数控机床总体设计ppt课件

1、第第2章章 数控机床总体设计数控机床总体设计 2.1数控机床设计的根本要求2.1.1 工艺范围数控机床的工艺范围是指该机床顺应不同消费要求的才干。 机床的功能设置可根据被加工对象的批量来选择。 通用数控机床经过增设一些附件扩展数控机床的工艺范围 2.1数控机床设计的根本要求n212加工精度n机床精度分为机床本身的精度和任务精度加工精度 n机床本身的精度即空载条件下的机床制造精度包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等。n任务精度加工精度要求机床设计时思索到机床动态特性2.1数控机床设计的根本要求n213 柔性n数控机床的柔性是指其顺应加工对象变化的才干。 n功能柔性是指在同一时期内，机床可

2、以顺应多种类小批量的加工，即机床的工艺范围广，运动功能和刀具数多。 n构造柔性是指在不同时期，机床个部件经过重新组合，实现机床重构，构成新的机床功能，顺应产品变化快的要求。n构造柔性要求数控机床的功能部件具有快速分别与组合的功能。 2.1数控机床设计的根本要求n214 开放性n开放性是指机床与物流系统之间进展物料工件、刀具、切屑等交接的方便程度。 n215 噪声n噪声产生的来源n噪声，不仅是一种环境污染，而且反映机床设计与制造程度 2.1数控机床设计的根本要求2.1数控机床设计的根本要求n216 消费率和自动化n提高切削效率，提高自动化程度、缩短辅助时间，有利于提高消费效率。n n自动化程度高

3、，还有利于坚持加工精度的稳定性，和顺应组建自动化消费系统的要求。 2.1数控机床设计的根本要求n217 本钱n全周期概念:n本钱贯穿于产品的整个制造和运用生命周期n包括设计、制造、包装、运输、运用维护、耗费及报废处置的费用。是衡量产品市场竞争力的重要目的。2.1数控机床设计的根本要求n218 消费周期n消费周期包括设计及制造是衡量产品市场竞争力的重要目的。n这要求数控机床设计应尽能够采用现代设计方法，如采用CAD、模块化设计、系列化、型谱化设计等 2.1数控机床设计的根本要求n219 可靠性n可靠性系指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的才干。n所谓“规定条件包括运用条件、维护条件、

4、环境条件和操作技术等。n“规定时间可以是某个预定时间或与时间相关的其他目的，如动作反复次数、间隔等。n“规定功能指产品的技术目的。n产品的可靠性主要取决于产品在研制和设计阶段构成的产品固有可靠性。 2.1数控机床设计的根本要求n2.1.10 机床宜人性n机床宜人性是指为操作者提供温馨、平安、方便、省力等劳动条件的程度。 n符合人机工程学原理和工程美学原理。 2.1数控机床设计的根本要求n2111 符合绿色工程的要求n所谓绿色工程是指在工程领域注重环境维护、节约资源、保证可继续开展，使经济开展更多地与地球资源、人类环境及其接受才干到达调和。 n按照绿色工程的要求设计机床 ，优化个有关设计要素，使

5、得产品从设计、制造、包装、运输、运用到报废处置的整个生命周期中，对环境的影响最小，资源效率最高。 2.2 数控机床设计实际及设计方法n2.2.1 数控机床设计的根本实际及设计方法概述n2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.1 精度n机床精度是制机床主要部件的外形、相互位置及其相对运动的准确程度。 n包括几何精度、运动精度、定位精度及精度坚持性等几个方面 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n各类机床精度按精度等级可分为普通精度级、精细级和高精度级 n以上三种精度等级的机床均有相应的精度规范，其允差假设以普通级为1，那么大致比例为1：0.4:0.25。 n在设计阶段主要从机床的精

6、度分配、元件及资料选择等方面来提高机床精度。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n1几何精度 n 几何精度是指机床空载条件下，机床各主要部件的外形、相互位置和相对运动的准确程度 n几何精度直接影响加工工件的精度，是评价机床质量的根本目的。它主要决议于构造设计、制造和装配质量。 n几何精度包括导轨的直线度、主轴径向跳动及轴向窜动、主轴中心线对滑台挪动方向的平行度或垂直度等 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2运动精度 n 运动精度是指机床的主要零部件以任务形状的速度运动时表现出来的精度 n运动精度除几何精度影响外，还主要遭到运动速度、运动件的质量、传动力和摩擦力等要素的影响。 n运动精度包括

7、高速回转主轴的回转精度 、任务台直线运动速度精度等；2.2.1.1数控机床设计的根本实际n3传动精度 n传动精度是指机床传动系统各末端执行件之间相对运动的协调性与准确性 n传动精度由传动系统的设计、传动件的制造和装配精度等要素决议 n内联传动链的传动精度-传动误差：如车床车削螺纹传动链的传动误差 ，齿轮成型运动的传动误差等2.2.1.1数控机床设计的根本实际n4定位精度 n定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。定位精度直接影响被加工工件的尺寸精度和形位精度。 n机床构件和进给伺服系统的的精度、刚度以及动态性能、机床丈量控制系统的精度等都会影响机床定位精度。 n反复定位精度：机床的定

