機床的總體設計課件

機床的總體設計創(chuàng)造性的勞動機床----機械制造業(yè)的基礎裝備傳統(tǒng)設計要求之外，柔性，系統(tǒng)有機結(jié)合類比-----〉分析計算；靜力分析----〉靜態(tài)、動態(tài)及熱變性熱應力定性----〉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。機床的總體設計創(chuàng)造性的勞動類比-----〉分析計算；1機床設計基本要求

一、性能要求工藝范圍：（機床的加工功能）適應不同生產(chǎn)要求的能力可完成的工序種類加工零件的類型材料和尺寸范圍毛坯的種類等專用機床：工藝范圍較窄，功能少數(shù)控機床：工藝范圍寬，功能強通用機床：工藝范圍較寬，功能較強機床功能的增加---〉結(jié)構(gòu)復雜程度增加、制造難度、周期及成本增加機床功能選擇的依據(jù)----批量技術(shù)經(jīng)濟指標機床設計基本要求

一、性能要求工藝范圍：（機床的加工功能）適2柔性：適應加工對象變化的能力空間上：功能柔性，多品種小批量的加工時間上：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床：人，要求機床的使用、操作、清理、維護方便。自動化柔性制造系統(tǒng)，自動，要求機床結(jié)構(gòu)形式開放性好，物料交接方便柔性：適應加工對象變化的能力3精度:被加工零件在尺寸、形狀和相互位置等方面所能達到的準確程度。三級：普通精度級、精密級和高精度級空載條件下的精度：幾何精度、運動精度、傳動精度、定位精度等運動精度剛度靜態(tài)剛度動態(tài)剛度熱態(tài)剛度機床的總體設計課件4表面粗糙度工件、刀具的材料、進給量、刀具的幾何形狀和切削時的振動有關(guān)抗振性：受迫振動和自激振動噪聲生產(chǎn)率和自動化單位時間內(nèi)機床所能加工的工件數(shù)量效率----成本自動化程度----生產(chǎn)率----加工精度的穩(wěn)定性FMSFA成本成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期表面粗糙度5生產(chǎn)周期可靠性機床壽命造型與色彩生產(chǎn)周期6二、經(jīng)濟效益成本加工效率和可靠性三人機關(guān)系操縱方便、省力、容易掌握、不易發(fā)生操縱錯誤和故障防止污染二、經(jīng)濟效益7機床設計方法計算機技術(shù)和分析技術(shù)cad,CAE:傳統(tǒng)經(jīng)驗設計，定性設計--〉定量設計；靜態(tài)和線性分析--〉動態(tài)和非線性分析；可行性設計---〉最佳設計數(shù)控技術(shù)：機床的傳動與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化FMS的發(fā)展機床的設計方法是根據(jù)其設計類型而定通用機床采用系列化設計方法組合機床：組合設計類型創(chuàng)新設計類型：分析式設計：類比分析、推理方法產(chǎn)生方案創(chuàng)成式設計：創(chuàng)成解析的方法機床設計方法計算機技術(shù)和分析技術(shù)創(chuàng)新設計類型：8經(jīng)驗設計階段主要任務是解決加工與強度問題經(jīng)驗（或類比）設計方法，經(jīng)驗數(shù)據(jù)為基礎經(jīng)驗公式技術(shù)標準為手段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安全系數(shù)偏大無法保證機床的良好性能經(jīng)驗設計階段9試驗設計階段科技發(fā)展及工藝水平的提高機床試驗研究：實物測試或模型試驗試驗設計方法：試驗研究進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床性能，局部調(diào)整試驗設計階段10計算機輔助設計實際問題簡化為模型，計算機進行分析、計算并選定最佳方案結(jié)果的準確性計算機輔助設計11現(xiàn)代設計方法特點設計對象系統(tǒng)化設計內(nèi)容完善化：使機床產(chǎn)品實用經(jīng)濟及美觀舒適設計目標最優(yōu)化：多目標整體優(yōu)化設計問題模型化模型是對設計問題的高度概括和抽象意義：工程問題與數(shù)學理論緊密結(jié)合現(xiàn)代設計方法特