1、機機床床設設計計機械制造技術基礎機床總體設計機床總體設計機機床床設設計計機械制造技術基礎機床設計內容機床設計內容u概述概述 u機床總體設計機床總體設計 u主傳動系設計主傳動系設計u進給傳動系設計進給傳動系設計u主軸部件設計主軸部件設計u進給傳動部件設計進給傳動部件設計u支承件設計支承件設計u導軌設計導軌設計2/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第一節第一節概述概述金屬切削機床，是機械制造的基礎裝備。金屬切削機床，是機械制造的基礎裝備。現代金屬切削機床，凝聚了當代科技的成果，集現代金屬切削機床，凝聚了當代科技的成果，集精密機械制造技術、計算機技術、自動控制技術、光精密機械制造技術、計算機技術、

2、自動控制技術、光電子技術和管理技術于一身。電子技術和管理技術于一身。機床也象一般機電裝備一樣，要完成一定的功能機床也象一般機電裝備一樣，要完成一定的功能作業，如形成加工對象的一定表面形狀。但與一般機作業，如形成加工對象的一定表面形狀。但與一般機電裝備具有顯著不同的方面，對作業有極高的質量要電裝備具有顯著不同的方面，對作業有極高的質量要求，即必須保證加工對象的精度和表面質量。求，即必須保證加工對象的精度和表面質量。3/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第一節第一節概述概述機床設計，大量的采用數字化設計方法和手段。機床設計，大量的采用數字化設計方法和手段。發展趨勢：發展趨勢：從傳統的經驗設計方法

3、向定量設計與實驗研究相從傳統的經驗設計方法向定量設計與實驗研究相結合結合由靜態設計向動態設計由靜態設計向動態設計由幾何實體設計、靜態分析向動態仿真、由幾何實體設計、靜態分析向動態仿真、由可行性設計向最佳化設計方向發展。由可行性設計向最佳化設計方向發展。4/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第一節第一節概述概述一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求二、機床設計步驟二、機床設計步驟5/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求1工藝范圍工藝范圍指機床上完成的加工方法，適應的工件類型、可加工表指機床上完成的加工方法，適應的工件類型、可加工表面形狀、尺寸范

4、圍、材料及毛坯種類等，主要反映機床的加面形狀、尺寸范圍、材料及毛坯種類等，主要反映機床的加工功能。工功能。根據工藝范圍分為：通用機床、專門化機床和專用機床根據工藝范圍分為：通用機床、專門化機床和專用機床三大類。三大類。機床的功能越多，適應的范圍就越廣機床的功能越多，適應的范圍就越廣，結構，結構越越復雜，要復雜，要考慮的因素越多考慮的因素越多，技術難度就越，技術難度就越大。大。數控機床的工藝范圍較一般通用機床的工藝范圍更廣。數控機床的工藝范圍較一般通用機床的工藝范圍更廣。滿足不同批量生產要求的機床，其設計的思路有所不同。滿足不同批量生產要求的機床，其設計的思路有所不同。6/63機機床床設設計計機

5、械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求2精度精度 保證被加工零件達到保證被加工零件達到的尺寸精度的尺寸精度和表面粗糙度要求，和表面粗糙度要求，并能在機床長期使用中得以保持。并能在機床長期使用中得以保持。加工精度和表面粗糙度取決于機床、刀具、夾具、加工精度和表面粗糙度取決于機床、刀具、夾具、切削條件和操作者等方面的因素。切削條件和操作者等方面的因素。機床本身必須具備的精度稱為機床精度。機床本身必須具備的精度稱為機床精度。機床按精度分為：普通精度級、精密級（機床按精度分為：普通精度級、精密級（M）、高）、高精度級（精度級（G）。）。國家對各種類型機床的三國家對各種類型機床的三種

6、等級精度，規定了相關精度種等級精度，規定了相關精度標準。若以普通精度級允許誤標準。若以普通精度級允許誤差單位為差單位為1，三種等級精度的，三種等級精度的比例大致為：比例大致為：1：0.4：0.25。7/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求2精度精度 機床的精度指標包括：機床的精度指標包括：（1）幾何精度）幾何精度指最終影響機床工作精度的主要零部件及其相互間的尺指最終影響機床工作精度的主要零部件及其相互間的尺寸精度、形狀精度和位置精度。如主軸前端內孔的尺寸和形寸精度、形狀精度和位置精度。如主軸前端內孔的尺寸和形狀精度、導軌的直線度、主軸與其它部件間的平

