机械制造装备设计第二章

第二章金属切削机床设计第一节机床产品的评价指标第二节机床初步设计第三节机床主传动系统设计第四节机床进给传动系统设计第五节机床主轴组件设计第六节机床支承件设计第七节机床导轨设计第二章金属切削机床设计2.1机床产品评价指标机床产品评价指标机床的工艺范围机床精度和保持性机床生产率机床自动化程度机床性能机床宜人性机床经济性第二章金属切削机床设计机床工艺范围机床精度机床精度几何精度传动精度运动精度位置精度工作精度机床性能机床性能刚度抗振性噪声传动效率热变形2.1机床产品评价指标精度保持性第二章金属切削机床设计[e-mail][学生请假][学生作业]金属切削机床的初步设计，也称总体方案设计，是一项全局性的设计工作，其任务是研究确定机床产品的最佳设计方案，为技术设计工作提供依据。初步设计工作的质量将影响机床产品的结构、性能、工艺和成本，关系到产品的技术水平和市场竞争能力。初步设计机床工艺方案拟订机床运动方案拟订机床技术参数确定机床总体布局设计并联机床创新设计2.2机床产品初步设计第二章金属切削机床设计2.2机床产品初步设计2.2.1机床工艺方案的拟订机床工艺方案拟订工艺方法刀具类型工艺基准夹压方式车、铣、刨、磨、镗、钻、齿、螺、拉、特、切断…第二章金属切削机床设计2.2机床产品初步设计2.2.2机床运动方案的拟订机床运动方案拟订运动类型传动联系运动分配传动方式进退刀、空程、转位…成型运动辅助运动主运动进给运动质量小的速度高便于精度提高减小占地面积第二章金属切削机床设计1112.2.3机床技术参数的确定机床技术参数主参数尺寸参数运动参数动力参数主运动参数进给运动参数表示机床规格和最大工作能力表示机床主要结构尺寸最高、最低转速、变速序列无级调速或靠机床传动链确定主电机功率、进给电机功率、快移功率...对于有级变速传动主轴转速按等比数列排列：Rn——主轴变速范围φ——主轴转速数列的公比Z——主轴转速级数第二章金属切削机床设计2.2机床产品初步设计2.2.3机床技术参数的确定公比φ的选用原则小型通用机床，由于工件尺寸小，切削时间较短而辅助时间较长，转速损失的影响不明显，但要求机床结构简单，体积小，因此，可选取较大的标准公比，取φ=1.58、1.78或2。中型通用机床，由于应用广泛，兼顾速度损失适当小些和结构不致过于复杂，公比应取中等值，取φ=1.26或1.41。大型通用机床，由于工件尺寸大因而切削时间较长，速度损失影响明显，需选用较合理切速，而主传动系统结构复杂些、体积大些是允许的，因此，应选用较小公比，取φ=1.06、1.12、1.26。自动和半自动机床，用于成批或大批量生产，生产率高，转速损失的影响较为显著，但这类机床转速范围一般不大，且多用交换齿轮变速，因此，公比应选用小些，取φ=1.12或1.26。确定主运动参数小结：1）确定主轴极限转速nmax和nmin；2）初定主轴变速范围Rn=nmax／nmin；3）选定公比φ值；4）确定主轴转速级数Z＝(lgRn/lgφ)+1，并圆整；5）选定主轴各级转速值；6）修正主轴变速范围Rn。公比φ越小相对速度损失就越小，但转速级数越多，结构越复杂。第二章金属切削机床设计2.2机床产品初步设计2.2.4机床技术布局的确定机床布局依据工作特征要求机床性能要求生产批量要求宜人性要求主参数要求提高精度、改善受理、提高刚度、减震、抗热变形要求单件小批低精用普通；高精用数控；大批用专机让人觉得方便舒服第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.1主传动功用及设计要求主轴转速范围、级数、实现开停、变速、换向、制动主轴电机有足够的功率，构件强度足够构件有足够的精度，抗震性、温升和噪声要小，效率要高操纵灵活，调整方便，润滑密封良好结构简单紧凑，工艺性好，成本低第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.2主传动系统方案传动布局集中式分离式紧凑、安装调试便利、容易操作；振动和发热易对加工产生影响。用于普通精度的中大型机床。速度平稳、传动链振动和发热对加工影响小；安装调试不便、操作不便、带传动易打滑。用于中小型高速或精密机床。变速方式无级变速有级变速机械摩擦无级调速、液压无级调速、电气无级调速滑移齿轮、交换齿轮、多速电机、离合器开停方式电机开停、机械开停（离合器）制动方式电机制动（反向力矩）、机械制动（制动器：带式、瓦式、摩擦片式）换向方式第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计传动系统图传动路线表达式转速图第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计转速图是分析和设计机床传动系统的重要工具机床工艺范围转速级数传动轴数量变速组及其传动副数量传动路线传动顺序传动比变速规律35701402805601120160080040020010050IIIIIIIV0主轴1440U0=110:194Ua3=36:36Ua1=24:48Ua2=30：42Ub2=44：44Uc2=76：38Uc1=19：76Ub1=23：652.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计有级系统转速图35701402805601120160080040020010050IIIIIIIV0主轴1440U0=110:194Ua3=36:36Ua1=24:48Ua2=30：42Ub2=44：44Uc2=76：38Uc1=19：76Ub1=23：652.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计转速图的绘制35701402805601120160080040020010050IIIIIIIV0主轴1440U0=110:194Ua3=36:36Ua1=24:48Ua2=…Ub2=…Uc2=…Uc1=…Ub1=…2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计变速规律基型变速系统单速电机变速组串联不重复且排列均匀等比速度基本组扩大组第一扩大组的变速特性第二扩大组的变速特性变速规律：基本组级比指数等于１扩大组的级比指数大于１，且等于基本组传动副数与该扩大组之前各扩大组传动副数的乘积。