機械制造裝備設計ppt綜述

1、“十一五十一五”國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材主主 編：李慶余編：李慶余 孟廣耀孟廣耀副主編：張副主編：張 佳佳 董董 鋒鋒機械制造裝備設計機械制造裝備設計 緒論緒論一、機械制造業(yè)在國民經濟中的地位一、機械制造業(yè)在國民經濟中的地位 機械制造業(yè)是國民經濟各部門賴以發(fā)展的基礎，機械制造業(yè)是國民經濟各部門賴以發(fā)展的基礎，是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。 機械制造業(yè)的生產能力和制造水平，主要取決機械制造業(yè)的生產能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床是金屬切削

2、機床 。而金屬切削機床的技術水平直接。而金屬切削機床的技術水平直接影響到機械制造業(yè)的產品質量和勞動生產率。影響到機械制造業(yè)的產品質量和勞動生產率。 緒論緒論 一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產能力和科學技術代表著這個國家的工業(yè)生產能力和科學技術水平。水平。 二、機械制造裝備的狀況及發(fā)展前景二、機械制造裝備的狀況及發(fā)展前景 1 1、五十年代為、五十年代為“規(guī)模效益規(guī)模效益”模式，少品種大模式，少品種大批量生產模式；批量生產模式； 2、七十年代為、七十年代為“精益生產精益生產”模式，以提高質模式，以提高質量，降低成本為標志；量，降低成本為標

3、志； 3、八十年代，較多的采用數控機床、機器人、八十年代，較多的采用數控機床、機器人、柔性制造單元和系統等高技術的集成機械制造裝備；柔性制造單元和系統等高技術的集成機械制造裝備； 4、九十年代，機械制造裝備普遍具有、九十年代，機械制造裝備普遍具有“柔性柔性化化”、“自動化自動化”和和“精密化精密化”的特點，適應多品的特點，適應多品種小批量和經常更新產品的需要。種小批量和經常更新產品的需要。 緒論緒論 緒論緒論三、機械制造裝備的組成三、機械制造裝備的組成 機械制造裝備包括加工設備、工藝裝備、機械制造裝備包括加工設備、工藝裝備、 工工件輸送裝備和輔助裝備。件輸送裝備和輔助裝備。 1、加工設備，主要

4、指金屬切削機床，特種加工、加工設備，主要指金屬切削機床，特種加工機床。機床。 2、工藝裝備，是機械加工中所使用的刀具、模具、工藝裝備，是機械加工中所使用的刀具、模具、機床夾具、量具、工具的總稱。機床夾具、量具、工具的總稱。3、工件輸送裝備，主要指坯料、半成品或成品在車、工件輸送裝備，主要指坯料、半成品或成品在車間內工作地點間的轉移輸送裝置，以及機床的上下間內工作地點間的轉移輸送裝置，以及機床的上下料裝置。料裝置。4、輔助裝備，包括清洗劑、排屑裝置和計量裝置等。、輔助裝備，包括清洗劑、排屑裝置和計量裝置等。 緒論緒論 緒論緒論四、本課程主要研究內容四、本課程主要研究內容 1 1、金屬切削機床設計

5、、金屬切削機床設計 2 2、刀具設計、刀具設計3 3、機床夾具設計、機床夾具設計第一章第一章 金屬切削機床的總體設計金屬切削機床的總體設計 機床的總體設計是機床設計的關鍵環(huán)節(jié)機床的總體設計是機床設計的關鍵環(huán)節(jié),對機床對機床的技術性能和經濟性指標起著決定性作用。的技術性能和經濟性指標起著決定性作用。 機床的總體設計是根據設計要求，通過調查研究，機床的總體設計是根據設計要求，通過調查研究，檢索資料，掌握機床設計的依據；然后進行工藝分檢索資料，掌握機床設計的依據；然后進行工藝分析，擬定出性能先進，經濟性好的工藝方案，必要析，擬定出性能先進，經濟性好的工藝方案，必要時畫出加工示意圖；在此基礎上確定機床

6、總布局，時畫出加工示意圖；在此基礎上確定機床總布局，畫出機床聯系尺寸圖；確定所設計機床的主要技術畫出機床聯系尺寸圖；確定所設計機床的主要技術參數。參數。1.1 1.1 機床的基本要求機床的基本要求一、機床應具有的性能指標一、機床應具有的性能指標1、工藝范圍、工藝范圍 指機床適應不同生產要求的能力。包括可加工的指機床適應不同生產要求的能力。包括可加工的零件類型、形狀和尺寸范圍，能完成的工序種類等。零件類型、形狀和尺寸范圍，能完成的工序種類等。第一節(jié)第一節(jié) 機床的基本要求機床的基本要求 2、加工精度、加工精度 指被加工工件表面的形狀位置、尺寸的準確度，表指被加工工件表面的形狀位置、尺寸的準確度，表

7、面的粗糙程度。機床的精度分為三級：普通精度機床；面的粗糙程度。機床的精度分為三級：普通精度機床；精密機床；高精度機床。精密機床；高精度機床。 3、生產率和自動化、生產率和自動化 指機床在單位時間內所能加工的工件數量。指機床在單位時間內所能加工的工件數量。4、可靠性、可靠性 機床在整個使用壽命期間內完成規(guī)定功能的能力機床在整個使用壽命期間內完成規(guī)定功能的能力 。1.1 機床的基本要求機床的基本要求1.1 機床的基本要求機床的基本要求二、人機關系二、人機關系 機床除具有一定的計術性能指標外，還應有良好機床除具有一定的計術性能指標外，還應有良好的人機關系。即使機床符合人的生理和心理特征，實的人機關系

8、。即使機床符合人的生理和心理特征，實現人機環(huán)境高度協調統一，為操作者創(chuàng)造一個安全、現人機環(huán)境高度協調統一，為操作者創(chuàng)造一個安全、舒適、可靠、高效的工作條件；能減輕操作者精神緊舒適、可靠、高效的工作條件；能減輕操作者精神緊張和身體疲勞。張和身體疲勞。1.1 機床的基本要求機床的基本要求 機床的信號指示系統機床的信號指示系統的顯示方式、顯示器位置的顯示方式、顯示器位置等都能使人等都能使人易于無誤的接受易于無誤的接受；機床的操縱應靈活機床的操縱應靈活方便，符合人的動作習慣方便，符合人的動作習慣，使操作者從接收信號，使操作者從接收信號到產生動作不用經過思考，提高正確操作的速度，到產生動作不用經過思考，

