机械制造装备设计原理djdu.docx

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1、一二章CNC等等基本概概念：CNC：计算机机数字控控制机床床NC：数字控控制PLC：可编程程逻辑控控制器 FMCC：柔性性制造单单元 FMMS：柔性性制造系系统 CAAD：计算算机辅助助设计 CAPPP：计算算机辅助助工艺规规划 MRRP物料料需求计计划 LLAF:精益-敏捷-柔性生生产系统统 TQQC：全面面质量管管理 JIIT：准时时生产机械制造造装备应应具备的的主要功功能1、一般般的功能能要求（1）加加工精度度方面的的要求2）强度度、刚度度和抗振振性方面面的要求求3）加工工稳定性性方面的的要求4）耐用用性方面面的要求求5）技术术经济方方面的要要求机械制造造装备包包括加工装备备、工艺艺装备

2、、仓仓储运输输装备和和辅助装装备四大大类。1、加工工装备主要指机机床。机机床是制造机器器的机器器，也称称工作母母机包括:金金属切削削机床、特特种加工工机床、锻锻压机床床、木工工机床金属切削削加工：钳工、机机工金属切削削机床分分12大类2、工艺艺装备各种刀具具、模具具、夹具具、量具具等总称称为工艺艺装备。它是保证证产品制制造质量量、贯彻彻工艺规规程、提提高生产产效率的的重要手手段。3、仓储储运输装装备包括各级级仓储、物物料运输输、机床床上下料料、机器器人等4、辅助助装备包括清洗洗、排屑屑等。机械制造造装备设设计的类类型创新设计计：新的的理念新的技技术原理理，全新新的产品品。特点点:设计周期长长工

3、作作量大投入高变形设计计：适应应型设计计变参参数型设设计。特特点: 工作作原理总体结结构保保持不变变遵循系系列化设设计的原原理组合设计计：模块块化设计计。对各各种功能能模块的的组合，构构成不同同类型不同功功能的产产品机械制造造装备设设计：绝绝大多数数属于：变形设设计组组合设计计。很少少部分属属于：创创新设计计，但创创新设计计是基础础机械装备备设计的的典型步步骤：一产品品规划阶阶段(明确设设计任务务)1.需求求分析22.调查研研究包括括市场、技技术、社社会调研研3.预测测4.可行行性分析析二、方案案设计阶阶段(功能原理理的设计)1.对设计计任务的的抽象2.建立功功能结构构3.寻求原原理解与与求解

4、方方法4.初步设设计方案案的形成成5.对初步步设计方方案的评评价与删删选三、技术术设计阶段(设计方方案具体体化)1.确定结结构原理理方案2.总体设设计3.结构设设计四、工艺艺设计阶阶段：1.零件图图设计2.完善装装备图3.商品化化设计4.编制技技术文档档三章机床设计计步骤：主要参参数-总体方方案-（运动动设计-动力设设计-结构设设计）-综合评评价机床的运运动学原原理：机机床运动动学是研研究、分分析、实实现机床床期望的的加工功功能所需需要的运运动功能能配置几何表面面的形成成原理:任何一一个表面面都可以以看成是是母线沿沿着导线线运动的的轨迹发生线的的形成方方法：1）轨迹迹法（描描述法）：刀具与与工

5、件相相对运动动;2）成型型法（仿仿形法）：刀具和和工件不不需要相相对运动动;3）相切切法（旋旋切法）切线组成的的包络面;4）展成成法（滚滚切法）刀刀具与工工件需要要一个复复合的相相对运动动机床的表表面成形形运动（成成形运动动）各种类型型的机床床，进行行切削加加工必须须使刀具具和工件件完成一一系列的的运动机床在加加工过程程中，完完成的各各种运动动，按其其功能可可分为两两类：1、（表表面）成成形运动动-用来形形成被加加工表面面的运动动2、非成成形运动动（辅助助运动）-机床上上除表面面成形运运动以外外的所有有运动根据切削削过程中中，所起起的作用用不同，（表面）成形运动又可分为：1主运动是切下切屑最基

