畢業(yè)設計（論文）-φ320mm的數(shù)控車床總體設計及四方回轉(zhuǎn)刀架設計

畢業(yè)設計說明書設計題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設計及四方回轉(zhuǎn)刀架設計學生班級學號指導教師胡世軍繼續(xù)教育學院二零一二年九月摘要本課題數(shù)控設計主要為自動回轉(zhuǎn)刀架的設計的設計。數(shù)控車床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率、改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等發(fā)揮了重要的作用,為了進一步壓縮非切削時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的發(fā)展方向。在這類多工序的數(shù)控機床中必須帶有自動換刀裝置，在多工序數(shù)控機床出現(xiàn)之后，又逐步發(fā)展和完善了各類回轉(zhuǎn)刀具的自動更換裝置，擴大了換刀數(shù)量，快速準確的實現(xiàn)了換刀操作。數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的一種機構。本設計主要論述一種多工位數(shù)控自動回轉(zhuǎn)刀架的設計原理、機械結構及自動控制方式。關鍵詞：車床，數(shù)控設計，聯(lián)軸器，刀架

AbstractThedesignofthenumericalcontroltransformationofordinarylatheΦ320MM.Heremainlyincludes:thereformofmaintransmissionsystem,thelongitudinalfeedsystem,feedsystemtransformation,automaticturretdesign.Imainlyforautomaticturretdesignmechanicaltransformation.Thegraduationdesignworktothedesignandbasicskillstraining,enhancingtheanalysisandtosolveengineeringproblems,andforgeneralmachinerydesigncreatedcertaincondition.TheNCtransformationforautomaticturretdesign.CNClathetoincreaseproductivity,improveproductqualityandimproveworkingconditionsplayanimportantrole,inordertofurthercompressthenon-cuttingtime,NCmachinetoolsaremovingtowardsamachineinoneclampingcompletedmuchprocessdevelopmentdirection.Inthiskindofworkingprocedureofnumericalcontrolmachinetoolmustbeprovidedwithautomatictoolchanger,inaprocessofCNCmachinetoolsappear,andgraduallydevelopandperfectallkindsofrotaryautomatictoolchangingdevice,enlargesthetoolchangequantity,fastandaccurateimplementationofthetoolchangingoperation.CNClathewithautomaticturretisakindofinacertainspacerange,canperformautomaticrelease,transposition,precisionpositioningandaseriesofmovementsofabody.Thedesignfocusesonamulti-stationautomaticNCturretdesignprinciple,mechanicalstructureandautomaticcontrolmode.Keywords:lathes,NC,coupling,knife目錄第1章概述 11.1數(shù)控機床的組成 11.2與普通機床相比的特點 11.3數(shù)控機床的優(yōu)點 21.4數(shù)控機床的產(chǎn)生 21.5數(shù)控機床的發(fā)展 31.6機床數(shù)控化設計的意義 31.7車床數(shù)控化設計的可行性 41.6.1車床數(shù)控化設計的必要性 51.6.2車床數(shù)控化設計的優(yōu)點 51.7車床數(shù)控化設計前景 5第2章車床設計總體方案的確定 72.1設計總體方案設計要求 72.2總體方案設計 72.3Φ320MM車床的設計參數(shù) 82.4總體方案的確定 8第3章自動回轉(zhuǎn)刀架的總體結構設計 103.1總體結構設計 103.1.1減速傳動機構的設計 103.1.2上刀體鎖緊與精定位機構的設計 103.1.3刀架抬起機構的設計 113.2刀架主要零件設計 113.2.1動齒盤與靜齒盤 113.2.2活塞 113.2.3花鍵軸 113.2.4防水、防塵設計 113.2.5控制方式 123.2.6刀架定位精度及重復定位精度 123.2.7刀架驅(qū)動形式 12第4章自動回轉(zhuǎn)刀架主要傳動部件的設計計算 134.1蝸桿副的設計計算 134.1.1蝸桿的選型 134.1.2蝸桿副的材料 134.1.3按齒面接觸疲勞強度進行設計 134.1.4蝸桿和蝸輪的主要計算參數(shù)和幾何尺寸 154.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度 164.2蝸桿的設計計算 174.2.1蝸距的確定 174.2.2其它參數(shù)的確定 174.2.3自鎖性能校核 17第5章數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設計 185.1硬件電路設計 185.1.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構 185.1.2數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 185.2關于各線路元件之間線路連接 195.3關于電路原理圖的一些說明 20總結 23參考文獻 24致謝 25PAGE4第1章概述數(shù)字控制機床（NumericalControlMachineTools）簡稱數(shù)控機床，這是一種將數(shù)字計算機技術應用于機床的控制技術。它把機械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置，經(jīng)運算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機床較好地解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性、高效能的自動化機床，是典型的機電一體化產(chǎn)品。1.1數(shù)控機床的組成1）主機，它是數(shù)控機床的主題，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件，是用于完成各種切削加工的機械部件。2）數(shù)控裝置，是數(shù)控機床的核心，相當于人的大腦，它包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。3）驅(qū)動裝置，它是數(shù)控機床執(zhí)行機構的驅(qū)動部件，包括主軸驅(qū)動系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸電機及伺服電機等。它在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線以及曲面的加工。