本科課件-機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)

現(xiàn)代制造裝備及其自動(dòng)化2025/2/231現(xiàn)代制造裝備及其自動(dòng)化必修課，考試成績(jī)70%，平時(shí)成績(jī)30%。課程設(shè)計(jì)：2周。教材：1、《機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì)》張德泉等編，天津大學(xué)出版社，第1，3章

2、《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》關(guān)慧貞、馮辛安主編，機(jī)械工業(yè)出版社，第3章2025/2/232目錄第一章機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法第二章機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析第三章齒輪加工機(jī)床第四章金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)第五章典型部件設(shè)計(jì)第六章工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)2025/2/233第一節(jié)概述第二節(jié)機(jī)械制造裝備應(yīng)具備的主要功能第三節(jié)機(jī)械制造裝備的分類第四節(jié)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型第五節(jié)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法第六節(jié)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)第一章機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法

2025/2/234國(guó)家需求制造大國(guó)制造業(yè)占國(guó)民經(jīng)濟(jì)30%的產(chǎn)值工業(yè)增加值居世界第四位建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)是我國(guó)的國(guó)家目標(biāo)發(fā)展高端制造裝備掌握關(guān)鍵零部件的核心制造技術(shù)2025/2/235國(guó)家科技重大專項(xiàng)高檔數(shù)控大型飛機(jī)IC制造高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備:2008年，我國(guó)機(jī)床消費(fèi)全球第一，進(jìn)口價(jià)值54億美元，90％以上為高檔數(shù)控機(jī)床和重型制造裝備。2025/2/236國(guó)家科技重大專項(xiàng)核心內(nèi)容高檔數(shù)控大型飛機(jī)IC制造高檔制造裝備高速、精密、重型數(shù)控機(jī)床大型數(shù)控成形沖壓和重型鍛造設(shè)備重型、清潔、高效的熱加工設(shè)備共性技術(shù)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)多軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)高檔數(shù)控裝置和驅(qū)動(dòng)裝置高速車銑復(fù)合金切機(jī)床五軸聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜葉片2025/2/237極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝亟需開發(fā)集成電路關(guān)鍵制造裝備和工藝，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升和結(jié)構(gòu)調(diào)整2008年我國(guó)半導(dǎo)體芯片設(shè)備市場(chǎng):54.8億美元。光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、高質(zhì)量薄膜材料生長(zhǎng)及后封裝等關(guān)鍵設(shè)備全部依賴進(jìn)口。

高檔數(shù)控大型飛機(jī)IC制造2025/2/238國(guó)家科技重大專項(xiàng)大型飛機(jī)2005年-2020年間，我國(guó)通用飛機(jī)市場(chǎng)需求量應(yīng)在1萬架左右。支線客機(jī)ARJ21—700，發(fā)動(dòng)機(jī)、電子控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)化率很低。大飛機(jī)項(xiàng)目中，國(guó)產(chǎn)化率要達(dá)到30%。高檔數(shù)控大型飛機(jī)IC制造亟需突破飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大型結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵部件的高效制造技術(shù)2025/2/239國(guó)家科技重大專項(xiàng)制造方面的核心內(nèi)容高檔數(shù)控大型飛機(jī)IC制造機(jī)身結(jié)構(gòu)件典型零件大型機(jī)翼整體壁板大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件

大型整體框類結(jié)構(gòu)件發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件耐高溫高強(qiáng)度材料的機(jī)匣耐高溫鈦合金材料的葉片高溫合金材料的整體葉盤機(jī)翼根肋大梁,長(zhǎng)6m整體葉盤2025/2/2310國(guó)家科技重大專項(xiàng)1.1.2制造模式的演變及發(fā)展趨勢(shì)2025/2/2311機(jī)械制造裝備的發(fā)展趨勢(shì)1、向高效、高速、高精度方向發(fā)展2、多功能復(fù)合化、柔性自動(dòng)化的產(chǎn)品成為主流3、實(shí)施綠色制造與可持續(xù)制造發(fā)展戰(zhàn)略4、智能制造技術(shù)和智能化裝備有了新的發(fā)展5、我國(guó)自主創(chuàng)新和高新技術(shù)的發(fā)展2025/2/23121.2機(jī)械制造裝備的主要功能一般的功能要求；

柔性化；

精密化；

自動(dòng)化；

機(jī)電一體化；

節(jié)材；

符合工業(yè)工程要求；符合綠色工程要求2025/2/2313精密化:精密數(shù)控車床及車削中心（源自裝備制造業(yè)十二五規(guī)劃）國(guó)內(nèi)水平：定位精度0.015，重復(fù)定位精度0.0075，主軸徑跳0.0008。國(guó)外水平：定位精度≤0.003，重復(fù)定位精度≤0.0015，主軸徑跳≤0.0002。目標(biāo)：直徑≤Φ500：定位精度0.003，重復(fù)定位精度0.0015，主軸徑跳0.001；直徑≥Φ500：定位精度0.005，重復(fù)定位精度0.0025，主軸徑跳0.002。

引起誤差的因素有哪些？機(jī)械制造裝備的熱變形、幾何誤差、傳動(dòng)誤差、運(yùn)動(dòng)誤差、定位誤差和工藝系統(tǒng)的彈性變形等。提高精度的措施？制造裝備自身的精度+誤差補(bǔ)償（機(jī)械式、數(shù)字化技術(shù)）2025/2/23141.2機(jī)械制造裝備的主要功能自動(dòng)化：可以提高加工效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，改善勞動(dòng)條件等。自動(dòng)化有全自動(dòng)和半自動(dòng)之分：全自動(dòng)是指能自動(dòng)完成工件的上料、加工和卸料的生產(chǎn)全過程；半自動(dòng)則上下料需人工完成。2025/2/23151.2機(jī)械制造裝備的主要功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方法：程序控制指工作程序和定位尺寸可以根據(jù)不同的加工對(duì)象選擇，但不能控制運(yùn)動(dòng)軌跡。程序控制可分為固定程序控制和可變程序控制。

數(shù)字控制除了可控制工作程序外，還可以控制運(yùn)動(dòng)軌跡，一般采用專門的數(shù)控裝置。

適應(yīng)控制能按事先給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在加工過程中根據(jù)實(shí)際工作條件(如材料硬度的變化，刀具磨損等)自動(dòng)地改變加工系統(tǒng)的參數(shù)(如切削用量等)，使加工過程始終按照給定的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行。適應(yīng)控制分約束適應(yīng)控制、最佳適應(yīng)控制和學(xué)習(xí)適應(yīng)控制等。2025/2/23161.2機(jī)械制造裝備的主要功能凸輪控制是采用凸輪機(jī)構(gòu)控制多個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)，使之互相協(xié)調(diào)地工作，改變工作循環(huán)需更換或調(diào)整凸輪。

其中，假設(shè)機(jī)床的主軸功率22KW,加工時(shí)間占57%，并假設(shè)每年SUV行駛12,000英里。美國(guó)麻省理工學(xué)院的Gutowski教授在2009年的一個(gè)報(bào)告中給出了一個(gè)令人震驚的結(jié)論：一臺(tái)主軸功率22KW的數(shù)控機(jī)床（配置有相應(yīng)的輔助裝置），運(yùn)行一年的所耗電能所對(duì)應(yīng)的CO2排放量（按美國(guó)國(guó)家電網(wǎng)有關(guān)數(shù)據(jù)推算）相當(dāng)于61輛SUV汽車的排放量。2025/2/23171.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備（主要指機(jī)床，也稱工作母機(jī)）包括金屬加工機(jī)床、特種加工機(jī)床、鍛壓機(jī)床、沖壓機(jī)床、注塑機(jī)、焊接設(shè)備、鑄造設(shè)備等。1.3.2工藝裝備包括刀具、模具、夾具、量具、輔具等。1.3.3倉儲(chǔ)傳送裝備包括物料運(yùn)輸裝置、機(jī)床上下料裝置、刀具輸送裝置、倉儲(chǔ)設(shè)備等1.3.4輔助裝備包括清洗機(jī)、排屑設(shè)備和測(cè)量、包裝設(shè)備等。2025/2/23181.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:金屬切削機(jī)床

