1、大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第1頁共9頁機(jī)械制造裝備設(shè)計輔導(dǎo)資料六主 題：第 2 章 金屬切削機(jī)床設(shè)計（第 2-3 節(jié)）學(xué)習(xí)時間：2014 年 5 月 5 日一 5 月 11 日內(nèi) 容：這周我們將學(xué)習(xí)本門課程課件第 2 章的第 2-3 節(jié)， 這部分主要介紹金屬切削 機(jī)床設(shè)計的基本理論、機(jī)床系列型譜的制定、機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計、 機(jī)床主 要參數(shù)的設(shè)計，希望同學(xué)們認(rèn)真學(xué)習(xí)，下面整理出整體框架供同學(xué)們學(xué)習(xí)。一、本周學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 掌握與金屬切削機(jī)床設(shè)計有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識；2. 掌握金屬切削機(jī)床總體設(shè)計方法、機(jī)床主參數(shù)的確定二、本周學(xué)習(xí)內(nèi)容1. 金屬切削機(jī)床設(shè)計的基本理論2. 金屬切削機(jī)床總體設(shè)計三、具體

2、主要內(nèi)容（一）金屬切削機(jī)床設(shè)計的基本理論1.機(jī)床的運(yùn)動學(xué)原理（1 ）機(jī)床的工作原理1機(jī)床的基本工作原理是：通過刀具與工件之間的相對運(yùn)動，由刀具切除 工件上多余的金屬材料，使工件具有要求的幾何形狀和尺寸。工件加工表面的幾 何形狀的形成取決于機(jī)床的運(yùn)動功能， 包括機(jī)床運(yùn)動軸的數(shù)目、運(yùn)動性質(zhì)及各運(yùn) 動軸之間的關(guān)系（獨(dú)立還是聯(lián)動）。幾何尺寸則取決于機(jī)床的運(yùn)動行程。大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第2頁共9頁2工件表面的形成方法及機(jī)床運(yùn)動工件表面的形成方法主要是指工件的待加工表面幾何形狀的成形方法。機(jī)床 成形運(yùn)動主要是指形成工件的待加工表面幾何形狀所需的運(yùn)動。 幾何表面的形成 原理不同，所需要的機(jī)床成形運(yùn)動不同

3、。（2）工件表面的形成方法1幾何表面的形成：任何一個表面都可以看是一條曲線（或直線）沿著另 一條曲線（或直線）運(yùn)動的軌跡。這兩條曲線（或直線）稱為該表面的發(fā)生線， 前者稱為母線，后者稱為導(dǎo)線。2發(fā)生線的形成：軌跡法（描述法）；成型法（仿形法）；相切法（旋切法）； 范成法（滾切法）（3）機(jī)床運(yùn)動分類1按運(yùn)動之間的關(guān)系分類：獨(dú)立運(yùn)動：與其它運(yùn)動之間無嚴(yán)格的運(yùn)動關(guān)系；復(fù)合運(yùn)動：與其它運(yùn)動之間有嚴(yán)格運(yùn)動關(guān)系，如車螺紋的復(fù)合運(yùn)動。2按運(yùn)動的性質(zhì)分類：直線運(yùn)動和回轉(zhuǎn)運(yùn)動3按機(jī)床的運(yùn)動功能分類：成形運(yùn)動機(jī)床上完成一個表面的加工所必須的最基本的運(yùn)動，又分為主運(yùn) 動和形狀創(chuàng)成運(yùn)動。主運(yùn)動是切除加工表面上多余的金

4、屬材料，因此運(yùn)動速度高， 消耗機(jī)床大部分動力，也稱為切削運(yùn)動。形狀創(chuàng)成運(yùn)動形成工件加工表面的發(fā)生 線。非成形運(yùn)動 除了上述成形運(yùn)動之外，機(jī)床上還需設(shè)置一些其它運(yùn)動，稱之 為非成形運(yùn)動。如切入運(yùn)動、分度運(yùn)動、輔助運(yùn)動、控制運(yùn)動。大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第3頁共9頁（4 ）機(jī)床的成形運(yùn)動1主運(yùn)動 它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，運(yùn)動速度高，消 耗機(jī)床的大部分動力，也稱為切削運(yùn)動。例如車削加工時工件主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，磨削加工砂輪主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動，銑削加工時銑刀主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，滾齒加工時滾刀 主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動等。2形狀創(chuàng)成運(yùn)動 它的功能是用來形成工件加工表面的發(fā)生線。例如：用 點刃車刀車削外圓柱面，形成