4）輔助裝置，指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。編程及其他附屬設備，可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。1.2與普通機床相比的特點1）加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；2）可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件；3）加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；4）機床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3-5倍）；5）機床自動化程度高，可以減輕勞動強度；6）對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術要求更高。1.3數(shù)控機床的優(yōu)點數(shù)控機床能縮短生產(chǎn)準備時間，增加切屑加工時間的比率；使用數(shù)控機床進行生產(chǎn)，加工的零件精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,從而有效的提高了產(chǎn)品在市場上的競爭力；數(shù)控機床具有廣泛的適應性和較大的靈活性，因此能夠完成很多普通機床很難完成或者根本不能加工的、具有復雜型面、要求高精度的零件的加工；許多數(shù)控機床如加工中心具有自動換刀功能，使零件一次裝夾之后就能夠完成多個加工部位的加工，實現(xiàn)了一機多用，大大節(jié)省了設備和廠房面積；生產(chǎn)者可以對生產(chǎn)成本進行預算，并對生產(chǎn)進度進行合理的安排，以達到提高經(jīng)濟效益的目的；應用數(shù)控機床進行生產(chǎn)，減輕了工人的勞動強度，提高了工人工作的環(huán)境質(zhì)量，增加了工人的生產(chǎn)積極性，促進了生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率。隨著社會生產(chǎn)和科學技術的迅速發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密復雜，且需頻繁改型，普通機床已不能適應這些要求，數(shù)控機床應運而生。這種新型機床具有適應性強、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結構等多方面的技術成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。1.4數(shù)控機床的產(chǎn)生數(shù)控機床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務時，提出了研制數(shù)控機床的初始設想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構實驗室合作，開始從事數(shù)控機床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床實驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進和自動編程研究，于1955年進入實用階段。一直到20世紀50年代末，由于價格和技術原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點位控制的機床。數(shù)控技術不僅在機床上得到實際應用，而且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術不斷的擴展應用范圍。1.5數(shù)控機床的發(fā)展自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機床以來，隨著電子技術、計算機技術、自動控制和精密測量等相關技術的發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構成的專用數(shù)控裝置。第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)。第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)。目前，第五代微機數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強，幾乎只需改變軟件，就可以適應不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴大，光纜通信技術應用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。近年來，微電子和計算機技術的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械制造的各個領域中，先后出現(xiàn)了計算機直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機床為基礎，它們代表著數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢。1.7數(shù)控車床設計前景數(shù)控機床業(yè)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對機床位不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應該能迅速的適應零件的變換。生產(chǎn)的需要促進數(shù)控機床的產(chǎn)生，隨著電子技術，特別是計算機技術的發(fā)展，數(shù)控機床迅速地發(fā)展起來。從第一代數(shù)控機床問世以來，世界上主要工業(yè)化國家得數(shù)控機床已經(jīng)進入批量生產(chǎn)。機床的數(shù)控化率在不斷的提高到1998年，日本生產(chǎn)機床的數(shù)控率達到70%。我國從改革開放以來，加快了數(shù)控機床技術的引進，促使我國機床數(shù)控技術的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷購進數(shù)控機床擴大再生產(chǎn)和替換陳舊設備，數(shù)控機床在企業(yè)中再不是鳳毛麟角，而是不斷提高普及率。廣泛的運用到個工業(yè)領域。數(shù)控機床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，其可以很好的解決現(xiàn)代制造業(yè)中的復雜、精密、小批、多變零件的加工問題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。但其價格昂貴，一次性投入大，往往使企業(yè)心有余而力不足，我國作為機床大國，數(shù)控化的道路漫長，走改革之路為上策。我們對Φ320MM車床進行了數(shù)控設計，效果良好。PAGE32第2章車床設計總體方案的確定總體方案應考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運動方式、進給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇以及進給傳動方式和執(zhí)行機構的選擇等。2.1設計總體方案設計要求（1）臥式車床數(shù)控系統(tǒng)化設計后應具有單坐標定位，兩坐標直線插補、圓弧插補以及螺紋插補的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應設計成連續(xù)控制型。（2）臥式車床經(jīng)數(shù)控化設計后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下，應簡化結構，降低成本。