7、行度和垂直狀精度、導軌的直線度、主軸與其它部件間的平行度和垂直度等。度等。幾何精度是機床在空載條件下，在靜止或低速狀態中測幾何精度是機床在空載條件下，在靜止或低速狀態中測量。主要反映機床的制造裝配質量是否達到設計時制定的標量。主要反映機床的制造裝配質量是否達到設計時制定的標準。準。8/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求2精度精度 （2）運動精度）運動精度指機床主要零部件在工作速度下，無負載運行時的指機床主要零部件在工作速度下，無負載運行時的精度。如主軸的回轉精度，直線運動的均勻性等。與零精度。如主軸的回轉精度，直線運動的均勻性等。與零部件的設計、制

8、造和裝配質量有關。部件的設計、制造和裝配質量有關。（3）傳動精度）傳動精度指內聯系傳動鏈兩端件相對運動的準確性和協調性。指內聯系傳動鏈兩端件相對運動的準確性和協調性。反映了傳動鏈設計合理性，制造和裝配質量。反映了傳動鏈設計合理性，制造和裝配質量。9/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求2精度精度 （4）定位精度）定位精度指機床執行件到達指定位置的準確程度。直接影響指機床執行件到達指定位置的準確程度。直接影響了加工零件的尺寸精度、形狀精度和位置精度。與傳動了加工零件的尺寸精度、形狀精度和位置精度。與傳動精度、剛度，控制系統的動態特性和測量系統的精度有精

9、度、剛度，控制系統的動態特性和測量系統的精度有關。關。（5）重復定位精度）重復定位精度指機床運動部件在相同條件下，用相同的方法重復指機床運動部件在相同條件下，用相同的方法重復定位時，位置的一致程度。定位時，位置的一致程度。（6）工作精度）工作精度對規定的試件，用規定的條件加工所達到的精度。對規定的試件，用規定的條件加工所達到的精度。是機床精度的綜合反映，包括機床的剛度、抗振性及熱是機床精度的綜合反映，包括機床的剛度、抗振性及熱穩定性等。穩定性等。10/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求2精度精度 （7）精度保持性）精度保持性指機床在工作中長期保持其

10、原始精度的能力。指機床在工作中長期保持其原始精度的能力。一般以機床關鍵零部件（如主軸、導軌等）的首次一般以機床關鍵零部件（如主軸、導軌等）的首次大修大修期來決定期來決定。主要取決于機床關鍵零部件的耐磨性、內應力引起主要取決于機床關鍵零部件的耐磨性、內應力引起的永久變形程度和機床使用的保養。的永久變形程度和機床使用的保養。11/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求3機床的生產率機床的生產率 指機床在單位時間內所能加工的零件數量。即：指機床在單位時間內所能加工的零件數量。即：nttttQ/11321式中式中t單個零件的平均加工時間；單個零件的平均加工時間

11、； t1單個工件的切削加工時間；單個工件的切削加工時間； t2單個工件加工過程的輔助時間；單個工件加工過程的輔助時間； t3加工一批零件的準備和終結時間；加工一批零件的準備和終結時間； n一批零件的數量。一批零件的數量。對于機床方面，影響生產率的有機床的布局、剛度、對于機床方面，影響生產率的有機床的布局、剛度、功率、運動參數和自動化程度等。功率、運動參數和自動化程度等。 12/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求4機床的性能機床的性能 機床在加工過程的靜態力、動態力、溫度變化，將機床在加工過程的靜態力、動態力、溫度變化，將引起機床的變形、振動、噪聲等

12、，機床的性能就指抵抗引起機床的變形、振動、噪聲等，機床的性能就指抵抗上述現象的能力。上述現象的能力。（1）傳動效率）傳動效率用于評價機床有效利用電動機輸出功率的能力。可用于評價機床有效利用電動機輸出功率的能力。可用下式表示：用下式表示： =P/Pm（PmP0）/ Pm=1P0/ Pm式中式中 機床傳動效率；機床傳動效率； P P機床輸出功率；機床輸出功率； P Pm m電動機輸出功率；電動機輸出功率； P P0 0機床空載功率。機床空載功率。13/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求4機床的性能機床的性能 （1）傳動效率）傳動效率機床功率損失引起摩擦

13、熱，造成運動副的磨損和機機床功率損失引起摩擦熱，造成運動副的磨損和機床的熱變形。床的熱變形。對于普通機床，主軸最高轉速時的機床空載功率不對于普通機床，主軸最高轉速時的機床空載功率不應超過主電動機功率的三分之一。應超過主電動機功率的三分之一。機床的傳動效率與傳動鏈的長短、傳動速度、摩擦機床的傳動效率與傳動鏈的長短、傳動速度、摩擦阻力大小、傳動件的動平衡等因素有關。阻力大小、傳動件的動平衡等因素有關。14/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求4機床的性能機床的性能 （2）剛度）剛度指機床及重要零部件在載荷的作用下抵抗變形的能指機床及重要零部件在載荷的作用