9、提高正確操作的速度，不不易產生誤操作或故障。易產生誤操作或故障。 機床造型應美觀大方，色彩協調，提高作業(yè)機床造型應美觀大方，色彩協調，提高作業(yè)舒適度。舒適度。另外，應另外，應降低噪聲，減少噪音污染。降低噪聲，減少噪音污染。 1.2 金屬切削機床的設計步驟金屬切削機床的設計步驟 第二節(jié)金屬切削機床的設計步驟第二節(jié)金屬切削機床的設計步驟 機床設計大致包括四個階段：機床設計大致包括四個階段： 第一、總體設計第一、總體設計 第二、技術設計第二、技術設計 第三、零件設計第三、零件設計 第四、樣機試制和鑒定第四、樣機試制和鑒定1.2 金屬切削機床的設計步驟金屬切削機床的設計步驟一、總體設計一、總體設計1

10、1掌握機床的設計依據掌握機床的設計依據，包括技術信息、實驗研究，包括技術信息、實驗研究成果、新技術的應用成果成果、新技術的應用成果 。2 2工藝分析工藝分析，優(yōu)化加工方案，優(yōu)化加工方案。必要時畫出加工示意必要時畫出加工示意圖。圖。 3 3總體布局總體布局,確定機床刀具和工件的相對運動，確定確定機床刀具和工件的相對運動，確定各部件的相互位置。各部件的相互位置。畫出傳動原理圖，主要部件的結構草圖，液壓系統原畫出傳動原理圖，主要部件的結構草圖，液壓系統原理圖，電氣控制電路圖，操縱控制系統原理圖。畫出理圖，電氣控制電路圖，操縱控制系統原理圖。畫出機床聯系尺寸圖機床聯系尺寸圖機床原始總圖機床原始總圖。

11、總體設計階段應采用可靠性設計原理，進行預防總體設計階段應采用可靠性設計原理，進行預防故障設計。利用概率設計，將所設計零件的失效概率故障設計。利用概率設計，將所設計零件的失效概率限制在允許的很小范圍內，以滿足可靠性定量的要求。限制在允許的很小范圍內，以滿足可靠性定量的要求。4確定主要的技術參數，主要參數包括尺寸參數、確定主要的技術參數，主要參數包括尺寸參數、運動參數和動力參數運動參數和動力參數 。1.2 金屬切削機床的設計步驟金屬切削機床的設計步驟 可靠性設計的六條原則：可靠性設計的六條原則：采用成熟的經驗或經分析試驗驗證了的方案；采用成熟的經驗或經分析試驗驗證了的方案；結構簡單，零部件數量少；

12、結構簡單，零部件數量少；多用標準化、通用化零部件；多用標準化、通用化零部件；重視維修性，便于檢修、調整、拆換；重視維修性，便于檢修、調整、拆換；重視關鍵零件的可靠性和材料選擇；重視關鍵零件的可靠性和材料選擇；充分運用故障分析成果，及時反饋，盡早改進。充分運用故障分析成果，及時反饋，盡早改進。1.2 金屬切削機床的設計步驟金屬切削機床的設計步驟1.2 金屬切削機床的設計步驟金屬切削機床的設計步驟二、技術設計二、技術設計 畫出傳動系統圖，繪制部件裝配圖，繪制電氣系統畫出傳動系統圖，繪制部件裝配圖，繪制電氣系統安裝接線圖，液壓系統和控制操作系統裝配圖，繪制安裝接線圖，液壓系統和控制操作系統裝配圖，繪

13、制總裝配圖及部件裝配圖總裝配圖及部件裝配圖 三、零件設計及資料編寫三、零件設計及資料編寫四、樣機試制和鑒定四、樣機試制和鑒定 樣機試制；空車試運轉；隨后進行工業(yè)性試驗，在樣機試制；空車試運轉；隨后進行工業(yè)性試驗，在額定載荷下進行試工作，并寫出工業(yè)性試驗報告。額定載荷下進行試工作，并寫出工業(yè)性試驗報告。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局一、分配機床的運動一、分配機床的運動 機床運動的分配應掌握三個原則：機床運動的分配應掌握三個原則：1、將運動分配給質量小的零部件。、將運動分配給質量小的零部件。 運動件質量小，慣性小，需要的驅動力就小，傳運動件質量小，慣性小，需要的驅動力就小，傳動機構體積??；

14、制造成本低。動機構體積小；制造成本低。 2、 運動分配應有利于提高工件的加工精度。運動分配應有利于提高工件的加工精度。3、 運動分配應有利于提高運動部件的剛度。運動分配應有利于提高運動部件的剛度。4、運動的分配應視工件形狀而定。、運動的分配應視工件形狀而定。1.3 機床的總體布局機床的總體布局二、選擇傳動形式和支承型式二、選擇傳動形式和支承型式 機床的主傳動按驅動電動機類型分為，交流電動機床的主傳動按驅動電動機類型分為，交流電動機驅動和直流電動機驅動；交流電動機驅動又分為單機驅動和直流電動機驅動；交流電動機驅動又分為單速電動機、雙速電動機及變頻調速電動機驅動。速電動機、雙速電動機及變頻調速電動

15、機驅動。 機床傳動的形式有機械傳動，液壓傳動等。機械機床傳動的形式有機械傳動，液壓傳動等。機械傳動靠滑移齒輪變速，變速級數一般少于傳動靠滑移齒輪變速，變速級數一般少于30級，它傳級，它傳遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確，工作可靠，遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確，工作可靠，廣泛用于通用機床中廣泛用于通用機床中 。 支承型式是指支承件的形狀，支承件高度方向尺支承型式是指支承件的形狀，支承件高度方向尺寸小于長度方向尺寸時稱為臥式支承；支承件高度方寸小于長度方向尺寸時稱為臥式支承；支承件高度方向尺寸大于長度方向尺寸時稱為立式支承。向尺寸大于長度方向尺寸時稱為立式支承。 臥式支承的機床，重心低，剛

