第六章 機(jī)床的總體設(shè)計(jì)

1、2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容6-1、機(jī)床總體設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求、機(jī)床總體設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求6-2、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟（重點(diǎn)）、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟（重點(diǎn)）6-3、機(jī)床的總布局、機(jī)床的總布局6-4、機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定（難點(diǎn)）、機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定（難點(diǎn)）3第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求q總體原則：質(zhì)量好、效率高、重量輕、質(zhì)量好、效率高、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。q基本要求：工藝范圍工藝范圍生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度可靠性可靠性機(jī)床的效率和壽命機(jī)床的效率和壽命系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化

2、程度系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度其其 他他41 1、工藝范圍、工藝范圍 定義：機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。 包括：機(jī)床可以完成的工序種類； 零件的類型、材料和尺寸范圍； 生產(chǎn)率和加工零件的單件成本； 毛坯的種類； 適用的生產(chǎn)規(guī)模； 加工精度和表面粗糙度。 單件或小批生產(chǎn)的機(jī)床，工藝范圍應(yīng)寬。 專用機(jī)床和專門化機(jī)床，多應(yīng)用于大批量生產(chǎn)?？s小機(jī)床工藝范圍以簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)、提高效率、保證質(zhì)量、降低成本。52 2、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度、生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度 提高生產(chǎn)率，縮短工作時(shí)間，包括切削加工時(shí)間、輔助時(shí)間。縮短切削加工時(shí)間,采用先進(jìn)刀具，提高切削速度、進(jìn)給速度、加大切削深度等。 提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，減輕

3、工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證加工精度及精度的穩(wěn)定性。 在小批、單件和形狀復(fù)雜的工件的生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床的使用日益增多，其主要特點(diǎn)是有很大的柔性，靈活性大，不需要設(shè)計(jì)專用的工裝，適應(yīng)能力強(qiáng)、生產(chǎn)率高，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。 在大批大量生產(chǎn)中，則常采用自動(dòng)化單機(jī)或自動(dòng)線的方法來提高自動(dòng)化程度。63 3、加工精度和表面粗糙度、加工精度和表面粗糙度 加工精度：被加工零件在形狀、尺寸和相互位置方面所能達(dá)到的準(zhǔn)確程度。 機(jī)床的精度包括： 幾何精度決定于機(jī)床主要部件的幾何形狀和相互位置。 傳動(dòng)精度指機(jī)床工作部件和零件運(yùn)動(dòng)的均勻性與協(xié)調(diào)性，對內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈具有重要的意義。 運(yùn)動(dòng)精度指機(jī)床在以工作速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要零

4、部件的幾何位置精度 定位精度指機(jī)床主要部件在運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)所達(dá)到實(shí)際位置的精度。7 表面粗糙度：工件表面粗糙度與下列因素有關(guān)：工件和刀具的材料，進(jìn)給量，刀具的幾何形狀，切削時(shí)的振動(dòng)。 剛度。剛度指機(jī)床各零部件抵抗彈性變形的能力。 機(jī)床的熱變形也影響加工精度 抗振性。機(jī)床抵抗受迫振動(dòng)的能力。和機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼特性、主要零部件的固有頻率有關(guān)。機(jī)床抵抗切削自激振動(dòng)的能力稱為切削穩(wěn)定性。84 4、可靠性、可靠性 在額定壽命期內(nèi)，在特定工作條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率。 由于故障會(huì)造成加工件中的部分廢品，故可靠性常用廢品率來表示，廢品率低則可靠性好。5 5、機(jī)床的效率和壽命、機(jī)床的效率和壽命 效率效率

5、：消耗于切削的有效功率與電動(dòng)機(jī)：消耗于切削的有效功率與電動(dòng)機(jī)輸出功率之比。兩者的差值輸出功率之比。兩者的差值= =損失。主要損失。主要是摩擦損失，而摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱量，引是摩擦損失，而摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱量，引起機(jī)床的熱變形。起機(jī)床的熱變形。9 壽命：機(jī)床保持它具有加工精度的使用期限。壽命期內(nèi)的正常條件下，機(jī)床不喪失設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的精度性能，稱精度保持性。 確保和提高機(jī)床壽命，主要是提高一些關(guān)鍵性零件的耐磨性，并使主要傳動(dòng)件的疲勞壽命和它相適應(yīng)。 中小型機(jī)床，壽命約八年。6 6、系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度、系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度 產(chǎn)品系列化、零部件通用化和標(biāo)準(zhǔn)化簡稱“三化”。 目的：便于機(jī)床設(shè)計(jì)