8、位部件反复运动到达同一规定位置的精度情况 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n5精度坚持性 n在规定的任务其间内，坚持机床所要求的精度，称之为精度坚持性。n影响精度坚持性的主要要素包括磨损、运用环境等。 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n6任务精度 n有时，我们用机床加工规定的试件所能到达的加工精度来衡量机床的任务精度。n任务精度是由包括上面各种要素在内的机床切削系统综合要素所决议的。n机床切削系统包括机床、刀具、加工资料、加工工艺参数等2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.2 刚度n1机床刚度 n 机床刚度是指机床系统抵抗变形的才干。通常可用下式来表示；nK=F/yn式

9、中 K机床刚度，N/um；nF作用在机床上的载荷，N；ny在载荷作用下，机床或主要零部件的变形，um。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n作用在机床上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击力、和振动干扰力等。n载荷按性质分为静载荷和动载荷 n相应地，机床刚度分为静刚度与动刚度 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2整体刚度 n 机床是典型的多刚体构造体。在载荷的作用下各部件及其结合部都要产生变形，整体刚度可了解为整台机床在静载荷作用下，各构件及结合面抵抗变形的综合才干。 n设计时应思索刚度的合理分配及优化：在设计中既要思索提高各部件的构造刚度、同时又要思索结合部的接触刚度以及各

10、部件间刚度的匹配问题。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.3 抗振性n机床抗振性是指机床在交变载荷作用下抵抗变形的才干。它包括抵抗受迫振动的才干和抵抗自激振动的才干。n机床是具有多个固有频率的复杂多自在度振动系统，机床的振动实践是各阶主振型的合成运动 。n机床的振动幅度主要由低阶振型决议，所以普通只思索对机床性能影响最大的几个低阶振型，如整机摇摆、一阶弯曲和改动等振型，即可较准确的表示机床大实践振动形状。 2.2.1.1数控机床设计的根本实际n 机床的自激振动是发生在机床的刀具与工件之间的一种相对震动。n它在切削过程中出现，由切削运动与机床构造动态特性相互作用而产生。自激振动

11、一旦出现，它的振幅并不稳定。 n自激振动也称为切削稳定性。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.4 热变形n机床在遭到内部热源和外部热源的影响，各部分温度发生变化。因不同资料的线胀系数不同，机床各部分的变形不同，导致机床产生热变形。n热变形不仅会破坏机床的原始几何精度，加快运动件的磨损，甚至会影响正常运转。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.5 噪声n机床噪声源来自四个方面。n机械噪声 如齿轮、滚动轴承及其他传动元件的振动、摩擦等 n液压噪声 如泵、阀、管道等的液压冲击、气穴、紊流产生的噪声。n电磁噪声 如电动机定子内磁滞伸缩等产生噪声。n空气动力噪声 如电动

12、机风扇、转子高速旋转对空气的搅动等产生噪声。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n减少噪声的主要途径是控制噪声的生成和隔声。n控制噪声的生成应找出主要的噪声源，并采取降低噪声的措施。n在隔声方面降低噪声主要是根据噪声的吸收和隔离原理，采取隔声措施。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n2.2.1.1.6低速运动平稳性n爬行景象：机床上有些运动部件，需求作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，自动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的腾跃式运动，即时走时停或时快时慢的景象。2.2.1.1数控机床设计的根本实际n爬行景象产生缘由:n摩擦面上摩擦因数的变化和传动机构的刚度缺乏 2.2.1.1数

13、控机床设计的根本实际n2.2.1.1.6低速运动平稳性n防止爬行景象的措施：n 在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦因数之差，提高传动机构的刚度，提高阻尼比和降低挪动件的质量。n减少静、动摩擦因数之差的方法有:n 用滚动摩擦替代滑动摩擦;采用卸荷导轨或静压导轨，采用减摩资料，如导轨上镶装铝青铜、锌青铜或聚四氟乙烯塑料与铸铁或钢支承导轨相配。采用特殊的导轨油等2.2.1.2数控机床设计的根本方法概述n机床设计根本方法:n 通用机床系列化n 零部件规范化、通用化、模快化设计n机床系列设计中：n 其基型产品属创新设计类型，其他属变型设计类型。组合机床属组合设计类型。2.2.1.2数控机床设计的根本

