机械制造技术

第2章 机床总体方案设计

2.1 概述

金属切削机床是机械制造业的基础装备，它随着科学技术突飞猛进的发展和微电子、航天、国防等工业的发展需要，正朝着高精度、自动化、柔性化、微型化和集成化方向迅速发展。计算机控制技术的发展与应用，使得机床的传动与结构发生了重大变化，伺服驱动系统可以方便地实现机床的多轴联动，简化了机械传动系统设计，使其结构及布局也发生了变化。

计算机技术和分析技术的进步，为机床设计理论和技术的发展提供了有力的技术支撑。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)已广泛应用于机床设计的各个阶段，改变了传统的经验设计方法，由定性设计向定量设计，由静态和线性分析向动态仿真和非线性分析，由可行性设计向最优化设计过渡。

2.1.1 基本概念 1．机床精度

机床精度是反映机床零部件加工和装配误差大小的重要技术指标，会直接影响工件的尺寸误差、形位误差和表面粗糙度。

(1)几何精度。指最终影响机床工作精度的那些零部件的精度，包括尺寸、形状、相互位置精度等，如直线度、平面度、垂直度等，是在机床静止或低速运动条件下进行测量，可反映机床相关零部件的加工与装配质量。

(2)传动精度。机床内联系传动链两端件之间相对运动的准确性，反映传动系统设计的合理性及有关零件的加工和装配质量。

(3)运动精度。机床主要零部件在工作状态速度下无负载运转时的精度，包括回转精度(如主轴轴心漂移)和直线运动的不均匀性(如运动速度周期性波动)等。运动精度与传动链的设计、加工与装配质量有关。

(4)定位精度。机床有关部件在直线坐标和回转坐标中定位的准确性，即实际位置与要求位置之间误差的大小，主要反映机床的测量系统、进给系统和伺服系统的特性。

(5)工作精度。机床对规定试件或工件进行加工的精度，不仅能综合反映出上述各项精度，而且还反映机床的刚度、抗振性及热稳定性等特性。

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2 机床性能

机床在加工过程中产生的各种静态力、动态力以及温度变化，会引起机床变形、振动、噪声等，给加工精度和生产率带来不利影响。机床性能就是指机床对上述现象的抵抗能力。由于影响的因素很多，在机床性能方面，还难于像几何精度检验那样，制定出确切的检测方法和评价指标。

(1)刚度

又称静刚度，是机床整机或零部件在静载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果机床刚度不足，在切削力等载荷作用下，会使有关零部件产生较大变形，恶化这些零部件的工作条件，特别会引起刀具与工件间产生较大位移，影响加工精度。

(2)抗振能力

机床的抗振能力是指抵抗产生受迫振动和切削自激振动(切削颤振)的能力，习惯上称前者为抗振性，后者为切削稳定性。机床的受迫振动是在内部或外部振源、即交变力的作用下产生的，如果振源频率接近机床整机或某个重要零部件的固有频率时，会产生“共振”，必须加以避免。切削颤振是机床—刀具—工件系统在切削加工中，由于内部具有某种反馈机制而产生的自激振动，其频率一般接近机床系统的某个固有频率。

机床零部件的振动会恶化其工作条件、加剧磨损、引起噪声；刀架与工件间的振动会直接影响加工质量、降低刀具寿命，是限制机床生产率发挥的重要因素。

(3)噪声

机床在工作中的振动还会产生噪声，这不仅是一种环境污染，而且能反映机床设计与制造的质量。随着现代机床切削速度的提高、功率的增大、自动化功能的增多，噪声污染问题也越来越严重，降低噪声是机床设计者的重要任务之一。根据有关规定，普通机床和精密机床不得超过85dB，高精度机床不超过75dB，对于要求严格的机床，前者应压缩到 78dB，后者应降低到70dB。除声压级以外，对噪声的品质也有严格要求，不能有尖叫声和冲击声，应达到所谓“悦耳”的要求。机床噪声源包含机械噪声、液压噪声、电磁噪声和空气动力噪声等不同成分，在机床设计中要提高传动质量，减少摩擦、振动和冲击，减少机械噪声。

