机床主要参数的确定现代制造装备及其自动化教学课件.pptx

现代制造装备及自动化13.1 尺寸参数尺寸参数 尺寸参数是影响机床加工性能的一些尺寸，包括机床的主参数、尺寸参数是影响机床加工性能的一些尺寸，包括机床的主参数、第二参数和其他参数。第二参数和其他参数。一、主参数一、主参数 代表机床规格大小。代表机床规格大小。如，卧式车床如，卧式车床床身上工件的最大回转直径，床身上工件的最大回转直径，CA6140，40表示床身上工件的最大回转直径是表示床身上工件的最大回转直径是400mm；齿轮加工机床齿轮加工机床工件最大直径，工件最大直径，YC3180(滚齿机），滚齿机），80表示能加工的最大工件直径是表示能加工的最大工件直径是800 mm;外圆磨床和无心磨床外圆磨床和无心磨床最大磨削直径；最大磨削直径；立式钻床和摇臂钻床立式钻床和摇臂钻床最大钻孔直径；最大钻孔直径；牛头刨床和插床牛头刨床和插床最大刨削和插削长度；最大刨削和插削长度；拉床拉床额定拉力。额定拉力。现代制造装备及自动化2二、第二参数二、第二参数 当主参数不足以确定机床的规格时，用它加以补充。当主参数不足以确定机床的规格时，用它加以补充。如，车床如，车床最大工件长度；最大工件长度；铣床和龙门刨床铣床和龙门刨床工作台工作面长度；工作台工作面长度；摇臂钻床摇臂钻床主轴的最大跨距，即主轴中心到立柱母线的主轴的最大跨距，即主轴中心到立柱母线的 距离。距离。现代制造装备及自动化3三、其他尺寸参数三、其他尺寸参数 普通车床普通车床在刀架上工件的最大回转直径和主轴孔允许通过在刀架上工件的最大回转直径和主轴孔允许通过 的最大棒料直径等；的最大棒料直径等；龙门铣床龙门铣床横梁的最高和最低位置等；横梁的最高和最低位置等；摇臂钻床摇臂钻床主轴下端面到底座间的最大和最小距离，其中包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。括了摇臂的升降距离和主轴的最大伸出量等。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。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，是根据零件的尺寸确定的。机床的尺寸参数，是根据零件的尺寸确定的。现代制造装备及自动化43.2 运动参数运动参数一、主运动参数一、主运动参数 主运动主运动回转运动回转运动 主运动参数主运动参数主轴转速主轴转速 转速和切削速度的关系是：转速和切削速度的关系是：其中，其中，n转速转速(r/min);v切削速度切削速度(m/min);d工件或刀具直径工件或刀具直径(mm)。指机床执行件的运动速度。指机床执行件的运动速度。现代制造装备及自动化5主运动主运动直线运动直线运动主运动参数主运动参数主运动执行件每分钟的往复次数主运动执行件每分钟的往复次数。专用机床专用机床主轴转速固定，根据最有利的切削速度和直径而定。主轴转速固定，根据最有利的切削速度和直径而定。通用机床通用机床主轴需要变速，需要确定机床的变速范围。主轴需要变速，需要确定机床的变速范围。现代制造装备及自动化61、最低和最高转速的确定、最低和最高转速的确定 定义变速范围定义变速范围 v与刀具和工件材料有关，可通过切削试验或查切削用量手册得到。与刀具和工件材料有关，可通过切削试验或查切削用量手册得到。d变化范围大，采用变化范围大，采用vmax(vmin)时常用的时常用的dmin(dmax)如，车外圆，如，车外圆，Dmax床身上工件的最大回转直径，床身上工件的最大回转直径，则，则，dmax=(0.50.6)Dmax;dmin=(020.25)Dmax;摇臂钻床，摇臂钻床，Dmax最大钻孔直径，最大钻孔直径，则，则，dmax=Dmax;dmin=(0.20.25)Dmax;现代制造装备及自动化7总结：总结：由于由于v,d随加工情况不同，变化范围大，所以应该使变速范围随加工情况不同，变化范围大，所以应该使变速范围 Rn足够大。一旦足够大。一旦v,d选定，选定，nmin,nmax即可定出，即可定出，Rn就确定了就确定了.变速的实现方法变速的实现方法：无级变速无级变速直流、交流伺服电动机（数控机床、重型机床）；直流、交流伺服电动机（数控机床、重型机床）；分级变速分级变速传动机构（普通机床、数控机床）。