1、第一節 尺寸參數第二節 運動參數第三節 動力參數第七章第七章 機床主要參數的確定機床主要參數的確定第一節第一節 尺寸參數尺寸參數 機床尺寸參數的確定，主要是確定影響機床加工性能的一些尺寸。其中包括機床的主參數、第二主參數和其他一些尺寸參數。 機床的主參數是代表機床規格大小的一種參數，各類機床以什么尺寸作為主參數已有統一的規定。 臥式車床是床身上工件的最大回轉直徑； 齒輪加工機床是最大工件直徑； 外圓磨床和無心磨床是最大磨削直徑； 龍門刨、銑床，升降臺銑床和矩形工作臺平面磨床 是工作臺工作面寬度； 臥式銑鏜床是主軸直徑； 立式鉆床和搖臂鉆床是最大鉆孔直徑； 牛頭刨床和插床是最大刨削和插削長度 也

2、有的機床不用尺寸作為主參數，如拉床的主參數是額定拉力等。 有的機床，一個主參數還不足以確定機床的規格，還需第二主參數加以補充： 車床的第二主參數是最大工件長度； 銑床和龍門刨床是工作臺工作面長度； 搖臂鉆床是最大跨距等。 此外，還要確定其他一些尺寸參數其他一些尺寸參數： 車床常常還要確定在刀架上工件的最大回轉直徑和主軸孔允許通過的最大棒料直徑等； 龍門銑床還應確定橫梁的最高和最低位置等； 搖臂鉆床還要確定主軸下端面到底座間的最大和最小距離，其中包括了搖臂的升降距離和主軸的最大伸出量等。 當主參數、第二主參數和其他一些尺寸參數確定后，就基本上確定了該機床所能加工或安裝的最大工件的尺寸。機床的尺寸

3、參數是根據零件尺寸確定的。 一、主運動參數 回轉主運動的機床，主運動參數是主軸轉速。 轉速（r/min）與切削速度的關系是：式中： n 轉速（ r/min ）； v 切削速度（ m/min ）； d 工件（或刀具）直徑（mm）。第二節第二節 運動參數運動參數 1000vnd 主運動是直線運動的機床，如插床或刨床，主運動參數是每分鐘的往復次數。對于不同的機床，主運動參數有不同的要求。專用機床和組合機床是為某一特定工序而設計制造的，每根主軸一般只須有一個轉速，根據最有利的切削速度和直徑而定，故沒有變速要求。通用機床是為適應多種零件加工而設計制造的，主軸需要變速。因此需確定它的變速范圍，即最低與最高

4、轉速。如果采用分級變速，則還應確定轉速級數。1.最低（nmin）和最高（nmax）轉速的確定： nmin和nmax的比值是變速范圍： 在確定切削速度時應考慮到多種工藝的需要。切削速度主要與刀具和工件的材料有關。常用的刀具材料有高速鋼、硬質合金和陶瓷等。工件材料可以是鋼、鑄鐵以及銅鋁等有色金屬。切削速度可通過切削試驗、查切削用量手冊和通過調查得到。 在確定了 nmax和 nmin后，如采用分級變速（大多數普通機床），則應進行轉速分級；如采用變速電動機進行無級變速（大多數數控和重型機床），有時也需用分級變速機構來擴大其調速范圍。 2.分級變速時的主軸轉速數列： 如某機床的分級變速機構共有 Z 級，

5、其中 n1 = nmin, nz=nmax , Z 級轉速分別為： nl , n2 , n3,， nj , nj + l , nz 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度為 v ，則相應的轉速為n。通常，分級變速機構不能恰好得到這個轉速，而是 n 處于某兩級轉速 nj , nj + l之間： nj n nj+l如果采用較高的轉速nj+l，必將提高切削速度，刀具的耐用度將要降低。為了不降低刀具耐用度，以采用較低的轉速 nj 為宜。這時轉速的損失為 n-nj ，相對轉速損失率為： 最大的相對轉速損失率是當所需的轉速 n 趨近于nj + l時，也就是： 在其他條件（直徑、進給、切深）不變的情況下，

6、轉速的損失就反映了生產率的損失。對于普通機床，如果認為每個轉速的使用機會都相等，那么應使 Amax為一定值，即： 從這里可看出，任意兩級轉速之間的關系應為： n j十1 =nj 最大相對轉速損失率為： 變速范圍為： 機床的轉速應該按等比數列（幾何級數）分級。其公比為，各級轉速應為 例：有一臺車床，主軸轉速（r/min）共12級，分別為：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公比為=1.41，則最大相對轉速損失率： 變速范圍： 等比數列同樣適用子直線往復主運動（刨床、插床）的往復次數數列、進給數列以及尺寸和功率參數系列。大部分機床的進給量

