轴纵向进给磨削时，Xf为Xa，是切入运动；〔用进给运动符号表示)摇臂钻床：Cp是主运动，Zf进给运动；XaZaCa都是调整运动镗床：Cp是主运动，Zf1和Zf2分别是镗孔时工件与镗杆的进给运动；Yf是刀具径向进给，Ba是分度运动，Xa及Ya是调整运动〔也可进给以铣削平面〕3.1金属切削机床设计的根本理论典型运动原理图〔续〕滚齿机床：Cp是主运动，Cf和Zf是进给运动；两个C复合创成渐开线Cf与Zf复合创成螺旋导线，可加工斜齿轮；Ba为调整运动，调整刀具的安装角，使刀具与工件齿向一致；直线运动Ya径向切入运动，径向进给法加工涡轮时，Ya为进给；有的还有Za滚刀的轴向蹿刀运动，〔加工涡轮时，为径向进给运动〕插齿：Zp是主运动；Cf1与Cf2进给，复合创成渐开线；Ya切入运动3.1金属切削机床设计的根本理论典型运动原理图〔续〕直齿锥齿轮刨齿机Zp刨刀主运动，Cf与Cf复合展成，Ca是分度运动，Za趋近退离；Ba调整，使刀具运动方向与工件齿根平行。弧齿锥齿轮铣齿机Cp铣刀回转主运动，Cf摇架的摆动；Cf工件回转两个Cf复合展成；Ca是工件分度运动；Za趋近与退离；Ba是调整运动关于运动的分配——四种铣床3.1金属切削机床设计的根本理论运动功能分配设计〔进一步明确运动功能〕根底支承件尚不明确，即“接地〞不明确接地用符号“.〞表示，“.〞左侧由工件完成；右侧刀具完成。如W/Xf,Zf,Yf,Cp/T的运动分配有：W/Xf,Zf,Yf,Cp/T〔龙门铣床、落地镗铣床〕W/XfZf,Yf,Cp/T卧式立柱移动式铣床W/Xf,ZfYf,Cp/T〔立式炮塔铣床〕W/Xf,Zf,YfCp/T〔立式升降台式铣床〕看刀具和工件的尺寸及质量谁大，谁承担的运动就相对少；机床传动原理图〔传动关系，将动力源与执行件，各执行件之间的运动及关系同时表达出来〕看书上的图即可；A表示直线运动；B表示回转运动；uv表示主传动比；uf表示进给传动比；ui表示内联传动比。3.1金属切削机床设计根本理论——精度几何精度空载条件下，不运动或运动速度较低时，机床主要独立部件的：形状〔直线度、平面度〕相互位置〔平行度、垂直度、重合度、等距度、角度〕；旋转位移精确程度〔径向圆跳动、周期性轴向窜动、端面圆跳动〕等是评价机床质量的根本指标，决定于结构设计、制造装配质量如(EZZ/EXZ/EYZ)Z坐标运动部件在各方向位置偏差；(ECZEBZEAZ)Z坐标运动部件绕ZYX轴的角度偏差；运动精度机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度传动精度机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。传统机床受传统系统设计、传动元件的制造装配精度影响；数控机床受电动机、导轨等元件精度、驱动器及控制器影响3.1金属切削机床设计根本理论——精度定位精度机床的定位部件到达规定位置的精度受构件与控制系统精度、刚度、动态特性影响。重复定位精度机床运动部件在相同条件下，用相同的方法重复定位时，位置的一致程度。还受到传动机构的反向间隙影响。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。影响因素有：机床自身精度、刚度、热变形、刀具、夹具、工件的刚度及热变形等。精度保持性在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度。影响因素是：磨损。具体：结构设计、工艺、材料、热处理、润滑等3.1金属切削机床设计根本理论——刚度刚度指机床受载时抵抗变型的能力，用：K=F/y表示，K为刚度〔N/um);F为载荷；y为机床变形量〔um〕载荷：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动等。静载荷〔根本不随时间变化〕——?静刚度〔一般代表机床刚度〕动载荷〔随时间变化〕——?动刚度〔抗振性〕机床由众多构件和柔性接合部组成整机刚度的50%取决于接合部刚度；整机阻尼的50%-80%来自接合部阻尼设计要点提高各部件刚度；接合部刚度及各部件间刚度的匹配各部件对整机刚度奉献不同，所以需要刚度的合理分配与优化。3.1金属切削机床设计根本理论——振动振动抵抗受迫振动〔来自内部或外部〕受迫振动频率与振源激振力的频率相同，振幅还与机床刚度阻尼有关机床是多自由度复杂振动系统，具有多个固有频率某个固有频率下自由振动时，各点振幅的比值称为“主振型〞一阶主振型——最低固有频率的主振型机床的振动是各阶主振型的合成一般只考虑几个低阶振型，如整机摇摆、一阶弯曲、扭转等。自激振动发生在刀具与工件间的一种相对振动，由切削过程与机床结构动态特性之间的相互作用产生，与机床系统的固有频率接近。一般认为加工过程中的扰动因素引起〔机理不清晰〕，切削力越大，振动越剧烈影响振动的主要因素机床的刚度：构件的材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布等；机床的阻尼：提高阻尼可减少振动。提高接合部阻尼〔其占70-90%)机床系统固有频率：远离激振频率〔预测各阶固有频率及激振频率〕3.1金属切削机床设计根本理论——热噪稳热变形热变形引起误差最大可占全部误差70%逐渐热平衡，较为稳定的温度场，需分析温度场措施：减少发热，加快散热、热均衡、温度自动补偿及隔热等。噪声用分贝度量机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声低速运动平稳性低速爬行〔主动件低速运动时，从动件时快时慢甚至停止〕原因：摩擦引起自激振动，摩擦系数变化及刚度缺乏措施：减少静、动摩擦系数差提高机构刚度；降低移动件的质量3.2金属切削机床总体设计——型谱根据国家标准GB/T15375-94，按加工性质和所用刀具的不同，机床可分为12大类：CA6140，C：类别代号〔床类〕A：结构性代号〔A结构〕6：组别代号〔卧式车床组〕1：系别代号〔普通车床系〕40：主参数代号〔最大回转直径400mm〕型谱需要在国标主参数根本系列的根底上，进一步根据需求制定变型系列型谱类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨床拉床电加工机床锯床其它机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨磨磨牙丝铣刨拉电割其3.2金属切削机床总体设计——功能设置工艺分析大批量与小批量加工的区别大批量：机床专业化，工序流水化；小批量，工序集中，机床功能要求多。根据生产率、加工精度、机床制造本钱、操作维护程度等决定机床工艺范围选择。运动功能设置分析式法：参考同类型机床运动功能，分析后提出方案，并仿真解析式设计法：解析法求出所有可能方案，仿真评定写出机床运动功能式、画出机床运动原理图。3.2金属切削机床总体设计——总体结构方案设计结构布局设计结构布局：立式、卧式、斜置式；根底支承件：底座式、立柱式、龙门式等支承件结构：一体式、别离式等评价依据：定性分析机床的刚度、占地面积、与物流系统的可接近性等因素，得到图示五轴镗铣床结构布局形态图机床总体结构的概略形状与尺寸设计〔图2-10或3-10〕确定末端执行件的概略形状与尺寸；设计末端执行器与下一功能部件的接合部(形状与概略尺寸〕根据导轨接合部确定下一功能部件的概略形状与尺寸；重复上述过程，直到根底支承件〔底座、立柱、床身〕设计完毕进行机床结构模块设计，进行模块提取与设置造型与色彩设计总体结构方案的综合评价3.2金属切削机床总体设计——主要参数

