1、 機械制造裝備設計機械制造裝備設計 第一章第一章 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計機械與動力工程學院機械與動力工程學院第一章第一章 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求第二節第二節 機床的設計步驟機床的設計步驟第三節第三節 機床的總體布局機床的總體布局第四節第四節 機床主要技術參數的確定機床主要技術參數的確定一、機床應具有的性能指標一、機床應具有的性能指標二、人機關系二、人機關系第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求1 工藝范圍工藝范圍工藝范圍：工藝范圍：指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工工件類型、加

2、工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型等。機床工藝范圍取決于使用什么生產模式機床工藝范圍取決于使用什么生產模式。單件小批生產模式-通用機床大批量生產模式-專用機床多品種小批量生產模式-專門化機床一、機床應具有的性能指標一、機床應具有的性能指標第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（1）工藝范圍）工藝范圍工藝范圍：工藝范圍：指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型等。機床工藝范圍取決于使用什么生產模式機床工藝范圍取決于使用什么生產模式。

3、單件小批生產模式-通用機床大批量生產模式-專用機床多品種小批量生產模式-專門化機床一、機床設計應滿足的基本要求一、機床設計應滿足的基本要求第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（1）工藝范圍）工藝范圍工藝范圍：工藝范圍：指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型等。機床工藝范圍取決于使用什么生產模式機床工藝范圍取決于使用什么生產模式。單件小批生產模式-通用機床大批量生產模式-專用機床多品種小批量生產模式-專門化機床一、機床設計應滿足的基本要求一、機床設計應滿足的基本要求第一節第一節 機床的基本要

4、求機床的基本要求第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（1）工藝范圍）工藝范圍工藝范圍：工藝范圍：指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型等。機床工藝范圍取決于使用什么生產模式機床工藝范圍取決于使用什么生產模式。單件小批生產模式-通用機床大批量生產模式-專用機床多品種小批量生產模式-專門化機床機床的工藝范圍直接影響到機床結構的復雜程度、設計制機床的工藝范圍直接影響到機床結構的復雜程度、設計制造成本、加工效率和自動化程度造成本、加工效率和自動化程度。數控機床的發展。數控機床的發展。一、機床設計應

5、滿足的基本要求一、機床設計應滿足的基本要求第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性機床在空載條件下，在不運動機床在空載條件下，在不運動或運動速度比較低時各主要部

6、或運動速度比較低時各主要部件的形狀、相對位置和相對運件的形狀、相對位置和相對運動的精確程度。動的精確程度。它主要決定于結構設計、制造它主要決定于結構設計、制造和裝配質量。和裝配質量。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性機床空載并以工作速度運動時，機床空載并以工作速度運動時，執行部件的幾何位置精度，運執行部件的幾何位置精度，運動精度是評價機床質量的一個動精度是評價機床質量的一個重要指標，與結構設計及制造重要指標，與結構設計及制造等因素有關。等因素有關。（4）精度）精度:加工過程中獲得零件

7、加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性傳動精度是指機床傳動系統各傳動精度是指機床傳動系統各末端執行件之間運動協調性和末端執行件之間運動協調性和均勻性。影響傳動精度的主要均勻性。影響傳動精度的主要因素是傳動系統的設計、傳動因素是傳動系統的設計、傳動元件的制造和裝配精度。元件的制造和裝配精度。（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度

8、運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性定位精度是指機床的定位部件定位精度是指機床的定位部件運動到達規定位置的精度。定運動到達規定位置的精度。定位精度直接影響到被加工工件位精度直接影響到被加工工件的尺寸精度和形位精度。的尺寸精度和形位精度。（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性機床的工作精度是指規定的試機床的工作精度是指規定的試件的加工精度

9、。工作精度是各件的加工精度。工作精度是各種因素綜合影響的結果。種因素綜合影響的結果。（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求運動精度運動精度傳動精度傳動精度定位精度定位精度工作精度工作精度幾何精度：幾何精度：精度保持性精度保持性在規定工作時間內，保持機床在規定工作時間內，保持機床所所要求精度的能力，稱為精所所要求精度的能力，稱為精度保持性。影響精度保持性的度保持性。影響精度保持性的主要因素是磨損。主要因素是磨損。（4）精度）精度:加工過程中獲得零件加工精度等級的能力。加工過程中獲得零件加工精度等級的

