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1、第八章第八章 机床总体设计机床总体设计第一节第一节 机床总体方案的设计方法简述机床总体方案的设计方法简述 前面我们所讲的是机床部件的设计方法，从整台机床的设计工作前面我们所讲的是机床部件的设计方法，从整台机床的设计工作来看是属于第二步工作，而第一步工作是机床总体方案的设计，其来看是属于第二步工作，而第一步工作是机床总体方案的设计，其包括拟定机床总体方案和确定机床主要技术参数两方面的工作。包括拟定机床总体方案和确定机床主要技术参数两方面的工作。一、拟定机床总体方案，包括以下三方面的内容：一、拟定机床总体方案，包括以下三方面的内容：调查分析、工艺分析、机床总体布局。调查分析、工艺分析、机床总体布局
2、。1.调查分析调查分析（1）对加工对象的了解；）对加工对象的了解；（2）对使用要求与制造条件的了解；）对使用要求与制造条件的了解；（3）对同类及类同设备的了解。）对同类及类同设备的了解。2.工艺分析工艺分析 （1）工艺方法的选定。）工艺方法的选定。同一种工件的加工可以有众多的工艺方案。同一种工件的加工可以有众多的工艺方案。以以齿轮为例，根据生产齿轮为例，根据生产率、精度的不同要求，选率、精度的不同要求，选择不同的方法。择不同的方法。工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、经济效果等方面变常导致机床
3、的运动、传动、布局、结构、经济效果等方面的一系列变化。的一系列变化。专用机床：多种工艺方案比较、选择。专用机床：多种工艺方案比较、选择。4台台组合机床加工组合机床加工4组平面。组平面。1台四轴台四轴专用铣床专用铣床 刀杆长、刚度差、易振动，刀杆长、刚度差、易振动，切削的线速度不一致，另外还切削的线速度不一致，另外还需要一台机床加工剩下的一组需要一台机床加工剩下的一组表面。表面。分析的结果：采用第二方案。分析的结果：采用第二方案。通用机床：按照类似的机床，适当扩大加工范围。通用机床：按照类似的机床，适当扩大加工范围。选定了工艺方案后，即可进行机床的运动分配。选定了工艺方案后，即可进行机床的运动分
4、配。（2）机床运动的确定和分配）机床运动的确定和分配 工艺方法不同，机床的运动也截然不同。工艺方法不同，机床的运动也截然不同。确定机床的运动时，应当在满足工作要求的前提下，尽可确定机床的运动时，应当在满足工作要求的前提下，尽可能减少运动数目，特别是减少要求高的运动数目（例如分度能减少运动数目，特别是减少要求高的运动数目（例如分度运动等）。尽可能简化运动装置和传动装置的结构，减少运运动等）。尽可能简化运动装置和传动装置的结构，减少运动执行件的数目，用一个执行件完成多个运动。动执行件的数目，用一个执行件完成多个运动。如图所示，所有的运动由主轴、纵向拖板、横向拖板三个如图所示，所有的运动由主轴、纵向
5、拖板、横向拖板三个执行件完成。执行件完成。（3）夹具方案的拟定）夹具方案的拟定其是专用机床设计的组成部分。其是专用机床设计的组成部分。通用机床：通用机床：尽量采用标准化的通用夹具。尽量采用标准化的通用夹具。通用机床采用的专用夹具，由用户自行设计。通用机床采用的专用夹具，由用户自行设计。3.机床的总体布局机床的总体布局 本项工作的基本要求：本项工作的基本要求：（1）保证刀具和工件间的相对位置和相对运动。）保证刀具和工件间的相对位置和相对运动。（2）足够的刚性，抗振性。）足够的刚性，抗振性。（3）便于操作、维修、排屑等。）便于操作、维修、排屑等。（4）材料消耗低，占地面积小。）材料消耗低，占地面积
6、小。（5）造型美观。）造型美观。总体布局的具体内容：总体布局的具体内容：（1）运动分配时应考虑的结构因素：）运动分配时应考虑的结构因素：a）把运动分配给重量轻的执行件把运动分配给重量轻的执行件b)提高加工精度。提高加工精度。c)减少占地面积减少占地面积（2）机床传动形式的确定）机床传动形式的确定（3）机床支承结构形式的确定）机床支承结构形式的确定（4）机床的操作布局）机床的操作布局第二节第二节 机床主要技术参数的确定机床主要技术参数的确定主要技术参数包括：主要技术参数包括：1.主参数：机床的主要规格，表示机床的加工范围。主参数：机床的主要规格，表示机床的加工范围。如如CA6140的主参数：最大