16、度大，是中小型機臥式支承的機床，重心低，剛度大，是中小型機床的首選支承形式。立式支承又稱為柱式支承，簡稱床的首選支承形式。立式支承又稱為柱式支承，簡稱為立柱。這種支承占地面積小，剛度較臥式差，機床為立柱。這種支承占地面積小，剛度較臥式差，機床的操作位置比較靈活。龍門框架支承，是單臂支承的的操作位置比較靈活。龍門框架支承，是單臂支承的改進形式改進形式,又稱為雙柱式支承，適用于立式大型機床又稱為雙柱式支承，適用于立式大型機床 。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局1.3 機床的總體布局機床的總體布局三、安排操作部位三、安排操作部位 機床總體設計機床總體設計,在考慮達到技術性能指標的同時，在考慮達

17、到技術性能指標的同時，必須注意機床操作者的生理和心理特征，充分發(fā)揮人必須注意機床操作者的生理和心理特征，充分發(fā)揮人和機床的各自特點，達到人機最佳綜合功效。和機床的各自特點，達到人機最佳綜合功效。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局 機床各部件相對位置的安排，應保證：機床各部件相對位置的安排，應保證：操作者操作者和工件有適當的相對位置，有足夠的活動空間，以便和工件有適當的相對位置，有足夠的活動空間，以便于工件的裝卸、刀具的安裝調試、加工情況的觀察和于工件的裝卸、刀具的安裝調試、加工情況的觀察和工件檢驗；工件檢驗；操作者與操作手柄等控制元件的適當位操作者與操作手柄等控制元件的適當位置，有足夠的操

18、作空間，達到操作準確、省力、方便；置，有足夠的操作空間，達到操作準確、省力、方便；操作件應按操作件應按GB4141選用，操作件之間有合理的距選用，操作件之間有合理的距離；離；功能不同的按鈕應有不同的顏色，且這些顏色功能不同的按鈕應有不同的顏色，且這些顏色應和人的視覺習慣一致、符合人的心理生理特征。防應和人的視覺習慣一致、符合人的心理生理特征。防止誤操作。止誤操作。1.3 機床的總體布局機床的總體布局四、提高動剛度的措施四、提高動剛度的措施1、抗振性能的提高、抗振性能的提高 機床的抗振性是指機床工作部件在交變載荷下抵機床的抗振性是指機床工作部件在交變載荷下抵抗變形的能力，包括抵抗受迫振動和自激振

19、動的能力?？棺冃蔚哪芰Γǖ挚故芷日駝雍妥约ふ駝拥哪芰?。習慣上稱前者為抗振性，后者為切削穩(wěn)定性。習慣上稱前者為抗振性，后者為切削穩(wěn)定性。 自激振動，可通過增大工作部件的阻尼比外、調自激振動，可通過增大工作部件的阻尼比外、調整切削用量來避免，使切削穩(wěn)定。整切削用量來避免，使切削穩(wěn)定。 機床外部的振源，最可靠有效的方法就是隔離振源。機床外部的振源，最可靠有效的方法就是隔離振源。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局 無法隔離的振源無法隔離的振源，應采用下列措施：，應采用下列措施： 選擇合理的傳動形式，盡量減短傳動鏈，減少選擇合理的傳動形式，盡量減短傳動鏈，減少傳動件個數。既減少振動源的數量；傳動

20、件個數。既減少振動源的數量； 提高傳動鏈各傳動軸組件，尤其是主軸組件的提高傳動鏈各傳動軸組件，尤其是主軸組件的剛度，提高其固有角頻率；剛度，提高其固有角頻率； 大傳動件應作動平衡或設置阻尼機構；大傳動件應作動平衡或設置阻尼機構； 箱體外表面涂刷高阻尼涂層，增加阻尼比；箱體外表面涂刷高阻尼涂層，增加阻尼比； 提高各部件結合面的表面精度，增強局部剛度。提高各部件結合面的表面精度，增強局部剛度。1.3 機床的總體布局機床的總體布局2 2、減小熱變形、減小熱變形 減少熱變形最簡單最有效的方法是隔離熱源。減少熱變形最簡單最有效的方法是隔離熱源。 不能分離的熱源，應采用以下措施：不能分離的熱源，應采用以下

21、措施：產生熱量產生熱量較大的熱源，進行強制冷卻。較大的熱源，進行強制冷卻。 熱源相對結構對稱，熱變形后中心位置不變。熱源相對結構對稱，熱變形后中心位置不變。 改善排屑狀態(tài)。數控車床將床身傾斜與主軸后改善排屑狀態(tài)。數控車床將床身傾斜與主軸后上方，使切屑在自重作用下落入下面小車中或切屑輸上方，使切屑在自重作用下落入下面小車中或切屑輸送機上，切屑不與床身和導軌副接觸，避免了切屑攜送機上，切屑不與床身和導軌副接觸，避免了切屑攜帶的切削熱傳給導軌床身，減少了熱變形。帶的切削熱傳給導軌床身，減少了熱變形。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局3 3、降低噪聲、降低噪聲 機床主要的噪聲源是齒輪振動，減少齒輪

22、噪音的機床主要的噪聲源是齒輪振動，減少齒輪噪音的措施有：措施有：縮短傳動鏈，減少傳動件的個數；縮短傳動鏈，減少傳動件的個數；采用小模數、硬齒面齒輪，降低傳動件的線速度。采用小模數、硬齒面齒輪，降低傳動件的線速度。提高齒輪的第提高齒輪的第組精度；組精度；采用增加齒數、減小壓力角或圓柱螺旋齒輪，增加采用增加齒數、減小壓力角或圓柱螺旋齒輪，增加齒輪嚙合的重合度，機床齒輪的重合度應不小于齒輪嚙合的重合度，機床齒輪的重合度應不小于1.3；提高傳動件的阻尼比；增加支承組件的剛度。提高傳動件的阻尼比；增加支承組件的剛度。1.3 機床的總體布局機床的總體布局五、造型設計五、造型設計 機床的造型必須與功能相適應

