机电装备设计(13)

6.1.4 总体结构方案设计
机床几何运动机构原理图是根据工艺要求确定 的，所确定的仅仅是刀具与工件之间的相对运动。 所确定的仅仅是刀具与工件之间的相对运动。 如刨削平面，可以由刀具作往复运动如牛头刨 床，也可以由工件作往复运动如龙门刨床实现，两者 也可以由工件作往复运动如龙门刨床实现， 效果是一样的。至于哪些运动由刀具一侧完成， 效果是一样的。至于哪些运动由刀具一侧完成，哪些 运动由工件一侧完成还未确定， 运动由工件一侧完成还未确定，基础支承件设在何处 是未知数。所以，首先要进行运动功能的分配。 是未知数。所以，首先要进行运动功能的分配。 进行运动功能的分配
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五轴镗铣机床的结构布局形态图
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3 总体结构草绘设计
进行运动或支承部件的概略形状和尺寸设计。 进行运动或支承部件的概略形状和尺寸设计。 设计主要依据：机床总体结构布局形态图， 设计主要依据：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、 传动设计结果、机床动力参数、加工空间尺寸参数 以及机床整机的刚度及精度分配。 以及机床整机的刚度及精度分配。 设计过程如下： 设计过程如下：
2）进给传动系统驱动功率的确定 ）
机床进给运动驱动功率的确定有几种情况： 机床进给运动驱动功率的确定有几种情况： (1) 进给运动与主运动共用一个电动机，如卧式车床、钻床等。 进给运动与主运动共用一个电动机，如卧式车床、钻床等。 统计结果：卧式车床进给功率P 钻床P 统计结果：卧式车床进给功率 f=(0.03～0.04) PL，钻床 f =(0.03～0.04) PL，铣床 f＝(0.03～0.04) PL。 铣床P ～ (2) 进给运动中工作进给与快速进给共用一个电动机，由于快速 进给运动中工作进给与快速进给共用一个电动机， 进给所需功率远大于工作进给的功率，且两者不同时工作， 进给所需功率远大于工作进给的功率，且两者不同时工作，所 以不必单独考虑工作所需功率，如升降台铣床。 以不必单独考虑工作所需功率，如升降台铣床。 (3) 进给运动采用单独电动机驱动，则需要确定进给运动所需功 进给运动采用单独电动机驱动， 或转矩)。 率(或转矩 。对普通交流电动机，进给电动机功率由下式计算 或转矩 对普通交流电动机，
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2 结构布局设计
结构布局形式：立式、卧式及斜置式等； ● 结构布局形式：立式、卧式及斜置式等； 基础支承件形式：底座式、柱式和龙门式等； ● 基础支承件形式：底座式、柱式和龙门式等； 基础支承件结构：一体式和分离式等等； ● 基础支承件结构：一体式和分离式等等； 结构布局形式： ● 结构布局形式：运动分配设计阶段评价后保留下来 的运动分配式方案的全部结构布局方案有很多种， 的运动分配式方案的全部结构布局方案有很多种，因 此需要再次进行评价，去除不合理方案； 此需要再次进行评价，去除不合理方案； 评价依据：主要定性分析机床的刚度、 ● 评价依据：主要定性分析机床的刚度、占地面积以 及对物流系统开放性等因素； 及对物流系统开放性等因素； 设计结果：机床总体结构布局形态图。 ● 设计结果：机床总体结构布局形态图。
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2 基本要求 (1)满足工艺要求； (1)满足工艺要求； 满足工艺要求 为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工， 为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工， 要求刀架、 要求刀架、刀库可以方便转位 。 (2) 保证足够的重复定位精度 ； (3) 具有足够的刚度 ； (4) 提高可靠性； 提高可靠性； (5) 缩短换刀时间； 缩短换刀时间； (6) 操作方便和安全 。
3 动力参数
动力参数包括电动机的功率、液压缸的牵引力、 动力参数包括电动机的功率、液压缸的牵引力、 液压马达或步进电机的额定转矩等。 液压马达或步进电机的额定转矩等。 机床各传动件的结构参数是根据动力参数设计计 算的。 算的。 如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重， 如果动力参数定得过大，将使机床过于笨重，浪费 材料和电力：如果定得过小，又将影响机床的性能。 材料和电力：如果定得过小，又将影响机床的性能。 计算方法在现阶段只能做为参考，原因为： 计算方法在现阶段只能做为参考，原因为： 通用机床使用情况复杂，切削用量的变化较大； ① 通用机床使用情况复杂，切削用量的变化较大； ② 对某些加工过程中切削力和进给力的规律还没有很 好地掌握； 好地掌握； 机床传动系统中的摩擦损失， ③ 机床传动系统中的摩擦损失，尤其是高速下的损失 研究得也不够。 研究得也不够。 16
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6.2 主要技术参数设计
包括机床的尺寸参数、运动参数和动力参数。 包括机床的尺寸参数、运动参数和动力参数。 6.2.1 主参数和尺寸参数 机床主参数代表机床规格大小， ● 机床主参数代表机床规格大小，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， 作能力的一种参数。有些机床还规定有第二主参数， 通用机床主参数已有标准。专用机床的主参数，一般 通用机床主参数已有标准。专用机床的主参数， 以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示。 以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示。 金属切削机床型号编制方法 GB/T 15375一1994 一
