机床数字化设计.ppt

1、6.1 总体设计,6.1.1 机床设计应满足的基本要求 机床非一般机电装备，是用来生产其他机械的工作母 机。机床在精度、刚度、动态特性方面有特殊要求。,1 精度,机床精度分三级：普通精度级、精密级和高精度级。三种精度等级允差，如以普通精度级为1，则它们之间的比例大致为：1：0.4：025。 机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度和定位精度和工作精度等。,第六章 金属切削机床与数控化,1）几何精度 是机床在不运动或运动速度较低时的精度。由机床各主要部件的几何形状和它们之间的相对位置与相对运动轨迹的精度所决定的。 2）传动精度 是指内联传动链两末端件之间的相对运动精度。决定于传动系统中机件的制

2、造精度和装配精度以及传动系统设计的合理性。 3）运动精度 是指机床的主要部(组)件以工作状态的速度运动时的精度。 4）定位精度 是指机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。 5）工作精度 机床加工规定的试件所能达到的加工精度 。,除对机床本身的精度要求外，还要求机床及主要零、部件在载荷作用下，具有一定抵抗变形的能力，保证各主要零、部件相对位置的正确性。刚度,2 刚度,静载荷 不随时间变化或变化极为缓慢的力称静载荷，如重 力、切削力的静力部分等。 动载荷 随时间变化的力，如冲击振动力及切削力的交变部 分等称动载荷。 一般所说刚度一般指静刚度。动刚度是抗振性的一部分。,机床刚度分为静刚度及动

3、刚度,按照载荷的性质不同，分为静载荷和动载荷。,3 抗振性,机床的抗振性包括两个方面，抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。 如果振源的频率与机床某主要部件(例如主轴组件、床身)的某一振型(如弯曲振动、扭转振动)的固有频率重合时，就将发生共振。振幅大增。加工表面的粗糙度将会大大增加。 受迫振动的振源可能来自机床内部 切削自激振动，产生于切削过程之中。如果切削不稳定，则切过的表面，其波纹度将越来越大，振动越来越剧烈，将严重影响加工表面的质量。 自激振动的发生在刀具和工件之间的一种相对振动 。,机床在交变载荷作用下抵抗变形的能力。,4 工艺范围,包括内容为：在机床上能完成的工序种类；加工零件的类

4、型、材料和尺寸范围；毛坯的种类等。,机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。,5 加工精度和表面粗糙度,机床的加工精度是被加工零件在尺寸形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。影响机床加工精度的主要因素有机床的精度和静刚度等。,机床自动化程度，可以用机床自动工作的时间与全部工作时间的比值来表示。根据自动化程度机床大致可分为自动、半自动和普通机床三类。,6 自动化程度,7 机床寿命,随着技术设备更新的加速，对机床寿命所要求的时间也在减短。 中、小型通用机床，寿命约为八年左右； 专用机床则要求短些，因为它将随所加工的产品的更新而废弃； 大型机床和精密级、高精度级机床，则要求寿命长些，因为这些

5、机床的价格高，希望能在较长的时间里保持精度，以提高经济效益。,机床寿命就是机床保持它应具有的加工精度的时间。,8 人机关系, 机床应操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操作 错误和故障； 防止机床对周围环境的污染，噪声要低，不仅噪声 声级要达到规定值以下，而且不能对入耳有强烈的不适感； 渗、漏油必须避免； 采用油雾润滑时，必须保证油雾不得逸散到周围的 环境中去，以防止对人体的危害； 机床造形要美观大方，色调和谐，使操作者感到在一个舒适的环境中工作。,人机关系问题， 人机学或称宜人学(Ergonomics)。,6.1.2 设计步骤,机床设计系统框图,总体方案设计包括： (1) 运动功能设计 (2)

