金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計

1、金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計第一節(jié)第一節(jié) 機床設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求機床設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求q總體原則：質(zhì)量好、效率高、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。q基本要求：工藝范圍工藝范圍生產(chǎn)率和自動化程度生產(chǎn)率和自動化程度加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度可靠性可靠性機床的效率和壽命機床的效率和壽命系列化、通用化、標準化程度系列化、通用化、標準化程度其其 他他金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 工藝范圍：工藝范圍： 定義：機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。 包括：機床可以完成的工序種類； 零件的類型、材料和尺寸范圍； 生產(chǎn)率和加工零件的單件成本； 毛坯的種類； 適用的生產(chǎn)規(guī)模； 加工精度和表面粗

2、糙度。 單件或小批生產(chǎn)的機床，工藝范圍應(yīng)寬。 專用機床和專門化機床，多應(yīng)用于大批量生產(chǎn)?？s小機床工藝范圍以簡化機床結(jié)構(gòu)、提高效率、保證質(zhì)量、降低成本。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 生產(chǎn)率和自動化程度：生產(chǎn)率和自動化程度： 提高生產(chǎn)率，縮短工作時間，包括切削加工時間、輔助時間?？s短切削加工時間,采用先進刀具，提高切削速度、進給速度、加大切削深度等。 提高機床的自動化程度，減輕工人勞動強度，保證加工精度及精度的穩(wěn)定性。 在小批、單件和形狀復(fù)雜的工件的生產(chǎn)中，數(shù)控機床的使用日益增多，其主要特點是有很大的柔性，靈活性大，不需要設(shè)計專用的工裝，適應(yīng)能力強、生產(chǎn)率高，是實現(xiàn)機床自動化的一個重要發(fā)展方向

3、。 在大批大量生產(chǎn)中，則常采用自動化單機或自動線的方法來提高自動化程度。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 加工精度和表面粗糙度：加工精度和表面粗糙度： 加工精度：被加工零件在形狀、尺寸和相互位置方面所能達到的準確程度。 機床的精度包括： 幾何精度決定于機床主要部件的幾何形狀和相互位置。 傳動精度指機床工作部件和零件運動的均勻性與協(xié)調(diào)性，對內(nèi)聯(lián)傳動鏈具有重要的意義。 運動精度指機床在以工作速度運轉(zhuǎn)時主要零部件的幾何位置精度 定位精度指機床主要部件在運動終點所達到實際位置的精度。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 表面粗糙度。工件表面粗糙度與下列因素有關(guān)：工件和刀具的材料，進給量，刀具的幾何形狀，切

4、削時的振動。 剛度。剛度指機床各零部件抵抗彈性變形的能力。 機床的熱變形也影響加工精度 抗振性。機床抵抗受迫振動的能力。和機床的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼特性、主要零部件的固有頻率有關(guān)。機床抵抗切削自激振動的能力稱為切削穩(wěn)定性。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 可靠性：可靠性： 在額定壽命期內(nèi)，在特定工作條件下和規(guī)定時間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率。 由于故障會造成加工件中的部分廢品，故可靠性常用廢品率來表示，廢品率低則可靠性好。 機床的效率和壽命：機床的效率和壽命： 效率：消耗于切削的有效功率與電動機效率：消耗于切削的有效功率與電動機輸出功率之比。兩者的差值輸出功率之比。兩者的差值= =損失。主要損失。主要是摩擦損

5、失，而摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱量，引是摩擦損失，而摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱量，引起機床的熱變形。起機床的熱變形。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 壽命：機床保持它具有加工精度的使用期限。壽命期內(nèi)的正常條件下，機床不喪失設(shè)計時所規(guī)定的精度性能，稱精度保持性。 確保和提高機床壽命，主要是提高一些關(guān)鍵性零件的耐磨性，并使主要傳動件的疲勞壽命和它相適應(yīng)。 中小型機床，壽命約八年。系列化、通用化、標準化程度 產(chǎn)品系列化、零部件通用化和標準化簡稱“三化”。 目的：便于機床設(shè)計、使用與維修。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 其其 他他 人機關(guān)系 操縱方便、省力、容易掌握 噪聲、油霧、粉塵和腐蝕介質(zhì)都是對人體有害的。 外形：

