第7章 机床主要参数的确定

n n 1 A 1 1 常数； 常数 n n
j j 1 max j 1 j
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由此可以看出，任意相邻两转速之间的关系为：
n j1 n j
即机床的转速是按等比数例(几何级数)分级。其公比 为 ，各级转速为
n 1 n min n 2 n 1 n 3 n 2 n 1 2 n z n z 1 n 1
A
j
n
9
最大的相对转速损失是当所需的最有利的转速n趋近 于nj+1时，即 n j 1 n n
A m ax
nn j lim n
n j 1
j
1
j
n j 1
从上式可以看到，最大相对转速损失是取决于两相邻转 速之比，在其他条件(加工直径、进给、背吃刀量)不变的情 况下，相对转速的损失就反映了生产率的损失。 对于通用机床，可以认为每个转速的使用机会均等，同 时，应使任意相邻两转速间最大相对转速损失相等，即
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三、其他尺寸参数
其他尺寸参数包括与工件、工、夹、量具、机床结构有关 的参数。 与工件主要的有关参数，如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；龙门铣床还应确定横梁的最高和最低位置 等。 与工、夹、量具有关的参数，如卧式车床的主轴锥孔。 与机床结构有关的参数，如床身宽度等。
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A max
1 1 (1 ) 100% 100%
n max n 1 z 1 三、 标准公比和标准数列 Rn z 1 n min n1 机床转速是从小到大递增的，所以规定标准公比 1 ，
并且规定相对速度损失的最大值Amax不大于50％，则相应 不大于2，所以 1 2 。 为了简化机床设计和使用，规定了几个标准值，这些数 值是选取2或10的某次方根，见表7—1。
第7章 机床主要技术参数的确定
机床主要技术参数包括机床的主参数和基本参数（尺寸参 数、运动参数、动力参数）。
§7.1 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。
一、主参数
机床的主参数是最为重要的，是代表机床规格大小的一种 参数。主参数必须满足以下要求： 1)直接反映出机床的加工能力和特性。 2)能决定其他基本参数值的大小。 3)作为机床设计和用户选用机床的主要依据。
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1、主运动速度范围
nmin
对于通用机床，在确定切削速度时，应考虑到多种工艺需
1000 max 1000 min ；nmax d max d min
要。切削速度与刀具材料、工件材料有关。选择vmin和vmax时，
是根据机床上几种典型加工情况来考虑的。 车床vmax----硬质合金刀具半精车钢件时的速度 车床vmin---高速钢刀具车螺纹时的速度 Dmin、 Dmax---vmax 时经常加工工件直径d值的较小值、较大 值。 变速范围Rn
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2、有级变速的转速数列
通用机床采用有级变速时，机床的主传动系统的转速数 列或进给量数列，多数采用等比数列。设某变速箱共有Z级转 速，分别为
n 1，n 2，n 3， ，n j，n j1， n z
对于有级变速传动，加工某一工件所需的最有利的切削速 度为v，相应的转速为n，通常情况最有利的转速n介于两个相 邻转速nj和nj+1之间，即 n j n n j 1 选用较低的转速nj ，这时转速的损失为(n-nj)，如用相 对转速损失表示，则 nn
z 1
n max
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最大相对转速损失为
A max
1 1 (1 ) 100% 100%
n max n 1 z 1 Rn z 1 n min n1
两边取对数得
lg R n z 1 lg
1.26 1 100 % 20.5% 1.26
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例如2，X62W型铣床的主轴从30～1500r/min共18级转速， 公比 ，则最大相对转速损失率 1.26
A max
？？为什么采用等比数列排列
转速数列采用等比数列排列有下列优点： 1)对于某一个公比，任意两个相邻转速之间的最大相对速 度损失Amax为一个常数，因而转速分布的疏密程度比较均匀合 理。 2)这种转速数列可以由几个变速组的不同传动比搭配相乘 得到，能用较少的齿轮实现较多级的转速，使传动系统得到简 化。
1
对于通用机床，主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表 示。对各种类型机床，GB/T15375—94标准统一规定了主参数 的内容。 摇臂钻床的主参数(最大钻孔直径)为：25、40、63、80、 100、125mm。 卧式车床是以床身上被加工工件的最大回转直径作为主参 数。 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； 龙门刨床、龙门铣床、升降台铣床和矩形工作台的平面磨 床是工作台工作面宽度； 卧式铣镗床是主轴直径；
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§ 7.2 运动参数
运动参数是指机床执行件(如主轴、工作台、刀架)运动的速 度，即主轴的最高转速、最低转速、主轴转速数列、进给量最 大值和最小值、进给量数列等。
一、主运动参数
主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速(r/min) 主运动为往复直线运动时，如刨床、插床等，主运动参数是 刀具或工件的每分钟往复次数(次／min)。 对于通用机床，必须确定主轴的变速范围，最高与最低转速， 无级或有级变速。 对于专用机床，根据特定工序实际使用的切削速度和工件 (或刀具)的直径确定主轴转速。
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§7.3 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。 这里将主要讨论电动机功率的确定。
表7－1 标准公比