23、，功能決定造機床的造型必須與功能相適應，功能決定造型，造型表現功能。機床的造型設計是在保證人機型，造型表現功能。機床的造型設計是在保證人機關系的基礎上，應用藝術規(guī)律和造型美學法則加以關系的基礎上，應用藝術規(guī)律和造型美學法則加以精煉和塑造，得到恰到好處的造型。機床造型總的精煉和塑造，得到恰到好處的造型。機床造型總的原則是經濟實用，美觀大方。盡管人的審美觀不盡原則是經濟實用，美觀大方。盡管人的審美觀不盡相同，但還是有規(guī)律可循，良好的外觀造型應從機相同，但還是有規(guī)律可循，良好的外觀造型應從機床造型設計和色彩兩方面去評價。床造型設計和色彩兩方面去評價。1.3 機床的總體布局機床的總體布局 外觀造型應使

24、機床外觀造型應使機床整體統一整體統一，均衡穩(wěn)定，比均衡穩(wěn)定，比例協調。例協調。部件的形體目前多流行小圓角過渡的棱部件的形體目前多流行小圓角過渡的棱柱體造型柱體造型, ,長、寬（或高）的比率要適當，常用的比長、寬（或高）的比率要適當，常用的比值為：黃金分割比率、均方根比率、整數比率等；值為：黃金分割比率、均方根比率、整數比率等；各部件的形體比率相互協調各部件的形體比率相互協調, ,做到做到銜接緊密、轉換銜接緊密、轉換自然，自然，組合而成的外形輪廓的幾何線型要大體一致，組合而成的外形輪廓的幾何線型要大體一致，達到線型風格的協調統一；整體造型應使人感到穩(wěn)達到線型風格的協調統一；整體造型應使人感到穩(wěn)定

25、而不笨重，輕巧且安定。定而不笨重，輕巧且安定。 1.3 機床的總體布局機床的總體布局 色彩可配合造型使機床達到人的審美要求。色彩可配合造型使機床達到人的審美要求。機機床的床的主色調是綠色主色調是綠色。實踐證明，。實踐證明，綠色有助于提高勞綠色有助于提高勞動生產率，藍色和紫色則降低勞動生產率。動生產率，藍色和紫色則降低勞動生產率。國內外國內外各種機床多采用綠色，它給人以各種機床多采用綠色，它給人以貼近自然，適宜、貼近自然，適宜、舒暢的感覺，舒暢的感覺，同時也是一種同時也是一種耐油污的隱蔽色。耐油污的隱蔽色。 機床色彩應適應不同的使用環(huán)境，機床色彩應適應不同的使用環(huán)境，熱帶地區(qū)使用熱帶地區(qū)使用的機

26、床宜采用冷色，的機床宜采用冷色，如乳白色、奶黃色，使人產生如乳白色、奶黃色，使人產生清涼、心情平靜的感覺；清涼、心情平靜的感覺；寒冷地區(qū)應采用暖色，寒冷地區(qū)應采用暖色，如如桔黃色、桔紅色等，以增強人們的溫暖感。桔黃色、桔紅色等，以增強人們的溫暖感。 1.4 主要技術參數的確定主要技術參數的確定一、尺寸參數一、尺寸參數 機床的尺寸參數是指影響機床加工性能的一些機床的尺寸參數是指影響機床加工性能的一些尺寸。尺寸。 主參數代表機床的規(guī)格的大小，主參數代表機床的規(guī)格的大小，是最重要的是最重要的尺寸參數。另外，機床尺寸參數還包括第二主參數尺寸參數。另外，機床尺寸參數還包括第二主參數和一些重要的尺寸。和一

27、些重要的尺寸。 機床的主參數已規(guī)定在機床的主參數已規(guī)定在“GB/T153751994金金屬切削機床型號編制方法屬切削機床型號編制方法”中，每種機床的主參數中，每種機床的主參數按等比數列排列。按等比數列排列。 1.4 主要技術參數的確定主要技術參數的確定nvd1000 二、運動參數二、運動參數 主運動為旋轉運動的機床，主運動的運動參主運動為旋轉運動的機床，主運動的運動參數為主軸轉速數為主軸轉速 。轉速與切削速度。轉速與切削速度 的關系為：的關系為：nv工件或刀具直徑（mm）。d1.4 主要技術參數的確定主要技術參數的確定1 1最低轉速和最高轉速的確定最低轉速和最高轉速的確定 按照典型工序的切削速

28、度和刀具（或工件）直按照典型工序的切削速度和刀具（或工件）直徑，由主軸轉速公式計算出徑，由主軸轉速公式計算出最低轉速最低轉速 、最高轉最高轉速速 、變速范圍、變速范圍 ，其中其中D是機床加工的最大是機床加工的最大直徑（主參數），直徑（主參數），k是系數是系數 。nRminnmaxn1.4 主要技術參數的確定主要技術參數的確定nvdminminmax1000nvdm axm axm in1000RnnnmaxminkDdmax1.4主軸轉速主軸轉速2 2主軸轉速的合理排列主軸轉速的合理排列 機床的主軸轉速絕大多數是按照等比數列排列機床的主軸轉速絕大多數是按照等比數列排列的。原因是：設計簡單；使用

29、方便，最大相對轉速的。原因是：設計簡單；使用方便，最大相對轉速損失率相等。損失率相等。(1) 設計方便設計方便 如果機床的主軸轉速數列是等比的，如果機床的主軸轉速數列是等比的，公比為公比為 ，且轉速級數，且轉速級數Z為非質數。則這個數列可為非質數。則這個數列可分解成幾個等比數列的乘積，使傳動設計簡化。分解成幾個等比數列的乘積，使傳動設計簡化。1.4主軸轉速主軸轉速nnnnnn1224123123211236121111111ZPPPaxbxcxabc()()()126312223241.4主軸轉速主軸轉速(2) 使用方便使用方便 最大相對轉速損失率相等最大相對轉速損失率相等 等比數列等比數列轉