14、方法概述n数控技术的开展与运用对机床设计的影响：n 数控机床的传动与构造发生了艰苦变化。n1主轴加工类型及范围的变化：n 主轴系统及刀库构造及规划n2伺服驱动系统的变化；n 可以直接驱动单轴运动及多轴联动，从而可以省去复杂的机械传动系统设计，使其构造及规划也发生很大变化。2.2.1.2数控机床设计的根本方法概述n计算技术的提高，为机床设计方法的开展提供了技术支撑。n 1计算机辅助设计CADn 2计算机辅助工程(CAE)n 机床的设计演化：n人工绘图计算机绘图n定性设计定量设计n静态和线性分析动态和非线性分析n可行性设计最正确设计2.2.1.2数控机床设计的根本方法概述n机械制造业中，多种类、小

15、批量消费的需求日益增长，出现了与之相顺应的FMS等先进制造系统。n数控机床是FMS的中心配备 n以单机为主的机床设计 以系统为主的机床设计 n单机为主的机床设计：仅思索完本钱身主要加工才干的技术目的设计n以系统为主的机床设计：在完成上述功能外，还思索与制造系统其他环节的交互。2.2.2 数控机床主要设计步骤1主要技术目的包括：用途 消费率 性能目的 主要参数 驱动方式 本钱及消费周期。2总体方案设计 ：运动功能设计。 根本参数设计。传动系统设计。 总体构造规划设计。 控制系统设计。 2.2.3 机床系列化设计n系列化设计方法思想：n在机床设计过程中，选择功能、构造和尺寸等方面较典型的机床为基型

16、。以它为根底，运用构造典型化、零部件通用化、规范化的原那么，设计出其他各种尺寸参数的机床产品，构成机床产品的基型系列。n在基型系列的根底上，同样根据构造典型化、零部件通用化、规范化的原那么以及用户的需求，添加、减去、改换或修正少数零部件，派生出不同用途的变型机床，构成派生系列。2.2.3 机床系列化设计n“基型和“变型合称为某类机床的系列型谱。n机床主参数系列是系列型谱的纵向(按尺寸大小)开展n同规格的各种变型机床那么是系列型谱的横向开展。n系列型谱能比较综合地表现了机床产品规格参数的系列性与构造的类似性。2.2.3 机床系列化设计n系列化设计的特点n可以较少种类规格的机床产品满足市场较大范围

17、的需求。 n系列中不同规格的机床产品是根据经过严厉性能实验和长期消费考验的基型产品演化和派生而成的，可以大大减少设计任务量，缩短研制周期，提高设计质量，减少机床开发的风险。n机床产品有较高的构造类似性和零部件的通用性，因此可以紧缩工艺配备的数量和种类，有助于缩短研制周期，降低消费本钱。2.2.3 机床系列化设计n零部件的种类少，系列中的机床产品构造类似，便于进展机床的维修，改善售后效力质量。n为开展变型设计提供技术根底。n由于用户只能在系列型谱内有限的一些种类规格中进展选择，因此，其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，有些功能能够还有冗余。2.2.4 零部件的通用化和规范化设计n通用化和

18、规范化设计思想：n 利用较少的几种构造，去顺应较多产品的需求，以减少企业消费的零、部件种数。n 优点：n 减少设计任务量，扩展消费批量，减少工艺配备，便于管理消费和组织专业化消费，降低本钱，保证质量。 2.2.4 零部件的通用化和规范化设计n部件通用化：n多数是指在系列型谱中，一样规格的基型与变型机床之间的通用。n举例：n 同主参数的铣床(万能、卧铣、立铣)中，大多数的部件，如升降台、任务台、进给箱、自动机构等都是通用的。n 系列中相邻规格的机床之间，也有能够实现部件通用化。例如最大孔直径63mm和80mm的主轴箱可以通用;100mm和125mm的主轴箱也可通用。2.2.5 模块化设计n机床产

19、品的模块化设计思想；n 确定一组具有同一功能和结合要素(指联接部位的外形、尺寸、公差等)、但性能和构造不同且能互换或组合的构造或功能单元，构成产品的模块系统，选用不同的模块进展组合，便可构成不同类型和规格的产品。2.2.5 模块化设计n模块化设计具有下述特点n提高设计效率，满足用户要求。产品模块具有规范化、系列化、通用化和规范化特点，一次设计可满足市场上的多种需求，可显著提高设计效率，最大限制地缩短供货周期和满足用户需求。n提高产质量量、降低消费本钱。对于系列化和通用化的构造模块，可以精心设计，批量加工，甚至可以组织专业化消费，因此可大幅度提高产质量量、降低消费本钱。n促进产品更新换代。对于曾

20、经模块化的产品，可快速呼应市场需求，不断设计出新型的模块，开展变型产品。2.2.5 模块化设计n方便维修。模块化产品的维修非常方便，一旦设备发生缺点，可改换整个模块。n模块的结合部位构造较复杂，加工要求高;构造复杂的产品，有时难于保证外观的美观和匀称。2.2.5 模块化设计n2.2.5.2 模块化设计方式n 模块化设计特别适用于有一定批量的变型产品的系列化设计，可根据系列型谱进展横系列模块化设计、纵系列模块化设计和跨系列模块化设计。n 1横系列模块化设计 在基型产品模块化构造的根底上，经过改换或添加功能模块来扩展产品的功能和顺应性。这种设计方法运用最广，图2-4所示即属于横系列模块设计。2.2