6、美觀大方的造型，適宜的色彩，均能使操作者有舒適宜人的感覺。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計一、有關(guān)機床設(shè)計的幾點看法一、有關(guān)機床設(shè)計的幾點看法1.機械設(shè)計要有創(chuàng)造性2.堅持為用戶服務(wù)3.發(fā)展機床零部件專業(yè)廠第二節(jié)、機床設(shè)計的步驟第二節(jié)、機床設(shè)計的步驟金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計二、機床設(shè)計的步驟二、機床設(shè)計的步驟1、研究設(shè)計要求、檢索資料；、研究設(shè)計要求、檢索資料；2、擬定方案；、擬定方案；工藝分析：工藝分析： 對專用機床，應(yīng)確定工藝方法、擬定夾具方案，對專用機床，應(yīng)確定工藝方法、擬定夾具方案，繪制加工示意圖、加工工序圖、生產(chǎn)率計算卡。繪制加工示意圖、加工工序圖、生產(chǎn)率計算卡。 對通用機床

7、則應(yīng)參照傳統(tǒng)的工藝方法，并考慮新對通用機床則應(yīng)參照傳統(tǒng)的工藝方法，并考慮新工藝和經(jīng)濟合理地擴大工藝范圍的可能性。工藝和經(jīng)濟合理地擴大工藝范圍的可能性。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計確定機床主要技術(shù)參數(shù)、傳動系統(tǒng)、液壓確定機床主要技術(shù)參數(shù)、傳動系統(tǒng)、液壓及電氣系統(tǒng)、主要部件結(jié)構(gòu)草圖，對試驗及電氣系統(tǒng)、主要部件結(jié)構(gòu)草圖，對試驗結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟進行分析。結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟進行分析。 機床總體布局：機床總體布局： 分配運動、選擇傳動和支承形式、安排分配運動、選擇傳動和支承形式、安排操作部位、擬定從布局上改變技術(shù)經(jīng)濟指操作部位、擬定從布局上改變技術(shù)經(jīng)濟指標的措施等。繪制機床聯(lián)系尺寸圖。標的措施等。繪制機床聯(lián)

8、系尺寸圖。 金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計機床的總布局是通過機床的聯(lián)系尺寸圖體現(xiàn)機床的總布局是通過機床的聯(lián)系尺寸圖體現(xiàn)的。在機床的聯(lián)系尺寸中應(yīng)包括：的。在機床的聯(lián)系尺寸中應(yīng)包括：機床的外形尺寸，長寬高；機床的外形尺寸，長寬高； 各部件的輪廓尺寸。各部件的輪廓尺寸。(2) (2) 各部件間的連接、配合和相關(guān)位置的尺各部件間的連接、配合和相關(guān)位置的尺寸。寸。(3) (3) 移動部件的行程、調(diào)整位置的尺寸。移動部件的行程、調(diào)整位置的尺寸。(4) (4) 機床的裝料高度、操縱臺的高度尺寸。機床的裝料高度、操縱臺的高度尺寸。(5) (5) 機床主機與液壓站、電氣柜的間距。機床主機與液壓站、電氣柜的間距

9、。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 三、樣機試制和鑒定三、樣機試制和鑒定 3、技術(shù)設(shè)計；、技術(shù)設(shè)計；4、工作圖設(shè)計；、工作圖設(shè)計；5、編制技術(shù)文件；、編制技術(shù)文件；6、對圖樣進行工藝審查和標準化審查。、對圖樣進行工藝審查和標準化審查。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計機床的四化是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策，對發(fā)機床的四化是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟政策，對發(fā)展機床新品種，提高機床質(zhì)量，縮短新機床試展機床新品種，提高機床質(zhì)量，縮短新機床試制和生產(chǎn)準備周期保證互換性及協(xié)作配套等都制和生產(chǎn)準備周期保證互換性及協(xié)作配套等都有十分重要的意義，其核心是品種系列化。有十分重要的意義，其核心

