铣切薄木板微波烘烤上料装置设计及现代机床和夹具的协调发展

毕业设计说明书摘要目前，我们生活中用的木板越来越多，而大量薄木板原材料搬运作业多采用人工操作。人工上料劳动强度大，环境恶劣,危险系数大，而且搬运效率低下，不能适应快速制造业的发展；随着现代机械工业的进步，对薄木板原材料搬运的工作效率和产品质量的要求也同时提高。该薄木板微波烘烤上下料装置设计目的是设计一种带上下料装置的传送装置。它通过控制气缸实现料架定位和上料。气缸通过外部的接口安装在支架上。传送装置采用履带式输送机，履带的链板上均匀安装隔箱。当隔离箱口正对着上料装置时，通过单片机控制电机和电磁阀，实现传送装置暂停和两个气缸联合动作，从而实现自动上料作业。基于气动机器人原理设计的自动上料装置与人工上料相比，它的主要优点是：简化了操作工艺，提高了运输效率，改善了劳动条件，节省了作业人员，保障了生产安全。自动摘挂钩搬运钢管机械手的市场潜力很大，市场前景比较乐观。关键词：履带；输送机；气缸；单片机；电机TheDesignofthedeviceofMillingthinboardmicrowaveheatupABSTRACTAtpresent,moreandmorethinwoodareusedinlourdailylives,butalotofthinboardrawmaterialsarehandledbymanualoperationwhichneedsintensivelabor.itisinharshenvironmentandwithbigriskcoefficient,lowhandlingefficiency.,andcannotadapttotherapiddevelopmentofmanufacturingindustry.Withtheadvancesinmodernmachine-buildingindustry,itimprovestherequestofworkefficiencyandproductqualityofconveyingsteelatthesametime.Themillingboardsandmicrowaveheatingsystemisdesignedonatakeoutofthedevice,itcanbeachievedthroughtheinletcontrollocatedonthetapemovementandmaterial.thecylinderbyexternalfeetinterfaceinstallationintransmittingdevice.atransporter,too,hasitscrawlertracktrackedinontheinstallationofthelinksinisolationfromthebox.whenwasthecaseofthematerialdevices,throughmonolithicintegratedcircuitstocontrolmotorandairvalveforatransferdevicesandthetwocylinderjointactionKeywords:manipulator;thehooks’pickingandlinking;cylinder;single-chipPAGEPAGE30前言1.1我国自动输送装置的发展状况1.1.1我国自动化制造业的发展现状我国的机械制造业自动化技术的发展与应用起步较晚。50年代初期,国家建设了一批大型现代化骨干企业，首先从研制自动化装备开始发展机械自动化技术。随着科学技术的进步和我国工业化的发展，我国的制造自动化技术水平不断发展与提高，50年来已取得了很大的成就。1．各种机械化与自动化输送机愈来愈多地替代了人工操作的运输。经过“七五”和“八五”期间的不懈努力，研制、开发的系列成套自动化设备基本上满足了国内生产的需要，部分改变了依赖进口的被动局面。2．各种辅助机械化与全自动化装置及技术也得到了发展，多自由度转胎架、变位器、机械手等设备研制成功，并先后用于传送生产过程。3．自动化传送装置已逐渐发展为现代完全自动化技术。在汽车、焊管、包装、工程机械和重型机械等企业中，发展为无需人力操作的生产流水线。但就自动化控制精度而言，我国输送生产自动化技术与工业发达国家相比差距仍较大。1．国产自动和半自动运输设备的使用性能、品种和质量还不能完全满足国内大多数用户的需求，品种构成不适应生产工艺的需要，运输精度低。2．机械化自动化专用成套制造设备、控制系统设计、制造技术落后，生产能力低，产品的使用性能和质量与国外同类产品相比差距较大。3．不同行业、不同地区、不同企业的机械化自动化技术发展应用不平衡，且差距很大，相当多的企业传送机构生产仍以手工操作为主，机械化与自动化程度极低。4．科研力量不足,既懂制造技术又会计算机应用技术的人员缺乏，发展应用现代设备自动化最新技术(计算机控制、逆变、信息传感、参数控制等)滞后，开发出的计算机软硬件技术实用性和商品化程度差。1.1.2我国输送装置的发展现状我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示。表1-2

