機(jī)制07級(jí)-機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)(第一章)課件

1、第一章 金屬切削機(jī)床的總體設(shè)計(jì)1-1 機(jī)床的基本要求1-2 金屬切削機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟1-3 機(jī)床工藝方案擬定1-4 機(jī)床的總體布局1-5 主要技術(shù)參數(shù)的確定本章基本要求與重點(diǎn)：1.了解機(jī)床設(shè)計(jì)的要求、步驟；2.了解機(jī)床工藝方案的擬定及總體布局；3.理解機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)、各參數(shù)的定義；4.掌握運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定方法。本章難點(diǎn)：機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的確定。1-1 機(jī)床的基本要求用戶制造者基本要求技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理使用宜人工藝性好結(jié)構(gòu)簡單重量輕質(zhì)量好效率高操作維護(hù)方便價(jià)格低廉性能（技術(shù)）指標(biāo)經(jīng)濟(jì)效益人機(jī)關(guān)系機(jī)床種類繁多，如何來衡量一臺(tái)機(jī)床的好壞？ 一、性能（技術(shù)）指標(biāo)機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。包括：

2、工序種類 被加工零件的類型 材料和尺寸范圍 毛坯的種類 適應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)模 1. 工藝范圍專用機(jī)床：工藝范圍窄結(jié)構(gòu)簡單、自動(dòng)化程度高。普通機(jī)床：工藝范圍寬結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度低。1）加工精度：被加工零件在形狀、位置、尺寸的準(zhǔn)確 度以及表面的粗糙程度。2. 加工精度和精度保持性精度等級(jí)：普通級(jí)、精密級(jí)、高精度級(jí)和超精密級(jí)。基本組成：幾何精度機(jī)床在不運(yùn)動(dòng)或空載低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度， 是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。傳動(dòng)精度內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈兩末端件執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) 的精度。生產(chǎn)率：單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所能加工出的工件數(shù)量， 它受到生產(chǎn)綱領(lǐng)的制約。公式： Q1/T總1/(T切T輔T準(zhǔn)/n) 提高生產(chǎn)率的方法：縮短T切、T輔和T

3、準(zhǔn)/n3. 生產(chǎn)率T切T輔和T準(zhǔn)/n高速化復(fù)合化多軸化多工位自動(dòng)化智能化高速化網(wǎng)絡(luò)化 優(yōu)點(diǎn)4. 自動(dòng)化程度缺點(diǎn)操作方便生產(chǎn)率高人為影響少質(zhì)量穩(wěn)定控制系統(tǒng)較復(fù)雜機(jī)床構(gòu)造較復(fù)雜制造成本高維修困難大批量生產(chǎn)專用機(jī)床組合機(jī)床(剛性)自動(dòng)線多品種小批量生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床(NC)加工中心（MC）柔性制造單元/系統(tǒng)(FMC/ FMS ）工廠自動(dòng)化(FA) 措施：研究對(duì)象：“人-機(jī)械-環(huán)境”的綜合體。三、 人機(jī)關(guān)系目的：通過對(duì)人體尺度、生理特點(diǎn)和心理要求的研究，為操縱人員提供高效、安全方便的勞動(dòng)條件，發(fā)揮人機(jī)最高工作效能。設(shè)計(jì)時(shí)的考慮因素：機(jī)床的造型和色彩；操縱控制機(jī)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)操作者的生理特點(diǎn)；避免和減少對(duì)環(huán)境的污染

4、，特別是噪聲污染；安全防護(hù)、冷卻、排屑及照明等。1-2 金屬切削機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟一、總體設(shè)計(jì)1. 調(diào)研2. 工藝方案的擬定3. 總體布局4. 確定主要技術(shù)參數(shù) 掌握機(jī)床設(shè)計(jì)依據(jù)。 確定零件的加工方法，以及 獲得零件表面所需的運(yùn)動(dòng)。 確定刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 以及各部件的相對(duì)位置。 尺寸參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)力參數(shù)輸出結(jié)果傳動(dòng)原理圖主要部件的結(jié)構(gòu)草圖液壓系統(tǒng)原理圖電氣原理圖操縱控制系統(tǒng)原理圖1-3 機(jī)床工藝方案的擬定 主要內(nèi)容通用機(jī)床 工藝方案可參照已有的成熟工藝來設(shè)計(jì)。在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，擴(kuò)大工藝范圍，以增加機(jī)床的功能和適應(yīng)新工藝發(fā)展的需求。工藝方案的擬定，通常根據(jù)特定工件的具體加工要求，確定出多種