传动机构（普通机床、数控机床）。现代制造装备及自动化82、分级变速时的主轴转速数列、分级变速时的主轴转速数列 从从nmin nmax,各级转速广泛使用等比数列的排列规律。各级转速广泛使用等比数列的排列规律。设某机床共有设某机床共有Z级转速，其中级转速，其中n1nmin，nznmax，Z级转速分别级转速分别为：为：n1,n2,n3,nj,nj+1,nz 如果加工某一工件所需要的最有利的切削速度为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，则相应的转速为n，njnnj+11)选选nj,则出现则出现n-nj的转速损失，生产率降低；的转速损失，生产率降低；2)选选nj+1,则刀具磨损较快，不经济。则刀具磨损较快，不经济。现代制造装备及自动化9相对转速损失率为：相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：若每个转速的使用机会相等，则若每个转速的使用机会相等，则任意两级转速之间的关系应为：任意两级转速之间的关系应为：为了不降低刀具耐用度，一般采用较低的转速为了不降低刀具耐用度，一般采用较低的转速nj,则则现代制造装备及自动化10各级转速为：各级转速为：最大相对转速损失率为：最大相对转速损失率为：变速范围为：变速范围为：现代制造装备及自动化11 例例:一台车床，主轴转速一台车床，主轴转速(rmin)共共l 2级，分别为级，分别为31.5、45、63、90、125、180、250、355、500、710、1000、1400，公，公比：比：则最大相对转速损失率：则最大相对转速损失率：变速范围为：变速范围为：等比数列同样适用于直线往复主运动等比数列同样适用于直线往复主运动(刨床、插床刨床、插床)的往复次数数列、的往复次数数列、进给数列以及尺寸和功率参数系列。进给数列以及尺寸和功率参数系列。现代制造装备及自动化12二、进给运动参数二、进给运动参数有三种表示方法：有三种表示方法：1）工件或刀具每转的位移，单位为）工件或刀具每转的位移，单位为mmr，如车、钻及滚齿，如车、钻及滚齿机等；机等；2）每往复一次的位移，单位为）每往复一次的位移，单位为mm/往复行程，用于直线往复往复行程，用于直线往复运动的机床，如刨、插床；运动的机床，如刨、插床；3）每分钟的位移量，单位为）每分钟的位移量，单位为mmmin，多刃刀具，如铣床，多刃刀具，如铣床和磨床等和磨床等现代制造装备及自动化13进给量的调整：进给量的调整：无级调整无级调整数控机床、重型机床数控机床、重型机床 有级调整有级调整普通机床普通机床1）进给量的数列通常取等比数列；）进给量的数列通常取等比数列；2）刨床、插床，进给运动是间歇的，进给机构采用棘轮机构，进）刨床、插床，进给运动是间歇的，进给机构采用棘轮机构，进给量按等差数列排列；给量按等差数列排列；3）用于大批量生产的自动和半自动机床，采用交换齿轮来选择最）用于大批量生产的自动和半自动机床，采用交换齿轮来选择最有利的进给量；有利的进给量；4）普通车床，进给箱进给量是分段等差数列。）普通车床，进给箱进给量是分段等差数列。进给量数列的排列规律：进给量数列的排列规律：现代制造装备及自动化14三、标准公比和标准数列三、标准公比和标准数列1、公比的范围、公比的范围机床转速是从小到大递增的机床转速是从小到大递增的 为了使最大相对转速损失率不超过为了使最大相对转速损失率不超过50%，则：，则：现代制造装备及自动化152、标准公比和标准数列、标准公比和标准数列 为了简化机床的设计与使用，规定了几个公比的标准值如下：为了简化机床的设计与使用，规定了几个公比的标准值如下：（1）限制最大相对速度损失）限制最大相对速度损失Amax50，因此，因此12；（2）公比选为）公比选为2的某次方根后，便于采用转速成倍数关系的双速电动机。另的某次方根后，便于采用转速成倍数关系的双速电动机。另外，便于记忆和写出等比数列。如公比为外，便于记忆和写出等比数列。如公比为1.41时，在数列中每隔一级就时，在数列中每隔一级就出现出现2倍关系。如倍关系。如n1=10r/min，数列为：，数列为：10,14,20,28,40,.