机械制造装备设计

1、? ?机械制造装备设计机械制造装备设计? ?主页第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计退出退出下一页下一页第四章第四章 工业机器人设计工业机器人设计主页第七章第七章 机械加工生产线总体设计机械加工生产线总体设计第五章第五章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 物流系统设计物流系统设计退出退出下一页下一页第一章 绪论第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用第二节第二节 机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能第三节第三节 机

2、械制造装备的分类机械制造装备的分类返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第一章 绪论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 一制造业是一个国家或地区经济开展的重一制造业是一个国家或地区经济开展的重 要支柱。要支柱。二机械制造业是制造业的核心。二机械制造业是制造业的核心。三机械制造业的开展状况。三机械制造业的开展状况。上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页返回本章返回本章第一章 绪论1.2 1.2 机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能 一一般的功能要求一一般的功能要求1加工精度方面的要求2强度、刚度和抗

3、震性方面的要求3加工稳定性方面的要求4耐用性方面的要求5技术经济方面的要求二柔性化二柔性化三精密化三精密化四自动化四自动化五机电一体化五机电一体化六节材六节材七符合工业工程要求七符合工业工程要求八符合绿色工程要求八符合绿色工程要求返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页返回本章返回本章机械制造装备设计1 1。3 3 机械制造装的分类机械制造装的分类第一章 绪论1.3 1.3 机械制造装备的分类机械制造装备的分类 一加工装备：一加工装备：机械制造装备包括机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类。二工艺装备：二工艺装备：三仓储运送装备：三仓储运送装备：主要指机床。机

4、床是制造机器的机器，也称工作母机。各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。退出退出上一页上一页进入下一章进入下一章返回主页返回主页返回本章返回本章第二章 机械制造装备设计方法第二章第二章 机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法 第一节第一节 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型第二节第二节 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的方法第三节第三节 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第二章 机械制造装备设计方

5、法2.1 2.1 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型 一、创新设计一、创新设计二、变形设计二、变形设计三、组合设计三、组合设计上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页返回本章返回本章第二章 机械制造装备设计方法2.2 2.2 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的方法 一、机械制造装备设计的典型步骤一、机械制造装备设计的典型步骤二、系列化设计二、系列化设计三、模块化设计三、模块化设计上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页四、合理化工程四、合理化工程返回本章返回本章第二章 机械制造装备设计方法产品规划阶段产品规划阶段需求分析需求分析调查研究调查研究预测预测可行性分析

6、可行性分析编制设计任务书编制设计任务书方案设计阶段方案设计阶段对设计任务的抽象对设计任务的抽象建立功能结构建立功能结构 图图1寻求原理解与解决方法寻求原理解与解决方法初步设计方案的形成初步设计方案的形成 图图3初步设计方案的评价与筛选初步设计方案的评价与筛选退出退出下一页下一页返回本节返回本节 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主页返回主页1、2、3、4、5、1、2、3、4、5、一一二二第二章 机械制造装备设计方法技术设计阶段技术设计阶段确定结构原理方案确定结构原理方案总体设计总体设计结构设计结构设计施工设计阶段施工设计阶段零件图设计零件图设计完善装备图完善装

7、备图商品化设计商品化设计编制技术文档编制技术文档退出退出返回本节返回本节 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主页返回主页1、2、3、1、2、3、4、三三四四下一页下一页第二章 机械制造装备设计方法系列化设计的根本概念系列化设计的根本概念退出退出返回本节返回本节2.2.2 系列化设计系列化设计返回主页返回主页一一二二 系列化设计的优缺点系列化设计的优缺点三三 系列化设计的步骤系列化设计的步骤1、2、3、主参数和主要性能指标确实定主参数和主要性能指标确实定参数分级参数分级制定系列型谱制定系列型谱纵系列产品纵系列产品横系列产品横系列产品跨系列产品跨系列产品abc下一

8、页下一页第二章 机械制造装备设计方法模块化设计的根本概念：模块化设计的根本概念：退出退出返回本节返回本节2.2.3 模块化设计模块化设计返回主页返回主页一一二二模块化设计的优缺点模块化设计的优缺点三三模块化设计的步骤模块化设计的步骤1、2、3、明确任务建立功能结构 图图4 4、图图6 6合理确定产品的系列型谱和参数下一页下一页模块是具有一定功能的零件、组件或部件，模块上模块是具有一定功能的零件、组件或部件，模块上具有特定的联接外表和联接方法，以保证相互组合具有特定的联接外表和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。的互换性和精确度。模块化设计是提高产品质量、降低本钱、加快设计模块化设计是提高

