1、第六章 机床的总体设计第一节 机床设计的基本要求为了设计和制造质量好、效率高、质量轻、体积小、结构简单、使用方便的机床，提出如下的基本要求。 一、工艺范围 机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。它大致包含的内容有：机床可完成的工序种类；所加工零件的类型、材料及尺寸范围；机床的生产率和加工零件的单件成本；毛坯的种类；适用的生产规模；加工精度和表面粗糙度。 通用机床多用于单件或小批量生产； 专用机床和专门化机床多应用于大量或大批生产。,二、生产率和自动化程度 机床的生产率是指在单位时间内机床加工合格零件的数量。机床生产率可用表达式：Q=1/T切+T辅+(T准/n)提高机床的生产率和自动化程
2、度是机床的发展方向。 提高机床的自动化程度、采用高速化技术: 主轴的高速化：22000r/min， 进给系统的高速化：10m/min， 高速刀库分度35m/min， 高速、高精度数控。,三、加工精度和表面粗糙度 机床的加工精度是指被加工零件在形状、尺寸和相互位置方面所能达到的准确程度。主要的影响因素是机床的精度和静刚度。 机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度和定位精度。 机床的加工工件的表面粗糙度与工件和刀具的材料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振动有关。,四、可靠性 机床的可靠性是指其在额定寿命期内，在特定工作条件下和规定时间内出现故障的几率。常用废品率表示。 五、机床的效率和寿命
3、机床的效率是指消耗于切削的有效功率与电动机输出功率之比。 机床的寿命是指机床保持它具有加工精度的使用期限。对于中小型通用机床，寿命约八年；对于大型和精密、高精度级机床则要求更长的寿命。,六、系列化、通用化、标准化程度 产品系列化、零部件通用化和标准化简称为“三化”。 目的是便于机床设计、使用与维修、降低成本 ；对机床产品的品种、规格、质量、数量和生产效率等有着重要的意义，它是一项重要的技术经济政策。机床品种系列化是对每一类型的通用机床确定同一类型的机床应有哪些尺寸规格和型式（基型和变型），以便以较少品种的机床来满足各生产部门的需要。其工作包括三部分工作：,制定机床的参数标准：主要是确定某类型机
4、床的主参数系列和第二主参数，主参数系列通常是一等比数列。 编制机床的系列型谱：主参数相同的机床需要具有不同型式以适应不同的情况，这就是机床的系列型谱的 编制，它包括确定某类型机床的品种、基型和变型、布局以及应有的技术性能。图6为摇臂钻床系列型谱的几种型式。 进行机床的系列设计：它的工作内容包括整个系列型谱的技术任务书，系列内各产品的设计、试制、定型工作。 机床零件一般分为专用件、通用件、标准件和外购件。,第二节 机床主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数三种。 一、主参数和尺寸参数 主参数应满足下列要求： 直接反映出机床的加工能
5、力和特性； 能决定其他基本参数值的大小； 作为机床设计和用户选用机床的主要依据。,主参数通常用机床的最大加工尺寸来表示（通用车床、摇臂钻床），也可用其它物理量来表示，如额定拉力（拉床） 尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化、机床结构有关的主要尺寸。 与工件主要有关的参数：如通用车床最大加工工件长度、刀架上最大加工 直径。 与工、夹、量具有关的参数：如通用车床的主轴锥孔。 与机床结构有关的参数：如床身宽度等。,二、运动参数 运动参数是指机床执行件（主轴、工作台、刀架）运动的速度。即主轴的最高转速、最低转速、主轴转速数列、进给量最大值和最小值、进给量数列等。 (一)主运动参数
6、 回转运动：主轴转速n (r/min) 往复直线运动：主运动参数为刀具或工件的每分钟往复次数（次/分） 对于专用机床：主轴转速一般不变速； 对于通用机床：主轴需要进行变速(有级或无级变速)。,1主运动的速度范围 nminnmaxRn= nmax /nmin 2有级变速的转速数列 普通机床仍然广泛采用有级变速，且多数是采用等比数列。设某变速箱共有z级转速，分别为： n1 , n2 , n3 , ,nj , nj+1 , ,nz 而加工某一工件所需的最有利的转速n有介于nj 与nj+1 之间 ,即 nj n nj+1,相对转速损失为: A(n nj)/n 则最大的相对转速损失为: Amax(nj+
7、1 nj)/ nj+11 nj/ nj+1= 11/=常数 而各级转速之间有： n1nmin n2n1 n3n1 2 nzn1 z-1 nmax Rnnmax /nmin n1z-1 / n1 z-1 即 z=1+lgRn/lg,从上面分析可知，转速数列采用等比数列有下列优点： 对于某一公比，任意两个相邻转速之间的最大相对速度损失Amax为一个常数，因而转速分布的疏密程度比较均匀合理。这种转速数列可以由几个变速组的不同传动比搭配相乘得到，使传动系统得到简化。,（二）进给运动参数 机床进给量也有无级变速和有级变速两种，对于有级变速方式时，进给量一般为等比数列，也有分段等差数列及等差数列等。 (三
8、)标准公比和标准数列 由于Amax不大于50，故1 2。标准公比见表其特性如下：,1) 公比是2的某次方根，其数列每隔次方根数项增大或缩小2倍，这样便于采用双速电动机，同时也便于记忆和写出等比数列。 公比是10的某次方根，其数列每隔次方根数项增大或缩小10倍，这样符合常用十进制习惯，同时使数列整齐好记。,6,选定标准公比之后，从表附录四可查出转速数列。 公比选取的一般原则： 用于大批大量生产的自动化与半自动化机床，因为要求较高的生产率，相对转速损失要小，因此 要小些，一般取1.12或1.26。 大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切削速度对提高生产率作用较大， 应小些，取1.12或1
9、.26。 中型通用机床，万能性较大，因而要求转速级数z要多一些，但结构又不能过于复杂，常取1.26或1.41。 小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单一些，变速级速也不多，公比 常取1.58或1.78。,三、动力参数 动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗，它主要由机床的切削载荷和驱动的工件重量等决定。目前电动机功率单纯用计算的方法来确定功率是有困难的，通常用类比、测试和近似计算几种方法互相校核来确定。,（一）主传动功率确定 1近似计算法 主切/ 总 对于通用机床 总0.700.85 对于直线运动的机床0.600.70 估算公式： 主切/ 机+空 引起的空主要因素有： 各传动件在空载运转时的摩擦损耗； 传动件在搅油和克服空气阻力的功率损耗。 中型机床主传动链的空估算公式为： 空k(d平n+cd主n主)/106（）,2调查统计类比法（二）进给传动功率的确定 可用计算法、统计分析法和实测法。 计算公式：fNVf /(60000 f ) KW（三）快速移动功率的确定 一般类比法或实测法，也有借助计算法来确定，其计算公式为：N快N惯 N摩,
