1、第一節(jié) 尺寸參數(shù)第二節(jié) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)第三節(jié) 動(dòng)力參數(shù)第七章第七章 機(jī)床主要參數(shù)的確定機(jī)床主要參數(shù)的確定第一節(jié)第一節(jié) 尺寸參數(shù)尺寸參數(shù) 機(jī)床尺寸參數(shù)的確定，主要是確定影響機(jī)床加工性能的一些尺寸。其中包括機(jī)床的主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)。 機(jī)床的主參數(shù)是代表機(jī)床規(guī)格大小的一種參數(shù)，各類機(jī)床以什么尺寸作為主參數(shù)已有統(tǒng)一的規(guī)定。 臥式車床是床身上工件的最大回轉(zhuǎn)直徑； 齒輪加工機(jī)床是最大工件直徑； 外圓磨床和無心磨床是最大磨削直徑； 龍門刨、銑床，升降臺(tái)銑床和矩形工作臺(tái)平面磨床 是工作臺(tái)工作面寬度； 臥式銑鏜床是主軸直徑； 立式鉆床和搖臂鉆床是最大鉆孔直徑； 牛頭刨床和插床是最大刨削和插削長(zhǎng)度 也

2、有的機(jī)床不用尺寸作為主參數(shù)，如拉床的主參數(shù)是額定拉力等。 有的機(jī)床，一個(gè)主參數(shù)還不足以確定機(jī)床的規(guī)格，還需第二主參數(shù)加以補(bǔ)充： 車床的第二主參數(shù)是最大工件長(zhǎng)度； 銑床和龍門刨床是工作臺(tái)工作面長(zhǎng)度； 搖臂鉆床是最大跨距等。 此外，還要確定其他一些尺寸參數(shù)其他一些尺寸參數(shù)： 車床常常還要確定在刀架上工件的最大回轉(zhuǎn)直徑和主軸孔允許通過的最大棒料直徑等； 龍門銑床還應(yīng)確定橫梁的最高和最低位置等； 搖臂鉆床還要確定主軸下端面到底座間的最大和最小距離，其中包括了搖臂的升降距離和主軸的最大伸出量等。 當(dāng)主參數(shù)、第二主參數(shù)和其他一些尺寸參數(shù)確定后，就基本上確定了該機(jī)床所能加工或安裝的最大工件的尺寸。機(jī)床的尺寸

3、參數(shù)是根據(jù)零件尺寸確定的。 一、主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是主軸轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速（r/min）與切削速度的關(guān)系是：式中： n 轉(zhuǎn)速（ r/min ）； v 切削速度（ m/min ）； d 工件（或刀具）直徑（mm）。第二節(jié)第二節(jié) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1000vnd 主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如插床或刨床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)是每分鐘的往復(fù)次數(shù)。對(duì)于不同的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)參數(shù)有不同的要求。專用機(jī)床和組合機(jī)床是為某一特定工序而設(shè)計(jì)制造的，每根主軸一般只須有一個(gè)轉(zhuǎn)速，根據(jù)最有利的切削速度和直徑而定，故沒有變速要求。通用機(jī)床是為適應(yīng)多種零件加工而設(shè)計(jì)制造的，主軸需要變速。因此需確定它的變速范圍，即最低與最高

4、轉(zhuǎn)速。如果采用分級(jí)變速，則還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)。1.最低（nmin）和最高（nmax）轉(zhuǎn)速的確定： nmin和nmax的比值是變速范圍： 在確定切削速度時(shí)應(yīng)考慮到多種工藝的需要。切削速度主要與刀具和工件的材料有關(guān)。常用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷等。工件材料可以是鋼、鑄鐵以及銅鋁等有色金屬。切削速度可通過切削試驗(yàn)、查切削用量手冊(cè)和通過調(diào)查得到。 在確定了 nmax和 nmin后，如采用分級(jí)變速（大多數(shù)普通機(jī)床），則應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速分級(jí)；如采用變速電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無級(jí)變速（大多數(shù)數(shù)控和重型機(jī)床），有時(shí)也需用分級(jí)變速機(jī)構(gòu)來擴(kuò)大其調(diào)速范圍。 2.分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列： 如某機(jī)床的分級(jí)變速機(jī)構(gòu)共有 Z 級(jí)，

