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1、第第7 7章章 机床主参数的确定机床主参数的确定主要参数（又称主规格）主要参数（又称主规格）: : 尺寸参数尺寸参数：主要结构尺寸，围绕被加工零件的尺寸参：主要结构尺寸，围绕被加工零件的尺寸参 数进行的；数进行的；运动参数运动参数：机床执行件如主轴、工作台、刀架的：机床执行件如主轴、工作台、刀架的n n、v v；动力参数动力参数：机床电动机的功率，液压缸的牵引力，：机床电动机的功率，液压缸的牵引力， 液压马达伺服电动机或步进电动机的额液压马达伺服电动机或步进电动机的额 定转距。定转距。7.1 7.1 尺寸参数尺寸参数1.与被加工零件有关的尺寸与被加工零件有关的尺寸例：摇臂钻床的跨距例：摇臂钻床
2、的跨距L，主轴端面至底座工作台，主轴端面至底座工作台最大距离最大距离H，主，主轴行程轴行程h等。等。2.标准化工具或夹具的安装面尺寸标准化工具或夹具的安装面尺寸:摇臂钻床的摇臂钻床的主轴锥孔尺寸主轴锥孔尺寸，CA6140主轴锥孔。主轴锥孔。3.3.主主要要结结构构尺尺寸寸，如如摇摇臂臂钻钻床床的的外外立立柱柱直直径径d.d.。 尺寸参数一般参考现有机床确定，对于某些尺寸参数一般参考现有机床确定，对于某些与被加工零件有关的尺寸参数，可按被加工零件与被加工零件有关的尺寸参数，可按被加工零件的尺寸确定，对于某些已经系列化的通用机床，的尺寸确定，对于某些已经系列化的通用机床，参数可按系列设计规定。有的
3、机床，一个主参数参数可按系列设计规定。有的机床，一个主参数还不足以确定机床的规格，还需第二主参数加以还不足以确定机床的规格，还需第二主参数加以补充。补充。7.2 7.2 运动参数运动参数7.2.1 7.2.1 主运动参数主运动参数 对于主运动是回转运动的机床是：对于主运动是回转运动的机床是： n: r/min n: r/min v: m/min v: m/min 次次/min/minn n= =n：转速转速r/minv:切削速度切削速度m/mind:工件（刀具）直径工件（刀具）直径mm对对于于不不同同的的机机床床，主主运运动动参参数数有有不不同同的的要要求求。专专用用机机床床完完成成特特定定的
4、的工工艺艺，当当该该工工艺艺长长期期稳稳定定时时，主主轴轴只只需需一一种种固定转速，不需要换置机构。固定转速，不需要换置机构。n=v: v: 选定切削速度选定切削速度 d: d: 刀具或工件直径刀具或工件直径通通用用机机床床是是为为了了适适应应多多种种零零件件加加工工而而设设计计制制造造的的，主主轴轴需需要要变变速速。因因此此需需确确定定它它的的变变速速范范围围、最最低低与与最最高高转转速速及及Z。1. 1. 主轴最高、最低转速主轴最高、最低转速n=n=确定确定v v时，时，和工艺有关和工艺有关: :刀具材料（高速钢、硬刀具材料（高速钢、硬质合金及陶瓷）、工件材料（钢、铸铁、铜、铝）、质合金及
5、陶瓷）、工件材料（钢、铸铁、铜、铝）、刀具进给量刀具进给量和切深有关。和切深有关。v v可以通过切削实验和查切削用量手册得到。在可以通过切削实验和查切削用量手册得到。在计算计算n nmaxmax时，不是把一切可能出现的时，不是把一切可能出现的v vmaxmax、d dminmin代入代入n nminmin中，而应当是在实际使用时采用中，而应当是在实际使用时采用v vmaxmax常用的常用的d d值值中较小的数值。这样就可以得到较为合理的中较小的数值。这样就可以得到较为合理的n nmaxmax和和n nminmin以及以及R Rn n= n= nmaxmax/n/nminmin。车床车床 d d
6、maxmax0.6)D0.6)Dmax(max(回转直径回转直径) ) d dminmin0.25) d0.25) dmaxmax例：钻床可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等，钻孔要求例：钻床可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等，钻孔要求转速高，而攻丝要求转速低，钻大孔所用主轴转速较钻小转速高，而攻丝要求转速低，钻大孔所用主轴转速较钻小孔低。因此，要求主轴应该有多种转速。如孔低。因此，要求主轴应该有多种转速。如: :最大钻孔直最大钻孔直径径D=40mmD=40mm的的Z3040Z3040型摇臂钻床共有型摇臂钻床共有1616级转速级转速: : n= 25 n= 25、4040、6363、8080、100