3.2金属切削机床总体设计——主要参数主轴转速算例〔参书，解释〕主轴转速的合理排列〔分布减速比例〕有级的采用公比，n1=nmin;n2=n1*;n3=n1**…………相对转速损失率：A=(n-nj)/n最大的相对转速损失率：Amax=(nj+1-nj)/nj+1公比分配是为了各级的最大相对转速损失率相同也可采用两端公比大，中间公比小的混合公比转速数列标准公比和标准数列在1与2之间，转速数列呈10倍比关系，2倍比关系。表2-4给出了1.06、1.12、1.26等负荷要求的标准公比；表2-5给出了1.06为公比的标准数列(举例设计=1.26的公比〕公比的选择依据根据切削时间、辅助时间的比例进行选择如通用机床，一般取1.26或1.41；大批量专用取1.12或1.26；非自动小型化机床，可取1.58、1.78甚至2，以简化机床结构。3.2金属切削机床总体设计——主要参数变速范围Rn，公比和级数Z之间的关系Rn=nmax/nmin(变速范围〕=Z-1进给量确实定〔第二个方面〕进给量方式：无级变速〔数控或普通〕、有级变速。有级变速的方式:与转速序列一样的等级级数；与螺纹导程一样的等差级数〔如螺纹车、螺纹铣、刨床、插床〕变速形式与驱动方式选择〔第三个方面〕零传动直线电机与传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠〞的驱动方式的比照直线电机：速度300米/分钟加速度：10g定位精度可达0.1µm价格及能耗高