通用的金屬切削機(jī)床按其切削方式可分為車床、鉆床、鏜床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨(插)床、拉床、切斷機(jī)床和其它機(jī)床等。專用機(jī)床是為特殊的工藝目的設(shè)計(jì)和制造的加工裝備，組合機(jī)床及其自動(dòng)線是其中的一個(gè)大分支，包括大型組合機(jī)床及其自動(dòng)線、小型組合機(jī)床及其自動(dòng)線、自動(dòng)換刀數(shù)控組合機(jī)床及其自動(dòng)線等。機(jī)床按其通用特征可分為高精度精密、自動(dòng)、半自動(dòng)、數(shù)控、仿形、自動(dòng)換刀、輕型、萬能和簡(jiǎn)式機(jī)床等。2025/2/2319臥式車床立式車床轉(zhuǎn)塔車床臥式車床通用性好，加工范圍廣，適于加工中、小型軸類、盤套類零件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)面、端面等；立式車床適于加工高度小于直徑的大型盤套類零件；轉(zhuǎn)塔車床適用于成批加工形狀復(fù)雜的盤套類零件；2025/2/2320萬能外圓磨床內(nèi)圓磨床平面磨床外圓磨床適用于磨削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面及階梯軸軸肩和端平面；內(nèi)圓磨床適于單件小批生產(chǎn)磨削淬硬零件上的孔；平面磨床臥軸(立軸)矩臺(tái)(圓臺(tái))，分周磨法和端磨法

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（一）齒輪加工方法按輪齒成形原理分兩大類：

1.成形法加工精度和生產(chǎn)率較低，適于單件小批生產(chǎn)。

2.展成法加工精度和生產(chǎn)率較高，一把刀可加工相同模數(shù)、相同壓力角的任何齒數(shù)的齒輪。

（二）齒輪加工機(jī)床圓柱齒輪：滾齒機(jī)、插齒機(jī)等；直齒錐齒輪刨齒機(jī)、銑齒機(jī)、拉齒機(jī)；弧齒錐齒輪銑齒機(jī)。剃齒機(jī)、珩齒機(jī)、磨齒機(jī)成形法2025/2/2322齒輪加工方法與加工機(jī)床認(rèn)識(shí)機(jī)床-滾齒機(jī)（一）滾齒原理—模擬一對(duì)螺旋齒輪嚙合過程（二）滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)分析主運(yùn)動(dòng)—滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；展成(嚙合)運(yùn)動(dòng)—齒坯與滾刀按一定速比轉(zhuǎn)動(dòng)；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)—滾刀沿齒坯軸向運(yùn)動(dòng)。滾齒原理1—床身2—立柱3—刀架溜板4—刀桿5—刀架體6—支架7—心軸8—后立柱9—工作臺(tái)10—床鞍2025/2/2323認(rèn)識(shí)機(jī)床-插齒機(jī)應(yīng)用：加工內(nèi)齒輪、多聯(lián)齒輪、扇形齒輪、齒條等。1.插齒原理主運(yùn)動(dòng)：插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，插斜齒輪時(shí)插刀主軸在螺旋導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；展成運(yùn)動(dòng)：插齒刀與齒坯按一定速比轉(zhuǎn)動(dòng)；讓刀運(yùn)動(dòng)；徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；2025/2/2324認(rèn)識(shí)機(jī)床-磨齒機(jī)多用于淬硬齒輪的齒面精加工，6～3級(jí)精度。磨齒機(jī)分兩大類：成形法磨齒和展成法磨齒展成法磨齒分：連續(xù)磨齒：(砂輪為蝸桿形)分度磨齒：(砂輪有碟型、大平面型、錐形，利用齒條和齒輪嚙合原理)2025/2/2325認(rèn)識(shí)機(jī)床-組合機(jī)床

以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ)再配以少量的專用部件組成的專用機(jī)床。生產(chǎn)率及及自動(dòng)化程度高，精度易保證。自動(dòng)化程度高，精度易保證。2025/2/2326德國(guó)MAHO五軸NC加工中心鋁合金整體葉輪零件認(rèn)識(shí)機(jī)床-NC五軸聯(lián)動(dòng)加工中心2025/2/23271.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床1．電加工機(jī)床

直接利用電能對(duì)工件進(jìn)行加工的機(jī)床，統(tǒng)稱電加工機(jī)床，一般僅指電火花加工機(jī)床、火花線切割機(jī)床和電解加工機(jī)床。電火花加工機(jī)床是利用工具電極與工件之間產(chǎn)生的電火花小電弧從工件上去除微粒材料達(dá)到加工要求的機(jī)床，主要用于加工硬的導(dǎo)電金屬，如淬火鋼、硬質(zhì)合金等。按工具電極的形狀和電極是否旋轉(zhuǎn)，電火花加工可進(jìn)行成形穿孔加工、電火花成形加工、電火花雕刻、電火花展成加工、電火花磨削等。2025/2/23281.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床

電火花線切割機(jī)床：是利用一根移動(dòng)的金屬絲作電極，在金屬絲和工件間通過脈沖電流，并澆上液體介質(zhì)，使之產(chǎn)生放電腐蝕而進(jìn)行切割加工。電解加工機(jī)床是利用金屬在直流電流作用下，在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理對(duì)工件進(jìn)行加工的方法，又稱電化學(xué)加工。電化學(xué)加工時(shí)，工件與工具分別接正負(fù)極，兩者相對(duì)緩慢進(jìn)給，并始終保持一定的間隙，讓具有一定壓力的電解液連續(xù)從間隙中流過，將工件上的被溶解物帶走，使工件逐漸按工具的形狀被加工成型。2025/2/23291.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床2．超聲波加工機(jī)床

利用超聲波能量對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工的設(shè)備稱超聲波加工機(jī)床。

加工時(shí)工具作超聲振動(dòng)，并以一定的靜壓力壓在工件上，工件與工具間引入磨料懸浮液。在振動(dòng)工具的作用下，磨粒對(duì)工件材料進(jìn)行沖擊和擠壓，加上空氣爆炸作用將材料切除。超聲波加工適用于特硬材料，如石英、陶瓷、水晶、玻璃等的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超聲電加工等復(fù)合加工。2025/2/23301.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床3．激光加工機(jī)床

采用激光能量進(jìn)行加工的設(shè)備統(tǒng)稱激光加工機(jī)床。激光是一種高強(qiáng)度、方向性好、單色性好的相干光。利用激光產(chǎn)生的上萬度高溫聚焦在工件上，使工件被照射的局部在瞬間急劇熔化和蒸發(fā)，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使熔化的物質(zhì)爆炸式地噴射出來以改變工件的形狀。激光加工可以用于所有金屬和非金屬材料，特別適合于加工微小孔和材料切割。常用于加工金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工及切割加工。2025/2/23311.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床4．電子束加工機(jī)床

在真空條件下，由陰極發(fā)射出的電子流被帶高電位的陽極吸引，在飛向陽極的過程中，經(jīng)過聚焦、偏轉(zhuǎn)和加速，最后以高速和細(xì)束狀轟擊被加工工件的一定部位，在幾分之一秒內(nèi)，將其百分之九十九以上的能量轉(zhuǎn)化成熱能，使工件上被轟擊的局部材料在瞬間熔化、氣化和蒸發(fā)，以完成工件的加工。電子束加工機(jī)床就是利用電子束的上述特性進(jìn)行加工的裝備。常用于穿孔、切割、蝕刻、焊接、蒸鍍、注入和熔煉等。此外，利用低能電子束對(duì)某些物質(zhì)的化學(xué)作用，可進(jìn)行鍍膜和曝光，也屬于電子束加工。2025/2/23321.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床5．離子束加工機(jī)床

離子束加工機(jī)床就是利用離子束的特性進(jìn)行加工的裝備。在電場(chǎng)作用下，將正離子從離子源出口孔“引出”，在真空條件下，將其聚焦、偏轉(zhuǎn)和加速，并以大能量細(xì)束狀轟擊被加工部位，引起工件材料的變形與分離，或使靶材離子沉積到工件表面上，或使雜質(zhì)離子射人工件內(nèi)。用這種方法對(duì)工件進(jìn)行穿孔、切割、銑削、成像、拋光、蝕刻、清洗、濺射、注入和蒸鍍等，統(tǒng)稱離子束加工。2025/2/23331.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:特種加工機(jī)床6．水射流加工機(jī)床

水射流加工是利用具有很高速度的細(xì)水柱或摻有磨料的細(xì)水柱，沖擊工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剝離。隨著工件與水柱間的相對(duì)移動(dòng)，切割出要求的形狀。

常用于切割某些難加工材料，如陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼、模具鋼、淬火鋼、白口鑄鐵、耐熱合金、復(fù)材等。2025/2/23341.3機(jī)械制造裝備的類型1.3.1加工裝備:鍛壓機(jī)床

鍛壓機(jī)床是利用金屬的塑性變形特點(diǎn)進(jìn)行成形加工，屬無屑加工設(shè)備。

主要包括：鍛造機(jī)、沖壓機(jī)、擠壓機(jī)、軋制機(jī)。2025/2/23351.3機(jī)械制造裝備的類型

1.4.1創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.4.2變型設(shè)計(jì)