国内带式输送机的主要技术指标

Tab.1-2

ThemaintechnicalparametersofthebeltconveyerinChina

主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机

运距/m

2000～3000

﹥3000

带速/m.s-1

3.5～4

4～5，最高达8

输送量/t.h-1

2500～3000

3000～4000

驱动总功率/kW

1200～2000

1500～3000，最大达10100

图1.1顺槽可伸缩带式输送机1.1.3国内外带式输送机技术的差距1.大型带式输送机的关键核心技术上的差距⑴带式输送机动态分析与监测技术长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。⑵可靠的可控软起动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.3～0.1m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当单机功率>500kW时，可控CST软起动显示出优越性[4-10]。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98%以上。但价格昂贵，急需国产化。2.技术性能上差距我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。⑴装机功率我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×250kW，国外产品可达4×970kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%～40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。⑵运输能力我国带式输送机最大运量为3000t/h，国外已达5500t/h。⑶最大输送带宽度我国带式输送机为1400mm，国外最大为1830mm。⑷带速由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。⑸工作面顺槽运输长度我国为3000m，国外为7300m。⑹自移机尾随着高产高效工作面的不断出现，要求顺槽可伸缩带式输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。国内自移机尾主要依赖进口，主要有2种：（a）随转载机一起移动的由英国LONGWALL公司生产的自移机尾装置。（b）德国DBT公司生产的自移机尾装置。前者只有一个推进油缸，后者则有2个推进油缸。LONGWALL公司生产的自称机尾用于在国内带宽1.2m的输送机上，缺点是自移机尾输送带的跑偏量太小，纠偏能力弱，刚性差。德国生产的自移机尾在国内使用效果优于前者，水平、垂直2个方向均有调偏油缸，纠偏能力强。因此，前者还需完善，后者则需研制。但对自移机尾的要求是共同的，既要满足输送机正常工作时防滑的要求，又要满足在输送机不停机的情况下实现快速自移[11-18]。⑺高效储带与张紧装置我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。⑻输送机品种机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>+25°）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。3.可靠性、寿命上的差距⑴输送带抗拉强度我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500N/mm，国外为3150N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000N/mm，国外为7000N/mm。⑵输送带接头强度我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外达母带的70%～75%。⑶托辊寿命我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命5～9万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%～40%。⑷输送机减速器寿命我国输送机减速器寿命2万h，国外减速器寿命7万h。⑸带式输送机上下运行时可靠性差[19-21]。4.控制系统上差距⑴驱动方式我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等，控制精度较高。⑵监控装置国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。⑶输送机保护装置国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。1.2课题任务及要求1.2.1课题背景和研究意义随着科学技术的进步，我国传送装置制造行业有了长足的进步。传送装置的成套性，自动化程度，定位精度和整体质量都明显提高，其应用范围正逐步扩大，尤其是我国制定了拉动内需的政策以后，传送装置制造业加快了发展。在我国，工厂内流水线生产方式还不完善，其主要原因是在自动化生产过程中，存在准确性低，控制不稳定，夹紧装置设计不合理等问题，在生产线上一般需要人工管理，影响到生产进度。虽然传送装置系统设计在制造业中不是核心技术问题，但对我国生产流水线技术的进步起着举足轻重的作用。可以预计，今后10年内，随着世界制造业中心逐步向中国转移，我国的传统制造业必将按照现代化的标准加快技术改造。大量采用高度自动化的加工设备是工业现代化的必然趋势，并将促进我国制造业发生根本性的变革。目前，低成本高自动化传送装置已成为制造行业发展的一种趋势。它明显区别于传统的人工操作和先进的导轨式传送装置，采用高精度、高效率、自动化高的传送设备技术[5,6]。在传送过程中上料装置给输送机自动上料，在此过程中定位可靠，总偏移量小于1cm，并且在传输烘烤过程中无需人工管理，实现全自动化，运作性能稳定可靠，提高了劳动生产率，节约能源等方面均有明显的经济效益。从长远来看，自动化的应用将在各行各业得到飞速的发展。1.2.2课题任务1.设计一台可应用在微波干燥机上的薄板上料装置。该装置所上的材料为厚度2mm，长度800mm，宽度300mm的薄木板；2.该装置的上料效率为每小时4000片；3.木板被上料前的状态为摞在一起的堆垛状态；4.机械手应用单片机或PLC控制。1.2.3课题所完成的主要工作1.总体方案设计；2.各子系统的设计；3.各零部件计算与设计；4.标准件的选用；5.控制系统的电路原理图。2总体方案的设计2.1总体方案的确定方案是采用履带式运输机构，可以连续的进行传送运输作业，并且在运输过程中进行烘烤处理，同时在履带链板均匀安装隔离盒子，把木料放在隔离盒子里进行传送，使木板在传送过程中更好的烘烤和方便上料，当料盒口水平并到达上料位时，单片机根据不同的信号调用不同的子程序，来控制相应的交流伺服电机的运转，控制履带链的运动与停止。当履带链停止时，单片机控制电磁阀动作，水平气缸伸出，完成上料。上料结束后，单片机控制电磁阀水平气缸缩回的同时控制另一个电磁阀把料架提升到上料位。上料动作完成后，单片机控制电机使履带链运动。当料箱到达下料位，料箱倾斜，木料自动滑下。更好的实现自动化，上料机构如下图2.1所示。传送装置如下图2.2所示。图2.1上料机构图2.2传送机构2.2驱动系统选择目前机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动、电机驱动等多种方式，各种驱动方式有其自身的特点，在工业中液压和气压驱动应用很广泛，有些场合则同时采用多种驱动方式，这都视不同工作的特点和要求所定。比较这些驱动方式的特点，从中选出适合上料装置和传送装置的驱动方式。一液压驱动液压驱动的特点有:1)驱动力和驱动力矩较大，臂力可达100公斤;2)速度反应性较好。因为被驱动件的速度快慢取决于油液的容积变化，所以当不考虑油液的温度变化时，被驱动系统的滞后也几乎没有，而且液压机构的适量轻、惯性小，因此它的速度反应性较好;3)调速范围较大，而且可以无级调速，易于适应不同的工作要求:4)传动平稳，能吸收冲击力，可以实现较频繁而平稳的换向;5)在产生相同驱动力条件下，液压驱动比其他驱动方式体积小、重量轻、惯性小;6)定位精度比气动高，但比电机低;7)液压系统的泄漏对机构的工作稳定性有一定的影响;8)油液中如果混入气体，将降低传动机构的刚性，影响定位精度(产生爬行);9)油液的温度和粘度变化影响传动性能。