第六章 机床的总体设计

第六章机床的总体设计2本章主要内容6-1、机床总体设计应满足的基本要求6-2、机床设计的步骤（重点）6-3、机床的总布局6-4、机床主要技术参数的确定（难点）3第一节机床设计应满足的基本要求总体原则：质量好、效率高、重量轻、体积小、结构简单、使用方便。基本要求：工艺范围生产率和自动化程度加工精度和表面粗糙度可靠性机床的效率和寿命系列化、通用化、标准化程度其他41、工艺范围定义：机床适应不同生产要求的能力。包括：机床可以完成的工序种类；零件的类型、材料和尺寸范围；生产率和加工零件的单件成本；毛坯的种类；适用的生产规模；加工精度和表面粗糙度。单件或小批生产的机床，工艺范围应宽。专用机床和专门化机床，多应用于大批量生产。缩小机床工艺范围以简化机床结构、提高效率、保证质量、降低成本。52、生产率和自动化程度提高生产率，缩短工作时间，包括切削加工时间、辅助时间。缩短切削加工时间,采用先进刀具，提高切削速度、进给速度、加大切削深度等。提高机床的自动化程度，减轻工人劳动强度，保证加工精度及精度的稳定性。在小批、单件和形状复杂的工件的生产中，数控机床的使用日益增多，其主要特点是有很大的柔性，灵活性大，不需要设计专用的工装，适应能力强、生产率高，是实现机床自动化的一个重要发展方向。在大批大量生产中，则常采用自动化单机或自动线的方法来提高自动化程度。63、加工精度和表面粗糙度加工精度：被加工零件在形状、尺寸和相互位置方面所能达到的准确程度。机床的精度包括：⑴几何精度—决定于机床主要部件的几何形状和相互位置。⑵传动精度—指机床工作部件和零件运动的均匀性与协调性，对内联传动链具有重要的意义。⑶运动精度—指机床在以工作速度运转时主要零部件的几何位置精度⑷定位精度—指机床主要部件在运动终点所达到实际位置的精度。7表面粗糙度：工件表面粗糙度与下列因素有关：工件和刀具的材料，进给量，刀具的几何形状，切削时的振动。刚度。刚度指机床各零部件抵抗弹性变形的能力。机床的热变形也影响加工精度抗振性。机床抵抗受迫振动的能力。和机床的结构刚度、阻尼特性、主要零部件的固有频率有关。机床抵抗切削自激振动的能力称为切削稳定性。84、可靠性在额定寿命期内，在特定工作条件下和规定时间内出现故障的几率。由于故障会造成加工件中的部分废品，故可靠性常用废品率来表示，废品率低则可靠性好。5、机床的效率和寿命效率：消耗于切削的有效功率与电动机输出功率之比。两者的差值=损失。主要是摩擦损失，而摩擦损失转化为热量，引起机床的热变形。9寿命：机床保持它具有加工精度的使用期限。寿命期内的正常条件下，机床不丧失设计时所规定的精度性能，称精度保持性。确保和提高机床寿命，主要是提高一些关键性零件的耐磨性，并使主要传动件的疲劳寿命和它相适应。中小型机床，寿命约八年。6、系列化、通用化、标准化程度产品系列化、零部件通用化和标准化简称“三化”。目的：便于机床设计、使用与维修。107、其他人机关系操纵方便、省力、容易掌握噪声、油雾、粉尘和腐蚀介质都是对人体有害的。外形：美观大方的造型，适宜的色彩，均能使操作者有舒适宜人的感觉。11一、有关机床设计的几点看法1.机械设计要有创造性2.坚持为用户服务3.发展机床零部件专业厂第二节、机床设计的步骤12二、机床设计的步骤1、研究设计要求、检索资料；2、拟定方案；3、技术设计；4、工作图设计；5、编制技术文件；6、对图样进行工艺审查和标准化审查；7、样机试制和鉴定。13第三节机床的总布局任务：解决机床各部件间的相对运动和相对位置的关系，并使机床具有协调完美的造型。合理的总体布局应满足的基本要求：•保证工艺方法所需要的工件和刀具的相对位置和相对运动。•保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗震性。•便于观察加工过程，便于操作，调整和修理机床，便于输送装卸工件和排除抗屑，并保证工件安全。•经济性好。为节省材料，减少机床占地面积。14影响机床总体布局的主要因素：•表面成形方法。•工件尺寸。•工件技术要求。•生产规模和生产率。•其它因素：结构、操作、外形、占地、运输和吊装等。15一、尺寸参数机床尺寸参数的确定，主要是确定影响机床加工性能的一些尺寸。其中包括机床的主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数。机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数，各类机床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。第四节机床主要参数的确定机床的主要参数包括：尺寸参数、运动参数、动力参数。16运动参数是指机床运动部件（主轴和工作台）的速度。1、主运动参数主运动是回转运动的机床，主运动参数是主轴转速。转速（r/min）与切削速度的关系是：式中：n―转速（r/min)；v―切削速度（m/min)；d―工件（或刀具）直径（mm）。主运动是直线运动的机床，如插床或刨床，主运动参数是每分钟的往复次数。