第2章 金属切削机床设计.

转速图 （1）转速图的概念 转速图表示传动轴的数目，传动轴之间的传动关 系，主轴的各级转速值和传动路线，各传动轴的 转速分级和转速值，各传动副的传动比等。 （2）转速图的组成 转速点 传动轴线 ⑥数据管理 转速线 传动线
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2.3 主传动系设计
（3）转速图的基本规律 变速系统的变速级数是各变速组传动副数的乘积 机床的总变速范围是各变速范围的乘积。 变速的基本规律是： 变速系统是以基本组为基础，再通过扩大组（可 以有第一扩大组、第二扩大组……）把转速范围 加以扩大。若要求变速系统是一个连续的等比数 列，则基本组的级比等于 ，级比指数 X 0 1 ；扩 大组的级比 x j ，级比指数 x j 应等于该扩大组前面 的基本组传动副数和各扩大组传动副数的乘积。
机械制造装备设计
第2章 金属切削机床设计
全国本科院校机械类创新型应用人才培养规划教材
本章分四个小节：
2.1 2.2 2.3 2.4
概述 金属切削机床总体设计
主传动系设计
进给传动系设计
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2.1 概述
金属机床是用刀具或磨具对金属工件进行切削加 工的机器。 目前，中国的机械制造技术的发展战略特别是冷加 工技术的发展将沿着三条主线进行： 机械制造工艺方法进一步完善与开拓。 加工技术向高度精度方向发展，使“精密工程和 ”“纳米技术”逐步走向实用化和生产化。 加工技术向自动化方向发展，继续沿着NC— CNC—FMS—CIMS的台阶向上攀登。
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2.2 金属切削机床总体设计
机床传动原理方案设计 机床的传动必须具备执行件、运动源、传递件 机床的传动链 机床的传动链分为外联系传动链和内联系传动链
外联系传动链指联系动源和机床执行件，使执行件得 到运动，并能改变运动的速度和方向，但不要求运动源和 执行件之间有严格的传动比关系。 内联系传动链指联系复合运动之内的各个分解部分， 传动链所联系的执行件相互之间的相对速度（及相对位移 量）有严格的要求，用来保切削机床总体设计
机床主要参数的设计 机床主要技术参数包括尺寸参数、运动参数和动 力参数。 尺寸参数 由于机床是根据特定零件而设计的，故尺寸参数 用来表示机床加工范围的大小，是特定的。 运动参数 ⑥数据管理 运动参数是指机床的主运动和辅助运动的执行件 的运动速度、位移、轨迹等，如主轴、工作台、 刀架等执行件的运动速度。
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2.2 金属切削机床总体设计
运动的分配 运动的合理分配是很重要的，应由各方面因素来 决定: （1） 简化机床的传动和结构 在其他条件相同的情况下，运动部件的质量 越小，所需的电动机功率和传动尺寸也越小。因 此，从简化传动件的角度来看，应把运动分配给 质量小的执行件。 ⑥数据管理 （2） 提高加工精度 （3） 缩小机床占地面积
通用 特性
高精 度
精密
自动
半自 动
数控
仿形
轻型
加重 型
简式 或经 济型
柔性 数显 高速 加工 ⑥数据管理 单元
代号
G
M
Z
B
K
F
Q
C
J
R
X
S
读音
高
密
自
半
控
换
仿
轻
重
简
柔
显
速
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2.2 金属切削机床总体设计 结构特性代号 结构特性代号为了区别主参数相同而结构不同的 机床，在型号中用汉语拼音字母区分。 机床的组别、系别代号 同类机床因用途、性能、结构相近或有派生而分 为若干组。 机床的主参数、设计顺序号和第二参数 ⑥数据管理 机床的重大改进序号 其他特性代号
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2.2 金属切削机床总体设计
（1） 主运动参数 对于主运动是回转运动的机床，它的主运动参数 是主轴转速。对于切削加工的机床而言，运动参 数要根据切削速度来决定：
n——转速，单位r/min； ⑥数据管理 v——切削速度，单位为m/min； d——加工工件的直径，单位为mm。 对于主运动是直线运动的机床，主运动参数是刀 具的每分钟往复次数（次/min）。
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2.1 概述
机床产品设计的方法 机床设计经历了由静态分析到动态分析，由定性 分析到定量分析，由线性分析向非线性分析，由 安全设计向优化设计，由手动设计向自动化发展 的过程。 理论分析计算和试验研究相结合的设计方法 分析计算法 （1）集中参数法 ⑥数据管理 （2）有限元法 （3）优化设计 （4）可靠性设计
⑥数据管理
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2.3 主传动系设计
分级变速主传动系的设计 分级变速主传动系设计的内容和步骤如下： （1）根据已确定的主变速传动系的运动参数，拟 定结构式、转速图； （2）合理分配各变速组中各传动副的传动比，确 定齿轮齿数和带轮直径等； ⑥数据管理 （3）绘制主变速传动系图。
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2.3 主传动系设计
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2.1 概述
机床的设计步骤 设计机床的步骤在实践中虽有细节上的差别，但 归纳起来大体上可分为以下4个阶段。 调查研究 总体方案设计 总体方案设计所包含的内容包括：工艺分析、主 要技术参数、机床总体布局、传动系统、电气系 统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果 ⑥数据管理 及技术经济分析报告等。 工作图设计 试制鉴定