10、能力。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（5）剛度）剛度:指機床受載時抵抗變形的能力指機床受載時抵抗變形的能力靜剛度靜剛度動剛度動剛度指加工過程中，在切削力作用下，抵抗刀具相對于工件在影響加工精度方向變形的能力。整機剛度的概念：整機剛度的概念：機床是由許多構件結合而成的機床是由許多構件結合而成的，在載荷作用下各構件及結合，在載荷作用下各構件及結合部都會產生變形，這些變形直部都會產生變形，這些變形直接或間接地引起刀具和工件之接或間接地引起刀具和工件之間的相對位移，此位移的大小間的相對位移，此位移的大小代表了機床的整機剛度。代表了機床的整機剛度。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（

11、6）機床抗振能力：機床在交變載荷作用下，抵抗）機床抗振能力：機床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力變形的能力 受迫振動受迫振動自激振動自激振動抗振性抗振性切削穩定性切削穩定性影響原因影響原因1、機床的剛度、機床的剛度2、機床的阻尼特性、機床的阻尼特性3、機床的固有頻率、機床的固有頻率改進措施改進措施第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（7）熱變形）熱變形由于機床各部位的溫升不同，不同材料的熱由于機床各部位的溫升不同，不同材料的熱膨脹系數不同，機床各部分材料產生的熱膨脹量膨脹系數不同，機床各部分材料產生的熱膨脹量不同，就會導致機床不同，就會導致機床床身床身、主軸主軸和和刀架刀架等構件產等構件

12、產生變形，稱之為生變形，稱之為機床熱變形機床熱變形。通過溫度場分析機床熱源及其對熱變形的影響。通過溫度場分析機床熱源及其對熱變形的影響。設計機床時采取相應措施。設計機床時采取相應措施。第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求（10）自動化程度）自動化程度（11）生產率）生產率（13）生產周期）生產周期（14）可靠性）可靠性（15）造型與色彩）造型與色彩（12）生產成本）生產成本第一節第一節 機床的基本要求機床的基本要求一、總體設計一、總體設計二、技術設計二、技術設計第二節第二節 機床的設計步驟機床的設計步驟三、零件設計三、零件設計四、樣機試制和實驗鑒定四、樣機試制和實驗鑒定機床設計步驟機床設

13、計步驟技術設計任務書技術設計任務書確定結構原理方案確定結構原理方案總體設計總體設計結構設計結構設計工藝設計工藝設計機床整機綜合評價機床整機綜合評價定型設計定型設計滿足設計要求滿足設計要求 否否 是是產品規劃產品規劃方案設計方案設計技術設計技術設計工藝設計工藝設計機床設計步驟機床設計步驟技術設計任務書技術設計任務書確定結構原理方案確定結構原理方案總體設計總體設計結構設計結構設計工藝設計工藝設計機床整機綜合評價機床整機綜合評價定型設計定型設計滿足設計要求滿足設計要求 否否 是是根據初步設計方案，在充根據初步設計方案，在充分理解原理解的基礎上，分理解原理解的基礎上，確定被設計機床的主要結確定被設計機

14、床的主要結構原理方案：構原理方案：（1）機床的工藝范圍）機床的工藝范圍（2）加工工件類型、生）加工工件類型、生產率、產率、 批量要求批量要求（3）機床性能指標）機床性能指標（4）確定機床主要參數）確定機床主要參數（5）驅動方式）驅動方式（6）結構原理等）結構原理等在此基礎上對主要功能結在此基礎上對主要功能結構進行構思，初步確定機構進行構思，初步確定機床材料形狀等，進行粗略床材料形狀等，進行粗略的結構設計。的結構設計。機床設計步驟機床設計步驟技術設計任務書技術設計任務書確定結構原理方案確定結構原理方案總體設計總體設計結構設計結構設計工藝設計工藝設計機床整機綜合評價機床整機綜合評價定型設計定型設計

