导图社区 金属切削机床设计
机械制造装备设计之金属切削机床设计，导图包含机床运动分析、设计方法、传动系设计、转速图拟定等内容，并标出了考试重点。
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民法分论
金属切削机床
切削加工
基本功能及原理
柔性：适应加工对象变化的能力
时间上柔性
空间上柔性
金属切削机床的基本功能：提供切削加工必须的运动和动力
运动原理图 运动功能式
运动
机床传动原理图
将动力源与执行件、不同执行件之间的运动以及传动关系同时表示出来
表面成形运动
形成表面发生线 机床上刀具和工件所作的相对运动
表面发生线
表面发生线的成型方式
轨迹法
相切法
展成法
成形法
刀具是线切削刃，与工件发生线吻合，因此发生线由刀刃实现，发生线不需要刀具与工件的相对运动
定义
任何一个表面形状都可以看成一条线（母线）绕着另一条线（导线）运动的轨迹，母线和导线统称为成形表面的发生线
分类
按运动功能
成形运动
机床最基本的运动
非成形运动
基本理论
刚度
动态刚度：机床在额定载荷下切削，主轴抵抗变形的能力
精度
包括
几何精度：机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要独立部件的形状，相互位置、旋转和相对运动位移的精确程度
工作精度：加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度
运动精度：机床在空载下运动时主要的零部件的几何位置精度
传动精度：机床传动系统各末端执行件之间运动协调性和均匀性
提高途径
传动系统的设计
传动元件制造
装备精度
定位精度：运动达到规定位置的精度
重复定位精度（重复）
精度保持性
抗振性：交变载荷抵抗受迫振动、抵抗自激振动的能力
机床热变形
噪声
噪声来源
机械噪声：齿轮、轴承等的振动
液压噪声
电磁噪声
空气动力噪声
低速运动平稳性
爬行
运动部件低速运动，主动件匀速运动（动摩擦因数＜静摩擦因数）（要么不动，动起来就很快）从动件出现明显速度不均匀的跳跃式运动（时走时停，时快时慢）
影响
机床定位精度
工件加工精度、粗糙度
消除
①减小静摩擦，动摩擦系数之差
②提高传动机构的刚度
③降低移动件的质量
机床
按工艺范围分类
通用机床
专用机床
专门化机床
机床设计
总体设计
技术设计
零件设计及资料编写
样机试制和试验鉴定
主要技术参数
主参数：代表机床规格大小和反映机床最大工作能力的一种参数
专用机床主参数：加工零件或被加工面的尺寸参数
基本参数
尺寸参数
机床主要结构尺寸参数
运动参数
每分钟往复次数
动力参数
传动机构设计
主传动系
标准公比j
确定原则
转速数列递增，规定标准公比φ＞1，并规定Amax≤50%，则1＜φ≤2
使转速数列为10进位
便于采用转速呈倍数的双速和三速电机
无级变速
变速电动机
机械无级变速装置
液压无级变速装置
无级变速装置与机械分级变速装置串联在一起使用时，为了得到连续的无级变速，设计时应该使分级变速箱公比φ略小于无级变速装置的变速范围
能获得最佳切削速度，机床没有相对转速损失
变速范围计算公式
？
级比和级比指数
级比：主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值
级比指数：级比的指数
等比传动系统中级比指数有何规律？
第一变速组级比指数=1，是基本组
第二变速组级比指数等于基本组的传动副数，是第一扩大组
第三变速组级比指数等于基本组与第一扩大组 传动副数的乘积，是第二扩大组
传动组的变速范围R
定义：变速组的最大传动比与最小传动比之比
各传动组的变速范围之间有什么关系？