21、.5 模块化设计2.2.5 模块化设计n2纵系列模块化设计 n 纵系列模块设计普通在基型产品横系列模块系统根底上，坚持产品功能与原理方案根本一样，采用类似设计方法，改动其尺寸或性能参数，构成主参数等比数列陈列的一系列产品。n3跨系列模块化设计n 对于具有相近动力部件的产品，可进展跨系列模块化设计，常见的有跨系列根底件模块、动力模块或其他功能模块。如坐标镗床、坐标磨床和自动丈量机床等可采用一样根底件模块。2.2.5 模块化设计n2.2.5.3模块化设计功能模块n (1)功能模块划分 n 功能模块是产品中实现各种功能单元的详细方案或载体，是从满足技术功能的角度来划分和定义的，是方案设计中运用的一种

22、概念模块。n 功能模块划分的出发点是产品的功能分析，功能模块的划分普通采用系统分析方法，将产品的总功能自上向下逐层分解为分功能、子功能、直至功能单元。n 产品功能分解可用功能树表示，功能模块可用模块树或形状矩阵表示。 2.2.5 模块化设计n(2)功能模块类型 n根底功能模块。是产品构成中根本的、反复出现的和不可短少的功能模块类型，可以单独出现或与其他功能模块相结合构成一个详细的消费模块或构造模块。如卧式车床中主运动模块、进给运动模块、床身支撑模块等。n 辅助功能模块。 完成产品的辅助功能，如卧式车床中的快速挪动模块、加工冷却模块等，这些模块普通不能单独运用，其构造尺寸等由根底功能模块决议。n

23、特殊功能模块。满足用户的特殊要求，扩展或补充产品的某种功能，其消费批量比根底能模块少，如卧式车床中的工件自动夹紧模块。2.2.5 模块化设计n顺应功能模块。顺应其他系统或边境条件等必需设置的模块，其构造尺寸只是部分地或在一定范围内确定的，根据用户的详细要求或运用环境等，其构造尺寸可作一定调整，它是一种变尺寸或变构造的模块。n非模块化功能块。是一种根据用户要求进展设计的功能模块，由于其消费批量少，其构造及结合要素可不用追求规范化与规范化，这样做有时会有利于降低设计与制造本钱。2.2.5 模块化设计n2.2.5.4模块化设计构造模块n 从有利于消费和方便装配目的而确定的模块，它是构成产品的详细模块

24、，又称为消费模块.它们能够是一个或几个完好的功能模块及其组合，也能够仅包含某功能模块的一部分。n从产品构造和企业实践情况出发，在完成产品功能模块划分的根底上.合理确定构造设计的又一关键问题。构造模块可以是产品部件、组件、零件或大型零件的一部分，也可根据分级模块思想进展灵敏组合 2.2.5 模块化设计n1部件模块 n这种模块既是消费模块，也是单功能或多功能组合而成的功能模块。有一定独立性和完好性。方便设计与消费管理，是运用最为广泛的一种消费模块。如主轴系统、伺服系统等为部件n 2组件模块 n把构成部件的各个组件设计成不同的消费模块，可以使部件具有不同的构造或性能，与部件模块相比，系统的柔性会有很

25、大提高2.2.5 模块化设计n3零件模块 将产品中的某些零件作为构造模块，可以获得最大的系统柔性，最大限制添加消费批量。例如：组合夹具就是一种以零件模块构成的组合产品。n4大型零件的分段模块n对于大型铸件和焊接件，还可以进一步划分为分段模块，经过组合可以满足不同规格的产品需求，可以方便加工制造，减少对大型机床的需求，同时还可以减少木模、砂芯等的数量，有利于降低消费本钱。2.2.5 模块化设计n5分级模块思想n 为了更好地开展模块化设计，还可采用分级模块思想，把产品的构造划分成不同的级别，低一级模块可组合成高一级的模块。2.2.5 模块化设计n2.2.5.5 模块化产品的设计要点n(1)一致规划

26、，分步实施 模块化产品设计，要在产品规划和方案设计阶段制定产品的系列型谱，以此为根据完成构造模块系统的设计任务 2.2.5 模块化设计n2搞好技术文件编制任务 由于模块的设计不直接与产品相联络，因此必需留意编制好文件，指点产品的构成、制造与检测，详细包括以下内容:n模块目录表，包括模块编码、有关性能、功能的阐明。n模块化产品目录，包括运用的模块类型、组合关系及产品的检测、运用阐明等。2.2.5 模块化设计n3模块化产品的计算机管理 n完成构造模块目录和模块化产品目录及有关性能、功能的计算机管理，便于进展有关信息的检索、修正与完善，还可具有以下两点功能:n对组合成的产品进展全面评价，可根据用户要

