第三章---金属切削机床设计-机械制造装备设计-教学课件.ppt

机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计第一节第一节 概概 述述 金属切削机床金属切削机床 基础装备基础装备 科学技术的发展科学技术的发展对机床提出了新的要求对机床提出了新的要求给机床设计和制造提供给机床设计和制造提供了新手段了新手段2/19/20231机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院一、机床设计应满足的基本要求一、机床设计应满足的基本要求 （一）工艺范围（一）工艺范围（加工功能）（加工功能）加工方法加工方法 工件类型工件类型 加工表面形状、尺寸等加工表面形状、尺寸等 （二）柔性（二）柔性 指其适应加工对象变化的能力指其适应加工对象变化的能力空间上空间上的柔性的柔性 功能柔性功能柔性（多品种小批量）（多品种小批量）时间上时间上的柔性的柔性 结构柔性结构柔性（新的机床功能）（新的机床功能）工艺范围工艺范围2/19/20232机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（三）与物流系统的可亲性（三）与物流系统的可亲性（accessibility）静态刚度静态刚度（四）刚度（四）刚度 动态刚度动态刚度 热态刚度热态刚度2/19/20233机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（五）精度（五）精度 几何精度几何精度空载条件下的精度空载条件下的精度 运动精度运动精度 传动精度传动精度 定位精度定位精度工作精度工作精度 加工精度加工精度（六）噪声（六）噪声2/19/20234机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）计算机辅助工程（计算机辅助工程（CAE）二、机床设计方法二、机床设计方法计算机技术计算机技术和和分析技术分析技术的飞速进步，为机的飞速进步，为机床设计方法的发展提供了有力的床设计方法的发展提供了有力的技术支撑技术支撑的广泛应用的广泛应用2/19/20236机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院人工绘图人工绘图 计算机绘图计算机绘图传统的经验设计传统的经验设计 现代设计现代设计定性设计定性设计 定量设计定量设计静态和线性分析静态和线性分析 向动态和非线性分析向动态和非线性分析可行性设计可行性设计 最佳设计最佳设计2/19/20237机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院FMS的发展的发展数控技术的发展与应用，改变了机床的传动结构数控技术的发展与应用，改变了机床的传动结构“以机床为主的系统以机床为主的系统”设计设计“以系统为主的机床设计以系统为主的机床设计”2/19/20238机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院三、机床设计步骤三、机床设计步骤设计任务设计任务机床主要技术指标设计机床主要技术指标设计机床总体方案设计机床总体方案设计总体方案设计总体方案设计总体方案综合评价与选择总体方案综合评价与选择总体方案的设计修改（优化）总体方案的设计修改（优化）详细设计详细设计机床整机综合评价机床整机综合评价满足设计要求？满足设计要求？结束结束NY2/19/202310机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院1 1主主要要技技术术指指标标设设计计n n工工艺艺范范围围n n生生产产率率n n性性能能指指标标n n主主要要参参数数n n驱驱动动方方式式n n成成本本及及生生产产周周期期（一）总体设计（一）总体设计材材料料质质量量形形状状及及尺尺寸寸2/19/202311机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 3总体方案综合评价与选择总体方案综合评价与选择 4总体方案的设计修改或优化总体方案的设计修改或优化 2/19/202313机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 第二节第二节 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论 一、精度一、精度具有精度、保持精度具有精度、保持精度机床精度机床精度几何精度几何精度传动精度传动精度运动精度运动精度定位精度定位精度精度保持性精度保持性普通精度级、精密级和高精度级普通精度级、精密级和高精度级工作精度工作精度空载精度空载精度2/19/202315机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 1几何精度几何精度 几何精度几何精度是指机床是指机床空载空载条件下，在条件下，在不运动不运动或或低速运动低速运动时各主要部件的时各主要部件的形状形状、相互位置相互位置和和相对运动相对运动的精确程度。的精确程度。2/19/202316机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院3传动精度传动精度 传动精度传动精度是指机床传动系各末端执行是指机床传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。件之间运动的协调性和均匀性。2/19/202318机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院4定位精度定位精度 定位精度定位精度是指机床的定位部件运动到达规是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位置的精度。2/19/202319机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院5工作精度工作精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度机床的工作精度2/19/202320机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院6精度保持性精度保持性 在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度2/19/202321机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院二、刚度二、刚度 （一）概述（一）概述 机床刚度指机床系统抵抗变形的能力，通机床刚度指机床系统抵抗变形的能力，通常用下式表示常用下式表示 KF/y式中式中K机床刚度（机床刚度（Nm）；）；F 作用在机床上的载荷（作用在机床上的载荷（N）y 在载荷作用下，机床或主要零、部件在载荷作用下，机床或主要零、部件的变形的变形2/19/202322机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 三、抗振性三、抗振性 交变载荷作用下，抵抗变形的能力。