(4)热变形

机床工作中由于受到内部热源和外部热源的影响，使机床各部分温度发生变化，引起热变形。机床热变形会破坏机床的原始精度，引起加工误差，还会破坏轴承、导轨等的调整间隙，加快运动件的磨损，甚至会影响正常运转。据统计，热变形引起的加工误差可达总误差70％以上，特别是对于精密机床、大型机床以及自动化机床，热变形的影响是不容忽视的。

机床的内部热源有电动机发热，液压系统发热，轴承、齿轮等摩擦传动发热以及切削热等；机床的外部热源主要是机床的环境温度变化和周围的辐射热源。

机床设计中要求采取各种措施减少内部热源的发热量、改善散热条件、均衡温度、减少温升和热变形；还可采用热变形补偿措施，减少热变形对加工精度的影响等。

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2.1.2 机床总体设计的基本内容和要求 1 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。任何一台机床所能完成的加工工件 类型、工件材料和尺寸、毛坯形成和工序等都是有一定范围的。一般说来，工艺范围窄(如专用机床)，则机床的结构较为简单，容易实现自动化，生产效率也较高。但机床工艺范围过窄，会限制加工工艺和产品的更新；而盲目扩大机床工艺范围，将使机床的结构趋于复杂，不能充分发挥机床各部件的性能，甚至影响机床主要性能的提高，增加机床的生产成本。机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。单件小批量生产用的通用机床则要求在同一机床上能完成多种多样的工作，还要适应不同工业部门行业的需要，故通用机床的工艺范围较宽。

为了扩大机床的工艺范围，可以在通用机床，尤其是大型机床上增设一些附件，或把不 同的工种综合在一台机床上，如车镗床、镗铣床等。

2 刚度

机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。为了提高机床的刚度，机床应尽量形成框架式结构。例如龙门刨床、龙门铣床、坐标镗床、立式车床等都采用龙门框架式结构以增强刚性。有的机床，例如单臂龙门刨床为了加大被加工工件的尺寸范围而不用龙门式结构，这时刚度将有所降低。

3加工精度

要保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须满足更高的精度要求。设计加工精度和表面质量要求较高的机床时，在机床布局阶段要注意采取措施，尽量提高机床的传动精度和刚度，减少振动和热变形，例如精度要求较高的机床常使液压传动的油箱与床身分开，以减少热变形的影响。此外，应减小机床加工中的振动，精密和高速机床常采用分离传动，将电动机和变速箱等振动较大的部件与工作部件(如主轴)分装在两个地方。

为了提高机床的传动精度，除了适当地选择传动件的制造精度外，应尽量缩短传动链。在设计传动精度要求特别高的机床，例如精密丝杠车床时，为了缩短传动链，就取消了卧式车床所用的进给箱。从主轴到刀架之间只经过挂轮架，另外还把传动丝杠移在床身的两导轨之间，以减少刀架的颠覆(侧转)力矩。

4 便于操作、观察与调整

机床的布局必须充分考虑到操纵机床的人，处理好人机关系，满足人机工程学的设计准则。充分发挥人与机床各自的特点，使人机的综合效能达到最佳。在进行机床的总体设计，考虑达到技术经济指标的同时，必须注意到操作者的生理和心理特点。

机床各部件相对位置的安排，应考虑到便于操作和观察加工的情形。例如卧式车床的床头箱在左面，而镗床的镗头在右边，都是为了适应右手操作的习惯和便于观察测量。卧式车

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床由于车刀和刀架较小，为便于操作，刀架一般布置在工件前面；外圆磨床的砂轮架较大，为便于操作者接近工件，一般布置在工件的后边。

安装工件部位的高度和深度，应正好处于操作者手臂平伸的位置。为适应一般操作者的身高，对安装工件位置较低的机床，应将床腿或底座垫高；安装工件位置较高的大型机床，应备有相应的脚踏板。倾斜式床身的布局可便于安装工件、更好地观察加工情况，还可避免操作者弯腰工作，以减轻疲劳。

