1、第一章 金屬切削機床的總體設計1-1 機床的基本要求1-2 金屬切削機床的設計步驟1-3 機床的總體布局1-4主要技術參數的確定本章基本要求與重點：1、了解機床設計的要求、步驟；2、了解機床工藝方案的擬定及總體布局；3、理解機床的主要技術參數、各參數的定義；4、掌握運動參數和動力參數的確定方法。本章難點：機床主軸轉速的確定。一、性能（技術）指標 機床適應不同生產要求的能力。也叫做加工功能。不同的生產模式，對機床的工藝范圍要求不同。 大批大量生產,機床的工藝范圍比較窄，機床的機構比較簡單。1、工藝范圍 1-1 機床的基本要求包括:工藝范圍、加工精度、生產率自動化,可靠性組合機床單件小批量生產,要

2、求機床的功能比較多，工藝范圍也盡可能的廣，機床結構也比較復雜。E.g.通用車床、通用鉆床多品種小批生產，要求機床的制造裝備的功能更多，因此對于這種生產模式所采用的機床，工藝范圍也比較廣E.g.數控機床、加工中心及柔性制造系統專用機床：工藝范圍窄結構簡單、自動化程度高。普通機床：工藝范圍寬結構復雜、自動化程度低。生產率：單位時間內機床所能加工出的工件數量，它受到生產綱領的制約。公式： Q1/T總1/(T切T輔T準/n) 提高生產率的方法：縮短T切、T輔和T準/n3、生產率T切T輔和T準/n提高切削用量采用多刀加工采用多件加工采用多工位加工機械化自動化快速裝夾快速換刀 多刀加工多刀加工導向套可靠性

3、指機床在整個使用壽命期間內完成規定功能的能力。5、可靠性無故障性 機床在使用過程中不易發生故障。維修性 機床發生故障后容易維修。按照機床可靠性的形成機理，機床可靠性分為：固有可靠性、使用可靠性。 1.固有可靠性通過設計、制造賦予機床的使用壽命。2.使用可靠性是指即受使用制造的影響，又受使用條件的影響而 具有的使用壽命。-總結：機床的使用可靠性要低于固有可靠性。可靠性是一項重要的技術經濟指標。主要包括兩方面：1.機床在規定時間內發生失效的難易程度。2.可修復機床在失效后在規定時間內修復的難易程度。機床可靠性衡量的指標有：平均無故障使用時間、有效度。三、 人機關系人機關系：機械制造裝備與人之間的相

4、互的關系。 而良好的人機關系，主要可以從以下三個方面來實現：1.信號指示系統。 2.操縱件的操作，要符合人的動作習慣。3.造型、色彩和噪聲 e.g. 機床出口而顯示器的放置位置符合人的眼睛觀察情況 。人的視線習慣 眼睛觀察視區操縱起來要靈活方便、迅速省力。 操縱件的操作，不僅要符合人的動作習慣，還要使得工人不易產生誤操作或故障。普通機床和精密機床不能超過85dB，高精度機床不超過75dB。 1-2 金屬切削機床的設計步驟一、總體設計1、掌握機床設計依據。2、工藝分析3、總體布局4、確定主要技術參數確定零件的加工方法，以及 獲得零件表面所需的運動。確定刀具和工件之間的相對運動， 以及各部件的相對

5、位置。 尺寸參數運動參數動力參數。調研、檢索資料主參數：代表機床規格大小和反映機床最大工作能力的一種參數。尺寸參數：機床的尺寸參數主要是對機床加工性能影響較大的一些 包括與工件有關的尺寸和標準化工具或夾具的安裝面尺寸。運動參數：是指機床主軸轉速或主運動速度、移動部件的速度等。 根據機床執行部件的不同，運動參數分主運動參數和進給運動參數兩大類。動力參數：包括電動機的功率、液壓缸的牽引力、液壓馬達、伺服電動機和步進電動機的額定轉矩等。 輸出結果傳動原理圖主要部件的結構草圖液壓系統原理圖電氣原理圖操縱控制系統原理圖二、技術設計 三、零件設計及資料編寫 四、樣機試制和鑒定輸出結果傳動系統圖部件裝配圖電

