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第二章金属切削机床设计剖析讲解

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2.2金属切削机床总体设计

2.2金属切削机床总体设计

详细设计
机床整机综合评价
满足设计要 求
结束设计
2.1 机床型号编制和系列型谱的制定 一、金属切削机床的分类
按加工方式分： 12大类
车 钻 镗 磨 齿轮加 床 床 床 床 工机床 螺纹加 铣 刨 拉 电加工 切断 其它 工机床 床 床 床 机床 机床 机床
按通用程度分：通用机床、专门化机床、专用机床 按加工精度分：普通精度、精密精度、高精度 按自动化程度：手动、机动、半自动、自动机床 按机床质量分：仪表机床、中型、大型、重型机床
二、金属切削机床型号的编制
按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定
（一）通用机床型号
例：
C A 6 1 40
机床类别代号（车床类） 机床特性代号（结构特性） 机床组别代号（落地及卧式车床组） 机床系别代号（卧式车床系） 机床主参数代号（最大车削直径400mm）
1.机床的类别代号
类 车 钻 镗 别 床 床 床
组合机床及自动线分类代号
分 类 代 U 号 大型组合机床
小型组合机床
自换刀数控组合机床 大型组合机床自动线 小型组合机床自动线
H
K UX HX
自换刀数控自动线
KX
2.2 机床的运动功能设计
基本方法 ： 表面 — 运动Fra bibliotek— 传动（一）工件表面的形成方法
零件上的常见表面： 1. 圆柱面 2. 圆锥面 3. 平面 直线（母线）、圆（导线） 直线（母线）、圆（导线） 直线或圆 、直线（导线）
代 C Z T M 号 磨床 2 M 3 M
齿轮加 螺纹加 铣 刨 拉 电加工 切断 工机床 工机床 床 床 床 机床 机床
Y 牙 S 丝 X B L D 电 G 割

机械制造装备设计-第2_3讲

机械制造装备设计-第2_3讲
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P0 P P2 PJ 1 1
Z 1
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2.4.3 分级变速主传动系
（一）拟定转速图和结构式 （2）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 X 线的比值，用 X i 表示。级比 i 中的指数值 X i 称为级比 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。 结构网只表示传动比的相对关系，而不表示传动轴（主轴 除外）转速值大小的线图称为结构网。由于不表示转速值， 结构网画成对称的形式。 结构式各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数Z， 将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组 传动副数的右下角，就形成结构式。
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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第 三 章 金 属 切 削 机 床 设 计
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2.4.1 主传动系设计应满足的基本要求
主要设计：外联传动链、内联传动链 设计外联传动链时,主要考虑保证要求的速度（或转速)和所传递的功率。 设计内联传动链时,主要考虑保证传动精度。 主传动功用及组成: 1. 把一定功率从运动源传递给执行件； 2．保证执行件的一定转速和一定的调速范围； 3．根据需要，能够方便地进行运动的启动、停止、换向和制动，方便地进 行运动的转换。 组成： 1．定比传动结构：常采用齿轮、胶带、链传动； 2．变速装置（适应一定工艺范围要求）； 3．主轴组件：它是执行件。它由主轴、主轴支承和主轴上的传动件组成； 4．开停装置：控制主运动执行件的启动和停止，通常采用离合器或电机直 接开停； 5．制动装置：机械、液压、电气； 6．换向； 7．操纵； 8．润滑与密封； 9．箱体。

金属切削机床基础知识分解课件

金属切削机床基础知识分解课件
能。
数控系统
数控系统是金属切削机床 的控制系统，用于实现自 动化加工。
数控系统包括数控装置、 伺服系统、反馈装置等部 分，可实现高精度、高效 率的加工。
数控装置是数控系统的核 心，用于处理加工数据和 控制机床的各个动作。
反馈装置用于检测机床的 实际运动状态，并将信息 反馈给数控装置，实现闭 环控制。
机床稳定性
机床在长时间使用过程中保持性能和精度的能力。稳定的机床可以降低故障率，提高生 产效率。
机床寿命与可靠性
机床寿命
机床的设计、制造和使用条件对机床寿命的影响。长寿命的机床可以降低更换成本，提高经济效益。
机床可靠性
机床在规定条件下和时间内完成规定功能的能力。高可靠性的机床可以减少停机时间，提高生产效率 。
05 金属切削机床操作与维护
机床操作规程与注意事项
要点一
操作规程
严格按照机床操作规程进行操作，确保加工过程的安全和 稳定。
要点二
注意事项
在操作过程中，注意观察机床的运转状态，发现异常及时 停机检查。
机床维护保养与故障排除
维护保养
定期对机床进行维护保养，保持机床的 良好运转状态。
VS
故障排除
遇到故障时，应冷静分析，按照故障排除 指南进行操作，确保快速恢复生产。
详细描述
高效化是指通过提高机床的转速、进给速度和切削深度 等参数，以及采用多轴联动、多刀具协同等技术，实现 高效、快速加工，缩短加工时间，提高生产效率。自动 化则是指利用机器人技术、自动化夹具和输送装置等， 实现机床的自动化上下料、装夹和加工，减少人工干预 ，提高加工过程的稳定性和一致性。
复合化与多功能化
分类
金属切削机床根据加工方式、结 构特点和应用领域有多种分类方 法，常见的分类包括车床、铣床 、钻床、磨床等。