滚珠丝杠：速度120米/分钟加速度：1.5g定位精度最高2-5µm价格及能耗近半

3.2金属切削机床总体设计——主要参数动力参数〔机床驱动的各种电动机功率或转矩)主电动机功率：P主=P切+P空+P辅P切=Fz*v/60*1000P空=Kd平均*〔ni+Cn主〕/955000(W=P*1000N*m=2π*n/60*M)P辅=P切/机床-P切〔一般〔回转〕；〔直线〕〕P额=P主/K进给驱动电动机功率进给运动与主运动何用一个电动机，约占3%-20%；工作进给与快速进给合用一个电动机进给运动单独电动机驱动P进=F*v进/60*1000*进快速运动电动机功率〔克服惯量〕P快=P惯+P摩；P惯=M惯*n/9550;M惯=J*/t第3堂课完毕3.3主传动系设计主传动系构成动力源、变速装置、执行件〔主轴、刀架、工作台〕、开停、转向及制动机构等组成。主传动系分类按主电动机类型交流电动机单速交流电动机调速交流电动机〔多速交流电动机、无级调速交流电动机〕直流电动机传动装置类型机械、液压、电气及组合等。变速连续性分级变速传动〔滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器变速〕无级变速传动〔机械〔传统〕、液压〔直线运动〕、电气〔趋势〕〕3.3主传动系设计——传动方式集中传动方式全部传动和变速机构集中在一个主轴箱内〔紧凑但热、振动影响〕别离传动方式主轴箱内仅有主轴组件和背轮机构3.3主传动系设计——传动系图与转速图分级变速主传动系的设计步骤：据运动参数，拟定结构式、转速图，合理分配各传动副传动比，确定齿轮齿数和带轮直径等，绘制主变速传动系图。3.3主传动系设计——结构式结构式〔详细阐述此图，预计半小时〕表征传动系的设计方案Z=〔Pa〕Xa〔Pb〕Xb〔Pc〕Xc…(Pi)XiPi表示传动副数；Xi表示各变速组的级比指数即〔相邻两传动线与从动轴交点之间相距的格数〕如右图：12=312326根本组〔末端输出连续等比指数〕必须有一个变速组的级比指数为1扩大组第一扩大组，第二扩大组

