機(jī)床的總體設(shè)計(jì)課件

1、第五章 機(jī)床的總體設(shè)計(jì) 創(chuàng)造性的勞動(dòng)機(jī)床- 機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備傳統(tǒng)設(shè)計(jì)要求之外，柔性，系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合類(lèi)比-分析計(jì)算 ；靜力分析-靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及熱變性熱應(yīng)力定性-定量數(shù)控技術(shù)和CAD技術(shù)的發(fā)展，提供了新的條件和支撐。第1頁(yè)，共45頁(yè)。機(jī)床設(shè)計(jì)基本要求一、性能要求工藝范圍：（機(jī)床的加工功能）適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力可完成的工序種類(lèi)加工零件的類(lèi)型材料和尺寸范圍毛坯的種類(lèi)等專用機(jī)床：工藝范圍較窄，功能少數(shù)控機(jī)床：工藝范圍寬，功能強(qiáng)通用機(jī)床：工藝范圍較寬，功能較強(qiáng)機(jī)床功能的增加-結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加、制造難度、周期及成本增加機(jī)床功能選擇的依據(jù)-批量技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第2頁(yè)，共45頁(yè)。柔性：適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力空間上

2、：功能柔性，多品種小批量的加工時(shí)間上：結(jié)構(gòu)柔性，重新組合，改變其功能與物流系統(tǒng)的可親性物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度普通機(jī)床：人，要求機(jī)床的使用、操作、清理、維護(hù)方便。自動(dòng)化柔性制造系統(tǒng)，自動(dòng)，要求機(jī)床結(jié)構(gòu)形式開(kāi)放性好，物料交接方便第3頁(yè)，共45頁(yè)。精度: 被加工零件在尺寸、形狀和相互位置等方面所能達(dá)到的準(zhǔn)確程度。三級(jí)： 普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)空載條件下的精度：幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、傳動(dòng)精度、定位精度等運(yùn)動(dòng)精度剛度靜態(tài)剛度動(dòng)態(tài)剛度熱態(tài)剛度第4頁(yè)，共45頁(yè)。表面粗糙度工件、刀具的材料、進(jìn)給量、刀具的幾何形狀和切削時(shí)的振動(dòng)有關(guān)抗振性：受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)噪聲生產(chǎn)率和自動(dòng)化單位時(shí)間內(nèi)機(jī)床所

3、能加工的工件數(shù)量效率-成本自動(dòng)化程度-生產(chǎn)率-加工精度的穩(wěn)定性FMS FA成本成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期第5頁(yè)，共45頁(yè)。生產(chǎn)周期可靠性機(jī)床壽命造型與色彩第6頁(yè)，共45頁(yè)。二、經(jīng)濟(jì)效益成本加工效率和可靠性三人機(jī)關(guān)系操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操縱錯(cuò)誤和故障防止污染第7頁(yè)，共45頁(yè)。機(jī)床設(shè)計(jì)方法計(jì)算機(jī)技術(shù)和分析技術(shù)cad, CAE: 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，定性設(shè)計(jì)-定量設(shè)計(jì)；靜態(tài)和線性分析-動(dòng)態(tài)和非線性分析； 可行性設(shè)計(jì)-最佳設(shè)計(jì)數(shù)控技術(shù)：機(jī)床的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化FMS的發(fā)展機(jī)床的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)其設(shè)計(jì)類(lèi)型而定通用機(jī)床采用系列化設(shè)計(jì)方法組合機(jī)床：組合設(shè)計(jì)類(lèi)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)類(lèi)型：分析式設(shè)計(jì)：類(lèi)比

4、分析、推理方法產(chǎn)生方案創(chuàng)成式設(shè)計(jì)：創(chuàng)成解析的方法第8頁(yè)，共45頁(yè)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段主要任務(wù)是解決加工與強(qiáng)度問(wèn)題經(jīng)驗(yàn)（或類(lèi)比）設(shè)計(jì)方法，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)公式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為手段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安全系數(shù)偏大無(wú)法保證機(jī)床的良好性能第9頁(yè)，共45頁(yè)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段科技發(fā)展及工藝水平的提高機(jī)床試驗(yàn)研究：實(shí)物測(cè)試或模型試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：試驗(yàn)研究進(jìn)行定性分析及定量比較，方案選擇零部件的合理結(jié)構(gòu)尺寸確定明顯提高機(jī)床性能，局部調(diào)整第10頁(yè)，共45頁(yè)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化為模型，計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、計(jì)算并選定最佳方案結(jié)果的準(zhǔn)確性第11頁(yè)，共45頁(yè)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法特點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)象系統(tǒng)化設(shè)計(jì)內(nèi)容完善化：使機(jī)床產(chǎn)品實(shí)用經(jīng)濟(jì)及美觀舒適設(shè)計(jì)目標(biāo)