30、速的轉速通式為轉速的轉速通式為nnjj11則機床的切削速度與工件（或刀具）直徑的關系為則機床的切削速度與工件（或刀具）直徑的關系為 1110001000jjnvnvd1.4主軸轉速主軸轉速lg) 1()lg497. 03(lglg1jnvdkjvlg) 1(lg 的對數值是的對數值是 對數值的一次函數對數值的一次函數，斜率為斜率為1，函數圖像是與切削速度對數坐標軸成，函數圖像是與切削速度對數坐標軸成45o的斜線，取的斜線，取j=1Z，可得到，可得到Z條平行間距相等條平行間距相等的斜線的斜線 。dv1.4 轉速選擇圖轉速選擇圖1 1 . 21 62 2 . 43 1 . 54 5 6 3 9 0

31、 1 2 51 8 01 2 . 51 82 53 5 . 55 07 11 0 01 4 02 0 02 8 04 0 0n12n3n4n5n6n7n8n9n1 0n1 1n1 2n1 3n1 4n1 5n1 6n1 7n1 8nd ( m m )圖 1 - 1 轉 速 選 擇 圖v ( m / m i n ) 1.4主軸轉速主軸轉速nnnjj1如果加工某一工件需要的最佳切削速度為如果加工某一工件需要的最佳切削速度為 ，相應，相應的轉速為的轉速為 。一般情況下，不可能正好在某一轉。一般情況下，不可能正好在某一轉速線上，而是在兩轉速線速線上，而是在兩轉速線 與與 之間之間vnjn1jn為保證刀

32、具的使用壽命，應選擇較低的轉速為保證刀具的使用壽命，應選擇較低的轉速 ，這，這時轉速的損失為時轉速的損失為 ，相對轉速損失率為，相對轉速損失率為jnjnn Annnj100%1.4主軸轉速主軸轉速最大相對轉速損失率為最大相對轉速損失率為 趨近于趨近于 時的時的A值，即值，即1jnnAnnnnnjjjjjmax()111111100%最大相對轉速損失率最大相對轉速損失率Amax只與公比只與公比 有關，是有關，是恒定恒定值；值；它影響機床的勞動它影響機床的勞動生產率生產率，特別是加工時間長，特別是加工時間長的大型重型機床。因此是機床設計的的大型重型機床。因此是機床設計的重要指標重要指標之一。之一。

33、1.4標準公比原則標準公比原則12111maxA21公比大，最大相對轉速損失率就大，對機床勞動生公比大，最大相對轉速損失率就大，對機床勞動生產率影響就大；我們規(guī)定：產率影響就大；我們規(guī)定： 最大相對轉速損失率最大相對轉速損失率Amax50%Amax50%。 3.3.標準公比原則標準公比原則 1 1）機床為滿足不同工藝需求，需具有一系列）機床為滿足不同工藝需求，需具有一系列等比數列轉速等比數列轉速, ,轉速從轉速從 到到 依次遞增，即依次遞增，即 1nmaxn1.4標準公比原則標準公比原則2 2）為方便記憶，要求轉速）為方便記憶，要求轉速n nj j經經E1E1級變速后，轉速值級變速后，轉速值呈

34、呈1010倍的關系，即倍的關系，即nnj Ej110nnnj EjEj1110101E1.4標準公比原則標準公比原則3 3）為方便記憶，為適應雙速電機驅動的需要，要）為方便記憶，為適應雙速電機驅動的需要，要求轉速求轉速n nj j經經E E2 2級變速后，轉速值呈級變速后，轉速值呈2 2倍的關系，即倍的關系，即jEjnn22jEjEjnnn22222E1.4公比選用原則公比選用原則4 4公比選用原則公比選用原則 中型機床，公比一般選取中型機床，公比一般選取1.261.26或或1.411.41；大型重；大型重型機床，加工時間長，公比應小一些，一般選取型機床，加工時間長，公比應小一些，一般選取1.

35、261.26、1.121.12或或1.061.06；非自動化小型機床，加工時間；非自動化小型機床，加工時間小于輔助時間，轉速損失對機床勞動效率影響不大，小于輔助時間，轉速損失對機床勞動效率影響不大，為使機床結構簡單，公比可選大一些，可選擇為使機床結構簡單，公比可選大一些，可選擇1.581.58、1.78,1.78,甚至甚至2 2。專用機床原則上不變速，但為適應技。專用機床原則上不變速，但為適應技術進步，可作適當性能儲備，公比可選擇術進步，可作適當性能儲備，公比可選擇1.121.12、1.261.26。 1.4 動力參數動力參數三、動力參數三、動力參數 動力參數包括驅動機床的各種電動機功率或扭動

36、力參數包括驅動機床的各種電動機功率或扭矩，液壓馬達和油缸的牽引力等。各傳動件的結構矩，液壓馬達和油缸的牽引力等。各傳動件的結構參數都是根據動力參數設計的。參數都是根據動力參數設計的。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定 機床主運動的功率為機床主運動的功率為 附空切主PPPP1.4 動力參數動力參數 切削功率切削功率 與刀具材料、工件材料和所選用與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量有關。專用機床的刀具、工件材料與切的切削用量有關。專用機床的刀具、工件材料與切削用量都是不變的，計算較準確；通用機床，刀具削用量都是不變的，計算較準確；通用機床，刀具與工件材料和切削用量變化大，可根據機床檢驗標

37、與工件材料和切削用量變化大，可根據機床檢驗標準中規(guī)定的切削條件進行計算。準中規(guī)定的切削條件進行計算。 切P1.4 動力參數動力參數 機床主運動的空轉功率損失機床主運動的空轉功率損失 ，與傳動件的，與傳動件的預緊程度及裝配質量有關，是傳動件摩擦、攪油等預緊程度及裝配質量有關，是傳動件摩擦、攪油等因素引起的，其大小隨傳動件轉速的增大而增大。因素引起的，其大小隨傳動件轉速的增大而增大。中型機床主傳動空轉功率損失可用下列經驗公式進中型機床主傳動空轉功率損失可用下列經驗公式進行計算：行計算：空P62110(）主主空ndkndkpia機床主軸轉速機床主軸轉速 ，估算，估算 時，按主軸計算轉速時，按主軸計算

