机械制造装备设计 第三章 32

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1、3.2 机床总体设计 3.2.1 机床总体方案的拟定 3.2.2 机床主要技术参数的确定 1. 拟定总体方案的依据 2. 机床的运动设计 3. 机床结构布局与外形尺寸设计 （1）工件 （2）使用要求 （3）制造条件 （4）现有同类型机床 3.2 机床总体设计 3.2.1 机床总体方案的拟定 3.2.2 机床主要技术参数的确定 1. 拟定总体方案的依据 2. 机床的运动设计 3. 机床结构布局与外形尺寸设计 （1）机床运动轴数的确定 （2）机床运动的分配 （3）机床传动形式选择 机床有机械、液压、电气 、气动等多种传动形式， 每种形式中又可采用不同 类型的传动元件。为满足 机床运动的功能要求、性

2、 能要求和经济要求，要对 多种传动方案进行分析、 对比，合理选择传动形式 ，并与机床的整体水平相 适应。 3.2 机床总体设计 3.2.1 机床总体方案的拟定 3.2.2 机床主要技术参数的确定 1. 拟定总体方案的依据 2. 机床的运动设计 3. 机床结构布局与外形尺寸设计 机床结构布局设计是指确定机床的组成部 件，以及各个部件和操纵、控制机构在整 台机床中的配置方式。 卧 式 机 床 立 式 机 床 卧式支承 “ ” 立 式 支 承 “|” 单 臂 支 承 “” 龙 门 式 支 承 “” 机床主要技术参数 主参数 尺寸参数 运动参数 动力参数 3.2.2 机床主要技术参数的确定 例：CA6

3、140型普通车床的主要技术参数 （1） 主参数 1）主参数：工件最大回转直径400mm； 2）第二主参数：最大工件长度1000mm； （2 2） 尺寸参数尺寸参数 刀架最大回转直径刀架最大回转直径 210mm210mm 主轴内孔直径主轴内孔直径 48mm48mm （3） 运动参数 1）主运动速度：101400 r/min 24级 2）进给运动速度：0.0286.33mm/r， 横、纵进给各64级 3）快移速度： 4m/min （4） 动力参数 1）主电机功率：7.5KW（与进给电机共用） 2）快移电机功率：370W 1. 主参数 主参数或称主要规格，它表示了机床 的加工范围 如车床：床身上工件

4、的最大回转直径；齿轮加工机 床：最大加工工件直径；外圆磨床和无心磨床：最 大磨削直径；龙门刨床/龙门铣床/升降台铣床/矩形 工作台磨床：工作台面宽度；卧式镗床：主轴直径 ；立式钻床/摇臂钻床：最大钻孔直径；牛头刨床/插 床：最大刨削长度和插削长度；拉床：额定拉力（ 吨） 有些机床还有第二主参数，一般是指主轴数，最大跨 距或最大加工长度、工作台面长度、最大模数等。例 如车床：最大工件长度；铣床和龙门刨床：工作台面 的长度；摇臂钻床：最大跨距 2. 尺寸参数 指机床的主要结构尺寸，通常包括与 工件有关的尺寸和标准化工具或夹具 的安装面尺寸 (1)与被加工零件有关的尺寸 ，如摇臂钻床的跨距L；主轴

5、端面至低座工作面最大距离H ；主轴行程h等。 (2)标准化工具或夹具的安装 面尺寸，如摇臂钻床的主轴 锥孔尺寸等。 (3)主要的结构尺寸，如摇臂 钻床的外立柱直径d 3. 运动参数 运动参数是指机床执行 件，如主轴、工作台、 刀架等的运动速度 主运动参数 进给运动参数 主运动 进给运动 辅助运动 旋转 运动 主轴转速 (r.p.m) 转台或头架进给 量（r.p.m） 直线 运动 工作台或滑枕的 双行程数（双行程 数/ min） 工作台或刀架进 给量 （ r/min、mm/min） 工作台或刀架 的快移速度（ m/min） 1）主运动参数 加工特定工件 的特定工序 专用机床：专用机床： 主轴只需

6、一种 固定的转速n 通用机床：通用机床： 工艺范围较广 主轴需要不同的转速 主轴的变速范围 最高、最低转速 确定转速级数 分级 变速 主运动为旋转运动的机床其运动参数是主轴 转速，它同切削速度的关系是： 式中 v 切削速度(m/min)； n 主轴转速(r.p.m)； d 工件或刀具的直径(mm)。 通用机床主轴转速的确定： （1）nmax和nmin的确定 1）调查和分析所设计机床可能进行的工序； 2）选择要求最高与最低转速的典型工序； 3）按照典型工序的切削速度和刀具或工件直 径来计算主轴的nmax、nmin和变速范围Rn。 式中，dmax或dmin并不是指机床上可能加工的最大或 最小直径，

7、而是指常用的经济的最大或最小加工直 径。 计计 算算 公公 式式 式中，D 可能加工的最大直径(mm)； K 系数，根据对现有机床使用情况的调查来 确定，如摇臂钻床K1，普通车床K0.5； Rd 计算直径范围(Rd0.20.25)。 d d maxmax、 、 d d minmin的确定 的确定 v v maxmax、 、v vmin min的确定 的确定 刀具材料刀具材料 工件材料工件材料 进给量进给量 影响因素影响因素 切削试验切削试验 查切削用量手册查切削用量手册 生产调查生产调查 确定方法确定方法 实例：400mm普通车床nmax和nmin的确定 则 dmaxKD0.5400200(m

