《机械制造装备设计》

机 械 制 造 装 备 设 计 课 程 安 排v学 时 ： 50个 理 论 学 时 ， 10学 时 实 验v周 数 ： 9周v期 末 成 绩 ： 期 末 考 试 （ 70%）v 实 验 （ 20%） 随 堂 测 试 +平 时 出 勤 （ 10%） 第 一 章 机 械 制 造 及 装 备 设 计 方 法第 一 节 绪 论 第一节 绪论1.1 机 械 制 造 装 备 及 其 在 国 民 经 济 中 的 重 要 作 用 1、 制 造 业 是 一 个 国 家 或 地 区 经 济 发 展 的 重 要 支 柱 2、 机 械 制 造 业 是 制 造 业 的 核 心 3、 机 械 制 造 业 的 发 展 状 况 上 一 页下 一 页 退 出 返回主 页返 回 本 章 第一节 绪论1.2 机 械 制 造 装 备 应 具 备 的 主 要 功 能 1、 一 般 的 功 能 要 求（ 1） 加 工 精 度 方 面 的 要 求（ 2） 强 度 、 刚 度 和 抗 振 性 方 面 的 要 求（ 3） 加 工 稳 定 性 方 面 的 要 求（ 4） 耐 用 性 方 面 的 要 求（ 5） 技 术 经 济 方 面 的 要 求 2、 柔 性 化 3、 精 密 化 4、 自 动 化 5、 机 电 一 体 化 6、 节 材 7、 符 合 工 业 工 程 要 求 8、 符 合 绿 色 工 程 要 求 返回主 页 退 出 上 一 页下 一 页返 回 本 章 机械制造装备设计1。 3 机 械 制 造 装 的 分 类第一节 绪论1.3 机 械 制 造 装 备 的 分 类 1、 加 工 装 备机 械 制 造 装 备 包 括 加 工 装 备 、 工 艺 装 备 、 仓 储 运 输 装备 和 辅 助 装 备 四 大 类 。 2、 工 艺 装 备3、 仓 储 运 输 装 备主 要 指 机 床 。 机 床 是 制 造 机 器 的 机 器 ， 也 称 工 作 母 机 。各 种 刀 具 、 模 具 、 夹 具 、 量 具 等 总 称 为 工 艺 装 备 。 它是 保 证 产 品 制 造 质 量 、 贯 彻 工 艺 规 程 、 提 高 生 产 效 率的 重 要 手 段 。仓 储 运 输 装 备 包 括 各 级 仓 储 、物 料 运 输 、 机 床 上 下 料 、 机 器人 等 。 退 出上 一 页进 入 下 一 章 返回主 页返 回 本 章 第 一 章 机 械 制 造 及 装 备 设 计 方 法第 二 节 机 械 制 造 装 备 设 计 方 法 第二节 机械制造装备设计方法2.1 机 械 制 造 装 备 设 计 的 类 型 1、 创 新 设 计2、 变 形 设 计3、 组 合 设 计 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页返 回 本 章 第二节 机械制造装备设计方法2.2 机 械 制 造 装 备 设 计 的 方 法 一 、 机 械 制 造 装 备 设 计 的 典 型 步 骤二 、 系 列 化 设 计三 、 模 块 化 设 计 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页四 、 合 理 化 工 程 返 回 本 章 第二节 机械制造装备设计方法产 品 规 划 阶 段 需 求 分 析调 查 研 究预 测可 行 性 分 析编 制 设 计 任 务 书方 案 设 计 阶 段 对 设 计 任 务 的 抽 象建 立 功 能 结 构寻 求 原 理 解 与 解 决 方 法初 步 设 计 方 案 的 形 成初 步 设 计 方 案 的 评 价 与 筛 选 退 出下 一 页返 回 本 节 2.2.1 机 械 制 造 装 备 设 计 的 典 型 步 骤 返 回 主 页1、2、 第二节 机械制造装备设计方法技 术 设 计 阶 段 确 定 结 构 原 理 方 案总 体 设 计结 构 设 计施 工 设 计 阶 段 零 件 图 设 计完 善 装 备 图商 品 化 设 计编 制 技 术 文 档 退 出返 回 本 节 2.2.1 机 械 制 造 装 备 设 计 的 典 型 步 骤 返 回 主 页3、4、 下 一 页 第二节 机械制造装备设计方法系 列 化 设 计 的 基 本 概 念 退 出返 回 本 节 2.2.2 系 列 化 设 计 返 回 主 页 1、2、 系 列 化 设 计 的 优 缺 点3、 系 列 化 设 计 的 步 骤（ 1）（ 2）（ 3） 主 参 数 和 主 要 性 能 指 标 的 确 定参 数 分 级制 定 系 列 型 谱 纵 系 列 产 品横 系 列 产 品跨 系 列 产 品 下 一 页 第二节 机械制造装备设计方法模 块 化 设 计 的 基 本 概 念 退 出返 回 本 节 2.2.3 模 块 化 设 计 返 回 主 页 1、2、 模 块 化 设 计 的 特 点3、 模 块 化 设 计 的 步 骤（ 1）（ 2）（ 3） 明 确 任 务建 立 功 能 结 构 合 理 确 定 产 品 的 系 列 型 谱 和 参 数 。 （ 4） 模 块 的 组 合（ 5） 模 块 的 计 算 机 管 理 系 统 下 一 页 模 块 是 具 有 一 定 功 能 的 零 件 、 组 件 或 部 件 。 模 块 上具 有 特 定 的 联 接 表 面 和 联 接 方 法 ， 以 保 证 相 互 组 合的 互 换 性 和 精 确 度 。模 块 化 设 计 是 提 高 产 品 质 量 、 降 低 成 本 、 加 快 设 计进 度 、 进 行 组 合 设 计 的 重 要 途 径 。