5、最優(yōu)化：多目標(biāo)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題模型化模型是對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題的高度概括和抽象意義：工程問(wèn)題與數(shù)學(xué)理論緊密結(jié)合第12頁(yè)，共45頁(yè)。設(shè)計(jì)過(guò)程動(dòng)態(tài)化動(dòng)態(tài)性能動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)態(tài)分析，參數(shù)修改設(shè)計(jì)手段計(jì)算機(jī)化初步設(shè)計(jì)階段：方案分析、選擇、評(píng)價(jià)和決策技術(shù)設(shè)計(jì)階段：結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定，運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力或其他特性分析，材料選擇、成本計(jì)算，參數(shù)優(yōu)化工程圖設(shè)計(jì)階段第13頁(yè)，共45頁(yè)。機(jī)床設(shè)計(jì)步驟總體設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)后續(xù)設(shè)計(jì)的前提和依據(jù)用途：機(jī)床的工藝范圍生產(chǎn)率：加工對(duì)象的種類(lèi)、批量、及所要求的生產(chǎn)率性能指標(biāo)：精度、剛度、熱變形、噪聲等主要參數(shù)：加工空間和主參數(shù)驅(qū)動(dòng)方式：直接影響傳動(dòng)方式的確定成本及生產(chǎn)周期第14頁(yè)，共45頁(yè)。總體

6、方案設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)：繪制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能圖基本參數(shù)設(shè)計(jì)：尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：傳動(dòng)方式、傳動(dòng)原理圖及傳動(dòng)系統(tǒng)圖總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)：運(yùn)動(dòng)功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖總體方案綜合評(píng)價(jià)與選擇總體方案地設(shè)計(jì)修改或優(yōu)化第15頁(yè)，共45頁(yè)。詳細(xì)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)：確定結(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)文檔機(jī)床整機(jī)綜合評(píng)價(jià)整機(jī)性能分析和綜合評(píng)價(jià)第16頁(yè)，共45頁(yè)。金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論精度普通精度級(jí)、精密級(jí)、高精度級(jí)設(shè)計(jì)階段主要從機(jī)床的精度分配、元件及材料選擇等方面來(lái)提高機(jī)床精

7、度幾何精度 空載條件下，在不運(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)的精確程度基本指標(biāo)允差： 1：0.4：0.25導(dǎo)軌直線度、主軸徑向跳動(dòng)及軸向串動(dòng)、主軸中心線對(duì)滑臺(tái)移動(dòng)方向的平行度或垂直度等第17頁(yè)，共45頁(yè)。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高速高精度機(jī)床的一個(gè)重要指標(biāo)影響因素傳動(dòng)精度傳動(dòng)系各末端執(zhí)行件之間運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和均勻性影響因素：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元件的制造和裝配回轉(zhuǎn)精度第18頁(yè)，共45頁(yè)。定位精度定位部件運(yùn)動(dòng)到達(dá)規(guī)定位置的精度工件的尺寸精度和形位精度影響因素：構(gòu)件、進(jìn)給控制系統(tǒng)的精度、剛度及動(dòng)態(tài)特性，測(cè)量系統(tǒng)的精度工作精度加工規(guī)定的試件，用試件

8、的加工精度表示機(jī)床的工作精度綜合影響精度保持性規(guī)定的工作期間內(nèi)，保持機(jī)床所要求的精度影響因素：磨損 第19頁(yè)，共45頁(yè)。剛度定義：K=F/y載荷：靜載荷靜剛度動(dòng)載荷動(dòng)剛度：抗振性整機(jī)剛度多構(gòu)件構(gòu)成構(gòu)件及結(jié)合部變形直接或間接引起刀具和工件之間相對(duì)位移剛度的合理分配或優(yōu)化第20頁(yè)，共45頁(yè)。抗振性機(jī)床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力抵抗受迫振動(dòng)振源：內(nèi)部動(dòng)平衡 外部共振自激振動(dòng)切削穩(wěn)定性刀具工件之間的一種相對(duì)振動(dòng) 切削過(guò)程中第21頁(yè)，共45頁(yè)。振動(dòng)影響因素振動(dòng)不利影響機(jī)床的剛度阻尼特性：特別是結(jié)合部阻尼固有頻率：設(shè)計(jì)期間分析計(jì)算各階阻尼第22頁(yè)，共45頁(yè)。熱變形熱源影響：破壞機(jī)床的原始幾何精度、加

9、快磨損甚至影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)熱平衡溫度場(chǎng)措施：熱源位置、散熱、減小溫差、熱變形轉(zhuǎn)向、預(yù)熱、溫度控制、補(bǔ)償、隔熱等第23頁(yè)，共45頁(yè)。噪聲源泉：振動(dòng)度量指標(biāo)：聲壓和聲壓級(jí)、聲功率和聲功率級(jí)、聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)；響度、聲級(jí)來(lái)源：機(jī)械噪聲液壓噪聲電磁噪聲空氣動(dòng)力第24頁(yè)，共45頁(yè)。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性爬行現(xiàn)象和機(jī)理影響工件的加工精度和表面粗糙度摩擦自激振動(dòng)：摩擦面上摩擦系數(shù)變化和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度不足力學(xué)模型措施減小靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差提供傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度提高阻尼比降低移動(dòng)件的質(zhì)量第25頁(yè)，共45頁(yè)。第三節(jié) 系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床系列化將同一品種或同一型式機(jī)床產(chǎn)品的規(guī)格按最佳數(shù)列科學(xué)排列，以最少的品種滿足最廣泛的需要內(nèi)容