9、产品质量、降低本钱、加快设计进度、进行组合设计的重要途径。进度、进行组合设计的重要途径。1、2、第二章 机械制造装备设计方法退出退出返回本节返回本节2.2.4 合理化工程合理化工程返回主页返回主页进入下一节进入下一节合理化工程是一种管理哲理。合理化工程是一种管理哲理。合理化工程的主要目的是合理化工程的主要目的是采用先进的信息处理技术，进行产品结构的重组、产品设计开发过程的重组和设计/管理系统信息集成，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发周期，提高产品设计质量。1、2、第二章 机械制造装备设计方法2.3 2.3 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价 一、技术经济评价一、技术经

10、济评价二、可靠性评价二、可靠性评价三、人机工程学评价三、人机工程学评价上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页四、结构工艺性评价四、结构工艺性评价五、产品造型评价五、产品造型评价六、标准化评价六、标准化评价返回本章返回本章第二章 机械制造装备设计方法建立目标系统和确定评价标准建立目标系统和确定评价标准退出退出返回本节返回本节2.3.1 技术经济评价技术经济评价返回主页返回主页一一二二确定重要性系数确定重要性系数 图图7 7四四确定各设计方案的评价分数确定各设计方案的评价分数总权重值总权重值ZQj技术评价技术评价Tj经济评价经济评价Ej:经济评价是理想生产本钱经济评价是理想生产本钱CL与

11、实际生产本钱与实际生产本钱Cs之比之比,即即: Ej = CL/Cs技术经济评价的步骤技术经济评价的步骤:三三五五七七六六1、2、通常理想本钱CL应低于市场同类产品最低价的70%。经济评价Ej越大，代表经济效果越好，Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于，说明方案的实际生产本钱大于市场同类产品的最低价，一般不予考虑。技术经济评价技术经济评价TEj:TEj:有两种计算方法有两种计算方法1、当Tj和Ej的值相差不太悬殊时不太悬殊时，可用均值法计算Ej值：2、TEj = Tj+Ej/2当Tj和Ej的值相差很悬殊时很悬殊时，建议用双曲线法计算Ej值：TEj = Tj+Ej下一页下一页第二章 机械

12、制造装备设计方法可靠性特征量可靠性特征量退出退出返回本节返回本节2.3.2 可靠性评价可靠性评价返回主页返回主页一一二二 可靠性预测可靠性预测下一页下一页产品可靠性指标产品可靠性指标可靠性可靠性维修性维修性有效性有效性耐久性耐久性平安性平安性可靠度可靠度可靠寿命可靠寿命累积失效概率累积失效概率失效率失效率平均寿命平均寿命平均修复时间平均修复时间修复率修复率维修度维修度极限有效度极限有效度平均有效度平均有效度瞬时有效度瞬时有效度可靠性指标的分配可靠性指标的分配三三第二章 机械制造装备设计方法一人因素方面一人因素方面二机器因素方面二机器因素方面三环境因素方面三环境因素方面四人机系统方面四人机系统方

13、面退出退出返回本节返回本节2.3.3 人机工程学评价人机工程学评价返回主页返回主页下一页下一页第二章 机械制造装备设计方法加工工艺性加工工艺性装配工艺性装配工艺性退出退出返回本节返回本节2.3.4 结构工艺性评价结构工艺性评价返回主页返回主页一一二二下一页下一页三三维修工艺性维修工艺性结构工艺性评价的目的是降低生产本钱结构工艺性评价的目的是降低生产本钱,缩短生产时间缩短生产时间,提高提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。面来评价。第二章 机械制造装备设计方法产品造型设计产品造型设计产品色彩产品色彩退出退出返回本节返回本

14、节2.3.5 产品造型评价产品造型评价返回主页返回主页一一二二下一页下一页机械产品的造型的总原那么是经济实用、美观大方。机械产品的造型的总原那么是经济实用、美观大方。“经济经济指的是造型本钱低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和指的是造型本钱低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。人机界面。“实用实用指的是实用操作方便、舒适、符合人体指的是实用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征。的生理和心理特征。1、尺度与比例、尺度与比例2、对称与均衡、对称与均衡3、安定与轻巧、安定与轻巧4、比照与调和、比照与调和5、过度与照应、过度与照应6、节奏与韵律、节奏与韵律7、重点与一般、重点与一般1、色调

15、选择、色调选择2、配色方法、配色方法第二章 机械制造装备设计方法标准化及其目的标准化及其目的标准分类标准分类退出退出返回本节返回本节2.3.6 标准化评价标准化评价返回主页返回主页一一二二进入下一章进入下一章三三企业标准体系结构企业标准体系结构 图图2222产品设计的标准化产品设计的标准化四四1、技术标准技术标准工作标准工作标准 图图21 21 管理标准管理标准2、3、1、2、3、4、企业标准的审查企业标准的审查设计文件的标准化审查设计文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工装设计文件的标准化审查工装设计文件的标准化审查第三章 金属切削机床设计第三章第三章 金属切削机床设计金