27、求进展组合方案的优化。n在对组合产品全面评价的根底上，提出新模块开发及其组合建议，扩展模块化产品的功能，最大限制地满足市场需求。2.3数控机床总体方案设计n总体设计普通思绪：n在机床设计各项根本要求中，工艺要求最为重要和根本。由工艺要求决议机床所需求的运动设计，完成每个运动又有相应的功能部件，这就可以确定各部件的相对运动和相对位置关系，机床的总体规划也就大体能确定下。 2.3数控机床总体方案设计n进展机床总体设计时可从两方面进展思索。一方面从机床内部(本身)思索，要处置好工件与刀具间的相对关系，如位置与运动、工件分量和外形特点等。n另一方面还要兼顾思索到机床外部的要素，也就是人机之间的关系，外

28、形、操作和维护等。 2.3.1 几何运动功能设计n2.3.1.1任务原理n机床是依托刀具与工件之间的相对运动，加工出一定几何外形和尺寸精度的工件外表。不同的工件几何外表，往往需求采用不同类型的刀具，作不同的外表构成运动，而成为不同类型的机床。 2.3.1 几何运动功能设计n2.3.1.2 工件外表的构成方法n (1) 几何外表的构成n任何一个外表都可以看作是一条曲线(或直线)沿着另一条曲线 (或直线)运动的轨迹。这两条曲线(或直线)称为该外表的发生线，前者称为母线，后者称为导线。 2.3.1 几何运动功能设计2.3.1 几何运动功能设计n(2)发生线的构成 n 工件加工外表的发生线是经过刀具切

29、削刃与工件接触并产生相对运动而构成的。有如下四种方法。n轨迹法(描画法)。 n成型法(仿形法)。 n相切法(旋切法)。 n范成法滚切法) 2.3.1 几何运动功能设计n轨迹法(描画法)。n 发生线1(直导线)是由点切削刃作直线运动动轨迹构成的。因此为了构成发生线1, 刀具和工件之间需求一个相对运动。2.3.1 几何运动功能设计n 成型法(仿形法)。刀具是线切削刃.与工件发生线1曲线)吻合，因此发生线1由刀刃实现，发生线1的构成不需求刀具与工件的柜对运动。2.3.1 几何运动功能设计n相切法(旋切法)。圆柱铣刀旋转时，刀具上的任一点与工件接触均可发生切削，故称之为面切削刃。发生线1的轨迹是面发生

30、线2运动轨迹的包络线。因此为了构成发生线1，刀具和工件之间需求两个运动，一个是刀具的旋转，构成面切削刃2;另一个是刀具回转中心与工件之间按圆轨迹相对运动。2.3.1 几何运动功能设计n范成法滚切法):n发生线1(渐开线母线)是由切削刃2(线2在刀具与工件作范成运动时所构成的一系列轨迹线的包络线。这时刀具与工件之间是一个相对运动简称范成运动)。2.3.1 几何运动功能设计n2.3.1.3 运动分类n(1)按运动的功能分类n为了完成工件外表的加工，机床上需求设置各种运动，各个运动的功能是不同的。可以分为成形运动和非成形运动。n成形运动。完成一个外表的加工所必需的最根本的运动，称为外表成形运动，简称

31、成形运动。 2.3.1 几何运动功能设计n根据运动在外表构成中所完成的功能，成形运动又分为主运动和外形创成运动。nA、主运动。它的功能是切除加工外表上多余的金属资料，因此运动速度高，耗费机床绝大部分动力，故称为主运动，也可称为切削运动。它是构成加工外表必不可少的成形运动。例如车床上主轴的回转运动，磨床上砂轮的回转运动，铣床上的铣刀回转运动等为主。nB、外形创成运动。它的功能是用来构成工件加工外表的发生线。同样的加工外表.2.3.1 几何运动功能设计n辅助运动。除了上述成形运动之外，机床上还需设置一些其他运动，可称非成形运动，如切入运动(使刀具切入用);分度运动(当工件加工外表由多个外表组成时，

32、由一个外表过渡到另一个外表所需的运动);辅助运动(如刀具的接近、退刀、前往等);控制运动(如一些支配运动)。2.3.1 几何运动功能设计n2)按运动之间的关系分类n独立运动简单成形运动：n 与其他运动之间无严厉关系要求。n复合运动：n 与其他运动之间有严厉关系要求。如车螺纹的复合运动。对机械传动方式的机床来讲，复合运动是经过内联络传动链来实现;n对数控机床而言，复合运动是经过运动轴的联动来实现。2.3.1 几何运动功能设计n2.3.1.4运动功能方案设计n (1)工艺分析 n 对所设计的机床的工艺范围进展分析(对于通用机床，加工对象为工件群，选择其中几种典型工件进展分析)，选择确定加工方法(对

