金属切削机床设计 第6章 金属切削机床总体设计.ppt
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1、第六章第六章 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计机床设计:是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能性,运用有关的是设计人员根据使用部门的要求和制造部门的可能性,运用有关的 科学技术知识所进行的创造性劳动。科学技术知识所进行的创造性劳动。分为三个阶段:分为三个阶段:(1 1)最出的经验设计阶段)最出的经验设计阶段 (2 2)试验设计阶段)试验设计阶段 (3 3)计算机辅助设计和优化设计阶段)计算机辅助设计和优化设计阶段 机床设计课包含的内容:1 1、设计的指导思想(设计的基本要求)。、设计的指导思想(设计的基本要求)。2 2、设计的方法、步骤。、设计的方法、步骤。3 3、总体方案的设计
2、。、总体方案的设计。4 4、传动系统的设计。、传动系统的设计。5 5、各机构的设计计算(操纵机构、换向、变速、制动)。、各机构的设计计算(操纵机构、换向、变速、制动)。6 6、各主要零部件的设计计算(主轴、箱体、床身等)。、各主要零部件的设计计算(主轴、箱体、床身等)。7 7、各运动件的设计计算。、各运动件的设计计算。8 8、机床的冷却、润滑、密封系统的设计。、机床的冷却、润滑、密封系统的设计。9 9、电器系统的设计。、电器系统的设计。10 10、绘制图纸。、绘制图纸。11 11、编写设计、使用说明书。、编写设计、使用说明书。12 12、样机生产、试车、改进设计、鉴定。、样机生产、试车、改进设
3、计、鉴定。第一节第一节 概概 述述 评价机床性能的好坏,主要是根据技术经济指标来判断的。评价机床性能的好坏,主要是根据技术经济指标来判断的。一、机床产品设计要求 1.1.性能要求 1)、工艺范围(工艺可能性)机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列 内容:内容:1 1在机床上可完成的工序种类。在机床上可完成的工序种类。2 2加工零件的类型、材料和尺寸范围。加工零件的类型、材料和尺寸范围。3 3毛坯的种类等。毛坯的种类等。确定工艺范围的依据:生产纲领确定工艺范围的依据:生产纲领 (1 1)大批大量生产)大批大量生产 为提
4、高生产率,按工序分散原则,设计成专门化机床或专用机床,为提高生产率,按工序分散原则,设计成专门化机床或专用机床,工艺范围窄,生产率高,结构简单,成本低。工艺范围窄,生产率高,结构简单,成本低。(2 2)单件小批生产)单件小批生产 为使在一台机床机床上完成多种工序的加工,适用不同的使用部门为使在一台机床机床上完成多种工序的加工,适用不同的使用部门的需要,设计成通用机床,有较宽的变速范围,尺寸参数和较多的机床的需要,设计成通用机床,有较宽的变速范围,尺寸参数和较多的机床附件,扩大机床的使用范围。附件,扩大机床的使用范围。2)、生产率和自动化程度 生产率生产率:单位时间内机床所能加工出的工件数量单位
5、时间内机床所能加工出的工件数量。-单位时间内产品总数单位时间内产品总数 T切 -单件切削时间单件切削时间 T总-单件总时间单件总时间 T辅-单件辅助时间单件辅助时间 T准-加工一批零件的准备和结束时间加工一批零件的准备和结束时间 n-一批零件的数量一批零件的数量 自动化程度,可用自动化系数表示自动化程度,可用自动化系数表示 K自=T自/T循 T自-一个工作循环中一个工作循环中,由机床自动进行工作的时间由机床自动进行工作的时间.T循-完成一个工作循环的总时间完成一个工作循环的总时间 3 3)、加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度 1 1)几何精度)几何精度 机床在不运动或运动速度低时部件间相
6、互位置精度和主要零部件的机床在不运动或运动速度低时部件间相互位置精度和主要零部件的机床在不运动或运动速度低时部件间相互位置精度和主要零部件的机床在不运动或运动速度低时部件间相互位置精度和主要零部件的形位精度。形位精度。形位精度。形位精度。几何精度由机床的制造精度和装配精度决定的。几何精度由机床的制造精度和装配精度决定的。几何精度由机床的制造精度和装配精度决定的。几何精度由机床的制造精度和装配精度决定的。2 2)运动精度)运动精度 机床在以工作速度空运转时机床在以工作速度空运转时机床在以工作速度空运转时机床在以工作速度空运转时,主要零部件的几何位置精度。主要零部件的几何位置精度。主要零部件的几何
