实战大师教你如何开始设计一台机床？

我们做任何事情的起点必然指向终点，也就是目标。种庄稼要先思考，是在有限的土地上生产更多的粮食，保证让更多的人不挨饿，还是种植更稀有的经济作物以谋求更高的经济收入，或者是种植不需要很多的人工打理的作物以解放自己的劳动力，以便将其投入到更有价值的事情上去。准备晚餐就要思考，是一个拾破烂的老人准备给她收养了几十个嗷嗷待哺的病残孤儿们的呢，还是一个想要夺回自己呕心沥血创造的财富的商人准备给魔都元老院的法官们的。喝酒就要思考，我们是想用口袋里最后一卷毛票弄些高度散装白酒放倒不想继续装B的自己呢，还是要用一瓶预先加了佐料的昂贵的法国红酒放倒那个很能装B的妞。

当然，我们设计一台机床也是这样，首先要思考的是要用这台机床干什么用，它能否加工我们预先设定的那一类工件，也就是“能”的问题，这常常包含着三个要求，加工尺度范围、加工精度及加工效率。大壮他爹在这里会以自己的设计时思维方式及工作习惯，用几篇文章依次探讨这些问题。

显而易见，要首先考虑尺度的问题。也就是要设计一台多大的机床。我们往往要凭借见识、经验、心目中的优缺点比较表格、重要功能部件的采购价格及获取难度以及自己及企业拥有的技术积淀和制造能力选定一种机型。以一台车床为例，我们要预先做个决定，是采用平床身的还是斜床身的，卧车还是立车，走刀还是走心等。然后根据经验初步选定重要功能部件，比如用线轨的话，用25的还是45的，刀架是立式的还是卧式的，液压的还是伺服的，50中心高的还是125中心高的，等等。需要说明，这些选定都是初步预选，基本上没有经过认真计算验证，很可能会在设计过程中发生变更，不要怕，这一步要先定一些东西，给自己对自己拍砖建立一个目标就可以了。然后我们就要根据这些选定的功能部件绘制一些草图。例子如下图：

请记住，设计的过程是个痛苦的不断否地自己的过程，只要方向正确，方法得当，否定得越多，更改得越多，你离真理的距离就会越近。

上面谈到机床设计的起点是机床关进尺寸及形成范围的估计，另一个几乎同等重要的问题就是切削力的估算，这个切削力是我们下一步计算电机功率，选定丝杠导轨规格及重要的轴承种类及规格以及评估及验证机床结构件承载能力的必要前提。

这个里的估算有很多的方法，在这里大壮他爹推荐一个快捷并且可靠地方法。这个方法的核心是“特定切削力”，也就是在金属上切削下1mm*1mm截面的切屑所需要的力。这个力对于不同的金属材料是不一样的，一般的范围如下：ISO分类P类钢材，1400~3100N/mm2；ISO分类K类铸铁，790~1350N/mm2；ISO分类M类不锈钢1400~3100N/mm2；ISO分类N类有色金属，350~700N/mm2；ISO分类S类钛合金及耐热合金，1300~3100N/mm2；ISO分类H类淬硬钢，2550~4870N/mm2。可以看到，切削钢尤其是淬硬钢需要最大的力。如果我们设计的机床没有预先设定仅仅加工特定种类的金属材料，只需要记住一个数字就可以了，这个数字是5000N/mm2，也就是说，切削下来一条一平方毫米截面积的一小条切屑，需要500kg的力，如果我们期待的切屑截面积更大，也就是说希望采用更大的背吃刀量和更快的每转或每刃进给率，我们就需要用这个特定切削力乘以切屑横截面积。考虑到这个数据还要受到诸如刀具形状及前角倾角等的影响，再乘上一个安全系数1.5是我常用的方法。

这个切削力计算出来以后，设计的很多地方都需要，比如用于选定主电机功率。在此，留几道思考题，能回答出来的小盆友会收到大壮他爹提供的意想不到的礼物。

思考题：

1、如果希望车床采用5mm背吃刀量，进给率0.5mm每转，车削工件直径200mm，主轴转速350转每分，我们需要一个多大的主轴电机？

2、送大家一道题，主轴转速选择350转每分的依据是什么？我们要用什么样的刀具才合适？

3、推荐一款刀具（刀柄及刀片型号）给这个切削应用，理由是什么？

4、有一些软件可以提供切削力及切削功率的计算，你知道或者用过哪一种？发个计算过程的截图过来。