6、本的运动；2进给运动是使金属层不断投入切削，以加工出整个工件表面所需要的运动（任何一种机床，有且通常只有一个主运动但进给运动，可能有一个或几个，也可以没有）非成形运运动的种种类很多多，如1.分度运运动2.切入运运动3.快进、快快退、回回程、转转位等等空行程程运动4.起动、停停止、变变速、变变向、夹夹紧、松松开等操操纵运动动机床的表表面成形形运动，按其“运动形式”，又可分为：1简单的成形运动：仅做旋转运动或直线运动的成形运动（机床上最易实现）2复合的成形运动：由两个（或两个以上）的简单的成形运动按某种严格的运动关系合成的成形运动例：车削外圆，两个简单的成形运动例：车削螺纹，一个复合的成形运动（例

7、：用齿轮滚刀滚切直齿圆柱齿轮齿面两个成形运动1形成渐开线-滚刀旋转和工件旋转，有严格的运动关系要求（啮合运动），滚刀旋转和工件旋转合成的复合的成形运动（范成运动）2形成齿轮的齿宽-滚刀沿工件齿宽方向的移动简单的成形运动复合的成形运动是一个独立的运动，而不是两个（或多个）独立的运动机床运动动功能方方案设计计两种表达达形式：机机床运动动功能图图机床床运动功功能式精度：几几何精度度（机床床不运动动或低速速运动）、运运动精度度（机床床空载运运动时，执执行部件件的几何何精度）、传传动精度度（运动动的协调调性和均均匀性）、定定位精度度（定位位部件运运动到规规定位置置的精度度）、重复定位位精度（重重复定位位

8、时,位置的的一致程程度）、工工作精度度（用试试件的加加工精度度表示）、精精度保持持性（在在规定的的工作时时间,保持所所要求的的精度）。机床主要要参数的的设计机床的主主要技术术参数包包括机床床的主参参数和基基本参数数，基本本参数可可包括尺尺寸参数数、运动动参数和和动力参参数。等比数列列的原因因：对于于各级转转速选用用机会基基本相等等的普通通机床，为为使生产产率损失失最小，应应使选择择各级转转速产生生的相同同，即，标准公比比和标准准数列:准公比比：七个1.006(1) 11.122(2) 11.266(4) 11.411(6) 11.588(8) 11.788(100) 2(112)的原因：转速递

9、递增所以以1，为限限制转速速损失的的最大值值不大于50%，则公公比2。公比的选选用小使用性性能生产率率损失转速级级数z机床结结构复杂杂大使用性性能生产率率损失转速级级数z机床结结构复杂杂普通机机床，辅助助时间和和准备结结束时间间较长，机机动时间间在加工工周期中中占的比比重不是是很大，转速损失不不会引起起加工周周期过多多延长，为为了机床床变速箱箱结构不不过于复复杂，一一般 11.266或1.441。大批量量用的专专用机床床，情况况同上相相反，一般 11.122 或1.226。非自动动化小型型机床，加加工周期期内切削削时间远远小于辅辅助时间间，为简简化结构构，一般1.558或1.778甚至2。主传

10、动系系设计应应满足的的基本要要求：1、满足机机床使用用性能要要求2、满足机机床传递递动力要要求3、满足机机床工作作性能的的要求4、满足产产品设计计经济性性的要求求5、维修调调整方便便，结构构简单、合合理，便便于加工工和装配配。主变速传传动系设设计计算算转速图电电机轴主轴传动副齿数比写一一次即可可级比主动动轴上同同一点传传往从动动轴相邻邻两传动动线的比比值，级级比指数数表示格格子数要使主轴轴转速为为连续的的等比数数列，必必须有一一个变速速组的级级比指数数为1，称为为基本组组，X0为使主轴轴获得：“连续”而“不重复复”的等比转转速数列列，变速速传动系系统的“各变速速组的传传动比”应该满满足：1.每