；（3）因为通常计数采用因为通常计数采用10进位，公比采用进位，公比采用10的某次方根后，在数列中每隔的某次方根后，在数列中每隔几级就出现几级就出现10倍关系。倍关系。标准公比值的制定原则是：标准公比值的制定原则是：现代制造装备及自动化16公比为公比为1.06的标准转速数列如表所示：的标准转速数列如表所示：如车床，如车床，nmin=12.5,nmax=2000r/min,查表，查表，）先找）先找12.5；）每隔个数取一个值，得数列）每隔个数取一个值，得数列12.5,16,20,2000共共23级。级。现代制造装备及自动化17四、公比的选用四、公比的选用 针对不同的机床选用不同的公比，一般常用针对不同的机床选用不同的公比，一般常用1.26,1.41,1.58。）生产率要求较高的普通机床，要减少相对转速损失，取较小）生产率要求较高的普通机床，要减少相对转速损失，取较小的公比，如的公比，如1.26或或1.41；）非自动化小型机床，辅助时间相对较长，转速损失的影响不）非自动化小型机床，辅助时间相对较长，转速损失的影响不很大，为简化机床构造，公比可取大一些，如很大，为简化机床构造，公比可取大一些，如1.58或或2；）自动机床，减少相对转速损失率的要求更高，取公比）自动机床，减少相对转速损失率的要求更高，取公比1.12或或1.26。现代制造装备及自动化183.3 动力参数动力参数 指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗。指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗。动力参数主要由机床的动力参数主要由机床的切削载荷和驱动的工件重量切削载荷和驱动的工件重量决定。决定。机床各传动件的尺寸参数是根据动力参数确定的，机床各传动件的尺寸参数是根据动力参数确定的，若动力参数过大若动力参数过大 机床笨重，浪费材料和电力；机床笨重，浪费材料和电力；若动力参数过小若动力参数过小 影响机床性能。影响机床性能。现代制造装备及自动化19确定方法确定方法：调查、试验为主，计算为辅：调查、试验为主，计算为辅专用机床专用机床 根据特定工序的切削用量计算确定；根据特定工序的切削用量计算确定；通用机床通用机床 根据机床检验时所要求的重负荷切削条件来确定。根据机床检验时所要求的重负荷切削条件来确定。现代制造装备及自动化20一、主运动功率的确定一、主运动功率的确定附加机械摩擦损失功率附加机械摩擦损失功率(Kw)切削功率切削功率(Kw)机床主运动功率机床主运动功率(Kw)空转功率损失空转功率损失(Kw)传动件传动件 ，转速，转速 ，轴承的预紧力，轴承的预紧力 ，装配质量，装配质量 ，现代制造装备及自动化21空转功率损失的试验公式：空转功率损失的试验公式：其中其中除主轴外，主运动链中所有传动轴轴颈的平均值；除主轴外，主运动链中所有传动轴轴颈的平均值；当主轴转速为当主轴转速为 时，其他各轴转速之和；时，其他各轴转速之和；主轴前后轴颈的平均值主轴前后轴颈的平均值(mm)；主轴转速主轴转速(rpm);主轴支承修正系数，两支承主轴支承修正系数，两支承 ，三支承，三支承润滑油粘度影响系数，润滑油粘度影响系数，32 ，46 。现代制造装备及自动化22主电动机功率又可写为：主电动机功率又可写为：其中其中主运动链中各传动副的机械效率主运动链中各传动副的机械效率一般，在决定主电动机功率时，一般，在决定主电动机功率时，主传动结构方案尚未确定，可用主传动结构方案尚未确定，可用下式估算：下式估算：现代制造装备及自动化23提高机床效率的方法：提高机床效率的方法：1、提高机械传动效率，可采用传动效率高的传动元件。、提高机械传动效率，可采用传动效率高的传动元件。2、使空载功率下降，可采用：、使空载功率下降，可采用：，要求传动链短；要求传动链短；使中间轴转速下降；使中间轴转速下降；提高装配、制造精度；提高装配、制造精度；采用低粘度的润滑油。采用低粘度的润滑油。现代制造装备及自动化24二、进給运动功率的确定二、进給运动功率的确定1、进給运动与主运动共用电动机。进給运动所需功率远小、进給运动与主运动共用电动机。进給运动所需功率远小于与主运动，可忽略不计。于与主运动，可忽略不计。2、进給运动与快速移动共用电动机，因快移所需功率远大、进給运动与快速移动共用电动机，因快移所需功率远大于进給运动，可只考虑快移所需功率或转矩。