1.4.3模塊化設(shè)計(jì)2025/2/23361.4機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型1.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法

1.5.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的典型步驟

1.5.2系列化設(shè)計(jì)

1.5.3模塊化設(shè)計(jì)

1.5.4合理化工程2025/2/23371.5.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的典型步驟

(一)產(chǎn)品規(guī)劃階段（明確設(shè)計(jì)任務(wù)，dowhat?）；

(二)方案設(shè)計(jì)階段(功能原理的設(shè)計(jì))；

(三)技術(shù)設(shè)計(jì)階段（結(jié)構(gòu)原理方案、總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）；

(四)工藝設(shè)計(jì)階段（零件圖設(shè)計(jì)、完善裝配圖、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔）2025/2/23381.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法1.5.2系列化設(shè)計(jì)(一)系列化設(shè)計(jì)的基本概念

系列化設(shè)計(jì)方法是在設(shè)計(jì)的某一類產(chǎn)品中，選擇功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面較典型的產(chǎn)品為基型，以它為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出其它各種尺寸參數(shù)的產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品基型系列。在產(chǎn)品基型系列的基礎(chǔ)上，派生出不同用途的變型產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關(guān)系的產(chǎn)品系列型譜。系列化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“產(chǎn)品系列化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化”原則，結(jié)構(gòu)的典型化”即所謂的“四化”原則。

2025/2/23391.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法系列化設(shè)計(jì)舉例2025/2/2340(二)系列化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)1)可以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場(chǎng)較大范圍的需求。2)系列產(chǎn)品是依據(jù)經(jīng)過嚴(yán)格性能試驗(yàn)和長(zhǎng)期生產(chǎn)考驗(yàn)的基型產(chǎn)品演變和派生而成的，可以大大減少設(shè)計(jì)工作量，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，縮短產(chǎn)品的研制周期；3)產(chǎn)品有較高的結(jié)構(gòu)相似性和零部件的通用性，可壓縮工藝裝備數(shù)量和種類，縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本；4)零備件的種類少，系列中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似，便于進(jìn)行產(chǎn)品的維修，改善售后服務(wù)質(zhì)量；5)為開展變型設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。2025/2/23411.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法(二)系列化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)系列化設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)：為以較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場(chǎng)較大范圍的需求，每個(gè)品種規(guī)格的產(chǎn)品都具有一定的通用性，滿足一定范圍的使用需求，用戶只能在系列型譜內(nèi)有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產(chǎn)品，選到的產(chǎn)品，一方面其性能參數(shù)和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。2025/2/23421.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法1.5.3模塊化設(shè)計(jì)(一)模塊化設(shè)計(jì)的基本概念為了開發(fā)多種不同功能結(jié)構(gòu)，或相同功能結(jié)構(gòu)而性能不同的產(chǎn)品，不必對(duì)每種產(chǎn)品單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出一批模塊，將這些模塊經(jīng)過不同的組合來構(gòu)造具有不同功能結(jié)構(gòu)和性能的多種產(chǎn)品。模塊化設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理化的另一條途徑，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、加快設(shè)計(jì)，進(jìn)行組合設(shè)計(jì)重要途徑。模塊化系統(tǒng)多數(shù)是屬于模塊和非模塊的混合系統(tǒng)。2025/2/23431.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法模塊化設(shè)計(jì)2025/2/23441.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法模塊化設(shè)計(jì)2025/2/23451.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法模塊化設(shè)計(jì)2025/2/23461.5機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法1.6機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)

1.6.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

1.6.2可靠性評(píng)價(jià)

1.6.3人機(jī)工程評(píng)價(jià)

1.6.4結(jié)構(gòu)工藝性評(píng)價(jià)

1.6.5產(chǎn)品造型評(píng)價(jià)

1.6.6標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)2025/2/23471.6.2可靠性評(píng)價(jià)2025/2/23481.6機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)1.6.4結(jié)構(gòu)工藝性評(píng)價(jià)加工工藝性（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理組合、零件加工工藝性）裝配工藝性（便于裝配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、便于裝配的零件接合部位結(jié)構(gòu)、便于裝配的零件結(jié)構(gòu)）維修工藝性（平均修復(fù)時(shí)間短、維修所需元器件或零部件互換性好、寬敞的維修工作空間等）結(jié)構(gòu)工藝性評(píng)價(jià)的目的是降低生產(chǎn)成本,縮短生產(chǎn)時(shí)間,提高產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從加工、裝配、維修和運(yùn)輸?shù)确矫鎭碓u(píng)價(jià)。2025/2/23491.6機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)1.6.5產(chǎn)品造型評(píng)價(jià)機(jī)械產(chǎn)品的造型的總原則是經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀大方。

經(jīng)濟(jì)指的是造型成本低，并有助于提高產(chǎn)品的可靠性、壽命和人機(jī)界面。

實(shí)用指的是使用操作方便、舒適、符合人體的生理和心理特征，使人機(jī)系統(tǒng)的工作效能達(dá)到最高。

美觀大方是指產(chǎn)品的外觀形象給人的心理、生理及視覺效應(yīng)良好。人的審美觀點(diǎn)盡管不全相同，但還是有相同規(guī)律可循，良好的外觀造型應(yīng)從產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品色彩兩方面去評(píng)價(jià)。2025/2/23501.6機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)2025/2/2351

第二章機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析工件的加工表面及其形成方法機(jī)床的運(yùn)動(dòng)機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系和傳動(dòng)原理圖512025/2/2352工件的加工表面及其形成方法工件加工表面的形狀工件表面的形成發(fā)生線的形成方法522025/2/2353

工件加工表面的形狀532025/2/2354

工件表面的組成元素542025/2/2355

工件表面的形成552025/2/2356

工件表面的形成562025/2/2357

發(fā)生線的形成方法572025/2/2358

發(fā)生線的形成方法58a)軌跡法:利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運(yùn)動(dòng)來對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。刀刃為切削點(diǎn)1，它按一定規(guī)律作軌跡運(yùn)動(dòng)3，從而形成所需的發(fā)生線2。采用軌跡法形成發(fā)生線需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)。2025/2/2359

發(fā)生線的形成方法59b)成形法:利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。刀刃為切削線1，它的形狀和長(zhǎng)短與需要形成的發(fā)生線2完全重合。形成發(fā)生線2不需運(yùn)動(dòng)。2025/2/2360

發(fā)生線的形成方法60c)相切法:

利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動(dòng)來對(duì)工件進(jìn)行加工的方法刀刃為切削點(diǎn)1,刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具中心按一定規(guī)律作軌跡運(yùn)動(dòng)3，切削點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)線（相切線）就形成了發(fā)生線2。需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)：即刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具中心按一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。2025/2/2361

發(fā)生線的形成方法61d)范成法（亦稱展成法、共軛法、包絡(luò)法）:

刀具切削刃為切削線1，它與需要形成的發(fā)生線2的形狀不吻合。在形成發(fā)生線的過程中，范成運(yùn)動(dòng)3使切削刃1與發(fā)生線2相切并逐點(diǎn)接觸而形成與它共軛的發(fā)生線，即發(fā)生線2是切削線1的包絡(luò)線。范成法形成發(fā)生線需要一個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng)（A+B）。2025/2/2362機(jī)床的運(yùn)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的種類表面成形運(yùn)動(dòng)、非表面成形運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)、復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)622025/2/2363機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—表面成形運(yùn)動(dòng)63a)用普通車刀車削外圓（圖a)。母線—圓，由軌跡法形成，需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)B。導(dǎo)線—直線，由軌跡法形成，需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)A。表面成形運(yùn)動(dòng)的總數(shù)為兩個(gè)—B和A，都是簡(jiǎn)單的成形運(yùn)動(dòng)。2025/2/2364機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—表面成形運(yùn)動(dòng)64b)用寬車刀車外圓（圖b）。母線—直線，由成形法形成，不需要成形運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線—圓，由軌跡法形成，需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)B。表面成形運(yùn)動(dòng)的總數(shù)為1個(gè)—B，是簡(jiǎn)單的成形運(yùn)動(dòng)。2025/2/2365機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—表面成形運(yùn)動(dòng)65c)用螺紋車刀車削螺紋（圖c）。母線—螺紋軸向剖面輪廓形狀，車刀的刀刃形狀與它的形狀一致，故母線由成形法形成，不需要成形運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)線—螺旋線，由軌跡法形成，需要1個(gè)成形運(yùn)動(dòng)。這是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，把它分解為工件旋轉(zhuǎn)B和刀具直線移動(dòng)A。B和A之間必須保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。表面成形運(yùn)動(dòng)的總數(shù)為1個(gè)。2025/2/2366機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—表面成形運(yùn)動(dòng)66d)用齒輪滾刀加工直齒圓柱齒輪齒面（圖d）母線—漸開線，由范成法形成，需要一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)，是復(fù)合運(yùn)動(dòng)，可分解為滾刀旋轉(zhuǎn)B11和工件旋轉(zhuǎn)B12兩個(gè)部分，B11和B12之間必須保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。導(dǎo)線—直線，由相切法形成，需要兩個(gè)獨(dú)立的成形運(yùn)動(dòng)，即滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和滾刀沿工件的軸向移動(dòng)A2。其中滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與復(fù)合展成運(yùn)動(dòng)的一部分B11重合。形成表面所需的成形運(yùn)動(dòng)的總數(shù)只有兩個(gè)：復(fù)合的成形運(yùn)動(dòng)B11B12和簡(jiǎn)單的成形運(yùn)動(dòng)A2。2025/2/2367機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—非表面成形運(yùn)動(dòng)671、切入運(yùn)動(dòng)2、分度運(yùn)動(dòng)3、控制運(yùn)動(dòng)4、校正運(yùn)動(dòng)5、各種空行程運(yùn)動(dòng)2025/2/2368

