机械制造装备设计2.ppt
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1、第二章 金属切削机床设计第二章第二章 金属切削机床设计金属切削机床设计 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基本理论金属切削机床设计的基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返回回主主页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 机床控制系统设计机床控制系统设计第一页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计2.1 2.1 概概 述述一、机床设计应满足的基本要求一、机床设计应满足的基本要求二、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
2、一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页页返回本章返回本章第二页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 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力,也称为机床的加:指机床适应不同生产要求的能力,也称为机床的加工能力。工能力。1.1.包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。工件和加工尺寸范围、毛坯类型等。2.2.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;单件小批量采用普通机床或
3、通用机床;多品种小批量专门化机床。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。3.3.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、设计制造成本、加工效率和自动化程度。成本、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。包括空间的柔性和时间(二)柔性:是指其适应加工对象变化的能力。包括空间的柔性和时间上的柔性。上的柔性。退出退出返回本节返回本节2.1.1 2.1.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求返回主页返回主页下一页下一页第三页,编辑于星期日:十三点 四十五分。(三)与物流系统的可亲接
4、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,抵抗刀具相对于工件在加工过程中,在切削力的作用下,抵抗刀具相对于工件在影响影响加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热态刚度。加工精度方向变形的能力。包括静态和动态刚度、热态刚度。(五)精度:(五)精度:保证能加工出一定精度的工件,作为母机的机床必须具有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更高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本身精度有分高的精度要求。分为机床本身的精度和工作精度。本身
5、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)成本(八)成本 (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)造型与色彩第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节2.1.1 2.1.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求返回主页返回主页下一页下一页第四页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节2.1.2 2.1.2 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
6、(一)机床设计正在向着正在向着“以系统为主的机床设计以系统为主的机床设计”方向发展,即在机方向发展,即在机床设计时要考虑它如何更好的适应床设计时要考虑它如何更好的适应FMSFMS等先进制造系统的要求,例如要求具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。有时、空柔性,与物流的可亲性等等。(二)机床设计方法(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。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类型,其他属变形设计类型。有些类型,如组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,如组合机床属组合设计类型。合机
7、床属组合设计类型。(三)在创新设计类型中,机床总体方案的产生方法可采用(三)在创新设计类型中,机床总体方案的产生方法可采用分析式设计分析式设计或或创成式设创成式设计计。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。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案,创新能力强,尚在研究发展之中。方案,创新能力强,尚在研究发展之中。第五页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计 (二)总体设计:(二)总体设计:内容(运动功能、基本参数、传动系统、总体结构内容(运动功能、基本参数、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
8、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2.1.3 2.1.3 机床设计步骤机床设计步骤返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,对主要设计传动系统,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图和总联系尺寸图。图
9、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、成本及驱动方式、结构原理、成本及生产周期。生产周期。第六页,编辑于星期日:十三点 四十五分。(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,最终完成进行实物样机的制造、实验及评价。根据结果进行修改,最终完成产品的定型设计。产品的定型设计。(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建模,得到数字化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,得到数字化样
10、机(虚拟样机)进行仿真后,给出评价。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、提高研制质量。可以减少新产品研制风险,缩短研制周期、提高研制质量。(四)工艺设计(四)工艺设计: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。第二章 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2.1.3 2.1.3 机床设计步骤机床设计步骤第七页,编辑于星期日:十三点 四
11、十五分。第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论(一)(一)上一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页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、分析和实现机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动功机床期望的加工功能所需要的运动功能配置。掌握了机床运动学知识就可能配置。掌握了机床运动学知识就可对任何机床的工作原理进行学习和分对任何机床的工作原理进行学习和分析。析。返回本章返回本章 机床是制造其它机械的工作母机,因此在刚度、精度机床是制造其它机械的工作母机,因此在刚度、精度机床是制造其它机械的工作母机,因此在刚度