14、下抵抗變形的能力。力。在載荷的作用下，刀具與工件的相對位置發生改變，在載荷的作用下，刀具與工件的相對位置發生改變，影響加工精度。機床的靜剛度是動剛度的基礎。影響加工精度。機床的靜剛度是動剛度的基礎。影響機床剛度的主要有支承件及主要零部件的剛度、影響機床剛度的主要有支承件及主要零部件的剛度、部件間的連接剛度和接觸面的接觸剛度。局部的薄弱環部件間的連接剛度和接觸面的接觸剛度。局部的薄弱環節對整機的剛度影響極大。節對整機的剛度影響極大。15/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求4機床的性能機床的性能 （3）抗振能力）抗振能力指抵抗受迫振動和自激振動的能力。

15、指抵抗受迫振動和自激振動的能力。振動影響加工質量、降低刀具耐用度，生產率降低，振動影響加工質量、降低刀具耐用度，生產率降低，加劇機床磨損、引起噪聲。提高抗振能力的措施如下：加劇機床磨損、引起噪聲。提高抗振能力的措施如下：n提高機床的剛度；提高機床的剛度；n提高固有頻率；提高固有頻率；n改善阻尼性能；改善阻尼性能；n改善運動件的動平衡狀況。改善運動件的動平衡狀況。16/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求4機床的性能機床的性能 （4）噪聲）噪聲金屬切削機床噪聲測量標準規定：金屬切削機床噪聲測量標準規定：普通精度機床噪聲不大于普通精度機床噪聲不大于85d

16、B（A）；）；精密機床噪聲不大于精密機床噪聲不大于75dB（A）。）。機床的噪聲來源主要有：機械噪聲、液壓氣動噪聲、機床的噪聲來源主要有：機械噪聲、液壓氣動噪聲、電磁噪聲和空氣動力噪聲。電磁噪聲和空氣動力噪聲。（5）熱變形）熱變形熱變形不僅影響加工精度，也改變了相對運動副的熱變形不僅影響加工精度，也改變了相對運動副的間隙、潤滑狀態。間隙、潤滑狀態。（6）可靠性）可靠性17/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求5自動化程度自動化程度 6宜人性宜人性造型與色彩；造型與色彩；操作省力、方便；操作省力、方便；保養、維護容易。保養、維護容易。18/63機機床床

17、設設計計機械制造技術基礎一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求7成本成本 機床的成本由以下部分構成：機床的成本由以下部分構成：n設備的購買成本；設備的購買成本；n使用中的安裝、動力消耗、操作、維修等成本；使用中的安裝、動力消耗、操作、維修等成本；n報廢成本。報廢成本。在設計時，應使機床的金屬消耗量小，結構工藝性在設計時，應使機床的金屬消耗量小，結構工藝性好。機床的金屬消耗量好。機床的金屬消耗量M的指標為：的指標為： M=G/N式中式中G機床重量；機床重量；N機床主傳動功率。機床主傳動功率。機床的結構工藝性包括制造、裝配和維修的工藝性。機床的結構工藝性包括制造、裝配和維修的工藝性。19/6

18、3機機床床設設計計機械制造技術基礎第一節第一節概述概述一、機床設計的基本要求一、機床設計的基本要求二、機床設計步驟二、機床設計步驟20/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、機床設計步驟二、機床設計步驟1 1確定結構原理方案確定結構原理方案（1）用途：工藝用途：工藝范圍、加工對象的類型、批量等。范圍、加工對象的類型、批量等。（2）生產率）生產率（3）性能指標）性能指標（5）驅動）驅動方式：指方式：指選擇電動機或液壓驅動方式選擇電動機或液壓驅動方式（6）結構原理）結構原理 （7）成本及制造周期）成本及制造周期（4）主要）主要參數：指機床的加工空間和主參數。參數：指機床的加工空間和主參數。21/

19、63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、機床設計步驟二、機床設計步驟2 2總體設計總體設計 （1）運動功能設計）運動功能設計主要有機床所需運動的數量、形式、功能等。主要有機床所需運動的數量、形式、功能等。（2）基本參數設計）基本參數設計包括尺寸參數、運動參數和動力參數。包括尺寸參數、運動參數和動力參數。（4）傳動系統方案設計）傳動系統方案設計如傳動方式、傳動原理圖、傳動系統圖等。如傳動方式、傳動原理圖、傳動系統圖等。（5）控制系統方案設計）控制系統方案設計包括控制方式、控制原理和控制總體方案。包括控制方式、控制原理和控制總體方案。（3）總體結構布局設計）總體結構布局設計包括運動功能分配、總體布

