第一章專機總體設(shè)計

1、第一章 專機(zhunj)總體設(shè)計第一節(jié) 專機(zhunj)的基本要求第二節(jié) 專機的設(shè)計步驟第三節(jié) 專機的總體方案設(shè)計第四節(jié) 主要技術(shù)參數(shù)的確定共四十頁第一節(jié) 機床的基本(jbn)要求 機床的基本要求 具有良好的技術(shù)性能，滿足使用要求；造型(zoxng)美觀，色彩協(xié)調(diào)，有良好的人機關(guān)系；經(jīng)濟適用，質(zhì)量好，成本低。 一、機床的主要技術(shù)性能工藝范圍操作方便加工精度可靠性生產(chǎn)率自動化 主要包括工藝范圍操作方便加工精度可靠性生產(chǎn)率自動化 主要包括共四十頁 多品種小批生產(chǎn)要求機床(jchung)運動和刀具數(shù)目多，加工精度高，加工效率高，工藝范圍廣。如：數(shù)控機床，加工中心，柔性制造系統(tǒng)。 第一節(jié) 機床(j

2、chung)的基本要求 工藝范圍 是指機床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力（或功能）。包括可加工的零件類型、表面形狀和尺寸，加工方法等。 不同的生產(chǎn)模式對機床的工藝范圍要求不同。 大批量生產(chǎn)要求加工效率高，工藝范圍窄，機床結(jié)構(gòu)簡單。如：組合機床。 單件小批生產(chǎn)要求擴大機床功能，工藝范圍廣，機床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如：通用車床，通用鉆床等。 1.工藝范圍共四十頁第一節(jié) 機床的基本(jbn)要求 零件的加工精度 指被加工零件的形狀(xngzhun)位置精度、尺寸準確度、表面粗糙度。 2.加工精度 幾何精度 指機床不運動或空載低速運動時的精度。 幾何精度反映機床主要零部件的幾何形狀精度、相對位置、相對運動軌跡精度，是評

3、價機床質(zhì)量的基本指標。幾何精度取決于零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造裝配精度。機床的精度包括： 傳動精度 指內(nèi)聯(lián)系傳動鏈兩末端執(zhí)行件相對運動的精度。傳動精度取決于傳動件的制造精度和傳動系統(tǒng)的設(shè)計合理性。共四十頁第一節(jié) 機床的基本(jbn)要求 定位精度 指機床工作零部件運動終了時所達到(d do)的位置的準確性和機床的調(diào)整精度。 精度保持性 指機床加工精度應(yīng)保持的時間，也稱使用壽命。 不同類型、不同精度的機床，其精度保持性是不同的。 運動精度 指機床在額定負載下運動時主要零部件的幾何位置精度。 運動精度是評價機床的重要指標，它取決于運動部件的制造精度、機床零部件的動態(tài)剛度和熱變形程度。 共四十頁第一節(jié)

4、機床的基本(jbn)要求 生產(chǎn)率 指機床在單位時間內(nèi)能加工的工件數(shù)量。機床的切削效率越高，輔助時間越短，其生產(chǎn)率就越高。 機床的生產(chǎn)率是衡量生產(chǎn)技術(shù)(jsh)的先進性、生產(chǎn)組織的合理性和工人工作積極性的重要指標。 3.生產(chǎn)率和自動化程度 自動化 指機床在無人工干預(yù)的情況下，按規(guī)定動作要求通過機械、電子或計算機的控制，自動完成加工的性能。機床自動化程度越高，加工精度的穩(wěn)定性越好，可有效地減少工人的勞動強度。 自動化的大批生產(chǎn) 采用組合機床、數(shù)控機床組成自動生產(chǎn)線。 自動化的單件小批生產(chǎn) 采用由數(shù)控機床、加工中心構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)，或由柔性制造系統(tǒng)構(gòu)成自動化工廠。共四十頁第一節(jié) 機床(jchung

5、)的基本要求 4.可靠性 可靠性的衡量指標：平均(pngjn)無故障工作時間及有效度。 可靠性是機床一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標，它包括兩個方面： 機床在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)生失效的難易程度； 可修復(fù)機床失效后在規(guī)定時間內(nèi)修復(fù)的難易程度。 固有可靠性通過設(shè)計、制造賦予機床的可靠性能。 使用可靠性受使用、維護方式和使用條件的影響。 可靠性 指機床在使用壽命期內(nèi)完成規(guī)定加工功能的能力。共四十頁5.操作方便、工作安全操作系統(tǒng)要簡單可靠，以減輕操作人員的勞動強度。要有各種保險裝置以消除由于誤操作而引起的危險，以避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。6.造型美觀、減少污染(wrn)要求所設(shè)計的專機不僅使用性能好、尺寸小、價格低廉