因此，進給伺服系統(tǒng)常采用步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)技術指標中的最大加工尺寸、最高控制速度，以及數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟性要求，決定選用MCS—51系列的8為單片機作為數(shù)控系統(tǒng)的CPU。MCS—51系列8為機具有功能多、速度快、抗干擾能力強、性/價比搞等優(yōu)點。（4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需要擴展成雪存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等；還要選擇步進電動機的驅(qū)動電源以及主軸電動機的交流變頻器等。（5）為了達到技術指標中的速度和精度要求，縱、橫向的進給傳動應選用摩擦力小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副；為了消除傳動間隙、提高傳動剛度，滾珠絲杠的螺母應有預緊機構等。（6）計算選擇步進電動機，為了圓整脈沖當量，可能需要減速輪副，且應有削間隙機構。（7）選擇自動回轉(zhuǎn)刀架與電動卡盤，選擇螺紋編碼器等。2.2總體方案設計設計任務：設計后的車床能夠完成機床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動控制。并具有螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。在該機床中采用液壓尾座快換刀架和機床外對刀裝置。該機床適用于加工形狀復雜，中小批量的零件。對一般車削加工任意錐面、球面、螺紋端面、回轉(zhuǎn)面等加工工序，能控制主軸的開停變速及一些輔助功能，使加工實現(xiàn)自動化。自動回轉(zhuǎn)刀架的設計是普通機床設計機械方面的關鍵。由微型控制的自動轉(zhuǎn)位具重復定位精度高、工作剛性好、性能可靠、使用壽命長以及工藝性能好等特點。將原先的普通尾座設計成液壓尾座。2.3Φ320MM車床的設計參數(shù)根據(jù)型普通原始數(shù)據(jù)及數(shù)控設計設計要求，確定主要如下：最大加工直徑：車床身上：320mm車床鞍上：185mm最大加工長度：750(或1000)mm脈沖當量：縱向0.01mm/step橫向0.005mm/step脈沖分配方式：逐點比較法控制坐標數(shù)：2機床定位精度：±0.0152.4總體方案的確定Φ320MM車床設計總體設計方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機構及傳動方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應仔細考慮各種高性能、自動化等要求，也要考慮被設計機床的具備條件，是技術的先進性與經(jīng)濟性的合理性交好的統(tǒng)一。對于橫向進給機構，保留原手動于調(diào)刀，原支承結構也保留。和縱向進給一樣步進電機與縱向滾珠絲杠間任何需一級齒輪減速，絲杠螺母與橫向施板任用一螺母座連接。施板后部開軸承孔以便滾珠絲杠的連通與支承，后接減速箱與步進電機?？v、橫向進給機構減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯位消除嚙合間隙。絲杠外加防塵罩，溜板箱上安裝急停按鈕，以適應意外情況的急停。硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機AT89C51、鎖存器、EPROM和RAM存儲器。并行接口8255用作連接開關量的輸入輸出和對伺服電機進行控制。8279為鍵盤顯示器接口。軟件方面，軟包裝件設計采用模塊化結構，以便于系統(tǒng)功能的擴展。分為三塊：手動操作、加工、編輯。圖2-1機床的操作模式圖根據(jù)設計任務，系統(tǒng)采用輪廓控制形式，控制系統(tǒng)硬件由微機控制部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離器、步進電機、功率放大器等組成。在其縱橫向均采用步進電機減速齒輪滾珠絲杠螺母副溜板的傳動方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架，將原先的普通尾座設計成液壓尾座。設計后的機床傳動系統(tǒng)圖如圖所示：圖2-2車床傳動系統(tǒng)圖第3章自動回轉(zhuǎn)刀架的總體結構設計3.1總體結構設計設計自動回轉(zhuǎn)刀架，適用于經(jīng)濟型數(shù)控車床，使自動回轉(zhuǎn)刀架在結構上具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，同時具有換刀時的快速性、穩(wěn)定性和高定位精度的重復性。圖3-1為自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動結構示意圖。圖3-1自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動結構示意圖1發(fā)信盤2推力軸承3螺桿螺母副4端面齒盤5反靠圓盤6三相異步電動機7聯(lián)軸器8蝸桿副9反靠銷10圓柱銷11上蓋圓盤12上刀體3.1.1減速傳動機構的設計普通的三相異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結構特點，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。3.1.2上刀體鎖緊與精定位機構的設計由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設計上刀體的鎖緊與定位機構選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互咬合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時電動機正傳，抬起機構使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位動作。3.1.3刀架抬起機構的設計要想使上，下刀體的兩個端面齒脫離，就必須設計合適的機構使上刀體抬起。本設計選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當電動機通過蝸桿-蝸輪帶動蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動時，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要么上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離咬合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。3.2刀架主要零件設計3.2.1動齒盤與靜齒盤動齒盤與靜齒盤是數(shù)控刀架的兩個主要零件，其精度決定刀架性能的好壞，齒盤的齒形可設計成向心齒（即齒面為梯形齒、齒的截面也為梯形）或設計成矩形齒（即齒面為矩形、齒的截面為梯形）。本刀架采用工藝性能好的矩形齒，齒的嚙合深度通常設計為4～5mm，可獲得所需的鎖緊力滿足刀架剛度要求。3.2.2活塞對活塞的設計要求：當花鍵軸轉(zhuǎn)動時，活塞是不允許隨之轉(zhuǎn)動的，所以兩者之間應有軸承來傳動轉(zhuǎn)動，顯然在這里用滾動軸承是不合適的，必需采用滑動軸承。本設計直接在活塞孔內(nèi)開螺旋形潤滑油槽，把活塞孔設計成滑動軸承。由于省去了花鍵軸與活塞孔之間的滑動軸承，使刀架的結構進一步得到簡化。3.2.3花鍵軸花鍵軸是本刀架的重要零件之一，它既是刀架的傳動軸又是液壓缸的活塞桿；它既有往復運動，又有轉(zhuǎn)動，所以花鍵軸與活塞配合部分的配合采用G7/h6。配合特點是：間隙很小的滑動配合，用于不希望自由轉(zhuǎn)動，但可自由移動和滑動并精確定位時。3.2.4防水、防塵設計防水、防塵設計是刀架設計的重要環(huán)節(jié)之一，刀架工作過程中鐵屑會進入刀架本設計采用O型密封圈和氈圈進行密封。3.2.5控制方式控制方式也是數(shù)控刀架設計需要考慮的重要環(huán)節(jié)之一，控制元件的選取決定著刀架的自動化程度和編程方法，本文采用控制過程中普遍使用的行程開關和編碼器來實現(xiàn)對刀架的自動控制。行程開關控制轉(zhuǎn)塔的松開與鎖緊，編碼器控制轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位。3.2.6刀架定位精度及重復定位精度