11、一一变速组组中各“传动副副的传动动比”应是一一“等比数数列”（分叉叉均匀）2.基本本组、扩扩大组满满足关系系：主变速传传动系设设计的一般原原则：（）传动动副“前多后后少”的原则则（）传传动顺序序与扩大大顺序相相一致的的原则（“前密后后疏”传动件件的尺寸寸小）（）变速速组的降降速要“前慢后后快”，中间间轴的转转速不宜宜超过电电动机的的转速，以以减小传传动件的的尺寸齿轮齿数数的确定定确定变变速组齿齿轮齿数数时，关关键是选选取合理理的齿数数和。中中心距取取决于传传递的转转矩。同同变速组组的各齿齿轮的模模数一般般相同（方方便设计计与制造造），所所以同变变速组的的各对传传动副的的齿数和和相等。为为简化工

12、工艺，各各变速组组的齿数数模数最最好一样样，最多多23种。为为顺利安安装，最最小齿数数选1820.变速组齿齿轮齿数数的确定定原则：1可能的的条件下下、齿轮的齿数应应该尽量量小些，尺尺寸小，可可减少材材料和线线速度，从从而减少少震动、噪噪声、发发热、齿齿轮的最最小齿数数应保证证，不根根切Zmiin=117少根切切或变位位Zmiin=114、保保证三联联滑移齿齿轮能顺顺利滑移移，最大大和次大大齿轮之之间的齿齿数差应应大于于或等于于齿轮齿数数确定后后，还应应验算转转速误差差：计算转速速：主轴轴或各传传动件传传递全部部功率的的最低转转速例：IVV轴最低低转速为为300，传递递到主轴轴转速为为100和1

13、50,1000比主轴轴计算转转速高，需需传递全全部功率率，故300为计算算转速。主轴计算算转速：Nj为主轴轴第一个个（低的的）三分分之一转转速内最最高那个个变速箱内内传动件件的空间间布置：变速箱内内各传动动轴的空空间布置置：各传传动轴是是空间布布置（卧卧式车床床主轴箱箱横截面面图22，展开开图23推力力轴承位位置配置置形式）；各传动动轴在一一个铅直直平面内内（卧式式铣床变变速箱图图24）；布置步骤骤：（卧卧室）确确定主轴轴位置，主主轴位置置根据车车床中心心高确定定；确定定传动主主轴的轴轴和主轴轴有啮合合关系的的轴的位位置；确确定电动动机轴位位置或运运动输入入轴（轴轴I）位置置；最后后确定其其他

14、传动动轴的位位置。用用三角形形布置，轴轴线重合合布置，以以减小径径向尺寸寸。轴向固定定的方法法一端固固定：轴轴受热后后可以向向另一端端自有伸伸长，不不会产生生热应力力，适于于长轴；两端固固定：调调节间隙隙有调整整螺钉和和垫圈。深深沟球轴轴承：一一、二。圆圆锥滚子子轴承：二。进给传动动系的组组成：动动力源，变变速机构构，换向向机构，运运动分配配机构，过过载保险险机构，运运动转换换机构和和执行件件组成。电气伺服服进给系系统开环系统统典型的的开环系系统采用用步进电电动机，其其精度取取决于步步进电动动机的步步距角精精度，这这类系统统的定位位精度较较低，但但结构简简单，调调试方便便，成本本低。适适用于精

15、精度要求求不高的的数控机机床中。闭环系统统检测反反馈装置置有两类类：1用旋转转变压器器作为位位置反馈馈，测速速发电机机作为速速度反馈馈；2用脉冲冲编码器器兼作位位置和速速度反馈馈-后者用用的多。闭环控控制的定定位精度度取决于于检测装装置的精精度。其其控制精精度、动动态性能能都较好好，但是是较复杂杂，安装调试较较麻烦，成成本高，用用于精密密型的机机床上。半闭环系系统半闭闭环的精精度比闭闭环差，但但系统稳稳定性好好，且结结构比较较简单，调调整容易易，价格格低。综上所述述，对伺伺服系统统的基本本要求是是：稳定定性好精度要要高快快速响应性性好定定位精度度高。机械传动动部件应应满足的的基本要要求：采采用