20、局和總體結構方案。包括運動功能分配、總體布局和總體結構方案。（6）總體方案論證、確定和修改）總體方案論證、確定和修改22/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、機床設計步驟二、機床設計步驟3 3詳細技術設計詳細技術設計 （1）技術設計）技術設計包括結構方案、設計計算、裝配圖設計。包括結構方案、設計計算、裝配圖設計。（2）施工設計）施工設計包括零件圖設計和計算，編制技術文檔等。包括零件圖設計和計算，編制技術文檔等。對機床的功能、性能、工藝性、經濟性等進行評價。對機床的功能、性能、工藝性、經濟性等進行評價。4 4機床整機綜合評價機床整機綜合評價23/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第二節第二

21、節機床總體設計機床總體設計 不同類型的的機床，總體方案設計的側重點有所不不同類型的的機床，總體方案設計的側重點有所不同。同。對于專用機床，側重于工件分析和工藝分析；對于專用機床，側重于工件分析和工藝分析；對于通用機床，側重于同類型機床的調查、分析、對于通用機床，側重于同類型機床的調查、分析、改型和科技成果的應用，以及機床品種的系列化、零部改型和科技成果的應用，以及機床品種的系列化、零部件的通用化和標準化。件的通用化和標準化。24/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第二節第二節機床總體設計機床總體設計 一、型譜制定一、型譜制定二、幾何運動設計二、幾何運動設計三、總體結構方案設計三、總體結構方案

22、設計一、型譜制定一、型譜制定25/63機機床床設設計計機械制造技術基礎一、型譜制定一、型譜制定我國對金屬切削機床分為我國對金屬切削機床分為1111大類，每類機床又分別大類，每類機床又分別分為分為1010組、組、每組分為每組分為1010系。系。 首先對用途最廣、需求量最大的某類組機床，將其首先對用途最廣、需求量最大的某類組機床，將其主參數規格化，作為該類組機床的主參數規格化，作為該類組機床的“基形系列基形系列”。在此基礎上，根據各類用戶的需要，派生出若干變在此基礎上，根據各類用戶的需要，派生出若干變形系列，形成形系列，形成“變形系列變形系列”，并將各種機床精度等級化。，并將各種機床精度等級化。型

23、譜制定即完成某類種機床的型譜制定即完成某類種機床的“基形系列基形系列”、“變變形系列形系列”及其精度等級化的工作。及其精度等級化的工作。中型臥式車床簡略系列型中型臥式車床簡略系列型譜中譜中，以普通臥式車床為，以普通臥式車床為基型，派生出馬鞍式等車床，基型和變型都有主參數系基型，派生出馬鞍式等車床，基型和變型都有主參數系列。列。在系列型譜中的同種類的產品有一定的相似性。在系列型譜中的同種類的產品有一定的相似性。26/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第二節第二節機床總體設計機床總體設計 一、型譜制定一、型譜制定二、幾何運動設計二、幾何運動設計三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計27/63機

24、機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計1幾何表面的形成幾何表面的形成1）組成零件結構的基本形狀表面組成零件結構的基本形狀表面基本形狀表面有：基本形狀表面有：平面、圓柱面、平面、圓柱面、圓錐面、各種成形面圓錐面、各種成形面（螺旋面、漸開線表（螺旋面、漸開線表面、回轉面、回轉曲面等曲面等）。）。28/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計1幾何表面的形成幾何表面的形成2 2）成形表面的發生線）成形表面的發生線 任何一種線性表面，由一根母線沿著導線運動而形成。任何一種線性表面，由一根母線沿著導線運動而形成。平面：由一直線（平面：由一直線（母線）沿

25、著另一根直線母線）沿著另一根直線（導線）運動形成。（導線）運動形成。圓柱、圓錐面：是圓柱、圓錐面：是由一根直線（母線）沿由一根直線（母線）沿著一個圓（導線）運動著一個圓（導線）運動形成；形成；普通螺紋的螺旋面普通螺紋的螺旋面：由：由“V“形線（母線）形線（母線）沿螺旋線（導線）運動沿螺旋線（導線）運動形成；形成；直齒圓柱齒輪的漸直齒圓柱齒輪的漸開線齒廓表面：漸開線開線齒廓表面：漸開線（母線）沿直線（導線（母線）沿直線（導線）運動形成。）運動形成。29/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計2 2形成發生線的方法與運動形成發生線的方法與運動1 1）軌跡法）軌跡法理論