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这些公比的特性如下： 1)公比是2的某次方根，其数列每隔若干项增加或缩小2倍， 如 ，数列为10、12.6、16、20、25、32、40等，每隔 3 2 三项增大2倍。 2)公比是10的某次方根，其数列每隔若干项增大或缩小10 倍。这特性符合常用十进制习惯，如 5 10，数列为10、 16、25、40、63、100、160、250、400、630等，每隔五项增 大10倍，使数列整齐好记。 当选定标准公比之后，从表7—2可查出转速数列。表 7—2适用于转速、双行程数和进给系列，而且可以用于机 床尺寸和功率参数等数列。
i
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k1——润滑油粘度影响的修正系数。 用N46号机械油时，k1=1； 用N32号机械油时，k1=0.9； 用N15号机械油时，k1=0.75； k2---系数。 主轴用两支承的滚动轴承或滑动轴承，是k2=8.5； 三支承滚动轴承，是k2=10。
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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，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：
一、 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 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。 设计机床时，当主传动的结构方案尚未确定前，用下面 的公式估算主电动机功率P主(单位为kW)
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：各传动件在空载运转时的 摩擦损耗，传动件的搅油和克服空气阻力的功率损耗。 它与有无载荷以及载荷大小无关，而随传动件转速的增 加而增大。传动件愈多，转速愈高，胶带和轴承的预紧力越 大，装配的质量越差，则空载功率越大。
P主
P切 总
对于通用机床， 总 0.7～0.85 ；对于直线运动的通 用机床， 总 0.60～0.70 (结构简单的取大值，复杂 的取小值)。
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当主传动的结构方案确定后，可用下面的公式估算主电动 P切 机功率P主(kW) P主 P空 机 机——主传动链机械效率，等于主传动链中各传动副的机 械效率的乘积。
2
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； 牛头刨床和插床是最大刨削和插削长度(以上单位均为nm)； 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。 专用机床的主参数，一般以与通用机床相对应的主参数表 示。
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二、第二主参数
第二主参数是为了更完整地表示机床的工作能力和加 工范围，在主参数后面标出另一参数值、称为第二主参数。 如最大工件长度、最大跨度和最大加工模数等 如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。
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表 7-2
标准数列表
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四、公比的选用
公比选取的一般原则如下： ①从使用性能考虑，选取公比最好小一些，以便减少相对 速度损失，但小一些，级数z增多，会使机床的结构复杂化。 ②用于大批大量生产的自动化与半自动化机床，要求较高 的生产率，相对转速损失要小，因此，要小些，选取1.12或 1.25。 ③大型机床加工大尺寸工件，机动时间长，选择合理的切 削速度对提高生产率作用较大，应小些，取1.12、1.25。 ④中型通用机床，万能性较大，要求转速级数多，但结构 又不能过于复杂，公比常选取1.25或1.41。 ⑤小型机床切削加工时间常比辅助时间少，结构要求简单， 机动时间短，变速级数不多，公比常取1.58或1.78。
例如3，X62W型铣床的主传动系统的三个变速组用3+3+2共 8对齿轮可得到18级成等比数列的转速数列。
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二、进给运动参数
机床的进给运动大多数是直线运动，进给量用工件或刀具 每转位移表示，即mm/r。如车床、钻床； 也可以用每一往复行程的位移表示，如刨床、插床等。 机床进给量的变换可以采用无级变速和有级变速方法。 采用有级变速方式时，进给量一般为等比数列。 螺纹加工机床和普通车床的进给量按照加工标准螺纹导程 数列来选取，进给量数列为分段等差数列。 刨床和插床采用棘轮机构实现进给运动，进给量大小靠每 次拨动一齿、二齿或几个齿来改变，进给量也是等差数列。 自动车床，其进给量就不是按一定规则排列的。
n max Rn n min
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例如1，φ400mm的中型车床用硬质合金车刀：半精车钢料 时合理的最高切削速度vmax取 200m／min，这时加工轴类工件 最小直径dmin取50mm(主要考虑工件变形)；精加工丝杠螺纹的 合理切削速度，一般取vmin=1.5m／min，加工丝杠最大直径 dmax取400mm。 通常推荐的dmax和dmin值： 对于车床，如用D表示最大回转直径(主参数)， dmax＝0.5～0.6D，dmin＝0.2～0.25dmax； 摇臂钻床，如用D表示最大钻孔直径(主参数)， dmax＝D，dmin＝0.2～0.25dmax
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中型机床主传动链的空转功率损失可用下列的试验公式 k1 进行估算：
P空
10
6
3.5d n
a
i
k 2 d 主 n主
式中 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未确定，则可按电动机功率P选取： 当1.5<P≤2.8kw,da=30mm；2.5<P≤7.5kw,da=35mm； 7.5<P≤14kw,da=40mm； n主——主轴转速(r／min)； d 主 ——主轴前后轴颈的平均值 (m)； n 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) ；