液压驱动机械手多用于要求臂力较大而运动速度较低的工作场合。二气压驱动气动驱动的特点有:1)通过调节气流，就可实现无级变速;2)由于压缩空气粘性小，流速大，因此气压驱动的机械手动作速度快;3)压缩空气可从大气中吸取，故动力源获得方便、价格低廉，而且废气处理方便;4)由于压缩空气粘度小，因此在管路中的压力损失也很小，一般其阻力损失不到油液在油路中损失的千分之一;故压缩空气可以集中供应，远距离输送;5)压缩空气的压缩性较大，因此使机械手的运动平稳性较差，定位精度较低，而且压缩空气排到大气中时噪声较大，另外还须考虑润滑和防锈等;耐压缩空气的工作压力较低，致使机械手结构较大。因此，气压驱动的机械手，常用于臂力小于30公斤、运动速度较快以及高温、低温、高粉尘等工作条件较恶劣的场合。三电机驱动电机驱动系统按电机的功能可分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多态电机驱动系统等。各种电机系统的工作原理有很大的区别，性能上也存在着较大的差异。在这里，不对这些电机系统作一一介绍。只是把电机驱动与液压和气压驱动做一个比较，从中得到结论。电动机根据运行距离及电机的脉冲当量算出脉冲数，将数据输入计算机，可达到非常高的位姿准确度，这些都是电机驱动的优点。相对的，液压与气压驱动系统组成机构繁琐，维护不方便，液压源和气压源装置体积大，对于上料装置来说也是一个无法实现的问题，对于上料装置所要求的速度精度，液压和气压驱动也很难满足。在减速电机的选型上，考虑到减速电机品种规格较多，仔细分析它们的特点，来恰到好处的选择。常见减速电机的种类及特点1）蜗轮蜗杆减速机的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。2）谐波减速电机的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。输入转速不能太高。3）行星减速电机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。但价格略贵。减速电机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机.内燃机或其它高速运转的动力通过减速电机的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，普通的减速电机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。减速箱（或叫齿轮箱）的用途有:1.加速减速,就是常说的变速齿轮箱.2.改变传动方向,例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴.3.改变转动力矩.同等功率条件下,速度转的越快的齿轮,轴所受的力矩越小,反之越大.4.离合功能:我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮,达到把发动机与负载分开的目的.比如刹车离合器等.5.分配动力.例如我们可以用一台发动机,通过齿轮箱主轴带动多个从轴,从而实现一台发动机带动多个负载的功能.齿轮箱的工作原理：齿轮箱是用来变速的，减速箱或者减速电机多是通过齿轮变速，原理一说白了就是一个大齿轮带齿轮或小齿轮带大齿轮从上面介绍可以看出：减速电机变比一旦选好速比，就不能改变，减速箱可以变速和改变传动方向。综上所述，根据设计任务提出的要求，本文上料机构选择气动驱动方式，传送机构选择电机驱动方式。2.3机械结构选择2.3.1传送机构选择方案一本方案采用刮板式输送机，该结构坚实，能经受住煤炭、矸石或其他物料的冲、撞、砸、压等外力作用。能适应采煤工作面底板不平、弯曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向的曲。输送机机身矮，便于安装。但该输送机自动上料实现困难。图2..3刮板式输送机方案二本方案采用带式输送机，带式输送机（皮带输送机）是功能齐全的输送机种，既可直线输送，又可倾斜、转弯输送，它是运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的货物，但带式输送机的耐酸碱、耐油、阻燃等各种性能比较差，并耐高、低温均需要进行特殊制造，所以不适合微波烘烤装置。图2.4带式输送机方案三本方案采用特殊制造的链板式输送机，利用固接在牵引链上的一系列板条在水平或倾斜方向输送物料的输送机，以单片钢板铰接成环带作为运输机的牵引和承载构件承载面具有横向隔片置于槽箱中驱动环带借隔片将煤刮运输出。它由驱动机构、张紧装置、牵引链、板条、驱动及改向链轮、机架等部分组成。在冶金、煤炭、化工、电力、机械制造及国民经济的其他工业部门中均得到了广泛的应用。其特点如下：1、适用范围广。除粘度特别大的物料外，一般固态物料和成件物均可用它输送；2、输送能力大。特别是鳞板链板式输送机（一般称为双链有挡边波浪型链板式输送机）的生产能力可高达1000t/h；3、牵引链的强度高，可用作长距离输送；4、输送线路布置灵活。与带式输送机相比，链板式输送机可在较大的倾角和较小的弯曲半径的条件下输送，因此布置的灵活性较大。该输送机的倾角可达30°-35°，弯曲半径一般约为5-8m；5、在输送过程中可进行分类、干燥、冷却或装配等各种工艺加工；6、运行平稳可靠。图2.4履带式输送机总述以上方案，最终选定方案三，该方案简洁有效，结构紧凑，机械原理和机械设计设计比较简单，且比较适合自动上料。2.3.2上料机构选择 方案一本方案的主要特点是由链条传动。当物料从上料机构上面到达上料机构前端时，电机运转，链条带动上料机构往前运动，把物料送到下一个工位。本方案的特点是物料必须有上面到达上料位置。图2.5链条上料机构图2.6气缸对重式上料机构方案二本方案的主要特点是由两个气缸协调动作来完成上料。当上一个物料通过水平气缸送出完成时，迅速把上料机构收回，垂直气缸通过滑轮组把料架拉到下一个上料位。如此循环动作实现自动化。3总体计算3.1气缸的选择3.1.1垂直气缸选择对重气缸选择型号为CA240-U1I07-400，其具体参数为：活塞直径：Ø40mm最大行程：400mm压力范围：0.1-4.2MP受力计算：根据设计要求，垂直气缸最大负重可达120Kg,料架重约为15Kg建立上部夹紧机构的力学模型：（图3-1）符号说明：f：摩擦力Fn:气缸提供的推力Fn’:圆杆的支反力Mg:机构自身重力F’机构负重本计算采用简化算法，其中将机器人的重力作用点移到图示位置.图3-1受力分析图在垂直方向建立平衡方程;(3-1)所以：(3-2)单侧所受摩擦力(3-3) 又：查表得摩擦系数u=0.5(3-4)对气缸进行受力分析（图3-2）：其中，(3-5)图3-2气缸受力分析建立平衡方程：其中S=0.02x0.02=0.0004，为大气压强1.01xPa所以：3.4Mpa<4.2Mpa(3-6)符合设计要求，型号选择正确。图3.3脚架固定气缸的型式、尺寸和质量3.1.2水平气缸选择水平上料气缸选用MB20x50该气缸自身带导杆，增强了机构的稳定性。为了防止系统因气缸偏置而产生扭转应力，所以采用两个气缸双侧布置。气缸主要参数如下：活塞直径：Ø20mm最大行程：50mm压力范围：0.1-0.7MP计算当气缸达到极限压力时（P=0.7MPa）所产生的最大提升力: (3-7) 设计要求为450N,符合设计要求。3.2导向杆的加工安装在基板上的垂直气缸驱动V型定位架上下移动，但是由于钢管的重量和V型定位架的重量都比较重，为了使垂直气缸的活塞杆不因受偏载荷而弯曲变形，在垂直气缸的两侧分别设计一个导向杆，起到保证轴向定位作用。导向杆的直径为20，材料45号钢，加工工艺路线为锻造——热处理——机加——热处理——精加工。第一次热处理应该是正火处理或者是调质处理,应用较多的是调质处理.其主要作用是提高材料的机械性能,获得综合机械性能良好的索氏体组织,可提高工件的使用性能;如果是正火处理其主要作用是改善组织,细化晶粒。第二次热处理应该是淬火处理.一般的轴类工件选用中频淬火机床进行表面感应淬火处理,其主要作用是提高表面硬度,提高轴的耐磨性,提高使用寿命.