金属切削机床-专机设计

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1、机械制造装备设计本课程主要讲述内容机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计3.1金属切削机床设计的基本理论机床的运动学原理机床有两个末端执行器安装工件的执行器（如：铣床工作台、车床主轴的卡盘）；安装刀具的执行器（如;铣床的主轴、车床的刀架）工件的加工原理通过刀具相对工件的运动来完成。两个末端执行器之间严格的运动关系要靠内联传动系统或坐标轴联动实现机床运动轴的数目、运动性质、各运动轴之间的关系、运动行程等。工件表面的形成方法及机床运动任何一个规则表面都可视为：一条曲线（或

2、直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹（发生线）母线与导线（举例）刀具切削刃可分为点切削刃、线切削刃、面切削刃3.1金属切削机床设计的基本理论机床的运动原理图将运动功能式用符号和图形表达出来。比运动功能式更为直观，全面。包含：机床的运动轴个数、形式及排列顺序；两个末端执行器和各运动轴的空间相对方位。典型运动原理图车床：Cp主运动，ZfXf进给运动；具有C轴功能的车床，C可与Z或X复合成形，如车螺纹或非圆回转面；3.1金属切削机床设计的基本理论机床的运动原理图典型运动原理图铣床：Cp主运动，XfYfZf进给运动3.1金属切削机床设计的基本理论机床的运动原理图典

3、型运动原理图刨床：往复直线运动Xp为主运动，直线运动Yf为进给；Za为切入运动。3.1金属切削机床设计的基本理论典型运动原理图（续）数控外圆磨床：Cp为主运动，Cf、Zf和Xf为进给运动；Ba为调整运动Xf和Zf复合，可用蝶形砂轮磨削长圆锥面或任意形状回转面；Cf与Zf复合可磨削螺旋面；长轴纵向进给磨削时，Xf为Xa，是切入运动；（用进给运动符号表示)3.1金属切削机床设计的基本理论典型运动原理图（续）摇臂钻床：Cp是主运动，Zf进给运动；XaZaCa都是调整运动3.1金属切削机床设计的基本理论典型运动原理图（续）镗床：Cp是主运动，Zf1和Zf2分别是镗孔时

4、工件与镗杆的进给运动；Yf是刀具径向进给，Ba是分度运动，Xa及Ya是调整运动（也可进给以铣削平面）3.1金属切削机床设计的基本理论典型运动原理图（续）滚齿机床：Cp是主运动，Cf和Zf是进给运动；两个C复合形成渐开线Cf与Zf复合形成螺旋导线，可加工斜齿轮；Ba为调整运动，调整刀具的安装角，使刀具与工件齿向一致；直线运动Ya径向切入运动，径向进给法加工涡轮时，Ya为进给；有的还有Za滚刀的轴向蹿刀运动，（加工涡轮时，为径向进给运动）3.1金属切削机床设计的基本理论典型运动原理图（续）插齿：Zp是主运动；Cf1与Cf2进给，复合形成渐开线；Ya切入运动3.1金

5、属切削机床设计基本理论——精度几何精度空载条件下，不运动或运动速度较低时，机床主要独立部件的：形状（直线度、平面度）相互位置（平行度、垂直度、重合度、等距度、角度）；旋转位移精确程度（径向圆跳动、周期性轴向窜动、端面圆跳动）等是评价机床质量的基本指标，决定于结构设计、制造装配质量如(EZZ/EXZ/EYZ)Z坐标运动部件在各方向位置偏差；(ECZEBZEAZ)Z坐标运动部件绕ZYX轴的角度偏差；运动精度机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度传动精度机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。传统机床受传统系统设计、传动元件的制造装配精度影响；

6、数控机床受电动机、导轨等元件精度、驱动器及控制器影响3.1金属切削机床设计基本理论——精度定位精度机床的定位部件到达规定位置的精度受构件与控制系统精度、刚度、动态特性影响。重复定位精度机床运动部件在相同条件下，用相同的方法重复定位时，位置的一致程度。还受到传动机构的反向间隙影响。工作精度加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。影响因素有：机床自身精度、刚度、热变形、刀具、夹具、工件的刚度及热变形等。精度保持性在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度。影响因素是：磨损。具体：结构设计、工艺、材料、热处理、润滑等3.1金属切削机床设计基本理论——刚度刚

7、度指机床受载时抵抗变型的能力，用：K=F/y表示，K为刚度（N/um);F为载荷；y为机床变形量（um）载荷：重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动等。静载荷（基本不随时间变化）——》静刚度（一般代表机床刚度）动载荷（随时间变化）——》动刚度（抗振性）机床由众多构件和柔性接合部组成整机刚度的50%取决于接合部刚度；整机阻尼的50%-80%来自接合部阻尼设计要点提高各部件刚度；接合部刚度及各部件间刚度的匹配各部件对整机刚度贡献不同，所以需要刚度的合理分配与优化。3.1金属切削机床设计基本理论——振动振动抵抗受迫振动（来自内部或外部）受迫振动频率与振源激振

8、力的频率相同，振幅还与机床刚度阻尼有关