38、轉速確。確。 主n空P1.4 動力參數動力參數主傳動鏈的結構尺寸未確定時，按主運動電動機的主傳動鏈的結構尺寸未確定時，按主運動電動機的功率估算主運動鏈中除主軸以外的所有傳動軸的平功率估算主運動鏈中除主軸以外的所有傳動軸的平均直徑均直徑 ad8kW. 25 . 1主Pmmda305kW. 75 . 2主Pmmda3514kW5 . 7主Pmmda401.4 動力參數動力參數當主軸轉速為當主軸轉速為 時，傳動鏈內除主軸以外各傳動時，傳動鏈內除主軸以外各傳動軸的相應轉速之和為軸的相應轉速之和為 ；主nin潤滑油粘度影響系數潤滑油粘度影響系數 ,潤滑油為潤滑油為N46時，時， 潤滑油為潤滑油為N32時

39、，時， ； 1k5 . 31k15. 31k主軸軸承系數主軸軸承系數 ，兩支承主軸，兩支承主軸 ；三支承；三支承主軸主軸 。 2k5 . 22k32k1.4 動力參數動力參數機床切削工件時，齒輪、軸承等零件上的接觸壓力增機床切削工件時，齒輪、軸承等零件上的接觸壓力增大，無用功耗損增大。比大，無用功耗損增大。比 多出的那部分功率，稱多出的那部分功率，稱為附加機械摩擦損失功率為附加機械摩擦損失功率 ，切削功率越大，附加，切削功率越大，附加機械摩擦損失功率越大。機械摩擦損失功率越大。 空P附P)11kwPPPP）（機切切機切附 主傳動鏈機械效率，是主傳動鏈中各傳動副的機主傳動鏈機械效率，是主傳動鏈中

40、各傳動副的機械效率的乘積。械效率的乘積。 機1.4 進給運動電動機功率的確定進給運動電動機功率的確定2.2.進給運動電動機功率的確定進給運動電動機功率的確定1) 進給運動與主運動合用一臺電動機時，可不單獨計算進給功率，而是在確定主電動機功率時引入一個系數K，機床主電動機功率為空機切主PkPP普通車床普通車床 ；自動車床；自動車床 ；銑床、臥；銑床、臥式鏜床式鏜床 ；齒輪機床；齒輪機床 ；96. 0k92. 0k85. 0k8 . 0k2）進給運動中工作進給與快速移動合用一臺電動機時，快速電動機滿載起動，且加速度大，所消耗的功率遠大于工作進給功率，且工作進給與快速移動不同時進行。所以該電電動機功

41、率動機功率按快速移動功率選取。數控機床屬于這類情況。1.4 進給運動電動機功率的確定進給運動電動機功率的確定1.4 進給運動電動機功率的確定進給運動電動機功率的確定3）進給運動單獨使用一臺電動機時，進給運動電）進給運動單獨使用一臺電動機時，進給運動電動機功率動機功率 按下式計算按下式計算)(kWPffffQvP60000最大進給牽引力最大進給牽引力 (N）；）；最大進給速度最大進給速度 ；進給傳動系統機械效率進給傳動系統機械效率 。min)(m/vffQ1.4 進給運動電動機功率的確定進給運動電動機功率的確定 進給牽引力進給牽引力Q等于進給方向上切削分力等于進給方向上切削分力與摩擦力之和，進給

42、牽引力與摩擦力之和，進給牽引力Q的估算公式的估算公式見下表見下表:1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定3.3.快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定 交流異步快速移動電動機功率的確定交流異步快速移動電動機功率的確定 快速快速移動電動機移動電動機滿載起動，起動時間短、移動部件加速滿載起動，起動時間短、移動部件加速度大。度大。在較短的時間內（在較短的時間內（0.51秒），使重力較大秒），使重力較大的移動部件達到所需的移動速度，即要克服移動部的移動部件達到所需的移動速度，即要克服移動部件和傳動系統的件和傳動系統的慣性力慣性力，使其起動并迅速加速；又，使其起動并迅速加速；

43、又需克服移動部件因移動而產生的需克服移動部件因移動而產生的摩擦力摩擦力。故起動時。故起動時消耗的功率最大。消耗的功率最大。 1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定克服摩擦力所需的功率是變化的，隨移動速度的增克服摩擦力所需的功率是變化的，隨移動速度的增大而增大，移動部件在起動過程中，是勻加速運動，大而增大，移動部件在起動過程中，是勻加速運動，平均速度是平均速度是 ，但由于起動時間短，計算電，但由于起動時間短，計算電動機起動功率時可按最大移動速度計算。當移動部動機起動功率時可按最大移動速度計算。當移動部件達到所需的移動速度后，移動部件變?yōu)楹闼龠\動，件達到所需的移動速度后，移動部件

44、變?yōu)楹闼龠\動，電動機僅需克服移動部件的摩擦力就能維持其運動，電動機僅需克服移動部件的摩擦力就能維持其運動，即快速移動時所消耗的功率為克服摩擦力所需的功即快速移動時所消耗的功率為克服摩擦力所需的功率率 。 2/maxv2P1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定PPPT nkPe12129550克服慣性力所需功率克服慣性力所需功率 ，快速移動電機的功率應按，快速移動電機的功率應按起動時所需功率選取，即起動時所需功率選取，即 1P快速移動傳動鏈的機械效率快速移動傳動鏈的機械效率 ； 電動機起動轉矩與額定轉矩之比為電動機起動轉矩與額定轉矩之比為 ，異步電動，異步電動機機 1k2 .