16、属切削机床设计 第一节第一节 概述概述第二节第二节 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论第三节第三节 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第四节第四节 主传动系设计主传动系设计第三章 金属切削机床设计第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计 第五节第五节 进给传动系设计进给传动系设计第六节第六节 主轴部件设计主轴部件设计第七节第七节 支承件设计支承件设计返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第八节第八节 导轨设计导轨设计第三章 金属切削机床设计第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计 第九节第九节 机床刀

17、架和自动换刀装置设计机床刀架和自动换刀装置设计第十节第十节 机床控制系统设计机床控制系统设计返回主页返回主页退出退出上一页上一页下一页下一页第三章 金属切削机床设计3.1 3.1 概概 述述一、机床设计应满足的根本要求一、机床设计应满足的根本要求二、机床设计方法二、机床设计方法三、机床设计步骤三、机床设计步骤上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页返回本章返回本章第三章 金属切削机床设计一工艺范围一工艺范围 ：指机床适应不同生产要求的能：指机床适应不同生产要求的能力，也称为机床的加工能力。力，也称为机床的加工能力。 1.包括可加工的工件类型、加工方法、加工外表包括可加工的工件类型、加工

18、方法、加工外表形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。 2.机床的工艺范围主要取决于使用于什么样的生机床的工艺范围主要取决于使用于什么样的生产模式。大批量采用专用机床；单件小批量采用产模式。大批量采用专用机床；单件小批量采用普通机床或通用机床；多品种小批量专门化机床。普通机床或通用机床；多品种小批量专门化机床。 3.机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造本钱、加工效率和自动化程度。度、设计制造本钱、加工效率和自动化程度。 二柔性：是指其适应加工对象变化的能力。二柔性：是指其适应加工对象变化的能

19、力。包括空间的柔性和时间上的柔性。包括空间的柔性和时间上的柔性。退出退出返回本节返回本节3.1.1 机床设计应满足的根本要求机床设计应满足的根本要求返回主页返回主页下一页下一页 三与物流系统的可亲接近性三与物流系统的可亲接近性 ： 是指机床与物流系统之间进行物料流动的方便程度。是指机床与物流系统之间进行物料流动的方便程度。 四刚度：四刚度： 加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响工件在影响 加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热态刚度。态刚度。 五精度：五精度： 保证能加工出一定精

20、度的工件，作为母机的机床保证能加工出一定精度的工件，作为母机的机床必须具有更必须具有更 高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本身精度有分身精度有分 为：几何精度、运动精度、传动精度和定位精度。为：几何精度、运动精度、传动精度和定位精度。 六噪声六噪声 七成产率和自动化七成产率和自动化 八本钱八本钱 九生产周期九生产周期 十可靠性十可靠性 十一造型与色彩十一造型与色彩第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节3.1.2 机床设计方法机床设计方法返回主页返回主页下一页下一页 一机床设计正在向着一机床设计正在向着“以系统为主的机床设计以系统

21、为主的机床设计方向开展，即在机床设计时要考虑它如何更好的适应方向开展，即在机床设计时要考虑它如何更好的适应FMS等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。性，与物流的可亲性等等。二机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机二机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变形设计类型。有些类型，如组合机床类型，其他属变形设计类型。有些类型，如组合机床属组合设计类型。属组合设计类型。三在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法三在创新设计类

22、型中，机床总体方案的产生方法可采用分析式设计或创成式设计。前者是用类比分析可采用分析式设计或创成式设计。前者是用类比分析、推理方法产生方案；后者用创成解析的方法生成方、推理方法产生方案；后者用创成解析的方法生成方案，创新能力强，尚在研究开展之中。案，创新能力强，尚在研究开展之中。第三章 金属切削机床设计 二总体设计：二总体设计： 内容运动功能、根本参数、传动系统、总体结构内容运动功能、根本参数、传动系统、总体结构 布局、控制系统设计、设计方案综合评价与选择、设计修改或优化。布局、控制系统设计、设计方案综合评价与选择、设计修改或优化。退出退出返回本节返回本节3.1.3 机床设计步骤机床设计步骤返

23、回主页返回主页进入下一节进入下一节 三三 结构设计：结构设计： 设计传动系统，各主要结构的原理方案，设计部件装配图，设计传动系统，各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要对主要零件进行分析计算或优化，设计液压原理图和相应的部件装配零件进行分析计算或优化，设计液压原理图和相应的部件装配图，设计图，设计电气控制系统原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机电气控制系统原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装配床总装配图和总联系尺寸图。图和总联系尺寸图。 一确定结构原理方案：一确定结构原理方案： 用途、生产率、性能指标、主要参数、用途、生产率、性能指标、主要参数、 驱动方式、结构原理、本