5、其中 n1 = nmin, nz=nmax , Z 級(jí)轉(zhuǎn)速分別為： 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為 v ，則相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n。通常，分級(jí)變速機(jī)構(gòu)不能恰好得到這個(gè)轉(zhuǎn)速，而是 n 處于某兩級(jí)轉(zhuǎn)速 nj , nj + l之間： nj n nj+l如果采用較高的轉(zhuǎn)速nj+l，必將提高切削速度，刀具的耐用度將要降低。為了不降低刀具耐用度，以采用較低的轉(zhuǎn)速 nj 為宜。這時(shí)轉(zhuǎn)速的損失為 n-nj ，相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為： 最大的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率是當(dāng)所需的轉(zhuǎn)速 n 趨近于nj + l時(shí)，也就是： 在其他條件（直徑、進(jìn)給、切深）不變的情況下，

6、轉(zhuǎn)速的損失就反映了生產(chǎn)率的損失。對(duì)于普通機(jī)床，如果認(rèn)為每個(gè)轉(zhuǎn)速的使用機(jī)會(huì)都相等，那么應(yīng)使 Amax為一定值，即： 從這里可看出，任意兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系應(yīng)為： n j十1 =nj 最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為： 變速范圍為： 機(jī)床的轉(zhuǎn)速應(yīng)該按等比數(shù)列（幾何級(jí)數(shù)）分級(jí)。其公比為，各級(jí)轉(zhuǎn)速應(yīng)為 例：有一臺(tái)車床，主軸轉(zhuǎn)速（r/min）共12級(jí)，分別為：31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公比為=1.41，則最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率： 變速范圍： 等比數(shù)列同樣適用子直線往復(fù)主運(yùn)動(dòng)（刨床、插床）的往復(fù)次數(shù)數(shù)列、進(jìn)給數(shù)列以及尺寸和功率參數(shù)系列。大部分機(jī)床的進(jìn)給量

7、用工件或刀具每轉(zhuǎn)的位移表示，即單位為mm/r，如車床、鉆床、鏜床及滾齒機(jī)等。直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如刨、插床，以每一往復(fù)的位移表示。銑床和磨床；由于使用的是多刃刀具，進(jìn)給量常以每分鐘的位移量表示，即單位為r/ min 。二、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)二、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù) 在其他條件（切速、切深等）不變的情況下，進(jìn)給量的損失也反映了生產(chǎn)率的損失。數(shù)控機(jī)床和重型機(jī)床的進(jìn)給為無級(jí)調(diào)整；普通機(jī)床多采用分級(jí)調(diào)整。如進(jìn)給鏈為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，為使相對(duì)損失為一定值，則進(jìn)給量的數(shù)列也應(yīng)取等比數(shù)列。有的往復(fù)主運(yùn)動(dòng)機(jī)床，例如刨床和插床，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是間歇的，為使進(jìn)給機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用了棘輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)給量由每次往復(fù)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)而定，則是等差數(shù)列。供大

8、量生產(chǎn)用的自動(dòng)和半自動(dòng)車床，常用交換齒輪來調(diào)整進(jìn)給量。這時(shí)可以不按一定的規(guī)則，而用交換齒輪選擇最有利的進(jìn)給量。臥式車床因?yàn)橐嚶菁y，進(jìn)給箱的分級(jí)應(yīng)根據(jù)螺紋標(biāo)準(zhǔn)而定。螺紋標(biāo)準(zhǔn)不是一個(gè)等比數(shù)列，而是一個(gè)分段的等差數(shù)列。三、標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列三、標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列 機(jī)床轉(zhuǎn)速是從小到大遞增的，因此 1 。為使最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率不超過 50 % ，即 ，則，2 。因此1 2 為方便起見，規(guī)定了公比的標(biāo)準(zhǔn)值： 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)公比后，轉(zhuǎn)速數(shù)列可從表 7-1 中直接查出。表中給出了以 1.06 為公比的從 1-10000 的數(shù)值。 1.12 = 1