定位精度是指轉(zhuǎn)塔到位后，刀架指定工位把刀孔中心線與設計中心豎直平面內(nèi)的偏差，重復定位精度是指刀架各工位反復鎖緊多次后的偏差平均值。由于該刀架轉(zhuǎn)塔到位前，控制刀架初定位的行程開關發(fā)出信號使控制電機的電磁閥斷電，此時電機內(nèi)部的機械自鎖部件使電機停在預定位置上，所以刀架具有較高的定位精度和重復定位精度。3.2.7刀架驅(qū)動形式由于滾珠絲杠具有摩擦系數(shù)小，傳動效率高的優(yōu)點，所以刀架的驅(qū)動方式采用AC伺服電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)刀架的直線運動。附錄第4章四方回轉(zhuǎn)刀架主要傳動部件的設計計算設計自動回轉(zhuǎn)刀架，適用于Φ320MM經(jīng)濟型數(shù)控車床。推薦刀架所用電動機的額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時要求刀架轉(zhuǎn)動的速度為30r/min。4.1蝸桿副的設計計算自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源時三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直連，刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直連。已知電動機額定功率P1=90W，額定轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，上刀體設計轉(zhuǎn)速n2=30r/min，則蝸桿副的傳動比i=n1/n2=1440/30=48.刀架從轉(zhuǎn)位刀鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。4.1.1蝸桿的選型GB/T100851988推薦采用漸開線蝸桿（Z1蝸桿）和錐面包絡蝸桿（ZK蝸桿）。本設計采用結構簡單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿(Z1型)。4.1.2蝸桿副的材料刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此蝸桿的材料選擇45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為45~55HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,采用金屬模鑄造。4.1.3按齒面接觸疲勞強度進行設計刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，在進行承載能力計算時，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再按齒根彎曲疲勞強度進行校核。按蝸輪接觸疲勞強度條件設計計算的公式為：式中a蝸桿副的傳動中心距，單位為mm；K載荷系數(shù)；作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T，單位N.mm;彈性影響系數(shù)，單位為MPa；接觸系數(shù)[]許用接觸應力，單位為MPa；從式中算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動比i=48，可以選擇合適的中心距a值，以及相應的蝸桿，蝸輪參數(shù)。（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T設蝸桿頭數(shù)z1=1,蝸桿副的傳動效率取=0.8。由電動機的額定功率P1=90W,可以算出蝸輪傳遞的功率P2=P1,再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2=30r/min,求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：T2=9.55P2/n2=9.55P1/n2=22920N.mm（2）確定載荷系數(shù)K載荷系數(shù).其中為使用系數(shù)，由于工作載荷分布步均勻，啟動時沖擊較大，因此取=1.15;K為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在啟動和停止時有變化，故取=1.15；為動載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取=1.05,則載荷系數(shù)（3）確定彈性影響系數(shù)鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從參考文獻中差得彈性影響系數(shù)=160MPa（4）確定接觸系數(shù)先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值d1/a=0.35,可得系數(shù)=2.9（5）確定許用接觸力根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，蝸輪的基本許用力=268MPa，已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個輪齒咬合的次數(shù)j=1;蝸輪轉(zhuǎn)速n=30r/min;蝸桿副的使用壽命L=10000h。則應力循環(huán)次數(shù)N=60jn2Lh=1.8107壽命系數(shù)：KHN=0.929許用接觸應力：（6）計算中心距將以上各參數(shù)代入式，求得中心距：48mm取中心距a=50mm,已知蝸桿頭數(shù)z1=1,設模數(shù)m=1.6mm,得直徑d1=20mm,這時d1/a=0.4,可得接觸系數(shù)=2.74。因為<，所以上述計算結構可用。4.1.4蝸桿和蝸輪的主要計算參數(shù)和幾何尺寸(1)蝸桿參數(shù)及尺寸頭數(shù)z1=1,模數(shù)m=1.6mm,軸向齒距Pa=3.14m=5.027mm,軸向齒厚sa=0.5,分度圓直徑d1=20mm（2）蝸輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)z2=48,模數(shù)m=1.6mm,分度圓直徑為d2=mz2=1.648mm=76.8mm,變位系數(shù)x2=[a-(d1+d2)/2]/m=[50-(20+76.8)/2]/1.6=1,蝸輪喉圓直徑為da2=d2+2m(h*a+x2)=83.2mm,蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(h*a-x2+c)=76.16mm4.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度即校驗下式是否成立：式中蝸輪齒根彎曲應力，單位為Mpa;蝸輪齒形系數(shù)；螺旋角影響系數(shù)蝸輪的許用彎曲應力，單位為MPa由蝸桿頭數(shù)Z1=1，傳動比i=48,可以算出蝸輪齒數(shù)則蝸輪的當量齒數(shù)：根據(jù)蝸輪變位系數(shù)x2=1和當量齒數(shù)ZV2=48.46,得齒形系數(shù)=1.95旋轉(zhuǎn)角影響系數(shù);根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，可得蝸輪基本許用彎曲應力：=56MPa蝸輪的壽命系數(shù)：蝸輪的許用彎曲應力：