6、氣系統安裝接線圖液壓系統裝配圖控制操作系統裝配圖總裝配圖輸出結果零件圖修改部件裝配圖修改總圖技術文檔1、分配機床的運動2、選擇傳動形式和支承形式3、安排操作部位4、提高動剛度的措施5、造型設計（自學）步驟：一、機床的運動分配將運動分配給質量小的零部件； 運動件質量小慣性小驅動力小傳動機構體積小成本低。基本原則：應有利于提高工件的加工精度； 如：深孔鉆削。應有利于提高運動部件的剛度； 運動應分配給剛度高的部件，可減少變形。應視工件的形狀而定。二、選擇傳動形式和支承形式驅動電動機進給運動傳動機械傳動液壓無級傳動直線電機交流電動機直流電動機 機械傳動液壓無級傳動電主軸 1、傳動形式主運動傳動主運動傳

7、動形式：機械傳動 優點：變速范圍廣、傳動功率大、傳動比準確、可靠性高。 缺點：相對轉速損失、工作中不能實現變速。 廣泛應用于通用的中小型機床。液壓傳動 優點：無級變速、傳動平穩、沖擊小。 缺點：液壓元件制造精度要求高、定比傳動困難、油液受溫度影響、不適于遠距離輸送動力。廣泛應用于大型的刨床、拉床、大型磨床的主運動。電氣傳動特點：簡化機械結構。適用于：數控機床。進給運動傳動形式通用或專用機床：機械傳動以及液壓無級傳動的形式數控機床：電氣傳動3、支承形式指支承件的形狀。2、機床形式機床主運動執行件的狀態。臥式支承立式支承單臂式支承龍門式支承臥式立式臥式支撐：支撐件高度方向尺寸長度方向尺寸. (圖)

8、臥式機床立式機床臥式支承 “”立式支承 “|”臥式支撐特點：重心低，抗變形程度大。是我們設計中小型機床的首選支撐形式。立式支撐特點：占地面積小，抗變形程度小，操作位置比較靈活。當我們設計加工大尺寸工件和箱體類工件的機床時，一般采用立式支撐。練習：說出下面的機床是什么形式的機床？什么形式的支撐？單臂支承 “”龍門式支承 “”安排操作部件 1.操作者和工件的相對位置能夠適當。 安裝高度： 臥式機床主軸：900-1200mm；立式大型機床工作臺：700mm左右；立式中小型機床工作臺：950-1050mm2.操作者與操作手柄的位置適當3.操縱件應按國家標準選用。 4.功能不同的按鈕應有不同的顏色。紅色

9、：危險、禁止；黃色：提醒注意，警告；綠色：正常，安全暢通提高機床的動剛度。動剛度：結構在特定的動態激擾下抵抗變形的能力。 方法：1.提高抗振性能。抗振性能：指機床工作部件在交變載荷下，抵抗受迫振動和自激振動變形的能力。受迫振動：指機床部件受到來自機床以外或傳動系統內部振動影響而形成的共振。機內振源：車床上提供動力的各個電動機的振動，運動傳遞過程中引起的振動，往復部件運動的慣性力，機外振源：其它機床、鍛壓設備、火車、汽車等通過地基傳給車床的振動。自激振動：由振動過程本身引起切削力周期性變化，又由這個周期性變化的切削力反過來加強和維持的振動稱為自激振動。自激振動的振源： 車削時切削量過大所引起的機