15、滿足設計要求滿足設計要求 否否 是是將結構原理方案進一步具將結構原理方案進一步具體化，主要包括：體化，主要包括：（1）機床的運動功能設計）機床的運動功能設計（2）主要參數設計）主要參數設計（3）機床總體結構方案，）機床總體結構方案，包括運動功能分配、總體包括運動功能分配、總體結構布局和結構方案圖等結構布局和結構方案圖等（4）系統原理設計，包括）系統原理設計，包括傳動系統、液壓系統、控傳動系統、液壓系統、控制系統等。制系統等。（5）經濟核算等）經濟核算等在此階段，可對多種方案在此階段，可對多種方案進行綜合評價，選擇好的進行綜合評價，選擇好的方案。方案。機床設計步驟機床設計步驟技術設計任務書技術設

16、計任務書確定結構原理方案確定結構原理方案總體設計總體設計結構設計結構設計工藝設計工藝設計機床整機綜合評價機床整機綜合評價定型設計定型設計滿足設計要求滿足設計要求 否否 是是產品規劃產品規劃方案設計方案設計技術設計技術設計工藝設計工藝設計虛虛擬擬樣樣機機第二節第二節 機床的設計步驟機床的設計步驟第三節第三節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論一、機床的運動學原理一、機床的運動學原理不同的機床因其加工功能（加工方法、工件類型、加工不同的機床因其加工功能（加工方法、工件類型、加工表面形狀等）的不同，實現加工功能所需要的運動也不表面形狀等）的不同，實現加工功能所需要的運動也不同。同。

17、第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論機床中嚴格的運動關系在機械傳動的機床中是靠嚴格的機床中嚴格的運動關系在機械傳動的機床中是靠嚴格的內聯動齒輪來實現的，在數控機床中是通過坐標軸的聯內聯動齒輪來實現的，在數控機床中是通過坐標軸的聯動來實現的。動來實現的。所謂所謂機床運動學機床運動學是研究、分析和實現機床期望的加工功是研究、分析和實現機床期望的加工功能所需要的運動功能配置。即配置什么樣的運動功能才能所需要的運動功能配置。即配置什么樣的運動功能才能實現機床所需要的加工功能。能實現機床所需要的加工功能。（一）機床的工作原理（一）機床的工作原理機床的基本工作原理：機床的基本

18、工作原理：通過刀具與工件之間的相對運動相對運動，由刀具切除工件上多余的金屬材料，使工件具有要求的尺寸和精度的幾何形狀。第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論車外圓面車外圓面車成形面車成形面車床上鏜孔車床上鏜孔磨外圓面磨外圓面鉆孔鉆孔銑平面銑平面銑成形面銑成形面（一）機床的工作原理（一）機床的工作原理可以看出：可以看出：工件的加工表面是通過機床上刀具與工件的相對運動而形成的。第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論分析機床的工作原理就要分析機床的運動功能。分析機床的運動功能需要了解工件表面的形成方法。第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金

19、屬切削機床設計的基本理論（二）工件表面的形成方法（二）工件表面的形成方法1、幾何表面的形成原理、幾何表面的形成原理任何一個表面可以看作一條曲線（直線）沿著另一條任何一個表面可以看作一條曲線（直線）沿著另一條曲線（直線）運動的軌跡。曲線（直線）運動的軌跡。發生線發生線 母線母線 導線導線幾何表面的形成原理圖示幾何表面的形成原理圖示12a) 平面平面12b) 圓柱面圓柱面12c) 平面平面12d) 圓錐面圓錐面1母線母線2導線導線2e) 自由曲面自由曲面第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：

20、發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第

21、二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及

22、加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論2、發生線及加工表面的形成方法、發生線及加工表面的形成方法發生線形成方法有四種：發生線形成方法有四種：（1）軌跡法）軌跡法（2）成形法）成形法（3）相切法）相切法（4）展成法）展成法加工表面的形成方法加工表面的形成方法是母線形成方法和導線形成方法的是母線形成方法和導線形成方法的組合。因此，加工表面形成所需的刀具與工件之間的相組合。因此，加工表面形成所需的刀具與工件之間的相對運動也是形成母線

