第三讲 机床总体设计
3 机床总体设计和传动系统设计
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➢1台组合机床加工4组平面。
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➢1台四轴专用铣床
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➢刀杆长、刚度差、易振动， 切削的线速度不一致，另外还 需要一台机床加工剩下的一组 表面。
分析的结果：采用第二方案。
通用机床：按照类似的机床，适当扩大加工范围。 选定了工艺方案后，即可进行机床的运动分配。
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（2）机床运动的确定和分配 工艺方法不同，机床的运动也截然不同。
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三、 机床总布局 包括运动分配，传动和支承形式的选择，布置手柄等操 作位置，拟订出机床控制系统，对组合机床尚须选择通用 部件，最后绘制机床的总联系尺寸图，规定联系尺寸，并 确定主要技术参数。
结构布局设计：立式、卧式、斜置式
1．构成1）动力源来自2）执行元件3）传动部件
4）支承部件
5）操纵与控制部件
说明：等比数列同样适用于直线往复运动（刨，插床）的 往复次数数列，进给数列。
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2、进给运动参数 1）车、钻、镗、滚齿机进给运动参数用工件或主轴每转刀具
当 1.06
1
Amax
1 1.06
5.7%
使传动设计简化，只要变速组内传动比成等比数列，主轴 转速就按等比数列排列。
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（4）公比的标准值与标准转速数列
制定公比 标准值的原则
保证转速为递增的，故 >1 要求 Amax≤50％ 故 ≤2 所以 1< ≤2
便于设计与使用机床，希望转速数列是十进位的。
标准值与标准转速数列(p153，表3-2）
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主轴转速按等比数列排列的优点：
1）生产率损失只与 值有关，与主轴转速范围的始末无关。
2）很容易决定转速数列中的中间转速. 3）应用等比数列，能用较少的齿轮实现较多的转速级数使结 构和设计简化，如X62w型机床。其三个传动组只用了 3+3+2=8对齿轮便得到18级等比数列的转速。
数控机床总体设计
数控机床具有加工精度高、加工 效率高、适应性强、加工复杂零 件能力强等特点。
数控机床的分类与组成
数控机床的分类
数控机床可以根据加工方式、运动形式、控制方式等进行分类，如数控车床、 数控铣床、数控磨床等。
数控机床的组成
数控机床主要由控制系统、伺服系统、主轴系统、辅助装置等部分组成。
数控机床的应用与发展趋势
倾斜式布局则能够满足一些特殊加工 需求，如斜孔加工等，但这种布局形 式的操作和维护相对复杂。
数控机床的布局优化
在数控机床的总体布局设计中，还需 要考虑布局优化问题，以提高机床的 使用性能和加工效率。
优化设计还需要考虑生产效率、制造 成本和维护成本等因素，以实现最优 化的设计目标。
布局优化主要包括对机床结构、冷却 系统、排屑系统等方面的优化设计， 以提高机床的刚度、减小热变形、提 高加工精度等。
05 数控机床刀具系统设计
刀具系统的组成与功能
刀柄
连接刀具和主轴的部件，要求 具有高精度和刚性。
刀具管理系统
用于监控刀具状态、选择合适 的刀具以及刀具更换等功能的 系统。
刀具
用于切削工件材料的工具，具 有锋利的切削刃和适当的硬度。
刀夹
用于固定刀具在刀柄上的装置， 需具备夹紧和定位功能。
冷却系统
用于提供冷却液，降低切削温 度，延长刀具使用寿命。
主轴转速
主轴转速是数控机床的重要参数，需 要根据加工需求和刀具特性进行选择。
主轴功率
主轴功率决定了主轴电机的输出能力， 需要根据加工需求和工件材料进行选 择。
主轴轴承
主轴轴承的性能直接影响主轴的旋转 精度和刚度，需要选择高精度、高刚 度的轴承。
主轴箱体
主轴箱体是主轴系统的支撑结构，需 要具备足够的刚度和稳定性，以确保 主轴系统的精度和稳定性。
机床总体设计(全)
机床结构布局：立式、卧式、斜置式。 基础支承件的形式：底座式、立柱式、龙门式。
基础支承件的结构形式：一体式、分离式。
同一种运动分配式可以有多种结构布局形式，运动分配 设计阶段评价后，需对结构布局方案进行评价，去除不 合理方案。 评价的主要依据是定性分析机床的刚度、占地面积、与 物流系统的可亲和性等。