6、、使用與維修。107 7、其、其 他他 人機(jī)關(guān)系 操縱方便、省力、容易掌握 噪聲、油霧、粉塵和腐蝕介質(zhì)都是對人體有害的。 外形：美觀大方的造型，適宜的色彩，均能使操作者有舒適宜人的感覺。11一、有關(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法一、有關(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法1.機(jī)械設(shè)計(jì)要有創(chuàng)造性2.堅(jiān)持為用戶服務(wù)3.發(fā)展機(jī)床零部件專業(yè)廠第二節(jié)、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟第二節(jié)、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟12二、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟二、機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟1、研究設(shè)計(jì)要求、檢索資料；研究設(shè)計(jì)要求、檢索資料；2、擬定方案；擬定方案；3、技術(shù)設(shè)計(jì)；技術(shù)設(shè)計(jì)；4、工作圖設(shè)計(jì)；工作圖設(shè)計(jì)；5、編制技術(shù)文件；編制技術(shù)文件；6、對圖樣進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查對圖樣進(jìn)行工藝審

7、查和標(biāo)準(zhǔn)化審查；7、樣機(jī)試制和鑒定。樣機(jī)試制和鑒定。13第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)床的總布局機(jī)床的總布局任務(wù)：任務(wù)：解決解決機(jī)床各部件間的機(jī)床各部件間的相對運(yùn)動(dòng)和相對位相對運(yùn)動(dòng)和相對位置置的關(guān)系，并使機(jī)床的關(guān)系，并使機(jī)床具有協(xié)調(diào)完美的造型。具有協(xié)調(diào)完美的造型。合理的總體布局應(yīng)滿足的基本要求：合理的總體布局應(yīng)滿足的基本要求： 保證工藝方法所需要的工件和刀具的相對位置保證工藝方法所需要的工件和刀具的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)。和相對運(yùn)動(dòng)。 保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗震性。度和抗震性。 便于觀察加工過程，便于操作，調(diào)整和修理機(jī)便于觀察加工過程，便于操作，調(diào)整

8、和修理機(jī)床，便于輸送裝卸工件和排除抗屑，并保證工床，便于輸送裝卸工件和排除抗屑，并保證工件安全。件安全。 經(jīng)濟(jì)性好。為節(jié)省材料，減少機(jī)床占地面積。經(jīng)濟(jì)性好。為節(jié)省材料，減少機(jī)床占地面積。14影響機(jī)床總體布局的主要因素：影響機(jī)床總體布局的主要因素： 表面成形方法。表面成形方法。 工件尺寸。工件尺寸。 工件技術(shù)要求。工件技術(shù)要求。 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率。生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率。 其它因素：結(jié)構(gòu)、操作、外形、占地、運(yùn)輸其它因素：結(jié)構(gòu)、操作、外形、占地、運(yùn)輸和吊裝等。和吊裝等。15一、尺寸參數(shù)一、尺寸參數(shù) 機(jī)床尺寸參數(shù)的確定，主要是確定影響機(jī)床加工性能的一些尺寸。其中包括機(jī)床的主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參

9、數(shù)。 機(jī)床的主參數(shù)是代表機(jī)床規(guī)格大小的一種參數(shù)，各類機(jī)床以什么尺寸作為主參數(shù)已有統(tǒng)一的規(guī)定。第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)床主要參數(shù)的確定機(jī)床主要參數(shù)的確定 機(jī)床的主要參數(shù)包括：尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)。16運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件（主軸和工作臺）的速度。1、主運(yùn)動(dòng)參數(shù)、主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速（r/min）與切削速度的關(guān)系是：式中： n 轉(zhuǎn)速（ r/min )； v 切削速度（ m/min )； d 工件（或刀具）直徑（mm）。 主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如插床或刨床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是每分鐘的往復(fù)次數(shù)。二、運(yùn)動(dòng)參數(shù)二、運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1000vnd17回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的進(jìn)給量用

10、工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移表示，即單位為mm/r，如車床、鉆床、鏜床及滾齒機(jī)等。直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，以每一往復(fù)的位移表示，如刨、插床，。銑床和磨床，由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為r/min 。3 3、標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列、標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 機(jī)床轉(zhuǎn)速是從小到大遞增的，因此 1 。為使最大相對轉(zhuǎn)速損失率不超過 50 % ，即 則2 ，因此12。2 2、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)18 為方便起見，規(guī)定了公比的標(biāo)準(zhǔn)值： 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。4 4、公比的選用、公比的選用 當(dāng)確定了最高與最低轉(zhuǎn)速以后，就應(yīng)選取公比。從使用性能方面考慮，