7、加工工件直径的主参数：最大加工工件直径400毫米。毫米。2.基本参数：基本参数：（1）尺寸参数与工件有关的尺寸；标准刀具、夹具安装）尺寸参数与工件有关的尺寸；标准刀具、夹具安装的尺寸，主要结构尺寸。的尺寸，主要结构尺寸。（2）运动参数执行件的运动速度。）运动参数执行件的运动速度。（3）动力参数一般指机床电机功率。）动力参数一般指机床电机功率。一、机床运动参数的确定一、机床运动参数的确定 1.主轴转速的确定主轴转速的确定rpm(1)主轴的最高、最低转速主轴的最高、最低转速式中式中dmax、dmin:常用的经济加工的最大、常用的经济加工的最大、最小直径。最小直径。dmax=kDD可能加工的最大直径
8、。可能加工的最大直径。k系数。系数。按机床不同有所不同，按机床不同有所不同，例如摇臂钻床例如摇臂钻床 k=1普通车床普通车床 k=0.5dmin=Rddmax Rd计算直径范围（计算直径范围（Rd=0.200.25)（2）主轴转速的合理排列）主轴转速的合理排列 主轴最高、最低转速确定后，两者之间的转速排列有两种主轴最高、最低转速确定后，两者之间的转速排列有两种情况。情况。a)无级变速机械的无级变速器结构复杂，变速范围无级变速机械的无级变速器结构复杂，变速范围较小，直流电机和可控硅无级调速的应用日益广泛。较小，直流电机和可控硅无级调速的应用日益广泛。b)有级变速世界各国的机床，其主轴转速均采用等
9、有级变速世界各国的机床，其主轴转速均采用等比级数排列。比级数排列。主轴转速采用等比数列排列的优点：主轴转速采用等比数列排列的优点：i)排列均匀转速相对损失的最大值为常数。排列均匀转速相对损失的最大值为常数。ii)使传动设计简化只要变速组内传动比成等比数列，主使传动设计简化只要变速组内传动比成等比数列，主轴转速就按等比数列排列。轴转速就按等比数列排列。（3）公比）公比的标准值与标准转速数列的标准值与标准转速数列 a)制定公比制定公比标准值的原则标准值的原则i)保证转速为递增的，故保证转速为递增的，故1要求要求 Amax50 故故 2所以所以 12ii)便于设计与使用机床，希望转速数列是十进位的。
10、便于设计与使用机床，希望转速数列是十进位的。即要求即要求 10n=nE1 E1正整数正整数所以所以 iii)便于采用双速或三速电机，希望转速数列是二进位的，便于采用双速或三速电机，希望转速数列是二进位的，即要求即要求 2n=nE2 E2正整数正整数所以所以b)标准值与标准转速数列标准值与标准转速数列采用多速电机时，采用多速电机时，不能取不能取1.58和和1.78c)选用公比选用公比的的原则原则 要点：要点：越越小，小，Amax越小。越小。在已定的在已定的nmax和和nmin之间，之间，越小，转速级数越多，越小，转速级数越多，传动系统越复杂。传动系统越复杂。2.进给量的确定进给量的确定 具有无级
11、和有级变速两种形式。具有无级和有级变速两种形式。当采用有级变速时，一般均采用等比数列，其标准公比当采用有级变速时，一般均采用等比数列，其标准公比同前同前述。特殊情况下采用等差数列，例如采用棘轮机构实现间歇进述。特殊情况下采用等差数列，例如采用棘轮机构实现间歇进给时，进给量数列只能属等差数列。给时，进给量数列只能属等差数列。（二）机床电机功率的确定二）机床电机功率的确定 1.主运动电机功率的确定：主运动电机功率的确定：（1）实测法选一台传动与结构跟所设计机床相近似的机）实测法选一台传动与结构跟所设计机床相近似的机床，并选择特定工序或典型工序，用电表测量其一定时间床，并选择特定工序或典型工序，用电
12、表测量其一定时间t内的输内的输入电功入电功W（千瓦小时），电动机功率千瓦小时），电动机功率P=(W/t)（Kw)（2）计算法按切削原理公式计算。计算法按切削原理公式计算。也可用估算公式计算。也可用估算公式计算。（3）统计分析法）统计分析法 有的可查手册上的经验公式。如外圆磨床，根据砂轮宽有的可查手册上的经验公式。如外圆磨床，根据砂轮宽度按经验公式可算得电机功率。度按经验公式可算得电机功率。有的无经验公式，就需统计和分析比较同类型机床，来有的无经验公式，就需统计和分析比较同类型机床，来确定电机功率。确定电机功率。专用机床常用实测法和计算法，通用机床常用统计分析专用机床常用实测法和计算法，通用机床常用统计分析法。法。2.进给电机功率的确定进给电机功率的确定同样有上述三种方法。同样有上述三种方法。3.快速运动电机功率的确定快速运动电机功率的确定一般采用统计法。一般采用统计法。在设计时常用一种以上的方法，相互比较，经分析、修正而在设计时常用一种以上的方法，相互比较，经分析、修正而最后确定电机功率。最后确定电机功率。