24、钱及驱动方式、结构原理、本钱及生产周期。生产周期。 六六 定型设计定型设计 进行实物样机的制造、实验及评价。根据结果进行修改，进行实物样机的制造、实验及评价。根据结果进行修改，最终完成产最终完成产品的定型设计。品的定型设计。五机床整机综合评价：五机床整机综合评价： 整机性能评价和综合评价。对所设计的机床进行计算机整机性能评价和综合评价。对所设计的机床进行计算机建模，得到建模，得到数字化样机虚拟样机进行仿真后，给出评价。数字化样机虚拟样机进行仿真后，给出评价。 可以减少新产品研制风险，缩短研制周期、提高研制质可以减少新产品研制风险，缩短研制周期、提高研制质量。量。 四工艺设计：四工艺设计： 全部

25、自制零件图、编制标准件、通用件和自制件明细表，撰全部自制零件图、编制标准件、通用件和自制件明细表，撰写设计写设计说明书、使用说明书，制定机床的检验方法和标准等技术文件。说明书、使用说明书，制定机床的检验方法和标准等技术文件。第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页进入下一节进入下一节 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论一一上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页机床的运动学原理机床的运动学原理 机床运动学是研究、分析和机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需实现机床期望的加工功能所需要的运动功能

26、配置。掌握了机要的运动功能配置。掌握了机床运动学知识就可对任何机床床运动学知识就可对任何机床的工作原理进行学习和分析。的工作原理进行学习和分析。返回本章返回本章第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页一、机床的工作原理一、机床的工作原理金属切削机床的根本功能金属切削机床的根本功能:是提供切削加工所必须的是提供切削加工所必须的运动和动力。运动和动力。其根本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动其根本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工外表多余的金属材料，形成工，由刀具切除工件加工外表多余的金属材料，形成工件加工外表的几何形状、尺寸，并

27、到达其精度要求。件加工外表的几何形状、尺寸，并到达其精度要求。工件外表的形成方法工件外表的形成方法机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计3.2.1 机床的运动学原理机床的运动学原理第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节 工件外表的形成方法工件外表的形成方法返回主页返回主页下一页下一页几何外表的形成原理图示几何外表的形成原理图示发生线的形成图示发生线的形成图示发生线的形成：发生线的形成：1轨迹法描述法轨迹法描述法 2成型法仿形法成型法仿形法 3相切法旋切法相切法旋切法 4范成法滚切法范成法滚切法几何外表的形成原理图示几何外表的形成原理图示12a) 平面平面12b) 圆柱面圆柱面12c

28、) 平面平面12d) 圆锥面圆锥面1母线母线2导线导线发生线的形成图示发生线的形成图示1fnn1.fn1n21a)轨迹法c)创成法b)成型法fn1n2fd)相切法e)展成法a)点刃车刀车外圆柱面点刃车刀车外圆柱面 b)宽刃车刀车外圆柱面宽刃车刀车外圆柱面 c)砂轮磨外圆柱面砂轮磨外圆柱面 d)盘铣刀铣外圆柱面盘铣刀铣外圆柱面 e)滚齿加工滚齿加工机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计1.工艺分析工艺分析2.选取坐标系：机床坐标系一般采用直角坐标系。选取坐标系：机床坐标系一般采用直角坐标系。 各运动部件的局部坐标系以下各运动部件的局部坐标系以下3种方法：种方法： 1固定在运动部件上；固定在运动

29、部件上；2与机床坐标系方向一致；与机床坐标系方向一致； 3有斜置式运动时，按机床坐标系选取。有斜置式运动时，按机床坐标系选取。3.写出机床运动功能式：写出机床运动功能式：表示机床的运动个数、形式、功能表示机床的运动个数、形式、功能主运动主运动p、进给运动、进给运动f，非成形运动，非成形运动a及排列顺序。左边写工件及排列顺序。左边写工件W，右边写，右边写刀具刀具T，中间写运动按运动顺序排列，中间写运动按运动顺序排列，并用并用“/分开，分开，Cp主运动。主运动。第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页ZfBaYaCpCfW/Cf，YaZfBa，Cp/T4.画出机

30、床运动功能图画出机床运动功能图(例：滚齿机例：滚齿机 是将机床的运动功能式用简洁的是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是识别、分符号和图形表达出来，是识别、分析和设计机床传动系统的依据。析和设计机床传动系统的依据。5.绘制机床传动原理图绘制机床传动原理图 只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的运动关系。假设将动力源与执行件、各执行件之间之间的运动关系。假设将动力源与执行件、各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。的运动及传动关系同时表示出来，就是传动原理图。uv_-主运动传动比，主运动传动比，uf

31、-进给传动比，进给传动比，ui-内联系传动比。内联系传动比。第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页 1.1.几何精度几何精度: :机床在空载低速时各主要部件的形状、相互位置和相对运机床在空载低速时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。动的精确程度。 2.2.运动精度：运动精度：机床空载以工作速度运动时，执行部件的几何位置位置机床空载以工作速度运动时，执行部件的几何位置位置精度；精度； 3.3.传动精度：传动