16、低摩摩擦传动动；伺服服系统和和机械传传动系匹匹配要合合适；选选择最佳佳降速比比来降低低惯量，最最好采用用直接传传动方式式；采用用预紧办办法提高高整个系系统的刚刚度；采采用消除除传动间间隙的方方法，减减小反向向死区误误差, 提高运运动平稳稳性和定定位精度度。齿轮传动动间隙的的消除刚刚性调整整法是调调整后齿齿侧间隙隙不能自自动进行行补偿(偏心轴轴套调整整法)；柔性调调整法是是指调整整后的齿齿侧间隙隙可以自自动进行行补偿（双双片直齿齿轮错齿齿调整法法）。滚珠丝杠杠及其支支承：滚珠丝丝杠常采采用角接接触球轴轴承或双双向推力力圆柱滚滚子轴承承与滚针针轴承的的组合轴轴方式。前前者一般般用在中中、小型型数控

17、机机床，后后者则用用在轴向向刚度高高的场合合。滚珠丝杠杠的三种种支承方方式：1一端固固定,另一端端自由；(双推-自由)短丝杠杠，竖直直安装丝丝杠2一端固固定,另一端端简支承承；(双推-支承)卧式安安装丝杠杠3两端固定(双推-双推)高拉压压刚度,预拉伸伸量P1226滚珠丝杠杠螺母副副间隙消消除和预预紧：滚珠丝丝杠螺母母副必须须：消除除间隙，并并施加预预紧力，以以保证丝丝杠、滚滚珠和螺螺母之间间没有间间隙，提提高螺母母丝杠副副的接触触刚度。滚滚珠丝杠杠螺母副副通常采采用双螺螺母结构构（图）垫垫片式和和齿差式式滚珠丝杠杠的预拉拉伸(11) 提提高丝杠杠拉压刚刚度(2) 补偿偿丝杠的的热变性性。一般般

18、预拉伸伸力为“最大工工作载荷荷”的0.335倍推力轴承承位置配配置形式式P14451) 前端配置置：两个个方向的的推力轴轴承都布布置在前前支承处处。在前前支承处处，轴承承较多，发发热大，温温升高；主轴受受热后向向后伸长长，不影影响轴向向精度，这这种配置置用于轴轴向精度度和刚度度要求较较高的高高精度机机床或数数控机床床。2) 后端配配置：两两个方向向的推力力轴承都都布置在在后支承承处。前前支承处处轴承较较少，发发热小，温温升低；但主轴轴受热后后向前伸伸长，影影响轴向向精度。这这种配置置用于轴轴向精度度要求不不高的普普通精度度机床，如如立铣、多多刀车床床等。3)两端端配置：两个方方向的推推力轴承承

19、分别布布置在前前后两个个支承处处。:当主轴轴受热伸伸长后，影影响主轴轴轴承的的轴向间间隙。可可用弹簧簧消除间间隙和补补偿热膨膨胀。这这种配置置常用于于短主轴轴，如组组合机床床主轴。4)中间间配置：两个方方向的推推力轴承承在前支支承的后后侧。减减少主轴轴的悬伸伸量，并并使主轴轴的热膨膨胀向后后；但前前支承结结构较复复杂，温温升也可可能较高高。图P1006 2-223作为考考题主轴的材材料普通机床床主轴-中碳钢钢（如45钢），调质处处理后，端端部、锥锥孔、定定心轴颈颈或锥面面）局部部高频淬淬硬，以以提高其其耐磨性性；特殊殊要求（热热处理变变形小、淬淬透性高高）用合金金钢。几种典型型的主轴轴轴承配配

20、置型式式：主轴轴轴承的配配置型式式应根据据刚度、转转速、承承载能力力、抗振振性和噪噪声等要要求来选选择。常见的几几种典型型配置型型式：速度型型：主轴轴前后后轴承都都采用角角接触球球轴承（两两联或三三联）。轴轴向切削削力越大大，角度度应越大大，且大大角度的的刚度也也大。具具有良好好的高速速性能，承承载能力力小。刚刚度型：前支承采采用双列列短圆柱柱滚子轴轴承承受受径向载载荷和60度角接接触双列列向心推推力轴承承承受轴轴向载荷荷；后支支承采用用双列短短圆柱滚滚子轴承承。速度度刚度型型：前轴轴承采用用双列短短圆柱滚滚子轴承承。后支支承采用用两联角角接触球球轴承。主轴部件件主支承承常用的的滚动轴轴承特点