（ 1）（ 2） 第二节 机械制造装备设计方法 退 出返 回 本 节 2.2.4 合 理 化 工 程 返 回 主 页进 入 下 一 节 合 理 化 工 程 是 一 种 管 理 哲 理 ， 适 用 于 合 同 式 企 业 。合 理 化 工 程 的 主 要 目 的 是 采 用 先 进 的 信 息 处 理 技 术， 进 行 产 品 结 构 的 重 组 、 产 品 设 计 开 发 过 程 的 重 组和 设 计 /管 理 系 统 信 息 集 成 ， 尽 可 能 减 少 产 品 零 部 件的 类 别 数 ， 从 而 缩 短 产 品 的 开 发 周 期 ， 提 高 产 品 设计 质 量 。（ 1） 产 品 结 构 的 重 组 ： 是 进 行 系 列 产 品 和 组 合 产 品 的 开 发 、产 品 编 码 和 技 术 文 件 的 系 列 化 ， 从 而 减 少 零 部 件 的 类 别 数 。（ 2） 产 品 设 计 开 发 过 程 的 重 组 ： 是 将 产 品 的 设 计 开 发 过 程 分成 全 新 产 品 设 计 和 合 同 产 品 设 计 两 部 分 。 第二节 机械制造装备设计方法2.3 机 械 制 造 装 备 设 计 的 评 价 一 、 技 术 经 济 评 价二 、 可 靠 性 评 价三 、 人 机 工 程 学 评 价 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页四 、 结 构 工 艺 性 评 价五 、 产 品 造 型 评 价六 、 标 准 化 评 价 返 回 本 章 第二节 机械制造装备设计方法建 立 目 标 系 统 和 确 定 评 价 标 准 退 出返 回 本 节 2.3.1 技 术 经 济 评 价 返 回 主 页 1、2、 确 定 重 要 性 系 数4、 确 定 各 设 计 方 案 的 评 价 分 数总 权 重 值 ZQ j技 术 评 价 Tj经 济 评 价 Ej:经 济 评 价 是 理 想 生 产 成 本 CL与 实 际 生 产 成 本 Cs之 比 ,即 : Ej = CL/Cs技 术 经 济 评 价 的 步 骤3、 5、7、6、 通 常 理 想 成 本 CL应 低 于 市 场 同 类 产 品 最 低 价 格 的 70%。 经 济 评 价 Ej越 大 ， 代 表 经 济 效 果 越 好 ， Ej=1的 方 案 经 济 上 最 理 想 。 如 经 济 评价 值 小 于 0.7， 说 明 方 案 的 实 际 生 产 成 本 大 于 市 场 同 类 产 品 的 最 低价 ， 一 般 不 予 考 虑 。技 术 经 济 评 价 TEj:当 Tj和 Ej的 值 相 差 不 太 悬 殊 时 ， 可 用 均 值 法 计 算 Ej值 ：TEj = （ Tj+Ej） /2当 Tj和 Ej的 值 相 差 很 悬 殊 时 ， 建 议 用 双 曲 线 法 计 算 Ej值 ： TEj = Tj+Ej下 一 页 第二节 机械制造装备设计方法可 靠 性 特 征 量 退 出返 回 本 节 2.3.2 可 靠 性 评 价 返 回 主 页 1、2、 可 靠 性 预 测 下 一 页 产 品 可 靠 性 指 标可 靠 性 维 修 性 有 效 性 耐 久 性 安 全 性可靠度 可靠寿命累积失效概率 失效率 平均寿命 平均修复时间修复率维修度 极限有效度平均有效度瞬时有效度可 靠 性 指 标 的 分 配3、 第二节 机械制造装备设计方法1、 人 因 素 方 面2、 机 器 因 素 方 面3、 环 境 因 素 方 面4、 人 机 系 统 方 面 退 出返 回 本 节 2.3.3 人 机 工 程 学 评 价 返 回 主 页下 一 页 第二节 机械制造装备设计方法加 工 工 艺 性装 配 工 艺 性 退 出返 回 本 节 2.3.4 结 构 工 艺 性 评 价 返 回 主 页1、2、 下 一 页3、 维 修 工 艺 性 结 构 工 艺 性 评 价 的 目 的 是 降 低 生 产 成 本 、 缩 短 生 产 时 间 、提 高 产 品 质 量 。 结 构 工 艺 性 应 从 加 工 、 装 配 、 维 修 和 运 输等 方 面 来 评 价 。 第二节 机械制造装备设计方法产 品 造 型 设 计产 品 色 彩 退 出返 回 本 节 2.3.5 产 品 造 型 评 价 返 回 主 页1、2、 下 一 页 机 械 产 品 的 造 型 的 总 原 则 是 经 济 实 用 、 美 观 大 方 。 “ 经 济 ”指 的 是 造 型 成 本 低 ， 并 有 助 于 提 高 产 品 的 可 靠 性 、 寿 命 和 人机 界 面 。 “ 实 用 ” 指 的 是 实 用 操 作 方 便 、 舒 适 、 符 合 人 体 的生 理 和 心 理 特 征 。 