機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)和復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)682025/2/2369

機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)和復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)69刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓錐螺旋線。分解為三部分：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B11、刀具縱向直線移動(dòng)A12和刀具橫向直線移動(dòng)A13。

B11和A12之間保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，用以保證導(dǎo)程；A12與A13之間也保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，用以保證錐度。2025/2/2370機(jī)床的運(yùn)動(dòng)—主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)70主運(yùn)動(dòng)：銑刀的旋轉(zhuǎn)B1，是一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：銑刀相對(duì)于工件的螺旋運(yùn)動(dòng)B21A22。是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。2025/2/2371機(jī)床的傳動(dòng)聯(lián)系和傳動(dòng)原理圖71機(jī)床的基本組成：1）運(yùn)動(dòng)源2）傳動(dòng)裝置

3）執(zhí)行件（主軸、刀架、工作臺(tái)）2025/2/2372機(jī)床的傳動(dòng)鏈外聯(lián)系傳動(dòng)鏈：聯(lián)系運(yùn)動(dòng)源和執(zhí)行件，使執(zhí)行件得到預(yù)定速度的運(yùn)動(dòng)，并傳遞一定的動(dòng)力。內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈：聯(lián)系復(fù)合運(yùn)動(dòng)之內(nèi)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)分量，因而傳動(dòng)鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件之間的相對(duì)速度及相對(duì)位移量有嚴(yán)格的要求，用來保證運(yùn)動(dòng)的軌跡。2025/2/2373傳動(dòng)原理圖2025/2/2374傳動(dòng)原理圖2025/2/2375傳動(dòng)原理圖2025/2/2376傳動(dòng)原理圖車削螺紋：

主軸通過機(jī)械傳動(dòng)1-2與脈沖發(fā)生器相聯(lián)系。主軸每一轉(zhuǎn)發(fā)出n個(gè)脈沖。經(jīng)3-4傳至數(shù)控系統(tǒng)的z軸（縱向）控制裝置ic1。根據(jù)程序的指令，使ic1的輸出脈沖為F1。經(jīng)5-6后，由伺服電動(dòng)機(jī)M1經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)件7-8，滾珠絲杠使刀架作縱向直線作縱向直線運(yùn)動(dòng)A12。B11A12是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。主軸每一轉(zhuǎn)，刀架縱向移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。2025/2/2377傳動(dòng)原理圖車削端面螺紋：

脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖經(jīng)類似的傳動(dòng)裝置9-10-ic2-11-12-M2-13-14-絲杠，使刀具作橫向移動(dòng)A13。這時(shí)B11A13是一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。2025/2/2378傳動(dòng)原理圖車削成形曲面：A12A13形成一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖同時(shí)控制A12和A13,A12-縱向絲杠-8-7-M1-6-5-ic1-4-3-脈沖發(fā)生器-9-10-ic2-11-12-M2-13-14-橫向絲杠-A13，形成一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，應(yīng)將B11改為B2。2025/2/2379傳動(dòng)原理圖車削圓柱面或端面：

B11、A12、A13是三個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，應(yīng)分別改為B1、A2和A3。ic1和ic2用以調(diào)整進(jìn)給量。2025/2/2380傳動(dòng)原理圖的方案比較2025/2/2381機(jī)床運(yùn)動(dòng)的調(diào)整計(jì)算找末端件：根據(jù)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析，確定各傳動(dòng)鏈兩端的末端件。例如，對(duì)于臥式車床的螺紋鏈來說，其末端件就是：主軸-刀架。

確定計(jì)算位移：根據(jù)傳動(dòng)鏈兩末端件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，確定計(jì)算位移量。仍以螺紋鏈為例，其相對(duì)計(jì)算位移量為：主軸轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)—刀架移動(dòng)s(mm)。2025/2/2382機(jī)床運(yùn)動(dòng)的調(diào)整計(jì)算列出運(yùn)動(dòng)平衡式：根據(jù)計(jì)算位移量以及相應(yīng)傳動(dòng)鏈中各個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)的傳動(dòng)比，列出運(yùn)動(dòng)平衡方程式。對(duì)于螺紋鏈來說，運(yùn)動(dòng)平衡方程式如下（參見圖1-16):

式中，i1和i2是固定的傳動(dòng)比，相當(dāng)于傳動(dòng)原理圖中的點(diǎn)4-5和點(diǎn)6-7間的傳動(dòng)比；ix是換置器官的傳動(dòng)比；tl是車床絲杠的導(dǎo)程（mm）,s是被加工螺紋導(dǎo)程。導(dǎo)出換置公式（調(diào)整規(guī)律）：根據(jù)運(yùn)動(dòng)平衡方程式，導(dǎo)出該傳動(dòng)鏈的換置公式，即解出運(yùn)動(dòng)平衡方程式中的ix:2025/2/2383第三章齒輪加工機(jī)床齒輪加工機(jī)床的工作原理和分類齒輪加工的方法：成形法、展成法

1、成形法2025/2/2384成形法加工齒輪成形法用與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具切削輪齒。圖a）是用盤形齒輪銑刀加工直齒齒輪。輪齒的表面是漸開線柱面。形成母線（漸開線）的方法是成形法。形成導(dǎo)線（直線）的方法是相切法，需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)：盤形齒輪銑刀的旋轉(zhuǎn)B1，銑刀沿齒坯的軸向移動(dòng)A2。兩個(gè)都是簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。圖b)為加工模數(shù)較大的齒輪，指狀銑刀。2025/2/2385母線：漸開線、成形法導(dǎo)線：直線、相切法母線形狀決定于：

對(duì)于模數(shù)m、壓力角α一定的一套齒輪，嚴(yán)格地，需每一齒數(shù)一把銑刀；事實(shí)上，又不可能每種齒數(shù)都有一把刀具。而是采用8把一套或15把一套的齒輪銑刀。每把可切幾個(gè)齒數(shù)的齒輪。例如5號(hào)刀可切26至34齒的齒輪。刀具齒形是按這個(gè)刀號(hào)能切的最小齒數(shù)制造的（如5號(hào)刀是按z=26的齒形制造的）。

成形法特點(diǎn)：精度低、生產(chǎn)率低、但方法簡(jiǎn)單。不需專門設(shè)備，適用于精度要求不高的單件、小批生產(chǎn)、修配行業(yè)。成形法加工齒輪2025/2/23862、展成法：展成法加工齒輪應(yīng)用齒輪嚙合的原理。切齒過程中，模擬某種齒輪副的嚙合過程，如交錯(cuò)軸齒輪副、齒輪-齒輪副、齒輪-齒條副等。把其中的一個(gè)做成刀具來加工另外一個(gè)。被加工齒的齒廓表面是在刀具和工件包絡(luò)（展開）過程中，由刀具切削刃的位置連續(xù)變化形成的。展成法加工齒輪的優(yōu)點(diǎn)：只要模數(shù)和壓力角相同，一把刀具可以加工任意齒數(shù)的齒輪。生產(chǎn)率和加工精度比較高。在齒輪加工中，展成法應(yīng)用最為廣泛。展成法加工齒輪