一般不选用常规热处理,因为其处理后的变形量大,不利于进行精加工.3.3轴承的校核为了简便计算使用机械设计手册（软件版）V3.0进行轴承设计，其校核过程如下表表16314轴承的校核过程表设计参数选择轴承型号计算轴承受力计算当量动载荷校核轴承寿命Fr=0NFa=0NFt=165Nd1=70mmn=40r/minLh'=15000hL=860mmL1=245mmLa=150mmft=1润滑方式为油润滑d=70mmD=150mmB=35mmC=12800NCo=6650Nnlimy=18000r/minFr1=82.5NFa1=0NFr2=82.5NFa2=0NP1=123.75NP2=123.75N轴承工作温度T=<=120轴承寿命L10=1106609(10^6转)轴承寿命Lh=461087177h经校核可知6314可以满足要求。3.4直线轴承的选择直线轴承是一种以低成本生产的直线运动系统，用于无限行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴呈点接触，故使用载荷小。钢球以极小的磨擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动（图3-6）。直线轴承是与淬火导向轴配合使用。作无限直线运动的系统负荷滚珠和淬火传动轴因为是点接触，容许载荷较小，但直线运动时，摩擦阻力最小，精度高，运动快捷。直线轴承广泛用于电子设备，拉力试验机及数字化三维坐标测量设备等精密设备，以及多轴机床、冲床、工具磨床、自动气割机、打印机、卡片分选机、食品包装机等工业机械的滑动部件。根据导向杆的尺寸，设计选用了LM20L×32×80型号的直线轴承，直线轴承内径为20，外径为32，长度为80，直线轴承是用在在轴上做轴向运动减少摩擦力的。图3.4LM直线轴承3.5钢丝绳的计算在工作时钢丝绳所受的力为F=mguF=240N钢丝绳直径由最大工作静拉力确定，取钢丝绳公称抗拉强度=查机械设计手册取最小破断力为7.49KN，公称直径为3mm的钢丝绳3.6减速电机的选择电机的种类很多，本设计的控制需要有一定的精度，采用蜗轮减速电机作为动力源可以很方便的实现控制。程序也容易实现。且蜗轮减速电机的转速可以控制，结合本设计的动作不需要很大的转速，选用较大的蜗轮减速电机来达到功率的要求。电机轴通过联轴器与主动轴相连，主动轴带动整个传送系统。通过控制电机的起停，配合上料装置实现全自动。1)选择电动机类型和结构形式。按工作条件和要求，选用蜗轮减速电机。2）选择电动机的容量。本设计为实体设计，可以考虑适当增加所需要的实际转矩，工作所需的转矩Tw=200N.m.则电动机所需的功率为从电动机至门转动轴之间的传动装置的总效率为η=由《机械设计课程设计》第二篇第十一章查得=0.99，=0.99则：η=0.98T0=TW/η=200/0.98=204N.M选取蜗轮减速电动机，使Tm＝(1～1．3)To表2电机的型号及安装尺寸根据蜗轮减速电机型号表，选取YWG80-1.5-30型号的蜗轮减速电机。由安装尺寸设计电机的安装支撑。电机的外形图如图3.5所示图3.5电机的外形图3.7立柱强度校核问题描述：由于整个传送装置和上料装置是靠立柱的支撑而悬在空中，所以立柱的强度影响着整个系统的安全性。将立柱的材料选为Q235，利用SolidWorks2004进行校核分析。简化模型：图3.5立柱力学模型该立柱主要是支撑起整个传送装置和上料装置的重量，其主要受到压应力。由于立柱是100×100×8的方形钢管，所以校核强度还是十分有必要的。在下图，经过分析可以看到，立柱所受的最大应力在与导轨的接触面上，最大应力为9.627e+005N/m2，而材料的屈服应力为2.206e+008N/m2，所以可以看出材料还没有达到屈服极限，所以应该说材料的强度还是足够的。另外从图3.4-3（立柱应变分析图），也可以看到立柱的最大变形为2.649e-003mm，所以说变形很小，几乎可以忽略不计。图3.6立柱应力分析图图3.7立柱应变分析图4控制系统设计4.1控制系统的选择控制器目前应用较为广泛的有PC机、PLC和单片机。以下为几种方案的比较：方案一：PC机PC机控制简单，控制可容易实现闭环控制，达到很高的精度，且处理器反应时间短，但与其它两种控制方式相比较，价格最高，考虑到本次设计所需的精度要求，选用PC机的性价比最差。方案二：PLCPLC的编程方便，现场可修改程序，维修方便，采用模块化结构，可靠性高于继电器控制装置，体积小于继电器控制器，数据可直接输入管理计算机，成本可与继电器装置竞争，扩展方便，输入可以是交流115V。方案三：单片机单片机具有小巧、低功耗、控制功能强、价格低廉的优点，特别适合于机电产品的控制，可以作为独立的控制单元应用于自动设备。单片机是在一块硅片上集成了中央处理器、存储器和各种输入、输出接口，这样一块芯片具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机。由于单片机的硬件结构与指令系统的功能都是按工业控制要求而设计的，常用在工业的检测、控制装置中，因而也称为微控制器（Micro-Controller）或者嵌入式控制器（Embedded-Controller）。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其他芯片无法比拟的。单片机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能用指令，内部含有存储器，可以存储一些程序和数据。这也是单片机的到广泛应用的原因。本身带有常用的I/O口，方便数据信息和控制信号的进、出。综上所述，控制器选用单片机，其控制简单可靠，且价位最低，空间尺寸小。4.2总体设计思路本设计欲采用实物按钮控制，一是为了操作方便，二是经济方面的考虑，因为本设计主要是为工厂设计的，属于工业机械领域。本设计要实现的动作有：水平气缸的伸缩，垂直气缸的伸缩和电机起停等六个动作，在控制的部分就需要有六个按钮来实现其人工操作和调整此外还需设置一个全自动化按钮，每个按钮独立，这样编写程序框架会很清楚明了。本设计用到一个电机，电源为24V，并需要有功率驱动器，电机需要单片机的两个控制信号，一为方向脉冲用来控制步进电机的正反转，二为步进脉冲用来控制电机的转速和转角。还需要单片机的一个引脚来控制继电器的通断，进而控制定位销的开关。另外单片机的七个个引脚用来接收按钮传来的信号。本设计的基本思路为通电之后电机正转，垂直气缸通过钢丝绳带动料架上升，当到达上料位置时，通过光电开关与单片机的连接控制，以及延时程序，使得电动机暂停动作，然后通过电磁阀控制水平气缸动作，使得活塞伸出并带动推板把物料推上传送装置，然后水平气缸收回，然后电磁阀控制垂直气缸垂直回缩一定距离，从而把下一组物料带到指定的位置等待信号。然后通过单片机控制，电动机启动，带动物料通过烘烤区域。图4.1光电开关气缸的控制原理：气缸通过电磁阀和节流阀的控制完成活塞的水平移动，其原理图如图4.1。4.2气缸的控制图电磁阀的选用：电磁阀是气动控制元件中最主要的元件。品种规格繁多，结构各异。按操纵方法，有直流式和先导式两类.按结构，有滑柱式、截止式和同轴截止式三类.按密封形式，有间隙密封和弹性密封两类。按所用电源，有直流和交流两类。按使用环境，有普通型和防爆型等。按润滑条件，有不给油润滑和油雾润滑等。电磁阀的电气结构包括电磁铁、接线座及保护电路。电磁铁：电磁铁是电磁阀的主要部件，主要由线圈、静铁芯和动铁芯构成，它利用电磁原理将电能转变成机械能，使动铁芯做直线运动，根据其使用的电源不同，可分为交流电磁铁和直流电磁铁两种。接线座：电磁阀的接线在阀的使用中是简单的而重要的一环，接线应方便、可靠,不得有接触不良、绝缘不良和绝缘破损等，同时还应考虑电磁阀更换方便。随着电磁阀品种的规格增多,使用范围扩大,接线方式也多样化,一般分为：(1)直接出线式(2)接线座式(3)DIN插座式(4)接插座式。在本设计中，选用电磁阀型号为K250-l8-J。电磁铁用来控气缸，它的开合由继电器控制，继电器型号为4100，工作所需电压为5V，由于继电器为电感性线圈所以并上一只续流二极管。为了不使继电器对单片机造成冲击，在三极管与单片机之间加光隔P521。电磁铁工作电压为24V。本设计的控制电路下图所示：图4.3电磁铁控制电路5结论经过两个多月的学习研究，毕业设计终于结束。通过这两个多月的设计，我深深领悟到了知识的重要性。此次毕业设计是我读研究生继续深造的重要一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。通过这次实践，我深入地了解了铣切薄木板微波烘烤上下料装置的用途及工作原理，熟悉了整套设备的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计的能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是进入社会前的一次热身学习。