10、床切削自振、主切削力的方向、車刀的幾何角度的選擇不當等。滑動軸承的油膜振蕩、高速轉軸的弓形回轉自振等。具體來說提高抗震性有如下幾種措施：避免受迫振動的措施隔離外振源對于內振源，采用變頻無級調速或雙速電動機，縮短傳動鏈。提高傳動鏈傳動件、主軸組件的剛度。大傳動件應作動平衡或設置阻尼機構。(/u52/v_NTI1NzM1MjQ.html)箱體外表面涂刷高阻尼涂層提高各部件接合面精度，增強局部剛度。避免自激振動的措施：合理選擇切削用量。合理選擇車刀的幾何參數， 主軸組件的阻尼比越大2.減少熱變形。外熱源：主要是指與切削過程基本無關的熱源。E.g.動力源的發熱以及周圍環境溫度。解決方法：動力源的發熱：

11、隔離熱源 周圍環境溫度方面：控制環境溫度內熱源：指與切削過程基本相關的熱源。切削熱、傳動件的摩擦熱。解決方法：切削液切屑摩擦熱：運動副之間的相互運動會產生一定的摩擦力，從而引起摩擦熱而形成熱源。解決方法：強制冷卻熱源。考慮機床的排屑。自身因素：機床部件在工作過程中，他有些所產生的熱源分布不均勻，機床各部件的金屬材料不同，熱膨脹系數不同，因此他抗熱變的能力也就不同。解決方法：綜合考慮，選擇適當的金屬材料。酒吧在壘隔音墻,挖防震溝1-4 主要技術參數的確定機床主要技術參數尺寸參數運動參數動力參數 一、尺寸參數通用機床機床加工最大工件的尺寸專用機床加工零件或被加工面的尺寸參數尺寸參數主要包括兩方面的

12、內容：1.與被加工零件有關的尺寸2.標準化工具或夾具的安裝面尺寸主運動為旋轉運動的機床其運動參數是主軸轉速，（r/min）二、運動參數定義：機床運動執行件的速度。當機床主運動不同時，主運動參數也不同。主運動為直線運動的機床其運動參數是做直線運動部件每分鐘往復的次數（次/分） 加工特定工件的特定工序專用機床：主軸只需一種固定的轉速n通用機床：工藝范圍較廣主軸需要不同的轉速主軸的變速范圍最高、最低轉速確定轉速級數分級變速（1-1）式中 v 切削速度(m/min)； n 主軸轉速(r.p.m)； d 工件或刀具的直徑(mm)。主軸轉速與切削速度的關系是：通用機床主軸轉速的確定：1、nmax和nmin

13、的確定1）調查和分析所設計機床可能進行的工序；2）選擇要求最高與最低轉速的典型工序；3）按照典型工序的切削速度和刀具或工件直 徑來計算主軸的nmax、nmin和變速范圍Rn。（1-2）式中，dmax或dmin并不是指機床上可能加工的最大或最小直徑，而是指常用的經濟的最大或最小加工直徑。計算公式 vmax、vmin的確定 影響因素確定方法刀具材料工件材料切削試驗查切削用量手冊生產調查式中，D 可能加工的最大直徑(mm)； K 系數，根據對現有機床使用情況的調查來 確定，如搖臂鉆床K1，普通車床K0.5； Rd 計算直徑范圍(Rd0.20.25)。 dmax、dmin的確定實例：400mm普通車床

14、nmax和nmin的確定則 dmaxKD0.5400200(mm) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r.p.m) nmax的計算據分析，用硬質合金車刀對小直徑鋼材，半精車外圓時，主軸n最高，按經驗并參考切削用量手冊。取 vmax200m/min，k0.5，Rd0.25刀具材料 工件材料 零件形狀 工 序 dmax(mm) vmin(m/min) nmin(r.p.m) 高速鋼 鑄鐵 盤類 粗車端面 15 24 高速鋼 合金鋼材 圓棒料 粗車梯形螺紋 40 1.5 11.9根據上表的計算結果，應該選擇： nmin11.9（r.p.m） nmin的計算 據分析，下列兩道工序