尺 度 与 比 例对 称 与 均 衡安 定 与 轻 巧对 比 与 调 和过 度 与 呼 应节 奏 与 韵 律重 点 与 一 般色 调 选 择配 色 方 法 第二节 机械制造装备设计方法标 准 化 及 其 目 的标 准 分 类 退 出返 回 本 节 2.3.6 标 准 化 评 价 返 回 主 页 1、2、 进 入 下 一 章3、 企 业 标 准 体 系 结 构产 品 设 计 的 标 准 化4、 技 术 标 准工 作 标 准 管 理 标 准企 业 标 准 的 审 查设 计 文 件 的 标 准 化 审 查工 艺 文 件 的 标 准 化 审 查工 装 设 计 文 件 的 标 准 化 审 查 第 二 章 金 属 切 削 机 床 设 计第 一 节 概 述 第二章 金属切削机床设计2.1 概 述一 、 机 床 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求二 、 机 床 设 计 方 法三 、 机 床 设 计 步 骤 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页返 回 本 章 第二节 金属切削机床设计（ 1） 工 艺 范 围 （ 2） 柔 性（ 3） 与 物 流 系 统 的 可 亲 性 （ 4） 刚 度（ 5） 精 度 （ 6） 噪 声（ 7） 生 产 率 和 自 动 化 （ 8） 成 本（ 9） 生 产 周 期 （ 10） 可 靠 性（ 11） 造 型 与 色 彩 退 出返 回 本 节 2.1.1 机 床 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求 返 回 主 页下 一 页 第三节 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 2.1.2 机 床 设 计 方 法 返 回 主 页下 一 页 机 床 设 计 正 在 向 着 “ 以 系 统 为 主 的 机 床 设 计 ” 方 向发 展 ， 即 在 机 床 设 计 时 要 考 虑 它 如 何 更 好 地 适 应 FMS等 先 进 制 造 系 统 的 要 求 ， 例 如 要 求 具 有 时 、 空 柔 性 ，与 物 流 的 可 亲 性 等 等 。机 床 设 计 方 法 是 根 据 其 设 计 类 型 而 定 。 通 用 机 床 采 用系 列 化 设 计 方 法 。 系 列 中 基 型 产 品 属 创 新 设 计 类 型 ，其 他 属 变 形 设 计 类 型 。 有 些 类 型 ， 如 组 合 机 床 属 组 合设 计 类 型 。在 创 新 设 计 类 型 中 ， 机 床 总 体 方 案 的 产 生 方 法 可 采 用分 析 式 设 计 或 创 成 式 设 计 。 第二章 金属切削机床设计 2、 总 体 设 计 退 出返 回 本 节 2.1.4 机 床 设 计 步 骤 返 回 主 页进 入 下 一 节 3、 结 构 设 计 1、 确 定 结 构 原 理 方 案6、 定 型 设 计5、 机 床 整 机 综 合 评 价 4、 工 艺 设 计 第二章 金属切削机床设计2.2 金 属 切 削 机 床 设 计 的 基 本 理 论一 、 上 一 页下 一 页 退 出 返回主页机 床 的 运 动 学 原 理机 床 运 动 学 是 研 究 、 分析 和 实 现 机 床 期 望 的 加工 功 能 所 需 要 的 运 动 功能 配 置 返 回 本 章 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 （ 一 ） 机 床 工 作 原 理 ： 金 属 切 削 机 床 的 基 本 功 能 是 提供 切 削 加 工 所 必 须 的 运 动 和 动 力 。 其 基 本 工 作 原 理 是： 通 过 刀 具 与 工 件 之 间 的 相 对 运 动 ， 由 刀 具 切 除 工 件加 工 表 面 多 余 的 金 属 材 料 ， 形 成 工 件 加 工 表 面 的 几 何形 状 、 尺 寸 ， 并 达 到 其 精 度 要 求 。（ 二 ） 工 件 表 面 的 形 成 方 法 1.几 何 表 面 的 形 成 原 理 2.发 生 线 的 形 成 （ 三 ） 机 床 运 动 分 类 1.按 运 动 性 质 分 类 2.按 运 动 功 能 分 类 3.按 运 动 之 间 的 关 系 分 类 2.2 金 属 切 削 机 床 设 计 的 基 本 理 论 几 何 表 面 的 形 成 原 理 图 示12a) 平 面 1 2b) 圆 柱 面1 2c) 平 面 1 2d) 圆 锥 面1 母 线 2 导 线 发 生 线 的 形 成 图 示1 f n n 1 .fn1n2 1a) c)b)f n1n2 fd) e) a)点 刃 车 刀 车 外 圆 柱 面 b)宽 刃 车 刀 车 外 圆 柱 面 c)砂 轮 磨 外 圆 柱 面 d)盘 铣 刀 铣 外 圆 柱 面 e)滚 齿 加 工 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 工 件 表 面 的 形 成 方 法 返 回 主 页下 一 页 几 何 表 面 的 形 成 原 理 图 示发 生 线 的 形 成 图 示发 生 线 的 形 成 ：1） 轨 迹 法 （ 描 述 法 ）2） 成 型 法 （ 仿 形 法 ）3） 相 切 法 （ 旋 切 法 ）4） 展 成 法 （ 滚 切 法 ） 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 （ 四 ） 机 床 的 成 形 运 动 1.主 运 动 2.形 状 创 成 运 动 （ 五 ） 机 床 运 动 功 能 的 描 述 方 法 1.坐 标 系 2.机 床 运 动 功 能 式 3.机 床 运 动 原 理 图 4.运 动 功 能 分 配 设 计 5.