操作、调整部位和工作区域各操作手柄的安排，应考虑到人在站立和坐下时的基本尺寸和四肢的活动范围。根据四肢能达到的难易程度，还有最大工作区、正常工作区和最佳工作区之分。为了便于检修，要考虑到人体蹲下时较适于工作的区域，还应考虑到操作者可能达到的最大视野和反应敏锐的视野区等等。常用的操纵机构，应集中在便于操作的区域；床身底部结构可容纳脚伸入，使操作者能贴近机床而便于操作：在大型机床上，还可采用悬挂式按钮站；对于采用人机对话编程的数控机床，显示屏幕和操作键盘都应放在适于操作和观察的位置上。

对于生产率和自动化程度较高的机床，还应注意排屑问题。例如多轴自动车床的凸轮轴布置在纵刀架的上面就比布置在下面有利于排屑。

5 噪声

噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。设计和制造过程中要设法降低噪声。

6 标准化与模块化

机床品种系列化、零部件通用化和零件标准化统称为标准化。提高标准化程度对发展机床品种、规格、数量和质量，对机床的制造、使用、维护和修理，对于新产品设计和老产品革新等方面有十分重要的意义。标准化是我国一项重要的技术政策，也是产品设计的方向。系列化包括机床参数标准的制订、型谱的编制和产品的系列设计，主要用于通用机床。

不同型号的机床采用相同的零部件称为零部件通用化。这些适用于不同品种机床中的零部件称为通用件。通用化使零部件品种减少，生产批量增加，便于组织生产，降低机床制造成本，缩短设计制造周期，加快机床品种的发展。

机床的模块化设计，是指对机床上同一功能的单元(主轴箱、溜板箱、进给箱、尾架等)，将其设计成不同性能相用途的可以互换的部件(又称为模块)，通过对这些模块的不同组合，得到各种不同规格的通用、变型或专用机床。

图2-1所示为采用标准化模块构成不同用途(或性能)的普通车床。其主轴箱模块有基本变速范围主轴箱1、小变速范围主轴箱2、大变速范围主轴箱3、可调变速范围主轴箱4和双轴主轴箱模块5；进给箱模块有用于进给和车螺纹的模块6，仅用于进给的模块7和单速进给模块8；夹紧装置有气动夹紧模块9、液压夹紧模块10、电磁夹紧模块11；刀架模块有仿形刀架12、转位刀架13、立轴式转塔架14和卧轴式转塔刀架15；尾架模块有气动尾架16、液压

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尾架17、钻孔用尾架18和双轴尾架19；快速进给机构有快速行程模块20和双刀架快速进给机构模块21，还有双刀架用的床身模块22。此外，根据需要，还可以设计出其他的许多模块。而这些模块间的组合，就可形成各种不同规格和相用途的普通车床或专用车床。例如采用了模块化设计的仪表车床，最大工件回转直径为200毫米，共设计了54个基本模块，则由此至少可以组成202种机床。

图2-1 普通车床的模块化设计

一般认为，进行机床模块化设计应遵循的四个基本原则：①分离原则，即将机床分离成满足多种需要，性能合理，只有一种功能的部件模块；②统一原则，即统一为结构合理的尺寸系列，能保证满足多种需要的合理模块；③联接原则，确保模块间的联接刚度和装配精度，模块重复使用时的可靠性；④适应原则，以适应可以任意组合成所需要的机床。

7 柔性

随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于布置了几台机床。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部件经过重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求。如有的单件或极小批量FMS作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。

8 开放性

开放性是指机床与物流系统之间进行物料(工件、刀具、切屑等)交接的方便程度。对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求方便地使用、操作、清理和维护机

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置。对于大型外圆磨床，由于工件较长，纵向进给则由砂轮架完成，砂轮架的行程等于工件 长度，因而可以减少占地面积。

图2-2 铣床的几种布局形式

工件的重量也是影响几何运动功能分配的一个很重要的因素，一般来说，都是使重量较轻的部件运动。图2-2a所示是加工重量较轻的工件的升降台铣床，加工时刀具只作回转运动，工件向三个方向的移动分别由工作台、滑鞍和升降台完成。当工件较重时，则不适于由工件竖直方向的移动了，应改由铣头来完成，见图2-2b，工件只作纵、横向运动，这就是工作台不升降式铣床。对于更大一些的工件，工件只随工作台作纵向移动，见图2-2c，升降和横向运动由横梁和铣头完成，这就是龙门铣床。当工件特大时，就让工件不动，成为龙门移动式的布局了，见图2-2d，三个方向的运动由龙门架和铣头来完成。这类情况在各类机床中都可见到，例如钻床，工件较小较轻时采用立式钻床的布局，可用手移动工件使被加工的孔对准钻头，当工件较重较大时，就采用移动主轴箱来对准钻孔位置的摇臂钻床布局了。牛头刨床和龙门刨床之间的关系也是如此。