32、精度：机床传动系统各末端执行件的运动协调性和均匀性。机床传动系统各末端执行件的运动协调性和均匀性。 4.4.定位精度：定位精度：机床的定位部件运动到规定位置的精度；机床的定位部件运动到规定位置的精度； 5.5.重复定位精度：重复定位精度：机床运动部件在相同条件下，用同样方法重复定位机床运动部件在相同条件下，用同样方法重复定位时，位置的一致程度；时，位置的一致程度； 6.6.工作精度：工作精度：加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度；度； 7.7.精度保持性：精度保持性：在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度。在规定的工作时间内，保持

33、机床所要求的精度。（二）（二） 精度精度（三）（三） 刚度刚度返回本章返回本章 指机床受载时抵抗变形的能力，公式：指机床受载时抵抗变形的能力，公式：yFk 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（四）（四） 抗振性抗振性返回本章返回本章 指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力，也称为切削稳定性。动的能力和抵抗自激振动的能力，也称为切削稳定性。1.1.受迫振动：来自于机床内部，如高速回转零件的不平衡

34、。防止受迫振动：来自于机床内部，如高速回转零件的不平衡。防止共振现象产生。共振现象产生。2.2.自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种相对振动。也称为切削稳定性。相对振动。也称为切削稳定性。影响机械振动的主要原因：影响机械振动的主要原因： 机床刚度、阻尼特性、系统的固有频率。机床刚度、阻尼特性、系统的固有频率。 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（五）（五） 热变形热变形返回本章返回本章 指机床在工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度指机床在

35、工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度高于环境温度，称为温升。由于各部位温升不同，不同材料的热膨胀高于环境温度，称为温升。由于各部位温升不同，不同材料的热膨胀系数不同。所以各局部材料产生的热膨胀量不同，导致机床床身、主系数不同。所以各局部材料产生的热膨胀量不同，导致机床床身、主轴和刀架等构件产生变形。轴和刀架等构件产生变形。采取措施：采取措施： 减少热源发热量；将热源置于宜散热位置，增加散热面积和强制冷减少热源发热量；将热源置于宜散热位置，增加散热面积和强制冷却；采用热管将温升较高的热量转移，减少温差；采用自动控制、温却；采用热管将温升较高的热量转移，减少温差；采用自动控制、温差补偿

36、及隔热措施等。差补偿及隔热措施等。（六）（六） 噪噪 声声 主要噪声源：主要噪声源： 机械噪声、液压噪声、电磁噪声、机械噪声、液压噪声、电磁噪声、 空气动力噪声。空气动力噪声。 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的根本理论金属切削机床设计的根本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页（七）（七）低速运动平稳性低速运动平稳性返回本章返回本章 机床上有些运动部件，需要做低速或微小移动。当低速运动时，机床上有些运动部件，需要做低速或微小移动。当低速运动时，主动件匀速运动，从动件会出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，也主动件匀速运动，从动件会出现明显的速度不均匀的跳跃式

37、运动，也称为爬行。称为爬行。危危 害：影响机床的精度、工件的加工精度和外表粗糙度。害：影响机床的精度、工件的加工精度和外表粗糙度。原原 因：是因摩擦产生的自激振动现象。摩擦面上的摩擦系数随速度因：是因摩擦产生的自激振动现象。摩擦面上的摩擦系数随速度的增加和传动系的刚度缺乏。的增加和传动系的刚度缺乏。措措 施：在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高施：在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。传动机构的刚度和降低移动件的质量等。第三章 金属切削机床设计3.3 3.3 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计 一、机床系列型谱的制定一、机

38、床系列型谱的制定二、机床的运动功能设置二、机床的运动功能设置三、机床总体结构方案设计三、机床总体结构方案设计上一页上一页下一页下一页退出退出返回主页返回主页四、机床主要参数的设计四、机床主要参数的设计返回本章返回本章第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页 为满足国民经济不同部门对机床的要求，机床分成车、为满足国民经济不同部门对机床的要求，机床分成车、铣、刨、磨等铣、刨、磨等1111大类通用机床。每一类机床又分为大小不大类通用机床。每一类机床又分为大小不同的几种规格。国家根据机床生产和使用情况，规定了每同的几种规格。国家根据机床生产和使用情况，规定了每一种通