33、同一种外表有多种加工方法)。2.3.1 几何运动功能设计n (2)选取坐标系 n 根据数控机床坐标系，采用直角坐标系，沿X, Y, Z轴的直线运动符号及运动量仍用X , Y, Z表示，绕X, Y, Z轴的回转运动用A, B, C表示，其运动量用 表示。 2.3.1 几何运动功能设计n对于各运动部件的部分坐标系可按如下方法选取:n 部分坐标系固定在运动部件上;n 当各个运动部件的运动方向与机床坐标系轴线平行时，可取各部分坐标系与机床坐标系方向一致，这种取法简单、直观，也可取部分坐标系与机床坐标系方向不一致，取运动部件的运动方向为Zi轴;n 当有斜置式运动时，可混合选取，即与机床坐标系轴线平行的运

34、动，其坐标按机床坐标系选取，斜置的运动取运动方向为Zi轴，为了与总体坐标区分可用Zy表示。2.3.1 几何运动功能设计n (3)写出机床几何运动功能关系式 确定机床的运动功能，写出机床运动功能关系式。n运动功能关系式表示机床的运动个数、方式(直线或回转运动)、功能(主运动、进给运动、非成形运动，分别用下标p, f, a表示)及陈列顺序。左边写工件，用W表示;右边写刀具，用T表示，中间写运动，按运动顺序陈列，并用“/分开。n如车床的运动功能关系式为W/Cp , Zf , X f/T，三轴升降台式铣床的运动功能关系式为W/ X f, Yf , Zp, Cp /T 2.3.1 几何运动功能设计n(4

35、)绘制机床运动机构原理图绘制机床运动机构原理图 n 机床运动机构原理图是将机床的几何运动功机床运动机构原理图是将机床的几何运动功能式用简约符号和图形表达出来，是机床传能式用简约符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的根据。动系统设计的根据。n机构运动功能图形符号可用图机构运动功能图形符号可用图2-7所示的符所示的符号表。图号表。图2-7 ( a)表示回转运动，图表示回转运动，图2-7 ( b)表示直线运动。表示直线运动。2.3.1 几何运动功能设计n运动功能图识图举例：n图2-8给出了一些机床运动功能图的例子。n下标p表示主运动，f表示进给运动，a表示非成形运动。n图中的 表示沿部分坐标系的运

36、动。afppc、c、z、c2.3.1 几何运动功能设计n图2-8( a)中，Cp为主运动，Zf和Xf为进给运动，完成车削功能。2.3.1 几何运动功能设计n图2-8 ( b )中，Cp为主运动，Xf, Yf和Zf为进给运动，完成铣削功能。n图2-8( d)中， Cp为主运动, Cf, Xf, , Zf为进给运动，Ba为砂轮的调整运动，用于磨圆锥面。2.3.1 几何运动功能设计n图2-8(g)所示为完成滚齿功能，为主运动， 与Cf组成范成运动，创成渐开线母线，Zf为创成直导线，Ba为调整运动，用来调整刀具的安装角，使刀具与工件的齿向一致，Ya为切人运动。2.3.1 几何运动功能设计n(5)绘制机

37、床传动原理图 n机床的运动功能图只表示运动的个数、方式、功能及陈列顺序，不表示运动之间的传动关系。假设将动力源与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是传动原理图。 2.3.1 几何运动功能设计2.3.1 几何运动功能设计n并联轴机床的几何运动原理n图2-10 (a)所示的1, 2是两个挪动副(又称为直线关节)，3, 4, 5为铰链(又称为球关节)。当构件1, 2作直线运动时，将杆35和杆45伸长或缩短。从运动学原理看，1, 2是并联，它的运动效果与图2-10(b)中两个串联运动1, 2的运动效果相当。1和2称为等效运动，或称虚拟轴运动。由于1和2 运动轴实践并不存在。具有虚拟

38、轴运动的机床也可称为虚拟轴机床。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n机床几何运动功能关系式(或运动构原理图)是根据工艺要求确定的。它只描画了刀具与工件之间的相对运动。但哪些运动是由刀具一侧成，哪些运动由工件一侧完成也还不清楚。所以还要决议运动功能的分配问题。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n2.3.2.1 几何运动功能分配设计n经过几何运动功能分配设计可确定根底支承件，即运动功能关系式中“接地的位置，用符号“表示。符号“左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。n机床的运动功能关系式中添加上接地符号“后，可称为运动分配式。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n运动功能分配设计：一个

39、运动功能方案，可以得到几个运动分配式，如前例铣床的运动功能关系式为W/Xf、Zf、Yf、Cp/T，其运动分配式有以下几种:n W/Xf、Zf、Yf、Cp/T。n W/ XfZf、Yf、Cp/T。n W/ Xf、ZfYf、Cp/T。 n W/ Xf、Zf、YfCp/T。n W/ Xf、Yf Zf、Cp/T。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n运动分配式进展评价：n由众多的运动功能关系式经过评价挑选后，保管下的方案都可进展运动分配设计，再对众多的运动分配式进展评价，剔除一些明显不合理方案 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n2.3.2.2 构造规划设计n 机床的构造规划方式有立式、卧式及斜置式