12、、精度机床是制造其它机械的工作母机,因此在刚度、精度及运动原理方面有其特殊要求。及运动原理方面有其特殊要求。及运动原理方面有其特殊要求。及运动原理方面有其特殊要求。第八页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 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基本功能金属切削机床的基本功能:是提供切削加工所必须的运动和动力。是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是:其基本工作原理是:通过刀具与工件之间的相对运动,由刀具切除工件加通过刀具与工件之间的相对运动,由刀具切除工件加工表面多余的金属材料,形成工件加工表面的几
13、何形状、尺寸,并达到其工表面多余的金属材料,形成工件加工表面的几何形状、尺寸,并达到其精度要求。精度要求。工件表面的形成方法工件表面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2.2.1 2.2.1 机床的运动学原理机床的运动学原理第九页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计退出退出返回本节返回本节 工件表面的形成方法工件表面的形成方法返回主页返回主页下一页下一页几何表面的形成原理图示几何表面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 1)轨迹法(描述法)轨迹法(描述法)2 2)成型法(仿形法)成型法(仿形法)3 3)相切法(旋切法)
14、相切法(旋切法)4 4)范成法(滚切法)范成法(滚切法)第十页,编辑于星期日:十三点 四十五分。几何表面的形成原理图示几何表面的形成原理图示12a)平面平面12b)圆柱面圆柱面12c)平面平面12d)圆锥面圆锥面1母线母线2导线导线第十一页,编辑于星期日:十三点 四十五分。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)滚齿加工滚齿加工第十二页,编辑于星期日:十三点
15、四十五分。机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计1.1.工艺分析工艺分析2.2.选取坐标系:选取坐标系:机床坐标系一般采用直角坐标系。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 3种方法:种方法:1 1)固定在运动部件上;)固定在运动部件上;2 2)与机床坐标系方向一致;)与机床坐标系方向一致;3 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。3.3.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 p、进给运动、进给运动f f,非成形运动,非成形运动a
16、a)及排列顺序。左边写及排列顺序。左边写工件工件W W,右边写,右边写刀具刀具T 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,CpCp主运动主运动。第二章 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/CW/Cf f,YaZYaZf fBaBa,Cp/TCp/T第十三页,编辑于星期日:十三点 四十五分。4.画出机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
17、。析和设计机床传动系统的依据。机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计第二章 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十四页,编辑于星期日:十三点 四十五分。机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计第二章 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十五页,编辑于星期日:十三点 四十五分。5.5.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,不表示运动之间的运动关系。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。若将动力源与执行件、各执行件之间的运动及传动关系同时表示出来,就是传若将动力
18、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。动原理图。u uv_-v_-主运动传动比,主运动传动比,u uf-f-进给传动比,进给传动比,u ui-i-内联系传动比。内联系传动比。第二章 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十六页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页页 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
19、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
20、表示机床的工作精度;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:第十七页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页页(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
21、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:受迫振动:来自于机床内部,如高速回转零件的不平衡。避免来自于机床内部,如高速回转零件的不平衡。避免共振现象产生。共振现象产生。2.2.自激振动:自激振动:是发生在刀具和工件之间的一种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。第十八页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属
22、切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页页(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。所以各部分材料产生的热膨胀量不同,导致机床床身、主系数不同。所以各部分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
23、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。第十九页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计2.2 2.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论上一页上一页下一页下一页退出退出返返回回主主页页(七)(七)低速
24、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运动,也称为爬行。称为爬行。危危 害:害:影响机床的精度、工件的加工精度和表面粗糙度。影响机床的精度、工件的加工精度和表面粗糙度。原原 因: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不足。的增加和传动系的刚度不足。措措 施:施:在设计低速运动部件时
25、,应减少静、动摩擦系数之差;提高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。第二十页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计2.3 2.3 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返回回主主页页四、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二十一页,编辑于星期日:十三点 四十五分。第二章 金属切削机床设计退出退出
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- 机械制造 装备 设计
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