26、上將切削刃與工件視為點接觸，切削刃沿著發理論上將切削刃與工件視為點接觸，切削刃沿著發生線作軌跡運動。生線作軌跡運動。采用軌跡法形成一條發生線，需要一個獨立的運動采用軌跡法形成一條發生線，需要一個獨立的運動。30/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計2 2形成發生線的方法與運動形成發生線的方法與運動2 2）成形法）成形法 切削刃為與發生線完全吻合的切削線。切削刃為與發生線完全吻合的切削線。不需任何運動，可獲得所需發生線。不需任何運動，可獲得所需發生線。發生線的形狀完全取決于切削刃的形狀。發生線的形狀完全取決于切削刃的形狀。 31/63機機床床設設計計機械制造技術基

27、礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計2 2形成發生線的方法與運動形成發生線的方法與運動3 3）相切法）相切法 刀具作旋轉運動，刀具運動軌跡的包絡線形成發生線。刀具作旋轉運動，刀具運動軌跡的包絡線形成發生線。形成一條發生線需要兩個獨立運動。形成一條發生線需要兩個獨立運動。兩兩個運動之間沒有內在的運動聯系。個運動之間沒有內在的運動聯系。 注意：刀注意：刀具回轉中具回轉中心的運動心的運動軌跡與發軌跡與發生線（生線（A2A2）一般不）一般不相同。相同。 32/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計2 2形成發生線的方法與運動形成發生線的方法與運動4 4）范成法（又稱展成法）

28、范成法（又稱展成法） 切削刃是發生線共軛的切削線，刀具與工件作相對運切削刃是發生線共軛的切削線，刀具與工件作相對運動時所形成的包絡線，即所需的發生線。動時所形成的包絡線，即所需的發生線。范成法需要范成法需要2 2個運動個運動，兩個運動之間必須保，兩個運動之間必須保持嚴格運動關系，不能持嚴格運動關系，不能獨立，共同組成一個復獨立，共同組成一個復合的運動。合的運動。 33/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計3 3機床運動的分類機床運動的分類1 1）表面成形運動）表面成形運動 直接形成被加工零件表面的運動，稱之為表面成形直接形成被加工零件表面的運動，稱之為表面成形運

29、動（簡稱成形運動）。運動（簡稱成形運動）。（1 1）主運動）主運動 切除工件上的被切削層，使之轉變為切屑的主要運動。切除工件上的被切削層，使之轉變為切屑的主要運動。主運動的轉速高，消耗的功率大。主運動的轉速高，消耗的功率大。運動形式有：運動形式有：（1）旋轉運動。單位：）旋轉運動。單位：r/min。如車床主軸、磨床的砂。如車床主軸、磨床的砂輪主軸、鉆床和鏜主軸；輪主軸、鉆床和鏜主軸；（2）往復直線運動。單位：往復行程次數）往復直線運動。單位：往復行程次數/min。如牛。如牛頭刨床的滑枕、龍門刨床的工作臺。頭刨床的滑枕、龍門刨床的工作臺。34/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計

30、二、幾何運動設計3 3機床運動的分類機床運動的分類1 1）表面成形運動）表面成形運動 （2 2）進給運動）進給運動 不斷把被切削層投入切削，逐漸切出整個工件表面運不斷把被切削層投入切削，逐漸切出整個工件表面運動。進給運動的速度較低，消耗的功率也較小。動。進給運動的速度較低，消耗的功率也較小。運動形式有：運動形式有：直線進給運動直線進給運動A連續進給運動。單位：連續進給運動。單位：mm/min(銑床、鉆床銑床、鉆床)；mm/r（車床）。（車床）。B間歇進給運動。單位：間歇進給運動。單位：mm/往復一次往復一次(刨床、插床刨床、插床,縱磨削外圓時的砂輪架進給縱磨削外圓時的砂輪架進給)C往復進給運動

31、。單位：往復進給運動。單位：mm/min(磨床工作臺）磨床工作臺）。D.圓周圓周進給運動。單位：進給運動。單位：mm/min（外圓磨削工件（外圓磨削工件旋轉、插齒加工的圓周進給）。旋轉、插齒加工的圓周進給）。35/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計3 3機床運動的分類機床運動的分類1 1）表面成形運動）表面成形運動 如車外圓，也可以刀具如車外圓，也可以刀具不動，工件作旋轉、直線運不動，工件作旋轉、直線運動；或刀具作旋轉運動，工動；或刀具作旋轉運動，工件作直線運動；或工件不動件作直線運動；或工件不動，刀具作旋轉和直線運動。，刀具作旋轉和直線運動。任何一種機床，必