机 床 传 动 原 理 图2.2 金 属 切 削 机 床 设 计 的 基 本 理 论 机 床 运 动 功 能 方 案 设 计（ 1） 工 艺 分 析（ 2） 选 取 坐 标 系（ 3） 写 出 机 床 运 动 功 能 式（ 4） 画 出 机 床 运 动 功 能 图 (例 ： 滚 齿 机 ）（ 5） 绘 制 机 床 传 动 原 理 图第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页运 动 功 能 图 形 符 号a)回 转 运 动 b)直 线 运 动 ZfBa YaCp CfW/CfYaZfBaCp/T 第二章 金属切削机床设计2.2 金 属 切 削 机 床 设 计 的 基 本 理 论二 、三 、四 、 上 一 页下 一 页 退 出 返回主页五 、六 、 精 度 运 动 精 度传 动 精 度定 位 精 度工 作 精 度几 何 精 度精 度 保 持 性刚 度抗 振 性热 变 形噪 声七 、 低 速 运 动 平 稳 性 返 回 本 章 第二章 金属切削机床设计2.3 金 属 切 削 机 床 总 体 设 计 一 、 机 床 系 列 型 谱 的 制 定二 、 机 床 的 运 动 功 能 设 计三 、 机 床 总 体 结 构 方 案 设 计 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页四 、 机 床 主 要 参 数 的 设 计 返 回 本 章 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 2.3.1 机 床 系 列 型 谱 的 制 定 返 回 主 页下 一 页 中 型 卧 式 机 床 的 简 略 系 列 型 谱 表 型 式最 大工 件 直 径 /mm 万 能式 马鞍式 提高精度 无丝杠式 卡盘式 球面加工 端面车床2503204005006308001000 注 ： 基 型 ， 变 型 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 1.工 艺 分 析 2.机 床 运 动 功 能 设 置 分 析 式 设 计 方 法 解 析 式 设 计 方 法 3.写 出 机 床 运 动 功 能 式 ， 画 出 机 床 运 动 原 理 图 2.3.2 机 床 的 运 动 功 能 设 置 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 1、 结 构 布 局 设 计 ：布 局 形 式 ： 立 式 、 卧 式 、 斜 置 式 。 基 础 支 承 件 形 式 ： 底 座 式 、 立 柱 式 、 龙 门 式 。 基 础 支 承 件 结 构 ： 一 体 式 、 分 离 式 。2.3.3 机 床 总 体 结 构 方 案 设 计 2、 机 床 总 体 结 构 的 概 略 形 状 与 尺 寸 设 计设 计 的 主 要 依 据 是 ： 机 床 总 体 结 构 布 局 设 计 阶 段 评价 后 所 保 留 的 机 床 总 体 结 构 布 局 形 态 图 ， 驱 动 与 传动 设 计 结 果 ， 机 床 动 力 参 数 及 加 工 空 间 尺 寸 参 数 ，以 及 机 床 整 机 的 刚 度 及 精 度 分 配 。 过 程 1） -7） 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 （ 一 ） 主 参 数 和 尺 寸 参 数（ 二 ） 运 动 参 数2.3.4 机 床 主 要 参 数 的 设 计 机 床 的 主 要 技 术 参 数 包 括 机 床 的 主 参 数 和 基 本 参 数 ， 基 本 参 数 可包 括 尺 寸 参 数 、 运 动 参 数 和 动 力 参 数 。 机 床 主 参 数 是 代 表 机 床 规 格 大 小 即 反 映 机 床 最 大 工 作 能 力 的一 种 参 数 ， 有 些 机 床 还 规 定 有 第 二 主 参 数 。 运 动 参 数 是 指 机 床 执 行 件 如 主 轴 、 工 作 安 装 部 件 （ 工 作台 、 刀 架 ） 的 运 动 速 度 。主 运 动 参 数 ： (1) 最 低 （ nmin） 和 最 高 （ nmax)转 速 的 确 定（ 2） 主 轴 转 速 数 列 呈 等 比 级 数 规 律 分 布 ， 转 数 范 围 内 的 转 数 相 对 均 匀 损 失 率 为 ： A= (n-nj)/n产 生 的 最 大 转 速 相 对 损 失 为 ：A=(nj+1-nj)/ nj+1=1 - nj/nj+1 第二章 金属切削机床设计 2.4 主 传 动 系 设 计 一 、 主 传 动 系 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求二 、 主 传 动 系 分 类 和 传 动 方 式三 、 分 极 变 速 主 传 动 系 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页四 、 无 极 变 速 主 传 动 系 返 回 本 章五 、 数 控 机 床 主 传 动 系 设 计 特 点 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.1 主 传 动 系 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求 1、 满 足 机 床 使 用 性 能 要 求2、 满 足 机 床 传 递 动 力 要 求3、 满 足 机 床 工 作 性 能 的 要 求4、 满 足 产 品 设 计 经 济 性 的 要 求5、 维 修 调 整 方 便 ， 结 构 简 单 、 合 理 ， 便 于 加 工 和 装 配 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.2 主 传 动 系 分 类 和 传 动 方 式 主 传 动 系 一 般 由 动 力 源 （ 如 电 动 机 ） 、 变 速 装 置 及 执 行 件 （ 如 主 轴 、 刀 架 、 工 作 台 ） ， 以 及 开 停 、 换 向 和 制 动 机 构 等 部 分 组 成 。