5、工藝方案，通過方案比較加以確定。 專用機(jī)床 加工方法刀具類型工藝基準(zhǔn)夾緊方式1-4 機(jī)床的總體布局保證工藝方案中所要求的工件和刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置。保證機(jī)床具有與所要求的加工精度和表面質(zhì)量相適應(yīng)的剛度、抗振性和熱變形特性。使用方便（便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件、排除切屑），造型美觀且經(jīng)濟(jì)效益高。 基本要求一、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配將運(yùn)動(dòng)分配給質(zhì)量小的零部件； 運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量小慣性小驅(qū)動(dòng)力小傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小成本低?；驹瓌t：應(yīng)有利于提高工件的加工精度； 如：深孔鉆削。應(yīng)有利于提高運(yùn)動(dòng)部件的剛度； 運(yùn)動(dòng)應(yīng)分配給剛度高的部件，可減少變形。應(yīng)視工件的形狀而定。圖1-1 銑床的幾種布局二、選擇

6、傳動(dòng)形式和支承形式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)液壓無級(jí)傳動(dòng)直線電機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī) 機(jī)械傳動(dòng)液壓無級(jí)傳動(dòng)電主軸 1. 傳動(dòng)形式主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)3. 支承形式指支承件的形狀。2. 機(jī)床形式機(jī)床主運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件的狀態(tài)。臥式支承立式支承單臂式支承龍門式支承臥式立式圖1-2 臥式機(jī)床圖1-3 立式機(jī)床圖1-5 立式支承 “|”圖1-6 單臂支承 “”1-5 主要技術(shù)參數(shù)的確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)例：CA6140型普通車床的主要技術(shù)參數(shù) 尺寸參數(shù) 1）主參數(shù)：工件最大回轉(zhuǎn)直徑400mm； 2）第二參數(shù)：最大工件長度1000mm； 3）其它尺寸參數(shù)：刀架最大回轉(zhuǎn)直徑 210mm， 主軸內(nèi)孔直徑 48mm。 這些是

7、與被加工零件尺寸有關(guān)的參數(shù)。尺寸參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)動(dòng)力參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1）主運(yùn)動(dòng)速度：101400 r/min 24級(jí) 2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度：0.0286.33mm/r， 橫、縱進(jìn)給各64級(jí) 3）快移速度： 4m/min 動(dòng)力參數(shù) 1）主電機(jī)功率：7.5KW（與進(jìn)給電機(jī)共用） 2）快移電機(jī)功率：370W定義：影響機(jī)床加工性能的一些尺寸，包括：一、尺寸參數(shù)2. 第二主參數(shù)補(bǔ)充確定機(jī)床的規(guī)格。3. 其它一些尺寸參數(shù)與機(jī)床上被加工工件尺寸有關(guān)。 1. 主參數(shù)代表機(jī)床規(guī)格的大小。 由GB/T 15375-1994金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法統(tǒng)一規(guī)定，每種機(jī)床的主參數(shù)按等比數(shù)列排列。 定義：機(jī)床運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件，如主軸、工

8、作臺(tái)或刀架的轉(zhuǎn) 速或運(yùn)動(dòng)速度。主運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 輔助運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 主軸轉(zhuǎn)速(r.p.m)轉(zhuǎn)臺(tái)或頭架進(jìn)給量（r.p.m）直線運(yùn)動(dòng) 工作臺(tái)或滑枕的雙行程數(shù)(雙行程數(shù)/ min) 工作臺(tái)或刀架進(jìn)給量( r/min、mm/min)工作臺(tái)或刀架的快移速度（m/min）二、運(yùn)動(dòng)參數(shù)表1-1 常用運(yùn)動(dòng)參數(shù)（一）主運(yùn)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù) 其運(yùn)動(dòng)參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 主軸轉(zhuǎn)速同切削速度的關(guān)系是：式中 v 切削速度(m/min)； n 主軸轉(zhuǎn)速(r.p.m)； d 工件或刀具的直徑(mm)。（1-1）加工特定工件的特定工序?qū)Ｓ脵C(jī)床主軸只需一種固定的轉(zhuǎn)速n（二）機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的確定方法通用機(jī)床工藝范圍較廣主軸需要

9、不同的轉(zhuǎn)速主軸的變速范圍最高、最低轉(zhuǎn)速確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)分級(jí)變速（三）通用機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的確定步驟1. nmax和nmin的確定1）調(diào)查和分析所設(shè)計(jì)機(jī)床可能進(jìn)行的工序；2）選擇要求最高與最低轉(zhuǎn)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(jì)算主軸的nmax、nmin和變速范圍Rn。（1-2） 式中，dmax或dmin并不是指機(jī)床上可能加工的最大或最小直徑，而是指常用的經(jīng)濟(jì)的最大或最小加工直徑。計(jì)算公式（1-3）式中，D 可能加工的最大直徑(mm)； K 系數(shù)，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床使用情況的調(diào)查來 確定，如搖臂鉆床K1，普通車床K0.5； Rd 計(jì)算直徑范圍(Rd0.20.25)。 dmax、d