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小型的立式加工中心，立柱不动，床鞍在床身上作横向移动，工作台在床鞍上作纵向移动。中型的加工中心，则由立柱作横向移动，工作台作纵向移动。刀库和机械手由于太重而不宜移动，因此，换刀时主轴需退回原位。

3 机床性能对布局的影响

为了提高机床的加工精度和表面质量，应综合考虑提高机床零部件的制造精度和装配精度，缩短传动链、改善零部件受力状态、提高刚度、减少振动和减少热变形的影响等。 精密丝杠车床取消了进给箱，由挂轮架将主轴与丝杠联系起来，传动链短，将丝杠布置在床身两导轨之间，消除了倾覆力矩的影响，比之卧式车床，改善了机床的受力状态。 数控车床由于不需手工操作和为了便于排屑，往往将卧式床身作成倾斜式；刀架位于主轴之上，因此主轴的旋转方向与卧式车床相反。改为倾斜式床身后，刚度也大幅度提高了。 为了减少振动对加工的影响，精密和高速车床常采用分离传动，将电动机和变速箱等振动较大的部件与执行部件(如主轴)分装在两个地方。

液压传动的油箱与床身分开，单独布置液压站，可减少热变形对机床的影响。 4 机床的联系尺寸

机床的总体布局设计是通过机床的联系尺寸图体现的，机床的联系尺寸中应包括； (1)机床的外形尺寸，长宽高；各部件的轮廓尺寸。 (2)各部件间的连接、配合和相关位置的尺寸。 (3)移动部件的行程和调整位置的尺寸。 (4)机床的装料高度和操纵台的高度尺寸。 (5)机床主机与液压站和电气柜的间距。

初步确定的联系尺寸，是各部件设计的依据。通过部件设计，还可能对联系尺寸提出修改，最后确定机床的总体尺寸。

2.2.4 主要技术参数设计

机床的主要技术参数包括机床的尺寸参数、运动参数和动力参数。 1 主参数和尺寸参数

机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数，为了更完整地表示机床的工作能力和工作范围，有些机床还规定有第二主参数，各类机床以什么尺寸作为主参数有统一的规定，见《GB／T15375—1994金属切削机床型号编制方法》。通用机床主参数已有标准，根据用户需要先用相应数值即可，而专用机床的主参数，一般以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示。

机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸，特别包括与工件有关的尺寸和标准化工具或夹具的安装面尺寸，前者如卧式车床刀架上最大回转直径，后者如卧式车床主轴前端锥孔直径及其他有关尺寸等。通用机床的主要尺寸参数已在有关标准中做了规定，其他一般参数可

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根据使用要求，参考同类同规格机床加以确定。

2 运动参数

运动参数是机床执行件如主轴、刀架、工作台的运动速度，可分为主运动参数和进给运动参数两大类。

(1) 主运动参数的确定

① 有级变速系统主运动参数的确定

作回转主运动机床的主运动参数是主轴转速。转速与切削速度的关系是 n?1000v (2-1) ?d式中 n ——转速(r/min)； v ——切削速度(m/min)； d——工件(或刀具)直径(mm)。

主运动是直线运动的机床，如插床或刨床，主运动参数是每分钟的往复次数。对于不同的机床，主运动参数有不同的要求。专用机床用于完成特定的工艺，主轴只需一种固定的转速。通用机床的加工范围较宽，主轴需要变速，因此需确定它的变速范围，即最低和最高转速。采用分级变速，还应确定转速级数。

主轴最高 (nmax)和最低(nmin)转速的确定

nmax?1000vmax1000vmin , nmin?