將以上參數(shù)帶入式，得蝸輪齒根彎曲應力：=37.4可見，,蝸輪齒根的彎曲強度滿足要求。4.2蝸桿的設計計算4.2.1蝸距的確定刀架轉(zhuǎn)位時，要求蝸桿在轉(zhuǎn)到約170°的情況下，上刀體的斷面齒與下刀體的斷面齒完全脫離；在鎖緊的時候，要求上下端面齒的咬合深度達2mm.因此，螺桿的螺距P應滿足P170/360>2mm,即P>4.24mm.今取蝸桿的渦距P=6mm.4.2.2其它參數(shù)的確定采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1,牙側(cè)角b=15°，外螺紋達徑d1=50mm,牙頂間隙ac=0.5mm,基本牙形高度H1=0.5P=3mm,外螺紋牙高h1=3.5mm,外螺紋中經(jīng)d2=47mm,外螺紋校徑d3=43mm,螺桿螺紋部分長度H=50mm。4.2.3自鎖性能校核螺桿-螺母材料均用45鋼，取二者的摩擦因數(shù)f=0.11;再求得梯形螺旋副的當量摩擦角約為6.5°，而螺紋升角約為2.33°，小于當量摩擦角。因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。第5章數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設計數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運算是插補運算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補償。位置控制的實質(zhì)就是位置負反饋，即指令位置和實際位置進行比較，用位置偏差進行控制；插補運算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標點，通過一定的運算法則實時獲得位置指令；刀具補償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。5.1硬件電路設計5.1.1數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用單片機結構的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結構兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結構簡單，價格便宜，在一些標準型數(shù)控系統(tǒng)中應用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當今數(shù)控機床高速度、高精度和許多復雜功能的要求，代表當今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設計任務要求，本設計將采用較經(jīng)濟的單微處理器數(shù)控結構，對于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實際要求。數(shù)控機床單微處理器硬件結構電路概括起來有以下幾個部分組成：（1）中央處理單元CPU；（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；（3）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機讀寫存儲器；（4）輸入輸出接口電路；（5）外圍設備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。5.1.2數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能根據(jù)設計要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應具有以下功能：讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)；讀取操作面板開關及按鈕信號；讀取螺紋/光電編碼器信號；讀取電動刀架刀位信號；接受車床行程開關信號；控制LED顯示；控制電動刀架自動選刀；控制縱向、橫向電動機驅(qū)動；控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；(10)控制交流變頻器；(11)控制冷卻泵啟停；(12)可與PC進行串行通信。本次設計在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲器之外還擴展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器,用一片74LS373鎖存P0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74LS138C3~8譯碼器;采用全地址碼,采用二個8155芯片,完成對執(zhí)行元件的控制。此外,還設有越界報警急停處理電路.5.2關于各線路元件之間線路連接8031芯片的P和P用來傳送外部存儲器的地址和數(shù)據(jù),P口送的是8位地址,P口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為首選通信號,當ALE為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?出現(xiàn)下降沿時,低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當ACE這樣POD共組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線,A~A低8位安74L373芯片的輸出,A~A按8031芯片的P~P系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號CE分別按74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復位以后程序從0000H~開始執(zhí)行,6264芯片的片選信號CE地址按74LS138的,單片機的擴展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址,8031芯片控制信號PSEN按2764的OE引腳,讀寫控制信號WR和RD分別按6264芯片內(nèi)部沿有ROM,始終要選片外程序存儲器,故按EA地址由于8031只有P口和P口的部分能提供用戶作I/O接口使用,不能滿足輸入輸出口的需要,因此比喻擴展輸入輸出擴展電路.系統(tǒng)擴展3片8155可編程I/O接口芯片,8155(1)的片選信號按74LS138的端74LS138譯碼器有3個輸入ABC分別按8031的PPP8個輸出,低電平有效.對應輸出ABCDE000至1118種現(xiàn)合.其中對應ABC為111.74LS138有3個使能端,其中2個為低電平使能端,另一個為高電平使能端.只有當使能端均處于有效電平是,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無效.I/O接口芯片與外設的聯(lián)接是這樣安排的.8155芯片PA作為顯示器段選信號,輸出PA~P為顯示器的位選信號,輸出PC0~PC45根線是鍵盤輸入.8155芯片的20個引腳按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O口時P2.0為高電平.8155(2),按XZ向直流電機硬件環(huán)形分配器為輸出,系統(tǒng)各芯片采用全地址譯碼,各存儲器及I/O接口芯片.X向Z向直流電機硬件環(huán)形分配器采用YB0153-2相5相10拍方式工作,故均按+5V,時鐘輸入端CP按8155芯片的TIME007用以決定脈沖分配器是如脈沖的頻率,為實現(xiàn)插補時不同的進給的速度,可給8155芯片定時/計數(shù)器中設置不同的常數(shù).5.3關于電路原理圖的一些說明在此電路圖中,還有其他功能電路,如報警電路,急停電路,復位電路,隔離電路,功效電路等,此外還有對自動回轉(zhuǎn)刀架,螺紋加工進行控制.