3.3主传动系设计——变速范围及极限传动比变速范围Ri=〔umax〕i/〔umin〕I根本组的变速范围〔上图〕：R0=ua1/ua3=1/-2各扩大组的变速范围Ri=Xi〔Pi-1〕每一组的传动比中，可有升速，有降速降速的最小传动比umin1/4〔防止从动齿轮过大〕升速的最大传动比umax2(防止扩大传动误差，减少振动噪音〕所以每一组传动比的最大变速范围一般在8-10以内进给传动链umax可在2.8以内；umin可小至1/5；总体在14以内为宜。检查变速范围一般检查最后一级即可；最后扩大组的传动副一般取为2比较适宜。否那么因为其级比指数大，传动副假设过多，那么容易超过变速范围3.3主传动系设计——主变速传动系原那么传动副前多后少的原那么前面高速；后面低速转矩大。12=3*2*2就比较好一点；传动顺序与扩大顺序相一致的原那么12=31*23*2612=32*21*2612=34*21*22等六种方案如下图方案中，II轴的最低转速不一样，转速越低，齿轮越大。变速组降速要前慢后快，中间轴转速不宜超过电动机转速为使中间轴转速相对较高。U1min?u2min?u3min原那么灵活把握如采用离合器如双速电动机等3.3主传动系设计——主变速传动系原那么转速图中传动比的分配例子：设计一个12级的车床主传动系统，公比=1.41，主轴最高转速为1440r/min，电动机转速为1440r/min。电动机与主轴箱之间采用带传动，请设计：因Rn=nmax/nmin=z-1,Z=12采用结构式：12=312326最低转速nmin=1440/1.4111速比可按下式分配各级齿轮速比为：〔前慢后快〕一级齿轮降速比为1.412二级齿轮降速比为1.412一级齿轮降速比为1.413一级齿轮降速比为1.4143.3主传动系设计——几种特殊设计1〕多速电动机传动一般有双速或三速电动机〔750/15001500/3000750/1500/3000)变速范围2-4，级比为2；〔1000/1500750/1000/1500)变速范围为1.5-2，级比为当电动机变速范围为2时，变速传动系的公比应是2的整数次方根如公比为1.26是3次方根，根本组传动副数应为3；如公比为1.41是2次方根，根本组传动副数应为2.如图，多刀版自动车床，电动机变速范围是2，转速级数8级，公比1.41结构式为8=222124中间为根本级3.3主传动系设计——几种特殊设计2〕具有交换齿轮的变速系很少需要变速的场合。交换齿轮、双联滑移齿轮3〕采用公用齿轮的变速系既是主动，又是后一级的从动减少齿轮数，简化结构，缩短轴向尺寸；两个变速组的模数必须相同；弯曲应力对称循环，所以许用应力较低；尽量选择较大的齿轮作为公用齿轮以下图画斜线的两个齿轮为公用齿轮。3.3主传动系设计——扩大传动系变速范围〔原因〕主变速传动系的最后一个扩大组的变速范围是：Rj=xj〔Pj-1〕，其中xj=P0P1…P(j-1)假设总变速级数为Z，那么Z=P0P1…P(j-1)Pj通常来说，最后一级扩大组的变速级数Pj=2所以，最后扩大组的变速范围是：Rj=Z/2每一级的极限传动比R小于等于8=1.416=1.269所以，如果=1.41，那么总变数级数小于等于12相应而言，最大可达变速范围Rn=1.4111=45如果=1.26，那么总变数级数小于等于18相应而言，最大可达变速范围Rn=1.2617=50对通用性机床的变速范围要求在140-200〔不满足〕3.3主传动系设计——扩大传动系变速范围方法1：增加变速组如上页，原来的末级变速组已达极限变速范围；如新增的变速组级比指数再扩大，那么变速范围太大，无法实现。24=312326212太大，所以最后一级需要委曲求全，级比指数仍取6所以，传动系的变速级数为：3*2*〔2*2-1〕=18级〔有一个重复的〕结构式可写为：18=3123〔2626-1〕见黑板画图方法2：采用背轮机构〔扩大传动比〕最大扩16倍，需要脱离哦方法3：采用双公比传动系统〔见图20〕中段公比小，上下段用大公比根本组的级比指数变为1+2n方法4：采用分支传动〔见图2-15〕增加并联机构，前4级18=2133〔2626-1〕。五轴-六轴26/58平移；三轴——六轴增加一个升速传动副63/50,增加了6级高转速3.3主传动系设计——分支机构及典型3.3主传动系设计——齿轮齿数确实定确定完传动比后，需进一步确定齿轮齿数标准表格提供了“标准公比〞整数次方对应的“齿数和〞“小齿轮齿数〞齿数和的选取很关键：齿数和与模数合并，决定了中心距；中心距取决于传递扭矩的大小；一个变速箱内齿轮模数最好一样，所以越后面变速组，中心距越大。选择方式：按传递扭矩要求初选中心距；设定齿轮模数，算出齿数和；然后对表查询。假设采用“三联滑移齿轮〞，那么需要相邻齿轮的齿数差大于等于4.要验算实际传动比与理论传动比之间误差。也可选择齿数和不等，但差很小的变位齿轮方法。如嫌60太小，72又太大；那么三联中的1、3传动副可选66；2传动副选673.3主传动系设计——计算转速机床的功率转矩特性〔确定用来计算的扭矩与相应转速〕背吃刀量与进给量不变的情况下，切削速度对切削力影响较小主运动是直线运动的主轴，主传动根本是恒转矩传动；主运动是回转运动，主轴转矩与工件或铣刀直径成正比，而转速选择那么与直径成反比，所以根本是恒功率传动。计算转速主轴或各传动件传递全部功率的最低转速就是计算转速Nmax——Nj，T增加；P根本不变。Nj——Nmin，T不变，P降低。III轴185r/minII轴315-90315-345〔传功〕齿轮的校核小齿轮的计算转速3.3主传动系设计——变速箱内传动系布置传动轴的空间布置机床的总体布局对变速箱形状与尺寸的限制；各轴受力情况及支撑情况；装配调整与操作维修铣床变速箱就是立式床身；摇臂钻床变速箱在摇臂上移动，所以轴向短，横截面大；卧式车床那么位于床身上面，矩形空间布置顺序：先确定主轴位置；与主轴之间啮合的轴的位置；电动机轴或输入轴的位置3.3主传动系设计——变速箱内传动系布置传动轴的轴向固定小结——金属切削机床总体及主运动设计系列型谱的制定运动功能设置〔写出运动功能式、画出机床运动原理图〕总体结构方案设计〔确定参考型式，概略尺寸设计等〕主要运动参数〔Nmax，Nmin，，Rn，fmax，fmin，P主〕主传动系型式选择〔分级、无级、电机类型等〕拟定转速图和结构式变速范围、极限传动比、布置原那么、特殊设计方法、扩大变速范围等齿轮齿数确实定〔齿数和、小齿数〕确定计算转速，明确校核扭矩等变速箱内传动件的布置画图3.3主传动系设计——无级变速CVT(ContinuousVariableTransmission)速比变换器的根本组成和原理