23、和導線所需相對運動的組合。對運動也是形成母線和導線所需相對運動的組合。第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（三）運動分類（三）運動分類1、按運動的功能來分、按運動的功能來分完成一個表面的加工所需要的最完成一個表面的加工所需要的最基本的運動，根據運動在表面形基本的運動，根據運動在表面形成中的功能，又可分為成中的功能，又可分為主運動主運動和和形狀創成運動。形狀創成運動。圖圖3-3舉例說明舉例說明切入運動、分度運動、輔助運切入運動、分度運動、輔助運動、控制運動動、控制運動（1）成形運動：）成形運動：（2）非成形運動：）非成形運動：一般機床多用一般機床多用主運動主運動和和

24、進給運動進給運動描述描述第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（三）運動分類（三）運動分類2、按運動間關系來分、按運動間關系來分（1）獨立運動）獨立運動（2）復合運動）復合運動第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 1、坐標系的建立、坐標系的建立 機床坐標系：機床坐標系： x、y、z a、 u、v、w 局部坐標系局部坐標系第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論（四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 2、機床運動功能式、機床運動功能式 運動功能式表

25、示機床的運動功能式表示機床的運動個數運動個數、運動形式運動形式（直線或（直線或回轉運動）、回轉運動）、功能功能（主運動、進給運動、非成形運動分別（主運動、進給運動、非成形運動分別用下表下標用下表下標p、f、a表示）及表示）及運動排列順序運動排列順序。 例如：車床運動功能式：例如：車床運動功能式： w/cp，zf，xf/t 三軸銑床運動功能式：三軸銑床運動功能式：w/xf，yf，zf，cp/t第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論、機床運動功能圖、機床運動功能圖 運動功能圖是將機床的運動功能式用簡潔的符號和圖運動功能圖是將機床的運動功能式用簡潔的符號和圖形表達出來，是

26、認識、分析和設計機床傳動系數的依據。形表達出來，是認識、分析和設計機床傳動系數的依據。 圖圖3-5 機床運動功能圖舉例機床運動功能圖舉例。 運動功能圖形符號運動功能圖形符號a)回轉運動回轉運動b)直線運動直線運動（四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論4、機床傳動原理圖、機床傳動原理圖 機床的機床的 運動功能圖只表示機床運動的個數、形式、功運動功能圖只表示機床運動的個數、形式、功能及排列順序，不表示運動之間的傳動關系。能及排列順序，不表示運動之間的傳動關系。 若將機床動力源與執行件、各執行件之間的關系同時若將機床動

27、力源與執行件、各執行件之間的關系同時表示出來，就是傳動原理圖。表示出來，就是傳動原理圖。 圖圖3-6 傳動原理圖主要符號及示例。傳動原理圖主要符號及示例。 （四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 n定比傳動機構傳動比和傳動方向固定不變的傳動機構，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠螺母副等n換置機構根據加工要求可以變換傳動比和傳動方向的傳動機構，如掛輪變速機構、滑移齒輪變速機構、離合器換向機構等。第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論4、機床傳動原理圖、機床傳動原理圖（四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理

28、論金屬切削機床設計的基本理論5、并聯機床原理簡介、并聯機床原理簡介（四）機床運動功能描述方法（四）機床運動功能描述方法 并聯機床簡介并聯機床簡介并聯機床原理并聯機床原理機床運動功能方案設計機床運動功能方案設計（1）工藝分析）工藝分析（2）選取坐標系）選取坐標系（3）寫出機床運動功能式）寫出機床運動功能式（4）畫出機床運動功能圖）畫出機床運動功能圖（5）繪制機床傳動原理）繪制機床傳動原理圖圖第二節第二節 金屬切削機床設計的基本理論金屬切削機床設計的基本理論第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計一、機床系列型譜的制定一、機床系列型譜的制定二、機床的運動功能設計二、機床的運動功能設計

29、三、機床總體結構方案設計三、機床總體結構方案設計四、機床主要參數的設計四、機床主要參數的設計第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計一、機床系列型譜的制定一、機床系列型譜的制定第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計國家根據機床的生產和使用情況，規定了每一種通國家根據機床的生產和使用情況，規定了每一種通用機床的用機床的主參數系列主參數系列。主參數系列主參數系列是一個等比級數是一個等比級數的數列。的數列。“變型系列變型系列”“基型系列基型系列”主參數標準主參數標準系列型譜系列型譜按照機床主參數標準，先確定一種用途最廣，需求按照機床主參數標準，先確定一種用途最廣，需求量