设计结果是得到机床总体结构布局形态图。
机床支承形式的选择
• 机床的支承件：床身、底座、立柱、横梁、横臂等。
– 柱形：支承件是立柱，或立柱与底座的组合—立式机床。 – 倒T字形：支承件是床身和立柱的组合—复合式机床。 – 槽形：支承件是床身（底座）、立柱和横臂三者的组合—单 臂式机床。 – 框形：支承件由床身、横梁及双立柱组成，形成封闭的框形 结构—龙门式机床。
总体方案综合评价与选择：对各种方案进行综合评价，从中选择较 好的方案。 总体方案的设计修改与优化
对所选择的方案进行进一步修改或优化，确定最终方案。
BACK
3.1.3 机床的设计步骤
结构设计
设计机床的传动系统，确定各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要 零部件进行分析计算和优化，设计液压原理图和相应液压部件装配图，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图和总联 系尺寸图。
上述步骤反复进行，直到达到设计结果满意为止。 定型设计，结构设计完成之后，可进行实物样机的制造、实验及评价。根 据实物样机的评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。
BACK
3.1.4 机床总体设计一、床系列型谱的确定由于各种机床用户生产的产品和规模不同，对机床性 能和结构的要求也不同，因此，同一机床甚至同一规 格的机床，还需要有各种变形，以满足用户各种各样 的需求。为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户 的不同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先 确定一种用途最广，需求量最大的机床作为“基型系 列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若 干变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型” 构成了机床的“系列型谱”。
第三章 机床总体设计
第 1 节 机 床 总 体 设 计
2．辅助运动参数
• 辅助运动的运动参数（如直线运动的
移动速度、回转运动的转速等），其 数列也同样存在着等比级数排列、等 差级数排列、无规律变化的排列三种。 • 加工螺纹时，进给量就按等差级数排 列。 • 一般情况下，不用按等比级数排列的 数列。
第 1 节 床 总 体 设 计
第 1 节 机 床 总 体 设 计
1.5主要技术参数的确定 1.5主要技术参数的确定
机床的主要技术参数是用来表示机 床本身的工作能力，如对于加工类的机 床，它主要表示被加工工件的直径及长 度，所需电动机的容量等。 主要技术参数包括尺寸参数、 主要技术参数包括尺寸参数、运动 参数和动力参数。 参数和动力参数。
• 1.4.1运动分类 1.4.1运动分类 • 1.4.2运动的分配 1.4.2运动的分配 • 1.4.3传动形式的选择 1.4.3传动形式的选择 • 1.4.4支承形式 1.4.4支承形式
第 1 节 机 床 总 体 设 计
1.4.1运动分类 运动分类
1．表面成形运动 • 直接参与切削过程，使之在工件上形成 一定几何形状表面的刀具和工件间的相 对运动称为表面成形运动。 • 分为主运动和进给运动两类 2．辅助运动 • 除表面成形运动外的所有运动都是辅助 运动，其功用为实现机床加工过程中所 必需的各种辅助动作
第三章金属切削机床设计总体设计
二、几何运动设计
2．形成发生线的方法与运动
4）范成法（又称展成法） 切削刃是发生线共轭的切削线，刀具与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件作相对运 动时所形成的包络线，即所需的发生线。
范成法 需要2个运动 ，两个运动 之间必须保 持严格运动 关系，不能 独立，共同 组成一个复 合的运动。
二、几何运动设计
3．机床运动的分类
1）表面成形运动 直接形成被加工零件表面的运动，称之为表面成形 运动（简称成形运动）。
4．机床整机综合评价
对机床的功能、性能、工艺性、经济性等进行评价。
第二节 机床总体设计
不同类型的的机床，总体方案设计的侧重点有所不 同。一、型谱制定 对于专用机床，侧重于工件分析和工艺分析； 对于通用机床，侧重于同类型机床的调查、分析、 二、几何运动设计 改型和科技成果的应用，以及机床品种的系列化、零部 件的通用化和标准化。
（2）刚度