32、定有主運動，進給運動可能有一個或任何一種機床，必定有主運動，進給運動可能有一個或幾個，也可能沒有。如拉床只有主運動。幾個，也可能沒有。如拉床只有主運動。相同的成形表面，表面成形運動在刀具和工件之間的分相同的成形表面，表面成形運動在刀具和工件之間的分配可不相同配可不相同。36/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計3 3機床運動的分類機床運動的分類2 2）輔助運動）輔助運動 （1 1）切入運動切入運動刀具切入工件一定深度，以保證工件達到要求的尺刀具切入工件一定深度，以保證工件達到要求的尺寸。寸。（2 2）分度運動）分度運動如：銑齒輪的分度；多工位工作臺、刀架轉位或移

33、如：銑齒輪的分度；多工位工作臺、刀架轉位或移位。位。（3 3）調位運動）調位運動加工開始前調整機床有關部件位置，保證刀具和工加工開始前調整機床有關部件位置，保證刀具和工件之間的正確相對位置。加工開始前調整機床有關部件件之間的正確相對位置。加工開始前調整機床有關部件的位置，保證刀具和工件之間的正確相對位置。的位置，保證刀具和工件之間的正確相對位置。 37/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計4運動功能方案設計運動功能方案設計3）運動分配運動分配 （2）有利于提高加工精度）有利于提高加工精度對于一般鉆孔加工，主運動和進給運動均由刀具完對于一般鉆孔加工，主運動和進給運

34、動均由刀具完成。鉆深孔時，為了提高加工孔的位置精度，由工件作成。鉆深孔時，為了提高加工孔的位置精度，由工件作旋轉主運動。旋轉主運動。38/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計4運動功能方案設計運動功能方案設計3）運動分配運動分配 （4）保證機床剛度）保證機床剛度立式銑削加工，為了減小機床的重量和體積，一般立式銑削加工，為了減小機床的重量和體積，一般中小型立式銑床，為工作臺升降進給運動，但剛度不好；中小型立式銑床，為工作臺升降進給運動，但剛度不好；數控銑床、立式加工中心和大型立式銑床，采取床身固數控銑床、立式加工中心和大型立式銑床，采取床身固定，改由刀具作垂直進給

35、運動。定，改由刀具作垂直進給運動。39/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計4運動功能方案設計運動功能方案設計4）繪制機床傳動原理圖繪制機床傳動原理圖機床傳動原理圖確定了各傳動鏈的基本傳動方案。機床傳動原理圖確定了各傳動鏈的基本傳動方案。數控機床可以不設計傳動原理圖。數控機床可以不設計傳動原理圖。40/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計4運動功能方案設計運動功能方案設計5）新型并聯運動機床新型并聯運動機床（1）并聯原理）并聯原理兩個并行運動的直線移動副兩個并行運動的直線移動副1、2，可替代圖，可替代圖b）的串）的串聯運動副聯運動

36、副1、2。直線移動副直線移動副1、2只受拉或壓力，而串聯運動副只受拉或壓力，而串聯運動副1受受扭矩、扭矩、2受拉壓和彎矩。受拉壓和彎矩。用直線移動副用直線移動副1、2，模擬串聯運動副，模擬串聯運動副1、2的直線的直線移動和轉動，故稱為并聯運動，又稱為虛擬軸運動。移動和轉動，故稱為并聯運動，又稱為虛擬軸運動。41/63機機床床設設計計機械制造技術基礎二、幾何運動設計二、幾何運動設計4運動功能方案設計運動功能方案設計5）新型并聯運動原理新型并聯運動原理（2）并聯運動機床的特點）并聯運動機床的特點n構件只受拉或壓力作用，其結構體積小，運動部件構件只受拉或壓力作用，其結構體積小，運動部件質量小；質量小

37、；n整機多為封閉結構，剛度高；整機多為封閉結構，剛度高；n運動速度快，精度高，機床結構簡單；運動速度快，精度高，機床結構簡單；n算法復雜，對控制系統要求高。算法復雜，對控制系統要求高。右上圖分別右上圖分別為為3運動并聯和運動并聯和6運動并聯原理的示意圖。運動并聯原理的示意圖。42/63機機床床設設計計機械制造技術基礎第二節第二節機床總體設計機床總體設計 一、型譜制定一、型譜制定二、幾何運動設計二、幾何運動設計三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計43/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 1 1）典型的布局方式）典型的布局方式