(a)低速〔传动比大〕(b)高速〔传动比小〕

1-主动链轮装置2-从动链轮装置3-动力输出4-动力输入5-传动链条在每组锥形轮中有一个锥形轮可以轴向移动两组锥形轮必须保持协调相同的调整，以保证链条始终处于张紧状态。

飞轮减振装置倒档离合器辅助减速齿轮档传动链变速器行星齿轮系液压控制单元前进档离合器变速箱控制单元3.3主传动系设计——无级变速变速器锥面链轮转动压块链节转动压块转动节3.3主传动系设计——无级变速——链轮及转动块传动链的转动节采用双转动压块，在传动链转曲过程中，转动压块之间形成滚动摩擦，动力损失和磨损降低至最小。传动链的转动节采用不等长链节，可防止共振并降低转动噪音。输入轴太阳轮行星齿轮行星齿轮行星齿轮支架行星齿轮支架行星齿轮行星齿轮齿圈输出轴前进档离合器前进档离合器倒档离合器壳体齿圈倒档离合器壳体3.3主传动系设计——无级变速——行星齿轮系3.3主传动系设计——数控机床主传动系3.3主传动系设计——功率图缺失举例主电机：额定1500，最高4000，恒功率变速4/1.5=2.67主轴恒功率变速范围：RnN=nmax/nj=4000/254=15.7变速箱的公比