9、.062, 1.26 = 1.064, 1.41 = 1.066, 1.58 = 1.068, 2 = 1.0612 。 此表不僅可用于轉(zhuǎn)速、雙行程數(shù)和進(jìn)給量數(shù)列，而且也可用于機(jī)床尺寸和功率參數(shù)等數(shù)列。表中的數(shù)列應(yīng)優(yōu)先選用。 四、公比的選用四、公比的選用 當(dāng)確定了最高與最低轉(zhuǎn)速以后，就應(yīng)選取公比。從使用性能方面考慮，公比最好選得小一些，以便減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失。但公比越小，級(jí)數(shù)就越多，將使機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于一般生產(chǎn)率要求較高的普通機(jī)床，減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損失是主要的，所以公比取得較小，如=1.26 或1.41等。有些小型機(jī)床希望簡(jiǎn)化構(gòu)造，公比可取得大些，如1.58或=2等。對(duì)于自動(dòng)機(jī)床，減少相對(duì)轉(zhuǎn)速損

10、失率的要求更高，常取1.12 或1.26。由于自動(dòng)機(jī)床都是用于成批或大量生產(chǎn)，變速時(shí)間分?jǐn)偟矫恳还ぜ?，與加工時(shí)間相比是很小的，因此采用交換齒輪變速，既滿足了相對(duì)轉(zhuǎn)速損失小的要求又簡(jiǎn)化了構(gòu)造。 第三節(jié)第三節(jié) 動(dòng)力參數(shù)動(dòng)力參數(shù) 動(dòng)力參數(shù)包括電動(dòng)機(jī)的功率，液壓缸的牽引力，液壓馬達(dá)、伺服電動(dòng)機(jī)或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩等。各傳動(dòng)件的參數(shù)（軸或絲杠的直徑、齒輪與蝸輪的模數(shù)等）都是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算的。如果動(dòng)力參數(shù)定得過大，將使機(jī)床過于笨重，浪費(fèi)材料和電力；如果定得過小，又將影響機(jī)床的性能。動(dòng)力參數(shù)可以通過調(diào)查、試驗(yàn)和計(jì)算的方法進(jìn)行確定。一、一、主運(yùn)動(dòng)功率的確定主運(yùn)動(dòng)功率的確定 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的功率，包括切削功

11、率、空轉(zhuǎn)功率損失和附加機(jī)械摩擦損失三部分。進(jìn)行切削加工時(shí)，要消耗切削功率P切。它與刀具材料、工件材料和所選用的切削用量的大小有關(guān)。如果是專用機(jī)床，則工作條件比較固定，也就是刀具與工件的材料和切削用量的變化范圍較小。這時(shí)計(jì)算值也比較接近實(shí)際情況。若是普通機(jī)床，則刀具與工件的材料和切削用量的變化都相當(dāng)大。通常，可根據(jù)機(jī)床檢驗(yàn)時(shí)所要求的重負(fù)荷切削條件來確定。 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)，要消耗電動(dòng)機(jī)的一部分功率，這部分消耗稱為空轉(zhuǎn)功率損失，用P空（kw）表示。機(jī)床的空轉(zhuǎn)功率損失只隨主軸和其他各軸轉(zhuǎn)速的變化而改變。引起空轉(zhuǎn)損失的主要因素是：各傳動(dòng)件在空轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，由于加工和裝配誤差而加大的摩擦以及攪油，空氣阻力

