机械加工设备课件第二章

第二章 机床总体设计 Total Design of Machine tools

第一节 概述

一、机床设计的基本要求1.工艺范围 工艺范围：是指机床适应不同生产要求的能力，也可称之 为机床的加工功能。可加工的工件类型 加工方法

内 容

加工表面形状 材料、毛坯类型 工件和加工尺寸范围

工艺范围主要取决于生产模式，如大批大量生产、工 序分散的生产模式。

工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造 成本、加工效率和自动化程度，甚至影响机床的加工精度。 结论 机床的工艺范围要合适。在综合考虑上述因素的基础 上，尽可能增加机床的工艺范围。 2.柔性结构柔 机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力。 性柔性

功能柔 性

结构柔性指的是在不同时期，机床各部件经过重新组 合，即通过机床重构，改变其功能，形成新的加工功能， 以适应产品更新变化快的要求。 功能柔性是指一台机床的工艺范围相当于多台机床的 工艺范围，即机床的运动功能和刀具数目较多，工艺范围 较广，机床能够在同一时期内完成多品种加工的能力。 3.与物流系统的可接近性(Accessibility) 可接近性是指机床与物流系统之间进行物料(工件、 刀具、切屑等)流动的方便程度。 普通机床——人工进行物料流动，要求机床的使用、 操作、清理和维护方便和安全。

自动化制造系统——采用传送带、自动换刀系统和自 动排屑系统等装置自动进行物料流动，要求机床的结构便 于物料的自动流动，可靠性好。 4.刚度 刚度是指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具 相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。静态刚度

刚度

动态刚度

5.精度

热态刚度

要保证加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床 必须具有更高的精度要求。

机床本身的精度 精度

几何精度 运动精度 传动精度

定位精度等 工作精度(加工精度)

6.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。

对于机床允许的噪声，相应机床检验标准都有规定。7.生产率 机床生产率是指单位时间内所能加工的工件数量。

生产率是衡量生产技术的先进性、生产组织的合理 性和工人劳动积极性的重要指标之一。 8.自动化 机床的自动化程度越高，加工精度的稳定性越好， 还可以有效地降低工人的劳动强度，大大地提高劳动生产 率。 9.成本 成本概念应贯穿在产品的整个生命周期内，应尽可能在 保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。 10.生产周期生产周期是衡量产品市场竞争力的重要指标，为了快 速响应市场需求变化，应尽可能

缩短机床的生产周期。因 此要尽可能采用现代设计方法，缩短新产品的开发周期； 尽可能采用现代制造和管理技术，缩短制造周期。

11.可靠性 应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内， 完成规定的加工功能时，有较高的无故障运行率。 12.造型与色彩 应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按 照人因工程学的要求，进行机床的外观造型与色彩设计， 做到简洁明快、美观大方、宜人性好。 二、机床设计方法 CAD和CAE(Computer Aided Engineering,)已在 机床设计的各个阶段得到了应用，改变了传统的经验设计 方法，使机床设计由传统的人工设计向计算机辅助设计、 由定性设计向定量设计、由静态和线性分析向动态和非线 性分析、由可行性设计向最佳设计过渡。

机床的设计方法由产品类型而定。通用机床采用系列 化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其它属变 型设计类型。有些机床，如组合机床属组合设计类型。 三、机床设计步骤 机床的类型和要求不同，设计步骤也不同。在初步设 计阶段提供的技术设计任务书的基础上，机床技术设计阶 段的主要内容和步骤有：

(一)确定结构原理方案机床结构原理方案的主要内容包括： (1)用途 即机床的工艺范围。 (2)生产率 包括工件的类型、批量及生产率。 (3)性能指标 工件所要求的精度(用户订货设计)或 机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。 (4)主要参数 即确定机床的加工空间和主要参数。

(5)驱动方式 驱动方式的确定不仅与机床的成本有关， 还将直接影响传动方式的确定。 普通电动机驱动驱动 方式 电动机驱动 液压驱动

步进电动机驱动 伺服电动机驱动

(6)结构原理 明确主要零部件应满足的要求和结构原 理，必要时还需进行草图设计，确定关键零部件自制还是 外协。 (7)成本及生产周期 无论是订货还是工厂规划产品，都 应确定成本及生产周期方面的指标。 (二)总体设计 (三)结构设计

设计机床的传动系统，确定各主要结构的原理方案， 设计部件装配图，对主要零件进行分析计算或优化，设计 液压原理图和相应的液压部件装配图，设计电气控制系统 原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装配 图和总联系尺寸图。

(四)工艺设计 设计机床的全部自制零件图，编制标准件、通用件和 自制件明细表，撰写设计说明书、使用说明书，制定机床 的检验方法和标准等技术文档。 (五)机床整机综合评价 进行计算机建模，得到虚拟样机(virtual prototype)。 采用虚拟样机技术对所设计的机床进行运动学仿真和

各项 功能仿真，在实际样机试造出来之前对其进行综合评价， 可以大大减少新产品研制的风险，缩短研制的周期，提高 研制的质量。 (六)定型设计 进行实物样机的制造、实验及评价。根据实物样机的 评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。

第二节 机床总体设计 一、机床总体设计的依据 1.工件通过对工件的类型(特点、形状、材料、尺寸、重量、硬度、 加工面数量等)、精度(尺寸精度、形位精度、表面粗糙度)、生 产类型等分析，从而决定工件的加工工艺方法、定位及夹紧方式、 刀具信息、切削用量等。

2.使用要求(1)了解机床用户的具体要求 ； (2)工人的技术水平； (3)工厂的维修能力、刀具刃磨条件； (4)动力源； (5)其他特殊要求等。

3.制造条件(1)了解制造厂家的机械加工条件、能力、水平；

(2)毛坯及热处理；(3)装配能力及水平； (4)材料及零部件外协情况等。

4.参考现有同类机床(1)了解国内外同类机床的使用情况； (2)同类机床的先进工艺、技术； (3)同类机床的发展趋向； (4)用户对同类机床的反应。

除此之外，先进的科研成果、经济性、可靠程度等也 是设计应该考虑的依据。

二、总体设计的内容1.拟定机床总体方案 包括调研、工艺分析等。

2.运动功能设计 包括确定机床所需运动的个数、形式(直线运 动、回转运动)、功能(主运动、进给运动、其它运动)及排列顺序， 最后画出机床的运动功能图。3.基本参数设计 包括尺寸参数、运动参数和动力参数设计。

4.传动系统设计 包括传动方式、传动原理图及传动系统图设计。

5.总体结构布局设计 包括运动功能分配、总体布局结构形式及 总体结构方案图设计。6.控制系统设计 包括控制方式及控制原理、控制系统图设计。

三、机床总体结构方案设计 (一)运动功能分配设计

1.坐标系的确定 机床坐标系(即机床总体坐标系)一般采用直角坐标 系，沿X、 Y、Z轴的直线运动仍用X、Y、Z表示，绕X、 Y、Z轴的回转运动用A、B、C表示。 对于各运动部件的局部坐标系可按如下方法选取：(1)局部坐标系固定在运动部件上。 (2)当各个运动部件的运动方向与机床坐标系轴线平行时，可 取各局部坐标系与机床坐标系方向一致，这种取法简单、直观；也 可取局部 …… 此处隐藏：1482字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……