交变载荷作用下，抵抗变形的能力。（一）受迫振动（一）受迫振动 （二）自激振动（切削稳定性）（二）自激振动（切削稳定性）（三）振动影响因素（三）振动影响因素（1 1）机床的刚度机床的刚度（2 2）机床的阻尼特性机床的阻尼特性（3 3）机床系统固有频率机床系统固有频率2/19/202324机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 四、热变形四、热变形 （一）概述（一）概述 机床在工作时受到机床在工作时受到内部热源和外部热源内部热源和外部热源的影的影响，使机床各部分温度发生变化。因不同材料的响，使机床各部分温度发生变化。因不同材料的热膨胀系数不同，机床各部分的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同变形不同，导致，导致机床产生热变形，使加工工件产生误差。最大可机床产生热变形，使加工工件产生误差。最大可占全部误差的占全部误差的7070左右。左右。热源：内部（电机、液压系统、摩擦、切削热源：内部（电机、液压系统、摩擦、切削热等）热等）外部（环境温度、热辐射等）外部（环境温度、热辐射等）（二）热平衡的温度场（二）热平衡的温度场2/19/202325机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院五、噪声五、噪声 （一）概述（一）概述 （二）噪声的度量指标（二）噪声的度量指标 1客观度量客观度量 20lg p/p0 2噪声的主观度量噪声的主观度量2/19/202326机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院六、低速运动平稳性六、低速运动平稳性 （一）（一）爬行现象和机理爬行现象和机理 （二）爬行的度量（二）爬行的度量 （1 1）爬行量爬行量 用机床部件位移用机床部件位移时间曲线表示时间曲线表示 （2 2）速度波动量速度波动量 用机床部件速度用机床部件速度时间曲线表时间曲线表示示 （3 3）爬行的临界速度爬行的临界速度 V Vc c=Ff/(2km)=Ff/(2km)0.50.5 （三）（三）消除爬行的措施消除爬行的措施2/19/202328机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院mvCF导轨导轨主动件主动件进给系统进给系统被动件被动件进给传动的力学模型进给传动的力学模型2/19/202329机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 一、机床系列型谱的制定一、机床系列型谱的制定 国家根据机床的生产和使用情况，在调查研国家根据机床的生产和使用情况，在调查研究的基础上，规定了每一种通用机床的主规格究的基础上，规定了每一种通用机床的主规格（主要参数）称为（主要参数）称为主参数系列主参数系列，中型卧式车床的，中型卧式车床的主参数是床身上工件最大回转直径，其系列为主参数是床身上工件最大回转直径，其系列为 250，320，400，500，630，800，1000 七种规格七种规格第三节第三节 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计2/19/202331机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 系列系列万能式万能式万能式万能式 马鞍式马鞍式马鞍式马鞍式提高精度提高精度提高精度提高精度 无丝杠式无丝杠式无丝杠式无丝杠式 卡盘式卡盘式卡盘式卡盘式球面加工球面加工球面加工球面加工端面车床端面车床端面车床端面车床250250 320320 400400 500500 630630 800800 10001000 表表3-1 3-1 中型卧式车床的简略中型卧式车床的简略系列型谱表系列型谱表 基型基型，变型变型主主参参数数系系列列纵纵向向横向横向型谱型谱2/19/202332机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 二、机床的运动功能设计二、机床的运动功能设计 （一）机床的工作原理（一）机床的工作原理 基本功能：基本功能：是提供切削加工所必须的是提供切削加工所必须的运动运动和和动动力力。基本工作原理：基本工作原理：通过刀具与工件之间的通过刀具与工件之间的相对运相对运动动，由刀具，由刀具切除切除工件加工表面多余的金属工件加工表面多余的金属材料材料，形，形成工件加工表面的成工件加工表面的几何形状、尺寸几何形状、尺寸，达到其精度要，达到其精度要求。求。2/19/202333机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（二）工件表面的形成方法（二）工件表面的形成方法 1 1几何表面的形成原理几何表面的形成原理 任何一个表面都可以看是一条曲线（或直线）沿任何一个表面都可以看是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的（或直线）称为该表面的发生线发生线，前者称为，前者称为母线母线，后，后者称为者称为导线导线。2/19/202334机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院2/19/202335机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院2 2发生线的形成发生线的形成 工件加工表面的发生线是通过刀具工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的。成的。