1、 主 传 动 系 分 类 按 驱 动 主 传 动 的 电 动 机 类 型 ： 交 流 电 动 机 驱 动 、 直 流 电 动 机 驱 动 按 传 动 装 置 类 型 ： 机 械 传 动 装 置 、 液 压 传 动 装 置 、 电 气 传 动 装 置 以 及 它 们 的 组 合 按 变 速 的 连 续 性 ： 分 极 变 速 传 动 、 无 极 变 速 传 动2、 主 传 动 系 的 传 动 方 式 集 中 传 动 方 式 ： 主 传 动 系 的 全 部 传 动 和 变 速 机 构 集 中 装 在 同 一 个 主 轴 箱 内 。 图 2-11 分 离 传 动 方 式 ： 主 传 动 系 中 的 大 部 分 传 动 和 变 速 机 构 装 在 远 离 主 轴 的 单 独 变 速 箱 中 。 图 2-12 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 1、 拟 定 转 速 图 和 结 构 式 转 速 图 在 转 速 图 中 可 以 表 示 出 传 动 轴 的 数 目， 传 动 轴 之 间 的 传 动 关 系 ， 主 轴 的 各 级 转 速 值 及 其 传动 路 线 ， 各 传 动 轴 的 转 速 分 级 和 转 速 值 ， 各 传 动 副 的传 动 比 ， 2轴 之 间 为 变 速 组 a、 b、 c 等 。 设 一 中 型 卧 式 车 床 ， 其 变 速 传 动 系 图 2-13 结 构 式 变 速 组 的 级 比 是 指 主 动 轴 上 同 一 点 传往 被 动 轴 相 邻 两 传 动 线 的 比 值 ， 用 表 示 。 级 比 中 的 指 数 值 称 为 指 数 ， 相 当 于 上 述 相 邻 两 传 动 线 与被 动 轴 交 点 之 间 相 距 的 格 数 ， x i=1为 基 本 组 ， 依 次 为第 一 、 第 二 变 速 组 。 Z=(Pa)xa (Pb)xb (Pc)xc (Pi)xi 如 12=31 23 26 iXiXiX 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 2、 各 变 速 组 的 变 速 范 围 及 极 限 传 动 比 变 速 组 中 最 大 与 最 小 传 动 比 的 比 值 ， 称 为 该 变 速 组 的 变 速 范 围 。 即 ： （ i=0， 1， 2， ， j) 在 设 计 机 床 主 传 动 系 时 ， 一 般 限 制 降 速 最 小 传 动 比 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 最 大 升 速 比 斜 齿 圆 柱 齿 轮 可 取 iii uuR )/()( minmax 4/1 min 主u 2max 主u5.2max 主u 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 3、 主 变 速 传 动 系 设 计 的 一 般 原 则 1、 传 动 副 前 多 后 少 的 原 则 2、 传 动 顺 序 与 扩 大 顺 序 相 一 致 的 原 则 3、 变 速 组 的 变 速 要 前 慢 后 快 ， 中 间 轴 的 转 速 不 宜 超 过 电 动 机 的 转 速 ， 降 速 比 的 分 配 要 逐 级 增 大 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 4、 主 变 速 传 动 系 的 几 种 特 殊 设 计 具 有 多 速 电 动 机 的 主 变 速 传 动 系 设 计 采 用 多 速 异 步 电 动 机 和 其 他 方 式 联 合 使 用 ， 可 以 简 化 机 床 的 机 械 结 构 ， 使 用 方 便 。 多 刀 半 自 动 车 床 的 主 变 速 传 动 系 图 和 转 速 图 2-16 具 有 交 换 齿 轮 的 变 速 传 动 系 交 换 齿 轮 的 变 速 组 应 设 计 成 对 称 分 布 的 。 交 换 齿 轮 可 用 较 少 的 齿 轮 ， 以 得 到 多 级 转 速 ， 并 使 变 速 箱 结 构 大 大 简 化 。 液 压 多 刀 半 自 动 车 床 主 变 速 传 动 系 图 17 采 用 公 用 齿 轮 的 变 速 传 动 系 采 用 公 用 齿 轮 可 以 减 少 齿 轮 的 数 目 ， 简 化 结 构 ， 缩 短 轴 向 尺 寸 。 铣 床 主 变 速 传 动 系 图 2-11 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 (五 ) 扩 大 传 动 系 变 速 范 围 的 方 法 当 =1.41时 ， Zmax=12, Rn= 当 =1.26时 ， Zmax=18, Rn= Rn。