10、min的確定 vmax、vmin的確定 影響因素確定方法刀具材料工件材料進(jìn)給量 切削試驗(yàn)查切削用量手冊(cè)生產(chǎn)調(diào)查實(shí)例：400mm普通車床nmax和nmin的確定則 dmaxKD0.5400200(mm) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r.p.m) nmax的計(jì)算據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車刀對(duì)小直徑鋼材，半精車外圓時(shí)，主軸n最高，按經(jīng)驗(yàn)并參考切削用量手冊(cè)。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

11、車梯形螺紋 40 1.5 11.9根據(jù)上表的計(jì)算結(jié)果，應(yīng)該選擇： nmin11.9（r.p.m） nmin的計(jì)算 據(jù)分析，下列兩道工序所要求的主軸轉(zhuǎn)速中較低的一個(gè)為主軸最低轉(zhuǎn)速。 2. 分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列主軸轉(zhuǎn)速的最佳選擇：無級(jí)變速?，F(xiàn)狀：絕大部分普通機(jī)床的主軸變速采用分級(jí)變速裝置。 nmax、 nmin的確定 根據(jù)上述計(jì)算以及調(diào)查、比較的結(jié)果，并考慮有一定的技術(shù)儲(chǔ)備，確定主軸的轉(zhuǎn)速為： nmax1600（r/min）nmin10（r/min）Rn160 n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n71

12、18n16950n8150n171180n9190n181500n11 n10n14 3n10n18 17n1nmax 17nmin 如：X6132銑床主軸共有 Z=18級(jí)轉(zhuǎn)速（1-4）Rnnmax/nmin Z1 主軸轉(zhuǎn)速等比數(shù)列特點(diǎn) 轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)速相對(duì)損失均勻 （1-5）公比 從生產(chǎn)率的角度來看：結(jié)論：主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列是按等比級(jí)數(shù)排列的等比數(shù)列，其公比用符號(hào) 表示。轉(zhuǎn)速相對(duì)損失A生產(chǎn)率 可簡化變速傳動(dòng)系統(tǒng)Rn Z1Zp1p 2p n式中 Z 主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)； pn 第n個(gè)滑移齒輪變速組的傳動(dòng)副數(shù)。（1-6）公比 從機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度來看：在Rn相同的情況下ZP或n 機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜性3. 標(biāo)準(zhǔn)公

13、比表1-2 標(biāo)準(zhǔn)公比從表中可以看到：1）標(biāo)準(zhǔn)公比都是在1 2之間；2）標(biāo)準(zhǔn)公比是2的E2次方根，其數(shù)列每隔N項(xiàng)增大或縮小2倍（便于采用雙速電動(dòng)機(jī) ）；3）標(biāo)準(zhǔn)公比是10的E1次方根，便于設(shè)計(jì)和使用機(jī)床。表1-3 標(biāo)準(zhǔn)公比之間的關(guān)系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.4121.01.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.92.02.122.242.362.52.652.833.153.353.553.754.04.

14、254.54.755.05.35.666.36.77.17.58.08.59.09.5附表：公比1.06的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 1010.611.211.812.513.21415161718192021.222.423.62526.5283031.533.535.537.54042.54547.5505356606367717580859095通用機(jī)床專門化機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床大型機(jī)床非自動(dòng)小型機(jī)床公比1.261.411.121.261.061.121.261.581.782.0原因變速級(jí)數(shù)較多；機(jī)床結(jié)構(gòu)不能過于復(fù)雜；轉(zhuǎn)速損失不能太大。 切削時(shí)間較長，生產(chǎn)率較高 ；機(jī)床不經(jīng)常變速，變速機(jī)構(gòu)可以采用交換齒輪。

15、切削時(shí)間較長，轉(zhuǎn)速損失影響較大。 機(jī)床輔助時(shí)間較長，切削加工時(shí)間所占比例不大。 4. 公比的選用依據(jù)：生產(chǎn)率和機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。三、動(dòng)力參數(shù)定義：電動(dòng)機(jī)功率、液壓缸牽引力、液壓馬達(dá)或步進(jìn) 電機(jī)的額定扭矩等。電動(dòng)機(jī)的功率主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率車、鏜、磨等工序鉆、擴(kuò)等工序1. 主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 切削功率P切主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 空載功率P空 附加機(jī)械摩擦損失功率P機(jī) 切削功率 可按下表計(jì)算表1-4 常用工序切削功率計(jì)算式 附加機(jī)械摩擦損失功率 可按下式計(jì)算。 空載功率 可按教材P.17式（1-8）計(jì)算（1-7）因此，主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率為： P主P切P空(P切機(jī)P切) P空P切機(jī)（1-8）粗略估算可用下列經(jīng)驗(yàn)公式：（1-9）2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用電動(dòng)機(jī) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與快速移動(dòng)共用電動(dòng)機(jī) 快速移動(dòng)所消耗的功率進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率 電動(dòng)機(jī)功率確定取決于快速移動(dòng)功率。（1-10） 確定方法：采用參考同類型機(jī)床和計(jì)算相結(jié)合的方法。由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低，空載功率很小，所以在