10、是品種系列化。一、機床的系列化一、機床的系列化定義：為同一類型的機床安排一個系列型譜，定義：為同一類型的機床安排一個系列型譜，統(tǒng)一規(guī)劃擬訂一系列的各種機床的總體方案，統(tǒng)一規(guī)劃擬訂一系列的各種機床的總體方案，對產(chǎn)品進行系列設(shè)計。對產(chǎn)品進行系列設(shè)計。目的：用最少的規(guī)格和最少型式的機床去滿足目的：用最少的規(guī)格和最少型式的機床去滿足國民經(jīng)濟各生產(chǎn)部門的需要。國民經(jīng)濟各生產(chǎn)部門的需要。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計內(nèi)內(nèi)容容制定機床的參數(shù)標準：制定機床的參數(shù)標準：確定主參數(shù)系列和第二主參數(shù)確定主參數(shù)系列和第二主參數(shù) 編制機床的系列型譜：編制機床的系列型譜：根據(jù)機床主參數(shù)標準的規(guī)定，根據(jù)機床主參數(shù)標準的規(guī)

11、定，確定某類型機床的品種、基型確定某類型機床的品種、基型與變型、布局及其應(yīng)有的技術(shù)與變型、布局及其應(yīng)有的技術(shù)性能和技術(shù)參數(shù)水平。性能和技術(shù)參數(shù)水平。 機床的系列設(shè)計：機床的系列設(shè)計：應(yīng)根據(jù)機床的系列型譜進行應(yīng)根據(jù)機床的系列型譜進行 金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 制定了參數(shù)標準制定了參數(shù)標準,同一主參數(shù)的機床，為了同一主參數(shù)的機床，為了滿足社會的需要，選擇用途廣，形式易變滿足社會的需要，選擇用途廣，形式易變的機床作為基型，以基型為基礎(chǔ)，增加或的機床作為基型，以基型為基礎(chǔ)，增加或減少某些另部件的結(jié)構(gòu)而派生出來的機床減少某些另部件的結(jié)構(gòu)而派生出來的機床作為變型，作為變型，(基型基型+變型即構(gòu)成型

12、譜變型即構(gòu)成型譜,主參數(shù)主參數(shù)系列系列+型譜才構(gòu)成系列型譜型譜才構(gòu)成系列型譜)在系列型譜的在系列型譜的指導(dǎo)下，進行產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品試制，產(chǎn)品指導(dǎo)下，進行產(chǎn)品設(shè)計，產(chǎn)品試制，產(chǎn)品定型，實現(xiàn)品種系列化，并逐步做到定型，實現(xiàn)品種系列化，并逐步做到“五五個統(tǒng)一個統(tǒng)一”（型號統(tǒng)一；主要參數(shù)統(tǒng)一；安（型號統(tǒng)一；主要參數(shù)統(tǒng)一；安裝和連接尺寸統(tǒng)一；易損件統(tǒng)一；質(zhì)量檢裝和連接尺寸統(tǒng)一；易損件統(tǒng)一；質(zhì)量檢查標準和試驗方法統(tǒng)一）以利于機床的生查標準和試驗方法統(tǒng)一）以利于機床的生產(chǎn)，使用，維修，配套和管理。產(chǎn)，使用，維修，配套和管理。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計例搖臂鉆床的主參數(shù)例搖臂鉆床的主參數(shù)(最大鉆孔直徑最大

13、鉆孔直徑)系列為系列為25、40、63、80、100、125mm。 搖臂鉆床系列型譜中幾種型式搖臂鉆床系列型譜中幾種型式 金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計定義：在互換性的基礎(chǔ)上，盡可能地擴大零部件定義：在互換性的基礎(chǔ)上，盡可能地擴大零部件的使用范圍的使用范圍,在行業(yè)內(nèi)部利用較少的幾種結(jié)構(gòu)，去適在行業(yè)內(nèi)部利用較少的幾種結(jié)構(gòu)，去適應(yīng)較多的產(chǎn)品的需要。應(yīng)較多的產(chǎn)品的需要。目的目的:以減少企業(yè)生產(chǎn)的零、部件種數(shù)，使制造廠以減少企業(yè)生產(chǎn)的零、部件種數(shù)，使制造廠的生產(chǎn)和管理過程簡化，以獲得較高的經(jīng)濟效益。的生產(chǎn)和管理過程簡化，以獲得較高的經(jīng)濟效益。優(yōu)點：減少設(shè)計工作量。擴大生產(chǎn)批量，減少工優(yōu)點：減少設(shè)計工