復位電路通常8031的復位有自動復位,和人工按鈕復位兩種,下面將分別顯示電路結構（A）(A)上電復位電路（B）開關復位電路2、時鐘電路時鐘電路如圖所示,XTAL和XTAL2為內(nèi)振蕩電路輸入線,這兩個端口用來外接石英晶體和微調(diào)電器,用來聯(lián)接8031片內(nèi)OSC的定時反饋回路.光電隔離電路在直流電機驅(qū)動電路,脈沖分配器輸出的信號經(jīng)過放大后,控制直流電機的勵磁繞組.由于直流電機需要的驅(qū)動電壓數(shù)高,電流也較大,如果將I/O口輸出信號直接與功率放大電路相連,將引起電路干擾,輕則影響計數(shù)機程序的正常運行,重則導致接口電路的破壞.因此一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路,實行數(shù)控隔離使用最多的是光電耦合器.如下圖光電耦合器是以發(fā)光二級管和光敏二級管組成,為輸入信號的輸入端時,發(fā)光二級管導通激發(fā)紅外光,受光三極管照射后,由于光敏效應產(chǎn)生光電流。通過輸出端輸出，從而實現(xiàn)了以光為信號的輸出，輸入端與輸出端在電器繪出一種光隔離輸出電路，當開關斷開，發(fā)光二級管不通，光敏三級管截止，輸出+5V高電平，當閉合，發(fā)光二級管導通，激勵輸出三級管導通。適當選擇電阻R，可使輸出三級管飽和，輸出0.3左右的TTL低電平。隨著運行頻率的增高，直流電機輸出力矩C帶動負載的能力，這一產(chǎn)生的原因，作為功率放大器負載的直流電機是電感負載。當改變通電時，電流從零逐漸增大，產(chǎn)生感應電動勢使電流按指數(shù)規(guī)律上升。4、鍵盤顯示本次設計中，采用PC~~~PC作為掃描口信號反向放大器按顯示器公共級，8031P口作為片選數(shù)據(jù)口。8155的PB~~PB作為行線輸入?；竟ぷ髟砣缦拢烘I盤顯示口電路圖當鍵松開時，測試信號為1，鍵閉合，測試信號為0，當測試信號為1則禁止，不能對鍵進行識別。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關陣列，圖中行線通過電阻接+5V，當鍵盤上沿有閉和時，所有行線和列線都以斷開，行線PC~PCX是4根行線，PA0~PA7Ss是6根列線，在行線與列線交叉點上安裝有鍵，PA口的6根列線按一定的時間間隔輪流輸出低電平。當掃描到某一列線上時，若無鍵按下，則行線都是高電平；若有一鍵按下時，交叉點上對應的行線變?yōu)榈碗娖健＿@個低電平信號被計算機捕獲后，根據(jù)此間對應的行線和列線的位置，計算機可以判斷出鍵值，完成控制。5、越界報警電路X，Z方向的越界和急停信號經(jīng)過門引入8031的P中斷原LNT，采用硬件申請中斷軟件查詢的方法。這樣無論哪個方向都能引起中斷，當X，Z等一越界，則相應的紅燈亮報警?？偨Y畢業(yè)設計是對我們大學知識的總結和應用，通過這次畢業(yè)設計不僅鞏固、深化了所學的基礎理論和專業(yè)知識，注重對基本概念、原理的應用，還近一步培養(yǎng)和訓練了分析問題、解決問題的能力。本論文主要是對Φ320MM液自動回轉(zhuǎn)刀架進行設計，是機床的重要組成部件。本次課題是針對經(jīng)濟型數(shù)控車床的刀架進行主要設計，刀架是數(shù)控機床的主要部件之一。刀架的精度，剛度以及可靠性都直接影響機床的使用性能，在機床的致命性分析中轉(zhuǎn)塔刀架的致命度是最高的，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后刀架不轉(zhuǎn)位、刀架轉(zhuǎn)位錯誤、刀架錯位、刀架報警、刀架不能正常換刀等等一系列的故障都會導致機床不能正常工作。本次設計針對這些可能出現(xiàn)的故障及錯誤進行了仔細，嚴謹，認真的分析，使車床回轉(zhuǎn)刀架的可靠性有了很大程度的提高。通過這最后的畢業(yè)設計，不但把以前學過的知識進行了融會貫通，而且還看到了自身的許多不足之處。同時老師在我們設計中也給我們提出了很高的要求，他要求我們每一個零部件都要按照標準去查手冊。另外，我們也學會了互相幫助，互相學習，合作的團體精神，嚴格要求自己，形成嚴謹治學的學習態(tài)度，這將會帶到我們以后的工作中去。參考文獻[1]陳嬋娟.數(shù)控車床設計[M].化學工業(yè)出版社，2006：1-160.[2]杜君文，鄧廣敏.數(shù)控技術[M].天津：天津大學出版社，2002：37-56.[3]謝紅.數(shù)控機床機器人機械系統(tǒng)設計指導[M].上海：同濟大學出版社，2004.8：50-84.[4]蔡自興.機器人學[M].北京：清華大學出版社，2000：20-25.[5]李佳.數(shù)控機床機應用[M].北京：清華大學出版社，2001：70-88.[6]張立勛.機電一體化系統(tǒng)設計[M].高等教育出版社，2007：40-51.[7]濮良貴.機械設計（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2004：34-46.[8]徐灝主.新編機械設計師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995：99-140.[9]張立勛，董玉紅.機電系統(tǒng)仿真與設計[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006：53-78.[10]吳宗澤.機械結構設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987：97-112.[11]白文慶.普通車床的數(shù)控設計[J].機械產(chǎn)品與科技，2005，3（2）：92-102.[12]張麗芳.普通車床的數(shù)控設計設計[J].船電技術，2008，11：56-65.[13]張建明.機電一體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在本次設計中，大家互相幫助，互相學習，充分發(fā)揮了各自的才能。大家一起討論問題，一起虛心的請教指導老師，將一個個難題逐步攻克，才使得畢業(yè)設計最終能夠成功的完成。這次的設計對我而言，是我在大學中做的最有意義、最能體現(xiàn)綜合能力、最具有挑戰(zhàn)性的一個學習內(nèi)容。依我來看，我的設計是可行的，若有不足之處，還請老師加以指正。我將在今后的工作中更加努力，認真的學習。

最后，我要十分的感謝指導老師不倦的教誨和同學們的熱心幫助。祝老師們工作順利，身體健康。祝同學們前途似錦！機械設計理論機械設計是一門通過設計新產(chǎn)品或者改進老產(chǎn)品來滿足人類需求的應用技術科學。它涉及工程技術的各個領域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細結構的基本構思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。進行各種機械設計工作的人員通常被稱為設計人員或者機械設計工程師。機械設計是一項創(chuàng)造性的工作。設計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機械制圖、運動學、工程材料、材料力學和機械制造工藝學等方面具有深厚的基礎知識。如前所訴，機械設計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當它們被應用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應該認識到在一個特定的產(chǎn)品進行設計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。應當把機械設計看成是機械設計人員運用創(chuàng)造性的才能進行產(chǎn)品設計、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學的一個良機。掌握工程基礎知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個好的設計中做出所需的全部決定的。另一方面，應該認真精確的進行所有運算。例如，即使將一個小數(shù)點的位置放錯，也會使正確的設計變成錯誤的。