點設計對象系統(tǒng)化12設計過程動態(tài)化動態(tài)性能動力學模型，動態(tài)分析，參數(shù)修改設計手段計算機化初步設計階段：方案分析、選擇、評價和決策技術(shù)設計階段：結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定，運動、動力或其他特性分析，材料選擇、成本計算，參數(shù)優(yōu)化工程圖設計階段設計過程動態(tài)化13機床設計步驟總體設計主要技術(shù)指標設計后續(xù)設計的前提和依據(jù)用途：機床的工藝范圍生產(chǎn)率：加工對象的種類、批量、及所要求的生產(chǎn)率性能指標：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)動方式：直接影響傳動方式的確定成本及生產(chǎn)周期機床設計步驟總體設計14總體方案設計運動功能設計：繪制機床的運動功能圖基本參數(shù)設計：尺寸參數(shù)、運動參數(shù)和動力學參數(shù)設計傳動系統(tǒng)設計：傳動方式、傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖總體結(jié)構(gòu)布局設計：運動功能分配、總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設計控制系統(tǒng)設計：控制方式及控制原理、控制系統(tǒng)圖總體方案綜合評價與選擇總體方案地設計修改或優(yōu)化總體方案設計15詳細設計技術(shù)設計：確定結(jié)構(gòu)原理方案、裝配圖設計、分析計算或優(yōu)化施工設計：零件圖設計、商品化設計、編制技術(shù)文檔機床整機綜合評價整機性能分析和綜合評價詳細設計16金屬切削機床設計的基本理論精度普通精度級、精密級、高精度級設計階段主要從機床的精度分配、元件及材料選擇等方面來提高機床精度幾何精度空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀，相互位置和相對運動的精確程度基本指標允差：1：0.4：0.25導軌直線度、主軸徑向跳動及軸向串動、主軸中心線對滑臺移動方向的平行度或垂直度等金屬切削機床設計的基本理論精度允差：1：0.4：0.25導17運動精度機床空載并以工作速度運動時，主要零部件的幾何位置精度高速高精度機床的一個重要指標影響因素傳動精度傳動系各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調(diào)性和均勻性影響因素：傳動系統(tǒng)設計、元件的制造和裝配回轉(zhuǎn)精度運動精度回轉(zhuǎn)精度18定位精度定位部件運動到達規(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、進給控制系統(tǒng)的精度、剛度及動態(tài)特性，測量系統(tǒng)的精度工作精度加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機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)，保持機床所要求的精度影響因素：磨損定位精度19剛度定義：K=F/y載荷：靜載荷－－靜剛度動載荷－－動剛度：抗振性整機剛度多構(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位移剛度的合理分配或優(yōu)化剛度定義：K=F/y20抗振性機床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力抵抗受迫振動振源：內(nèi)部－動平衡外部共振自激振動－－切削穩(wěn)定性刀具工件之間的一種相對振動切削過程中抗振性機床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力共振自激振動－－切21振動影響因素振動不利影響機床的剛度阻尼特性：特別是結(jié)合部阻尼固有頻率：設計期間分析計算各階阻尼振動影響因素22熱變形熱源影響：破壞機床的原始幾何精度、加快磨損甚至影響正常運轉(zhuǎn)熱平衡溫度場措施：熱源位置、散熱、減小溫差、熱變形轉(zhuǎn)向、預熱、溫度控制、補償、隔熱等熱變形熱源23噪聲源泉：振動度量指標：聲壓和聲壓級、聲功率和聲功