30、較大機床作為量較大機床作為基型系列基型系列，在此基礎上，根據用戶，在此基礎上，根據用戶需求派生出若干種變型機床，形成需求派生出若干種變型機床，形成變型系列變型系列。中型臥式機床的簡略系列型譜表中型臥式機床的簡略系列型譜表 型式型式最大最大工件直徑工件直徑/mm萬萬 能能式式馬馬鞍鞍式式提提高高精精度度無無絲絲杠杠式式卡卡盤盤式式球球面面加加工工端端面面車車床床2503204005006308001000注：注： 基型，基型， 變型變型一、機床系列型譜的制定一、機床系列型譜的制定縱向縱向 系列，系列， 橫向橫向 型譜型譜機床的系列型譜機床的系列型譜機床的系列型譜綜合表明機床產品規格參數的系列性與

31、結構相似性機床的系列型譜綜合表明機床產品規格參數的系列性與結構相似性第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計機床運動功能方案機床運動功能方案工藝分析工藝分析二、機床的運動功能設置二、機床的運動功能設置機床運動功能式機床運動功能式機床運動功能圖機床運動功能圖機床加工范圍分析，選擇合適的加工方法。根據加工范圍分析和確定的的加工方法，進行運動功能設置。包含分析式設計和解析式設計兩種方法。1、運動功能分配設計、運動功能分配設計運動功能分配設計是確定運動功能式中運動功能分配設計是確定運動功能式中“接地接地”的位置，用的位置，用符號符號“.”來表示。來表示。運動功能式中符號運動功能式中符號“

32、.”左側的運動由工件完成，右側運動由左側的運動由工件完成，右側運動由刀具完成。刀具完成。第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計三、機床總體結構方案設計三、機床總體結構方案設計運動功能式運動功能式.+運動分配式運動分配式 1、運動功能分配設計、運動功能分配設計機床運動功能分配的原則：n1、運動分配給質量小的零部件n2、運動分配有利于提高工件的加工精度n3、運動分配應有利于提高運動部件的剛度n4、運動分配應考慮工件的形狀第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計n1.運動分配給質量小的零部件 運動件質量小，慣性力小，需要的驅動力小，傳動機構體積小，制作成本低。如：銑床上

33、銑刀的運動n2.運動分配有利于提高工件的加工精度運動部件不同，加工精度不同。如：鉆床上鉆頭的運動n3.運動分配應有利于提高運動部件的剛度運動分配給剛度高的部件。如：磨床工作臺和砂輪架的運動n4.運動分配應考慮工件的形狀不同形狀的工件，所需的運動部件不一樣。如：圓柱形工件內孔在車床上加工，工件旋轉；箱體類內孔在鏜床或鉆床上加工，刀具旋轉，工件移動。第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計一個運動功能方案，經過運動功能的分配設計，可以得到多一個運動功能方案，經過運動功能的分配設計，可以得到多個運動分配式，各分配式對應不同的機床形式。個運動分配式，各分配式對應不同的機床形式。第三節第三

34、節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計1) w/ xf，zf，yf，cp /t2) w/ xf zf，yf，cp /t3) w/ xf，zf yf，cp /t4) w/ xf，zf，yf cp /t落地鏜銑床落地鏜銑床臥式立柱移動式銑床臥式立柱移動式銑床臥式升降臺銑床臥式升降臺銑床臥式升降臺銑床臥式升降臺銑床銑床一個三軸銑床的運動功能式為：銑床一個三軸銑床的運動功能式為：w/ xf，zf，yf，cp /t運動功能式的評價原則運動功能式的評價原則-避重就輕避重就輕2、結構布局設計、結構布局設計機床結構布局：立式、臥式、斜置式機床結構布局：立式、臥式、斜置式基礎支承件：底座式、立柱式、龍門式

35、基礎支承件：底座式、立柱式、龍門式 一體式、分離式一體式、分離式第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計三、機床總體結構方案設計三、機床總體結構方案設計同一運動分配式可以有多種結構布局形式。同一運動分配式可以有多種結構布局形式。評價依據：定性分析機床的剛度、占地面積、與物流系統的評價依據：定性分析機床的剛度、占地面積、與物流系統的可接近性等。可接近性等。該階段設計結果：獲得機床該階段設計結果：獲得機床總體結構布局形態圖總體結構布局形態圖。3、機床總體結構的概略形狀與尺寸設計、機床總體結構的概略形狀與尺寸設計第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計三、機床總體結構方案