在毕业设计中，我收获了很多，比如学会了怎样查找相关资料、相关标准，怎样分析数据，同时提高了自己的绘图能力，并且懂得了许多经验公式和重要东西。更重要的是，它让我看到了自己的诸多不足，让我感觉到了知识的缺乏，让我更加坚定了学习的信心。

本文所设计的是铣切薄木板微波烘烤上下料装置，全面整体地确定出了一套合理的总体方案，但是，由于本人知识水平有限，文中难免存在缺点和错误，敬请读者批评指正。 云南广播电视大学云南国防工业职业技术学院院 机械电子工程学院毕业论文课题现代机床和夹具的协调发展教研室机械设计与制造教研室专业机械设计与制造班级机制班学生姓名···学号···导师姓名···职称副教授摘要机床是工作母机，机床制造业对国民经济的发展起着重要作用。建国初期，在优先发展重工业的方针指导下，机床制造业迅速发展，按国民经济发展计划建立了一批机床制造厂，专业分工明确，机床型号齐全，形成了完整的通用机床制造体系。随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身，而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术，以及人员素质的集成。现代机床的发展有着：机床的高速化、精密化、从工序复合到完整加工、信息化、智能化-测量、监控和补偿、微型化、新的并联机构原理、新的工艺过程、新结构和新材料、新的设计方法和手段、直接驱动技术、开放式数控系统、可重组制造系统等特点。在现在社会里，机械加工的要求越来越高，加工的产品要求也越来越高。这就需要机床本身的要求高，现代的机床加工离不开夹具的配合，机床和夹具的配合发展越好加工出来的产品才能越好。机床和夹具的协调发展创不仅会带动经济的发展而且还能创造更多的财富。关键词:协调;先进；配合；发展

目录现代机床简介和发展方向····································3第一节机床概述·················································3第二节现代机床的发展方向········································7第二章机床夹具概述··············································11第一节机床夹具的主要功能·········································11第二节机床夹具的分类···········································15第三节机床夹具的组成···········································17第三章工艺夹具的设计···········································18第一节工艺设计方案·············································18第二节夹具设计方案············································18第四章机床夹具的现状及发展方向·····································19第一节机床夹具的现状···········································19第二节机床夹具的发展方向······································19经济发展与机床和夹具协调发展的关系·························21参考文献·························································22致谢·····························································23

第一章现代机床简介和发展方向第一节机床概述机床是工作母机，机床制造业对国民经济的发展起着重要作用。建国初期，在优先发展重工业的方针指导下，机床制造业迅速发展，按国民经济发展计划建立了一大批机床制造厂，专业分工明确，机床型号齐全，形成了完整的通用机床制造体系。向各行各业提供了大量的工作母机，有力地推动了国民经济的发展。