12、和其他動(dòng)載荷等。中型機(jī)床主傳動(dòng)鏈的空轉(zhuǎn)功率損失可用下列的試驗(yàn)公式進(jìn)行估算： da da 主運(yùn)動(dòng)鏈中除主軸外所有傳動(dòng)軸軸頸的平均直徑。如果主運(yùn)動(dòng)鏈中除主軸外所有傳動(dòng)軸軸頸的平均直徑。如果 主運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)尺寸尚未確定，初步按電動(dòng)機(jī)功率主運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)尺寸尚未確定，初步按電動(dòng)機(jī)功率P P選?。哼x?。篸 d 主主 主軸前后軸頸的平均值（主軸前后軸頸的平均值（mm); mm); nini 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為n n主時(shí)，傳動(dòng)鏈內(nèi)除主軸外各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)主時(shí)，傳動(dòng)鏈內(nèi)除主軸外各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn) 速之和。如傳動(dòng)鏈內(nèi)有不傳遞載荷但也隨之作空運(yùn)轉(zhuǎn)速之和。如傳動(dòng)鏈內(nèi)有不傳遞載荷但也隨之作空運(yùn)轉(zhuǎn) 的軸時(shí)，這些軸的轉(zhuǎn)速也應(yīng)計(jì)

13、入（的軸時(shí)，這些軸的轉(zhuǎn)速也應(yīng)計(jì)入（r/min) ; r/min) ; n n主主 主軸轉(zhuǎn)速（主軸轉(zhuǎn)速（r/min) ; r/min) ; k kl l 潤(rùn)滑油粘度影響的修正系數(shù)。潤(rùn)滑油粘度影響的修正系數(shù)。 N46 N46 號(hào)機(jī)械油，號(hào)機(jī)械油，kl= 1kl= 1； N32N32號(hào)機(jī)械油，號(hào)機(jī)械油，kl= 0.9kl= 0.9；N15 N15 號(hào)機(jī)械油，號(hào)機(jī)械油，kl= 0.75 ; kl= 0.75 ; k k2 2 系數(shù)。主軸用兩支承的滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，系數(shù)。主軸用兩支承的滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承，k k2 28.5 8.5 ； 三支承滾動(dòng)軸承，三支承滾動(dòng)軸承，k k2 2=10=10 機(jī)床在切

14、削時(shí)，齒輪、軸承等零件上的正機(jī)床在切削時(shí)，齒輪、軸承等零件上的正壓力加大了，功率的損耗也加大了。比壓力加大了，功率的損耗也加大了。比P空多出空多出來的那部分功率損耗，稱為附加機(jī)械摩擦損失功來的那部分功率損耗，稱為附加機(jī)械摩擦損失功率率P機(jī)。切削功率越大，這部分損失也越大。綜機(jī)。切削功率越大，這部分損失也越大。綜上所述，主電動(dòng)機(jī)功率（上所述，主電動(dòng)機(jī)功率（kw）為：）為： 式中式中l(wèi)、2、3 主運(yùn)動(dòng)鏈中各傳動(dòng)副主運(yùn)動(dòng)鏈中各傳動(dòng)副的機(jī)械效率，見表的機(jī)械效率，見表 7-2 。pppppp切切主空空機(jī)機(jī)1 2 3機(jī) 圖圖 7-1 表示主運(yùn)動(dòng)鏈在某一轉(zhuǎn)速下所消耗的各表示主運(yùn)動(dòng)鏈在某一轉(zhuǎn)速下所消耗的各項(xiàng)功

15、率之間的關(guān)系。當(dāng)開動(dòng)機(jī)床尚未切削時(shí)，就需項(xiàng)功率之間的關(guān)系。當(dāng)開動(dòng)機(jī)床尚未切削時(shí)，就需要消耗部分功率要消耗部分功率P空（圖空（圖 7-1的的OB ）。隨著）。隨著P切的切的增加，增加，P機(jī)也在增加。機(jī)也在增加。P主沿主沿AB上升，直到上升，直到A點(diǎn)。這點(diǎn)。這時(shí)機(jī)床滿載，時(shí)機(jī)床滿載， 在圖在圖 7-1 中就是中就是 OA 聯(lián)線與水平軸夾角聯(lián)線與水平軸夾角 的余的余切，切，總總ctg。當(dāng)。當(dāng)P切切從從 0上升到上升到P切切max時(shí)，時(shí)，P主主是是沿沿OBA折線上升的。因此，折線上升的。因此，總總僅對(duì)滿載時(shí)有效。當(dāng)僅對(duì)滿載時(shí)有效。當(dāng)P切切P切切max時(shí)，根據(jù)時(shí)，根據(jù)總總總算出的電動(dòng)機(jī)功率將小于總算出的