36、設計三、機床總體結構方案設計該階段主要進行功能（運動、支承）部件的概略形狀和尺寸該階段主要進行功能（運動、支承）部件的概略形狀和尺寸設計。設計。設計過程：設計過程：設計的主要依據是：設計的主要依據是：機床總體結構布局設計階段評價后所保留的機床總體結構布局形態圖，驅動與傳動設計結果，機床動力參數及加工空間尺寸參數，以及機床整機的剛度及精度分配。末端執行件概末端執行件概略形狀與尺寸略形狀與尺寸末端執行件與末端執行件與下一功能部件下一功能部件結合部的概略結合部的概略形狀與尺寸形狀與尺寸全部基礎全部基礎支撐件的支撐件的設計設計下一功能部下一功能部件結合部的件結合部的概略形狀與概略形狀與尺寸尺寸造型色彩

37、造型色彩及評價及評價3、機床總體結構的概略形狀與尺寸設計、機床總體結構的概略形狀與尺寸設計第三節第三節 金屬切削機床總體設計金屬切削機床總體設計三、機床總體結構方案設計三、機床總體結構方案設計該階段設計結果：獲得機床該階段設計結果：獲得機床總體結構方案圖總體結構方案圖。如。如圖圖3-10示例示例評價的主要因素有：評價的主要因素有：1）性能）性能 2）制造成本）制造成本 3）制造周期）制造周期 4）生產率）生產率 5）與物流的可親性）與物流的可親性 6）外觀造型）外觀造型 7）機床總體結構方案設計修改與確定）機床總體結構方案設計修改與確定 最后確定機床總體結構方案。最后確定機床總體結構方案。主要

38、參數主要參數第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定主參數主參數基本參數基本參數尺寸參數尺寸參數運動參數運動參數動力參數動力參數（一）主參數和尺寸參數（一）主參數和尺寸參數機床主參數機床主參數是代表機床規格大小及反映機床最大工作能是代表機床規格大小及反映機床最大工作能力的一種參數。力的一種參數。通用機床通用機床的主參數和主參數系列國家已制定有標準。的主參數和主參數系列國家已制定有標準。專用機床專用機床主參數是以加工零件或被加工面的尺寸參數來主參數是以加工零件或被加工面的尺寸參數來表示，一般也參照類似的通用機床主參數系列選取。表示，一般也參照類似的通用機床主參數系列選取。機床尺寸參

39、數機床尺寸參數是指機床的主要結構尺寸參數，包括：是指機床的主要結構尺寸參數，包括：與與被加工零件有關的尺寸被加工零件有關的尺寸，標準化工具或夾具的安裝面尺標準化工具或夾具的安裝面尺寸。寸。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（二）運動參數（二）運動參數機床運動參數機床運動參數是機床執行件如主軸、工件安裝部件如工是機床執行件如主軸、工件安裝部件如工作臺的作臺的運動速度運動速度。主運動參數主運動參數+進給速度（進給量）進給速度（進給量）1、主運動參數。、主運動參數。主運動為回轉運動。主運動為回轉運動。主運動為直線運動。主運動為直線運動。dvn1000主軸的變速主軸的變速有級變速有

40、級變速無級變速無級變速第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（1）最低、最高轉速的確定）最低、最高轉速的確定r/min 1000minmaxmaxdvnr/min 1000maxminmindvn minmaxnnrn drdkdddmaxminmax ,最高轉速確定最高轉速確定需要考慮因素需要考慮因素d為機床最大加工直徑，為機床最大加工直徑，k為系數，為系數，rd為計算直徑范圍系數。為計算直徑范圍系數。1、機床主傳動類型、機床主傳動類型2、采用的刀具類型、材料等、采用的刀具類型、材料等第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（2）有級變速主軸轉速的合理排列）有級