6、，而且外形美觀，富于時代特點，并且盡可能地降低噪聲，減輕對環(huán)境的污染。各項基本要素之間既相互聯(lián)系又相互制約，在設(shè)計時應(yīng)加以綜合考慮共四十頁第一節(jié) 機床的基本(jbn)要求 機床的整體及操縱應(yīng)符合人的生理和心理特征，實現(xiàn)人機環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提供舒適、可靠(kko)、高效的工作條件。 1.信號指示系統(tǒng) 顯示方式、顯示器的位置等應(yīng)該易于操作者無誤的接受。 2.操縱件 符合人的動作習慣，操縱靈活方便、迅速、省力，不易產(chǎn)生誤操作或故障。 3.造型、色彩和噪聲 機型應(yīng)美觀大方，色彩協(xié)調(diào)，噪聲低。 人機關(guān)系共四十頁第一節(jié) 機床(jchung)的基本要求 機床的經(jīng)濟實用 是指機床在滿足應(yīng)有的加工功能、可靠性和人

7、機關(guān)系的前提(qint)下，還要求有良好的經(jīng)濟性，即成本低。 經(jīng)濟實用 機床的成本低貫穿在機床產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括設(shè)計、制造、包裝、運輸、實用、維護、再利用和報廢處理等費用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標。 因此，應(yīng)盡可能在保證機床性能要求的前提下，提高其性能價格比。 共四十頁二、專機(zhunj)設(shè)計的步驟1、調(diào)查研究(ynji)：確定專機設(shè)計任務(wù)、目的和要求等。 2、總體方案設(shè)計：根據(jù)設(shè)計任務(wù)構(gòu)思各種可行方案并進行比較和抉擇。 3、工作圖設(shè)計：根據(jù)設(shè)計方案進行產(chǎn)品、各部件和零件的圖紙繪制和數(shù)據(jù)計算。4、試制鑒定：根據(jù)設(shè)計圖紙制造樣機并對其進行試驗鑒定。共四十頁三、專機(zhunj)的

8、總體方案設(shè)計 專機(zhunj)在總體設(shè)計中所涉及的具體內(nèi)容包括：調(diào)查研究、工藝分析、專機(zhunj)的總體布局和確定專機(zhunj)的主要技術(shù)參數(shù)。各部分內(nèi)容的具體情況如下：調(diào)查研究：調(diào)查研究必須從以下方面進行，即對加工對象、使用要求、制造條件、現(xiàn)有同類型機床進行調(diào)查。共四十頁 如何實現(xiàn)所需運動； 何種部件產(chǎn)生運動； 工件(gngjin)如何安裝加工； 各種運動如何控制； 如何設(shè)置合理的操作位置。 一、機床(jchung)的總體布局 機床的總體布局包括：根據(jù)已確定的零件加工方法和應(yīng)具有的運動來確定如下設(shè)計：共四十頁 3.運動分配應(yīng)有利于提高運動部件(bjin)的剛度 運動應(yīng)分配給剛度高的

9、部件。如：外圓磨床工作臺和砂輪架的運動。 4.運動(yndng)分配應(yīng)考慮工件形狀 不同形狀的工件，所需的運動部件不一樣。如：圓柱形工件內(nèi)孔在車床上加工，工件旋轉(zhuǎn)；箱體件內(nèi)孔常在鏜床或鉆床上加工，刀具旋轉(zhuǎn)，工件移動。 2.運動分配應(yīng)有利于提高工件的加工精度 運動部件不同，加工精度不同。如：鉆床上鉆頭的運動。 1.運動分配給質(zhì)量小的零部件 運動件質(zhì)量小，慣性力小，需要的驅(qū)動力小，傳動機構(gòu)體積小，制造成本低。如：銑床上銑刀的運動。 一、分配機床的運動共四十頁 電氣傳動 可簡化機械結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速，廣泛用于數(shù)控機床(sh kn j chun)的主運動。其進給運動采用伺服電