7、用工件或刀具每轉的位移表示，即單位為mm/r，如車床、鉆床、鏜床及滾齒機等。直線往復運動的機床，如刨、插床，以每一往復的位移表示。銑床和磨床；由于使用的是多刃刀具，進給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為r/ min 。二、進給運動參數二、進給運動參數 在其他條件（切速、切深等）不變的情況下，進給量的損失也反映了生產率的損失。數控機床和重型機床的進給為無級調整；普通機床多采用分級調整。如進給鏈為外聯系傳動鏈，為使相對損失為一定值，則進給量的數列也應取等比數列。有的往復主運動機床，例如刨床和插床，進給運動是間歇的，為使進給機構簡單，采用了棘輪機構，進給量由每次往復轉過的齒數而定，則是等差數列。供大

8、量生產用的自動和半自動車床，常用交換齒輪來調整進給量。這時可以不按一定的規則，而用交換齒輪選擇最有利的進給量。臥式車床因為要車螺紋，進給箱的分級應根據螺紋標準而定。螺紋標準不是一個等比數列，而是一個分段的等差數列。三、標準公比和標準數列三、標準公比和標準數列 機床轉速是從小到大遞增的，因此 1 。為使最大相對轉速損失率不超過 50 % ，即 ，則，2 。因此1 2 為方便起見，規定了公比的標準值： 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。當采用標準公比后，轉速數列可從表 7-1 中直接查出。表中給出了以 1.06 為公比的從 1-10000 的數值。 1.12 = 1

9、.062, 1.26 = 1.064, 1.41 = 1.066, 1.58 = 1.068, 2 = 1.0612 。 此表不僅可用于轉速、雙行程數和進給量數列，而且也可用于機床尺寸和功率參數等數列。表中的數列應優先選用。 四、公比的選用四、公比的選用 當確定了最高與最低轉速以后，就應選取公比。從使用性能方面考慮，公比最好選得小一些，以便減少相對轉速損失。但公比越小，級數就越多，將使機床的結構復雜。對于一般生產率要求較高的普通機床，減少相對轉速損失是主要的，所以公比取得較小，如=1.26 或1.41等。有些小型機床希望簡化構造，公比可取得大些，如1.58或=2等。對于自動機床，減少相對轉速損

10、失率的要求更高，常取1.12 或1.26。由于自動機床都是用于成批或大量生產，變速時間分攤到每一工件，與加工時間相比是很小的，因此采用交換齒輪變速，既滿足了相對轉速損失小的要求又簡化了構造。 第三節第三節 動力參數動力參數 動力參數包括電動機的功率，液壓缸的牽引力，液壓馬達、伺服電動機或步進電動機的額定轉矩等。各傳動件的參數（軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數等）都是根據動力參數設計計算的。如果動力參數定得過大，將使機床過于笨重，浪費材料和電力；如果定得過小，又將影響機床的性能。動力參數可以通過調查、試驗和計算的方法進行確定。一、一、主運動功率的確定主運動功率的確定 機床主運動的功率，包括切削功

11、率、空轉功率損失和附加機械摩擦損失三部分。進行切削加工時，要消耗切削功率P切。它與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關。如果是專用機床，則工作條件比較固定，也就是刀具與工件的材料和切削用量的變化范圍較小。這時計算值也比較接近實際情況。若是普通機床，則刀具與工件的材料和切削用量的變化都相當大。通常，可根據機床檢驗時所要求的重負荷切削條件來確定。 機床主運動空轉時，要消耗電動機的一部分功率，這部分消耗稱為空轉功率損失，用P空（kw）表示。機床的空轉功率損失只隨主軸和其他各軸轉速的變化而改變。引起空轉損失的主要因素是：各傳動件在空轉時的摩擦，由于加工和裝配誤差而加大的摩擦以及攪油，空氣阻力

12、和其他動載荷等。中型機床主傳動鏈的空轉功率損失可用下列的試驗公式進行估算： da da 主運動鏈中除主軸外所有傳動軸軸頸的平均直徑。如果主運動鏈中除主軸外所有傳動軸軸頸的平均直徑。如果 主運動鏈的結構尺寸尚未確定，初步按電動機功率主運動鏈的結構尺寸尚未確定，初步按電動機功率P P選取：選取：d d 主主 主軸前后軸頸的平均值（主軸前后軸頸的平均值（mm); mm); nini 當主軸轉速為當主軸轉速為n n主時，傳動鏈內除主軸外各傳動軸的轉主時，傳動鏈內除主軸外各傳動軸的轉 速之和。如傳動鏈內有不傳遞載荷但也隨之作空運轉速之和。如傳動鏈內有不傳遞載荷但也隨之作空運轉 的軸時，這些軸的轉速也應計

13、入（的軸時，這些軸的轉速也應計入（r/min) ; r/min) ; n n主主 主軸轉速（主軸轉速（r/min) ; r/min) ; k kl l 潤滑油粘度影響的修正系數。潤滑油粘度影響的修正系數。 N46 N46 號機械油，號機械油，kl= 1kl= 1； N32N32號機械油，號機械油，kl= 0.9kl= 0.9；N15 N15 號機械油，號機械油，kl= 0.75 ; kl= 0.75 ; k k2 2 系數。主軸用兩支承的滾動軸承或滑動軸承，系數。主軸用兩支承的滾動軸承或滑動軸承，k k2 28.5 8.5 ； 三支承滾動軸承，三支承滾動軸承，k k2 2=10=10 機床在切