1、 增 加 变 速 组 当 =1.41时 ， 结 构 式 Z=31 23 26 =12， 增 加 1变 速 组 后 为 Z=31 23 26 212 =24， 但 R4=结 构 式 设 计 为 Z=3 1 23 26 26=3 2 （ 2 2-1） =18级 如 图 3-18， 轴 上 的 6个 降 速 和 6个 升 速 重 合 ， 少 了 6级 转 速 。2、 采 用 背 轮 机 构 又 称 回 曲 机 构 如 图 3-19， 可 将 转 速 级 数 增 加 1倍 。 过 程 如 下 ： M啮 合 n =n , M脱 开 n =n (z1/z2)*(z3/z4) 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 （ 六 ） 齿 轮 齿 数 的 确 定 1、 对 于 定 比 传 动 的 齿 轮 齿 数 和 带 轮 直 径 ， 可 依 据 机械 设 计 手 册 推 荐 的 方 法 ， 按 所 分 配 的 传 动 比 计 算 确 定 。 2、 确 定 变 速 齿 轮 齿 数 时 ： 首 先 选 取 合 理 的 齿 数 和 。各 对 传 动 副 的 齿 数 和 应 该 是 相 同 的 （ 按 表 3-9） 确 定 。 齿轮 的 中 心 距 取 决 于 传 递 的 转 矩 。 扭 矩 越 大 ， 中 心 矩 越 大 。在 主 传 动 中 ， 一 般 取 最 小 齿 轮 齿 数 三 联 滑 移 齿 轮 的 最 大 与 次 大 齿 轮 齿 数 之 间 的 齿 数 差 应大 于 或 等 于 4。 例 ： 图 3-13齿 轮 齿 数 的 确 定 。 3、 转 速 误 差 ： 即 实 际 传 动 比 （ 齿 轮 齿 数 之 比 ） 与 理论 传 动 比 （ 转 速 图 上 给 定 的 传 动 比 ） 之 间 的 转 速 误 差 。 验 算 转 速 误 差 式 中 ： n-主 轴 实 际 转 速 ， n-主 轴 的 标 准 转 速 ， -公 比 。2018 min Z)%1(10/)( nnn 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 （ 七 ） 计 算 转 速 1、 机 床 的 功 率 转 矩 特 性 驱 动 直 线 运 动 工 作 台 的 这 类 机 床 的 主 运 动 属 恒 转 矩 传 动 。如 刨 床 的 工 作 台 。 主 运 动 是 旋 转 运 动 的 机 床 基 本 上 是 恒 功 率传 动 。 如 车 床 、 铣 床 的 主 轴 。 计 算 转 速 nj： 主 轴 或 各 传 动 件 传 递 全 部 功 率 的 最 低 转 速 为它 们 的 计 算 转 速 。 图 3-22为 “ 主 轴 的 功 率 转 矩 特 性 图 ” 。 不同 机 床 主 轴 的 计 算 转 速 是 不 同 的 ， 见 表 3-10。 2、 变 速 传 动 系 中 传 动 件 计 算 转 速 的 确 定 变 速 传 动 系 中 的 传 动 件 包 括 轴 和 齿 轮 ， 它 们 的 计 算 转 速可 根 据 主 轴 的 计 算 转 速 和 转 速 图 确 定 。 确 定 的 顺 序 是 先 定 出主 轴 的 计 算 转 速 ， 再 顺 次 由 后 往 前 ， 定 出 各 传 动 主 轴 的 计 算转 速 ， 然 后 再 确 定 齿 轮 的 计 算 转 速 。 例 3-1 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.3 分 级 变 速 主 传 动 系 （ 八 ） 变 速 箱 内 传 动 件 的 空 间 布 置 与 计 算 1、 变 速 箱 内 各 传 动 轴 的 空 间 布 置 各 传 动 轴 是 空 间 布 置 各 传 动 轴 在 一 个 铅 直 平 面 内 2、 变 速 箱 内 各 传 动 轴 的 轴 向 固 定 轴 向 固 定 的 方 法 有 ： 3、 各 传 动 轴 的 估 算 和 验 算 轴 在 弯 矩 的 作 用 下 产 生 的 弯 曲 变 形 ， 会 使 装 在 轴 上 的 齿 轮 产生 倾 角 而 使 齿 面 的 压 强 分 布 不 均 ， 产 生 不 均 匀 磨 损 ； 也 会 使 滚动 轴 承 内 、 外 圈 产 生 倾 斜 ， 影 响 轴 承 使 用 寿 命 。 轴 在 扭 矩 作 用 下 会 产 生 扭 曲 变 形 ， 从 而 引 起 传 动 轴 的 扭 振 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.4.4 无 级 变 速 主 传 动 系 1、 无 级 变 速 装 置 的 分 类 机 床 主 传 动 中 常 采 用 的 无 级 变 速 装 置 有 三 大 类 ： 变速 电 动 机 、 机 械 无 级 变 速 装 置 、 液 压 无 级 变 速 装 置 2、 无 级 变 速 主 传 动 系 设 计 原 则 尽 量 选 择 功 率 和 转 矩 特 性 符 合 传 动 系 要 求 的 无级 变 速 装 置 。 无 极 变 速 系 统 装 置 单 独 使 用 时 ， 其 调 速 范 围 Rd较 小 ， 满 足 不 了 要 求 ， 尤 其 是 恒 功 率 调 速 范 围 往 往 远小 于 机 床 实 际 需 要 的 恒 功 率 变 速 范 围 。 因 此 要 串 联 一分 级 变 速 R f以 扩 大 总 的 变 速 范 围 Rn。 