21、分分析角接触球球轴承（向向心推力力球轴承承）角接触触球轴承承特点：极极限转速速高，可可同时承承受径向向力和轴轴向力，可可成组安安装。双列短圆圆柱滚子子轴特点：11）内圈圈有1:112的锥孔孔，轴向向移动可可调整轴轴承的径径向间隙隙和预紧紧；2）极限限转速较较高；3）能承承受较大大的径向载荷荷；4）刚度度高；5）不能能承受轴轴向力。圆锥滚子子轴承单列：径径向载荷荷和一个个方向轴轴向载荷荷双列：径向载载荷和两两个方向向轴向载载荷空心：冷却、减减震实心特点：承载能能力大，刚刚度高，但但转速低低成套使使用推力轴承承特点：只只能承受受轴向力力，允许许的极限限转速很很低。双向推力力角接触触球轴承承特点：只

22、只能承受受轴向力力（双向向），常与双列列短圆柱柱滚子轴轴承配套套使用；极限转转速较推推力球轴轴承高。通过修磨磨隔套，可以以调整间间隙和预预紧主轴滚动动轴承的的预紧：采用预预加载荷荷：消除除轴承间间隙，且且有一定定的过盈盈量。目目的：提高主主轴的回回转精度度，提高高支承刚刚度和抗抗振性。预预紧力通通常分为为三级：轻预紧紧、A；中预预紧，代代号为B；重预预紧C 方法：双双列短圆圆柱滚子子轴承：1用螺母母轴向移移动轴承承内圈2用调整整环的长长度实现现预警，采采用过盈盈套进行行轴向固固定。角接触触球轴承承：用螺螺母产生生内外圈圈轴向错错位，同同时实现现径向和和轴向预预紧。支承件筋筋板和筋筋条的布布置筋

23、板：连连接支承承件四周周外壁的的内板，能能使支承承件外壁壁的局部部载荷传传递给其其他壁板板，从而而使整个个支承件件承受载载荷，加加强支承承件的自自身和整整体刚度度。布置置方式：水平：有助于于提高支支承件水水平面内内抗弯强强度、垂垂直;有助于于提高支支承件垂垂直面内内抗弯强强度、斜斜向：同同时提高高支承件件抗弯和和抗扭强强度。筋条：一一般配置置在支承承件的某某一内壁壁上，主主要为了了减小局局部变形形和薄壁壁振动，用用来提高高支承件件的局部部刚度。筋筋条的布布置：纵纵向 横向 斜向常常布布置成交交叉排列列。支承件材材料：铸铸铁、钢钢板和型型钢、天天然花岗岗岩、预预应力钢钢筋混凝凝土、树树脂混凝凝土

24、等直线导轨轨的截面面形状主主要有四四种：矩矩形、三三角形、燕燕尾形、圆圆柱形，它它们可互互相组合合，每种种导轨副副中还有有凹、凸凸之分。燕尾形导导轨1承载较较大的颠颠覆力矩矩，导轨轨的高度度较小，结结构紧凑凑，间隙隙调整方方便。2但刚度度较差，加加工检验验维修都都不太方方便。3适用于于受力小小、层次次多、要要求间隙隙调整方方便的部部件。圆柱形导导轨制造造方便，工工艺性好好，但磨磨损后较较难调整整和补偿偿间隙。主主要用于于承受轴轴向载荷荷的导轨轨，应用用较少。回转运动动导轨的的截面形形状有三三种：平平面环形形、锥面环环形、双双锥面导导轨。P1773导轨间隙隙的调整整。导轨轨常用：压板、鑲鑲条、导

25、导向调整整板压板(八八星）调调整导轨轨面的间间隙和承承受颠覆覆力矩：压板用用螺钉固固定在运运动部件件上a）磨刮刮压板b）改变变垫片厚厚度c）用螺螺钉调整整滚动导轨轨：优点点（）是是摩擦因因数小（）动、静静摩擦因因数很接接近。缺缺点：是是抗振性性差，但但可以通通过预紧紧方式提提高，结结构复杂杂，成本本高滚动动导轨的的类型按滚动体体分类：滚珠、滚滚柱、滚滚针按循环方方式分类类：循环环式（见上图图）、非非循环式式（见下下图中c）。导轨预紧紧：直线滚动动导轨一一般由制制造厂选选配不同同直径钢钢球的办办法进行行调隙和和预紧。滚动导轨轨块可以以用调整整螺钉、垫垫块或斜斜块移动动导轨来来实现预预紧。加工中心