10、動機齒輪傳動滾珠絲杠螺母。 機械傳動 靠滑移齒輪變速，變速級數(shù)30級。傳遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確。但存在相對轉(zhuǎn)速損失，工作中不能變速。廣泛用于通用(tngyng)和專用中小型機床的主運動和進給運動。 二、傳動形式和支承形式的選擇 液壓傳動 能實現(xiàn)無級變速傳動，傳動平穩(wěn)，運動換向沖擊小，易實現(xiàn)直線運動，適用于刨床、拉床、大型磨床的主運動；銑床、磨床和組合機床的進給運動。1. 傳動形式共四十頁 （2）支承形式 指機床支承件的形狀，分為臥式支承：支承件高度(god)方向尺寸長度方向尺寸。臥式機床可用臥式支承，也可用立式支承。如圖示： （1）機床形式(xngsh) 指主運動執(zhí)行件的狀態(tài)。 2

11、.支承形式 臥式支承 重心低，剛度大，執(zhí)行件在兩個方向運動，廣泛用于中小型機床。共四十頁 立式機床的立式支承(zh chn)實例 立式支承 占地面積小，剛度(n d)較臥式差，執(zhí)行件可在縱、橫、垂直三個方向運動，用于加工大尺寸工件和箱體工件的機床。 共四十頁 龍門支承（框架式） 剛性(n xn)好，能承受沖擊力。但支承件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。適用于大型工件的加工、多工件同時加工。 單臂支承、龍門(ln mn)支承 如：搖臂鉆床，龍門銑床。 單臂支承 其立柱上增加了可上下移動的橫向懸梁，結(jié)構(gòu)簡單，但剛性差。加工時動力頭離立柱越遠，橫臂根部的彎矩越大。共四十頁 1.操作者和工件的相對位置(wi zhi)適

12、當 （1）為便于裝卸工件、觀察加工情況、檢測工件，應(yīng)保證人在操作過程中的的正常視覺，一般為50760mm。 （2）臥式機床主軸高度在9001200mm ，立式大型機床的工作臺高度在700mm左右，立式中小型機床的工件安裝在9501050mm 2.操作者與操縱手柄的位置適當 保證操作準確、省力、方便 （1）單工位中小型機床，常用手柄應(yīng)集中設(shè)置在操作者正常(zhngchng)活動范圍（ 1200mm）內(nèi)，不常用手柄就近設(shè)置。 （2）多工位機床，可采用連動控制機構(gòu)。 （3）大型和重型機床，切削面太高，應(yīng)設(shè)置階梯式操作平臺。 三、合理安排操縱部件共四十頁 4.信號源位置及顏色的設(shè)置 （1）信號設(shè)置應(yīng)符

13、合人的視線習慣從左到右，從上到下。 （2）信號顏色應(yīng)易于人眼(rn yn)識別。如紅色按鈕代表危險、禁止；黃色按鈕代表提醒、警告；綠色按鈕代表安全、正常工作狀態(tài)。 3.操縱件的設(shè)置及操縱方向 （1）操縱件之間有合理(hl)的距離。 （2）手柄操作方向應(yīng)與運動件產(chǎn)生的運動的方向一致。 運動件作直線運動，應(yīng)順時針轉(zhuǎn)動手輪，運動件應(yīng)作離開、向右、向上運動； 運動件作旋轉(zhuǎn)運動，手輪的旋轉(zhuǎn)運動應(yīng)與運動件一致； 運動件作徑向運動，順時針轉(zhuǎn)動手輪，運動件作向心運動共四十頁 （2）自激振動 預(yù)防措施：增大機床主軸組件的阻尼比，調(diào)整切削(qixio)寬度，及時修磨刀具，穩(wěn)定切削(qixio)。 隔離外振源 主電

14、動機與主機分離，用橡膠帶輪驅(qū)動主運動。 減少傳動鏈內(nèi)振源 采用(ciyng)變頻無級調(diào)速或雙速電動機，縮短傳動鏈。提高傳動件、主軸組件的剛度。設(shè)計大傳動件動平衡或阻尼機構(gòu)。提高各部件結(jié)合面精度，增強局部剛度。 抗振性 指機床的工作部件在交變載荷下，抵抗受迫振動和自激振動變形的能力。 四、提高機床的動剛度 1.提高抗振性能 （1）受迫振動 指機床部件受到來自機床以外或傳動系內(nèi)部振動影響而形成的共振。其預(yù)防措施有：共四十頁 2.減少(jinsho)熱變形 隔離熱源 電動機、液壓泵和閥、油箱與主機隔離。 控制環(huán)境溫度 精密、數(shù)控機床在恒溫下工作。 強制冷卻熱源 采用切削液冷卻加工部位、壓力潤滑油循環(huán)