7、位置精度。主要零部件的几何位置精度。3 3)传动精度)传动精度 机床传动链两端执行件间的运动协调性和均匀性。机床传动链两端执行件间的运动协调性和均匀性。机床传动链两端执行件间的运动协调性和均匀性。机床传动链两端执行件间的运动协调性和均匀性。传动精度由传动系统设计的合理性和传动件的制造精度和装配精度所传动精度由传动系统设计的合理性和传动件的制造精度和装配精度所传动精度由传动系统设计的合理性和传动件的制造精度和装配精度所传动精度由传动系统设计的合理性和传动件的制造精度和装配精度所决定的。决定的。决定的。决定的。4 4)定位精度)定位精度 机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。机床主要部件在
8、运动终点所达到的实际位置的精度。机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。机床主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度。4)、可靠性 机床在规定的使用时间内机床在规定的使用时间内,其功能的稳定程度和性质其功能的稳定程度和性质.即要求机床不轻即要求机床不轻易发生或尽可能减少发生故障。易发生或尽可能减少发生故障。故障故障-机床或其零部件失去规定的性能。机床或其零部件失去规定的性能。维护维护-为了维持使用可靠性所采取的措施。为了维持使用可靠性所采取的措施。5)、机床的机械效率和寿命 机床的机械效率是指消耗于切削的有效功率与电动机输出功率之比。机床的机械效率是指消耗于切削的有效功率与电动机输出功率
9、之比。机床的寿命是指机床保持它具有加工精度的使用期限。机床的寿命是指机床保持它具有加工精度的使用期限。包括使用寿命、包括使用寿命、设计寿命、自然寿命。设计寿命、自然寿命。6)、噪 声 生理学上生理学上,把人们不需要的声音统称为噪声,即把人们不需要的声音统称为噪声,即不同频率和不同强度的不同频率和不同强度的声音,无规律的组合在一起即成噪声。声音,无规律的组合在一起即成噪声。普通机床普通机床8585分贝以下。分贝以下。精密机床在精密机床在7575分贝以下。分贝以下。2.经济效益 在保证实现机床性能要求的同时,还必须使机床具有很高的经济效益。在保证实现机床性能要求的同时,还必须使机床具有很高的经济效
10、益。不仅要考虑机床设计和生产的经济效益,更重要的是从用户出发,提高机床不仅要考虑机床设计和生产的经济效益,更重要的是从用户出发,提高机床使用厂的经济效益。使用厂的经济效益。机床生产厂的经济效益,主要反映在机床成本上,机床生产厂的经济效益,主要反映在机床成本上,成本与设计直接有关,成本与设计直接有关,金属消耗量小,结构工艺性好金属消耗量小,结构工艺性好,成本低。成本低。3、人机关系 机床的操纵必须方便、省力、容易掌握、不易出现操作上的错误和故障。机床的操纵必须方便、省力、容易掌握、不易出现操作上的错误和故障。机床的外形必须合乎时代要求,美观大方的造型,适宜的色彩,均能使机床的外形必须合乎时代要求
11、,美观大方的造型,适宜的色彩,均能使操作者有舒适宜人的感觉。操作者有舒适宜人的感觉。二、机床产品设计的方法 机机床床设设计计经经历历了了由由静静态态分分析析向向动动态态分分析析,由由定定性性分分析析向向定定量量分分析析,由由线线性性分分析析向向非非线线性性分分析析,由由安安全全设设计计向向优优化化设设计计,由由手手工工设设计计向向自自动动化化计计算算的的发发展过程。展过程。1.理论分析计算和试验研究相结合的设计方法 理论分析计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计的主要方法。这理论分析计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计的主要方法。这种方法首先是根据理论计算和局部试验确定结构尺寸,制造样机