一個好的設計人員應該勇于提出新的想法，而且愿意承擔一定的風險，當新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設計人員必須要有耐心，因為所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設計，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機械設計師應該不斷地探索改進現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應該認真選擇原有的、經(jīng)過驗證的設計原理，將其與未經(jīng)過驗證的新觀念結合起來。新設計本身會有許多缺陷和未能預料的問題發(fā)生，只有當這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風險。應該強調(diào)的是，如果設計本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設計的初始階段，應該允許設計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實際的想法，也會在設計的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設計方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理學家經(jīng)常談論如何使人們適應他們所操作的機器。設計人員的基本職責是努力使機器來適應人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。另一個重要問題，設計工程師必須能夠同其他有關人員進行交流和磋商。在開始階段，設計人員必須就初步設計同管理人員進行交流和磋商，并得到批準。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進行的。為了進行有效的交流，需要解決下列問題：所設計的這個產(chǎn)品是否真正為人們所需要？此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力？生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟？產(chǎn)品的維修是否方便？產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？只有時間能對上述問題給出正確答案。但是，產(chǎn)品的設計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎上進行。設計工程師還應該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設計方案進行磋商。通常，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設計人員批準，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發(fā)現(xiàn)設計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O計工作，設計人員應該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會促使人們對材料進行重新評價。由于材料選用不當造成的產(chǎn)品責任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關系已經(jīng)被人們認識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結果，設計工程師的制造工程師都必須認真仔細地選擇、確定和使用材料。制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設計。設計通?？梢苑譃閹讉€明確的階段：（a）初步設計；（b）功能設計；（c）生產(chǎn)設計。在初步設計階段，設計者著重考慮產(chǎn)品應該具有的功能。通常要設想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。在此階段，關于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。在功能設計和工程設計階段，要做出一個切實可行的設計。在這個階段要繪制出相當完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產(chǎn)品進入到生產(chǎn)階段之前，應該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認真選擇材料的借口。應該結合產(chǎn)品的功能，認真仔細地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，所選用的材料應該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據(jù)預期的銷售量經(jīng)濟地制造出來，或者是樣機與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機就沒有多大的價值。設計工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設計階段去做。因為，在生產(chǎn)設計階段材料的更換是由其他人進行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設計工程師。在生產(chǎn)設計階段中，與材料有關的主要問題是應該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設備相適應，能夠利用現(xiàn)有設備經(jīng)濟地進行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應。在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費的代價要高。在設計階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當然，這些新材料可能降低成本、改進產(chǎn)品的性能。但是，必須對新材料進行認真的評價，以確保其所有性能都滿足要求。應當記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。產(chǎn)品的責任訴訟迫使設計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料過程中，五個最常見的問題為：（a）不了解或者不會使用關于材料應用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設計人員還應進一步預測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責任訴訟案件中，由于錯誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時候；(d)質(zhì)量控制方法不適當和未經(jīng)驗證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責任訴訟，設計人員和工業(yè)界按照適當?shù)某绦蜻M行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應該對材料的性質(zhì)，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。