第三章 金属切削机床设计总体设计

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1、第三章金属切削机床设计概述机床总体设计主传动系设计进给传动系设计主轴部件设计进给传动部件设计支承件设计导轨设计第一节概述金属切削机床，是机械制造的基础装备。现代金属切削机床，凝聚了当代科技的成果，集精密机械制造技术、计算机技术、自动控制技术、光电子技术和管理技术于一身。机床也象一般机电装备一样，要完成一定的功能作业，如形成加工对象的一定表面形状。但与一般机电装备具有显著不同的方面，对作业有极高的质量要求，即必须保证加工对象的精度和表面质量。机床设计，已逐步从传统的经验设计方法走向定量设计与实验研究相结合，由静态设计向动态

2、设计、由几何实体设计、静态分析向动态仿真、由可行性设计向最佳化设计方向发展。机床设计大量的采用数字化设计方法和手段。第一节概述一、机床设计的基本要求二、机床设计步骤一、机床设计的基本要求1．工艺范围指机床上完成的加工方法，适应的工件类型、可加工表面形状、尺寸范围、材料及毛坯种类等，主要反映机床的加工功能。根据工艺范围分为：通用机床、专门化机床和专用机床三大类。机床的功能越多，适应的范围就越广，但结构越复杂。结构设计中，要考虑的因素越多，其技术难度越大。数控机床的工艺范围较一般通用机床的工艺范围更广。满足不同批量生产要求的

3、机床，其设计的思路有所不同。一、机床设计的基本要求2．精度保证被加工零件达到的精度和表面粗糙度要求，并能在机床长期使用中得以保持。加工精度和表面粗糙度取决于机床、刀具、夹具、切削条件和操作者等方面的因素。机床本身必须具备的精度称为机床精度。机床按精度分为：普通精度级、精密级（M）、高精度级（G）。国家对各种类型机床的三种等级精度，规定了相关精度标准。若以普通精度级允许误差单位为1，三种等级精度的比例大致为：1：0.4：0.25。一、机床设计的基本要求2．精度机床的精度指标包括：（1）几何精度指最终影响机床工作精度的主要零

4、部件及其相互间的尺寸精度、形状精度和位置精度。如主轴前端内孔的尺寸和形状精度、导轨的直线度、主轴与其它部件间的平行度和垂直度等。几何精度是机床在空载条件下，在静止或低速状态中测量。主要反映机床的制造装配质量是否达到设计时制定的标准。一、机床设计的基本要求2．精度（2）运动精度指机床主要零部件在工作速度下，无负载运行时的精度。如主轴的回转精度，直线运动的均匀性等。与零部件的设计、制造和装配质量有关。（3）传动精度指内联系传动链两端件相对运动的准确性和协调性。反映了传动链设计合理性，制造和装配质量。一、机床设计的基本要求2．

5、精度（4）定位精度指机床执行件到达指定位置的准确程度。直接影响了加工零件的尺寸精度、形状精度和位置精度。与传动精度、刚度，控制系统的动态特性和测量系统的精度有关。（5）重复定位精度指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。（6）工作精度对规定的试件，用规定的条件加工所达到的精度。是机床精度的综合反映，包括机床的刚度、抗振性及热稳定性等。一、机床设计的基本要求2．精度（7）精度保持性指机床在工作中长期保持其原始精度的能力。一般以机床关键零部件（如主轴、导轨等）的首次大修期所决定。主要取决于机床关键

6、零部件的耐磨性、内应力引起的永久变形程度和机床使用的保养。一、机床设计的基本要求3．机床的生产率指机床在单位时间内所能加工的零件数量。即：式中t——单个零件的平均加工时间；t1——单个工件的切削加工时间；t2——单个工件加工过程的辅助时间；t3——加工一批零件的准备和终结时间；n——一批零件的数量。对于机床方面，影响生产率的有机床的布局、刚度、功率、运动参数和自动化程度等。一、机床设计的基本要求4．机床的性能机床在加工过程的静态力、动态力、温度变化，将引起机床的变形、振动、噪声等，机床的性能就指抵抗上述现象的能力。（1）

7、传动效率用于评价机床有效利用电动机输出功率的能力。可用下式表示：η=P/Pm≈（Pm－P0）/Pm=1－P0/Pm式中η——机床传动效率；P——机床输出功率；Pm——电动机输出功率；P0——机床空载功率。一、机床设计的基本要求4．机床的性能（1）传动效率机床功率损失引起摩擦热，造成运动副的磨损和机床的热变形。对于普通机床，主轴最高转速时的机床空载功率不应超过主电动机功率的三分之一。机床的传动效率与传动链的长短、传动速度、摩擦阻力大小、传动件的动平衡等因素有关。一、机床设计的基本要求4．机床的性能（2）刚度指机床及重要零部

8、件在载荷的作用下抵抗变形的能力。在载荷的作用下，刀具与工件的相对位置发生改变，影响加工精度。机床的静刚度是动刚度的基础。影响机床刚度的主要有支承件及主要零部件的刚度、部件间的连接刚度和接触面的接触刚度。局部的薄弱环节对整机的刚度影响极大。一、机床设计的基本要求4．机床的性能（3）抗振能力指抵抗受迫振动和自激振动的能力