二、齒輪加工機(jī)床的類型2025/2/23872025/2/2388剃齒機(jī)加工示意圖2025/2/2389

目前應(yīng)用最多的是盤形剃齒刀，已標(biāo)準(zhǔn)化。盤形剃齒刀可看作是一個(gè)斜齒圓柱齒輪，在齒側(cè)面上做出許多小容屑槽以形成切削刃。切削時(shí)剃齒齒輪裝在心軸上，頂在機(jī)床工作臺(tái)上的兩頂針間，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)；剃齒刀裝在機(jī)床主軸上，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，所以剃齒刀和工件形成無側(cè)向間隙的螺旋齒輪嚙合。由于螺旋齒輪嚙合時(shí)，兩齒輪在接觸點(diǎn)的速度方向不一致，使齒輪的齒側(cè)面沿剃齒刀側(cè)面滑移，這個(gè)相對(duì)滑移速度就是切削速度。剃齒機(jī)加工§3-2滾齒機(jī)

滾齒原理:

滾齒加工是根據(jù)展成法（Generation）原理來加工輪齒的。齒輪滾刀加工齒輪的過程，相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合滾動(dòng)的過程（圖a）。將其中的一個(gè)齒數(shù)減少到一個(gè)或幾個(gè)，輪齒的螺旋傾角很大成為蝸桿（圖b），將其開槽并鏟背后，就成了齒輪滾刀（圖c）。當(dāng)機(jī)床使?jié)L刀和工件嚴(yán)格地按一對(duì)螺旋齒輪的傳動(dòng)關(guān)系作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可在工件上連續(xù)不斷地切出齒來。2025/2/2390

（一）

直齒圓柱齒輪齒面的加工及其傳動(dòng)原理圖2025/2/2391滾切直齒圓柱齒輪所需要的運(yùn)動(dòng)用滾刀加工直齒圓柱齒輪（Spurgear）必須具有以下兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：

形成漸開線（母線）所需的展成運(yùn)動(dòng)（B11,B12）形成導(dǎo)線所需的滾刀沿工件軸線的移動(dòng)（A2），如左圖所示。2025/2/2392滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切圓柱齒輪工作狀態(tài)和傳動(dòng)原理圖a)工作狀態(tài)及切削加工時(shí)所需運(yùn)動(dòng)b）傳動(dòng)原理圖2025/2/2393滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：滾刀與工件之間的嚙合運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)復(fù)合的表面成形運(yùn)動(dòng)。分解為兩個(gè)部分：滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B11和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)B12。B11和B12之間需要有一個(gè)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，用以保持B11和B12之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。設(shè)滾刀的頭數(shù)為K，工件齒數(shù)為z，則滾刀每轉(zhuǎn)1/K轉(zhuǎn)，工件應(yīng)轉(zhuǎn)1/z轉(zhuǎn)。展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)牵?/p>

滾刀-4-5-ix-6-7-工件。2025/2/2394滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：

展成運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力源相聯(lián)系的外聯(lián)系傳動(dòng)鏈：

電動(dòng)機(jī)-1-2-iv-3-4-滾刀。滾刀的旋轉(zhuǎn)是主運(yùn)動(dòng)。2025/2/2395滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：

滾刀作軸向的直線運(yùn)動(dòng)A2維持切削得以連續(xù)，A2是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)。工件轉(zhuǎn)速和刀架移動(dòng)速度之間的相對(duì)關(guān)系，會(huì)影響到齒面加工的表面粗糙度。滾齒機(jī)的進(jìn)給以工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)滾刀架的軸向移動(dòng)量計(jì)，單位為mm/r，可以把工作臺(tái)作為間接動(dòng)力源。進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)且粭l外聯(lián)系傳動(dòng)鏈：工件-7-8-if-9-10-刀架升降絲杠。2025/2/2396滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切直齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖1.展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（內(nèi)聯(lián)）：

滾刀-4-5-ix-6-7-工件。2.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）：

電動(dòng)機(jī)-1-2-iv-3-4-滾刀。3.進(jìn)給傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）：工件-7-8-if-9-10-刀架升降絲杠。

主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）2025/2/2397v:切削速度D：滾刀外徑展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（內(nèi)聯(lián)）展成運(yùn)動(dòng)是滾刀與工件之間的嚙合運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)復(fù)合的表面成形運(yùn)動(dòng)。滾刀—工件

1/K1/z(K為滾刀頭數(shù)，z為工件齒數(shù))2025/2/2398軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）

工件—刀架

1rsmm產(chǎn)生直線2025/2/23992025/2/23100注意：滾刀的安裝角必須使它們的螺旋方向準(zhǔn)確地和被加工齒輪輪齒方向相一致。δ：安裝角。ω：滾刀的螺旋升角。

滾刀的安裝

（三）斜齒圓柱齒輪齒面的加工及其傳動(dòng)原理圖2025/2/23101用右旋滾刀切斜齒時(shí)工件的附加轉(zhuǎn)動(dòng)方向2025/2/23102滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖滾切斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖

機(jī)床所需運(yùn)動(dòng)：a.

產(chǎn)生漸開線的展成運(yùn)動(dòng)：同直齒b.

產(chǎn)生螺旋線差動(dòng)運(yùn)動(dòng)：2025/2/23103滾切斜齒圓柱齒輪所需的運(yùn)動(dòng)滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)鏈2025/2/231041.展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（內(nèi)聯(lián)）：

滾刀-4-5-ix-6-7-工件。2.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）：

電動(dòng)機(jī)-1-2-iv-3-4-滾刀。3.進(jìn)給傳動(dòng)鏈（外聯(lián)）：工件-7-8-if-9-10-刀架升降絲杠。4.差動(dòng)傳動(dòng)鏈（內(nèi)聯(lián)）：絲杠-12-13-iy-14-15-i合-6-7-ix-8-9-工件滾切斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)原理圖

滾刀的安裝角（滾刀軸線與齒坯端面的夾角）：2025/2/23105a.

滾切直齒齒輪時(shí)，滾刀的安裝角等于滾刀螺旋升角b.

滾刀與齒輪螺旋線方向相同時(shí)：安裝角為工件螺旋角與刀具螺旋升角之差；c.

滾刀與齒輪螺旋線方向相反時(shí)：安裝角為工件螺旋角與刀具螺旋升角之和。滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)滾刀的安裝角思考題1、用簡(jiǎn)圖表示滾切直齒圓柱齒輪時(shí)滾刀和工件的安裝狀況，并標(biāo)出滾刀的安裝角及滾刀和工件所需的運(yùn)動(dòng)？2、比較直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪：①二種齒輪的發(fā)生線有何不同？②滾切這二種齒輪機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)有何不同？機(jī)床的傳動(dòng)鏈有何不同？2025/2/23106Y3150E型滾齒機(jī)

機(jī)床的用途和外形

用途：適合直齒、斜齒圓柱齒輪的加工。也可用于蝸輪、花鍵軸的加工。2025/2/231072025/2/231082025/2/231092025/2/231102025/2/231112025/2/23112Y3150E型滾齒機(jī)

機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)分析（結(jié)合傳動(dòng)原理圖）2025/2/231141.

主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：傳動(dòng)路線：2025/2/231151）

末端件：電機(jī)——滾刀2）

計(jì)算位移：1430rpmn刀3）

位移平衡式：4）

換置公式：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈

2025/2/23116傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：

傳動(dòng)路線：1）

末端件：滾刀——工件2）

計(jì)算位移：1/k——1/z運(yùn)動(dòng)平衡式：

2025/2/23117(1)

滾直齒：(2)

滾斜齒：e、f為“結(jié)構(gòu)性掛輪”

展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈合成機(jī)構(gòu)2025/2/231182025/2/23119取e=48f=24（24k/z太大，掛輪架的主動(dòng)輪太大）

取e=f=36（24k/z太小，掛輪架的被動(dòng)輪太大）取e=24，f=48展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈2025/2/231203、軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈

傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：

傳動(dòng)路線:

軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈2025/2/231211）

末端件：工作臺(tái)——刀架2）

計(jì)算位移：1轉(zhuǎn)——s位移平衡式：

軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈2025/2/231224、差動(dòng)傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式：傳動(dòng)路線：

差動(dòng)傳動(dòng)鏈2025/2/231231）

末端件：刀架——工件2）

計(jì)算位移：T——1r3）

位移平衡式：差動(dòng)傳動(dòng)鏈2025/2/23124關(guān)于差動(dòng)掛輪：差動(dòng)掛輪直接影響被加工齒輪螺旋角的精度，需具有很高精度。通常在加工成對(duì)的斜齒輪時(shí)，最好在同一臺(tái)機(jī)床上，采用同一套差動(dòng)掛輪進(jìn)行加工。使加工出來的兩個(gè)齒輪螺旋角完全一樣。這時(shí)，由于差動(dòng)掛輪傳動(dòng)比所造成的誤差并不影響齒輪的工作性能。差動(dòng)傳動(dòng)鏈5.刀架快速升降的傳動(dòng)路線