7、100、125125、160160、250250、 320 320、400400、500500、630630、800800、12501250、2000 2000 (r/min) (r/min)用上述公式求得主轴最高、最低用上述公式求得主轴最高、最低 转速，有时由于典型工序选择不当或原转速，有时由于典型工序选择不当或原始数据有偏差，可能与实际需要相差较始数据有偏差，可能与实际需要相差较远，因此还应到生产现场调查研究，统远，因此还应到生产现场调查研究，统计同类机床有关资料，从而校验、修正计同类机床有关资料，从而校验、修正计算结果计算结果. .例：例：访问若干访问若干400mm个普通车床用户，个普通
8、车床用户，了解并统计这些机床上常用的主轴转速了解并统计这些机床上常用的主轴转速如下：如下：车车轴类零件：轴类零件：n=400900盘形类：盘形类：n=150300机修：机修：n=80150车大导程螺距：车大导程螺距：n=1040个别：个别：nmax=1500nmin=7njmax=1273分析国内外同类分析国内外同类D=400确定：确定：nmax=1500nmin=102. 2. 主轴转速系列主轴转速系列 n nminmin 、n nmaxmax 确定后，还需确定中间转速，为确定后，还需确定中间转速，为了获得合理的切削用量，最好能连续地变换转速，了获得合理的切削用量，最好能连续地变换转速，即能
9、在最高和最低转速范围内提供任何转速，这就即能在最高和最低转速范围内提供任何转速，这就叫无级变速（可以通过电机、液压驱动得到）。目叫无级变速（可以通过电机、液压驱动得到）。目前这种方式在机床中应用日益增多，但是有的无级前这种方式在机床中应用日益增多，但是有的无级变速比较复杂，有的则变速范围较小变速比较复杂，有的则变速范围较小( (除数控机床除数控机床) )。n1=nminnz=nmaxn1，n2，n3，nj，nj+1nz如如果果加加工工某某一一工工件件需需要要的的最最有有利利的的切切削削速速度度为为v，相相应应的转速为的转速为n:njnnj+1如如果果采采用用较较高高的的转转速速nj+1，必必将
10、将提提高高v，刀刀具具耐耐用用度度将将降低，以采用较低转速为宜。降低，以采用较低转速为宜。这时转速损失为：这时转速损失为：n-nj相对转速损失为：相对转速损失为：A=(n-nj)/nA=1-=const转转速速的的损损失失反反映映了了生生产产率率的的损损失失（单单位位时时间间内内生生产产出出的的产产品品和和理理想值不一样）。想值不一样）。如果认为每个转速使用机会均等则最大相对转速损失相等：如果认为每个转速使用机会均等则最大相对转速损失相等：j=nj+1=nj由由此此可可见见，机机床床的的转转速速应应该该按按等等比比数数列列（几几何何级级数数）分分级级，公公比比为为n1=nminn2=n1n3=
11、n2=n1nz=n1A=(1-)100=100Rn=有的机床，特别是变速级数较多的通用机床，有的机床，特别是变速级数较多的通用机床，其主轴高转速和低转速使用机会较少，而中等转其主轴高转速和低转速使用机会较少，而中等转速的使用机会较多，对于这种情况主轴转速的合速的使用机会较多，对于这种情况主轴转速的合理排列，仍按等比数列排列，理排列，仍按等比数列排列，但公比不是一个，但公比不是一个，而是两个或两个以上。而是两个或两个以上。常用的转速按较小的公比，常用的转速按较小的公比，不常用的转速用较大的公比排列。不常用的转速用较大的公比排列。对于全部转速对于全部转速来说，称混合公比排列。来说，称混合公比排列。
12、 例：例：低低n=25、40、63r/min中中n=63、80、100、125、160、200、250、320、400、500、630、800r/min高高n=800、1250、1600r/min7.2.2 7.2.2 进给运动进给运动等差数列：刨床、插床等差数列：刨床、插床进给量的损失也代表了生产率的损失进给量的损失也代表了生产率的损失等比数列：外联传动链等比数列：外联传动链不定：自动半自动、交换齿数不定：自动半自动、交换齿数v最佳最佳7.2.3 7.2.3 标准公比和标准数列标准公比和标准数列机床转速是由小到大递增的，因此机床转速是由小到大递增的，因此。为使最大相对转。为使最大相对转速速损