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2.2 金属切削机床总体设计 机床的类别代号 我国的机床分为12大类，如有分类则在其类别代 号前加数字表示 。
表2.1 机床类代号和分类代号
类 车 钻 镗 别 床 床 床 代 号 C Z
磨床
齿轮 螺纹 加工 加工 机床 机床 Y 牙 S 丝
铣 床 X 铣
刨 拉 插 床 床 B L
电加 工机 床 D 电
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2.1 概述
（a）车铣复合加工中心
（b）高速立式加工中心
（c）大型双主轴立式龙门加工中心
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2.1 概述
机床产品的分类 机床是机械制造的基础机械，是制造机器的机器， 被称为“工作母机”。机床品种规格繁多，按加工方 法和所用刀具主要分为 ： 车床 车床主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆 锥面及成形回转表面）和回转体的端面，有些还可加 工螺纹面，主运动通常是由工件的旋转运动实现的， ⑥数据管理 进给运动则由刀具的直线移动来完成。
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2.2 金属切削机床总体设计
最低转速和最高转速的确定：应根据工艺要求， 再与同类型机床相比较，同时考虑技术发展，然 后经分析研究后确定最低转速和最高转速的值。 最高转速和最低转速的比值成为机床的转速范围
在确定了最高转速和最低转速之后，如果采用分 级变速，则必须将转速分级。
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2.2 金属切削机床总体设计
（2） 辅助运动参数 辅助运动的运动参数，其数列也同样存在着 等比级数排列、等差级数排列、无规律变化的排 列三种。 动力参数 动力参数包括电机的功率、液压缸的牵引力、 液压马达或步进电机的额定扭矩等。各传动的参 ⑥数据管理 数（如轴或丝杠的直径，齿轮、蜗轮的模数等） 都是根据动力参数设计计算的。
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2.3 主传动系设计
概述 机床主传动系一般应满足以下要求：①满足机床 的使用性能；②满足机床传递动力；③满足机床工 作性能；④满足产品设计经济性能；⑤调整维修方 便，结构简单、合理，便于加工和装配。 主传动系分类和传动方式 主传动系分类 ⑥数据管理 （1）按驱动主传动的电动机类型 （2）按传动装置类型 （3）按变速的连续性
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2.1 概述
⑥数据管理
C06140车床
加宽型C5116E车床
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2.1 概述 磨床 磨床是用磨具和磨料（如砂轮、砂带、油石、研磨 剂等）对工件的表面进行磨削加工的一种机床，广泛 用于零件的精加工，尤其是淬硬零件、高硬度特殊材 料及非金属材料的加工。
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2.1 概述 钻床 钻床是孔加工机床，是用钻头在工件上加工孔的机 床。钻床通常用于加工尺寸较小，精度要求不太高的 孔，可完成钻孔、扩孔、铰孔以及攻螺纹等工作。
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2.2 金属切削机床总体设计
机床运动原理方案设计与分析 运动分类 在切削加工中，为了得到具有一定几何形状、一 定精度和表面质量的工件，使刀具和工件间按一 定的规律完成一系列的运动。这些运动按其功用 可以分为表面成形运动和辅助运动两种大类 （1） 表面成形运动 直接参与切削过程，使之在工件上形成一定几 何形状表面的刀具和工件间的相对运动称为表面 成形运动。
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2.2 金属切削机床总体设计
机床的总体结构方案设计
结构布局设计 机床结构布局形式有立式、卧式及斜置式等；其 中基础支承件的形式又有底座式、立柱式、龙门 式等；基础支承件的结构又有一体式和分离式等
⑥数据管理
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2.2 金属切削机床总体设计 机床总体结构的概略形状与尺寸设计 该阶段主要是进行功能（运动或支承）部件的 概略形状和尺寸设计。 设计的主要依据：机床总体结构布局设计阶段 评价后所保留的机床总体结构布局形态图，驱动 与传动设计结果，机床动力参数及加工空间尺寸 ⑥数据管理 参数，以及机床整机的刚度及精度分配。 设计中在兼顾成本的同时应尽可能选择商品化 的功能部件，以提高性能、缩短制造周期。
当主轴转速数列按等比级数排列时，相邻转速的 比值称为公比，其关系为
如数列中只有一个共比值时，各级转速应为
⑥数据管理
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2.2 金属切削机床总体设计
转速范围为
两边取对数可得出下式
⑥数据管理
当主轴转速数列采用等比级数排列时，在设计时 选择齿轮的传动比、齿数就较为简单方便。
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2.2 金属切削机床总体设计
锯 其他 床 机床 G Q
2 3 T M M M
⑥数据管理
读 二 三 车 钻 镗 磨 音 磨 磨
刨 拉
割 其他
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2.2 金属切削机床总体设计 机床的通用特性代号 当某类型机床除有普通式外，还具有表2.2所列的 通用特性时，则在类代号之后用大写的汉语拼音 予以表示。