?dmin?dmax变速范围Rn 为

Rn?nmax (2-2) nmin在确定切削速度时应考虑不同的工艺需要, 主要与刀具、工件材料和工件尺寸等有关。 ② 有级变速时主轴转速序列

采用有级变速时，在确定nmax、nmin之后还应进行转速分级，确定各中间级转速。各级转速之间满足等比数列关系。按等比数列排列的主轴转速有下列优点：

一方面使转速范围内的转速相对损失均匀。设某一工序所需的合理转速为n，而在机床上可能没有n这一级，该转速可能落在相邻两转速nj与nj+1之间，即nj＜n＜nj+1。选用转速nj或nj+1来代替n。为了不降低刀具的耐用度，一般选nj。此时，将产生转速损失，其相对损失率

A?n?njn

最大的相对转速损失率发生在所需转速n趋近nj+1时，为

Amax?nj?1?njnj?1?1?njnj?1?1?1??const

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在其它条件不变的情况下．转速的相对损失就反映了生产率的损失。Amax＝const使得机床在一定转速下的相对损失率均匀一致。

另一方面使变速传动系统简化。按等比数列排列的主轴转速，一般借助于串联若干滑移齿轮组来实现。当每一滑移齿轮组内的各齿轮副的传动比是等比数列时，各串联齿轮副的传动比的乘积，即主轴转速也是等比数列。因此采用等比数列的主轴转速，使机床变速传动系统简单了。

③ 公比φ的标准值和标准数列

为了便于设计和使用机床，机床主轴转速数列的公比φ值已经标准化，规定的标准公比值有1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。

当采用标准公比后，转速数列可从表2-l中直接查出。表中给出了以1.06为公比的从l～10000的数值。1.12＝1.062、1.26＝1064、1.41＝1.066、1.58＝1.068、1.78＝1.0610、2＝1.0612。例如，某机床nmin＝12.5r/min，nmax＝2000r/min，φ＝1.26，查表2-1，首先找到12.5，然后每隔3个数(1.26＝1.064)取一个值，可得如下数列：12.5、16、20、25、31.5、40 、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000，共23级。

表2-1 标准数列表

表2-1不仅可用于转速和进给量，亦可用于机床尺寸和功率参数数列。 ④ 选用标准公比的一般原则

从使用性能考虑，公比φ最好选得小一些，以减少相对转速损失。但公比φ越小，级数越多，将使机床的结构复杂。对于生产率要求高的普通机床，减少相对损失是主要的，所以φ值取得较小，如φ＝1.26或φ＝1.41等。有些小型机床希望简化构造，公比φ可取得大些，如φ＝1.58或φ＝2等。对于自动机床，减少相对转速损失率的要求更高，常取φ＝1.06或

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1.12。另一方面，这类机床不经常变速，变速机构可采用交换齿轮机构，既满足了相对损失小的要求，又简化了结构。

(2) 进给运动参数的确定

大部分机床(如车床、钻床等)的进给量用工件或刀具每转的位移(mm/r)表示。直线往复运动的机床，如刨床、插床，以每一往复的位移量表示。由于铣床和磨床使用的是多刃刀具，进给量常以每分钟的位移量(mm/min)表示。

在其它条件不变的情况下，进给量的损失也反映了生产率的损失。数控机床和重型机床的进给为无级调速；普通机床多采用分级变速。普通车床的进给量多数为等差数列，为满足螺纹导程的要求。自动和半自动车床常用交换齿轮来调整进给量，以减少进给量的损失。若进给链为外联系传动链，进给量也应采用等比数列，以使相对损失为常值。进给量为等比数列时，其确定方法与主运动的确定方法相同。

3 动力参数的确定

各种传动件的参数都是根据动力参数设计计算的。如果动力参数选得过大，将使机床过于笨重，浪费材料和电力；如果参数定得过小，又将影响机床的性能。动力参数可以通过调查、试验和计算的方法进行确定。

(1) 主运动电动机功率的确定

机床主运动驱动电动机的功率N

N?N切?N空?N附 (2-3) 式中 N切——消耗于切削的功率，又称为有效功率(kw) N空——空载功率(kw) N附——载荷附加功率(kw)