16、電動(dòng)機(jī)功率將小于實(shí)際值。實(shí)際值。ppppp切max切max主max空機(jī)max總二、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)功率的確定 在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的普通機(jī)床上，如臥式車床和鉆床，由于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所消耗的功率與主運(yùn)動(dòng)相比是很小的，因此可以忽略進(jìn)給所需的功率。在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與空行程運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)的機(jī)床上，如升降臺(tái)銑床，也不必單獨(dú)考慮進(jìn)給所需的功率，因?yàn)槭股蹬_(tái)快速上升所需的空行程運(yùn)動(dòng)功率比進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的功率大得多。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用單獨(dú)的普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)床，如升降臺(tái)銑床和龍門銑床，以及用液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的機(jī)床，如仿形車床、多刀半自動(dòng)車床和組合機(jī)床等，都需要確定進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需的功率。通常用參考同類型機(jī)床和計(jì)算相結(jié)合的辦法確定。注

17、意比較傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)短和低效率傳動(dòng)副（絲杠螺母、蝸桿蝸輪）的數(shù)量。進(jìn)給傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率，s會(huì)低至 0.15-0.2。 進(jìn)給功率（進(jìn)給功率（kwkw）可根據(jù)進(jìn)給牽引力）可根據(jù)進(jìn)給牽引力F FQ Q（N)N)，進(jìn)，進(jìn)給速度給速度v vs s(m/min(m/min）和機(jī)械效率）和機(jī)械效率s s，滑動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)給牽引力滑動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)給牽引力FQFQ的估算公式如下：的估算公式如下：三角形或三角形與矩形綜合導(dǎo)軌：三角形或三角形與矩形綜合導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌：矩形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌：鉆床主軸：鉆床主軸： 式中 ：G 移動(dòng)部件的重力（N），G = mg ; Fx、FY、Fz切削力的三向分力。其中 Fz 沿導(dǎo)軌的縱向

18、（N)，見圖 7-2。 f 當(dāng)量摩擦系數(shù)； f一鉆床主軸套筒上的摩擦系數(shù)； k 考慮顛覆力矩影響的系數(shù)； d 主軸直徑（mm) ; T 主軸上的轉(zhuǎn)矩（Nmm）導(dǎo)軌上的作用力 三、空行程功率的確定三、空行程功率的確定 空行程功率的確定應(yīng)參考同類型機(jī)床，輔之以計(jì)算，最好再經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證?？焖伲眨┬谐屉妱?dòng)機(jī)往往是滿載起動(dòng)，移動(dòng)件較重，加速度也較大，因此計(jì)算時(shí)必須考慮慣性力。各運(yùn)動(dòng)件在電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2），可根據(jù)動(dòng)能守恒定理，由式?jīng)Q定：式中：Jk 旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2） k 各旋轉(zhuǎn)件的角速度（rad/s); mi 直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量（kg）; vi 直線運(yùn)動(dòng)件的速度（m/s); 電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s）。實(shí)心圓柱形件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：空心圓柱形件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 式中 m質(zhì)量（kg） ; 密度（kg/m3，鋼的= 7.8x103 kg/m3） D、d 和l 分別為外徑、孔徑和厚度（m）克服慣性的轉(zhuǎn)矩為： 式中 ta 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)加速過程的時(shí)間（s）， 數(shù)控機(jī)床可取ta為伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)械時(shí)間常數(shù)的 3-4 倍；中、小型普通機(jī)床可取 ta=0.5s ；大型普通機(jī)床可取ta1s-J 克服慣性需要的功率（ kw ）為： 式中n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min) ; 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效