3-2金属切削机床设计的基本理论

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1、第二节金属切削机床设计的基本理论机床不同于一般的机械，它此在刚度、精度及运动特性方面有其特殊要求。下面简单介绍一下与上述特性相关的一些基础理论概念。、精度加工中保证被加工工件达到要求的精度和表面粗糙度，并能在机床长期使用中保持这些要求，机床本身必须具备的精度称为机床精度。各类机床按精度可分为在设计阶段主要从机床的精度分配、以上三种精度等级的机床均有相应的精度标准,其允差若以普通级为1,则大致元件及材料选择等方面来提高机床精度。1.几何精度几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的基本指标。它主要决定于结构设

2、计、制造和装配质量。2.运动精度对于高速精密机床，运动精度是评价机床质量的一个重要指标。它与结构设计及制造等因素有关。1.传动精度影响传动精度的主要因索是传动系统的设计，传动元件的制造和装配精度。4.定位精度定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形位精度。机床构件和进给控制系统的精度、刚度以及其动态特性，机床测量系统的精度都将影响机床定位精度。5.工作精度O工作精度是各种因素综合影响的结果，包括机床自身的精度、刚度、热变形和刀具、工件的刚度及热变形等。6・精度保持性。影响精度保持性的主要因素是磨损。磨损的影响因素

3、十分复杂,如结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护、使用条件等。二、刚度（一）概述作用在机床上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等。按照载荷的性质不同，可分为静载荷和动载荷,即不随时间变化或变化极为缓慢的力称静载荷，如重力、切削力的静力部分等。凡随时间变化的力如冲击振动力及切削力的交变部分等称动态力。故，后者是抗振性的一部分。（二）整机刚度机床是由许多构件结合而成的,在载荷作用下各构件及结合部都要产生变形，这些变形直接或间接的引起刀具和工件之间相对位移，这个位移的大小代表了机床的整机刚

4、度。因此，机床整机刚度不能用某个零、部件的刚度评价，而显然，刀具和工件间的相对位移影响加工精度，同时静刚度对机床抗振性、生产率等均有影响。因此，在机床设计中对如何提高其刚度是十分重视的。国内外对结构刚度和接触刚度做了大量的研究工作。在设计中即要考虑提高各部件刚度，同时也要考虑结合部刚度及各部件间刚度匹配。各个部件和结合部对机床整机刚度的贡献大小是不同的，设计中应进行刚度的合理分配或优化。三、抗振性机床抗振性指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。它包括两个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。前者有时习惯

5、上称之为抗振性，后者常称为切削稳定性。nY；（一）受迫振动III机床受迫振动的频率与振源激振力的频率相同，振幅与激振力大小及机床阻尼比有关。当激振频率与机床的固有频率接近时，机床将呈现“共振”现象，使振幅激增，加工表面的粗糙度也将大大增加。机床是由许多零、部件及结合部组成的复杂振动系统，它属于多自由度系统，具有多个固有频率。在其中某一个固有频率下自由振动时，各点振幅的比值称为主振型对应于最低固有频率的主振型称为一阶主振型，依次有二阶、三阶……等阶主振型。机床的振动乃是各阶主振型的合成。一般只需要考虑对机床性能影响

6、最大的几个低阶振型，如整机摇摆、一阶弯曲、扭转等振型，即可较准确地表示机床实际的振动。（二）自激振动它在切削过程中出现，由切削过程和机床结构动态特性之间的相互作用而产生的，其频率与机床系统的固有频率相接近。自激振动一旦出现,它的振幅由小到大增加很快。在一般情况下，切削用量增加，切削力愈大，自激振动就愈剧烈。但切削过程停止，振动立即消失。故自激振动也称为切削稳定性。（三）振动影响因素机床振动会降低加工精度、工件表面质量和刀具耐用度，影响生产率并加速机床的损坏，而且会产生噪声，使操作者疲劳等。故提高机床抗振性是机床设

7、计中一个重要课题。影响机床振动的主要原因有:热变形（一）概述因不同材料的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同,导致机床产生热变形。它不仅会破坏机床的原始几何精度,加快运动件的磨损，甚至会影响正常运转。特别对精密机床、大型机床、自动化机床、数控机床等，热变形的影响尤其不能忽视。III（二）热平衡的温度场O机床各部份机床工作时一方面产生热量，另一方面又要向周围发散热量，如果机床热源单位时间产生的热量一定，由于开始时机床的温度较低,与周围环境之间的温差小，散出的热量少，机床温度升高较快。随着机床温度的升高，温差加大，散

8、热增加，所以机床温度的升高将逐渐减慢。当达到某一温度时，单位时间内发热量等于散出的热量，即达到了热平衡。温度不可能相同，热源处最高，离热源越远则温度越低，这就形成了温度场。通常，温度场是用等温曲线来表示。通过温度场可分析机床热源并了解热变形的影响。在设计机床时应特别注意机床内部热源的影响。五、噪声（一）概述物体振动是产生噪声的源泉。机床工作时各种振动频率不同，振幅也不同，