切削功率与刀具的几何参数及其材料、工件材料和选用的切削用量有关。如果是专用机床，刀具与工件材料和切削用量的变化范围较小，此时计算值较接近实际情况。若是普通机床，刀具材料、工件材料和切削用量的变化很大，通常，可根据实测值确定切削功率。

空载功率包括运动件摩擦、搅油、克服空气阻力等所消耗的功率。它与载荷无关，只随传动件的速度和数量的增加而增大。中型机床主传动链的空载功率损失可用下列公式估算：

N空?kda (2-4) (?ni?Cn主）106d主da C?C1

式中 da——主传动链中除主轴外，所有传动轴轴颈的平均值(mm)；

d主——主轴前后轴颈的平均值(mm)；

Σni——传动链内除主轴外各传动轴的转速之和(r/min) n主——主轴转速(r/min)； C1——主轴轴承系数；

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k——润滑油粘度影响的修正系数，k=30~50, 润滑较好时取小值。

载荷附加功率是指加上切削载荷后所增加的传动件摩擦功率。它随切削功率的增加而增大。计算公式为

N附?N切???N切 (2-5)

式中 ηΣ——主传动链的机械效率，ηΣ＝η1η2?ηz，η1、η2、?ηz为各串联传动副的机械效率。

(2) 进给运动电动机功率的确定

在进给运动与主运动共用一个电动机时，可以忽略进给所需的功率，因为进给运动所消耗的功率与主运动相比是很小的。在进给运动与空行程运动共用一个电动机的机床上，因空行程运动所需功率比进给运动的功率大得多，因此也不必计及进给功率。

对于进给运动采用单独电动机驱动的机床，则需要确定进给电动机的功率。确定方法有计算法、统计分析法和实测法。进给运动的速度较低，可略去空载功率。因此，进给驱动电动机功率Ns取决于进给的有效功率和传动件的机械效率。即

Ns?Qvs60?10?s3(kw) (2-6)

式中 Q——牵引力(进给抗力)(N)； vs——进给速度(m/min)；

ηs——进给传动系统的总机械效率 ，一般取ηs＝ 0.15~0.2。

粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电动机功率。 车床 Ns＝(0.03～0.04)N (kw) 钻床 Ns＝(0.04～0.05)N (kw) 铣床 Ns＝(0.15～0.2)N (kw)

快速(空行程)运动一般由单独电动机驱动。空行程电动机的功率的确定应参考同类型机床，辅以计算，最好再经试验验证。空行程电动机往往是满载起动，移动件较重，加速度较大，因此计算时必须考虑惯性力各运动件在电机轴上的当量转动惯量，可根据动量守恒原理由下式确定：

J??Jk(k?k2v)??mi(i)2 (2-7) ??i式中 Jk——各旋转件的转动惯量(kg.m2)

ωk——各旋转件的角速度(rad/s)； mi——各直线运动件的质量(kg)； vi——各直线运动件的速度(mm/s)； ω——电动机的角速度(rad/s)。 克服惯性的转矩：

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Ta?J?ta (2-8)

式中 ta——电动机起动加速过程的时间(s)，数控机床可取为伺服电动机机械时间常数的3~4倍，中、小型普通机床可取ta＝0.5s，大型普通机床可取ta＝l.0s。克服惯性所需的功率：

N1?Tan (2-9) 9550?式中 n——电动机转速(r/min)； η——传动机构的机械效率。

快速移动部件大多质量较大。如果是升降运动，则克服重量和摩擦力所需要的功率： N2?(mg?fF)v60?103?fmgv60?103? (2-10)

如果是水平移动，则 N2? (2-11)

式中 m ——移动部件的质量(kg)； g ——重力加速度，g＝9.8m/s2；

F ——由于重心与升降机构(如丝杠)不同心而引起的导轨上的挤压力(N) f ——导轨当量摩擦系数； v ——快速移动速度(m/min)。

由此可得空行程电动机的功率：

N空?K(N1?N2) (2-12) 式中 K——安全系数(1.5~2.5)。

习题与思考题

1. 机床总体设计应满足的基本要求是什么? 2. 机床总体设计的主要步骤是什么? 3. 机床总体方案设计包括哪些主要内容? 4. 机床的主要技术参数有哪些?如何确定?

5. 为什么机床有级变速系统要采用等比级数系列变速?

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