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1、第7章 机床主参数的确定 主要参数(又称主规格): 尺寸参数:主要结构尺寸,围绕被加工零件的尺寸参 数进行的; 运动参数:机床执行件如主轴、工作台、刀架的n、v; 动力参数:机床电动机的功率,液压缸的牵引力, 液压马达伺服电动机或步进电动机的额 定转距。,7.1 尺寸参数 1. 与被加工零件有关的尺寸 例:摇臂钻床的跨距L,主轴端面至底座工作台 最大距离H,主 轴行程h等。 2. 标准化工具或夹具的安装面尺寸:摇臂钻床的 主轴锥孔尺寸 ,CA6140主轴锥孔。,3.主要结构尺寸,如摇臂钻床的外立柱直径d.。 尺寸参数一般参考现有机床确定,对于某些与被加工零件有关的尺寸参数,可按被加工零件的尺寸
2、确定,对于某些已经系列化的通用机床,参数可按系列设计规定。有的机床,一个主参数还不足以确定机床的规格,还需第二主参数加以补充。,7.2 运动参数 7.2.1 主运动参数 对于主运动是回转运动的机床是: n: r/min v: m/min 次/min,n=,n: 转速 r/min v: 切削速度 m/min d: 工件(刀具)直径 mm,对于不同的机床,主运动参数有不同的要求。专用机床完成特定的工艺,当该工艺长期稳定时,主轴只需一种固定转速,不需要换置机构。 n= v: 选定切削速度 d: 刀具或工件直径 通用机床是为了适应多种零件加工而设计制造的,主轴需要变速。因此需确定它的变速范围、最低与最
3、高转速及Z。 1. 主轴最高、最低转速 n = n =,确定v时,和工艺有关:刀具材料(高速钢、硬质合金及陶瓷)、工件材料(钢、铸铁、铜、铝)、刀具进给量和切深有关。 v可以通过切削实验和查切削用量手册得到。在计算nmax时,不是把一切可能出现的vmax、dmin代入nmin中,而应当是在实际使用时采用vmax常用的d值中较小的数值。这样就可以得到较为合理的nmax和nmin以及Rn= nmax/nmin。,车床 dmax =(0.50.6)Dmax(回转直径) dmin =(0.20.25) dmax 例:钻床可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等,钻孔要求转速高,而攻丝要求转速低,钻大孔所用主轴
4、转速较钻小孔低。因此,要求主轴应该有多种转速。如:最大钻孔直径D=40mm的Z3040型摇臂钻床共有16级转速: n= 25、40、63、80、100、125、160、250、 320、400、500、630、800、1250、2000 (r/min),用上述公式求得主轴最高、最低 转速,有时由于典型工序选择不当或原始数据有偏差,可能与实际需要相差较远,因此还应到生产现场调查研究,统计同类机床有关资料,从而校验、修正计算结果.,例: 访问若干 400mm个普通车床用户,了解并统计这些机床上常用的主轴转速如下: 车轴类零件: n=400900 盘形类: n=150300 机修: n=80150
5、车大导程螺距: n=1040 个别: nmax=1500 nmin=7 njmax=1273 分析国内外同类 D=400 确定: nmax=1500 nmin=10,2. 主轴转速系列 nmin 、nmax 确定后,还需确定中间转速,为了获得合理的切削用量,最好能连续地变换转速,即能在最高和最低转速范围内提供任何转速,这就叫无级变速(可以通过电机、液压驱动得到)。目前这种方式在机床中应用日益增多,但是有的无级变速比较复杂,有的则变速范围较小(除数控机床)。,n1= nmin nz= nmax n1 ,n2, n3, nj ,nj+1nz 如果加工某一工件需要的最有利的切削速度为v,相应的转速为
6、n: njnnj+1 如果采用较高的转速nj+1,必将提高v,刀具耐用度将降低,以采用较低转速为宜。 这时转速损失为: n- nj 相对转速损失为: A= (n- nj)/n,A= = = 1- = const,转速的损失反映了生产率的损失(单位时间内生产出的产品和理 想值不一样)。 如果认为每个转速使用机会均等则最大相对转速损失相等: = nj+1 = nj 由此可见,机床的转速应该按等比数列(几何级数)分级,公比为 n1 =nmin n2= n1 n3 = n2 = n1 nz = n1 A=(1- )100= 100 Rn = = =,有的机床,特别是变速级数较多的通用机床,其主轴高转速
