第七章 机床主要参数的确定

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nz= nmax , Z 级转速分别为: nl , n2 , n3,…, nj , nj + l ,…, nz 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为 v , 则相应的转速为 n。通常,分级变速机构不能恰好得到这 个转速,而是 n 处于某两级转速 nj , nj + l之间: nj < n < nj+l
dmax k D
dmin dmax Rd
(Rd —计算直径范围)
最大加工直径dmax =( 0.5-0.6)D
(D—可能加工的最大直径)
最小加工直径dmin=(0.2-0.25)dmax
nmin和nmax的比值是变速范围:
在确定切削速度时应考虑到多种工艺的需要。切 削速度主要与刀具和工件的材料有关。常用的刀具材料 有高速钢、硬质合金和陶瓷等。工件材料可以是钢、铸
(1)对于通用机床,为使转速损失不大,机床结构又
不过于复杂,一般取=1.26或1.41。
(2)对于大批、大量生产的专用机床、自动化机床,公比
应取小一些。因这些机床的生产率较高,转速损失的影响
较显著。一般取=1.12或1.26。
(3)对于大型机床,公比应取小一些。因在大型机床上 的切削加工时间较长,转速损失的影响较显著。一般取 =1.26或1.12及1.06。 (4)对于非自动化小型机床,公比应取大一些。因在这 些机床上,辅助时间较多,而切削加工时间所占的比例不 大,转速损失的影响不很显著。一般取=1.58、1.78或2。
削速度和直径而定,故没有变速要求。 通用机床是为适应多种零件加工而设计制造的,
主轴需要变速。因此需确定它的变速范围,即最低与最
高转速。如果采用分级变速,则还应确定转速级数。
1)主轴最低(nmin)和最高(nmax)转速的确定:
应当指出,通用机床的 dmax

dmin 并不是机床上可能加工
的最大和最小直径,而是指常用的经济加工的最大和最小直径(即不 是理论上的最大和最小直径)。对于通用机床,一般取:
牛头刨床和插床是最大刨削和插削长度 也有的机床不用尺寸作为主参数,如拉床的主参数是额
定拉力等。
有的机床,一个主参数还不足以确定机床的规格,还 需第二主参数加以补充:
车床的第二主参数是最大工件长度;
铣床和龙门刨床是工作台工作面长度; 摇臂钻床是最大跨距等。 此外,还要确定其他一些尺寸参数: 车床常常还要确定在刀架上工件的最大回转直径和主
)。随着P切的增加,P机也在增加。P主沿AB
上升,直到A点。这时机床满载,
p主max p空 p切max p机max
p切max

在图 7-1 中就是 OA 联线与水平轴夹角 α 的 余切,η总=ctgα。当 P切 从 0上升到P切max时 ,P主 是沿OBA折线上升的。因此,η总仅对满 载时有效。当P切<P切max时,根据η总总算出的
机—消耗于空转的功率损失( kw);
P 空 —主传动链的总机械效率。

进行估算:
机 123 ......
2 ……为主传动链中各传动副的机械效率。 式中:1 、
2、进给运动功率的确定
1)在进给运动与主运动共用一个电动机的普通机床上, 如卧式车床和钻床,由于进给运动所消耗的功率与主运动 相比是很小的,因此可以忽略进给所需的功率。
1000v n d
式中: n ―转速( r/min ); v― 切削速度( m/min ); d― 工件(或刀具)直径(mm)。
主运动是直线运动的机床,如插床或刨床,主运 动参数是每分钟的往复次数。 对于不同的机床,主运动参数有不同的要求。 专用机床和组合机床是为某一特定工序而设计制
造的,每根主轴一般只须有一个转速,根据最有利的切