6、 基本参数设计 (3) 传动系统设计 (4) 总体结构布局设计 (5) 控制系统设计,6.1.3 几何运动设计, 机床是依靠刀具与工件之间的相对运动，加工出一定几何形状和尺寸精度的工件表面； 不同的工件几何表面，采用不同类型的刀具，作不同的表面形成运动，而成为不同类型的机床； 车床为获得圆柱面，应有主轴的回转运动(主运动)和刀架溜板的纵向移动(进给运动)，车端面时则刀架作横向进给运动。,1 工作原理,要进行机床的几何运动设计要了解工件表面形成的几何方法。,2 工作表面的形成, 任何一个表面都可看作一条曲线(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)称为该表面的发生线，前

7、者称为母线，后者称为导线 。,1）几何表面的形成,2）发生线的形成,工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的。发生线的形成有如下四种方法。,轨迹法,成形法,相切法,加工方法与形状创成运动的关系,相切法,范成法, 加工表面的形成是母线形成和导线形成的组合。 加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形 成母线和导线所需相对运动的组合。,3）加工表面的形成,3 运动分类, 成形运动 完成表面加工所必需的最基本的运动成为表面成形运动，简称成形运动。 根据运动在表面形成中所完成的功能，成形运动又分为主运动和形状创成运动。,根据运动的功能不同，可以分为成形运动和非成形运动

8、。,1）按运动的功能分类,（1）主运动,消耗动力主要用于切除加工表面上多余的材料，是运动速度最高的运动，称为主运动（切削运动）。,（2）形状创成运动,功能：是用来形成工件加工表面的发生线。同样的加工表面，采用的刀具不同，所需的形状创成运动数目也不同。,图a）中，用点刃车刀车外圆柱面，形成直母线需要一个创成运动v，形成圆导线需要一个形状创成运动n，共需两个创成运动。 图b）中，用宽刃刀车外圆柱面，直母线由刀刃形成，不需创成运动，圆导线形成需要一个创成运动n。, 非成形运动,除了上述成形运动之外，机床还需设置一些其他运动，称为非成形运动。 如切入运动(使刀具切入)；分度运动(当工件加工表面由多个表

9、面组成时，由一个表面过渡到另一个表面所需的运动)：辅助运动(如刀具的接近、退刀、返回等)。, 独立运动 与其他运动之间无严格的关系要求。 复合运动 与其他运动之间有严格的关系要求。 如车螺纹的复合运动。对机械传动形式的机床来讲，复合运动是通过内联系传动链来实现的；对数控机床而言，复合运动是通过运动轴的联动来实现的。,2）按运动之间的关系分类,4 运动功能方案设计,1）工艺分析 2）选取坐标系 参照数控机床坐标系，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。 3）写出机床几何运动功能关系式 运动功能关系式表示机床的运动个

10、数、形式(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)及排列顺序。左边写工件，用W表示；右边写 刀具，用T表示，中间写运动，按运动顺序排列，并用“”分 开。,机床的几何运动功能方案的设计方法和步骤如下：,4）画出机床运动机构原理图,机床几何运动功能关系式,机床运动机构原理图,5）绘制机床传动原理图, 机床的运动机构原理图只表示运动的个数、形式、功能及运 动构件联接关系，不表示运动之间的传动关系。 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。,a)合成机构,b)传动比可变的变速传动,c)传动比不变的传动,机床传动原理图,机床传动原理图,习题5,已知一数控直线运动工作台，参数如下：1、工作台台面尺寸：300400；2、工作台移动尺寸：XY200250；3、夹具和工件总重：1000N；4、切削负载：X向300N；Y向400N；Z向550N；5、最高运行速度：空载：1.5m/min，切削：0.5m/min；6、系统分辨率：0.01mm/step； 7、系统定位精度：模式0.10mm； 采用滚珠丝杠传动方式，导轨用滚动导轨块，试选 择滚珠丝杠螺母副、滚动导轨及驱动电机，并校核所 选电机的特性。（只计算校核一个坐标方向）,参考网站： 1、