（1 1）轨迹法轨迹法（描述法）（描述法）（2 2）成型法成型法（仿形法）（仿形法）（3 3）相切法相切法（旋切法）（旋切法）（4 4）范成法范成法（滚切法）（滚切法）2/19/202336机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院1n需要刀具和工件之间有一个相对运动需要刀具和工件之间有一个相对运动轨轨迹迹法法f2/19/202337机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院1n不需要刀具和工件之间的相对运动不需要刀具和工件之间的相对运动成成型型法法n12/19/202338机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院1n相切法相切法刀具和工件之间需要两个相对运动刀具和工件之间需要两个相对运动。n2n1n2n1f1f1232/19/202339机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院刀具和工件之间需要一个相对运动（范成运动）刀具和工件之间需要一个相对运动（范成运动）范成法范成法12fn1n22/19/202340机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院3 3加工表面的形成方法加工表面的形成方法 母线形成方法母线形成方法和和导线形成方法导线形成方法的组合。的组合。形成加工表面所需的刀具与工件之间的相对形成加工表面所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成运动也是形成母线母线和和导线导线所需相对运动的组合。所需相对运动的组合。2/19/202341机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院表面成形运动表面成形运动表面成形运动表面成形运动非表面成形运动非表面成形运动（三）运动分类（三）运动分类主运动主运动进给运动（纵、横、斜向）进给运动（纵、横、斜向）1 1按运动的功能分类按运动的功能分类切入运动切入运动分度运动分度运动辅助运动辅助运动控制运动控制运动接近接近退刀退刀返回返回2/19/202342机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 2 2按运动的关系分类按运动的关系分类（1 1）独立运动）独立运动（2 2）复合运动）复合运动2/19/202343机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院分析工艺范围；确定加工方法分析工艺范围；确定加工方法分析工艺范围；确定加工方法分析工艺范围；确定加工方法 （四）机床运动功能方案设计（四）机床运动功能方案设计1 1工艺分析工艺分析机床总体坐标系：直角坐标系机床总体坐标系：直角坐标系 2 2选取坐标系选取坐标系X，Y，Z沿轴的直线运动及运动量沿轴的直线运动及运动量A，B，C绕绕X，Y，Z轴的回转运动轴的回转运动绕绕X，Y，Z轴的回转运动量轴的回转运动量2/19/202344机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 l）局部坐标系固定在运动部件上；）局部坐标系固定在运动部件上；2）运动方向与机床坐标系轴线平行时，取各）运动方向与机床坐标系轴线平行时，取各局部坐标系与机床坐标系方向一致；也可以取局部坐标系与机床坐标系方向一致；也可以取运动方向为运动方向为Zi 轴；轴；3）当有斜置式运动时，可混合选取）当有斜置式运动时，可混合选取。局部坐标系的选取局部坐标系的选取2/19/202345机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 运动功能式表示机床的运动功能式表示机床的运动个数运动个数、形式形式、功功能能（主运动、进给运动、非成形运动，分别用下（主运动、进给运动、非成形运动，分别用下标标p，f，a表示）及表示）及排列顺序排列顺序。左边写工件，用左边写工件，用W表示；右边写刀具，用表示；右边写刀具，用T表示，中间写运动，按运动顺序排列，并用表示，中间写运动，按运动顺序排列，并用“”分开。分开。3 3写出机床运动功能式写出机床运动功能式2/19/202346机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院车床的运动功能式车床的运动功能式 WCp，Zf，XfT三轴升降台式铣床的运动式三轴升降台式铣床的运动式 WXf，Yf，Zf，Cp/T2/19/202347机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 4 4画出机床运动功能图画出机床运动功能图2/19/202348机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院车床三轴升降台铣床2/19/202349机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院龙门刨床龙门刨床2/19/202350机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院外圆磨床外圆磨床摇臂钻床摇臂钻床2/19/202351机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院坐标镗床2/19/202352机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院2/19/202353机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 5 5、绘制机床传动原理图绘制机床传动原理图传动原理图传动原理图表示动力源与执行件、不同执行件之表示动力源与执行件、不同执行件之间的间的运动及传动关系运动及传动关系 合成机构合成机构传动比可变传动比可变的变速传动的变速传动传动比不传动比不变的传动变的传动2/19/202354机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院车床传动原理图车床传动原理图滚齿机传动原理图滚齿机传动原理图2/19/202355机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院并联运动和串联运动并联运动和串联运动 特点：特点：精度高、刚度高、运动部件质量小、速度高精度高、刚度高、运动部件质量小、速度高并联运动并联运动虚拟串联运动虚拟串联运动2/19/202356机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院六个运动并联六个运动并联三个运动并联三个运动并联2/19/202357机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 运动功能分配设计是确定运动功能式中运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地接地”的位置，用的位置，用“”“”符号表示。