机床的总体设计课件.ppt

1、机床的总体设计 n创造性的劳动n机床- 机械制造业的基础装备n传统设计要求之外，柔性，系统有机结合类比-分析计算 ；静力分析-静态、动态及热变性热应力定性-定量数控技术和CAD技术的发展，提供了新的条件和支撑。机床设计基本要求一、性能要求n工艺范围：（机床的加工功能）适应不同生产要求的能力n可完成的工序种类n加工零件的类型n材料和尺寸范围n毛坯的种类等n专用机床：工艺范围较窄，功能少n数控机床：工艺范围宽，功能强n通用机床：工艺范围较宽，功能较强n机床功能的增加-结构复杂程度增加、制造难度、周期及成本增加n机床功能选择的依据-批量技术经济指标n柔性：适应加工对象变化的能力n空间上：功能柔性，多

2、品种小批量的加工n时间上：结构柔性，重新组合，改变其功能n与物流系统的可亲性n物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度n普通机床：人，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。n自动化柔性制造系统，自动，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便n精度: 被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。n三级： 普通精度级、精密级和高精度级n空载条件下的精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等n运动精度n刚度n静态刚度n动态刚度n热态刚度n表面粗糙度n工件、刀具的材料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振动有关n抗振性：受迫振动和自激振动n噪声n生产率和自动化n单位时间内机床所能加工的工件

3、数量n效率-成本n自动化程度-生产率-加工精度的稳定性nFMS FAn成本n成本概念贯穿在产品的整个生命周期n生产周期n可靠性n机床寿命n造型与色彩n二、经济效益n成本n加工效率和可靠性n三人机关系n操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操纵错误和故障n防止污染机床设计方法n计算机技术和分析技术ncad, CAE: 传统经验设计，定性设计-定量设计；静态和线性分析-动态和非线性分析； 可行性设计-最佳设计n数控技术：机床的传动与结构发生了重大变化nFMS的发展n机床的设计方法是根据其设计类型而定n通用机床采用系列化设计方法n组合机床：组合设计类型u创新设计类型：u分析式设计：类比分析、推理方法产生

4、方案u创成式设计：创成解析的方法n经验设计阶段n主要任务是解决加工与强度问题n经验（或类比）设计方法，经验数据为基础经验公式技术标准为手段n产品结构安全系数偏大n无法保证机床的良好性能n试验设计阶段n科技发展及工艺水平的提高n机床试验研究：实物测试或模型试验n试验设计方法：试验研究进行定性分析及定量比较，方案选择零部件的合理结构尺寸确定n明显提高机床性能，局部调整n计算机辅助设计n实际问题简化为模型，计算机进行分析、计算并选定最佳方案n结果的准确性现代设计方法特点n设计对象系统化n设计内容完善化：使机床产品实用经济及美观舒适n设计目标最优化：多目标整体优化n设计问题模型化n模型是对设计问题的高

5、度概括和抽象n意义：工程问题与数学理论紧密结合n设计过程动态化n动态性能n动力学模型，动态分析，参数修改n设计手段计算机化n初步设计阶段：方案分析、选择、评价和决策n技术设计阶段：结构和参数确定，运动、动力或其他特性分析，材料选择、成本计算，参数优化n工程图设计阶段机床设计步骤n总体设计n主要技术指标设计n后续设计的前提和依据n用途：机床的工艺范围n生产率：加工对象的种类、批量、及所要求的生产率n性能指标：精度、刚度、热变形、噪声等n主要参数：加工空间和主参数n驱动方式：直接影响传动方式的确定n成本及生产周期n总体方案设计n运动功能设计：绘制机床的运动功能图n基本参数设计：尺寸参数、运动参数和

6、动力学参数设计n传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系统图n总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计n控制系统设计：控制方式及控制原理、控制系统图n总体方案综合评价与选择n总体方案地设计修改或优化n详细设计n技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化n施工设计：零件图设计、商品化设计、编制技术文档n机床整机综合评价n整机性能分析和综合评价金属切削机床设计的基本理论n精度n普通精度级、精密级、高精度级n设计阶段主要从机床的精度分配、元件及材料选择等方面来提高机床精度n几何精度 n空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的

7、精确程度n基本指标允差： 1：0.4：0.25导轨直线度、主轴径向跳动及轴向串动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等n运动精度n机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度n高速高精度机床的一个重要指标n影响因素n传动精度n传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性n影响因素：传动系统设计、元件的制造和装配回转精度n定位精度n定位部件运动到达规定位置的精度n工件的尺寸精度和形位精度n影响因素：构件、进给控制系统的精度、刚度及动态特性，测量系统的精度n工作精度n加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度n综合影响n精度保持性n规定的工作期间内，保持机床所要求的精度n影响因