14、削時，齒輪、軸承等零件上的正機床在切削時，齒輪、軸承等零件上的正壓力加大了，功率的損耗也加大了。比壓力加大了，功率的損耗也加大了。比P空多出空多出來的那部分功率損耗，稱為附加機械摩擦損失功來的那部分功率損耗，稱為附加機械摩擦損失功率率P機。切削功率越大，這部分損失也越大。綜機。切削功率越大，這部分損失也越大。綜上所述，主電動機功率（上所述，主電動機功率（kw）為：）為： 式中式中l、2、3 主運動鏈中各傳動副主運動鏈中各傳動副的機械效率，見表的機械效率，見表 7-2 。pppppp切切主空空機機1 2 3機 圖圖 7-1 表示主運動鏈在某一轉速下所消耗的各表示主運動鏈在某一轉速下所消耗的各項功

15、率之間的關系。當開動機床尚未切削時，就需項功率之間的關系。當開動機床尚未切削時，就需要消耗部分功率要消耗部分功率P空（圖空（圖 7-1的的OB ）。隨著）。隨著P切的切的增加，增加，P機也在增加。機也在增加。P主沿主沿AB上升，直到上升，直到A點。這點。這時機床滿載，時機床滿載， 在圖在圖 7-1 中就是中就是 OA 聯線與水平軸夾角聯線與水平軸夾角 的余的余切，切，總總ctg。當。當P切切從從 0上升到上升到P切切max時，時，P主主是是沿沿OBA折線上升的。因此，折線上升的。因此，總總僅對滿載時有效。當僅對滿載時有效。當P切切P切切max時，根據時，根據總總總算出的電動機功率將小于總算出的

16、電動機功率將小于實際值。實際值。ppppp切max切max主max空機max總二、進給運動功率的確定 在進給運動與主運動共用一個電動機的普通機床上，如臥式車床和鉆床，由于進給運動所消耗的功率與主運動相比是很小的，因此可以忽略進給所需的功率。在進給運動與空行程運動共用一個電動機的機床上，如升降臺銑床，也不必單獨考慮進給所需的功率，因為使升降臺快速上升所需的空行程運動功率比進給運動的功率大得多。 進給運動采用單獨的普通電動機的機床，如升降臺銑床和龍門銑床，以及用液壓缸驅動進給的機床，如仿形車床、多刀半自動車床和組合機床等，都需要確定進給運動所需的功率。通常用參考同類型機床和計算相結合的辦法確定。注

17、意比較傳動鏈的長短和低效率傳動副（絲杠螺母、蝸桿蝸輪）的數量。進給傳動鏈的機械效率，s會低至 0.15-0.2。 進給功率（進給功率（kwkw）可根據進給牽引力）可根據進給牽引力F FQ Q（N)N)，進，進給速度給速度v vs s(m/min(m/min）和機械效率）和機械效率s s，滑動導軌進給牽引力滑動導軌進給牽引力FQFQ的估算公式如下：的估算公式如下：三角形或三角形與矩形綜合導軌：三角形或三角形與矩形綜合導軌：矩形導軌：矩形導軌：燕尾形導軌：燕尾形導軌：鉆床主軸：鉆床主軸： 式中 ：G 移動部件的重力（N），G = mg ; Fx、FY、Fz切削力的三向分力。其中 Fz 沿導軌的縱向

18、（N)，見圖 7-2。 f 當量摩擦系數； f一鉆床主軸套筒上的摩擦系數； k 考慮顛覆力矩影響的系數； d 主軸直徑（mm) ; T 主軸上的轉矩（Nmm）導軌上的作用力 三、空行程功率的確定三、空行程功率的確定 空行程功率的確定應參考同類型機床，輔之以計算，最好再經試驗驗證。快速（空）行程電動機往往是滿載起動，移動件較重，加速度也較大，因此計算時必須考慮慣性力。各運動件在電機軸上的當量轉動慣量（kgm2），可根據動能守恒定理，由式決定：式中：Jk 旋轉件的轉動慣量（kgm2） k 各旋轉件的角速度（rad/s); mi 直線運動件的質量（kg）; vi 直線運動件的速度（m/s); 電動機的角速度（rad/s）。實心圓柱形件的轉動慣量：空心圓柱形件的轉動慣量： 式中 m質量（kg） ; 密度（kg/m3，鋼的= 7.8x103 kg/m3） D、d 和l 分別為外徑、孔徑和厚度（m）克服慣性的轉矩為： 式中 ta 電動機起動加速過程的時間（s）， 數控機床可取ta為伺服電動機機械時間常數的 3-4 倍；中、小型普通機床可取 ta=0.5s ；大型普通機床可取ta1s-J 克服慣性需要的功率（ kw ）為： 式中n電動機轉速（r/min) ; 傳動機構的機械效