第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计变速组的变速范围主轴的变速范围第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计结构式与结构网结构网也由“三线一点”构成，但转速点和传动线仅获示相对值，只标出各变速组的传动副数及级比指数。可对称画出也可不对称。结构式用于表达变速系统的三个变速参量：主轴转速级数Z、各变速组的传动副数pi和极比指数xi。即：所以前面的例子中结构式可以写成：2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计设计要点A.齿轮变速组的传动比和变速范围限制umax=2,umin=1/4rmax=umax/umin=8B.减小传动件结构尺寸原则“前多后少”“前紧后松”“前慢后快”Ｃ.改善传动性能传动链要短转速和要小齿轮线速度要低空转件要少2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计拟定结构式和结构网拟定转速图确定各传动副的传动比确定带轮直径、齿轮齿数布置、排列齿轮绘制系统图第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计例：设已知主轴转速n=35-1600r/min，采用集中传动式布局、直尺滑移齿轮变速，采用电机开停，换向及制动方式。试确定结构式、结构网和转速图。取可采用两个变速组传动或者三个变速组传动即采用一个四联滑移齿轮组和一个三联滑移齿轮组；或者采用一个三联滑移齿轮组和两个二联滑移齿轮组。确定传动顺序：12=4x3，12=3x412=3x2x2，12=2x3x2，12=2x2x3第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计根据“前多后少”的原则，优先选用12=4x3或者12=3x2x2两种方案。确定扩大顺序一般情况下，根据“前多后少”和“前紧后松”的原则，使扩大顺序与传动顺序一致，即选择：12=41x34或者12=31x23x26校验最后扩大组的变速范围：对于12=31x23x26：对于12=41x34：第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.3主传动有级变速系统设计35701402805601120160080040020010050IIIIIIIV0主轴1440U0=1:1.8Ua3=1:1Ua1=1:2Ua2=…Ub2=…Uc2=…Uc1=…Ub1=…第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.4齿轮齿数的确定首先确定模数和传动轴直径，以判断结构是否合理模数一般大于等于2模数尽量相同，或采用类型尽量少详细原则：齿数和不能过大[100，200]不宜过小a.不根切Zmin=18，主轴上小齿轮最少20，高速轴最少25满足结构要求满足传动比要求第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.4齿轮齿数的确定查表确定齿轮齿数（公比是1.06的整数幂）找出各副的传动比确定最小齿数和以及小齿轮齿数找出可能使用的齿数和确定使用的齿数和确定各齿轮副齿数第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统交换齿轮变速系统传动线对称分布传动顺序与扩大顺序第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统使用多速电机的变速系统对于同步转速比为2的多速电机（750/1500，1500/3000，750/1500/3000）级比指数只能在1.06，1.12，1.26，1.41，2里面取。扩大顺序传动顺序第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统使用多速电机设计主传动系统的例子已知主轴转速级数Z=12，公比1.41，采用多速电机，请确定结构式。（1）确定电机变速组的级比指数（2）确定多速电机转速级数（3）拟订结构式（4）校验最末扩大组变速范围第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统转速重复的变速系统转速重复现象如果减小基型传动系统扩大组的级比指数，就会出现主轴转速重复的现象。用在进一步扩大转速范围而又要满足传动比限制的情况第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统使用混合公比的变速系统一般机床使用单一公比有些机床使用混合公比常见的情况是利用双公比，如1.19/1.41，1.26/1.58等。此时，主轴转速在中段排列较密集，两端稀疏，且两端空掉的转速级数相等。因为主轴转速利用率较高部分在中间段，为了降低速度损失，采用了混合公比来得到更好的性能。此时主轴转速分布变得不均匀。第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.6具有某些特点的主传动有级变速系统使用并联分支的变速系统扩大转速范围缩短高速传动链提高效率高速分支：Z0=6=2132低速分支：Z1=18=213226212-6-6总结构式：Z=Z0+Z1=6+18=2132+213226212-6-6=2132（1+26212-6）-6第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.7主传动无级变速系统使用机械无级变速器的主传动系统在设计机械无级变速系统的时候，因为无级变速其的变速范围很小，为了扩大其变速范围，需要串连有级变速器。Rn=RwRu第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.7主传动无级变速系统使用无级调速电机的主传动系统调速电机的调速范围恒转矩调速范围恒功率调速范围P_Kwn_r/minnc第二章金属切削机床设计2.3机床主传动系统设计2.3.7主传动无级变速系统使用无级调速电机的主传动系统设计方法和讨论第二章金属