8、素：磨损 刚度n定义：K=F/yn载荷：n静载荷静刚度n动载荷动刚度：抗振性n整机刚度n多构件构成n构件及结合部变形直接或间接引起刀具和工件之间相对位移n刚度的合理分配或优化抗振性n机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力n抵抗受迫振动n振源：内部动平衡n 外部共振n自激振动切削稳定性n刀具工件之间的一种相对振动n 切削过程中n振动影响因素振动不利影响n机床的刚度n阻尼特性：特别是结合部阻尼n固有频率：设计期间分析计算各阶阻尼热变形n热源n影响：破坏机床的原始几何精度、加快磨损甚至影响正常运转n热平衡n温度场n措施：热源位置、散热、减小温差、热变形转向、预热、温度控制、补偿、隔热等噪声n源泉：振动

9、n度量指标：声压和声压级、声功率和声功率级、声强和声强级；响度、声级n来源：n机械噪声n液压噪声n电磁噪声n空气动力低速运动平稳性n爬行现象和机理n影响工件的加工精度和表面粗糙度n摩擦自激振动：摩擦面上摩擦系数变化和传动机构的刚度不足n力学模型n措施n减小静、动摩擦系数之差n提供传动机构的刚度n提高阻尼比n降低移动件的质量第三节 系列化、通用化、标准化n机床系列化n将同一品种或同一型式机床产品的规格按最佳数列科学排列，以最少的品种满足最广泛的需要n内容：n制订机床参数标准-主参数系列n编制机床系列型谱-确定某类机床的系列品种、用途性能及其结构特征、基型系列型谱参数等n系列设计n机床产品系列设计

10、n编制整个系列的技术任务书，进行系列内阁产品的设计、样机试制及图纸定型等工作。n系列产品统筹考虑n有利于机床的生产、使用、维修、配套及管理等n零部件通用化n互换性基础上尽可能扩大同一零、部件的使用范围n缩短机床设计与制造周期；n扩大生产批量；n减少工艺装备；n降低成本；n保证质量及便于管理n通用化程度：n通用化系数=n产品零部件：专用件、通用件、标准件及外购件n一般不应低于70%通用件种数专用件种数通用件种数n零部件标准化 n一般不应低于45%n模块化设计n将机床同一功能的单元，设计成具有不同用途和性能互换选用的模块。n模块：一组具有同一功能和结合要素，而有不同用途（或性能）和不同结构且能互换

11、的各个单元零件总种数外购件种数标准件种数标准化系数第四节 机床总体布局n主要内容n确定机床型式、机床的主要零部件及其相对位置关系，使机床具有一个协调完美的造型 n注意问题：n工件特征：以车床为例n机床性能：传动精度；机床刚度；振动；热n生产批量：车削盘类：卧式车床、转塔、多刀半自动、立式多轴半自动n基本型式n传统布局：卧式、立式、单臂式和龙门式n卧式： 重心低，占地面积较大n立式：占地面积较小n单臂式：方便地更换点位进行加工，刚度差n龙门式：箱体平面加工。刚度、精度高n数控机床n机床的运动及其分配对布局的影响n坯料的形式n尺寸比例n占地面积的大小和工件的重量n机床性能对布局的影响n操作、观察与

12、调整对布局的影响第五节 机床主要参数确定n尺寸参数n主参数：代表机床规格大小n卧车：工件的最大回转直径n齿轮：最大工件直径n外圆磨床：最大磨削直径n龙门刨：工作台工作面宽度n卧式铣镗床：主轴直径n立式钻床和搖臂钻床：最大钻孔直径n牛头刨床：最大刨削长度n第二主参数n车床：工件的最大长度n齿轮：最大工件直径n外圆磨床：最大磨削直径n龙门刨卧式铣镗床：主轴直径运动参数n主运动参数n回转主运动的机床：主轴转速nn=1000v/dn直线运动的机床：每分钟的往复次数n变速范围n最低、最高转速：合理选择n变速范围：n对于卧式车床：minmaxnnRnmaxminmaxmax)25. 02 . 0()6 .

13、 05 . 0(ddDdn分级变速时的主轴转速数列n处于两级转速之间n相对转速损失：n最大相对损失率n使为一定值nnnnAj1max1lim1jjjnnnnnnnAj%1001%100)11 (maxA1111minmaxzznnnnnRn进给运动参数n往复n数控、重型机床：无级调整n普通机床：分级，通常也取等比数列；往复主运动机床等差数列；自动半自动机床；卧式车床分段等差n标准公比和标准数列n机床转速递增，使最大相对转速损失率不超过n标准公比：1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,2n公比的选用n使用性能公比小级数多结构复杂n普通机床：减少相对转速损失n小型机床：简化构造n自动机床21)5 . 3(10261主主空ndkndkPian3.3.空行程功率的确定空行程功率的确定n参考同类型机床，辅以计算，试验验证n须考虑惯性力n克服惯性的转矩n克服惯性功率n升降运动：水平运动：22)()(iiikkkvmJJ95501nTPa60000)(2vFfmgP600002mgvfP aaatntJT602