39、用机床的主参数系列。一种通用机床的主参数系列。 通常按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广通常按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广、需求量较大的机床系列作为、需求量较大的机床系列作为“基型系列基型系列，然后派生出假，然后派生出假设设干变形机床。干变形机床。 系列型谱的制定对机床工业开展大有好处。由于基型和系列型谱的制定对机床工业开展大有好处。由于基型和变形机床之间大局部零件通用，可以大大较少设计工作量变形机床之间大局部零件通用，可以大大较少设计工作量，提高零部件的生产批量，缩短制造本钱，提高机床品质。，提高零部件的生产批量，缩短制造本钱，提高机床品质。3.3.1 机床系列型谱的制

40、定机床系列型谱的制定 第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节3.3.1 机床系列型谱的制定机床系列型谱的制定返回主页返回主页下一页下一页中型卧式机床的简略系列型谱表中型卧式机床的简略系列型谱表 型式型式最大最大工件直径工件直径/mm万万 能能式式马马鞍鞍式式提提高高精精度度无无丝丝杠杠式式卡卡盘盘式式球球面面加加工工端端面面车车床床2503204005006308001000注：注： 基型，基型， 变型变型第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页设置的方法和步骤：设置的方法和步骤： 1.1.工艺分析：工艺分析： 对所设计的机床的工艺范围进行分析，对

41、于通用机床确对所设计的机床的工艺范围进行分析，对于通用机床确定加工工件定加工工件的类型，选择典型零件分析，然后选择恰当的加工方法。设的类型，选择典型零件分析，然后选择恰当的加工方法。设计时考虑可计时考虑可到达的生产率和加工精度、机床制造本钱和操作维护方便程到达的生产率和加工精度、机床制造本钱和操作维护方便程度等因素。度等因素。 2.2.机床运动功能设置：机床运动功能设置： a.a.分析式设计：参考现有同类机床设计，然后仿真分析；分析式设计：参考现有同类机床设计，然后仿真分析； b.b.解析式设计：采用创成原理，求出所有可能方案，然后解析式设计：采用创成原理，求出所有可能方案，然后通过仿真分通过

42、仿真分析评定方案的可行性和优劣。析评定方案的可行性和优劣。 3.3.写出机床的运动功能式，画出机床运动功能图写出机床的运动功能式，画出机床运动功能图 根据以上评定结果，选择机床的运动功能配置。在写出运根据以上评定结果，选择机床的运动功能配置。在写出运动功能式、动功能式、画出运动功能图。画出运动功能图。3.3.2 机床运动功能设置机床运动功能设置 第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页一运动功能分配设计一运动功能分配设计 机床运动功能式描述了刀具与工件间的相对运动，但根底支承件设机床运动功能式描述了刀具与工件间的相对运动，但根底支承件设在何处即接地尚未确定，

43、这就设计到运动功能的分配问题。在何处即接地尚未确定，这就设计到运动功能的分配问题。 运动功能分配设计就是确定运动功能式中运动功能分配设计就是确定运动功能式中“接地接地的位置，用符号的位置，用符号“表示，符号左侧的运动由工件完成，右侧运动由刀具完成表示，符号左侧的运动由工件完成，右侧运动由刀具完成如铣床的运动功能式：如铣床的运动功能式：W/Xf, Zf, Yf, Cp/T，对应的运动分配式：，对应的运动分配式： 卧式升降台铣床：卧式升降台铣床： W/Xf, Zf, Yf Cp/T 卧式立柱移动式铣床：卧式立柱移动式铣床： W/Xf Zf, Yf, Cp/T 3.3.3 机床总体结构方案设计机床总

44、体结构方案设计 第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页一运动功能分配设计一运动功能分配设计选用原那么四条原那么：选用原那么四条原那么：1.将运动分配给质量小的零部件将运动分配给质量小的零部件“避重就轻避重就轻 W/Xf, Zf, Yf Cp/T ； W/ Xf, Zf, Yf, Cp/T 2.运动分配应有利于提高工件的加工精度运动分配应有利于提高工件的加工精度3.运动分配应有利于提高运动部件的刚度运动分配应有利于提高运动部件的刚度4.运动分配应视工件形状而定运动分配应视工件形状而定3.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 第三章 金属切削机床设

45、计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页二结构布局设计：立式、卧式、斜置式二结构布局设计：立式、卧式、斜置式3.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 三机床总体结构的概略形状与尺寸设计三机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是：机床总体结构布局设计阶段评价后所保设计的主要依据是：机床总体结构布局设计阶段评价后所保存的存的机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力参数及加参数及加工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。设计过程：设计过程：1.首先确定

46、末端执行间的概略形状与尺寸；首先确定末端执行间的概略形状与尺寸；2.设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式和概略尺寸和概略尺寸3.根据导轨结合部的设计结果和该运动的形成尺寸同时考虑刚根据导轨结合部的设计结果和该运动的形成尺寸同时考虑刚度要求，确度要求，确定下移功能件形状与尺寸；定下移功能件形状与尺寸；4.重复上述过程，直至全部根底支承件底座、立柱、床身等重复上述过程，直至全部根底支承件底座、立柱、床身等设计完毕设计完毕5.假设要进行机床结构模块设计，那么可将功能部件细分为子假设要进行机床结构模块设计，那么可将功能部件细分为子部件