2025/2/23125刀架的快速移動(dòng)傳動(dòng)鏈換置器官的布置

以滾齒機(jī)為例，討論傳動(dòng)鏈換置器官的布置。一、外聯(lián)系傳動(dòng)鏈換置器官2025/2/23126主運(yùn)動(dòng)鏈換置器官的布置a)正確b）錯(cuò)誤

如把主運(yùn)動(dòng)鏈的換置器官iv置于公用段如圖b,則當(dāng)改變iv的傳動(dòng)比以改變滾刀轉(zhuǎn)速時(shí)，展成鏈的傳動(dòng)比也隨之而變。傳動(dòng)鏈換置器官的布置二、內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈換置器官滾齒機(jī)有兩條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈——展成鏈和差動(dòng)鏈，其換置器官分別為ix和iy。ix和iy可以布置在不同的位置上。下圖表示三種布置方案。2025/2/23127換置器官的布置例題一

已知滾刀的頭數(shù)為K,右旋，螺旋升角為β，被加工的直齒圓柱齒輪的齒數(shù)為Z工，滾刀的軸向進(jìn)給量為fmm/r。請(qǐng)回答下列問題：⑴滾刀軸心線的位置為什么要調(diào)整到與水平線相差一個(gè)角度？角度應(yīng)為多大？⑵若滾刀軸向進(jìn)給Amm時(shí)，工件與滾刀各轉(zhuǎn)了多少轉(zhuǎn)？2025/2/23128例題二

當(dāng)用頭數(shù)為K，右旋的滾刀去滾切齒數(shù)為Z工，螺旋線導(dǎo)程為Tmm的右旋斜齒圓柱齒輪時(shí)，若刀具軸向移動(dòng)距離和工件轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)如下表所示，問滾刀轉(zhuǎn)過多少轉(zhuǎn)？2025/2/23129刀具移動(dòng)距離工件轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)數(shù)刀具轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)數(shù)Smm/r1TmmT/s習(xí)

題切削加工時(shí)，機(jī)械零件表面是如何成形的？在機(jī)床上通過刀具刀刃和毛坯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)母線或?qū)Ь€，可以有哪幾種方法？舉例說明什么是表面成形運(yùn)動(dòng)、分度運(yùn)動(dòng)、切入運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)？什么叫簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)、復(fù)合運(yùn)動(dòng)？用相切法生成發(fā)生線時(shí)需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)是否就是復(fù)合運(yùn)動(dòng)？為什么？為什么在機(jī)床傳動(dòng)鏈中需要設(shè)置換置機(jī)構(gòu)？機(jī)床傳動(dòng)鏈的換置計(jì)算，一般可分為哪幾個(gè)步驟？在有差動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾齒機(jī)上，滾切一對(duì)相互嚙合、齒數(shù)不同的斜齒圓柱齒輪時(shí)，為什么可以使用同一套差動(dòng)掛輪？在Y3150E型滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，如果使用單頭右旋滾刀滾切齒數(shù)Z=35、螺旋線導(dǎo)程T=643mm的右旋斜齒輪，在選擇滾刀轉(zhuǎn)速n刀=125r/min，軸向進(jìn)給量f=1mm/r的條件下，回答下列問題∶（1）在加工時(shí)工件的實(shí)際轉(zhuǎn)速n工是多少？（2）如果脫開差動(dòng)掛輪，工件的轉(zhuǎn)速度n工是多少？2025/2/23130金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論總體設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主軸部件設(shè)計(jì)支承件、導(dǎo)軌設(shè)計(jì)2025/2/23131第四章金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述

機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求工藝范圍、柔性、與物流系統(tǒng)的可親性、剛度、精度、噪聲、生產(chǎn)率和自動(dòng)化、成本、生產(chǎn)周期、可靠性、造型與色彩2025/2/23132第三章金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)機(jī)床設(shè)計(jì)步驟一、總體設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)：用途、生產(chǎn)率、性能指標(biāo)、主要參數(shù)驅(qū)動(dòng)方式、成本及生產(chǎn)周期總體方案設(shè)計(jì)：運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇總體方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化2025/2/23133二、詳細(xì)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設(shè)計(jì)、分析計(jì)算或優(yōu)化施工設(shè)計(jì)：零件圖設(shè)計(jì)、商品化設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文檔

三、機(jī)床整機(jī)綜合評(píng)價(jià)2025/2/23134

第二節(jié)金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理精度剛度抗振性熱變形噪聲低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性2025/2/23135

精度幾何精度：機(jī)床空載條件下，不運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)

各主要部件的形狀、相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的

精確程度運(yùn)動(dòng)精度：機(jī)床空載并以工作速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要零部件

的幾何位置精度傳動(dòng)精度：機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和均勻性定位精度工作精度精度保持性:主要影響因素是磨損2025/2/23136剛度機(jī)床抵抗變形的能力

K:機(jī)床剛度（N/μm)F：作用在機(jī)床上的載荷（N）y：在載荷作用下，機(jī)床或零部件的變形(μm)137抗振性受迫振動(dòng)：機(jī)床及其零部件都是彈性系統(tǒng)，當(dāng)受到隨時(shí)間變化的外力、位移、速度或加速度等激振作用時(shí)，產(chǎn)生振動(dòng)。自激振動(dòng)：在沒有周期性外力的作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)及反饋的相互作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定的周期性振動(dòng)。振動(dòng)影響因素：機(jī)床的剛度、阻尼特性、固有頻率2025/2/23138機(jī)床噪聲機(jī)械噪聲：一般速度增加一倍噪聲增6db

載荷增加一倍噪聲增加3db液壓噪聲電磁噪聲空氣動(dòng)力噪聲2025/2/23139低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)件勻速運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)件速度不均勻地跳躍式運(yùn)動(dòng)，即時(shí)走時(shí)?；驎r(shí)快時(shí)慢的現(xiàn)象，稱為爬行。摩擦自激振動(dòng)現(xiàn)象。原因：動(dòng)靜摩擦系數(shù)的差異及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度不足2025/2/23140進(jìn)給傳動(dòng)的力學(xué)模型

1、主動(dòng)件2、進(jìn)給系統(tǒng)3、被動(dòng)件4、支承導(dǎo)軌機(jī)床系列型譜的制定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì)2025/2/23141第三節(jié)總體設(shè)計(jì)機(jī)床系列型譜的制定2025/2/23142第三節(jié)總體設(shè)計(jì)機(jī)床系列型譜的制定：表3-1

2025/2/23143機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì)工藝分析選取坐標(biāo)系

X、Y、Z、A、B、C

輔助軸：U、V、W、E、D寫出機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能式：運(yùn)動(dòng)功能式表示機(jī)床的運(yùn)動(dòng)個(gè)數(shù)、

形式、功能及排列順序，如：車床W/Cp,Zf,Xf/T畫出機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能圖：圖3-5、圖3-6繪制機(jī)床傳動(dòng)原理圖2025/2/231442025/2/23145運(yùn)動(dòng)功能圖形符號(hào)a)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)b)直線運(yùn)動(dòng)2025/2/23146機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì):如銑床W/Xf,Zf,Yf,Cp/T結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)：立式、臥式、斜置式

圖3-9機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計(jì)：圖3-10

2025/2/23147大型組合機(jī)床12025/2/23148大型組合機(jī)床22025/2/231492025/2/23150機(jī)床結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖2025/2/23151圖3-10機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案圖a)升降臺(tái)銑床b)立式銑床c）立式鉆床d)臥式鏜銑床e）車削中心機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì)機(jī)床主要參數(shù)：尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)、動(dòng)力參數(shù)

1、尺寸參數(shù)2025/2/23152如搖臂鉆床：機(jī)床主要參數(shù)的設(shè)計(jì)1、尺寸參數(shù)2025/2/23153如搖臂鉆床：主參數(shù)——最大鉆孔直徑第二主參數(shù)——最大跨距?