如果采用较高的转速nj+l ,必将提高切削速度,刀
具的耐用度将要降低。为了不降低刀具耐用度,以采用较 低的转速 nj 为宜。 这时转速的损失为 n-nj ,相对转速损失率为:
最大的相对转速损失率是当所需的转速 n 趋近于 nj + l 时,也就是:
在其他条件(直径、进给、切深)不变的情况下,转 速的损失就反映了生产率的损失。对于普通机床,如果认 为每个转速的使用机会都相等,那么应使 Amax为一定值,
此表不仅可用于转速、双行程数和进给量数列,而且也 可用于机床尺寸和功率参数等数列。表中的数列应优先选用。
4、公比的选用
当确定了最高与最低转速以后,就应选取公比Ф。 从使用性能方面考虑,公比最好选得小一些,以便 减少相对转速损失。 但公比越小,级数就越多,将使机床的结构复杂。 选用标准公比的一般原则和经验数据
Next
1、主传动功率的确定
机床主运动的功率,包括切削功率、空转功率损失和
附加机械摩擦损失三部分。 进行切削加工时,要消耗切削功率P切。它与刀具材料、 工件材料和所选用的切削用量的大小有关。 如果是专用机床,则工作条件比较固定,也就是刀具 与工件的材料和切削用量的变化范围较小。这时计算值也比 较接近实际情况。 若是普通机床,则刀具与工件的材料和切削用量的变化
第三节、 动 力 参 数
动力参数包括电动机的功率,液压缸的牵引力,液压马达、
伺服电动机或步进电动机的额定转矩等。
各传动件的参数(轴或丝杠的直径、齿轮与蜗轮的模数等)
都是根据动力参数设计计算的。
如果动力参数定得过大,将使机床过于笨重,浪费材料和 电力;如果定得过小,又将影响机床的性能。动力参数可以通 过调查、试验和计算的方法进行确定。
都相当大。通常,可根据机床检验时所要求的重负荷切削条
件来确定。
机床主运动空转时,要消耗电动机的一部分功率,这
部分消耗称为空转功率损失,用P空(kw)表示。 机床的空转功率损失只随主轴和其他各轴转速的变化 而改变。 引起空转损失的主要因素是:各传动件在空转时的摩
擦,由于加工和装配误差而加大的摩擦以及搅油,空气阻
第七章
机床主要参数的确定
第一节、 尺寸参数 第二节、 运动参数 第三节、 动力参数
第七章
机床主要参数的确定
前面进行了机床的研究分析,下面开始讨论机床的设计。
第一节、 尺 寸 参 数
机床尺寸参数的确定,主要是确定影响机床加工性
能的一些尺寸。其中包括机床的主参数、第二主参数和
其他一些尺寸参数。 当主参数、第二主参数和其他一些尺寸参数确定后, 就基本上确定了该机床所能加工或安装的最大工件的尺 寸。机床的尺寸参数是根据零件尺寸确定的。
电动机功率将小于实际值。
在主传动的结构方案尚未确定之前, 可用式
P 主
kw ); 式中:P 主 —主传动电机功率(

P 切
进行估算。
P 切 —消耗于切削的功率( kw ); 总 —主传动链的总效率。
对于通用机床一般可取 总 = 0.65~0.80。机构简单和主轴转速较 低时取大值;相反,机构复杂和主轴较高时取小值。 P 切 P 当主传动的结构方案确定后,可用式 P 主 空 式中:
变速范围:
等比数列同样适用于直线往复主运动(刨床、插床)
的往复次数数列、进给数列以及尺寸和功率参数系列。
2、进给运动参数
大部分机床的进给量用工件或刀具每转的位移表示,
即单位为mm/r,如车床、钻床、镗床及滚齿机等。
直线往复运动的机床,如刨、插床,以每一往复的 位移表示。 铣床和磨床;由于使用的是多刃刀具,进给量常以 每分钟的位移量表示,即单位为r/ min 。 在其他条件(切速、切深等)不变的情况下,进给 量的损失也反映了生产率的损失。
即:
从这里可看出,任意两级转速之间的关系应为:
n j十1 = nj φ
机床的转速应该按等比数列(几何级数)分级。 其公比为φ,各级转速应为
最大相对转速损失率为:
变速范围为:
例:有一台车床,主轴转速(r/min)共12级,分别为: 31.5 、 45 、 63 、 90 、 125 、 180 、 250 、 355 、 500 、 710 、 1000、1400,公比为 φ = 1.41,则最大相对转速损失率:
力和其他动载荷等。 中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的试验公 式进行估算:
da― 主运动链中除主轴外所有传动轴轴颈的平均直径。如果 主运动链的结构尺寸尚未确定,初步按电动机功率P选取:
d