47、；部件；卧卧式式机机床床立立式式机机床床卧式支承卧式支承 “ “立立式式支支承承 “|单单臂臂支支承承 “ 龙龙门门式式支支承承 “第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页3.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 三机床总体结构的概略形状与尺寸设计三机床总体结构的概略形状与尺寸设计评价的主要因素有：评价的主要因素有：1性能性能 2制造本钱制造本钱 3制造周期制造周期 4生产率生产率 5与物流的可亲性与物流的可亲性 6外观造型外观造型 7机床总体结构方案设计修机床总体结构方案设计修改与确定改与确定 第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返

48、回主页返回主页下一页下一页一主参数和尺寸参数一主参数和尺寸参数3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 机床的主要技术参数包括机床的主参数和根本参数，根本参数可包机床的主要技术参数包括机床的主参数和根本参数，根本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。括尺寸参数、运动参数和动力参数。机床主参数机床主参数: :代表机床规格大小代表机床规格大小/ /反映机床最大工作能力反映机床最大工作能力尺寸参数尺寸参数: :机床的主要结构尺寸参数，包括：机床的主要结构尺寸参数，包括：1.1.与被加工零件有关的尺寸，如卧车最大加工工件长度与被加工零件有关的尺寸，如卧车最大加工工件长度2.2.标准化工具或夹

49、具的安装面尺寸，如卧车主轴锥孔及标准化工具或夹具的安装面尺寸，如卧车主轴锥孔及主轴前端尺寸主轴前端尺寸例：例：CA6140CA6140型普通车型普通车 床的主要技术参数床的主要技术参数 1 1主参数：工件最大回转直径主参数：工件最大回转直径400mm400mm； 2 2第二参数：最大工件长度第二参数：最大工件长度1000mm1000mm； 3 3其它尺寸参数：刀架最大回转直径其它尺寸参数：刀架最大回转直径 210mm210mm， 主轴内孔直径主轴内孔直径 48mm48mm。第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页二运动参数二运动参数3.3.4 机床主要参数的

50、设计机床主要参数的设计 运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件工作台、刀架的运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件工作台、刀架的运动速度。运动速度。1.主运动参数：主运动参数：a.主运动为回转运动的机床：主运动参数为主轴转速：主运动为回转运动的机床：主运动参数为主轴转速：n=1000v/db.主运动为直线运动的机床：主运动参数可以是刀具每分钟往复次数，主运动为直线运动的机床：主运动参数可以是刀具每分钟往复次数， 也可是装夹工件的工作台的移动速度。也可是装夹工件的工作台的移动速度。最低最低nmin和最高和最高nmax)转速确实定转速确实定 对设计机床可能进行的工序进行分析，从中选择要求最

51、高、最对设计机床可能进行的工序进行分析，从中选择要求最高、最低转低转速的典型工序，按照典型工序的切削速度和刀具或工件的直速的典型工序，按照典型工序的切削速度和刀具或工件的直径，径，计算最高、最低转速及变速范围计算最高、最低转速及变速范围R：min/min,/min,/minmaxmaxminminminmaxmaxrnnRrdv1000nrdv1000nn第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页二运动参数：二运动参数：1.主运动参数主运动参数3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 通用机床的通用机床的dmaxdmax和和dmindmin是指经济加工

52、直径，对于通用机床，是指经济加工直径，对于通用机床，一般取：一般取：maxminmax,dRdKDdd确定机床主轴的最高转速主要考虑因素：确定机床主轴的最高转速主要考虑因素：机床主传动类型。机床主传动类型。普通机床，一般最高转速普通机床，一般最高转速2000r/min,2000r/min,数控机床采数控机床采用交流伺服电机或变频电机变速，主轴最高转速用交流伺服电机或变频电机变速，主轴最高转速5000-50000r/min.5000-50000r/min.b. b. 采用的刀具类型、材质和切削角度：采用的刀具类型、材质和切削角度：刀具的最大切削速度与其刀具的最大切削速度与其类型类型a.a. 、材

53、质和切削角度有直接关系。、材质和切削角度有直接关系。minmaxmaxdv1000n实例：实例：400mm普通车床普通车床nmax和和nmin确实定确实定那么那么 dmaxKD0.5400200(mm) dmin Rddmax50 (mm) nmax1273(r/min) n nmaxmax的计算的计算据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，半精车外圆据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材，半精车外圆时，主轴时，主轴n n最高，按经验并参考切削用量手册。最高，按经验并参考切削用量手册。取取 v vmaxmax200m/min200m/min，k k，R Rd d刀具刀具材料材料 工件工件材料材料 零件