主轴的变速范围应等于主变速传动系统中各变速组变速范围的乘积
分级变速主传动系设计步骤
拟定转速图与结构式
转速图
三线一点
水平线
竖线
转速点连线
交点
设计计算
步骤
①变速范围R；级数Z；公比φ
②结构式；转速图
③齿轮齿数；计算转速
④传动系图
例题
注：
1..结构式拟定
传动副前多后少
传动线前密后疏
结构式拟定完成之后需要验证第二扩大组变速范围≤Z？
2.转速图绘制
①确定定比传动比
取传动轴1转速为900
电机轴与轴1的传动比为1:1.44
②确定各变速组最小传动比
从900到40共有6格
三各变速组最小传动线下降均分2
前快后慢原则
第二变速组最小传动线下降2格
第一 2-1=1
第三 2+1=3
3.计算转速
主轴计算公式
通用机床（车铣）
钻床
各传动轴计算转速
3轴有6种转速
当它为最小转速160时，可提供355，能提供全部功率
故，nj3=160
别漏单位r/min
齿轮齿数的确定
各变速组变速范围与极限传动比
设计的一般原则
前多后少（传动副数）
前密后疏（传动线）
前慢后快
几种特殊设计
多速电动机
简化机床机械结构，使用方便，可以在运动中变速、适用于半自动、自动机床及普通机床
交换齿轮
少量齿轮得到多级转速，不需要操纵机构，大大简化变速箱结构
若装在变速箱外，润滑密封较困难，若装在变速箱内，更换麻烦
公用齿轮
减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸
扩大变速范围方法
增加变速组
采用背轮机构
图示机构是否合理？
不合理
当合上离合器时,齿轮副Z1/Z2脱离啮合, 齿轮副Z4/Z3也应脱离啮合。当合上离合器传动轴1、3高速转动时,要防止轴2 因高速空转时,加大噪声、振动、空载功率和发热
求背轮机构极限变速范围
采用双公比传动系
采用分支传动
确定齿轮齿数
三联滑移齿轮最大与次大齿轮间齿差≥4：保证滑移时齿轮外圆不相碰
原理：保证两齿轮外圆不相碰，需要两个齿轮齿顶圆半径之和≤中心距
确定计算转速
功率转矩图
变速箱内传动件布置
双公比变速机构是在常规变速机构基础上如何演变而来？
改变基本组的级比指数演变而来
进给传动系
设计原则
与主传动系设计的区别
主传动 恒功率；进给传动 恒转矩
传动转速图
进给传动：前疏后密
主传动：前密后疏
计算转速
进给传动：最高转速
主传动：最低转速
变速范围Rn不同
组成部分
动力源
变速机构
齿轮传动间隙的消除
刚性调整法：调整后齿侧间隙不能自动补偿
偏心轴套调整法
变齿厚调整法
斜齿轮轴向垫片调整法
柔性调整法：调整后齿侧间隙可以自动进行补偿
双片直齿轮错齿调整法
薄片斜齿轮轴向压簧调整法
双齿轮弹簧调整法
换向机构
滚珠丝杠螺母副间隙消除与预紧
双螺母垫片
双螺母齿差
L：滚珠丝杠导程
k：同时转过的齿数
z：齿数
求轴向位移
运动分配机构
过载保险机构
运动转换机构
执行件
注
主轴转速等比数列
主轴转速数列标准公比的取值范围1＜φ≤2
机床规定最大相对转速损失率Amax
只与公比φ有关，为常数
规定Amax≤50％
不同机床φ的取值
大型：小φ
小型、通用机床：大φ
机床的空转功率P空
是传动件摩擦、搅油、空气阻力等原因引起的
与传动件预紧程度及装配质量有关，大小随传动件转速增加而增加
传动比i的限制
一般 直齿圆柱齿轮最小传动比imin≥1/4
避免从动齿轮过大
直齿轮最大传动比 imax＜2
避免扩大传动误差
变速箱内传动轴按空间三角形分布
主传动各变速组最大变速范围
R主max=8~10
背轮机构的极限变速范围
16
快速运动电动机启动时消耗的功率最大
为减小传动元件对传动精度的影响：应采用降速传动
最后扩大组的变速范围
R=φ^X(P-1)