13、损失失率率不不超超过过50，（1-）10050，则则，因因此此。如如果果超超过过，生生产产率率急急剧剧下下降降。为为了了简简化化机机床床的的设设计计与与使使用用，根根据据机机床床实实际际使使用用情情况况，规规定定了了公公比比的的几几个个标标准准值值，这这些数值是选取了和的某次方根。些数值是选取了和的某次方根。为为了了便便于于设设计计和和使使用用机机床床，希希望望转转速速数数列列是是十十进进位位的的，则则应应满满足足10n=n=Z1是正整数是正整数为为了了便便于于采采用用双双速速电电机机和和多多速速电电机机，希希望望转转速速系系列列是是二二进进位位的的，则应满足则应满足n=n=Z2是正整数是正整
14、数我国机床专业标准我国机床专业标准GC58-60规定了七个标准化，其中三个公比规定了七个标准化，其中三个公比符合上述三条原则，符合上述三条原则，=1.12其中四个标准公比符合上述三条原则的两条，即其中四个标准公比符合上述三条原则的两条，即=1.41=2上述七个标准公比适用于按等比数列排列的主轴转速、进给量上述七个标准公比适用于按等比数列排列的主轴转速、进给量及其它参数。及其它参数。7.2.4公比的公比的选用原则选用原则A=1-:对对于于通通用用机机床床，为为使使转转速速损损失失不不大大，机机床床结结构构又又不不过过于于复杂，一般取复杂，一般取对对于于大大批批量量生生产产用用的的专专门门化化机机
15、床床，自自动动化化机机床床，公公比比应应取取的的小小一一些些，一一般般取取。因因为为这这类类机机床床的的生生产产率率高高，转转速速损损失失影影响响较较大大；另另一一方方面面，这这类类机机床床不不常常变变速速，变变速速机机构构可可采采用用变变换换齿齿轮轮机机构构，后后者者能实现小的公比，而结构又比较简单。能实现小的公比，而结构又比较简单。对对于于大大型型机机床床，公公比比应应取取的的小小一一些些，一一般般、。因因为为大大型型机机床床切切削削加加工工时时间间长长，转转速速损损失失的的影影响响较较大大。如如铣铣床类。床类。对对于于非非自自动动化化小小型型机机床床，公公比比应应取取的的大大一一些些，一
16、一般般取取 为为、或或，因因为为在在这这类类机机床床上上，辅辅助助时时间间较较多多，而而切切削削时时间所占比重不大，转速损失的影响不大。间所占比重不大，转速损失的影响不大。7.3 7.3 动力参数动力参数液压缸牵引力液压缸牵引力动力参数动力参数液压马达或步进电机的额定扭矩液压马达或步进电机的额定扭矩伺服电机或步进电机的额定转速伺服电机或步进电机的额定转速其中电动机功率是计算机床零件和决定结构尺其中电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。寸的主要依据。 电动机功率太大了，则零件的尺寸也随之不必电动机功率太大了，则零件的尺寸也随之不必要的增大。不仅浪费材料，而且也使电动机经常处要的增大。
17、不仅浪费材料，而且也使电动机经常处于低负载情况下工作，以致功率浪费大。如果取小于低负载情况下工作，以致功率浪费大。如果取小了，则机床的技术性能达不到要求，且出现超负载了，则机床的技术性能达不到要求，且出现超负载工作的情况，容易烧坏电气元件。工作的情况，容易烧坏电气元件。7.3.1机床主运动驱动电动机功率机床主运动驱动电动机功率1.主电机常用计算和统计分析主电机常用计算和统计分析P主主=P切切+P机机+P空空P切切：与刀具材料、工件材料、切削用量有关：与刀具材料、工件材料、切削用量有关专用机床：专用机床：P切理切理P切实切实普通机床：根据重负荷切削条件确定（所需最大切削能力）普通机床：根据重负荷
18、切削条件确定（所需最大切削能力）P机机：机床工作时，齿轮轴承等零件上的正压力加大了，：机床工作时，齿轮轴承等零件上的正压力加大了，功率的功率的损耗也就加大了。损耗也就加大了。P机机P切切P空空：空载要消耗一部分功率。：空载要消耗一部分功率。P空空n(P124)原因原因:各传动件在空转时的摩擦，由于加工和装配误差而加大的各传动件在空转时的摩擦，由于加工和装配误差而加大的摩擦和搅油，空气阻力及其它动载荷。摩擦和搅油，空气阻力及其它动载荷。P主主=+P空空=（表（表7-2）P主主max=P空空+P切切max+P机机max=ctg0.80=51572.进给传动功率的确定进给传动功率的确定在在进进给给传传动动与与主主传传动动共共用用一一个个电电机机的的通通用用机机床床上上，如如CA6140、Z3040，由由于于进进给给传传动动所所消消耗耗的的功功率率与与主主运运动动相相比是很小的，因此，可以忽略进给所需的功率。比是很小的，因此，可以忽略进给所需的功率。在在进进给给传传动动与与空空行行程程传传动动共共用用一一个个电电机机的的机机床床上上，也也不必考虑进给所需的功率。不必考虑进给所需的功率。对于进给传动采用单独驱动的机床，则要确定。对于进给传动采用单独驱动的机床，则要确定。3.空行程功率的确定空行程功率的确定