8、m) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r.p.m) nmax的计算 据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，精车外 圆时，主轴n最高，按经验并参考切削用量手册。 取 vmax200m/min，k0.5，Rd0.25 刀具 材料 工件 材料 零件 形状 工 序 dmax (mm) vmin (m/min ) nmin (r.p.m) 高速钢 铸铁 盘类 粗车 端面 200 15 24 高速钢 合金 钢材 圆棒料 粗车梯 形螺纹 40 1.5 11.9 根据上表的计算结果，应该选择： nmin11.9（r.p.m） nmin的计算 据分析，下列两道工序所要求的主轴转速中较低的一

9、个为 主轴最低转速。 （2）分级变速时的主轴转速数列 主轴转速的最佳选择：无级变速。 现状：绝大部分普通机床的主轴变速采用分级变速装置。 nmax、 nmin的确定 根据上述计算以及调查、比较的结果，并考虑有一定 的技术储备，确定主轴的转速为： nmax1600（r/min） nmin10（r/min） Rn160 变速范围 n130n10236 n237.5n11300 n347.5n12375 n460n13475 n575n14600 n695n15750 n7118n16950 n8150n171180 n9190n181500 n n 1111 n n 1010 n n 1414 3

10、 3n n 1010 n n 1818 1717 n n1 1 n n maxmax 1717 n n minmin 如：X6132铣床主轴共有 Z=18级转速 Rnnmax/nmin Z1 主轴转速等比数列特点 转速范围内的最大转速相对损失均匀 公比公比 从生产率的角度来看：从生产率的角度来看： 结论： 转速相对损失转速相对损失A A 生产率生产率 主轴转速数列是按等比级数排列的等比 数列，其公比用符号 表示。 可简化变速传动系统 Rn Z1 Zp1p 2p n 式中 Z 主轴转速级数； pn 第n个滑移齿轮变速组的传动副数。 公比公比 从机床结构复杂程度来看：在从机床结构复杂程度来看：在R

11、 R n n 相同的情况下相同的情况下 Z Z P P或或n n 机床结构机床结构 复杂性复杂性 （3）标准公比 从表中可以看到： 1）标准公比都是在1 2之间； 2）标准公比是2的E2次方根，其数列每隔N项增大或缩小2倍（便 于采用双速电动机 ）； 3）标准公比是10的E1次方根，便于设计和使用机床。 1.0 1.0 6 1.1 2 1.1 8 1.2 5 1.3 2 1.41.51.61.7 1.81.92.0 2.1 2 2.2 4 2.3 6 2.5 2.6 5 2.83 3.1 5 3.3 5 3.5 5 3.7 5 4.0 4.2 5 4.5 4.7 5 5.05.3 5.666.

12、36.77.17.58.08.59.09.5 附表：公比1.06的标准数列 10 10. 6 11. 2 11. 8 12. 5 13. 2 14151617 181920 21. 2 22. 4 23. 6 25 26. 5 2830 31. 5 33. 5 35. 5 37. 5 40 42. 5 45 47. 5 5053 56606367717580859095 通用机床 专门化机床 和自动机床 大型 机床 非自动 小型机床 公比 1.26 1.41 1.12 1.26 1.06 1.12 1.26 1.58 1.78 2.0 原因 变速级数较多； 机床结构不能过 于复杂； 转速损失不

13、能太 大。 切削时间较长 ，生产率较高 ； 机床不经常变 速，变速机构 可以采用交换 齿轮。 切削时间 较长，转 速损失影 响较大。 机床辅助时 间较长，切 削加工时间 所占比例不 大。 （4）公比的选用 依据：生产率和机床结构复杂性。 4. 动力参数 定义：电动机功率、液压缸牵引力、液压马达 或步进电机的额定扭矩等。 电动机的功率 主运动电动机功率 进给运动电动机功率 快速移动电动机功率 1) 主运动电动机功率 切削功率Pc 主运动电动机功率 空载功率P0 附加机械摩擦损失功率Pa 粗略估算可用下列经验公式： 2)进给运动电动机功率 确定方法：采用参考同类型机床和计算相结合的方法 。由于进给

14、运动的速度较低，空载功率很小，所以 在计算时可略去。 进给运动电机功率取决于进给的有功功率和传动件的 机械效率。即： 3) 快速移动电动机功率 快速移动电机在启动时的消耗功率最大，此时须同时克服惯性 力和摩擦力。 启动时的电动机功率为： 式中 P快 快速运动电动机功率（KW）； P摩 克服摩擦力所需的功率（KW）； P惯 克服惯性力所需的功率（KW）； K 安全系数，K=1.52.5。 P快（P惯P摩）K P惯的计算 克服惯惯性力所需的电动电动 机轴轴上的扭矩 转化到电动机轴上的当量转动惯量 电动机启动时间 电动机的角速度 各回转件的惯性矩 各回转件的角速度 各直线移动件的质量 各直线移动件的速度 1）水平运动 2）升降运动 P P摩的计算摩的计算