率級、聲強和聲強級；響度、聲級來源：機械噪聲液壓噪聲電磁噪聲空氣動力噪聲源泉：振動24低速運動平穩(wěn)性爬行現(xiàn)象和機理影響工件的加工精度和表面粗糙度摩擦自激振動：摩擦面上摩擦系數(shù)變化和傳動機構(gòu)的剛度不足力學模型措施減小靜、動摩擦系數(shù)之差提供傳動機構(gòu)的剛度提高阻尼比降低移動件的質(zhì)量低速運動平穩(wěn)性爬行現(xiàn)象和機理25第三節(jié)系列化、通用化、標準化機床系列化將同一品種或同一型式機床產(chǎn)品的規(guī)格按最佳數(shù)列科學排列，以最少的品種滿足最廣泛的需要內(nèi)容：制訂機床參數(shù)標準----主參數(shù)系列編制機床系列型譜----確定某類機床的系列品種、用途性能及其結(jié)構(gòu)特征、基型系列型譜參數(shù)等系列設計第三節(jié)系列化、通用化、標準化機床系列化26機床產(chǎn)品系列設計編制整個系列的技術(shù)任務書，進行系列內(nèi)閣產(chǎn)品的設計、樣機試制及圖紙定型等工作。系列產(chǎn)品統(tǒng)籌考慮有利于機床的生產(chǎn)、使用、維修、配套及管理等機床產(chǎn)品系列設計27零部件通用化互換性基礎上盡可能擴大同一零、部件的使用范圍縮短機床設計與制造周期；擴大生產(chǎn)批量；減少工藝裝備；降低成本；保證質(zhì)量及便于管理零部件通用化28通用化程度：通用化系數(shù)=產(chǎn)品零部件：專用件、通用件、標準件及外購件一般不應低于70%通用化程度：29零部件標準化一般不應低于45%模塊化設計將機床同一功能的單元，設計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)且能互換的各個單元零部件標準化30第四節(jié)機床總體布局主要內(nèi)容確定機床型式、機床的主要零部件及其相對位置關(guān)系，使機床具有一個協(xié)調(diào)完美的造型注意問題：工件特征：以車床為例機床性能：傳動精度；機床剛度；振動；熱生產(chǎn)批量：車削盤類：臥式車床、轉(zhuǎn)塔、多刀半自動、立式多軸半自動第四節(jié)機床總體布局主要內(nèi)容31基本型式傳統(tǒng)布局：臥式、立式、單臂式和龍門式臥式：重心低，占地面積較大立式：占地面積較小單臂式：方便地更換點位進行加工，剛度差龍門式：箱體平面加工。剛度、精度高數(shù)控機床基本型式32機床的運動及其分配對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床性能對布局的影響操作、觀察與調(diào)整對布局的影響機床的運動及其分配對布局的影響33第五節(jié)機床主要參數(shù)確定尺寸參數(shù)主參數(shù)：代表機床規(guī)格大小臥車：工件的最大回轉(zhuǎn)直徑齒輪：最大工件直徑外圓磨床：最大磨削直徑龍門刨：工作臺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：最大刨削長度第五節(jié)機床主要參數(shù)確定尺寸參數(shù)34第二主參數(shù)車床：工件的最大長度齒輪：最大工件直徑外圓磨床：最大磨削直徑龍門刨臥式銑鏜床：主軸直徑第二主參數(shù)35運動參數(shù)主運動參數(shù)回轉(zhuǎn)主運動的機床：主軸轉(zhuǎn)速n=1000v/πd直線運動的機床：每分鐘的往復次數(shù)變速范圍最低、最高轉(zhuǎn)速：合理選擇變速范圍：對于臥式車床：運動參數(shù)主運動參數(shù)36分級變速時的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列ｎ處于兩級轉(zhuǎn)速之間相對轉(zhuǎn)速損失：最大相對損失率使Ａｍａｘ為一定值ｎｊ＋１＝ｎｊφ分級變速時的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列37進給運動參數(shù)ｍｍ／ｒｍｍ／往復ｍｍ／ｍｉｎ數(shù)控、重型機床：無級調(diào)整普通機床：分級，通常也取等比數(shù)列；往復主運動機床等差數(shù)列；自動半自動機床；臥式車床分段等差進給運動參數(shù)38標準公比和標準數(shù)列機床轉(zhuǎn)速遞增，使最大相對轉(zhuǎn)速損失率不超過５０％標準公比：1.06,1.12,1.2