三 者 之 间 的 关 系应 为 ： Rf= Rn/ Rd= fZ-1 即 Z=1+ Rf/ f 第二章 金属切削机床设计 2.5 进 给 传 动 系 设 计 一 、 进 给 传 动 系 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求二 、 电 气 伺 服 进 给 系 统 上 一 页 下 一 页 退 出 返回主页返 回 本 章 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.5.1 进 给 传 动 系 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求 （ 一 ） 进 给 传 动 系 的 组 成 动 力 源 ； 变 速 机 构 ； 换 向 机 构 ； 运 动 分配 机 构 ； 过 载 保 险 机 构 ； 运 动 转 换 机 构 ； 执 行件 等 。 （ 二 ） 进 给 传 动 系 设 计 应 满 足 的 基 本 要 求 1、 具 有 足 够 的 静 刚 度 和 动 刚 度 ； 2、 具 有 良 好 的 快 速 响 应 性 ， 不 爬 性 ； 3、 抗 振 性 好 ； 4、 具 有 足 够 宽 的 调 速 范 围 ； 5、 进 给 系 统 的 传 动 精 度 和 定 位 精 度 高 ； 6、 结 构 简 单 ， 加 工 和 装 配 工 艺 性 好 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.2 机 械 进 给 传 动 系 的 设 计 特 点 1、 进 给 传 动 是 恒 转 矩 传 动 ： 因 进 给 力 基 本 恒 定 。 2、 进 给 传 动 系 中 各 传 动 件 的 计 算 转 速 是 其 最 高 转 速 ： 因 传 动 链 末 端 承 受 转 矩 最 大 3、 进 给 传 动 的 转 速 图 为 前 疏 后 密 结 构 ： 与 主 传 动 相 反 ， 扩 大 顺 序 与 传 动 顺 序 不 一 致 ， 如 图 2-39， 其 结 构 式 为 Z=18=33 31 29 11 4、 进 给 传 动 的 变 速 范 围 比 主 传 动 大 ： 因 速 度 低 、 受 力 小 、 消 耗 功 率 小 、 齿 轮 模 数 小 。 其 1/5u 进 2.8， Rn14。 5、 采 用 传 动 间 隙 消 除 机 构 6、 采 用 快 速 空 程 传 动 机 构 7、 进 给 传 动 采 用 微 量 进 给 机 构 ： 要 求 其 灵 敏 度 高 、 刚度 好 、 平 稳 性 好 、 低 速 无 爬 行 、 精 度 高 等 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统 （ 一 ） 电 气 伺 服 系 统 的 分 类 电 气 伺 服 进 给 系 统 按 有 无 监 测 和 反 馈 装 置 分 为 ： 开 环 、 闭 环 和 半 闭 环 系 统 。 1、 开 环 系 统 典 型 的 开 环 系 统 采 用 步 进 电 动 机 ， 其 精 度 取 决 于 步 进 电 动 机 的 步 距 角 精 度 ， 步 进 电 动 机 只 执 行 部 件 间 传 动 系 的 传 动 精 度 。 这 类 系 统 的 定 位 精 度 较 低 ， 但 结 构 简 单 ， 调 试 方 便 ， 成 本 低 。 适 用 于 精 度 要 求 不 高 的 数 控 机 床 中 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统2、 闭 环 系 统检 测 反 馈 装 置 有 两 类 ： 用 旋 转 变 压 器 作 为 位 置 反馈 ， 测 速 发 电 机 作 为 速 度 反 馈 ； 用 脉 冲 编 码 器 兼作 位 置 和 速 度 反 馈 。 后 者 用 的 多 。 闭 环 控 制 的 定 位 精 度 取 决 于 检 测 装 置 的 精 度 。 其控 制 精 度 、 动 态 性 能 都 较 好 ， 但 是 较 复 杂 ， 安 装 调 试 较 麻 烦 ， 成 本 高 ， 用 于 精 密 型 的 机 床 上 。（ 一 ） 电 气 伺 服 系 统 的 分 类 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统3、 半 闭 环 系 统半 闭 环 的 精 度 比 闭 环 差 ， 但 系 统 稳 定 性 好 ， 且 结构 比 较 简 单 ， 调 整 容 易 ， 价 格 低 。 综 上 所 述 ， 对 伺 服 系 统 的 基 本 要 求 是 ： 稳 定 性 好 ， 精 度 要 高 ， 快 速 响 应 性 好 ， 定 位 精 度高 。 （ 一 ） 电 气 伺 服 系 统 的 分 类 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统（ 二 ） 电 气 伺 服 进 给 系 统 驱 动 部 件 伺 服 驱 动 部 件 如 步 进 电 动 机 、 直 流 伺 服 电 动 机 、 交 流 伺 服 电 动 机 等 。 