金属切削机床的设计2PPT课件

金属切削机床的设计2PPT课件
转速的损失为n - n j ，相对转速损失率为：
A nnj n
最大的相对转速损失率是当所需的转速 n 趋近 于n j 1 时，也就是：
A m axnl im nj1n nnj nj n 1j 1nj 1n n j j1 （5-4）
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在其他条件（直径、进给、切深）不变的情况下，
采用标准公比，根据已知传动比、最大（小）转速和 标准数列表，可求得机床主轴各级转速，例如：
转速的损失就反映了生产率的损失。对于普通机床， 如果认为每一转速的使用机会都相等，那么应使
为一A m定a x 值，即：
A m ax1n n j j1const
或nj =const1 nj 1
从这里可看出，任意两级转速之间的关系应为：
nj1 nj
（5-5）
即机床的转速应按等比数列（几何级数）分级。公比
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7
卧式车床，用Dmax表示床身上最大回转直径，dmax=(0.5~0.6)Dmax， dmin=(0.2~0.25)dmax。摇臂钻床，用Dmax表示最大钻孔直径， dmax =Dmax，dmin =(0.2~0.25)dmax。
（2）、分级变速时的主轴转速数列
如某机床的分级变速机构共有Z级，其中 n1 nmin ，nz nmax ，
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4
第二节 运动参数
运动参数是指机床执行件（如主轴、工作台、刀 架）运动的速度。
1、主运动参数
回转主运动的机床，主运动参数是主轴转速。转 速（r/min）与切削速度的关系是
n 1000v
d
（5-1）
式中 n ——转速(r／min)；
v ——切削速度(m／min)；

机床课件第二章机床的运动分析

机床课件第二章机床的运动分析
《金属切削机床》
二、辅助运动
机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动， 主要有：各种空行程运动、切入运动、分度运动、 操纵和控制运动。
《金属切削机床》
1.各种空行程运动:进给前后的快速运动和各种调位运 动。
2.切入运动:保证被加工表面获得所需要的尺寸。 3.分度运动:加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，
５－回转体成形面 ６－渐开线表面（直线成形面）
《金属切削机床》
二、表面的形成方法
机床上加工零件时，所需形状的表面是通 过刀具和工件的相对运动，用刀具的刀刃 切削出来的。
实质——借助于一定形状的切削刃、切削
刃与被加工表面之间按一定规律的相对运 动，形成所需的母线和导线。
《金属切削机床》
1、表面形成原理
《金属切削机床》
1.外联系传动链
（1）定义： 用于联系动力源和机床的执行器官的传动
链。 （2）功用：
·把一定的功率从动源传递给执行器官。 ·保证执行器官一定的转速（或速度）和一
定的调速范围。
·能够方便地进行运动的启动，停止，换向和
制动。
《金属切削机床》
• 外联系传动链传动比的变化，只影响生产 率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。
《金属切削机床》
（二）表面成形运动——主运动、进给运动
成形运动按其在切削加工过程中所起的 作用，可分为 1、主运动：产生切削的运动。 2、进给运动：维持切削得以继续的运动。
➢ 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运 动。进给运动可能是一个、多个、没有。 无论是主运动还是进给运动，都可能是简单运 动或复合运动。
2、形成发生线的方法
（1）轨迹法：
利用刀具作一定 规律的轨迹运动 来对工件进行加 工的方法。

机床设计 (2)

机床设计 (2)