45、26 . 11k1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定aLMaeaeetnJJtnJtJT30)(30克服慣性力所需電動機軸上的轉矩克服慣性力所需電動機軸上的轉矩 eT 為電動機轉子自身轉動慣量；為電動機轉子自身轉動慣量； 為為 傳動件、負載折算到電動機軸上的轉動慣傳動件、負載折算到電動機軸上的轉動慣量；量； 為電動機起動時轉速加速過程的時間；異步電為電動機起動時轉速加速過程的時間；異步電動機動機 MJLJat)( 15 . 0sta1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定根據動能守恒定律根據動能守恒定律 2112ijjjiiLvmJJ 分別是各旋轉件轉動慣量

46、（分別是各旋轉件轉動慣量（ ）、）、角速度（角速度（ ）；）；2.mkgsrad /iiJ、 各移動部件的質量各移動部件的質量( )、移動速度、移動速度（ ）；）； jjvm 、kgsm/1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定空心圓柱形零件的轉動慣量空心圓柱形零件的轉動慣量JmDdDdl8322244旋轉零件的質量為旋轉零件的質量為 （ ），零件的內徑、外徑、），零件的內徑、外徑、長度分別為長度分別為 。 鋼材密度鋼材密度 m)(mldD、kg)(1085. 733kg/m1.4 快速移動電動機功率的確定快速移動電動機功率的確定 如果快速移動部件垂直升降運動，則電動機要同如果

47、快速移動部件垂直升降運動，則電動機要同時克服部件重力和摩擦力。時克服部件重力和摩擦力。 vFmgP600002 如果移動部件是水平運動如果移動部件是水平運動 600002mgvP移動部件重心與移動部件重心與升降絲杠不同軸升降絲杠不同軸而引起，產生在而引起，產生在導軌上的擠壓導軌上的擠壓力力 ；當量摩擦系數為當量摩擦系數為 。F1.4 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 1）最大切削負載轉矩）最大切削負載轉矩 不得超過伺服電動機的不得超過伺服電動機的額定轉矩額定轉矩 LTMTiTTPFTTffhLM)0002(21max絲杠上的最大軸向載荷（最大軸向進給力與導軌摩絲杠上的

48、最大軸向載荷（最大軸向進給力與導軌摩擦力之和）擦力之和） ；絲杠導程；絲杠導程 。 maxF)(mmPh1.4 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 2）電動機的轉動慣量）電動機的轉動慣量 負載慣量負載慣量 匹配匹配LJMJLMLJJJ4 絲杠螺母預加載荷引起的附加摩擦轉矩、絲杠螺母預加載荷引起的附加摩擦轉矩、絲杠軸承的摩擦轉矩絲杠軸承的摩擦轉矩 21ffTT 、1.4 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 3)3)起動轉矩和加速特性起動轉矩和加速特性 直流伺服電動機和步進電動直流伺服電動機和步進電動機起動時轉速加速過程的時間機起動時轉速加速過程的時間 為為機械時間常數的機械時間常數的4 4倍倍；交流伺服電動

49、機為伺服系統時間常數的一半交流伺服電動機為伺服系統時間常數的一半。 交流伺服電動機也可根據電動機的最大轉矩計算交流伺服電動機也可根據電動機的最大轉矩計算工作臺的加速時間和加速度工作臺的加速時間和加速度atmaxmax30)(TnJJtLMaPJJTahLM2max1.4 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 根據伺服系統的增益根據伺服系統的增益 ，計算所需工作臺的最，計算所需工作臺的最大加速度大加速度 ，并使，并使 略小于略小于 。伺服系統增益。伺服系統增益 ，數控鉆床取小值，數控車床、鏜銑，數控鉆床取小值，數控車床、鏜銑加工中心取大值。伺服系統的時間常數加工中心取大值。伺服系統的時間常數 ，伺服系統

50、要求的最大加速度是在系統常數內，工作臺伺服系統要求的最大加速度是在系統常數內，工作臺的速度從的速度從 變?yōu)樽優(yōu)?，因此，系統需要的加速，因此，系統需要的加速度為度為 。sKmaxamaxa1258sKs1ssKtamaxvmaxvsat.t501.4 伺服電動機選擇伺服電動機選擇 30602maxmaxmaxssKvtva系統需要的加速度系統需要的加速度 為為 maxa 如果結構尚未確定如果結構尚未確定,不能計算部件質量和轉動部不能計算部件質量和轉動部件慣性時，可根據現有機床，在統計分析的基礎上，件慣性時，可根據現有機床，在統計分析的基礎上，類比確定。普通機床的快速移動電動機功率及移動類比確定

51、。普通機床的快速移動電動機功率及移動速度參見下表速度參見下表 1.4 主要技術參數的確定主要技術參數的確定第一章第一章 習題與思考題習題與思考題1-1 機床應滿足那些基本要求？什么是人機關系？機床應滿足那些基本要求？什么是人機關系？1-2 機床設計的內容和步驟是什么？機床設計的內容和步驟是什么？1-3 機床的總體方案擬定包括什么內容？機床總布機床的總體方案擬定包括什么內容？機床總布局的內容和步驟是什么？局的內容和步驟是什么？1-4 機床分配運動的原則是什么？驅動型式如何選機床分配運動的原則是什么？驅動型式如何選擇？擇？1-5 機床的尺寸參數包括的哪些參數？如何確定？機床的尺寸參數包括的哪些參數

52、？如何確定？1-6 怎樣減少機床的振動，減小齒輪的噪聲值？怎樣減少機床的振動，減小齒輪的噪聲值？1-7 機床的運動參數如何確定？等比傳動有何優(yōu)點？機床的運動參數如何確定？等比傳動有何優(yōu)點？通用機床公比選用原則是什么？通用機床公比選用原則是什么？1-8 標準公比有哪些，是根據什么確定的？標準公比有哪些，是根據什么確定的？ 數控機數控機床分級傳動的公比是否為標準值？床分級傳動的公比是否為標準值？ 1-9 機床的動力參數如何選擇？數控機床與普通機機床的動力參數如何選擇？數控機床與普通機床的動力參數確定方法有什么不同？床的動力參數確定方法有什么不同？第一章第一章 習題與思考題習題與思考題第二章第二章

53、機床的傳動設計機床的傳動設計 機床的主傳動系統實現機床的主運動，其末端機床的主傳動系統實現機床的主運動，其末端件直接參與切削加工，形成所需的表面和加工精度。件直接參與切削加工，形成所需的表面和加工精度。且變速范圍寬，傳遞功率大，是機床中最重要的傳且變速范圍寬，傳遞功率大，是機床中最重要的傳動鏈。設計時應滿足下述基本要求：動鏈。設計時應滿足下述基本要求：第二章第二章 機床的傳動設機床的傳動設計計第二章第二章 機床的傳動設計機床的傳動設計1）滿足機床的使用要求，有足夠的變速范圍和）滿足機床的使用要求，有足夠的變速范圍和轉速級數；直線運動機床，應有足夠的雙行程數轉速級數；直線運動機床，應有足夠的雙行