指机床及重要零部件在载荷的作用下抵抗变形的能 力。 在载荷的作用下，刀具与工件的相对位置发生改变， 影响加工精度。机床的静刚度是动刚度的基础。 影响机床刚度的主要有支承件及主要零部件的刚度、 部件间的连接刚度和接触面的接触刚度。局部的薄弱环 节对整机的刚度影响极大。
一、机床设计的基本要求
二、几何运动设计
1．几何表面的形成
2）成形表面的发生线 形成表面的母线和导线统称为发生线。 形成表面的母线 和导线可以互换的表 面，称为可逆表面。 母线和导线不可 互换表面称为不可逆 表面。 一般说来，可逆 表面可采用的加工方 法多于不可逆表面。
二、几何运动设计
2．形成发生线的方法与运动
1）轨迹法 理论上将切削刃与工件视为点接触，切削刃沿着发 生线作轨迹运动。 采用轨迹法形成一条发生线，需要一个独立的运动。
机床总体方案设计流程
机床总体方案设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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②功能确定：根据需求分析结果，确定机床应具备的基本功能，如自动换刀、五轴联动、高速切削等。
③总体布局设计：考虑机床的工作原理、结构特点及空间布置，设计机床的总体布局，包括各部件的位置关系和运动方式。
④关键部件选型：选择或设计主轴、导轨、驱动系统等关键部件，确保满足机床性能要求。
⑤运动学及动力学分析：运用运动学原理计算各部件的运动参数，通过动力学分析评估系统的稳定性和刚性。
⑥结构设计细化：对机床的各个部件进行详细设计，绘制零件图和装配图，确保结构合理、易于制造和维护。
⑦控制系统设计：根据机床功能要求，设计数控系统架构，选择合适的控制器、传感器和执行机构，编程实现控制逻辑。
⑧安全与防护设计：考虑操作安全，设计必要的防护装置，制定安全操作规程。
⑨初步校核与优化：对设计方案进行初步校核，评估成本、性能指标，必要时进行设计调整以优化整体性能。
⑩方案评审与确认：组织专家对设计方案进行评审，收集反馈意见，最终确认总体设计方案，为后续详细设计和制造准备奠定基础。
金属切削机床总体设计(2)
注：不同工艺确定的最低和最高转速可 1. 主运动参数 能不同，可根据需要选择多种工艺参考， 例题：车床的最高转速出现在硬质合金刀具 同时考虑技术储备，适当提高nmax和降 低nmin 精车钢料工件的外圆工艺中 vmax=200m/min，最 低转速出现在高速工具钢刀具精车合金钢工件的 梯形丝杠工艺中vmin=1.5m/min ，若车床的主参 数为d=400mm，加工丝杠的最大直径d=50mm。 则： dmax=K1D=0.5*400=200mm dmin=K2dmax=50mm nmax = 1000 vmax /πdmin=1000*200/(π*50) =1273r/min nmin = 1000 vmin /πdmax=1000*1.5/(π*50) 低速下的最大直径 =9.55r/min
(a) 对主运动是回转运动的机床，主运动参 数是主轴的转速：n = 1000 v /πd(专用机床) n主轴转速；v切削速度；d工件或刀具直径 主运动有无级变速或有级变速两种方式。 (b) 对主运动是直线运动的机床(插、刨)，主 运动参数是刀具或工件每分钟直线往复运动的次 数。
1. 主运动参数 (1) 最低转速(n min)、最高转速(n max) nmin=1000 vmin /πdmax nmax=1000 vmax /πdmin nmax 和nmin的比值是变速范围 Rn = nmax / nmin vmin 、vmax查切削用量手册 dmax和dmin指用vmin(vmax )时的经济加工直径。 dmax=K1D，D是机床能加工的最大直径；K1 是系数，卧式车床K1 = 0.5，摇臂钻床K1 = 1； dmin = K2 dmax
1. 主运动参数 确定机床主轴最高转速主要考虑以下因素： (a) 机床传动类型 普通机床：2000 r/min 数控机床：5000 – 50000 r/min (b) 采用的刀具类型、材质、切削角度 镶片车刀：60 – 200 m/min 镀层镶片车刀：200 – 520 m/min 随着主电机技术、轴承技术、刀具技术的发 展，数控机床的主轴转速越来越高。
3.3 金属切削机床总体设计
（ 一）运动功能分配设计 1、运动功能分配设计是确定运 动功能式中“接地”的位置，用“· ” 符号表示，“· ”符号左侧的运动由 工件完成，右侧的运动由刀具完成。 2、机床的运动功能式中添加上 “· ”接地符号后，称为运动分配式。
3、示例： 铣床的运动功能式： W/Xf，Zf， Yf， Cp/T 其运动分配式有： ①W/· f，Zf， Yf， Cp /T X 即沿X、Y、Z三个方向的进给运动， 绕Z轴的迴转主运动全部由刀具来完成。 ②W/ Xf · f ， Yf ，Cp/T Z 沿X方向的进给运动由工件完成，其 余由刀具完成（即沿Z、Y、方向的进给 运动，绕Z轴迴转主运动由刀具完成）