2.3 机床的传动联系和传动原理图
2.3.3 传动原理图
车 削 圆 柱 面 时 传 动 原 理 图
机 动 进 给
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
2.3 机床的传动联系和传动原理图
2.3.3 传动原理图
车 削 圆 柱 面 时 传 动 原 理 图
液 压 传 动 进 给
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
答案：卧式车床在形成螺旋表面时需要一个运动——刀具与工件间相对的螺旋运动。
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
图2-7 成形铣刀铣削螺纹
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
2.2 机床的运动
2.2.2 辅助运动
机床上除表面成形运动外，还有在切削加工过程中所 必须的其他一些运动 铣床工作台的快进或快退运动 插齿机上的让刀运动 机床的转位、分度、换向 机床夹具的夹紧与松开 自动换刀
第二章 机床的运动分析 电子工业出版社
第二章 机床的运动分析 电子工业出版社
8．何为定比机构和换置机构？并举出至少两例。
答案： 定比机构：具有固定传动比的机构。例如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副
换置机构：可变化传动比的机构。例如齿轮变速箱、挂轮架、各类无极变速机构
10．由复合成形运动分解成的各个分运动与简单运动的区别是 什么？
答案：由复合成形运动分解成的各个分运动，虽然都是直线或旋转运动，与简单运 动相象，但其本质是不同的。复合成形运动是一个运动，它的各个部分是相互依存， 并保持着严格的相对运动关系。
第二章
机床的运动分析
电子工业出版社
9．根据图2-9卧式车床的传动原理图，以加工螺纹表面为例指 出其所表示内容。

机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)


2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （2）后端配置 两个方向的推力轴承都布置在后支承处。 这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，
温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。 这种配置用于轴向精度要求不高的普通精度
机床，如立铣、多刀车床等。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大， 温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度 ，精度高，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：

机械制造第二章 金属切削机床设计

第二章 金属切削机床设计
教学内容



导 读 第一节 机床设计基本理论 第二节 机床主要技术参数的确定 第三节 机床主传动系统设计 第四节 进给传动装置的设计 第五节 主轴组件设计 第六节 支承件设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 导 读

金属切削机床又称为工件母机，是机械制造业的基础装备。随着科学技术和市场 需求的不断发展和变化，机械制造业的发展对机床的技术要求越来越高。金属切 削机床是机床制造过程中的重要环节，对机床的技术性能和经济性能指标起着决 定性作用。
（C616）车床精度检验标准 GB4020-83/GB4021-83
序号 检验项目 精车外圆的精度（两个相邻 台直径差不应大于最外面两 个台直径差的75%） a.圆度 b.圆柱度（任何锥度都应大 直径靠床头端） 精车端面的平面度 精车300mm长螺纹的螺距误 差 最大工件长度 允许公差 实测
16
500/750/1000
专用机床：工序分散，效率高，适合大批量生产 专门化机床：质量稳定，效率高，适合大批量生产
一、机床设计的基本要求
2．机床的精度和精度保持性
机床精度是指机床在长期使用中满足被加工工件的 精度和表面粗糙度加工要求的机床自身必须具备的 精度。机床精度能够反映机床本身误差的大小。 几何精度 普通级 机床精度国家标准 传动精度 （参照ISO1708-1979） 运动精度 精密级 企业生产标准 定位精度 高精度 压缩1/3 工作精度 精度保持性 举例：车床精度标准
1
500/750/1000 500 750/1000
0.04/1000 0.015 0.02
4 5
（C616）车床精度检验标准 GB4020-83/GB4021-83

机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计

主轴箱温升引起 的综合变形
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原 理
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。
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。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相 对于工件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系