54、程數范圍和變速級數；合理地滿足機床的自動化和生范圍和變速級數；合理地滿足機床的自動化和生產率的要求；有良好的人機關系。產率的要求；有良好的人機關系。2）滿足機床傳遞動力的要求，傳動系統應能傳）滿足機床傳遞動力的要求，傳動系統應能傳遞足夠的功率和扭矩。遞足夠的功率和扭矩。3）滿足機床的工作性能要求，傳動系統應有足夠）滿足機床的工作性能要求，傳動系統應有足夠的剛度、精度、抗振性能和較小的熱變形。的剛度、精度、抗振性能和較小的熱變形。4）滿足經濟性要求。）滿足經濟性要求。第二章第二章 機床的傳動設計機床的傳動設計 第一節(jié)第一節(jié) 分級變速主傳動系統設計分級變速主傳動系統設計一、轉速圖一、轉速圖1、轉速

55、圖概念、轉速圖概念 轉速圖是表示主軸各轉速的傳遞路線和轉速值，轉速圖是表示主軸各轉速的傳遞路線和轉速值，各傳動軸的轉速數列及轉速大小，各傳動副的傳動比各傳動軸的轉速數列及轉速大小，各傳動副的傳動比的線圖。的線圖。 轉速圖包括一點三線：轉速點，轉速線，傳動軸轉速圖包括一點三線：轉速點，轉速線，傳動軸線，傳動線。線，傳動線。 2.1分級變速主傳動系統設計分級變速主傳動系統設計主軸轉速線主軸轉速線 由于主軸的轉速數列是等比數列，所以由于主軸的轉速數列是等比數列，所以主軸轉速線是間距相等的水平線，相鄰轉速線間距主軸轉速線是間距相等的水平線，相鄰轉速線間距為為 。lg轉速點轉速點 主軸和各傳動軸的轉速值

56、，用小圓圈或黑主軸和各傳動軸的轉速值，用小圓圈或黑點表示，轉速圖中的轉速值是對數值。點表示，轉速圖中的轉速值是對數值。傳動軸線傳動軸線 距離相等的鉛垂線。從左到右按傳動的距離相等的鉛垂線。從左到右按傳動的先后順序排列，軸號寫在上面。鉛垂線之間距離相先后順序排列，軸號寫在上面。鉛垂線之間距離相等是為了圖示清楚，不表示傳動軸間距離。等是為了圖示清楚，不表示傳動軸間距離。 2.1分級變速主傳動系統設計分級變速主傳動系統設計傳動線傳動線 兩轉速點之間的連線。傳動線的傾斜方式兩轉速點之間的連線。傳動線的傾斜方式代表傳動比的大小，傳動比大于代表傳動比的大小，傳動比大于1，其對數值為正，其對數值為正，傳動線

57、向上傾斜。傳動線向上傾斜。 傳動比小于傳動比小于1，其對數值為負，傳動線向下傾斜。，其對數值為負，傳動線向下傾斜。傾斜程度表示了升降速度的大小。傾斜程度表示了升降速度的大小。 一個主動轉速點引出的傳動線的數目，代表該變一個主動轉速點引出的傳動線的數目，代表該變速組的傳動副數；平行的傳動線是一條傳動線，只是速組的傳動副數；平行的傳動線是一條傳動線，只是主動轉速點不同。主動轉速點不同。 2.1轉速圖原理轉速圖原理2 2、轉速圖原理、轉速圖原理 通常，我們按照動力傳遞的順序（從電動機到執(zhí)通常，我們按照動力傳遞的順序（從電動機到執(zhí)行件的先后順序）即傳動順序分析機床的轉速圖。按行件的先后順序）即傳動順序

58、分析機床的轉速圖。按傳動順序，變速組依次為第一變速組、第二變速組、傳動順序，變速組依次為第一變速組、第二變速組、第三變速組第三變速組，分別用，分別用a、b、c表示。表示。 2.1轉速圖原理轉速圖原理 2.1轉速圖原理轉速圖原理13636141. 11423012148243221aaaiii第一變速組第一變速組 （軸（軸之間的變速），之間的變速）， ；傳動比分傳動比分 別是別是:3aPa 2.1轉速圖原理轉速圖原理1:1:1:1:22123aaaiii變速組變速組 的級比指數的級比指數a 2.1轉速圖原理轉速圖原理1ax變速范圍：變速范圍： 221)(Pxaaar級比指數級比指數 ： 2.1轉

59、速圖原理轉速圖原理rxP0113 12102()()30P10 x 級比等于公比或級比指數等于級比等于公比或級比指數等于1的變速組稱為基的變速組稱為基本組?；窘M的傳動副數，用本組。基本組的傳動副數，用 表示，級比指數用表示，級比指數用 表示，變速范圍表示，變速范圍 表示。表示。0P0 x0r 2.1轉速圖原理轉速圖原理1424241.1182.216222231bbii 第二變速組第二變速組 b（軸（軸間的變速組），間的變速組）， Pb=2,傳傳動比分別是動比分別是 :21P31xrxPPP11132 131101282()()(). 2.1轉速圖原理轉速圖原理 經第一擴大組后，機床得到經第

60、一擴大組后，機床得到 P0P1級連續(xù)而不級連續(xù)而不重復的等比數列轉速。重復的等比數列轉速。 級比指數等于基本組傳動副數的變速組稱為第級比指數等于基本組傳動副數的變速組稱為第一擴大組，其傳動副數、級比指數、變速范圍分別一擴大組，其傳動副數、級比指數、變速范圍分別用用 表示表示 。 111rxP、 2.1轉速圖原理轉速圖原理2241230601417218ccii第三變速組第三變速組 （軸（軸之間的變速組），之間的變速組）， 傳動比分別是傳動比分別是 c2Pc 2.1轉速圖原理轉速圖原理22P610112PPPxxrxPP P P2113 2 2 16220 128()()() 級比指數等于級比指