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1、现代制造装备及自动化,1,第三章 机床主要参数的确定,机床主要参数包括尺寸参数运动参数动力参数,现代制造装备及自动化,2,3.1 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、第二参数和其他参数。一、主参数 代表机床规格大小。如，卧式车床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400mm；齿轮加工机床工件最大直径，YC3180(滚齿机），80表示能加工的最大工件直径是800 mm;外圆磨床和无心磨床最大磨削直径；立式钻床和摇臂钻床最大钻孔直径；牛头刨床和插床最大刨削和插削长度；拉床额定拉力。,现代制造装备及自动化,3,二、第二参数 当主参数
2、不足以确定机床的规格时，用它加以补充。如，车床最大工件长度；铣床和龙门刨床工作台工作面长度；摇臂钻床主轴的最大跨距，即主轴中心到立柱母线的 距离。,现代制造装备及自动化,4,三、其他尺寸参数 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 的最大棒料直径等；龙门铣床横梁的最高和最低位置等；摇臂钻床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。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，是根据零件的尺寸确定的。,现代制造装备及自动化,5,3.2 运动参数,一、主运动参数 主运动回转运
3、动 主运动参数主轴转速 转速和切削速度的关系是：其中，n转速(r/min);v切削速度(m/min);d工件或刀具直径(mm)。,指机床执行件的运动速度。,现代制造装备及自动化,6,主运动直线运动主运动参数主运动执行件每分钟的往复次数。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。通用机床主轴需要变速，需要确定机床的变速范围。,现代制造装备及自动化,7,1、最低和最高转速的确定 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。d变化范围大，采用vmax(vmin)时常用的dmin(dmax)如，车外圆，Dmax床身上工件的最大回转直径，则，dmax=(0.50
4、.6)Dmax;dmin=(0.20.25)Dmax;摇臂钻床，Dmax最大钻孔直径，则，dmax=Dmax;dmin=(0.20.25)Dmax;,现代制造装备及自动化,8,总结：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 Rn足够大。一旦v,d选定，nmin,nmax即可定出，Rn就确定了.,变速的实现方法：无级变速直流、交流伺服电动机（数控机床、重型机床）；分级变速传动机构（普通机床、数控机床）。,现代制造装备及自动化,9,2、分级变速时的主轴转速数列 从nmin nmax,各级转速广泛使用等比数列的排列规律。设某机床共有Z级转速，其中n1nmin，nznmax，Z级转速分
5、别为：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v，则相应的转速为n，njnnj+1,1)选nj,则出现n-nj的转速损失，生产率降低；2)选nj+1,则刀具磨损较快，不经济。,现代制造装备及自动化,10,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,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nj,则,现代制造装备及自动化,11,各级转速为：,最大相对转速损失率为：,变速范围为：,现代制造装备及自动化,12,例:一台车床，主轴转速(rmin)共l 2级，分别为31.5、45、63、90、125、18
6、0、250、355、500、710、1000、1400，公比：,则最大相对转速损失率：,变速范围为：,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。,现代制造装备及自动化,13,二、进给运动参数,有三种表示方法：1）工件或刀具每转的位移，单位为mmr，如车、钻及滚齿机等；2）每往复一次的位移，单位为mm/往复行程，用于直线往复运动的机床，如刨、插床；3）每分钟的位移量，单位为mmmin，多刃刀具，如铣床和磨床等,现代制造装备及自动化,14,进给量的调整：无级调整数控机床、重型机床 有级调整普通机床,1）进给量的数列通常取等比数列；2）刨床、插床，
7、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；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有利的进给量；4）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：,现代制造装备及自动化,15,三、标准公比和标准数列,1、公比的范围,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50%，则：,现代制造装备及自动化,16,2、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：,（1）限制最大相对速度损失Amax50，因此12；（2）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。另外，便于记忆和写出等比数列。如公比
8、为1.41时，在数列中每隔一级就出现2倍关系。如n1=10r/min，数列为：10,14,20,28,40,.；（3）因为通常计数采用10进位，公比采用10的某次方根后，在数列中每隔几级就出现10倍关系。,标准公比值的制定原则是：,现代制造装备及自动化,17,公比为1.06的标准转速数列如表所示：,如车床，nmin=12.5,nmax=2000r/min,查表，）先找12.5；）每隔个数取一个值，得数列12.5,16,20,2000共23级。,现代制造装备及自动化,18,四、公比的选用,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
9、转速损失，取较小的公比，如1.26或1.41；）非自动化小型机床，辅助时间相对较长，转速损失的影响不很大，为简化机床构造，公比可取大一些，如1.58或2；）自动机床，减少相对转速损失率的要求更高，取公比1.12或1.26。,现代制造装备及自动化,19,3.3 动力参数 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切削载荷和驱动的工件重量决定。,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 机床笨重，浪费材料和电力；若动力参数过小 影响机床性能。,现代制造装备及自动化,20,确定方法：调查、试验为主，计算为辅,专用机床 根据特定工序的切削用量计算确定；通用机床 根
10、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,21,一、主运动功率的确定,，,现代制造装备及自动化,22,空转功率损失的试验公式：,其中,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 时，其他各轴转速之和；,主轴前后轴颈的平均值(mm)；,主轴转速(rpm);,主轴支承修正系数，两支承，三支承,润滑油粘度影响系数，32，46。,现代制造装备及自动化,23,主电动机功率又可写为：,其中,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，主传动结构方案尚未确定，可用下式估算：,现代制造装备及自动化,24,提高机床效率的方法：,1、提高机械传动效率，可采用传
11、动效率高的传动元件。2、使空载功率下降，可采用：，要求传动链短；使中间轴转速下降；提高装配、制造精度；采用低粘度的润滑油。,现代制造装备及自动化,25,二、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估算：,进給电动机功率（Kw）；进給牵引力（N）；进給速度（m/min）；进給传动系统的机械效率。,现代制造装备及自动化,26,牵引力的计算：,三角形或三角形与矩形综合导轨,矩形导轨,燕尾形导轨,钻床主轴
12、,现代制造装备及自动化,27,三、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擦力，即,快移电动机功率（Kw）；克服惯性力所需功率（Kw）；克服摩擦力所需功率（Kw）。,现代制造装备及自动化,28,1、克服惯性所需要的功率,克服惯性的转矩（Nm);电动机转速(r/min);传动系统的机械效率。,现代制造装备及自动化,29,其中,各旋转件的转动惯量(Kgm2)；各旋转件的角速度(rad/s)；各直线运动件的质量(Kg)；各直线运动件的速度(m/s)；电动机的角速度(rad/s)。,现代制造装备及自动化,30,2、克服移动件质量和摩擦力所需的功率,升降运动,水平运动,移动部件
13、的质量(Kg)；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(N)；当量摩擦系数；移动速度(m/min)。,现代制造装备及自动化,31,注意：,1、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1.82.2倍，快速行程的时间又很短。因此，可根据计算出来的P和电动机转矩M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以了。,现代制造装备及自动化,32,本章小结,1、尺寸参数2、运动参数 主运动参数、进給运动参数的确定，公比的选择3、动力参数 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,33,思考题,1、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？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？4、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nmin=32r/min，nmax=980r/min，公比值是1.26，试确定主轴转速级数Z，主轴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nmin=33.5r/min，公比值是1.41，主轴转速级数Z=9，要求查表列出主轴的各级转速。,