符号表示。“”“”符号左侧的符号左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动功能式中添加上运动功能式中添加上“”“”接地符号后，可称为运接地符号后，可称为运动分配式。动分配式。三、机床总体结构方案设计三、机床总体结构方案设计（一）运动功能分配设计（一）运动功能分配设计2/19/202358机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院铣床的运动功能式铣床的运动功能式 WXf，Zf，Yf，Cp/T，其运其运动分配式有：动分配式有：1）W Xf，Zf，Yf，CpT；2）WXf Zf，Yf，CpT；3）WXf，Zf Yf，CpT；4）WXf，Zf，Yf CpT。2/19/202359机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（二）结构布局设计（二）结构布局设计 机床的结构布局形式有机床的结构布局形式有立式立式、卧式卧式及及斜置式斜置式等；等；其中基础支承件的形式又有其中基础支承件的形式又有底座式底座式，立柱式立柱式，龙门式龙门式等；等；基础支承件的结构又有基础支承件的结构又有一体式一体式和和分离式分离式等等。等等。2/19/202360机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院2/19/202361机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计（三）机床总体结构的概略形状与尺寸设计 1 1）首先确定末端执行件的概略形状与尺寸。）首先确定末端执行件的概略形状与尺寸。2 2）设计末端执行件与其相邻的下一个功能部）设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式、概略尺寸。件的结合部的形式、概略尺寸。3 3）根据导轨结合部的设计结果和该运动的行）根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程尺寸，确定下一个功能部件的概略形状与尺程尺寸，确定下一个功能部件的概略形状与尺寸；寸；4 4）重复上述过程，直到基础支承件（底座、）重复上述过程，直到基础支承件（底座、立柱、床身等）设计完毕立柱、床身等）设计完毕。2/19/202362机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 5 5）若要进行机床结构模块设计、则可将功）若要进行机床结构模块设计、则可将功能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规划，进行模块提取与设置。划，进行模块提取与设置。6 6）初步进行造型与色彩设计。）初步进行造型与色彩设计。7 7）机床总体结构方案的综合评价。）机床总体结构方案的综合评价。8 8）机床总体结构方案设计修改与确定）机床总体结构方案设计修改与确定。2/19/202363机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院2/19/202364机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院四、机床主要参数的设计四、机床主要参数的设计（一）主参数和尺寸参数（一）主参数和尺寸参数 主参数主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数，为了更完整地表示出机床的工作能力和的一种参数，为了更完整地表示出机床的工作能力和 工作工作范围，有些机床还规定有第二主参数。范围，有些机床还规定有第二主参数。尺寸参数尺寸参数运动参数运动参数动力参数动力参数主参数主参数基本参数基本参数主要参数主要参数2/19/202365机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院通用机床主参数：国家标准，选用通用机床主参数：国家标准，选用专用机床的主参数：以零件或被加工面的尺寸参数来专用机床的主参数：以零件或被加工面的尺寸参数来代表。代表。2/19/202366机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院尺寸参数：机床的主要结构尺寸参数尺寸参数：机床的主要结构尺寸参数通常包括：通常包括：1）与被加工零件有关的尺寸）与被加工零件有关的尺寸 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 2/19/202367机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（二）运动参数（二）运动参数 运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件（工运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台、刀架）的运动速度。作台、刀架）的运动速度。1主运动参数主运动参数主运动为回转运动的机床主运动为回转运动的机床主轴转速；主轴转速；主运动为直线运动的机床主运动为直线运动的机床如插、刨机床，主运动参如插、刨机床，主运动参数是插刀或刨刀每分钟往复次数（次分）。数是插刀或刨刀每分钟往复次数（次分）。2/19/202368机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院专用机床和组合机床：通常主轴只须一种固定转速专用机床和组合机床：通常主轴只须一种固定转速 n=1000v/d 式中式中 n主轴转速（主轴转速（rmin）；）；v切削速度（切削速度（mmin）；）；d工件或刀具直径（工件或刀具直径（mm）。）。通用机床：主轴具有多转速。通用机床：主轴具有多转速。