41、變速主軸轉速的合理排列 確定了機床的確定了機床的nmax和和nmin后，如采用有級變速，應進后，如采用有級變速，應進行轉速分級；如采用無級變速，有時也需要用分級變速機行轉速分級；如采用無級變速，有時也需要用分級變速機構擴大無級變速范圍。構擴大無級變速范圍。 主軸轉速數列常采用主軸轉速數列常采用等比級數等比級數排列，排列，公比公比用符號用符號j j表表示，示，轉速級數轉速級數用用z表示。表示。1min2min3min2min1, , ,zznnnnnnnnjjj主軸轉速數列采用等比級數排列的主要原因：主軸轉速數列采用等比級數排列的主要原因：1 1、各級轉速產生的、各級轉速產生的相對轉速損失率相對

42、轉速損失率相同；相同；2 2、等比數列主軸轉速，可借助串聯若干滑移齒輪來實現。、等比數列主軸轉速，可借助串聯若干滑移齒輪來實現。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（3）標準公比標準公比值值j j 和標準轉速數列和標準轉速數列標準公比確定原則：標準公比確定原則：-公比大于公比大于1；-amax不大于不大于50%，則公比小于，則公比小于2；-110ej22ej表表3-5 標準公比標準公比表表3-6 標準數列標準數列第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（4）標準公比值）標準公比值j j 的選用：的選用： j j小則相對轉速損失小，但小則相對轉速損失小，但變速范圍

43、一定時變速級數將會增多，使變速箱復雜。變速范圍一定時變速級數將會增多，使變速箱復雜。通用機床通用機床-機動時間在加工周期中占得比重不是很大轉機動時間在加工周期中占得比重不是很大轉速損失不會引起加工周期過多延長，為使機床變速箱不過速損失不會引起加工周期過多延長，為使機床變速箱不過于復雜，可取較大公比于復雜，可取較大公比 j j =1.26=1.26或或1.411.41專用機床專用機床、專門化機床及自動機，不經常變速，采用小、專門化機床及自動機，不經常變速，采用小公比，公比，j j =1.12 =1.12或或1.261.26非自動機小型機床非自動機小型機床，切削時間遠小于輔助時間，轉速損失，切削時

44、間遠小于輔助時間，轉速損失大些影響不大，可采用大公比，大些影響不大，可采用大公比，j j =1.58 =1.58或或1.781.78甚至甚至2 2重型機床重型機床取取j1.261.26、1.121.12、1.061.06。加工時間長，如果小，。加工時間長，如果小，轉速損失率就小，機床效率高轉速損失率就小，機床效率高第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（5）變速范圍）變速范圍 rn，公比，公比j j 和級數和級數 z 之間關系之間關系1minmaxznnnrj1lglgjnrz211min2min3minminmax, , ,zznnnnnnnnnjjj(1)znrj以上三式給

45、出了以上三式給出了rn，j j 和和 z 之間關系。之間關系。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（二）運動參數（二）運動參數1、主運動參數、主運動參數-總結總結工藝分析工藝分析確定確定nmax與與nmin機床分析機床分析確定合適公比確定合適公比j j求出轉速級數求出轉速級數zrn、j j、z關系關系確定轉速范圍確定轉速范圍rn第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（二）運動參數（二）運動參數2、進給量的確定、進給量的確定3、變速形式與驅動方式選擇、變速形式與驅動方式選擇 伺服電機無極變速、變速箱有極變速伺服電機無極變速、變速箱有極變速 電機驅動、液壓驅動電機

46、驅動、液壓驅動對于有極變速，進給量一般為對于有極變速，進給量一般為等比數列等比數列，確定方法與主，確定方法與主軸轉速相同，即確定軸轉速相同，即確定fmax和和fmin，選擇公比選擇公比j j f 或進給量級或進給量級數數zf。對于螺紋加工機床，為對于螺紋加工機床，為等差數列等差數列對于棘輪進給機床，為對于棘輪進給機床，為等差數列等差數列特例特例第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動力參數可通過力參數可通過調查類比法調查類比法、實驗法實驗法或或計算法計算法來

47、確定。來確定。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定輔空切主pppp第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定6000vfpz切（1）p切切的計算：的計算：第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或