5、直母線（軌跡法）需要一個直線運(yùn)動，形成圓導(dǎo)線（軌跡法）需要一個回轉(zhuǎn)運(yùn)動，故共需兩個形狀創(chuàng)成運(yùn)動。（5）機(jī)床運(yùn)動功能的描述方法1坐標(biāo)系（建立機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系與機(jī)床運(yùn)動軸坐標(biāo)系）機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系即機(jī)床總體坐標(biāo)系 XYZ機(jī)床運(yùn)動軸坐標(biāo)系沿 X，丫，Z 坐標(biāo)軸方向的直線運(yùn)動仍用 X，丫，Z 表示，繞 X，丫，Z 軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動分別用 A，B，C 表示。平行于 X、丫、Z 的輔助軸用 U、V、W 及 P、Q、R 表示，繞 X，丫的輔助回轉(zhuǎn)軸用 D、E 等表示。2機(jī)床運(yùn)動功能式機(jī)床運(yùn)動功能式表示機(jī)床的運(yùn)動個數(shù)、形式（直線運(yùn)動 X、丫、Z、或回轉(zhuǎn) 運(yùn)動 A、B、C、）、功能（主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動、非成形運(yùn)動，分別用下

6、標(biāo) p、f、a 表示）及排列順序。左邊寫工件，用 W 表示；右邊寫刀具，用 T 表示，中間寫運(yùn)動，按運(yùn)動順 序排列，并用 丁”分開。下標(biāo) p 表示主運(yùn)動，f 表示進(jìn)給運(yùn)動，a 表示非成形運(yùn) 動。如：車床的運(yùn)動功能式為 W/Cp，Zf，Xf/T ;三軸銑床的運(yùn)動式為 W/Xf，Yf，Zf，Cp/T。3運(yùn)動功能分配設(shè)計大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第4頁共9頁運(yùn)動功能分配設(shè)計是確定運(yùn)動功能式中“接地”的位置，用“”符號表示。”符號 左側(cè)的運(yùn)動由工件完成，右側(cè)的運(yùn)動由刀具完成。機(jī)床的運(yùn)動功能式中添加上“”接地符號后，稱之為運(yùn)動分配式。一個運(yùn)動功能方案，經(jīng)過運(yùn)動功能分配設(shè)計，可以得到多個運(yùn)動分配式，如 銑床

7、的運(yùn)動功能式 W/Xf，Zf，Yf，Cp/T,其運(yùn)動分配式有：1) W/Xf, Zf，Yf, Cp/T; 2) W/XfZf, Yf, Cp/T;3) W/Xf , Zf Yf , Cp /T ;4) W/Xf , Zf, Yf Cp/T。第 4 方案對應(yīng)的機(jī)床總體布局型式是臥式升降臺式銑床。4機(jī)床傳動原理圖將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運(yùn)動及傳動關(guān)系同時表示出來。機(jī)床傳動原理陽符號；11-DA = -fl*洽戚機(jī)購7 b傳動比可莞的轟違傳動7 O傳動比不 箜的傳動7時床傳動原理囲：滾齒機(jī)傳動原理團(tuán)2.精度各類機(jī)床按精度分為普通精度級、精密級和超精密級三級。機(jī)床精度包括幾何精度、傳動精度、

8、運(yùn)動精度、定位和重復(fù)定位精度、工作 精度和精度保持性。大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第5頁共9頁（1）幾何精度 是指機(jī)床在空載條件下，在不運(yùn)動情況下或運(yùn)動速度較低時 各主要部件的形狀，相互位置和相對運(yùn)動的精確程度。（2 ）運(yùn)動精度 運(yùn)動是指機(jī)床空載并以工作速度運(yùn)動時，執(zhí)行部件的幾何 位置精度。如：高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。（3）傳動精度是指機(jī)床傳動系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間運(yùn)動協(xié)調(diào)性和均勻性。（4 ）定位精度 是指機(jī)床的定位部件運(yùn)動到達(dá)規(guī)定位置的精度，重復(fù)定位 精度是指機(jī)床運(yùn)動部件在相同條件下，重復(fù)定位時位置的一致程度。（5） 工作精度 加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機(jī)床的工作精度。（6） 精度保持度

9、 在規(guī)定的工作期間內(nèi)，保持機(jī)床所要求的精度，稱之為 精度保持性。3.剛度機(jī)床剛度指在載荷作用下機(jī)床系統(tǒng)抵抗變形的能力，通常用下式表示：K機(jī)床剛度（和卯），yF作用在機(jī)床上的載荷 CN）,y在載荷作用下機(jī)床的變形M人作用在機(jī)床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、沖擊振動干擾力等。岡寸度分為靜剛度、動剛度；整機(jī)剛度、局部剛度等。4.振動、熱變形、噪聲（1）振動機(jī)床抗振能力是指機(jī)床在交變載荷作用下， 抵抗振動的能力。它包括兩個方大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第6頁共9頁面：抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。（2）熱變形機(jī)床在工作時受到內(nèi)部熱源和外部熱源的影響，使機(jī)床的溫度發(fā)生變化，構(gòu) 件