10、：制訂機(jī)床參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)-主參數(shù)系列編制機(jī)床系列型譜-確定某類(lèi)機(jī)床的系列品種、用途性能及其結(jié)構(gòu)特征、基型系列型譜參數(shù)等系列設(shè)計(jì)第26頁(yè)，共45頁(yè)。機(jī)床產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)編制整個(gè)系列的技術(shù)任務(wù)書(shū)，進(jìn)行系列內(nèi)閣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、樣機(jī)試制及圖紙定型等工作。系列產(chǎn)品統(tǒng)籌考慮有利于機(jī)床的生產(chǎn)、使用、維修、配套及管理等第27頁(yè)，共45頁(yè)。零部件通用化互換性基礎(chǔ)上盡可能擴(kuò)大同一零、部件的使用范圍縮短機(jī)床設(shè)計(jì)與制造周期；擴(kuò)大生產(chǎn)批量；減少工藝裝備；降低成本；保證質(zhì)量及便于管理第28頁(yè)，共45頁(yè)。通用化程度：通用化系數(shù)=產(chǎn)品零部件：專用件、通用件、標(biāo)準(zhǔn)件及外購(gòu)件一般不應(yīng)低于70%第29頁(yè)，共45頁(yè)。零部件標(biāo)準(zhǔn)化 一般不應(yīng)低于45

11、%模塊化設(shè)計(jì)將機(jī)床同一功能的單元，設(shè)計(jì)成具有不同用途和性能互換選用的模塊。模塊：一組具有同一功能和結(jié)合要素，而有不同用途（或性能）和不同結(jié)構(gòu)且能互換的各個(gè)單元第30頁(yè)，共45頁(yè)。第四節(jié) 機(jī)床總體布局主要內(nèi)容確定機(jī)床型式、機(jī)床的主要零部件及其相對(duì)位置關(guān)系，使機(jī)床具有一個(gè)協(xié)調(diào)完美的造型 注意問(wèn)題：工件特征：以車(chē)床為例機(jī)床性能：傳動(dòng)精度；機(jī)床剛度；振動(dòng)；熱生產(chǎn)批量：車(chē)削盤(pán)類(lèi)：臥式車(chē)床、轉(zhuǎn)塔、多刀半自動(dòng)、立式多軸半自動(dòng)第31頁(yè)，共45頁(yè)。基本型式傳統(tǒng)布局：臥式、立式、單臂式和龍門(mén)式臥式： 重心低，占地面積較大立式：占地面積較小單臂式：方便地更換點(diǎn)位進(jìn)行加工，剛度差龍門(mén)式：箱體平面加工。剛度、精度高數(shù)控

12、機(jī)床第32頁(yè)，共45頁(yè)。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其分配對(duì)布局的影響坯料的形式尺寸比例占地面積的大小和工件的重量機(jī)床性能對(duì)布局的影響操作、觀察與調(diào)整對(duì)布局的影響第33頁(yè)，共45頁(yè)。第五節(jié) 機(jī)床主要參數(shù)確定尺寸參數(shù)主參數(shù)：代表機(jī)床規(guī)格大小臥車(chē)：工件的最大回轉(zhuǎn)直徑齒輪：最大工件直徑外圓磨床：最大磨削直徑龍門(mén)刨：工作臺(tái)工作面寬度臥式銑鏜床：主軸直徑立式鉆床和搖臂鉆床：最大鉆孔直徑牛頭刨床：最大刨削長(zhǎng)度第34頁(yè)，共45頁(yè)。第二主參數(shù)車(chē)床：工件的最大長(zhǎng)度齒輪：最大工件直徑外圓磨床：最大磨削直徑龍門(mén)刨臥式銑鏜床：主軸直徑第35頁(yè)，共45頁(yè)。運(yùn)動(dòng)參數(shù)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)的機(jī)床：主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/d直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床：每分鐘的往復(fù)次數(shù)變速范圍最低、最高轉(zhuǎn)速：合理選擇變速范圍：對(duì)于臥式車(chē)床：第36頁(yè)，共45頁(yè)。分級(jí)變速時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列處于兩級(jí)轉(zhuǎn)速之間相對(duì)轉(zhuǎn)速損失：最大相對(duì)損失率使為一定值第37頁(yè)，共45頁(yè)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)參數(shù)往復(fù)數(shù)控、重型機(jī)床：無(wú)級(jí)調(diào)整普通機(jī)床：分級(jí)，通常也取等比數(shù)列；往復(fù)主運(yùn)動(dòng)機(jī)床等差數(shù)列；自動(dòng)半自動(dòng)機(jī)床；臥式車(chē)床分段等差第38頁(yè)，共45頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列機(jī)床轉(zhuǎn)速遞增，使最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)