其他——主軸端到底座工作臺(tái)面最大H，主軸工作行程h。上述主要結(jié)構(gòu)尺寸定后，就限制了被加工零件的尺寸。2、運(yùn)動(dòng)參數(shù)1)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)

n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min);v—切削速度(m/min);d—工件（或刀具）直徑（mm）.確定nmin和nmax2025/2/23154

v—與刀具及工件材料、進(jìn)給量、切深有關(guān)。注意：dmax和dmin為實(shí)際使用的情況下采用vmin或vmax時(shí)常用的d值中的極限值。2025/2/23155分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列

某機(jī)床主軸有z級(jí)轉(zhuǎn)速：n1、n2、n3、…nj、nj+1、…、nz

加工時(shí)的最有利的切削速度V，相應(yīng)轉(zhuǎn)速n,一般有：

nj＜n＜nj+1例：數(shù)控立式銑床XK5040，用直徑為40mm銑刀加工某工件時(shí)，最佳切削速度v=140m/min,選用主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，二種比較接近的情況：

2025/2/23156

為避免刀具磨損過快，選擇nj=1000r/min,產(chǎn)生切削速度損失：v-vj。2025/2/23157若Amax為一定值，對(duì)通用機(jī)床而言，轉(zhuǎn)速損失或生產(chǎn)率損失則可控制在一定范圍內(nèi)。

2025/2/23158即機(jī)床的轉(zhuǎn)速應(yīng)按等比數(shù)列分級(jí)，可控制生產(chǎn)率損失。等比數(shù)列同樣適用與往復(fù)主運(yùn)動(dòng)、尺寸、功率參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列2025/2/23159φ為2或10的某次方根，表3-2，表3-3便于采用雙速電機(jī)；便于記憶。2025/2/23160表3-5標(biāo)準(zhǔn)公比φ2025/2/23161標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列2025/2/23162例：根據(jù)表3-3，查轉(zhuǎn)速數(shù)列。公比的選用

交換齒輪變速：既可滿足相對(duì)轉(zhuǎn)速損失少，又可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。2025/2/23163變速范圍Rn,公比φ和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z的關(guān)系2)進(jìn)給量的確定3)變速形式與驅(qū)動(dòng)方式的選擇

變速范圍：2025/2/23164動(dòng)力參數(shù)主運(yùn)動(dòng)電機(jī)功率的確定P切：消耗于切削的功率，有效功率（KW）P空：空載功率（KW）P輔：機(jī)械摩擦損耗功率（KW）2025/2/23165動(dòng)力參數(shù)1、P空的計(jì)算2、P切的計(jì)算3、

P輔的計(jì)算η床為機(jī)床總機(jī)械效率。主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常，η床＝0.7～0.85;主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，η床＝0.6～0.70。第四節(jié)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)種類：交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)分級(jí)變速傳動(dòng)、無級(jí)變速傳動(dòng)主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式：集中傳動(dòng)（圖3-11）分離傳動(dòng)（圖3-12）分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)2025/2/231662025/2/23167銑床主變速傳動(dòng)系統(tǒng)圖2025/2/23168分離傳動(dòng)主變速傳動(dòng)系統(tǒng)圖圖3-12分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)擬定轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)式（圖3-13）轉(zhuǎn)速圖表示：主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)路線；傳動(dòng)組，傳動(dòng)副數(shù)；傳動(dòng)組級(jí)比指數(shù)。主動(dòng)軸上同一點(diǎn)，傳往被動(dòng)軸相鄰兩連線與被動(dòng)軸交點(diǎn)之間相距的格數(shù)，上例：Xa=1,Xb=3,Xc=6.級(jí)比：傳動(dòng)組內(nèi)相鄰兩傳動(dòng)比之比稱級(jí)比。級(jí)比指數(shù)：傳動(dòng)組內(nèi)相鄰兩傳動(dòng)比相距的格數(shù)稱級(jí)比指數(shù)2025/2/231692025/2/23170臥式車床主變速傳動(dòng)系統(tǒng)圖和轉(zhuǎn)速圖a)傳動(dòng)系統(tǒng)圖b)轉(zhuǎn)速圖2025/2/23171轉(zhuǎn)速圖表示基本組和擴(kuò)大組.

基本組:傳動(dòng)組的級(jí)比指數(shù)為1。前例：Xa=1=Xo,Pa=Po=3Xb=Xa×Pa=1×3=3Pb=2Xc=Xb×Pb=3×2=6

即Xi=Xi-1×Pi-1——級(jí)比規(guī)律傳動(dòng)組變速范圍：

——即傳動(dòng)組中最大與最小傳動(dòng)比的比值

Ri=(umax)i/(umin)i

結(jié)構(gòu)式：如：12=31×23×26常規(guī)傳動(dòng)系統(tǒng)或多軸乘積式傳動(dòng)系統(tǒng)。主變速傳動(dòng)系設(shè)計(jì)的一般原則傳動(dòng)副前多后少。例外：圖3-15傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致（圖3-14）變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。降速時(shí):umin≥1/4——以防被動(dòng)齒輪太大升速時(shí):umax≤2——以防過大的震動(dòng)、噪聲（斜齒輪umax≤2.5）則Rmax=(umax/umin)≤8~102025/2/231722025/2/23173圖3-14二種12級(jí)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速圖a)12=31×

23×26b)12=32×21×262025/2/23174圖3-15臥式車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖及轉(zhuǎn)速圖a)傳動(dòng)系統(tǒng)圖b)轉(zhuǎn)速圖CA6140動(dòng)畫\運(yùn)動(dòng).avi，CA6140動(dòng)畫\裝配.avi2025/2/23175擬定轉(zhuǎn)速圖的步驟

以X62W銑床主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖為例，具體說明它的設(shè)計(jì)步驟。機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速范圍為30～1500r/min,轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=18,公比φ=1.26，電機(jī)轉(zhuǎn)速n0=1450r/min，設(shè)計(jì)步驟如下：1、確定變速組的數(shù)目2、確定變速組的排列方案3、確定基本組和擴(kuò)大組4、分配降速比5、畫出各變速組其它連線6、畫出全部連線主變速傳動(dòng)系的幾種特殊設(shè)計(jì)具有多速電機(jī)（圖3-16）具有交換齒輪（圖3-17）采用公用齒輪（圖3-11）2025/2/231762025/2/23177圖3-16多刀半自動(dòng)車床主傳動(dòng)系統(tǒng)a)傳動(dòng)系統(tǒng)圖b)轉(zhuǎn)速圖2025/2/23178圖3-17具有交換齒輪的主傳動(dòng)系統(tǒng)a)傳動(dòng)系統(tǒng)圖b)轉(zhuǎn)速圖最大變速范圍最后擴(kuò)大組：Rj=Φz(mì)/2,Rj≤8=1.416=1.269主變速系統(tǒng)

的變速范圍

：

Rnmax=1.4111≈45Rnmax=1.2617≈50通用機(jī)床變速范圍：140～200，甚至超過200

2025/2/23179擴(kuò)大傳動(dòng)系變速范圍的方法增加變速組：圖3-18采用背輪機(jī)構(gòu)：圖3-19，圖3-12采用雙公比傳動(dòng)系：圖3-20采用分支傳動(dòng)：圖3-152025/2/231802025/2/23181圖3-18增加變速組以擴(kuò)大變速范圍2025/2/23182合理的背輪機(jī)構(gòu)圖3-19不合理的背輪機(jī)構(gòu)2025/2/23183圖3-20采用雙公比的轉(zhuǎn)速圖常規(guī)：16=22×21×24×28雙公比：16=22×25×24×282025/2/23184齒輪齒數(shù)的確定齒輪齒數(shù)的確定齒輪可套裝在軸上的條件：圖3-21最小齒輪齒數(shù)：zmin≥18～20三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4：圖3-13a實(shí)際傳動(dòng)比與理論傳動(dòng)比之間的轉(zhuǎn)速誤差：

(n'-n)/n≤±10（φ-1)％

n'—主軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速

n—主軸的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速

φ—公比2025/2/23185圖3-21齒輪壁厚齒輪的結(jié)構(gòu)2025/2/23186整體多聯(lián)齒輪齒輪的結(jié)構(gòu)拼裝多聯(lián)齒輪2025/2/23187雙片直齒輪錯(cuò)齒間隙消除機(jī)構(gòu)P117齒輪的結(jié)構(gòu)滑移齒輪的倒角2025/2/23188齒輪太窄或太寬時(shí)的處理齒輪在軸上的定位2025/2/231892025/2/23190計(jì)算轉(zhuǎn)速機(jī)床的功率扭矩特性主運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變速機(jī)構(gòu)，輸出扭矩與轉(zhuǎn)速成反比，基本上是恒功率的計(jì)算轉(zhuǎn)速：傳遞全功率的最低轉(zhuǎn)速。例：圖3-13主軸的功率扭矩特性圖變速箱內(nèi)傳動(dòng)件的空間布置與計(jì)算各傳動(dòng)軸的空間布置：圖3-23、圖3-24各傳動(dòng)軸的軸向固定：圖3-25、圖3-26