54、零件形状形状 工工 序序 dmax(mm) vmin(m/min) nmin(r/min) 高速钢高速钢 铸铁铸铁 盘类盘类 粗车粗车端面端面 40040015 15 11.9 11.9 高速钢高速钢 合金合金钢材钢材 圆棒料圆棒料 粗车梯粗车梯形螺纹形螺纹 50 50 1.5 1.5 9.559.55根据上表的计算结果，应该选择：根据上表的计算结果，应该选择： nminr/min nmin的计算的计算 据分析，以下两道工序所要求的主轴转速中较低的一个为主据分析，以下两道工序所要求的主轴转速中较低的一个为主轴最低转速。轴最低转速。 maxminmin1000dvn nmax、 nmin确实定确

55、实定CA6140主轴的最低转速为主轴的最低转速为10 r/min，最高转速为，最高转速为1400 r/min。与计算结果相符。与计算结果相符。考虑今后技术开展的储藏，新设计考虑今后技术开展的储藏，新设计400mm车床主轴车床主轴的转速为：的转速为： nmax1600r/minnmin10r/minRn160 第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节返回主页返回主页下一页下一页二运动参数：二运动参数：1.主运动参数主运动参数3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 2 2主轴转速的合理排列主轴转速的合理排列 确定了最大、最小转速后，如采用有级变速，应进行转速分级。目确定了最大、最

56、小转速后，如采用有级变速，应进行转速分级。目前多数机床主轴转速是按等比级数排列，其公比符号为前多数机床主轴转速是按等比级数排列，其公比符号为 ，转速级数，转速级数Z Z，那么转速数列为：，那么转速数列为： 有的机床中间转速选用时机多，可采用两端公比大、中间公比小的混有的机床中间转速选用时机多，可采用两端公比大、中间公比小的混合公比转速系列。合公比转速系列。 3 3标准公比值标准公比值 和标准转速数列：和标准转速数列： 标准公比确实定原那么：公比大于标准公比确实定原那么：公比大于1 1小于小于2 2，转速数列中转速呈，转速数列中转速呈1010倍倍比比关系。故关系。故 。 标准公比方表标准公比方表

57、3-53-5所示，不仅可用于有级变速、双行程数和进给量数所示，不仅可用于有级变速、双行程数和进给量数列，也可用于机床尺寸和功率参数等数列。列，也可用于机床尺寸和功率参数等数列。1zz2321nnnnnnnnminminminmin,.,110E3标准公比标准公比表表3-5 3-5 标准公比标准公比 从表中可以看到：从表中可以看到：1标准公比都是在标准公比都是在1 2之间；之间；2标准公比是标准公比是2的的E2次方根，其数列每隔次方根，其数列每隔N项增大或缩小项增大或缩小2倍便倍便于采用双速电动机于采用双速电动机 ；3标准公比是标准公比是10的的E1次方根，便于设计和使用机床。次方根，便于设计和

58、使用机床。表表1-2 标准公比之间的关系标准公比之间的关系1.061.121.261.411.581.7821.0621.0641.0661.0681.06101.06121.1221.1231.1241.1251.1261.2621.2631.412n130n10236n237.5n11300n347.5n12375n460n13475n575n14600n695n15750n7118n16950n8150n171180n9190n181500 如：如：X6132铣床主轴共有铣床主轴共有 Z=18级转速级转速（1-4）Rnnmax/nmin Z1第三章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本

59、节返回主页返回主页下一页下一页二运动参数：二运动参数：1.主运动参数主运动参数3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 4 4公比公比 的选用：的选用： 公比值小那么相对转速损失小，但当变速范围一定时变速级数增多公比值小那么相对转速损失小，但当变速范围一定时变速级数增多，变速箱结构复杂。变速箱结构复杂。 对于通用机床，机床损失不会引起加工周期过多地延长，为了变速对于通用机床，机床损失不会引起加工周期过多地延长，为了变速箱结构不过于复杂，一般取或等较大公比；对于大批大量生产箱结构不过于复杂，一般取或等较大公比；对于大批大量生产用的专用机床，情况相反，通常取或等较小公比。用的专用机床，情况

60、相反，通常取或等较小公比。5 5变速范围变速范围RnRn，公比和级数，公比和级数Z Z之间的关系：之间的关系： 上式给出了上式给出了RnRn、公比、级数、公比、级数Z Z三者之间关系，任意两个，可求出三者之间关系，任意两个，可求出第三个，公比和级数求出时应圆整为标准数和整数。第三个，公比和级数求出时应圆整为标准数和整数。)23.(1lglg1minmaxnznRZnnR通用机床通用机床专门化机床专门化机床和自动机床和自动机床大型大型机床机床非自动非自动小型机床小型机床公比公比 1.261.261.411.411.121.121.261.261.061.061.121.121.261.261.5