40、等;其中根底支承件的方式又有底座式、立式、龙门式等;根底支承件的构造又有一体式和分别式等。因此同一种运动分配式又可以多种构造规划方式，这样运动分配设计阶段评价后保管下来的运动分配式方案的全部构造规划方案就有多种，因此需求再次进展评价，去除不合理方案。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n构造规划方案评价：n该阶段评价的根据主要是定性分析机床的刚度、工艺特点、占地面积以及对物流系统的开放性等要素。该阶段设计结果得到的是机床总体构造规划形状图， 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n图2-11所示为五轴镗铣机床的一种构造规划形状图 n (1满足多刀加工的规划图 n图2-12是具有可编程尾架座双刀

41、架数控车床，床身为倾斜外形，位于后侧，有两个数控回转刀架，可实现多刀加工，尾座可实现编程运动，也可安装刀具加工。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n (2)满足换刀要求的规划 n加工中心都带有刀库，刀库的方式和规划影响机床规划。所要思索的问题有:选择适宜的刀库、换刀机械手与识刀安装的类型，力求这些构造简单，动作少而可靠，机床的总体构造尺寸紧凑，刀具存储交换时保证刀具与工件和机床部件之间不发生干涉等。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n(3)满足多坐标联动要求的规划 n五坐标的加工中心，有立、卧两个主轴，卧式加工时立式主轴退回，n立式加工时卧式主轴退回，立式主轴前移，任务台可以上下、左右

42、挪动和在两个坐标方向转动。刀库为多盘式构造，位于立柱的侧面。该机床在一次装夹时可加工五个面，适用于模具、壳体、叶轮、叶片等复杂零件的加工。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n(4)顺应快速换刀要求的规划 n图2-16所示的加工中心无机械手，换刀时刀库移向主轴直接换刀，刀具轴线与主轴轴线平行。不用机械手可减少换刀时间，提高消费率。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n图2-17是转塔主轴箱的规划方式，转塔头上装有两把刀，与主轴轴线成45，当程度方向的主轴加工时，待换刀具的主轴换刀，换刀时间和加工时间重合，转塔回转180，换上的刀具就可任务，提高了消费率。 2.3.2 机床总体规划构造方案设计

43、n(5)顺应多工位加工要求的规划n图2-18所示的机床有四个工位，三个工位为加工工位，一个工位为装卸工件工位，该机床可实现多面加工，因此消费率较高。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n (6)顺应可换任务台要求的规划n图2-19为可换任务台的加工中心，一个任务台上的零件加工时，另一个任务台可装卸工件，使装卸工件时间和加工时间重合，减少了辅助时间，提高了消费率。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n(7)工件不挪动的机床规划n当工件较大，挪动不方便时，可使机床立柱挪动，如 2-20所示，对于一些大型镗铣床，床身比工件重轻，大多采用这种规划方式。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n (8)为提

44、高刚度减少热变形要求的规划卧式n加工中心多采用框架式立柱，这种构造刚度好，受热变形小，抗振性高，如图2-21所示。主轴位于两立柱之间，当主轴发热时，由于两立柱温升一样.n因此变形一样，对称的热变形，可使主轴的位置保n持不变，因此提高了精度。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n2. . 2. 3机床总体构造的概略外形与尺寸设计n 该阶段主要是进展功能(运动或支承)部件概略外形和尺寸设计，设计的主要根据是机床总构造规划设计阶段评价后所保管的机床总体构造局形状图、驱动与传动设计结果、机床动力参数、加工空间尺寸参数以及机床整机的刚度及精度分配。其设计过程大致如下。2.3.2 机床总体规划构造方案设计

45、n 首先确定末端执行件的概略外形与尺寸。n与设计末端执行件相邻的下一个功能部件的结合部的方式、概略尺寸。假设为运动导轨结合部，那么执行件一侧相当于滑台，相邻部件一侧相当于滑座，思索导轨结合部的刚度及导向精度，选择并确定导轨的类型及尺寸。n 根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程尺寸，同时思索部件的刚度要求，确定下一个功能部件(即滑台侧)的概略外形与尺寸。n 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n反复上述过程，直到根底支承件(底座、立柱、床身等)设计终了。n 假设要进展机床构造模块设计，那么可将功能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规划，进展模块提取与设置。n 初步进展外型与颜色设计。n 机床总