、圖3-27各傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算：按扭轉(zhuǎn)剛度估算軸的直徑按彎曲剛度驗(yàn)算軸的直徑2025/2/231912025/2/23192圖3-23臥式車床主軸箱橫截面圖2025/2/23193圖3-24臥式車床主軸箱展開圖2025/2/23194圖3-25臥式銑床變速箱2025/2/23195a)襯套和端蓋固定孔臺(tái)和端蓋固定彈性擋圈和端蓋固定兩個(gè)彈性擋圈固定軸承外圈上的擋圈另一端結(jié)構(gòu)圖3-26傳動(dòng)軸一端固定的幾種方式2025/2/23196圖3-27傳動(dòng)軸兩端固定的幾種方式a)用調(diào)整螺釘b、c)用調(diào)整墊2025/2/23197傳動(dòng)軸的估算和驗(yàn)算傳動(dòng)軸必須保證具有足夠的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度。彎矩對(duì)軸的影響①裝在軸上的齒輪會(huì)因傾角過大而使齒面的壓強(qiáng)分布不均，產(chǎn)生不均勻磨損和加大噪聲；②使?jié)L動(dòng)軸承內(nèi)、外圈產(chǎn)生相對(duì)傾斜，影響軸承使用壽命。扭矩對(duì)軸的影響：如果軸的扭轉(zhuǎn)剛度不夠，則會(huì)引起傳動(dòng)軸的扭振。設(shè)計(jì)時(shí)：①按扭轉(zhuǎn)剛度估算傳動(dòng)軸的直徑②結(jié)構(gòu)確定之后，定出軸的跨距，再按彎曲剛度進(jìn)行驗(yàn)算。無級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)無級(jí)變速裝置的分類變速電動(dòng)機(jī)機(jī)械無級(jí)變速裝置液壓無級(jí)變速裝置無級(jí)變速主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)原則選擇功率和扭矩特性符合傳動(dòng)系要求的無級(jí)變速裝置無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速箱串聯(lián)使用圖3-282025/2/231982025/2/23199機(jī)床主軸變速范圍Rn

無級(jí)變速裝置變速范圍Rd,機(jī)械分級(jí)變速箱變速范圍Rf,則

Rf=Rn/Rd=φfZ-1

Z—變速級(jí)數(shù)

φf—變速箱公比

圖3-28無級(jí)變速分級(jí)變速箱轉(zhuǎn)速圖數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)特點(diǎn)（一）、主傳動(dòng)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速直流電機(jī)：調(diào)壓、調(diào)磁改變主軸轉(zhuǎn)速。高速將引起電刷產(chǎn)生火花，限制了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和調(diào)速范圍。早期數(shù)控機(jī)床應(yīng)用較多。交流電機(jī)：通過調(diào)頻變速。無電刷，最高轉(zhuǎn)速不受火花限制，應(yīng)用廣。2025/2/23200數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)特點(diǎn)（二）、電機(jī)和主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì)取變速箱的公比φf等于電機(jī)的恒功率調(diào)速范圍RdN,即φf=RdN:RnN=φfZ-1RdN=φfZ

Z=lgRnN/lgφf

若φf＞RdN,變速級(jí)數(shù)少，可簡(jiǎn)化變速箱結(jié)構(gòu)

Z=1+(lgRnN-lgRdN)/lgφf

圖3-30，圖3-31，圖3-32若φf＜RdN,則功率特性曲線和轉(zhuǎn)速均有重合2025/2/232012025/2/23202圖3-30主軸箱展開圖1-齒輪2-錐杯3-軸2025/2/23203圖3-32轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖a)主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖b)主軸功率特牲圖圖3-31傳動(dòng)系統(tǒng)圖例3-3某數(shù)控機(jī)床，主軸最高轉(zhuǎn)速nmax=3550r/min,最低轉(zhuǎn)速nmin=14r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=180r/min,采用直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率為28KW，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4400r/min,額定轉(zhuǎn)速為1750r/min,設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱的主傳動(dòng)系。解：主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為

Rnp=3550/180=19.72

電動(dòng)機(jī)可達(dá)到的恒功率調(diào)速范圍為

Rdp=4400/1750=2.5,

取φf=2<Rdp,∵Z=1+(lgRnp-lgRdp)/lgφf∴Z=3.98,取Z=4.2025/2/23205圖3-33轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速圖b)主軸功率特性圖

2025/2/23206圖3-34主傳動(dòng)系統(tǒng)圖2025/2/23207CINCINNATI10HC主傳動(dòng)系統(tǒng)展開圖2025/2/23208THM6350主傳動(dòng)系統(tǒng)展開圖2025/2/23209（三）數(shù)控機(jī)床的高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)（四）數(shù)控機(jī)床的采用部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（五）數(shù)控機(jī)床的柔性化、復(fù)合化（六）虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)第五節(jié)進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動(dòng)系用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)系的組成：動(dòng)力源、變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)、過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和執(zhí)行件等。變速機(jī)構(gòu)：交換齒輪變速、滑移齒輪變速、齒輪離合器變速、機(jī)械無級(jí)變速和伺服電動(dòng)機(jī)變速等。運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)用來轉(zhuǎn)換傳動(dòng)路線，常采用離合器。過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)：常用的有牙嵌離合器、片式安全離合器、脫落蝸桿等。2025/2/23210進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求具有足夠的靜剛度和動(dòng)剛度；具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)不爬行，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，靈敏度高；抗振性好，不會(huì)因摩擦自振而引起傳動(dòng)件的抖動(dòng)或齒輪傳動(dòng)的沖擊噪聲；具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和定位精度要高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和裝配工藝性好。調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。2025/2/23211機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)給傳動(dòng)是恒扭矩傳動(dòng)進(jìn)給傳動(dòng)系中各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速進(jìn)給傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖為前疏后密結(jié)構(gòu)進(jìn)給傳動(dòng)的變速范圍進(jìn)給傳動(dòng)系速度低，受力小，消耗功率小，齒輪模數(shù)較小，因此，進(jìn)給傳動(dòng)系變速組的變速范圍可取比主變速組較大的值，即1/5<u進(jìn)<2.8，變速范圍Rn<14。為縮短進(jìn)給傳動(dòng)鏈，減小進(jìn)給箱的受力，提高進(jìn)給傳動(dòng)的穩(wěn)定性，進(jìn)給系的末端常采用降速很大的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如蝸桿蝸輪、絲杠螺母、行星機(jī)構(gòu)等。2025/2/23212機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)給傳動(dòng)系采用傳動(dòng)間隙消除機(jī)構(gòu)快速空程傳動(dòng)的采用微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的采用常用的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)中最小進(jìn)給量大于1μm的機(jī)構(gòu)有蝸桿傳動(dòng)、絲杠螺母、齒輪齒條傳動(dòng)等，適用于進(jìn)給行程大、進(jìn)給量、進(jìn)給速度變化范圍寬的機(jī)床；小于1μm的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有彈性力傳動(dòng)、磁致伸縮傳動(dòng)電致伸縮傳動(dòng)、熱應(yīng)力傳動(dòng)等。都是利用材料的物理性能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、位移量小、行程短。2025/2/23213軋機(jī)軋輥微量進(jìn)給示意圖壓電陶瓷元件1在電場(chǎng)作用下伸縮，使機(jī)架2產(chǎn)生彎曲變形，改變軋輥3之間的距離?？刂茐弘娞沾稍耐饧与妷?，就可以微量控制軋輥間的距離（可達(dá)0.lμm）.2025/2/23214電致伸縮微量進(jìn)給1一壓電陶瓷元件2一機(jī)架3一軋輥電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分類按有無檢測(cè)和反饋裝置分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)2025/2/23215開環(huán)伺服系統(tǒng)式中Q—脈沖當(dāng)量（mm);α—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角(°);L—滾珠絲杠的導(dǎo)程(mm);u—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)至傳動(dòng)絲杠之間的傳動(dòng)比。2025/2/23216

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部件電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成。伺服驅(qū)動(dòng)部件如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直線伺服電機(jī)等，機(jī)械傳動(dòng)部件如齒輪、滾珠絲杠螺母等。其功能是控制機(jī)床各坐標(biāo)軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。2025/2/23217電氣伺服進(jìn)給傳動(dòng)系中的機(jī)械傳動(dòng)部件機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)最佳降速比的確定齒輪傳動(dòng)間隙的消除滾珠絲杠及其支承絲杠的拉壓剛度計(jì)算滾珠絲杠螺母副間隙消除和預(yù)緊滾珠絲杠的預(yù)拉伸2025/2/23218齒輪傳動(dòng)間隙的消除2025