标准规定：平行于主轴的坐标轴为Z轴， 取刀具远离工件的方向为正向（+Z），X 轴为水平方向，且垂直于Z轴。 ①局部坐标系固定在运动部件上。 ②当各个运动部件的运动方向与机床坐 标系轴线平行时，取各局部坐标系与机床 坐标系方向一致。 ③当有斜置式运动时，可混合选取，即 与机床坐标系轴线平行的运动，其坐标按 机床坐标系选取，斜置的运动取运动方向 为Zi 轴，为了与总体坐标区分可用Z、γ表 示。
（一）主参数和尺寸参数 机床主参数：代表机床规格大 小及反映机床最大工作能力的一种 参数。《GB/T15375-94 金属切削机 床型号编制方法》 如CA6140 40— 主参数（最大车削直径400mm） 尺寸参数—指机床的主要结构 尺寸参数,包括
①与被加工件有关的尺寸： 如:卧车刀架上最大加工直径， 摇臂钻钻头与立柱间的空间。 ②标准化工具或夹具的安装面尺 寸： 如:卧车主轴锥孔（装刀杆） 主轴前端尺寸（装卡盘）
§3.3 金属切削机床总体设计
一、机床系列型谱的制定
1、基型系列：用途最广，需要量较大 的机床系列 2、变型系列：根据用户需要派生出的 变型系列 3、机床的型谱：基型+变型构成了机 床的型谱 4、系列型谱：综合地表明机床产品① 规格参数的系列性②结构相似性 表3－1
机床总体设计
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
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1.2 机床的设计步骤 1.2.1 总体设计
工艺分析、总体布局和确定主要技术参数。 1.2.2 技术设计
绘制传动系统图，部件装配图；绘制电气系统安装接线图，液压系统和控制操作系统装 配图。
修改完善机床联系尺寸图，绘制总装配图及部件装配图
1.2.3 零件设计及资料编写 绘制机床的全部零件图。整理编写零件明细表，设计说明书，制定机床的检验方法和
力。
措施：（自学） 2、减小热变形
机床工作时受到外部热源和内部热源的影响，导致机床各部分不同的温升，使机床产生热变 形。
据统计机床热变形导致加工误差最大值约占全部误差的70%。 措施：隔离热源；改善环境温度；强制冷却；采用热源相对对称结构；改善排屑状态等。
3、降低噪声 齿轮振动影响传动的平稳性，是机床主要的噪声源。 措施：（自学）
机床的主色调是绿色。 实践证明：绿色有助于提高劳动生产率；紫色和蓝色则会降低劳动生产率。
机床的色彩应适应不同的使用环境。
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
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1.4 机床主要参数的确定
1.4.1 尺寸参数 是指影响机床加工性能的一些尺寸。
1、主参数 代表机床规格的大小，是最重要的尺寸参数 对各种类型机床，15375—94标准统一规定了主参数的内容。 工件回转的机床，主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示； 工件移动的机床，主参数是工作台面的最大宽度； 主运动为直线运动的机床，主参数是主运动最大的位移
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
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1.1.2 人机关系 使机床符合人的生理和心理特征，实现人机环境高度协调统一，为操作者创造一个安全、舒 适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧张和身体疲劳。
3 机床总体设计和传动系统设计
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教学目的和要求 了解机床设计应满足的基本要求； 了解机床设计的步骤； 熟悉机床总体布局要求； 掌握机床主要技术性能参数的内容； 掌握转速图、结构网、结构式的各自含义； 掌握主运动链转速图的拟定与结构网的绘制； 掌握等比结构串联系统的级比规律； 了解扩大变速范围的方法； 熟悉齿轮齿数的确定； 熟悉主轴箱的温升与热变形对机床运转带来的影响。