15、冷卻主軸軸承，利于排屑。 如：數(shù)控機床床身傾斜于主軸后上方，使切屑在自重作用下落入下面小車或切屑輸送帶上。 （2）措施 外熱源 電動機、液壓泵、各種閥、環(huán)境溫度。 內(nèi)熱源 摩擦熱、切削熱等。 自身因素 熱源分布不均，金屬材料不同的熱膨脹系數(shù)。 （1） 熱源共四十頁 3.降低(jingd)噪聲 其中機械振動，齒輪振動影響傳動的平穩(wěn)性，是機床工作的主要噪聲源。產(chǎn)生的因素是齒輪的基節(jié)偏差和齒形誤差，是由滾刀的制造和安裝誤差以及(yj)齒輪的制造誤差造成。 （1）噪聲源 包括機械噪聲、液壓噪聲、空氣噪聲、電磁噪聲 縮短傳動鏈，采用小模數(shù)、硬面齒輪，降低傳動件的線速度和提高阻尼比，增加齒輪嚙合 的重合度

16、和支承組件的剛度。（2）措施共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 機床的技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)、尺寸參數(shù)、運動(yndng)參數(shù)和動力參數(shù)。 一、主參數(shù)和尺寸參數(shù) 通用機床的主參數(shù) 是代表機床規(guī)格大小并反映機床最大工作能力的一種參數(shù)。 1.主參數(shù) 專用機床的主參數(shù)以加工零件或加工面的尺寸參數(shù)來表示。 工件回轉(zhuǎn)的機床主參數(shù)是表示工件的最大加工尺寸。 工件移動的機床主參數(shù)是表示工作臺面的最大寬度(鏜床例外)。 主運動為直線運動的機床的主參數(shù)是表示最大位移（插齒機、拉床例外）。如：CA6140，MG1432A，XK5040-1共四十頁 是指機床的主要結(jié)構(gòu)(jigu)尺寸參數(shù)，包括與被加工零件有

17、關(guān)的尺寸，標準化工具或夾具的安裝面尺寸。 2.尺寸(ch cun)參數(shù)第五節(jié) 主要技術(shù)參數(shù)的確定 如 臥式車床刀架上最大加工工件長度，搖臂鉆床的立柱外徑與主軸之間的最大跨距；臥式車床主軸錐孔及主軸前端尺寸。共四十頁 通用(tngyng)機床 工藝范圍較廣，主軸應(yīng)具有不同的轉(zhuǎn)速和一定的變速范圍。若是有級變速，需確定主軸級數(shù)、最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速。第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 主運動為回轉(zhuǎn)運動的機床，其主運動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速。 二、運動參數(shù) 運動參數(shù) 指機床執(zhí)行件（主軸或工作臺、刀架）的運動速度。 專用機床和組合機床 用于完成特定工序，其主軸只需一種固定 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與切削速度的關(guān)系為 主運動

18、為直線運動的機床，其主運動參數(shù)是每分鐘往復(fù)次數(shù)。共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 式中 vmax、vmin 根據(jù)刀具和工件材料查手冊、切削實驗確定(qudng)； dmax 、dmin 指實際工況下，采用 vmax（或 vmin）時，常用的經(jīng) 濟加工直徑，且 dmax= kD，dmin= （0.20.25） dmax 。 分析機床可能進行的工序，選擇要求最高、最低轉(zhuǎn)速的典型工序。按工序的切削速度 v 和刀具（或工件）直徑 d ，計算出 nmin、nmax 及變速范圍 Rn 。 1.最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的確定共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 如果已知變速范圍，并采用有級

19、變速，應(yīng)進行主軸轉(zhuǎn)速(zhun s)分級。 分級 指在變速范圍內(nèi)確定中間各級轉(zhuǎn)速。 注意 主軸轉(zhuǎn)速按等比級數(shù)列排列，使主傳動系設(shè)計簡單，使用方便，最大相對轉(zhuǎn)速損失率相等。 2.主軸轉(zhuǎn)速的合理排列變速范圍為 多數(shù)機床主軸轉(zhuǎn)速按等比級數(shù)排列，公比為 ，轉(zhuǎn)速數(shù)列為共四十頁 將四個等比數(shù)列(dn b sh li)變速組串聯(lián)，機床主軸可獲得24種等比數(shù)列(dn b sh li)轉(zhuǎn)速。設(shè)因子數(shù)列為 a, b, c, d 數(shù)列，各數(shù)列的項數(shù)用Pa，Pb，Pc，Pd 表示；各數(shù)列的公比稱為級比，級比是公比的整數(shù)次冪；冪指數(shù)稱為級比指數(shù)，分別用xa，xb，xc，xd 表示。第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定