二、运动参数1000vnd17回转运动机床的进给量用工件或刀具每转的位移表示，即单位为mm/r，如车床、钻床、镗床及滚齿机等。直线往复运动的机床，以每一往复的位移表示，如刨、插床，。铣床和磨床，由于使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移量表示，即单位为r/min。3、标准公比和标准数列机床转速是从小到大递增的，因此φ＞1。为使最大相对转速损失率不超过50%，即则φ≤2，因此1＜Ф≤2。2、进给运动参数18为方便起见，规定了公比的标准值：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,2。4、公比的选用当确定了最高与最低转速以后，就应选取公比Ф。从使用性能方面考虑，公比最好选得小一些，以便减少相对转速损失。但公比越小，级数就越多，将使机床的结构复杂。对于一般生产率要求较高的普通机床，减少相对转速损失是主要的，所以公比取得较小，如Ф=1.26或Ф＝1.41等。有些小型机床希望简化构造，公比Ф可取得大些，如Ф＝1.58或Ф=2等。19三、动力参数动力参数包括电动机的功率，液压缸的牵引力，液压马达、伺服电动机或步进电动机的额定转矩等。各传动件的参数（轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等）都是根据动力参数设计计算的。如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力；如果定得过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通过调查、试验和计算的方法进行确定。201、主运动功率的确定机床主运动的功率，包括切削功率、空转功率损失和附加机械摩擦损失三部分。进行切削加工时，要消耗切削功率P切（kw）。它与刀具材料、工件材料和所选用的切削用量的大小有关。若是普通机床，则刀具与工件的材料和切削用量的变化都相当大。通常，可根据机床检验时所要求的重负荷切削条件来确定。21机床的空转功率损失只随主轴和其他各轴转速的变化而改变。中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的试验公式进行估算：da―主运动链中除主轴外所有传动轴轴颈的平均直径；d主―主轴前后轴颈的平均值（mm);Σni―当主轴转速为n主时，传动链内除主轴外各传动轴的转速之和；n主—主轴转速（r/min);k1―润滑油粘度影响的修正系数。N46号机械油，k1=1；N32号机械油，k1=0.9；N15号机械油，kl=0.75;k2―系数。主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承，k2＝8.5；三支承滚动轴承，k2=1022机床在切削时，齿轮、轴承等零件上的正压力加大了，功率的损耗也加大了。比P空多出来的那部分功率损耗，称为附加机械摩擦损失功率P机。切削功率越大，这部分损失也越大。综上所述，主电动机功率（kw）为：式中ηl、η2、η3…―主运动链中各传动副的机械效率，见表7-2。pppppp切切主空空机机123机232、进给运动功率的确定在进给运动与主运动共用一个电动机的普通机床上，如卧式车床和钻床，由于进给运动所消耗的功率与主运动相比是很小的，因此可以忽略进给所需的功率。在进给运动与空行程运动共用一个电动机的机床上，如升降台铣床，也可以忽略进给所需的功率，因为使升降台快速上升所需的空行程运动功率比进给运动的功率大得多。进给运动采用单独的普通电动机的机床，需要确定进给运动所需的功率。24进给功率（kw）可根据进给牵引力FQ（N)，进给速度vs(m/min）和机械效率ηs，滑动导轨进给牵引力FQ的估算公式如下：①三角形或三角形与矩形综合导轨：②矩形导轨：③燕尾形导轨：④钻床主轴：25式中：G―移动部件的重力（N），G=mg;Fx、FY、Fz―切削力的三向分力。其中Fz沿导轨的纵向（N)，见下图。26f’―当量摩擦系数；f一钻床主轴套筒上的摩擦系数；k―考虑颠覆力矩影响的系数；d―主轴直径（mm);T―主轴上的转矩（N·mm）273、快速运动功率的确定快速运动电动机往往是满载起动，移动件较重，加速度也较大，因此计算时必须考虑惯性力。各运动件在电机轴上的当量转动惯量（kg·m2），可根据动能守恒定理，由式决定：式中：Jk―旋转件的转动惯量（kg·m2）ωk―各旋转件的角速度（rad/s);mi―直线运动件的质量（kg）;vi―直线运动件的速度（m/s);ω―电动机的角速度（rad/s）。28克服惯性的转矩为：式中，ta―电动机起动加速过程的时间（s）。•克服惯性需要的功率（kw）为：式中，n―电动机转速（r/min);η―传动机构的机械效率。29•快速移动部件多半重量较大如果是升降运动，则克服质量和摩擦力所需的功率（kw）为：如果是水平移动，则克服质量和摩擦力所需的功率（kw）为：•由此可得空行程电动机的功率（kw）应为：P空＝Pl+P2•应该指出的是，P1仅存在于起动过程，当运动部件达到正常速度，P1即消失。