MachinedesigntheoryThemachinedesignisthroughdesignsthenewproductorimprovestheoldproducttomeetthehumanneedtheapplicationtechnicalscience.Itinvolvestheprojecttechnologyeachdomain,mainlystudiestheproductthesize,theshapeandthedetailedstructurebasicidea,butalsomuststudytheproductthepersonnelwhichinaspecttheandsoonmanufacture,saleandusequestion.Carriesoneachkindofmachinedesignworktobeusuallycalleddesignsthepersonnelormachinedesignengineer.Themachinedesignisacreativework.Projectengineernotonlymusthavethecreativityinthework,butalsomustinaspectandsoonmechanicaldrawing,kinematics,engineerigmaterial,materialsmechanicsandmachinemanufacturetechnologyhasthedeepelementaryknowledge.Iffrontsues,themachinedesigngoalistheproductioncanmeetthehumanneedtheproduct.Theinvention,thediscoveryandtechnicalknowledgeitselfcertainlynotnecessarilycanbringtheadvantagetothehumanity,onlyhaswhentheyareappliedcanproduceontheproductthebenefit.Thus,shouldrealizetocarriesonbeforethedesigninaspecificproduct,mustfirstdeterminewhetherthepeopledoneedthiskindofproductMustregardasthemachinedesignisthemachinedesignpersonnelcarriesonusingcreativeabilitytheproductdesign,thesystemanalysisandaformulationproductmanufacturetechnologygoodopportunity.Graspstheprojectelementaryknowledgetohavetomemorizesomedataandtheformulaismoreimportantthan.Themerelyservicedataandtheformulaisinsufficienttothecompletelydecisionwhichmakesinagooddesignneeds.Ontheotherhand,shouldbeearnestpreciselycarriesonalloperations.Forexample,evenifplaceswrongadecimalpointposition,alsocancausethecorrectdesigntoturnwrongly.Agooddesignpersonnelshoulddaretoproposethenewidea,moreoveriswillingtoundertakethecertainrisk,whenthenewmethodisnotsuitable,useoriginalmethod.Therefore,designsthepersonneltohavetohavetohavethepatience,becausespendsthetimeandtheendeavorcertainlycannotguaranteebringssuccessfully.Abrand-newdesign,therequestscreenabandonsobsoletelymany,knowsverywellthemethodforthepeople.Becausemanypersonofconservativeness,doesthiscertainlyisnotaneasymatter.Amechanicaldesignershouldunceasinglyexploretheimprovementexistingproductthemethod,shouldearnestlychooseoriginally,theprocessconfirmationprincipleofdesigninthisprocess,withhasnotunifieditaftertheconfirmationnewidea.Newlydesignsitselfcanhavethequestionoccurrencewhichmanyflawsandhasnotbeenabletoexpect,onlyhasaftertheseflawsandthequestionaresolved,canmanifestnewgoodscomeintothemarkettheproductsuperiority.Therefore,aperformancesuperiorproductisbornatthesametime,alsoisfollowingahigherrisk.Shouldemphasize,ifdesignsitselfdoesnotrequesttousethebrand-newmethod,isnotunnecessarymerelyforthegoalwhichtransformtousethenewmethod.Inthedesignpreliminarystage,shouldallowtodesignthepersonnelfullytodisplaythecreativity,noteachkindofrestraint.Evenifhashadmanyimpracticalideas,alsocaninthedesignearlytime,namelyinfrontoftheplanblueprintiscorrected.Onlythen,onlythendoesnotsendtostopsuptheinnovationthementality.Usually,mustproposeseveralsetsofdesignproposals,thenperformthecomparison.Hasthepossibilityverymuchintheplanwhichfinallydesignated,hasusedcertainnotinplansomeideaswhichaccepts.Howdoesthepsychologistfrequentlydiscusscausesthemachinewhichthepeopleadaptsthemtooperate.Designspersonnel'sbasicresponsibilityisdiligentlycausesthemachinetoadaptthepeople.Thiscertainlyisnotaneasywork,becausecertainlydoesnothavetoallpeopletosayinfactallisthemostsuperioroperatingareaandtheoperatingprocess.Anotherimportantquestion,projectengineermustbeabletocarryontheexchangeandtheconsultationwithotherconcernedpersonnel.Intheinitialstage,designsthepersonneltohavetocarryontheexchangeandtheconsultationonthepreliminarydesignwiththeadministrativepersonnel,andisapproved.Thisgenerallyisthroughtheoraldiscussion,theschematicdiagramandthewritingmaterialcarrieson.Inorderto