― 主轴前后轴颈的平均值(mm);
Σ
ni
― 当主轴转速为n主时,传动链内除主轴外各传动轴的转
速之和。如传动链内有不传递载荷但也随之作空运转 的轴时,这些轴的转速也应计入(r/min) ;
数控机床和重型机床的进给为无级调整;普通机床多 采用分级调整。如进给链为外联系传动链,为使相对损失 为一定值,则进给量的数列也应取等比数列。
有的往复主运动机床,例如刨床和插床,进给运动是
间歇的,为使进给机构简单,采用了棘轮机构,进给量由 每次往复转过的齿数而定,则是等差数列。 供大量生产用的自动和半自动车床,常用交换齿轮来 调整进给量。这时可以不按一定的规则,而用交换齿轮选
铁以及铜铝等有色金属。切削速度可通过切削试验、查
切削用量手册和通过调查得到。 在确定了 nmax 和 nmin 后,如采用分级变速(大多 数普通机床),则应进行转速分级;
如采用变速电动机进行无级变速(大多数数控和重
型机床),有时也需用分级变速机构来扩大其调速范围。
2) 主轴转速数列:
如某机床的分级变速机构共有 Z 级,其中 n1 = nmin,
轴孔允许通过的最大棒料直径等;
龙门铣床还应确定横梁的最高和最低位置等; 摇臂钻床还要确定主轴下端面到底座间的最大和最小
距离,其中包括了摇臂的升降距离和主轴的最大伸出量等。
第二节、 运 动 参 数
运动参数是指机床执行件,如主Βιβλιοθήκη Baidu、工作台、 刀架等的运动速度。
1、主运动参数
回转主运动的机床,主运动参数是主轴转速。 转速(r/min)与切削速度的关系是:
2)在进给运动与空行程运动共用一个电动机的机床上,
如升降台铣床,也不必单独考虑进给所需的功率,因为使 升降台快速上升所需的空行程运动功率比进给运动的功率 大得多。
3) 进给运动采用单独的普通电动机的机床,如升
降台铣床和龙门铣床,以及用液压缸驱动进给的机床,
如仿形车床、多刀半自动车床和组合机床等,都需要确 定进给运动所需的功率。 通常用参考同类型机床和计算相结合的办法确定。 注意比较传动链的长短和低效率传动副(丝杠螺母、蜗 杆蜗轮)的数量。进给传动链的机械效率, ηs 会低至 0.15-0.2。
择最有利的进给量。卧式车床因为要车螺纹,进给箱的分
级应根据螺纹标准而定。螺纹标准不是一个等比数列,而 是一个分段的等差数列。
3、标准公比Ф和标准转速数列
机床转速是从小到大递增的,因此φ > 1 。 为使最大相对转速损失率不超过 50 % ,即 则,φ ≤2 。 因此 1 <Ф ≤2 为方便起见,规定了公比的标准值: 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2 。 当采用标准公比后,转速数列可从 (书123页)表 7-1 中 直接查出。表中给出了以 1.06 为公比的从 1-10000 的数值。 1.12 = 1.062, 1.26 = 1.064, 1.41 = 1.066, 1.58 = 1.068, 2 = 1.0612 。
,称为附加机械摩擦损失功率 P机。切削功率越大,这部
分损失也越大。综上所述,主电动机功率(kw)为:
p主 p切 p机 p空
p切

p空
机 123
式中ηl、η2、η3 …― 主运动链中各传动副的机械效率,见 表 7-2 。
图 7-1 表示主运动链在某一转速下所消耗 的各项功率之间的关系。当开动机床尚未切 削时,就需要消耗部分功率P空(图 7-1的OB
机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数,各类机 床以什么尺寸作为主参数已有统一的规定。 卧式车床是床身上工件的最大回转直径; 齿轮加工机床是最大工件直径; 外圆磨床和无心磨床是最大磨削直径;
龙门刨、铣床,升降台铣床和矩形工作台平面磨床
是工作台工作面宽度; 卧式铣镗床是主轴直径;
立式钻床和摇臂钻床是最大钻孔直径;
n主 — 主轴转速(r/min) ;
kl ― k2― 润滑油粘度影响的修正系数。 N46 号机械油,kl= 1; N32号机械油,kl= 0.9;N15 号机械油,kl= 0.75 ; 系数。主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承,k2=8.5 ; 三支承滚动轴承,k2=10
机床在切削时,齿轮、轴承等零件上的正压力加大了 ,功率的损耗也加大了。比 P空 多出来的那部分功率损耗
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