10、產(chǎn)生變形。（3）噪聲機(jī)床工作時各種振動頻率不同， 振幅也不同， 它們將產(chǎn)生不同頻率和不同強(qiáng) 度的聲音。這些聲音無規(guī)律地組合在一起就是噪聲。5.低速運(yùn)動平穩(wěn)性運(yùn)動部件作低速或微小位移時，出現(xiàn)明顯的速度不均勻的跳躍式運(yùn)動，即時 走時停或者時快時慢的現(xiàn)象。這種在低速運(yùn)動時產(chǎn)生的運(yùn)動不平穩(wěn)性稱為爬行。機(jī)床運(yùn)動部件產(chǎn)生爬行，會影響機(jī)床的定位精度、工件的加工精度和表面粗 糙度。在精密、自動化及大型機(jī)床上，爬行的危害更大，是評價機(jī)床質(zhì)量的一個 重要指標(biāo)。（二）金屬切削機(jī)床總體設(shè)計1. 機(jī)床系列型譜的制訂通常是按照該類機(jī)床的主參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，先確定一種用途最廣，需要量較大的機(jī) 床系列作為 基型系列”在這系列的基礎(chǔ)上

11、，根據(jù)用戶的需求派生出若干種變型 機(jī)床，形成 變型系列” 基型”和 變型”構(gòu)成了機(jī)床的 系列型譜”機(jī)床的主參數(shù)系列是系列型譜的縱向（按尺寸大小）發(fā)展，而同規(guī)格的各種 變型機(jī)床則是系列型譜的橫向發(fā)展， 因此，系列型譜”也就是綜合地表明機(jī)床產(chǎn) 品規(guī)格參數(shù)的系列性與結(jié)構(gòu)相似性的表。大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第7頁共9頁2. 機(jī)床運(yùn)動功能設(shè)置機(jī)床的運(yùn)動功能設(shè)置的方法和步驟如下：（1 ）工藝分析對所設(shè)計的機(jī)床的工藝范圍進(jìn)行分析。對于通用機(jī)床，加工對象有多種類型 的工件，可選擇其中幾種典型工件進(jìn)行分析。工件加工工序的集中與分散主要根據(jù)作業(yè)對象的批量來決定，大批量生產(chǎn) 時，工序應(yīng)分散，一臺機(jī)床只完成一道或幾道

12、工序，機(jī)床的加工功能設(shè)置較少， 以提高生產(chǎn)率、縮短制造周期及降低成本等效果。單件小批量生產(chǎn)，工序應(yīng)集中， 一臺機(jī)床可完成多道工序。（2）機(jī)床運(yùn)動功能設(shè)置根據(jù)工藝范圍分析所確定的加工方法， 進(jìn)行運(yùn)動功能設(shè)置，運(yùn)動功能設(shè)置的方法有兩類：1分析式設(shè)計方法參考現(xiàn)有同類型機(jī)床的運(yùn)動功能，經(jīng)過研究分析，提出所設(shè)計機(jī)床的運(yùn)動功能設(shè)置方案，然后通過仿真分析評定其方案的可行性和優(yōu) 劣。2解析式設(shè)計方法 采用創(chuàng)成式原理，采用解析法求出滿足加工工藝范圍 和加工方法所要求的機(jī)床運(yùn)動功能設(shè)置的所有可能方案，然后通過仿真分析評定 其方案的可行性和優(yōu)劣。3.寫出機(jī)床的運(yùn)動功能式，畫出機(jī)床運(yùn)動原理圖根據(jù)對所提出的運(yùn)動功能方案

13、的評定結(jié)果，選擇和確定機(jī)床的運(yùn)動功能配置，寫出機(jī)床的運(yùn)動功能式，畫出機(jī)床運(yùn)動原理圖。3.機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計（1）結(jié)構(gòu)布局設(shè)計：立式、臥式、斜置式（2 ）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第8頁共9頁設(shè)計的主要依據(jù)是:大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院第9頁共9頁mill機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計階段評價后所保留的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，驅(qū)動與傳動設(shè)計結(jié)果，機(jī)床動力參數(shù)及加工空間尺寸參數(shù)，以及機(jī)床整機(jī)的剛度及精 度分配。4.機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)包括機(jī)床的主參數(shù)和基本參數(shù)，基本參數(shù)可包括尺寸參 數(shù)、運(yùn)動參數(shù)和動力參數(shù)。（1）主參數(shù)和尺寸參數(shù)機(jī)床主參數(shù)是代表機(jī)床規(guī)格大小既反

14、映機(jī)床最大工作能力的一種參數(shù)，有些機(jī)床還規(guī)定有第二主參數(shù)。機(jī)床的尺寸參數(shù)是指機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)， 通常包括：與被加工零件有 關(guān)的尺寸、標(biāo)準(zhǔn)化工具或夾具的安裝面尺寸。（2 ）運(yùn)動參數(shù)1運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工作安裝部件（工作臺、刀架）的運(yùn) 動速度。2主運(yùn)動參數(shù)主運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)功的機(jī)床，主運(yùn)動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速 ，如車床、銑床等。對于專用機(jī)床和組合機(jī)床用于對特定的工件進(jìn)行特定工序的加工。主軸的轉(zhuǎn)速通常是 固定的，可由下式計算:lOOOvnd式中； 曠主軸轉(zhuǎn)速（r/min）v切削速度(m / niri):d工件或刀具直徑（nmi最低（幾和星高轉(zhuǎn)速前確定T大連理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院100%第10頁共9頁多數(shù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速是按等比級數(shù)排列相對轉(zhuǎn)速損失率為人11