于进給运动，可只考虑快移所需功率或转矩。3、进給运动采用单独电动机。则进給运动的功率可按下式、进給运动采用单独电动机。则进給运动的功率可按下式估算：估算：进給电动机功率（进給电动机功率（Kw进給牵引力（进給牵引力（N）；）；进給速度（进給速度（m/min）；）；进給传动系统的机械效率。进給传动系统的机械效率。现代制造装备及自动化25牵引力的计算：牵引力的计算：三角形或三角形三角形或三角形与矩形综合导轨与矩形综合导轨矩形导轨矩形导轨燕尾形导轨燕尾形导轨钻床主轴钻床主轴现代制造装备及自动化26三、空行程功率的确定三、空行程功率的确定 快速移动电动机启动时，要克服移动部件的惯性力和摩快速移动电动机启动时，要克服移动部件的惯性力和摩擦力，即擦力，即快移电动机功率（快移电动机功率（Kw）；）；克服惯性力所需功率（克服惯性力所需功率（Kw）；）；克服摩擦力所需功率（克服摩擦力所需功率Kw）。）。现代制造装备及自动化271、克服惯性所需要的功率、克服惯性所需要的功率克服惯性的转矩（克服惯性的转矩（Nm);电动机转速电动机转速(r/min);传动系统的机械效率。传动系统的机械效率。其中其中传动件折算到电动机主轴上的当量转动惯量（传动件折算到电动机主轴上的当量转动惯量（Kgm2);电动机的角速度电动机的角速度(rad/s);电动机的启动时间（电动机的启动时间（s）。）。现代制造装备及自动化28其中其中各旋转件的转动惯量各旋转件的转动惯量(Kgm2)；各旋转件的角速度各旋转件的角速度(rad/s)；各直线运动件的质量各直线运动件的质量(Kg)；各直线运动件的速度各直线运动件的速度(m/s)；电动机的角速度电动机的角速度(rad/s)。现代制造装备及自动化292、克服移动件质量和摩擦力所需的功率、克服移动件质量和摩擦力所需的功率升降运动升降运动水平运动水平运动移动部件的质量移动部件的质量(Kg)；重力加速度；重力加速度；由于重心与升降机构不同心而引起的导轨上的挤压力由于重心与升降机构不同心而引起的导轨上的挤压力(N)；当量摩擦系数；当量摩擦系数；移动速度移动速度(m/min)。现代制造装备及自动化30注意：注意：1、仅存在于启动过程中，当电动机正常运行时即消失。仅存在于启动过程中，当电动机正常运行时即消失。2、交流异步电动机的起动转矩约为满载时额定转矩的、交流异步电动机的起动转矩约为满载时额定转矩的1.6-1.8倍，工作时又允许短时间超载，最大转矩可为额定转矩的倍，工作时又允许短时间超载，最大转矩可为额定转矩的1.82.2倍，快速行程的时间又很短。因此，可根据计算倍，快速行程的时间又很短。因此，可根据计算出来的出来的P和电动机转矩和电动机转矩M计算起动转矩，并据此来选择电计算起动转矩，并据此来选择电动机，使电动机的起动转矩大于计算出来的起动转矩就可动机，使电动机的起动转矩大于计算出来的起动转矩就可以了。以了。现代制造装备及自动化31本章小结本章小结1、尺寸参数、尺寸参数2、运动参数、运动参数 主运动参数、进給运动参数的确定，公比的选择主运动参数、进給运动参数的确定，公比的选择3、动力参数、动力参数 主运动功率、进給运动功率、空行程功率的确定主运动功率、进給运动功率、空行程功率的确定现代制造装备及自动化32思考题思考题1、机床的主参数、运动参数和动力参数如何确定？、机床的主参数、运动参数和动力参数如何确定？2、机床主轴转速采用等比数列的原因是什么？、机床主轴转速采用等比数列的原因是什么？3、机床主轴转速数列的标准公比值有哪些？其制定原则是什么？、机床主轴转速数列的标准公比值有哪些？其制定原则是什么？4、选定公比值的依据是什么？、选定公比值的依据是什么？5、设计某规格机床，若初步确定主轴转速为、设计某规格机床，若初步确定主轴转速为nmin=32r/min，nmax=980r/min，公比值是，公比值是1.26，试确定主轴转速级数，试确定主轴转速级数Z，主轴，主轴各级转速值和主轴转速范围各级转速值和主轴转速范围Rn。6、已知某机床的主轴最低转速、已知某机床的主轴最低转速nmin=33.5r/min，公比值是，公比值是1.41，主，主轴转速级数轴转速级数Z=9，要求查表列出主轴的各级转速。，要求查表列出主轴的各级转速。