38、（1）一字形（）一字形（“”形）結形）結構：基礎支承件為床身、或床身構：基礎支承件為床身、或床身底座的組合。即臥式機床；底座的組合。即臥式機床；（2）柱形（）柱形（“|”形）結構：形）結構：主要支承件件為床身與立柱、或主要支承件件為床身與立柱、或底座與立柱組合。即立式機床；底座與立柱組合。即立式機床；44/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 1 1）典型的布局方式）典型的布局方式（3）倒）倒T形（形（“”形形）結構：主要支承件為床身結構：主要支承件為床身與立柱的組合，為復合式機床；與立柱的組合，為復合式機床；（4）槽形（）槽形

39、（“ ”形）結構：支承件為床身（或底形）結構：支承件為床身（或底座）、立柱、橫臂組合，為單臂式機床；座）、立柱、橫臂組合，為單臂式機床；45/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 1 1）典型的布局方式）典型的布局方式（5）框形（）框形（“”形）結構：支承件由床身、橫梁形）結構：支承件由床身、橫梁和雙立柱組合，形成封閉的框形結構，為龍門式機床。和雙立柱組合，形成封閉的框形結構，為龍門式機床。46/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 2 2）影響機床總體布局的主要

40、因素）影響機床總體布局的主要因素 （1）工件的特征要求）工件的特征要求工件的形狀、尺寸和重量對機床的總體布局有重要工件的形狀、尺寸和重量對機床的總體布局有重要影響。例如在車床中：影響。例如在車床中：n中小型車床采取臥式布局；中小型車床采取臥式布局；n直徑較大但重量不大的盤形或環形工件，采用落地直徑較大但重量不大的盤形或環形工件，采用落地式布局；式布局；n重量較重的盤類或短套類工件，采用立式車床布局。重量較重的盤類或短套類工件，采用立式車床布局。其中工件直徑其中工件直徑D1600mm的車床為單立柱布局；工件直的車床為單立柱布局；工件直徑徑D2000mm的車床為雙立柱布局。的車床為雙立柱布局。立式

41、車床占地面積小，但不適用于軸向尺寸較大的立式車床占地面積小，但不適用于軸向尺寸較大的工件加工，否則重心較高，容易振動，不便操作。工件加工，否則重心較高，容易振動，不便操作。47/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 2 2）影響機床總體布局的主要因素）影響機床總體布局的主要因素 （2）機床性能要求）機床性能要求為了提高加工精度，在總體布局上采取縮短傳動鏈、為了提高加工精度，在總體布局上采取縮短傳動鏈、改善受力狀況、提高剛度、減少振動和熱變形的影響。改善受力狀況、提高剛度、減少振動和熱變形的影響。如絲杠車床，取消進給箱，用掛輪調整

42、車螺紋進給如絲杠車床，取消進給箱，用掛輪調整車螺紋進給傳動要求，絲杠處于兩導軌之間，減少傳動的扭矩；傳動要求，絲杠處于兩導軌之間，減少傳動的扭矩；為了提高剛度，數控車床采取傾斜床身的布局；為了提高剛度，數控車床采取傾斜床身的布局；龍門刨床、龍門銑床和坐標鏜床采取封閉的框架結龍門刨床、龍門銑床和坐標鏜床采取封閉的框架結構；構；為了減少對主軸回轉精度的影響，精密車床主運動為了減少對主軸回轉精度的影響，精密車床主運動采取分離式傳動結構。采取分離式傳動結構。48/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 2 2）影響機床總體布局的主要因素）

43、影響機床總體布局的主要因素 （3）生產批量的要求）生產批量的要求單件小批生產采用單刀加工；單件小批生產采用單刀加工；對于成批生產的車床，用轉塔刀架或多刀半自動結對于成批生產的車床，用轉塔刀架或多刀半自動結構；構；大批量生產的車床，采用多主軸自動機床的布局。大批量生產的車床，采用多主軸自動機床的布局。49/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計1結構布局方案結構布局方案 2 2）影響機床總體布局的主要因素）影響機床總體布局的主要因素 （4）宜人性要求）宜人性要求普通車床臥式布局，普通車床臥式布局，便于操作和觀察；便于操作和觀察；鉆床為立式布局，也鉆床為立式布

44、局，也是為了便于操作和觀察；是為了便于操作和觀察；數控車床為傾斜床身數控車床為傾斜床身布局，既方便操作，也便布局，既方便操作，也便于排屑；于排屑；大型或重型機床采用大型或重型機床采用落地式布局或將基礎件落落地式布局或將基礎件落入到地坑中，便于裝卸工入到地坑中，便于裝卸工件和操作。件和操作。50/63機機床床設設計計機械制造技術基礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計2總體結構草圖設計總體結構草圖設計 總體結構草圖又稱機床的聯系尺寸圖。表示了機床總體結構草圖又稱機床的聯系尺寸圖。表示了機床的基本布局方案、主要部件的輪廓尺寸、部件間的相互的基本布局方案、主要部件的輪廓尺寸、部件間的相互位置和運