14、作量。擴大生產(chǎn)批量，減少工藝裝備，便于管理生產(chǎn)和組織專業(yè)化生產(chǎn)，降低成藝裝備，便于管理生產(chǎn)和組織專業(yè)化生產(chǎn)，降低成本，提高技術(shù)，保證質(zhì)量。本，提高技術(shù)，保證質(zhì)量。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計機床的零部件一般可分為：機床的零部件一般可分為：專用件：某一型號的機床所特有的零部件。專用件：某一型號的機床所特有的零部件。通用件：本型號機床與其它型號機床間相互通用通用件：本型號機床與其它型號機床間相互通用的零部件。的零部件。外購件：由專門工廠生產(chǎn)的可以購買到的零部件。外購件：由專門工廠生產(chǎn)的可以購買到的零部件。標準件：由國家或行業(yè)標準化了的，在各種機床標準件：由國家或行業(yè)標準化了的，在各種機床或機器

15、上都可以通用的零部件?；驒C器上都可以通用的零部件。要盡量加大通用件和標準件在零件總數(shù)中的比重。要盡量加大通用件和標準件在零件總數(shù)中的比重。通用化系數(shù)通用化系數(shù)=通用件總數(shù)通用件總數(shù)/（專（專+通）通） 例如：通用搖臂鉆床例如：通用搖臂鉆床Z3012540（最大鉆孔直徑（最大鉆孔直徑為為125毫米，最大跨距為毫米，最大跨距為400毫米）通用件為毫米）通用件為386件，專用件只有件，專用件只有71件，通用化系數(shù)為件，通用化系數(shù)為84.5%標準化系數(shù)標準化系數(shù)=（標準件總數(shù)（標準件總數(shù)+外購件總數(shù)）外購件總數(shù)）/零件總零件總數(shù)數(shù) 一般標準化系數(shù)一般標準化系數(shù)45%-50%金屬切削機床戴曙第十四章總體

16、設(shè)計 模塊化是通用化的發(fā)展。模塊化是通用化的發(fā)展。其設(shè)計的核心就是要設(shè)其設(shè)計的核心就是要設(shè)計一系列的模塊，在模塊化的初步，是使各個部件計一系列的模塊，在模塊化的初步，是使各個部件獨立，并有幾種方案可供選擇。獨立，并有幾種方案可供選擇。定義：一組具有同一功能和結(jié)合要素（包括連接定義：一組具有同一功能和結(jié)合要素（包括連接部件的形狀，尺寸和連接件之間的配合）而有不同部件的形狀，尺寸和連接件之間的配合）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用途（或性能）和不同結(jié)構(gòu)且能互換的各個單元（零件、組件、部件或系統(tǒng)）或是能增加機床功能（零件、組件、部件或系統(tǒng)）或是能增加機床功能的單元。的單元。優(yōu)點：

17、優(yōu)點：產(chǎn)品更新快，開發(fā)快。產(chǎn)品更新快，開發(fā)快。設(shè)計和試制周期短：能極大地適應(yīng)用戶的需要，便設(shè)計和試制周期短：能極大地適應(yīng)用戶的需要，便于于 發(fā)展多品種小批量產(chǎn)品發(fā)展多品種小批量產(chǎn)品成本低，效益好。成本低，效益好。維修方便。維修方便。模塊預(yù)先經(jīng)過實驗，可確保性能穩(wěn)定可靠。模塊預(yù)先經(jīng)過實驗，可確保性能穩(wěn)定可靠。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計n設(shè)計時應(yīng)注意模塊的互換性和適應(yīng)性，組設(shè)計時應(yīng)注意模塊的互換性和適應(yīng)性，組成產(chǎn)品的各模塊應(yīng)成產(chǎn)品的各模塊應(yīng)“協(xié)調(diào)勻稱協(xié)調(diào)勻稱”，尤其應(yīng)，尤其應(yīng)注意與主機的區(qū)別。注意與主機的區(qū)別。n模塊化的進一步發(fā)展是生產(chǎn)的社會化。各模塊化的進一步發(fā)展是生產(chǎn)的社會化。各種模塊種