1.产品开发与技术引进应用数字控制等先进技术，不断开发新产品，满足高质量、高效率和高灵活性的要求是现代机床的发展特征，并成为世界各机床厂家正在为之努力的目标。因此，国内很多厂家也在引进数控技术和产品，生产了各种类型的数控机床，从历届机床展览会可见一斑，可以说中国的机床制造业的技术水平有了很大提高。但是，不能不看到，大多数厂家在日趋激烈的市场竞争中，特别是在国际市场的竞争中仍显得能力不足。应当指出，新产品开发不是引进或仿制其他厂家的机型。引进或仿制的产品对制造厂家是新产品，对市场却不是新产品。引进或仿制在一定时期是必要的，正如在建国初期我们通过仿制前苏联的产品建立了中国的机床制造业体系一样，在改革开放初期引进技术可以使我们的机床制造业快速跟上世界先进水平。但是，这不应是我们的唯一发展方向和最终目标。新产品开发应该是指全新机型或现有产品的改进型。目前，在新产品开发方面，美国的机床公司处在世界前列。为了适市场需求，G&L公司不惜重金开发出RAM系列高速加工中心。采用整体床身，提高机床的刚性；选用滚动导轨，适应高速要求。换刀速度(切屑到切屑)为4.5～5s，运行速度达38m/min，赢得了大量用户。INGERSOLL公司开发的HVM800型加工中心用直线电动机代替传统的伺服电动机驱动滚珠丝杠的传动系统，简化机床的结构，运行速度76m/min，现已投放市场。新产品的开发往往对控制系统提出更高的要求，通用控制系统不能满足要求时，还要进行控制系统的开发。美国的G&L公司、CINCINNATI公司和德国的HELLER公司等均针对自己的系列产品，开发专用控制系统，并相继建立起相当规模的控制系统研制中心，生产专用控制系统，为各自的系列产品配套。而不直接采用专业电气公司的通用控制系统，避免功能浪费，弥补功能不足。这些才是新产品开发。我们应当在引进技术的基础上开发自己的新产品，或开发某些领先技术改进我们的产品。当然，开发新产品需要大量资金投入，只有将现有产品以高质量的品位占领市场才可能积累资金，用于产品开发工作，即人们常说的“以老养新”。2.通用机床与专用机床随着经济的发展，特别是改革开放以来，专用组合机床的需求量增加，通用机床的需求量相对减少。于是，各通用机床厂纷纷建立专机车间或专机分厂，生产组合机床。由于设计、制造、组装和调试经验不足，使之在市场特别是国际市场中缺乏竞争力。组合机床作为一种现代机床，它不是通用部件、各种元件、刀夹辅具和控制系统的简单组合，从设计制造到组装调试都有其专业特征。通用机床是成熟产品，即使是改进型也是经过一轮或几轮试制后，方能投产。通用机床的整机和零部件可以有少量库存，生产时间充裕。而组合机床一般是单机一次性生产，不可能进行试制，而且要求在一定的时间内完成制造。这就要求机床厂家有一支经验丰富的设计队伍，特别是资深的方案工程师。在订购组合机床时，用户往往将技术方案作为前提之一，因为一个好的方案可以为用户带来很大的经济效益。同时，也使机床制造厂家便于组织生产。好的技术方案是用最简捷的形式，满足工艺要求，并且易于操作、调整和维修。这就要求通用部件的选择，刀具的设计和选择，夹具的设计，控制系统的设计及液压和气动系统的设计等都要相对合理。专用组合机床一般用于大量生产，需要加工精度长期稳定，因此，对其质量的要求与通用机床有很大不同，通常要求工序能力系数CPK≥1.33。国内一知名机床厂为用户设计制造一条壳体生产线，用户要求在技术协议中将工序能力系数CPK≥1.33作为一项验收标准，厂家明确表示达不到这一要求。他们只能同意按被加工零件图纸给定公差的75%作为验收标准，这一验收标准与工序能力系数CPK≥1.33的要求相差甚远。有的厂家甚至不了解工序能力系数这一概念。应当指出，CPK=1.33是最低要求，有的国外用户将CPK≥4.0作为验收标准。提高机床的质量是一项复杂的系统工程，它要求制造厂家建立一套完整的质量控制体系。从方案论证到产品设计，从原料进货到元件采购，从工艺编制到加工制造，从安装调试到售后服务，都必须严格控制。才能有效保证整机的产品质量，得到市场的认可。为了占领市场，世界各厂家争相提高产品质量和服务质量。美国的一家机床公司向用户承诺，订购该公司设备时，他们“不是在拿到订单之后就一走了之，再见面时设备已经制造完毕并请你付款，这时你所看到的只是设备的外表，而看不到内在质量。例如，你知道主轴的精度和硬度吗？”他们的做法是：向你报告从方案设计、元件采购、加工制造到装配调试的全过程并接受你的检查。他们之所以能够做到这一点是因为像大多数机床制造厂家一样，机床在投入制造后，每个零件都备有一张卡片，将每道工序检验结果填写在卡片上并输入计算机，使制造的全过程处于受控状态，从而保证了机床的出厂质量。这些都是值得我们借鉴的质量管理方法。通用机床一般不需要制造厂家到用户安装调试，即使需要也很简单。而组合机床则需要制造厂家到用户安装调试，且过程复杂，周期较长。要求厂家培养和建立一支有经验的安装调试队伍。此外，因为组合机床均用于大量生产，如果机床故障不能及时排除，其他设备很难替代，势必造成停产，将给用户带来重大损失。因此，售后服务也是组合机床生产的一项重要内容。鉴于这种情况，通用机床厂家应当扬长避短，利用自己的专业特点开发和生产专用机床。例如，车床厂家可以生产制造曲轴专用车床，磨床厂家可以生产制造曲轴和凸轮轴专用磨床等。自动生产线与加工中心大家知道，由组合机床组成的自动生产线因为具有高效的特点广泛用于大批量生产。但是，随着机床技术的发展，目前自动生产线有被加工中心取代的趋势，这是由自动生产线和加工中心两方面原因所致。自动线所加工的零件品种单一，若改变加工品种需要对自动线进行改造；自动线中有一台机床发生故障时，将造成全线停产，这对企业的发展和组织生产都是不利的。近年来，加工中心发展很快，新型的加工中心已具备了用于大量生产的能力，而且克服了自动线的缺点。在加工中心上只需更换夹具和程序，即可改变加工品种；在加工中心上一般采用工序集中的方式加工零件，由多台加工中心完成同一工作，某一台机床出现故障时，对生产影响不大。现在，由加工中心组成的柔性生产线集中了自动生产线和加工中心的优点，倍受一些大型用户青睐。在美国CINCINNATI公司为一家用户设计制造的柔性生产线上，同时生产21种不同的箱体。这条生产线主要由数台加工中心(加工中心的数量可以根据需要增减)和一条用于输送各品种夹具的主输送道组成。工人只需将某一工件装夹到该工件的夹具上，输送道即可自动将夹具送入第一台加工中心，加工中心根据夹具的型号，调出相应的程序进行加工，加工完成后，夹具自动退回输送道，输送道将其送至下一台加工中心，随后，下一夹具进入第一台加工中心，以此类推，加工完成后，由工人卸下工件。全线由中央计算机控制，中央计算机除与各加工中心和输送道的控制系统相联外，还与刀具测量间相联，将测量数据输入各加工中心，加工中心则根据刀具参数调整切削参数，以保证加工精度。只要输送道上有足够装有工件的夹具，生产线可在无人看管的情况下工作，直至输送道上所有工件全部加工完毕，生产线自动停止工作，工时利用率在90%以上。可以说加工中心和柔性生产线将主导下一世纪的机械制造业，我国机床厂家应根据这一情况制订和调整自己的技术发展规划。主机与元件现代机床均装备大量的元件(包括电器元件、液压元件和气动元件等)，元件的质量是决定主机能否正常工作的重要因素。由于大多数元件为外购件，主机厂家不能直接控制其质量。经常出现了机床制造厂家和用户同时抱怨元件质量情况。为了降低机床故障率，有些用户在向国内厂家订购设备时，明确提出装备进口元件，而制造厂家也赞同这一作法。造成大量国外元件涌进中国市场。在改革开放的今天，我们并不反对进口必要的元件，特别是一些我们尚未开发的品种或型号。但是，诸如限位开关和换向阀之类元件也需大量进口，不能说是一种正常现象。元件作为标准或通用产品，其生产方式与主机不同，元件属于大批量生产。只要严格控制原料质量，并按成熟的加工工艺和装配工艺进行生产，其质量不难得到控制。现在，国内元件制造厂家也在引进国外技术或合资生产各种元件，关键是引进质量管理方法，全面提高元件质量，创立中国的名牌元件，使元件与主机的技术水平同步发展，才能增强市场竞争能力。夹具与附件现代机床特别是组合机床通常配备专用夹具，有些组合机床是围绕专用夹具设计的，专用夹具作为组合机床的重要组成部分，往往是能否满足使用要求的关键。目前，国内组合机床的专用夹具基本上由机床制造厂家一并设计制造，有的厂家特别是通用机床厂家将主要精力放在主机上，而忽视夹具的设计制造。在安装调试过程中修改夹具设计的现象屡见不鲜。实际上，有些夹具结构的复杂程度并不亚于主机。在某种程度上，夹具的设计制造与机床是两种不同的专业。组合机床是以通用部件为基础，夹具则无此条件，需要有经验丰富的专业工程师完成全部设计，在设计中要充分考虑定位夹紧合理，装卸工件方便和易于排屑等方面的问题，并由经验丰富的工人完成制造。因此，欧美的机床制造厂家自己一般不承担夹具的设计与制造，而是由主机制造厂商提出技术要求向专业夹具公司订货，效果很好。国内的机床附件厂原来主要生产与通用机床配套的各类卡盘和分度头等机床附件，这就是说即使在通用机床占主导的年代，夹具与主机也是专业分工的。随着通用机床和专用机床需求比例的变化，专用夹具的需求量不断增加，通用机床附件相对减少，机床附件的生产厂家应该适应市场需要扩大经营范围，组建夹具公司，承揽专用夹具的设计与制造业务。这不仅有利于附件厂家自身的发展，也有利于机床制造业的发展。第二节现代机床的发展方向1.机床的高速化