2828主参数大多数情况下用折算值表示其折算值等于主参数乘以折算系数机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数单轴自动车床最大棒料直径转塔车床最大车削直径110立式车床最大车削直径1100最大工件高度卧式车床床身上最大工件回转直径110最大车削长度摇臂钻床最大钻孔直径最大跨距立式钻床最大钻孔直径卧式铣镗床镗轴直径110坐标镗床工作台面宽度110工作台面长度外圆磨床最大磨削直径110最大磨削长度内圆磨床最大磨削孔径110平面磨床工作台面宽度11028292929端面磨床最大砂轮直径110齿轮加工机床大多数是最大工件直径110大多数是最大模数龙门铣床工作台面宽度1100工作台面长度卧式升降台铣床工作台面宽度110工作台面长度龙门刨床最大刨削宽度110最大刨削长度牛头刨床最大刨削长度110最大插削长度110机床名称主参数名称主参数的折算系数第二主参数30301运动参数运动参数是指机床的主运动进给运动和辅助运动的执行件的运动速度如主轴工作台刀架等的运动速度
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二 、 机床设计方法和步骤 机床设计方法
理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法是机床设计 的传统方法，随着科学技术的进步，机床设计的理论和方法也 不断进步。计算机技术和分析技术的迅速发展，使得计算机辅 助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术，已经应用于机床 设计的各个阶段，改变了传统的设计方法，由定性设计向定量 设计、有静态和线性分析向动态和非线性分析、由可靠性设计 向最佳设计过渡，提高了机床设计的质量和效率。
机床的总体布局
如龙门刨床、龙门铣床和龙门导轨磨 床的结构布局和基础件（如龙门架、 床身等）极为相似，只要选择合理的 基础件形状和尺寸参数，设计成可互 换的模块，就可满足三类机床的刚度 要求。
模块化设计可以缩短设计和试制周期, 容易采用新技术，得到高质量的新产 品，模块定型后，可以成批生产，成 本低，保证质量，提高竞争能力，满 足生产需要。
第三节 机床的总体布局
2021/4/14
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总体布局设计 general design layout
机床的总体布局设计是指按工艺要求 决定机床所需的运动，
确定机床的组成部件，
确定各个部件的相对运动和相对位 置关系，
确定操纵、控制机构在机床中的配 置。
布局要求
机床总布局必须满足用户提出的各种 要求 1.加工范围、工作精度、生产率和经济 性等要求。 2.确保所采用的工艺方法能实现所要求 的工件和刀具之间相对位置关系和相 对运动关系。 3.处理好人机关系。
（四）工件的技术要求
工件的技ห้องสมุดไป่ตู้要求：尺寸精度、几何精 度和表面粗糙度等。 对技术要求高的工件加工在考虑机床 布局时——尽量提高机床的传动精度和 刚度、减少振动和热变形等。 提高机床传动精度——缩短传动链。
框架式结构——提高机床刚度，例如单 臂龙门刨床是为加工大工件尺寸用的 但不采用框架式结构，所以刚度不如 双柱龙门刨床。
一、影响机床总体布局的 基本因素
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（一）表面成形方法
不同形状的加工表面往往采用不 同的刀具、不同表面成形方法和不 同表面成形运动来形成，因而导致 机床总体布同的差异。
例如圆柱面常用车削和磨削方法 形成，平面则用刨削或铣削、平面 磨削的方法形成。
相同形状的加工表面，可用不同的刀具、 表面形成运动和方法来实现，生产率等 不同，从而形成不同的机床布局。
组合机床总体设计
变速器上盖组合机床总体设计摘要组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。
目前，组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。
而且其生产效率高，加工精度稳定，自动化程度高，使工人劳动强度降低。
由于本次加工的零件为变速器箱体，为大批量生产，而且所要加工的孔较多，本次设计的组合机床主要是对孔进行加工。
此设计绘制的是机床联系尺寸总图。
它是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并初步按选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。
是用来表示机床的配置形式，主要构成及各部件安装位置，相互联系，运动关系的总体布局图。
由于组合机床进行加工能够进行多工位加工，提高自动化程度，缩短加工时间和辅助时间。
而且组合机床大部分都是由通用部件组成，研制周期较短，便于设计，制造和使用维护，成本低。