12、;对样机进种方法首先是根据理论计算和局部试验确定结构尺寸,制造样机;对样机进行整机或局部薄弱环节的各种试验;最后补充修改定性。行整机或局部薄弱环节的各种试验;最后补充修改定性。2.分析计算法 1)集中参数法 集中参数法计算机床动态特性时,把机床构件看成由若干质量的质点和集中参数法计算机床动态特性时,把机床构件看成由若干质量的质点和无质量的弹簧组成的振动系统。无质量的弹簧组成的振动系统。2)有限元法 有限元法是把结构假象分割成有限个单元,而把一个连续体作为这些离有限元法是把结构假象分割成有限个单元,而把一个连续体作为这些离散单元的集合体来看。散单元的集合体来看。3.优化设计 优化设计就是在一定的
13、条件下,合理选择有关参数,以获得一个技术经优化设计就是在一定的条件下,合理选择有关参数,以获得一个技术经济指标最佳的设计方案。济指标最佳的设计方案。4.可靠性设 计 可靠性设计是以可靠性作为评定设计质量的一项指标而进行的设计,它可靠性设计是以可靠性作为评定设计质量的一项指标而进行的设计,它是使设计产品在使用中不产生故障的设计方法和技术。是使设计产品在使用中不产生故障的设计方法和技术。三、机床产品开发设计工作 1.机床设计开发时应注意的问题 1)1)机床设计时要有创造性机床设计时要有创造性 2)2)坚持为用户服务坚持为用户服务 3)3)重视机床零部件的外委与采购重视机床零部件的外委与采购 2.机
14、床设计的步骤 大体分为:调查研究、拟订方案、技术设计、大体分为:调查研究、拟订方案、技术设计、工作图工作图设计、设计、编制技术文编制技术文件件和和对图样进行工艺审查和标准化审查对图样进行工艺审查和标准化审查六个阶段。六个阶段。1)调查研究 (1 1)调查使用单位的条件、要求和调查制造单位的生产加工能力。)调查使用单位的条件、要求和调查制造单位的生产加工能力。(2 2)收集国内外的技术资料、科学成果、经验总结及群众的发明创造。)收集国内外的技术资料、科学成果、经验总结及群众的发明创造。2)拟定方案 方案的内容:方案的内容:工艺分析、主要技术参数、总体布局、传动系统、液压系工艺分析、主要技术参数、
15、总体布局、传动系统、液压系统、控制操纵系统、电系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分统、控制操纵系统、电系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分析等。析等。3)技术设计 根据机床总体设计方案,绘制机床总图、传动系统图、部件装配图、液根据机床总体设计方案,绘制机床总图、传动系统图、部件装配图、液压与电气装配图、并进行运动计算和动力计算。压与电气装配图、并进行运动计算和动力计算。4)工作图设计 绘制机床的全部专用件的工作图和通用件的补充加工图,并进行相应的绘制机床的全部专用件的工作图和通用件的补充加工图,并进行相应的计算。计算。5)编制技术文件 整理机床有关部件与主要零件的设计计算书
16、,编制各类零件明细表,制整理机床有关部件与主要零件的设计计算书,编制各类零件明细表,制定精度和其它检验标准,编写机床说明书等技术文件。具体技术文件的名称定精度和其它检验标准,编写机床说明书等技术文件。具体技术文件的名称和内容有:和内容有:(1)(1)专用件、通用件、标准件和外构件明细表。专用件、通用件、标准件和外构件明细表。(2)(2)设计说明书或技术设计书。设计说明书或技术设计书。(3)(3)机床使用说明书。机床使用说明书。6)对图样进行工艺审查和标准化审查 对图样进行工艺审查和标准化审查,审查合格后才能使用。对图样进行工艺审查和标准化审查,审查合格后才能使用。3.样机试制和鉴定 如果所设计
17、的新产品是成批生产的产品,在工作图设计完成后,应进行如果所设计的新产品是成批生产的产品,在工作图设计完成后,应进行样机试制以考验设计。对样机要进行试验和鉴定,合格后再进行小批试制,样机试制以考验设计。对样机要进行试验和鉴定,合格后再进行小批试制,用以考验工艺。用以考验工艺。在试制、试验和鉴定的过程中,根据暴露出来的问题,对图样进行修改,在试制、试验和鉴定的过程中,根据暴露出来的问题,对图样进行修改,并可利用计算机对机床结构进行优化设计。并可利用计算机对机床结构进行优化设计。第二节第二节 机床产品标准化机床产品标准化 机床品种系列化、零部件通用化和零件标准化统称标准化,模块化是通用机床品种系列化
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