随着汽车、航空航天等工业轻合金材料的广泛应用，高速加工已成为制造技术的重要发展趋势。高速加工具有缩短加工时间、提高加工精度和表面质量等优点，在模具制造等领域的应用也日益广泛。机床的高速化需要新的数控系统、高速电主轴和高速伺服进给驱动，以及机床结构的优化和轻量化。高速加工不仅是设备本身，而是机床、刀具、刀柄、夹具和数控编程技术，以及人员素质的集成。高速化的最终目的是高效化，机床仅是实现高效的关键之一，绝非全部，生产效率和效益在"刀尖"上。

2.机床的精密化

按照加工精度，机床可分为普通机床、精密机床和超精机床，加工精度大约每8年提高一倍。数控机床的定位精度即将告别微米时代而进入亚微米时代，超精密数控机床正在向纳米进军。在未来10年，精密化与高速化、智能化和微型化汇合而成新一代机床。机床的精密化不仅是汽车、电子、医疗器械等工业的迫切需求，还直接关系到航空航天、导弹卫星、新型武器等国防工业的现代化。

3.从工序复合到完整加工

70年代出现的加工中心开多工序集成之先河，现已发展到"完整加工"，即在一台机床上完成复杂零件的全部加工工序。完整加工通过工艺过程集成，一次装卡就把一个零件加工过程全部完成。由于减少装卡次数，提高了加工精度，易于保证过程的高可靠性和实现零缺陷生产。此外，完整加工缩短了加工过程链和辅助时间，减少了机床台数，简化了物料流，提高了生产设备的柔性，生产总占地面积小，使投资更加有效。

4.机床的信息化

机床信息化的典型案例是Mazak410H，该机床配备有信息塔，实现了工作地的自主管理。信息塔具有语音、文本和视像等通讯功能。与生产计划调度系统联网，下载工作指令和加工程序。工件试切时，可在屏幕上观察加工过程。信息塔实时反映机床工作状态和加工进度，并可以通过手机查询。信息塔同时进行工作地数据统计分析和刀具寿命管理，以及故障报警显示、在线帮助排除。机床操作权限需经指纹确认。

5.机床的智能化-测量、监控和补偿

机床智能化包括在线测量、监控和补偿。数控机床的位置检测及其闭环控制就是简单的应用案例。为了进一步提高加工精度，机床的圆周运动精度和刀头点的空间位置，可以通过球杆仪和激光测量后，输入数控系统加以补偿。未来的数控机床将会配备各种微型传感器，以监控切削力、振动、热变形等所产生的误差，并自动加以补偿或调整机床工作状态，以提高机床的工作精度和稳定性。

6.机床的微型化

随着纳米技术和微机电系统的迅速进展，开发加工微型零件的机床已经提到日程上来了。微型机床同时具有高速和精密的特点，最小的微型机床可以放在掌心之中，一个微型工厂可以放在手提箱中。操作者通过手柄和监视屏幕控制整个工厂的运作。

7.新的并联机构原理

传统机床是按笛卡尔坐标将沿3个坐标轴线的移动X、Y、Z和绕3个坐标轴线转动A、B、C依次串联叠加，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床是采用各种类型的杆机构在空间移转主轴部件，形成所需的刀具运动轨迹。并联运动机床具有结构简单紧凑、刚度高、动态性能好等一系列优点，应用前景广阔。