而且机床易于改造，产品和工艺变化时，通用部件还能重复利用，经济性较好。
所以组合机床在大批量生产中的应用十分广泛。
关键词：组合机床，机床总图，自动化The overall design of combination machine tools for the cover oftransmissionABSTRACTThe assembly machine processes is according to the requirement of work pieces , and it is made of a lot of general use parts and a little exclusive use parts and it is a kind of a efficiently production machine. The present, assembly machine tool primarily is used in making the plane surface and the apertures. And because of high production efficiency, the accuracy of process, the stability of it's result, the automation extent higher, and so it can debase the strength of the labour.Because this parts for processing is transmission box, there is a lot of apertures in the part , and want that the processed bore is more, so the main process is making the holes.The design draw's is a total diagram of size of contact of tool machine. It is with was process the spare parts work preface diagram and process sketch map is basis, and the first step press the total structure of the main and in general use parts and certain appropriation parts that make selection but draw of. Is to use to mean that the tool machine installs the form, main composing and each parts install the position, contacting mutually, exercise total layout diagram of relation.Because the assembly machine tool can process some parts together ,so it can boost to automate extent, and shorten the time of process，And that assembly machine tool is made of a lot of general use parts, short the time of design, and it is convenient for designing, fabrication , the cost is low. And the machine tool is apt to be reconstructed, When the technics route changes, the general parts can be reused again, so we use assemble machine tool is economical .So large numbers of assembly machine tools are applied in the machine industrial.KEY WORDS: assembled machine tool，two-sided，active boring board，total diagram of tool machine，automation目录第1章组合机床理论基础 (5)1.1机床在国民经济的地位 (5)1.2组合机床的组成及特点 (5)1.3 