18、模塊(稱為稱為“功能部件功能部件”或或“單元單元”)由專由專門的工廠制造，作為商品，向社會供應(yīng)。門的工廠制造，作為商品，向社會供應(yīng)。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計任務(wù)：解決機床各部件間的相對運動和相對位置任務(wù)：解決機床各部件間的相對運動和相對位置的關(guān)系，并使機床具有協(xié)調(diào)完美的造型。的關(guān)系，并使機床具有協(xié)調(diào)完美的造型。定義：選擇機床的形式分配各機床部件之間所需定義：選擇機床的形式分配各機床部件之間所需的相對運動的及安排各部件和手柄在整合機床中的相對運動的及安排各部件和手柄在整合機床中的相互位置。的相互位置。合理的總體布局應(yīng)滿足的基本要求：合理的總體布局應(yīng)滿足的基

19、本要求： 保證工藝方法所需要的工件和刀具的相對位置和保證工藝方法所需要的工件和刀具的相對位置和相對運動。相對運動。 保證機床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度保證機床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗震性。和抗震性。 便于觀察加工過程，便于操作，調(diào)整和修理機床，便于觀察加工過程，便于操作，調(diào)整和修理機床，便于輸送裝卸工件和排除抗屑，并保證工件安全。便于輸送裝卸工件和排除抗屑，并保證工件安全。 經(jīng)濟性好。為節(jié)省材料，減少機床占地面積。經(jīng)濟性好。為節(jié)省材料，減少機床占地面積。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計一、一、機床的基本型式機床的基本型式 通用機床的總體布局：布局形式是比較成熟的傳統(tǒng)形式，

20、通用機床的總體布局：布局形式是比較成熟的傳統(tǒng)形式，變化不大，如臥式、立式、單臂式和龍門式等，隨著科技變化不大，如臥式、立式、單臂式和龍門式等，隨著科技的不斷發(fā)展，也在逐步改善。的不斷發(fā)展，也在逐步改善。 專用機床的總體布局：布局形式靈活多樣，變化較多。參專用機床的總體布局：布局形式靈活多樣，變化較多。參考通用機床的布局有時對專用機床的布局也是有益的?？纪ㄓ脵C床的布局有時對專用機床的布局也是有益的。 影響機床總體布局的主要因素：影響機床總體布局的主要因素： 表面成型方法。表面成型方法。 工件尺寸。工件尺寸。 工件技術(shù)要求。工件技術(shù)要求。 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率。生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率。 其它因素：結(jié)構(gòu)、操作

21、、外形、占地、運輸和吊裝等。其它因素：結(jié)構(gòu)、操作、外形、占地、運輸和吊裝等。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計這種型式的機床的重心低，但占地面積較這種型式的機床的重心低，但占地面積較大。通常工人在機床的前面操作，適于加大。通常工人在機床的前面操作，適于加工細而長的工件或需要加工行程較長的工工細而長的工件或需要加工行程較長的工件。件。如臥式車床、外圓磨床、臥式鏜床、臥式如臥式車床、外圓磨床、臥式鏜床、臥式拉床等拉床等 。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 具有占地面積小，工人所處的操作位置比具有占地面積小，工人所處的操作位置比較靈活的特點；較靈活的特點；如立式鉆床、立式單柱坐標鏜床、立式銑如立式鉆床

22、、立式單柱坐標鏜床、立式銑床床 等。等。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 適于方便地更換點位進行加工。但這類布適于方便地更換點位進行加工。但這類布局型式與框架式相比剛度較差，因此應(yīng)注局型式與框架式相比剛度較差，因此應(yīng)注意提高剛度。意提高剛度。 金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計 具有剛度和加工精度高的特點。具有剛度和加工精度高的特點。 適用于箱體件的平面加工，如龍門刨床、適用于箱體件的平面加工，如龍門刨床、龍門銑床龍門銑床 ；或是加工精度和表面粗糙度要求較嚴的平或是加工精度和表面粗糙度要求較嚴的平面與孔，如立式雙柱坐標鏜床。面與孔，如立式雙柱坐標鏜床。金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計5、數(shù)控機床和加工中心的布局型式，是數(shù)控機床和加工中心的布局型式，是在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。機在普通機床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。機床布局發(fā)生了很大的變化。床布局發(fā)生了很大的變化。 金屬切削機床戴曙第十四章總體設(shè)計二、機床的運動及其分配對布局的影響二、機床的運動及其分配對布局的影響