26、心无机械械手换刀刀简图（两两星）a） 原始位置置b）主轴轴上移将将刀具送送至换刀刀位置C)刀库右右移将刀刀具取出出d）刀库库将待换换刀具转转至主轴轴位置e）刀库库左移将将刀具送送进主轴轴f）主轴轴回原位位机械手手手臂和手手爪（五五星）工作原理理：两端端各有一一个手爪爪。刀具具被弹簧簧的活动动销4顶靠在在手爪5中。紧紧缩销2被弹簧3弹起，使使活动销销4被锁住住，不能能后退，这这就保证证了在机机械手的的运动过过程中，手手爪的刀刀具不被被甩出。当当机械手手手臂处处于上换换刀位置置的75时，紧紧缩销2被挡在在压块下下，活动动销4可以活活动，使使得机械械手可以以抓住或或放开主主轴或刀刀具刀座座中的刀刀具

27、1） 锥销7的的作用？2）活动动销5的作用用？3）锁紧紧销4的作用用？支承件的的截面形形状和选选择（五五星级）空心截面面:刚度比比实心大大圆（环）形形截面:抗扭刚刚度比方方形好，抗抗弯刚度度比方形形低封闭截面面:刚度远远远大于于开口截截面的刚刚度，特特别是抗抗扭刚度度机械手手手腕结构构3（五星星）直线导轨轨的截面面形状转矩特特性图最低降速速比的确确定:步距角角与脉冲冲当量和丝杠杠螺距（导导程）低速运动动平稳性性（要求求知道概概念、原原因、表表现形式式、解决决方案）概念及表现形式：机床上有些运动部件，需要低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均的跳跃式运

28、动，即时走时停或者时快时慢的现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。产生原因：爬行是个很复杂的现象，它是因摩擦产生的自激振动现象，产生这一现象主要原因是摩擦面上的摩擦系数随速度的增大而减小和传动系的刚度不足。解决方案案：在设设计低速速运动部部件时，应应减少静静、动摩摩擦系数数之差，提提高传动动机构的的刚度和和降低移移动件的的质量等等。无级变速速装置常常采用三三大类：1、变速速电动机机2、机械械无级变变速装置置3、液压压无级变变速装置置无级变速速主传动动系设计计原则11、尽量量选择功功率和转转矩特性性符合传传动系要要求的无无级变速速装置。2、无极极变速系系统装置置单独使使用时，其其调速

29、范范围较小小，满足足不了要要求，尤尤其是恒恒功率调调速范围围往往远远小于机机床实际际需要的的恒功率率变速范范围。电气伺服服进给系系统机械械传动部部件应满满足的基基本要求求：采用用低摩擦擦传动；伺服系系统和机机械传动动系匹配配要合适适；选择择最佳降降速比来来降低惯惯量，最最好采用用直接传传动方式式；采用用预紧办办法提高高整个系系统的刚刚度；采采用消除除传动间间隙的方方法，减减小反向向死区误误差, 提高运运动平稳稳性和定定位精度度。导轨的功功用和分分类导轨的的功用是是承受载载荷和导导向。导导轨按结结构形式式可分为为开式导导轨和闭闭式导轨轨。导轨轨应满足足的要求求1、导向精精度高2、承载载能力大大，刚度度好3、精度度保持性性好4、低速速运动平平稳5、结构构简单、工工艺性好好6、导轨轨要求结结构简单单，易于于加工机床刀架架和自动动换刀装装置的类类型:按安装装刀具的的数目分分为单刀刀架和多多刀架。按按结构形形式分为为方刀架架、转塔塔刀架、回回轮式刀刀架等;按驱动动刀架转转位的动动力分为为手动转转位刀架架和自动动（电动动和液动动）转位位刀架;刀库的类类型：盘盘式刀库库、链式式刀库、斗斗笠式刀刀库