7、和低转速使用机会较少,而中等转速的使用机会较多,对于这种情况主轴转速的合理排列,仍按等比数列排列,但公比不是一个,而是两个或两个以上。常用的转速按较小的公比,不常用的转速用较大的公比排列。对于全部转速来说,称混合公比排列。,例: 低 n=25、 40、63 r/min 1.58 中 n=63、 80、 100、125、160、200、250、 320、 400、 500、630、800r/min 1.26 高 n=800、1250、 1600 r/min 1.58 7.2.2 进给运动 等差数列: 刨床、插床 进给量的损失也代表了生产率的损失 等比数列: 外联传动链 不定 : 自动半自动、交换
8、齿数 v最佳,7.2.3 标准公比和标准数列 机床转速是由小到大递增的,因此 。为使最大相对转 速损失率不超过50,(1- )10050,则 , 因此 。如果超过,生产率急剧下降。为了简化机床的设计与使用,根据机床实际使用情况,规定了公比的几个标准值,这些数值是选取了和的某次方根。 为了便于设计和使用机床,希望转速数列是十进位的,则应满足 10 n= n = Z1是正整数 为了便于采用双速电机和多速电机,希望转速系列是二进位的,则应满足 n= n = Z2是正整数 我国机床专业标准GC58-60规定了七个标准化,其中三个公比 符合上述三条原则,,= = =1.06 = = = 1.12 = =
9、 = 1.26 其中四个标准公比符合上述三条原则的两条,即 = =.58 = = 1.78 = = 1.41 = 2 上述七个标准公比适用于按等比数列排列的主轴转速、进给量 及其它参数。 7.2.4 公比的选用原则 A=1- : 对于通用机床,为使转速损失不大,机床结构又不过于复杂,一般取 =1.41 or 1.26 对于大批量生产用的专门化机床,自动化机床,公比应取的小一些,一般取 =1.12 or 1.26。因为这类机床的生产率高,转速损失影响较大;另一方面,这类机床不常变速,变速机构可采用变换齿轮机构,后者能实现小的公比,而结构又比较简单。,对于大型机床,公比应 取的小一些,一般 = 1
10、.26、1.12、1.06。因为大型机床切削加工时间长,转速损失的影响较大。如铣床类。 对于非自动化小型机床,公比应取的大一些,一般取 为1.58、1.78或,因为在这类机床上,辅助时间较多,而切削时间所占比重不大,转速损失的影响不大。 7.3 动力参数 液压缸牵引力 动力参数 液压马达或步进电机的额定扭矩 伺服电机或步进电机的额定转速,其中电动机功率是计算机床零件和决定结构尺寸的主要依据。 电动机功率太大了,则零件的尺寸也随之不必要的增大。不仅浪费材料,而且也使电动机经常处于低负载情况下工作,以致功率浪费大。如果取小了,则机床的技术性能达不到要求,且出现超负载工作的情况,容易烧坏电气元件。,
11、7.3.1 机床主运动驱动电动机功率 1.主电机常用计算和统计分析 P主= P切 + P机 + P空 P切:与刀具材料、工件材料、切削用量有关 专用机床:P 切理 P切实 普通机床:根据重负荷切削条件确定(所需最大切削能力) P机:机床工作时,齿轮轴承等零件上的正压力加大了, 功率的 损耗也就加大了。 P机 P切 P空:空载要消耗一部分功率。 P空 n (P124) 原因:各传动件在空转时的摩擦,由于加工和装配误差而加大的 摩擦和搅油,空气阻力及其它动载荷。 P主= + P空 = (表7-2) P主max= P空+ P切max+ P机max=,= ctg = 0.650.80 = 5157 2. 进给传动功率的确定 在进给传动与主传动共用一个电机的通用机床上,如CA6140、Z3040,由于进给传动所消耗的功率与主运动相比是很小的,因此,可以忽略进给所需的功率。 在进给传动与空行程传动共用一个电机的机床上,也不必考虑进给所需的功率。 对于进给传动采用单独驱动的机床,则要确定。 3. 空行程功率的确定,
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