1、 对 进 给 驱 动 部 件 的 基 本 要 求 调 速 范 围 宽 ， 低 速 运 行 平 稳 ， 无 爬 行 ； 快 速 响 应 性 好 ； 抗 负 载 振 动 能 力 强 ； 可 承 受 频 繁 启 动 、 制 动 和 反 转 ； 振 动 和 噪 声 小 ， 可 靠 性 高 ， 寿 命 长 ； 调 整 维 修 方 便 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页下 一 页 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统 (二 ) 电 气 伺 服 进 给 系 统 驱 动 部 件 2、 进 给 驱 动 部 件 的 类 型 步 进 电 动 机 直 流 伺 服 电 动 机 交 流 伺 服 电 动 机 直 线 伺 服 电 动 机 （ 图 2-42、 43、 44） 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统（ 三 ） 电 气 伺 服 进 给 传 动 系 中 的 机 械 传 动 部 件 1、 机 械 传 动 部 件 应 满 足 的 基 本 要 求 ： 采 用 低 摩 擦 传 动 ； 伺 服 系 统 和 机 械 传 动 系 匹 配 要 合 适 ； 选 择 最 佳 降 速 比 来 降 低 惯 量 ， 最 好 采 用 直 接 传 动 方 式 ； 采 用 预 紧 办 法 提 高 整 个 系 统 的 刚 度 ； 采 用 消 除 传 动 间 隙 的 方 法 ， 减 小 反 向 死 区 误 差 , 提 高 运 动 平 稳 性 和 定 位 精 度 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统 （ 三 ） 电 伺 服 进 给 传 动 系 中 的 机 械 传 动 部 件 2、 机 械 传 动 部 件 设 计 机 械 传 动 部 件 主 要 是 指 齿 轮 或 同 步 齿 形 带 和 丝 杠螺 母 传 动 副 。 最 佳 降 速 比 的 确 定 ： 传 动 副 的 最 佳 降 速 比 应按 最 大 加 速 度 能 力 和 最 小 惯 量 的 要 求 确 定 ， 以 降 低机 械 传 动 部 件 的 惯 量 。 开 环 系 统 u=L/360Q 闭 环 系 统 u=n dmaxL/vmax 齿 轮 传 动 间 隙 的 消 除 ： 齿 轮 传 动 间 隙 的 消 除有 刚 性 调 整 法 和 柔 性 调 整 法 两 类 。 刚 性 调 整 法 是 调整 后 齿 侧 间 隙 不 能 自 动 进 行 补 偿 ； 柔 性 调 整 法 是 指调 整 后 的 齿 侧 间 隙 可 以 自 动 进 行 补 偿 (图 2-45)。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页未 完 待 续 2.5.3 电 气 伺 服 进 给 系 统 （ 三 ） 电 伺 服 进 给 传 动 系 中 的 机 械 传 动 部 件 2、 机 械 传 动 部 件 设 计 滚 珠 丝 杠 及 其 支 承 ： 滚 珠 丝 杠 是 将 旋 转 运 动 转 换 成执 行 件 的 直 线 运 动 的 运 动 转 换 机 构 ， 如 图 2-46， 它 由 螺母 、 丝 杠 、 滚 珠 、 回 珠 器 、 密 封 环 等 组 成 。 滚 珠 丝 杠 的摩 擦 系 数 小 ， 传 动 效 率 高 。 滚 珠 丝 杠 主 要 承 受 轴 向 载 荷 。 角 接 触 轴 承 的 组 合 （ 图2-47） 主 要 用 于 中 、 小 型 数 控 机 床 ； 双 向 推 力 圆 柱 滚 子轴 承 与 滚 针 轴 承 的 组 合 （ 图 2-48） 主 要 用 于 轴 向 刚 度 高的 场 合 。 滚 珠 丝 杠 的 有 三 种 支 承 方 式 （ 图 2-49） ： 一 端固 定 ， 另 一 端 自 由 ， 常 用 于 短 丝 杠 和 竖 直 丝 杠 ； 一 端 固定 ， 另 一 端 简 支 承 ， 常 用 于 较 长 的 卧 式 安 装 丝 杠 ； 两 端固 定 ， 常 用 于 长 丝 杠 或 高 转 速 、 高 拉 压 刚 度 的 场 合 。 第二章 金属切削机床设计 退 出返 回 本 节 返 回 主 页进 入 下 一 节 2.5.2 电 气 伺 服 进 给 系 统（ 三 ） 电 伺 服 进 给 传 动 系 中 的 机 械 传 动 部 件 2、 机 械 传 动 部 件 设 计 丝 杠 的 拉 压 刚 度 计 算 ： 丝 杠 的 综 合 拉 压 刚 度 主 要 由 丝 杠 的 拉 压 刚 度 ， 支 承 刚 度 和 螺 母刚 度 三 部 分 组 成 。 它 不 是 一 个 定 值 ， 随 螺 母 至 轴 向 固 定 端 的 距 离 而变 。 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 间 隙 消 除 和 预 紧 ： 同 齿 轮 的 传 动 副 一 样 ， 滚 珠 丝 杠 螺 母 副 必 须 消 除 间 隙 ， 并 施 加预 紧 力 ， 以 保 证 丝 杠 、 滚 珠 和 螺 母 之 间 没 有 间 隙 ， 提 高 螺 母 丝 杠 副的 接 触 刚 度 （ 图 2-50） 。 滚 珠 丝 杠 的 预 拉 伸 ： 滚 珠 丝 杠 常 采 用 预 拉 伸 的 方 式 ， 以 提 高其 拉 压 刚 度 和 补 偿 丝 杠 的 热 变 性 。 预 拉 伸 力 由 以 下 因 素 确 定 ： 使 丝 杠 在 最 大 轴 向 载 荷 作 用 下 ， 在 受 力 方 向 上 仍 能 保 持 受 拉 状 态 ， 为 此 ， 预 拉 伸 力 应 大 于 最 大 工 作 载 荷 的 0.35倍 ； 丝 杠 的 预 拉 伸 量 应 能 补 偿 丝 杠 的 热 变 形 。 例 2-4