46、体构造方案的综合评价。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n上述设计完成后，得到的设计结果是机床总体构造方案图，如图2-22所示。2.3.2 机床总体规划构造方案设计n对所得到的各个总体构造方案进展综合评价比较，评价的主要要素如下。 n n性能。预测设计刚度及精度。n制造本钱。根据设计方案的构造复杂程度、制造装配难度、模块化及规范化程度、制造厂的制造条件等预估制造本钱。n 制造周期。思索要素大体与一样，预估制造周期。n 2.3.2 机床总体规划构造方案设计n消费率。n 物流系统的开放性。n 外观外型。n机床总体构造方案设计修正与确定。根据综合评价，选择一二种较好的方案，进展方案的设计修正、完善

47、或优化，确定方案。2.4 机床主参数的设计n 2.4.1主参数和尺寸参数n 机床主参数是反映机床规格大小及机床最大任务才干的一种参数。 n通用机床主参数已有规范，见GB/T 15375-94。根据用户需求选用相应数值即可，而公用机床的主参数，普通以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示。2.4 机床主参数的设计n机床的尺寸参数是指机床的主要构造的尺寸参数，通常包括以下尺寸。n 与被加工零件有关的尺寸。如卧式车床刀架上最大加工直径，摇臂钻床的立柱外径与主轴之间的最大跨距等。n 规范化工具或夹具的安装面尺寸。如卧式车床主轴锥孔及主轴前端尺寸。2.4 机床主参数的设计n2.4.2 运动参数n运动参数是指

48、机床执行件，如主轴、任务台和刀架的运动速度。n2.4.2.1 主运动参数n对于主运动是回转运动的机床，其主运动参数为主轴转速。式中n主轴转速，r/min; v切削速度，m/min; d工件或刀具直径，mm 。2.4 机床主参数的设计n对于通用机床，由于完成的工序范围较广，又要顺应一定范围的不同尺寸和不同材质零件的加工需求，要求主轴具有不同的转速(即应实现变速)，故需确定主轴的变速范围。n主运动可采用无级变速，也可采用有级变速。假设用有级变速，还应确定级数。 2.4 机床主参数的设计n(1)最高转速和最低转速确实定 n 确定最低转速( nmin)和最高转速(nmax)的方法主要是调查、分析在所设

49、计的机床上能够进展的工序，从中选择要求最高、最低最低转速的典型工序。按照典型工序的刀具切削速度和刀具(或工件)直径，由式(2-2 )、式(2-3 )、(2-4)式可计算出nmin和最高转速nmax及变速范围Rn:minmaxmax1000dvnmaxminmin1000dvnminmaxnnRn2.4 机床主参数的设计n参数的选择参考根据：n式中的vmin和vmax可根据切削用量手册、现有机床运用情况调查或者切削实验确定，通用机床的dmax和dmin并不是指机床上能够加工的最大和最小直径，而是指实践运用情况下，采用vmin和vmax时常用的经济加工直径，对于通用机床，普通取n dmax = K

50、D; dmin = Rd dmaxn D机床能加工的最大直径，mm ;n K系数，根据对现有同类机床运用情况的调查确定，如卧式车床K=0.5，摇臂钻床K=1.0；n Rd计算直径范围，通常Rd =0. 20. 25。2.4 机床主参数的设计n例 : 某400mm卧式车床，确定主轴的最高、最低转速。根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高，参考切削用量资料，可取vmax = 200m/min，对于通用车床K=0. 5，Rd=0. 25，那么ndmax = KD =0.5 X 400=200mmndmin = Rd dmax =0. 25 X 200=50mm2.4 机床主

51、参数的设计n根据分析，主轴最低转速由下面两道工序确定。n工序1:n用高速钢车刀，对铸铁资料的盘形零件粗车端面。参考切削用量资料取vmin=15m/min，那么 :min/241000maxminminmdvn2.4 机床主参数的设计n工序2 : 用高速钢刀具，精车合金钢资料的梯形螺纹(丝杠) 时，主轴转速较低，取V=1.5m/min。据调查，400mm卧式车床上加工丝杠最大直径为4050mm左右，那么:min/55. 9505 . 110001000maxminminmdvn综合实践情况，同时思索今后的开展贮藏，最后确定nmax = 1600r/min, nmin =10r/min。2.4 机

52、床主参数的设计n(2)主轴转速的合理陈列 n 确定了nmax和nmin之后，在知变速范围内假设采用有级变速，那么应进展转速分级；假设采用无级变速，有时也需用分级变速机构来扩展其无级变速范围。所谓分级即在变速范围内确定中间各级转速。目前，多数机床主轴转速是按等比级数陈列，其公比用符号 表示。那么转速数列为:2.4 机床主参数的设计n主轴转速数列呈等比数列规律分布，主要缘由是在转速范围内的转速相对损失均匀。 n如在加工中某一工序要求的合理转速为n，而在Z级转速中没有这个最正确转速，nj n nj+1。 将呵斥的转速损失为(n-nj )，相对转速损失率为:当n趋近于nj+1时，仍选用nj为运用转速，产生的最大相对转速损失率为:假设以为每级转速的运用时机都相等,那么应使Amax为一定值即:11const