=5.95，缺口处功率仅为2.67*18.5/5.95=8.3kw3.3主传动系设计——其他趋势数控机床主传动速度越来越高——电主轴机床部件标准化、模块化多个主轴——加工中心并联机床刚度好，解耦难〔运动轨迹计算复杂〕3.3主传动系设计——其他趋势-电主轴用变频电机与机床主轴合二为一的结构形式,即变频电机的空心转子与机床主轴零件直接过盈套装在一起成为一体,带冷却套的定子装配在主轴单元的壳体内直接与机床连接,成为一种集成式电机主轴。电机的转子

就是机床的主轴；机床主轴单元的壳体

就是电机座传统钢制球轴承高速运转时将产生巨大的离心力和陀螺力矩，受到一定限制。氮化硅陶瓷轴承转速高、温升低、等优良特性，显著提高电主轴转速、刚度和寿命。磁浮轴承是利用可控电磁力作用将转轴悬浮于空间，可到达极高的转速。机械磨损小、噪声小、寿命长、无需润滑、转速高、功率大等特点，但是其结构比较复杂、电磁污染、控制难度高。气体静压轴承摩擦系数和摩擦力矩很小，气体轴承可以在最清洁的状态下工作，具有冷态工作的特点，运动精度高。3.4——进给传动系设计3.4——进给传动系设计机械进给传动系恒转矩传动〔不同进给量，切削力大致相同，进给力相同)所以，设计规律与主传动系略有不同1〕扩大顺序与传动顺序不一致；2〕进给传动系的变速范围可接近14；3〕末端常采用降速很大机构，如：涡轮我按、丝杠螺母、行星机构一般有快速空程传动机构如超越离合器、差动机构、电气伺服进给机构等。微量进给机构1um以上的，蜗杆传动、丝杠螺母、导轨滑块、齿轮齿条等；1um以下的：弹性力传动、磁致伸缩、电致伸缩、热应力传动等电气伺服进给系统步进电机、直流伺服、交流伺服、直线伺服等齿轮传动间隙消除〔图2-45〕丝杠螺母机构〔图2-46〕3.5——CA6140车床的传动线路剖析本节目的：通过主运动与各进给运动的剖析，深入理解传动线路设计3.5——典型车床的运动系剖析——主运动正转：高速段：2*3=6种转速低速：2*3*2*2=24种〔重复〕实际低速：2*3*〔2*2-1〕=18种总转速段：2*3*〔1+〔2*2-1〕〕=24反转： 3*〔1+〔2*2-1〕=12级转速〕3.5——典型车床的运动系剖析——进给进给运动链是使刀架实现纵向或横向进给运动的传动链。进给运动传动链的两执行件为主轴和刀架。运动由电动机经主运动-主轴-进给箱传至刀架，使得刀架带着车刀实现纵向进给、横向进给、车削螺纹。从进给箱传出的运动分两条路线：一条经丝杠传动，此为车螺纹的传动路线；车螺纹时，主轴和刀架之间有严格的运动关系，传动链属于内联系传动链；一条经光杠传动，此为机动进给路线。车圆柱面和端面时，主轴和刀架之间无严格运动关系，属于外联系传动链。车螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确移动被加工螺纹一个导程〔螺距〕的距离。螺纹进给传动链的运动平衡式：u---从主轴到丝杠之间的总传动比；S---机床丝杠的导程，CA6140型车床的S=12mm；P---被加工螺纹的导程〔mm〕。1主轴表示主轴转一圈3.5——典型车床的运动系剖析——车螺纹CA6140的螺纹进给传动链任务：①保证机床可车削公制、英制、模数和径节制四种标准螺纹；②还可以车削大导程〔螺距〕；③非标准；④较精密的螺纹。这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。螺纹种类

螺距参数

螺距／mm

导程／mm公制

螺距P／mmPL=kP模数制

模数m／mmPm=

mLm=k

m英制

每英寸牙数

a/(牙.in-1)Pa=25.4/aLa=25.4k/a径节制径节DP/(牙.in