Pf =
Fv f 60000η f
kw, 式中
F − −进给牵引力（N) v f − −进给速度（m/min)
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6.3刀架和自动换刀装置设计 刀架和自动换刀装置设计
6.3.1 功能和基本要求 1 功能 刀架是安放刀具的重要部件， 刀架是安放刀具的重要部件，直接承受极大的 切削力，是工艺系统中的较薄弱的环节。 切削力，是工艺系统中的较薄弱的环节。 随着自动化技术的发展， 随着自动化技术的发展，采用自动更换刀具装 实现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能， 置 ，实现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能， 存放刀具的数量从几十把到上百把， 存放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具 的时间从几十秒减少到几秒甚至零点几秒。 的时间从几十秒减少到几秒甚至零点几秒。 ——加工中心 （MC) 加工中心
Metal-cutting machine tools Method of type designation
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机床的类和分类代号
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机床 的 通 用特性代号
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6.2.2 运动参数
运动参数：指机床执行件如主轴、 运动参数：指机床执行件如主轴、工作台和刀架等的 运动速度。 运动速度。 1 主运动参数 对于主运动是回转运动的机床， 对于主运动是回转运动的机床，其主运动参数是 主轴转速， 主轴转速，它与切削速度的关系是 1000v n= r / min πd 对于主运动是直线运动的机床， 对于主运动是直线运动的机床，如插床或牛头 刨床， 刨床，主运动参数是插刀或刨刀的每分钟往复次数 (次/分)。 次分。
Hale Waihona Puke 11 几何运动功能分配设计
影响几何运动功能分配的因素为 加工卷料的小型自动车床， ● 坯料的形式 如，加工卷料的小型自动车床，由于 工件不能旋转，主运动必须由刀具来完成。 工件不能旋转，主运动必须由刀具来完成。刀具装在 刀具盘上，刀具盘绕工件高速旋转，常称为“套车” 刀具盘上，刀具盘绕工件高速旋转，常称为“套车”。 立式钻床和摇臂钻床， ● 加工的尺寸比例 如，立式钻床和摇臂钻床，由钻 头同时作回转主运动和轴向进给运动。 头同时作回转主运动和轴向进给运动。但在深孔钻床 上钻深孔时，为了减少孔的歪斜和便于排屑，常由工 上钻深孔时，为了减少孔的歪斜和便于排屑， 件作回转主运动，钻头只作轴向进给运动。 件作回转主运动，钻头只作轴向进给运动。 一般来说， ● 工件的重量 一般来说，都是使重量较轻的部件运 动。
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主轴要进行变速，确定变速范围及最低和最高转速， ● 主轴要进行变速，确定变速范围及最低和最高转速， 并确定采用无级变速，还是采用有级变速。 并确定采用无级变速，还是采用有级变速。 的方法， ● 确定nmax和nmin的方法，主要是分析所设计的机床 可能进行的工序，从中选择要求最高、 可能进行的工序，从中选择要求最高、最低转速的 典型工序，按照典型工序刀具、工件材料、 典型工序，按照典型工序刀具、工件材料、切削速 度和刀具(或工件 的直径，计算出nmax、nmin及变速 度和刀具 或工件)的直径，计算出 或工件 的直径 范围R 范围Rn
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通过几何运动功能分配设计确定了基础支承件， 通过几何运动功能分配设计确定了基础支承件，即运动功能 式中“接地”的位置， 符号表示。 式中“接地”的位置，用“●”符号表示。“●” 符号左侧的运 动由工 动由工 完成，右侧的运动由刀具完成。 刀具完成 件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动功能式中添加上 接地符号后，可称为运动分配式 一个运动功能方案， 运动分配式。 “●”接地符号后，可称为运动分配式。一个运动功能方案，经 过 铣床的运动功能关系式为W / X f Z 运动功能分配设计，可以得几个运动分配式。 运动功能分配设计，可以得几个运动分配式。 fY f C p / T
1) 主传动电动机功率的确定
机床主传动电动机的功率为 PC PL = + P q , 式中
ηC
PC − −切削功率（kw) Pq − −空载功率（kw)
空载功率：机床主运动空转时，由于传动件摩擦、 空载功率：机床主运动空转时，由于传动件摩擦、 搅油、空气阻力和其他动载荷等原因， 搅油、空气阻力和其他动载荷等原因，电动机要消耗 一部分功率，为空转功率损失P 一部分功率，为空转功率损失 q，其值随传动件转速 的增大而增大，与传动件预紧程度及装配质量有关。 的增大而增大，与传动件预紧程度及装配质量有关。17
1) 首先确定末端执行件的概略形状与尺寸； 首先确定末端执行件的概略形状与尺寸； 2) 设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的 形式、概略尺寸； 形式、概略尺寸； 3）确定下一个功能部件(即滑台侧 的概略形状与尺寸； ）确定下一个功能部件 即滑台侧)的概略形状与尺寸； 即滑台侧 的概略形状与尺寸 4) 基础支承件 底座、立柱、床身等 设计； 基础支承件(底座 立柱、床身等)设计 底座、 设计； 5）进行机床结构模块设计； ）进行机床结构模块设计； 6) 初步进行造型与色彩设计； 初步进行造型与色彩设计； 7) 机床总体结构方案的综合评价。 机床总体结构方案的综合评价。