确定变速范围确定变速范围设计时应考虑设计时应考虑 确定变速方式（无级变速和有级变速确定变速方式（无级变速和有级变速）确定有级变速的级数确定有级变速的级数2/19/202369机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（1）最低（）最低（nmin）和最高（）和最高（nmax）转速的确定）转速的确定D机床能加工的最大直径（机床能加工的最大直径（mm）；）；K系数；系数；Rd计算直径范围。计算直径范围。0.20.252/19/202370机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院例：确定例：确定400mm卧式车床主轴的最高、最低转速。卧式车床主轴的最高、最低转速。（采用硬质合金车刀半精车小直径外圆时转速最高）（采用硬质合金车刀半精车小直径外圆时转速最高）（采用高速钢车刀精车合金钢材料的梯形螺纹时转速最低）（采用高速钢车刀精车合金钢材料的梯形螺纹时转速最低）2/19/202371机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（2）主轴转速的合理排列）主轴转速的合理排列 机床主轴转速是按等比级数排列，其公比用符号机床主轴转速是按等比级数排列，其公比用符号 表表示。则转速数列为示。则转速数列为:转速呈等比级数排列的原因：转速呈等比级数排列的原因：转速相对损失均匀；转速相对损失均匀；设计简单方便。设计简单方便。2/19/202372机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院相对转速损失率：相对转速损失率：最大损失率：最大损失率：若：若：则：则：2/19/202373机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院 因此，转速分配如下：因此，转速分配如下：最大相对损失率最大相对损失率 变速范围变速范围2/19/202374机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（3）标准公比）标准公比 值和标准转速数列值和标准转速数列 标准公比的确定依据如下原则：标准公比的确定依据如下原则：1 2 我国机床专业我国机床专业GC58-60规定了规定了7个标准公比：个标准公比：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2注：注：在设计其他机械时也常常采用这个标准；在设计其他机械时也常常采用这个标准；当机械的变速级数过多时，往往采用两个以上公比。当机械的变速级数过多时，往往采用两个以上公比。2/19/202375机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院表表表表3-2 3-2 标准公比标准公比标准公比标准公比1.061.061.121.121.261.261.411.411.581.581.781.782 22 2A Amaxmax5.7%5.7%11%11%21%21%29%29%37%37%44%44%50%50%1.061.061 11.061.062 21.061.064 41.061.066 61.061.068 81.061.0610101.061.0612122/19/202376机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（4）公比的选用）公比的选用 对于对于通用机床通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取杂，一般取1.26或或1.41；对于大批，大量生产用的对于大批，大量生产用的专用机床专用机床，专门化机床及自动机，专门化机床及自动机一般取一般取1.12或或1.26，因其生产率高，转速损失影响较大，因其生产率高，转速损失影响较大，且又不经常变速，可用交换齿轮变速，且又不经常变速，可用交换齿轮变速，非自动化小型机床非自动化小型机床，加工中切削时间远小于辅助时间，转速，加工中切削时间远小于辅助时间，转速损失大些影响不大，故可取损失大些影响不大，故可取1.58、1.78甚至甚至2。2/19/202377机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院1 12 24 48 8161631.531.5636312512525025050050010001000200020001.061.062.122.124.254.258.58.5171733.533.5676713213226526553053010601060212021201.121.122.242.244.54.59.09.0181835.535.5717114014028028056056011201120224022401.181.182.362.364.754.759.59.5292937.537.5757515015030030060060011801180236023601.251.252.52.55.05.0101020204040808016016031531563063012501250250025001.321.322.652.655.35.310.610.621.221.242.542.5858517017033533567067013201320265026501.41.42.82.85.65.611.211.222.422.44545909018018035535571071014001400280028001.51.53.03.06.06.011.811.823.623.647.547.5909019019037537575075015001500300030001.61.63.153.156.36.312.512.52525505010010020020040040080080016001600315031501.71.73.353.356.76.713.213.226.526.5535310610621221242542585085017001700335033501.81.83.553.557.17.114142828565611211222422445045090090018001800355035501.91.93.753.757.57.51515303060601181182362364754759509501900190037503750表表3-3 标准数列标准数列2/19/202378机械制造装备设计机械制造装备设计-金属切削机床设计金属切削机床设计 主讲教师：张庆春主讲教师：张庆春 哈尔滨工业大学机电工程学院（5）变速范围）变速范围Rn，公比，公比 和级数和级数Z的关系的关系 由等比级数规律可知由等比级数规律可知两边取