组合机床研究基本内容 (6)第2章组合机床方案的制定 (7)2.1 组合机床的工艺范围及配置形式 (7)2.1.1 组合机床工艺范围 (7)2.1.2 组合机床配置形式 (7)2.2 组合机床工艺方案的拟定 (8)2.2.1 确定工艺方案的基本原则 (8)2.2.2 确定工艺方案应注意的问题 (8)第3章组合机床总体设计 (10)3.1 被加工零件工序图 (10)3.1.1 被加工零件工序图的作用与内容 (10)3.1.2 加工零件要求 (10)3.2组合机床切削用量 (11)3.2.1 确定切削用量应注意的问题 (11)3.2.2 切削用量的计算 (12)第4章加工示意图 (14)4.1 加工示意图的作用和内容 (14)4.2刀具，工具，导向装置的选择 (15)4.2.1刀具的选择 (15)4.2.2接杆的选择 (15)4.2.3导向套的选择 (15)4.3初定主轴类型、尺寸和外伸长度 (16)4.4动力部件的工作循环及工作行程的确定 (16)第5章机床联系尺寸图及生产率计算卡 (18)5.1 机床动力部件的选择 (18)5.1.1 动力箱的选择 (18)5.1.2 动力滑台的选择及附属部件 (19)5.2 确定机床尺寸 (21)5.2.1 确定装料高度 (21)5.2.2 中间底座轮廓尺寸 (21)5.2.3 多轴箱轮廓尺寸 (22)5.2 确定机床尺寸 (23)5.3 机床生产率计算卡 (24)结论 (27)谢辞 (28)参考文献 (29)第1章组合机床理论基础1.1机床在国民经济的地位随着现代化工业技术的快速发展，特别是随着它在自动化领域内的快速发展，组合机床的研究已经成为当今机器制造界的一个重要方向，在现代工业运用中，大多数机器的设计和制造都是用机床大批量完成的。
第三章 组合机床总体的设计ppt课件
四 选择刀具结构
根据工艺要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具有：一般简单刀具〔标准刀具）、复 合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意下述主要问题：
平面 平面度公差 ± 0.05 ~ 0.1 mm 表面粗糙度 Ra = 16 ~ 8 μm
不可选择零件上直径太小的孔作为定位销孔，因定位销过细，易受力变形，甚至 因装卸工件碰撞而破坏定位。根据箱体零件的大小及重量，销孔直径可能参考下 表选取
定位销孔推荐直径
工件重量（kg） < 20
20 ~ 50
50 ~ 100
接孔。 3 钻阶梯孔先钻大孔后钻小孔。 4 平面一般采用铣削加工。 5 制订加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方
案时，应尽可能使精加工集中在所有粗加工之后， 以减少内应力变形影响，有利于保证加工精度。
二 组合机床工艺方案的拟订
拟订组合机床工艺方案的
1 分析如、被研加究工加零工件要的求用和途现及场其工结艺构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、 技术要求及生产纲领。
2、攻丝前最好在孔口倒角，以确保攻丝精度；
3、中小零件，可在多工位机床上采用一个工位倒角，有时也可 刀具在一个工位上进行；
采用钻—倒角复合
4、螺纹孔一般采用一个工步一次攻至所需深度。当螺纹孔较深时，为防止丝锥折断，可 利用二次进给攻丝，即第一次攻到一段距离后丝锥反转退回，但不全部退出工件孔，第二 次攻至全深。
提高定位精度，应对V形铁定位圆提出精度要求；V形铁角度一般取90º~ 120º 。
（2〕对“法兰〞类零件，常采用一个孔〔或外圆〕及一个平面的定位方法。
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工艺设计
设计机床的全部自制零件图，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档。
机床整机综合评价
对整机性能进行分析和综合评价。对所设计的机床进行计算机建模，得到数字 化样机（虚拟样机）。机床进行运动学仿真和各项功能仿真，在实际样机试制 出来之前对齐进行综合评价，减少新产品研制的风险，缩短研制周期，提高开 发质量。
8.环境保护
噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。 机床噪声源自：机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气 动力噪声等四个方面。 机床噪声影响正常的工作环境，危害人的身心健康。所 以，设计机床时应尽量设法降低其噪声。 机床的油雾、粉尘和腐蚀介质等都是对人体有害的，设 计时应考虑尽量避免这些有害物质向四周扩散而污染环 境，避免操作者与这些有害物质直接接触而危害人体。