45、動行程等。設計過程如下：位置和運動行程等。設計過程如下： （1）根據主參數確定各執行件的外輪廓尺寸及相對）根據主參數確定各執行件的外輪廓尺寸及相對初始位置，要注意裝卸工件高度對其影響；初始位置，要注意裝卸工件高度對其影響；（2）確定各執行件的運動空間（或行程）；）確定各執行件的運動空間（或行程）；（3）確定與執行件相連接部分的輪廓尺寸。如按導）確定與執行件相連接部分的輪廓尺寸。如按導向精度和剛度要求確定導軌的截面形狀與輪廓尺寸；向精度和剛度要求確定導軌的截面形狀與輪廓尺寸；（4）初步確定與執行件相關的支承件輪廓尺寸；初步確定與執行件相關的支承件輪廓尺寸；51/63機機床床設設計計機械制造技術基

46、礎三、總體結構方案設計三、總體結構方案設計2總體結構草圖設計總體結構草圖設計 （5）確定其它支承件的輪廓尺寸。注意傳動裝置、）確定其它支承件的輪廓尺寸。注意傳動裝置、電氣系統、液壓氣動系統、冷卻潤滑、排屑、防護罩、電氣系統、液壓氣動系統、冷卻潤滑、排屑、防護罩、操作、維護、搬運等的影響；操作、維護、搬運等的影響；（6）進行目標評價及修改。如結構模塊化、造型比）進行目標評價及修改。如結構模塊化、造型比例、總體剛度和精度、標準化程度等。并進行初步的色例、總體剛度和精度、標準化程度等。并進行初步的色彩設計；彩設計；（7）完成聯系尺寸圖設計，劃分部件及編號；）完成聯系尺寸圖設計，劃分部件及編號；（8）

47、進行總體結構方案的綜合評價說明。）進行總體結構方案的綜合評價說明。52/63機機床床設設計計機械制造技術基礎四四主要技術參數設計主要技術參數設計 （一）主參數與尺寸參數（一）主參數與尺寸參數 （二）運動參數（二）運動參數 （三）動力參數（三）動力參數 53/63機機床床設設計計機械制造技術基礎（一）主參數與尺寸參數（一）主參數與尺寸參數1主參數主參數通用機床按國家標準；通用機床按國家標準；專用機床以工件為參考。專用機床以工件為參考。54/63機機床床設設計計機械制造技術基礎（一）主參數與尺寸參數（一）主參數與尺寸參數2尺寸參數尺寸參數 指機床及主要零部件的主要尺寸和相對位置參數。指機床及主要零

48、部件的主要尺寸和相對位置參數。（1）與被加工零件有關的尺寸）與被加工零件有關的尺寸如臥式車床刀架上最大加工直徑；立式加工中心主如臥式車床刀架上最大加工直徑；立式加工中心主軸到工作臺面的最大距離等。軸到工作臺面的最大距離等。（2）標準化工具或夾具的安裝尺寸）標準化工具或夾具的安裝尺寸如臥式車床主軸莫氏錐孔和前端外輪廓尺寸，液壓如臥式車床主軸莫氏錐孔和前端外輪廓尺寸，液壓油缸在主軸上的安裝尺寸；加工中心工作臺的油缸在主軸上的安裝尺寸；加工中心工作臺的“T”形槽形槽數量與尺寸等。數量與尺寸等。55/63機機床床設設計計機械制造技術基礎（二）運動參數（二）運動參數1 1主運動參數主運動參數當主運動為主

49、軸轉動時要確定：當主運動為主軸轉動時要確定： nmax=1000vmax/dmin nmin=1000vmin/dmax Rn= nmax / nmin式中式中vmax、vmin典型加工的切削速度典型加工的切削速度（m/min）。由調查或統計資料確定；由調查或統計資料確定；dmax、dmin與與vmax、vmin對應的常用經濟加工直對應的常用經濟加工直徑。徑。56/63機機床床設設計計機械制造技術基礎（二）運動參數（二）運動參數1 1主運動參數主運動參數通用機床常用的經濟加工直徑通用機床常用的經濟加工直徑dmax、dmin： dmax=KD dmin =K2 dmax式中式中D機床能加工的最大直徑機床能加工的最