8.新的工艺过程

除了金属切削和锻压成形外，新的加工工艺方法和过程层出不穷，机床的概念正在变化。激光加工领域日益扩大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三维加工、激光热处理、激光直接金属制造等应用日益广泛。电加工、超声波加工、叠层铣削、快速成型技术、三维打印技术各显神通。

9.新结构和新材料

机床高速化和精密化要求机床的结构简化和轻量化，以减少机床部件运动惯量对加工精度的负面影响，大幅度提高机床的动态性能。例如，借助有限元分析对机床构件进行拓扑优化，设计"箱中箱"结构，以及采用空心焊接结构或铅合金材料已经开始从实验室走向实用。

10.新的设计方法和手段

我国机床设计和开发手段要尽快从"甩图板"的二维CAD向三维CAD过渡。三维建模和仿真是现代设计的基础，是企业技术优势的源泉。在此三维设计基础上进行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新产品的开发速度，保证新产品的顺利投产，并逐步实现产品生命周期管理。

11.直接驱动技术

在传统机床中，电动机和机床部件是借助耦合元件，如皮带、齿轮和联轴节等加以连接，实现部件所需的移动或旋转，"机"和"电"是分家的。直接驱动技术是将电动机与机械部件集成为一体，成为机电一体化的功能部件，如直线电动机、电主轴、电滚珠丝杆和力矩电动机等。直接驱动技术简化了机床结构，提高了机床的刚度和动态性能，运动速度和加工精度。

12.开放式数控系统

数控系统的开放是大势所趋。目前开放式数控系统有三种形式：1)全开放系统，即基于微机的数控系统，以微机作为平台，采用实时操作系统，开发数控系统的各种功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电动机的运动。2)嵌入系统，即CNC+PC，CNC控制坐标轴电动机的运动，PC作为人机界面和网络通信。3)融合系统，在CNC的基础上增加PC主板，提供键盘操作，提高人机界面功能，如Siemens840Di和Fanuc210i。

13.可重组制造系统

随着产品更新换代速度的加快，专用机床的可重构性和制造系统的可重组性日益重要。通过数控加工单元和功能部件的模块化，可以对制造系统进行快速重组和配置，以适应变型产品的生产需要。机械、电气和电子、液和气、以及控制软件的接口规范化和标准化是实现可重组性的关键。

14.虚拟机床和虚拟制造

为了加快新机床的开发速度和质量，在设计阶段借助虚拟现实技术，可以在机床还没有制造出来以前，就能够评价机床设计的正确性和使用性能，在早期发现设计过程的各种失误，减少损失，提高新机床开发的质量。

第二章机床夹具概述机床夹具是在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受加工或检测并保证加工要求的机床附加装置，简称为夹具。第一节机床夹具的主要功能在机床上加工工件时，必须用夹具装好夹牢工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹牢，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。机床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。工件的装夹方法有找正装夹法和夹具装夹法两种。找正装夹方法是以工件的有关表面或专门划出的线痕作为找正依据，用划针或指示表进行找正，将工件正确定位，然后将工件夹紧，进行加工。如图4-1所示，在铣削连杆状零件的上下两平面时，若批量不大，则可在机用虎钳中，按侧边划出的加工线痕，用划针找正。（沿用吴拓主编的《机械制造工业与机床夹具》——北京：机械工业出版社2006.8）图4-1在机用台虎钳上找正和装夹连杆状零件在机用虎钳上找正和装夹连杆状零件，这种方法安装方法简单，不需专门设备，但精度不高，生产率低，因此多用于单件、小批量生产。夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置。图4-2所示为铣削连杆状零件的上下两平面所用的铣床夹具。这是一个双位置的专用铣床夹具。毛坯先放在I位置上铣出第一端面（A面），然后将此工件翻过来放入II位置铣出第二端面（B面）。夹具中可同时装夹两个工件。图4-2铣连杆状零件两面的比位置专用铣床夹具1—对刀块（兼挡销）2—锯齿头支承钉3、4、5—挡销6—压板7—螺母8—压板支承钉9—定位键。（沿用吴拓主编的《机械制造工业与机床夹具》——北京：机械工业出版社2006.8）图4-2铣杆状零件两面的比位置专用夹具图4-3所示为专供加工轴套零件上φ6H9径向孔的钻床夹具。工件以内孔及其端面作为定位基准，通过拧紧螺母将工件牢固地压在定位元件上。（沿用吴拓主编的《机械制造工业与机床夹具》——北京：机械工业出版社2006.8）图4-3钻轴套零件上φ6H9径向孔的专用钻床夹具通过以上实例分析，可知用夹具装加工件的方法有以下几个特点：1）工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧。2）由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置。3）通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置。4）装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度。5）装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率。6）能扩大机床的工艺范围。如要镗削图4-4所示机体上的阶梯孔，若没有卧式镗床和专用设备，可设计一夹具在车床上加工。（沿用吴拓主编的《机械制造工业与机床夹具》——北京：机械工业出版社2006.8）图4-4机体零件简图第二节机床夹具的分类机床夹具的种类很多，形状千差万别。为了设计、制造和管理的方便，往往按某一属性进行分类。1．按夹具的通用特性分类按这一分类方法，常用的夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。它反映夹具在不同生产类型中的通用特性，因此是选择夹具的主要依据。（1）通用夹具通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。（2）专用夹具专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。（3）可调夹具可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大，适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。（4）成组夹具这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看，它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。（5）组合夹具组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。（6）自动线夹具自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。2．按夹具使用的机床分类这是专用夹具设计所用的分类方法。按使用的机床分类，可把夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具等。按夹具动力源来分类按夹具夹紧动力源可将夹具分为手动夹具和机动夹具两大类。为减轻劳动强度和确保安全生产，手动夹具应有扩力机构与自锁性能。常用的机动夹具有气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和离心力夹具等。第三节机床夹具的组成虽然机床夹具的种类繁多，但它们的工作原理基本上是相同的。将各类夹具中，作用相同的结构或元件加以概括，可得出夹具一般所共有的以下几个组成部分，这些组成部分既相互独立又相互联系。定位支承元件定位支承元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置并支承工件，是夹具的主要功能元件之一。如图4-2所示的锯齿头支承钉2和挡销3、4、5。定位支承元件的定位精度直接影响工件加工的精度。2．夹紧装置夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证在加工过程中工件的正确位置不变。如图4-2所示的压板6。3．连接定向元件这种元件用于将夹具与机床连接