11、公比最好選得小一些，以便減少相對轉(zhuǎn)速損失。但公比越小，級數(shù)就越多，將使機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于一般生產(chǎn)率要求較高的普通機(jī)床，減少相對轉(zhuǎn)速損失是主要的，所以公比取得較小，如=1.26或1.41等。有些小型機(jī)床希望簡化構(gòu)造，公比可取得大些，如1.58或=2等。19三三、動(dòng)力參數(shù)、動(dòng)力參數(shù) 動(dòng)力參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的功率，液壓缸的牽引力，液壓馬達(dá)、伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。各傳動(dòng)件的參數(shù)（軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數(shù)等）都是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的。如果動(dòng)力參數(shù)定得過大，將使機(jī)床過于笨重，浪費(fèi)材料和電力；如果定得過小，又將影響機(jī)床的性能。動(dòng)力參數(shù)可以通過調(diào)查、試驗(yàn)和計(jì)算的方法進(jìn)行確定。201 1、

12、主運(yùn)動(dòng)功率的確定主運(yùn)動(dòng)功率的確定 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的功率，包括切削功率、空轉(zhuǎn)功率損失和附加機(jī)械摩擦損失三部分。進(jìn)行切削加工時(shí)，要消耗切削功率P切（kw）。它與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關(guān)。若是普通機(jī)床，則刀具與工件的材料和切削用量的變化都相當(dāng)大。通常，可根據(jù)機(jī)床檢驗(yàn)時(shí)所要求的重負(fù)荷切削條件來確定。21 機(jī)床的空轉(zhuǎn)功率損失只隨主軸和其他各軸轉(zhuǎn)速的變化而改變。中型機(jī)床主傳動(dòng)鏈的空轉(zhuǎn)功率損失可用下列的試驗(yàn)公式進(jìn)行估算： da 主運(yùn)動(dòng)鏈中除主軸外所有傳動(dòng)軸軸頸的平均直徑；d主 主軸前后軸頸的平均值（mm); ni 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為n主時(shí)，傳動(dòng)鏈內(nèi)除主軸外各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速之和；n主 主軸轉(zhuǎn)速（r/

13、min) ; k1 潤滑油粘度影響的修正系數(shù)。 N46 號機(jī)械油，k1= 1；N32號機(jī)械油，k1= 0.9；N15 號機(jī)械油，kl= 0.75 ; k2 系數(shù)。主軸用兩支承的滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，k28.5 ；三支承滾動(dòng)軸承，k2=1022 機(jī)床在切削時(shí)，齒輪、軸承等零件上的正壓力加大了，功率的損耗也加大了。比P空多出來的那部分功率損耗，稱為附加機(jī)械摩擦損失功率P機(jī)。切削功率越大，這部分損失也越大。綜上所述，主電動(dòng)機(jī)功率（kw）為： 式中l(wèi)、2、3 主運(yùn)動(dòng)鏈中各傳動(dòng)副的機(jī)械效率，見表 7-2 。pppppp切切主空空機(jī)機(jī)1 2 3機(jī)232、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率的確定 在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的

14、普通機(jī)床上，如臥式車床和鉆床，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所消耗的功率與主運(yùn)動(dòng)相比是很小的，因此可以忽略進(jìn)給所需的功率。在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與空行程運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)床上，如升降臺銑床，也可以忽略進(jìn)給所需的功率，因?yàn)槭股蹬_快速上升所需的空行程運(yùn)動(dòng)功率比進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率大得多。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用單獨(dú)的普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)床，需要確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需的功率。24 進(jìn)給功率（kw）可根據(jù)進(jìn)給牽引力FQ（N)，進(jìn)給速度vs(m/min）和機(jī)械效率s，滑動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)給牽引力FQ的估算公式如下：三角形或三角形與矩形綜合導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌： 鉆床主軸： 25式中 ：G 移動(dòng)部件的重力（N），G = mg ; Fx、FY、Fz切削力的三向分力。其中Fz沿導(dǎo)軌的縱向（N)，見下圖。26f 當(dāng)量摩擦系數(shù)；f一鉆床主軸套筒上的摩擦系數(shù)； k 考慮顛覆力矩影響的系數(shù)； d 主軸直徑（mm) ; T 主軸上的轉(zhuǎn)矩（Nmm）273 3、快速運(yùn)動(dòng)功率的確定、快速運(yùn)動(dòng)功率的確定 快速運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)往往是滿載起動(dòng)，移動(dòng)件較重，加速度也較大，因此計(jì)算時(shí)必須考慮慣性力。各運(yùn)動(dòng)件在電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2），可根據(jù)動(dòng)能守恒定理，由式?jīng)Q定：式中：Jk 旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2） k 各旋轉(zhuǎn)件的角速度（rad/s); mi 直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）; vi 直線運(yùn)動(dòng)件的速度（m/s); 電動(dòng)機(jī)的角速度（