A第2章金属切削机床设计

22
机床的运动学原理
（二）工件表面的形成方法及机床运动 1. 几何表面的形成原理 2. 发生线的形成
(1)轨迹法 (2)成形法(仿形法) (3)相切法 (4)范成法
23
机床的运动学原理
几何表面的形成原理
24
机床的运动学原理
发生线的形成
25
机床的运动学原理 3.加工表面的形成方法
加工表面的形成方法是母线形成方法和导线形成方法 的组合。故加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运 动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。
例如，床身导轨的直线度、工作台台面的平面度、主轴的旋转 精度、刀架和工作台等移动的直线度、车床刀架移动方向和主 轴轴线的平行度等。这些都决定着刀具和工件之间的相对运动 轨迹的准确性，从而也就决定了被加工表面的形状精度以及表 面之间的相对位置精度。
43
精度
图a所示由于车床主轴的轴向窜动，使车出的端面产生平面度误差；图b所示 由于垂直平面内车床刀架移动方向与主轴轴线的平行度误差，使车出的圆柱面 成中凹的回转双曲面；图c所示由于卧式升降台铣床的主轴回转轴线对工作台 面的平行度误差，使铣出的平面与底部的定位基准平面产生了平行度误差。
几何精度指机床在不运动(机床主轴不转动、工作台不移动等情 况下)或空载低速运动时的精度;它反映机床主要零部件的几何形 状精度和它们间的相对位置与相对运动轨迹的精度。
（几何精度是指机床某些基础零件工作表面的几何形状精度，决定机床加工 精度的运动部件的运动精度，决定机床加工精度的零、部件之间及其运动轨 迹之间的相对位置精度等。）
机床的几何精度是保证工件加工精度最基本的条件。因此，所有机床都有一定的几何 精度要求。
44
精度
传动精度是指内联系传动链两末端执行件相对运动的精度，它 取决于传动零件的制造精度和传动系统的设计合理性。机床工 作部件和零件运动的均匀性与协调性，对内联传动链具有重要 的意义。
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湘潭大学 机械工程学院
机械制造装备设计
1-7 对机械制造装备如何进行分类？ 加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。 工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。 仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。 辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。
1-9 机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区别是什么？ 类型：创新设计、变型设计和模块设计
机械制造装备设计
1-1 为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？ 制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转 化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集 中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要 标准。 1-2 机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？ 为什么？ 柔性化 精密化 自动化 机电一体化 节材节能 符合工业工程要求 符合 绿色工程要求 1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工 中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。 数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制 造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床其柔性表现 在机床可进行调整以满足不同工件的加工。
工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来完成的。 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。 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。
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机械制造装备设计
机械制造装备设计
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机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
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主轴箱温升引起 的综合变形
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机械制造装备设计
2.1.2
机床模块化设计方法
数控车床模块化方案
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选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配置和更 换
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2.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 机床的运动学原理
1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评 价方法极为重要，为什么？
技术经济评价 可靠性评价 人机工程学评价 结构工艺性评价 产品 造型评价 标准化评价
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机械制造装备设计
1-12 哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有哪些优缺点? 系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较 典型产品为基型，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其 他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。 优点：1）用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。
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机械制造装备设计
2.1.1 机床设计应满足的基本要求
• 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。 • 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工件、刀
具、切屑等）流动的方便程度。 • 4.机床的刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工
件在影响加工精度方向变形的能力。包括静态刚度、动态刚度、热态 刚度。
• a)通用机床具有较宽的工艺范围，在同一台机床 上可以满足较多的加工需要，适用于单件小批生 产。
• b)专用机床是为特定零件的特定工序而设计的， 自动化程度和生产率都较高，但它的加工范围很 窄。
• c)数控机床则既有较宽的工艺范围，又能满足 零件较高精度的要求，并可实现自动化加工。
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2）可以减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短 产品的研制周期。
3）可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降 低生产成本。
4）零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修， 改善售后服务质量。
5）为开展变型设计提供技术基础 缺点：用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择所需的产品，选到的产 品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功 能还可能冗余。
线）运动的轨迹。这两条曲线称为发生线，前者为母线，后者为导线。
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工件表面（发生线）的形成方法
机床的运动 （刀具、工件 相对运动）
1．轨迹法
2．成形法
发生线（母线、 导线）
工件表面
3．相切法
4．范成法(展成法)
以上方法中，发生线都是怎样形成的？
各对应哪种切削刃类型（点、线、面）？
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第二章 金属切削机床设计
第一节 概述 第二节 金属切削机床设计的基本理论 第三节 金属切削机床总体设计 第四节 主传动系设计 第五节 进给传动系设计 第六节 机床控制系统设计
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机械制造装备设计
2.1 概述
2.1.1 机床设计应满足的基本要求
• 1.机床的工艺范围：机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力， 包括加工作业功能（能干什么）和加工作业空间（尺寸范围）。
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2.2 金属切削机床设计的基本理论
机器零件常用表面
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机械制造装备设计
工件表面的形成方法及机床运动
几
2
何 1
表
2 1
面
a) 平面
的
2
形成Biblioteka 1原c) 平面
b) 圆柱面 2
1 d) 圆锥面
理
1 母线
2 导线
任何一个表面都可以看做是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直
机械制造装备设计
2.1.1 机床设计应满足的基本要求
•工艺范围之加工作业空间（尺寸参数）
机床名称 普通车床 摇臂钻床 坐标镗床 外圆磨床
主参数 车身上工件最大回转直径 最大钻孔直径 工作台工作面宽度 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
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