20、 某機床的主軸轉(zhuǎn)速是公比為 的等比數(shù)列，轉(zhuǎn)速級數(shù)Z為非質(zhì)數(shù)，且Z =24，則數(shù)列可分解為四個等比數(shù)列的乘積。 （1）傳動設(shè)計簡單Pa=3Pb=2Pc=2Pd=2共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 由因子數(shù)列項數(shù)得： Z = PaPbPcPd ；將各級( j)比指數(shù)寫在各項數(shù)的右下角，形成機床主軸轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)式： Pa=3Pb=2Pc=2Pd=2共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 取對數(shù)得 結(jié)論 d 的對數(shù)值是v 對數(shù)值的一次函數(shù)，函數(shù)圖象是與切削速度對數(shù)坐標軸成 450 的斜線。當 j =1Z，可得到 Z 條平行間距相等的斜線。 已知等比數(shù)列的轉(zhuǎn)速通式為 切削速度與工件（

21、或刀具）直徑關(guān)系為 （2）使用方便共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 考慮刀具壽命，需選擇較低的轉(zhuǎn)速 nj ，則轉(zhuǎn)速的損失為 n-nj ，相對轉(zhuǎn)速損失率為 當 n 趨近于 nj+1 時，最大相對轉(zhuǎn)速損失率Amax為： 最大相對(xingdu)轉(zhuǎn)速損失率 Amax 只與公比 有關(guān)，即Amax 恒定。 加工某工件的最佳切削速度為 v，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 n 時，則 （3）最大相對轉(zhuǎn)速損失率相等 共四十頁 標準公比設(shè)有7（即1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,1.78,2)個，用于旋轉(zhuǎn)(xunzhun)主運動、直線主運動和等比進給運動。對于無級變速系統(tǒng)可參考標準公比。第四節(jié) 主要

22、(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 （1） 1， 因為機床要滿足不同工藝需求，需要一系列等比數(shù)列轉(zhuǎn)速，所以轉(zhuǎn)速從 n1 到 nmax 依次遞增。 （2） 1 2， 因為 大，則 Amax 大，對機床生產(chǎn)率影響大，所以規(guī)定 Amax50%，即 3.標準公比共四十頁 4.公比(n b)選用原則第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 已知 越小， Amax 越小， Rn也越小，如要達到一定的Rn ，需增加變速組數(shù)目，即增加傳動副個數(shù)，但轉(zhuǎn)動系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 專用機床和自動機床取 =1.12、1.26，要求高生產(chǎn)效率，受轉(zhuǎn)速損失影響大；不常變速，可用交換齒輪變速，不會使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 非自動化小型機床取 =1.58、

23、1.78、2，因切削時間小于輔助時間，Amax 對工作效率影響小，為使機床結(jié)構(gòu)簡單， 取大值。 中型機床取 =1.26、1.41,轉(zhuǎn)速損失不大，結(jié)構(gòu)又不過于復(fù)雜 重型機床取 =1.26、1.12、1.06，因加工時間長，若 取值小，轉(zhuǎn)速損失率 Amax 就小，而且機床工作效率也高。共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 動力參數(shù) 包括驅(qū)動機床的各種電動機功率(gngl)或轉(zhuǎn)矩，液壓馬達和液壓缸的牽引力等。 動力參數(shù)決定傳動件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，涉及制造成本，機床使用壽命。 （1）切削功率P切 與刀具、工件材料和選用的切削用量有關(guān)。專用機床可直接選擇計算，通用機床須根據(jù)機床檢驗標準規(guī)定的切削條件進行計算。 三、動力參數(shù) 1.主電動機功率的確定 機床主運動的功率為 P主=P切+P空+P附共四十頁第四節(jié) 主要(zhyo)技術(shù)參數(shù)的確定 （2）空轉(zhuǎn)功率 P空 由傳動件摩擦、攪油等因素引起。與傳動件的預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)，大小隨傳動件轉(zhuǎn)速的增大而增大。 中型機床主傳