15、所要求的主軸轉速中較低的一個為主軸最低轉速。 2、主軸轉速的合理排列主軸轉速的最佳排列：等比數列。現狀：絕大部分普通機床的主軸變速采用分級變速裝置。 nmax、 nmin的確定根據上述計算以及調查、比較的結果，并考慮有一定的技術儲備，確定主軸的轉速為： nmax1600（r/min）nmin10（r/min）Rn160 n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n7118n16950n8150n171180n9190n181500n11 n10n14 3n10n18 17n1nmax 17nmin 如：X61

16、32銑床主軸共有 Z=18級轉速（1-3）Rnnmax/nmin Z1 主軸轉速等比數列特點主軸轉速按等比級數排列時，傳動設計簡單 ,使用方便,最大相對轉速損失率相等. 結論：主軸轉速數列是按等比級數排列的等比數列，其公比用符號 表示。若已知變速范圍，采用有級變速的形式對主軸轉速進行分級。轉速數列：分級：在變速范圍內，確定中間各級轉速。傳動設計簡單各因子數列的項數我們分別用Pa、Pb、Pc、Pd來表示. Pa=3、Pb=2、Pc=2、Pd=2. 級比:每個因子數列的公比.數值上，級比是公比的整數次冪。 冪指數稱為級比指數。分別用Xa，Xb，Xc，Xd來表示 .Xa=1. Xb=3，Xc=6，X

17、d=12.機床主軸轉速的結構式： 使用方便。 轉速范圍內的最大轉速相對損失均勻 相對損失率為：最大相對損失率為：結論：從生產率的角度來看：公比 轉速相對損失A生產率標準公比原則對于通用機床，國家對標準公比有如下規定：1.12.國家標準里設定標準公比有7個。 分別為：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2. 公比選用原則對于常用的中型機床，=1.26、1.41.重型機床，=1.26、 1.12 ， 1.06 。專用機床，=1.12、1.26。非自動化小型機床 =1.58、1.78、2. 可簡化變速傳動系統Rn Z1Zp1p 2p n式中 Z 主軸轉速級數； pn 第n個滑

18、移齒輪變速組的傳動副數。（1-4）公比 從機床結構復雜程度來看：在Rn相同的情況下ZP或n 機床結構復雜性3、標準公比表1-1 標準公比從表中可以看到：1）標準公比都是在1 2之間；2）標準公比是2的E2次方根，其數列每隔N項增大或縮小2倍（便于采用雙速電動機 ）；3）標準公比是10的E1次方根，便于設計和使用機床。表1-2 標準公比之間的關系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.4121.01.061.121.181.251.321.41.51

19、.61.71.81.92.02.122.242.362.52.652.833.153.353.553.754.04.254.54.755.05.35.666.36.77.17.58.08.59.09.51010.611.211.812.513.21415161718192021.222.423.62526.5283031.533.535.537.54042.54547.5505356606367717580859095通用機床專門化機床和自動機床大型機床非自動小型機床公比1.261.411.121.261.061.121.261.581.782.0原因變速級數較多；機床結構不能過于復雜；轉速損

20、失不能太大。 切削時間較長，生產率較高 ；機床不經常變速，變速機構可以采用交換齒輪。 切削時間較長，轉速損失影響較大。 機床輔助時間較長，切削加工時間所占比例不大。 4、公比的選用依據：生產率和機床結構復雜性。三、動力參數定義：電動機功率、液壓缸牽引力、液壓馬達或步進電機的額定扭矩等。電動機的功率主運動電動機功率進給運動電動機功率快速移動電動機功率車、鏜、磨等工序鉆、擴等工序1、主運動電動機功率 切削功率P切主運動電動機功率 空載功率P空 附加機械摩擦損失功率P機 切削功率 。與刀具、工件材料和選用的切削用量有關。可按下表計算表1-3 常用工序切削功率計算式 專用機床，可以直接選擇計算。通用機床，根據機床檢驗標準規定的切削條件進行計算。 空載功