48、轉矩。動力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定）（平均空主icnnkdp955000（2）p空空的計算：的計算：平均主ddcc1第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定切機切輔ppp（3）p輔輔的計算：的計算：第四節第四節 機床主要

49、技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動動力參數包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。動力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。力參數可通過調查類比法、實驗法或計算法來確定。1、主電動機功率的確定、主電動機功率的確定空機切主ppp（4）p主主的計算：的計算：床切主pp kpp主額定第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數2、進給驅動電動機功率的確定、進給驅動電動機功率的確定機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：（1）進給運動與主運動合用一個電

50、機）進給運動與主運動合用一個電機主進（pp)04. 003. 0主進（pp)05. 004. 0主進（pp)20. 015. 0臥式車床臥式車床鉆床鉆床銑床銑床第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數2、進給驅動電動機功率的確定、進給驅動電動機功率的確定機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：（2）工作進給與快速進給合用一個電機）工作進給與快速進給合用一個電機此時由于快速進給所需功率遠大于工作進給功率，且此時由于快速進給所需功率遠大于工作進給功率，且二者不能同時工作，所以不必單獨考慮工作進給所需二者不能同時工作，所以

51、不必單獨考慮工作進給所需功率。功率。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數2、進給驅動電動機功率的確定、進給驅動電動機功率的確定機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：（3）進給運動采用單獨電動機驅動）進給運動采用單獨電動機驅動60000qvp進進進第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數2、進給驅動電動機功率的確定、進給驅動電動機功率的確定機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：機床進給運動驅動源可分成如下幾種情況：（4）數控機床進給運動，伺服電動機按轉矩選擇：）數控機床進

52、給運動，伺服電動機按轉矩選擇：進電進進電npt9550第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定（三）動力參數（三）動力參數四、機床主要參數設計四、機床主要參數設計3、快速運動電動機功率的確定、快速運動電動機功率的確定快速運動電動機起動時消耗功率最大，要同時克服移動快速運動電動機起動時消耗功率最大，要同時克服移動件的慣性力和摩擦力。件的慣性力和摩擦力。摩慣快ppp第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉

53、速：r/min 1000minmaxmaxdvnr/min 1000maxminmindvn drdkdddmaxminmax ,d為機床最大加工直徑，為機床最大加工直徑，k為系數，為系數，rd為計算直徑范圍為計算直徑范圍系數。系數。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉速：解：經統計分析，車床的最高轉速出現在硬質合金解：經統計分析，車床的最高轉速出現在硬質合金刀具精車鋼料工件的外圓工藝中，最低轉速出現在刀具精車

54、鋼料工件的外圓工藝中，最低轉速出現在高速鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠工藝中。高速鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠工藝中。由由工藝手冊工藝手冊可知，硬質合金刀具精車鋼料最高可知，硬質合金刀具精車鋼料最高轉速轉速vmax=200m/min，高速鋼刀具精車合金鋼工件的，高速鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠速度梯形絲杠速度vmin=1.5m/min。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉速：解：車床的加工直徑解：車床的加工

55、直徑d=400mm，對于通用機床對于通用機床dmax=kd（臥式車床（臥式車床k=0.5) dmin=rddmax（rd：0.2-0.25）因此：因此： dmax=kd=200mm dmin=rddmax=0.25200=50mm第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉速：解：車床的最高轉速：解：車床的最高轉速：maxmaxmin10001000 200=1274 r/min50vnd第四節第四節 機床主要技術參數

56、確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉速：解：高速鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠速度解：高速鋼刀具精車合金鋼工件的梯形絲杠速度vmin=1.5m/min，此時加工絲杠最大直徑，此時加工絲杠最大直徑40-50mm。車床的最低轉速：車床的最低轉速：minminmax10001000 1.5=9.55 r/min50vnd第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：、運動參數例題：設計一普通臥式車床，最大加工直徑為設計一普通臥式車床，最大加工直徑為400mm，試，試確定主軸的最高和最低轉速：確定主軸的最高和最低轉速：解：經過圓整，取主軸最高轉速為解：經過圓整，取主軸最高轉速為1400r/min，主軸的，主軸的最低轉速為最低轉速為10r/min。與與ca6140相同。相同。第四節第四節 機床主要技術參數確定機床主要技術參數確定1、運動參數例題：