总体设计—主要技术指标设计
用途：机床的工艺范围，加工材料的类型、形状、质量和尺寸范围 等； 生产率：加工件的类型、批量及所要求的生产率； 性能指标：加工件所要求的精度（用户订货）或机床的精度、刚度、 热变形、噪声等性能指标； 主要参数：确定机床的加工空间和主要参数； 驱动方式：电动机驱动/液压驱动。电动机又分：普通电动机驱动、 步进电机驱动与伺服电机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本 有关，还将直接影响传动方式的确定。 结构原理：主要零部件应满足的要求和结构原理，进行草图设计， 确定关键零部件是自制还是外协。 成本及生产周期：订货产品或工厂规划产品都需确定。
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3.1.3 机床的设计步骤
总体设计
总体方案设计的内容
运动功能设计：确定机床所需运动的个数、形式（直线或回转）、功 能（主运动、进给运动、其他运动）及排列顺序，画出机床的运动功 能图。 基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力参数。 传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系统设计。 总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方 案图设计。 控制系统设计：控制方式及控制原理、控制系统图设计。
7.柔 性
机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空 间上的柔性和时间上的柔性。 所谓空间柔性也就是功能柔性，指在同一时期内，机床 能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀 具数目多，工艺范围广。 所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期， 机床各部件重新组合，即通过机床重构，改变其功能， 以适应产品更新变化快的要求。
第三章 金属切削机床设计
第一节 概述
第二节 金属切削机床设计的基本理论
第三节 金属切削机床总体设计
主传动系设计 第四节 主传动系设计
第三章 金属切削机床设计
第五节 进给传动系设计
第六节 主轴部件设计
支承件设计 第七节 支承件设计
导轨设计 第八节 导轨设计
第三章 金属切削机床设计
第九节
机床刀架和自动换刀装置设计
第十节
机床控制系统设计
3.1.1 机床设计的基本要求
1.工艺范围 2.生产率和自动化程度 3.精度和刚度 4.可靠性 5.机床的成本和生产周期 6.与物流系统的可亲性 7.柔性 8.环境保护
1.机床的工艺范围
指机床适应不同生产要求的能力，也可称之为机床的加工 功能。 包括：机床可完成的工序种类，所加工零件的类型、材料 和尺寸范围、毛坯种类、加工精度和表面粗糙度。 如果机床的工艺范围过宽，将使机床的结构复杂，不能充 分发挥机床各部件的性能； 如果机床的工艺范围较窄，可使机床结构简单，易于实现 自动化，提高生产率。 通用机床都具有较宽的工艺范围；数控机床的工艺范围比 传统通用机床更宽，使其具有良好的柔性；专用机床和专 门化机床则应合理地缩小工艺范围。
4.可靠性
机床的可靠性是指其在额定寿命期内，在正常 工作条件下和规定时间内出现故障的概率。 由于故障会造成加工中的部分废品，故可靠性 也常用废品率来表示。 废品率低则说明可靠性好。
5.机床的成本和生产周期
成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、 制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用， 是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证 机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。 生产周期(包括设计和制造)是衡量产品市场竞争力的重 要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求机 床设计应尽可能采用现代设计方法，如CAD、模块化 设计等。 机床的寿命是指机床保持其应有加工精度的使用期限， 也称精度保持性。
6.与物流系统的可亲性
可亲性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、 刀具、切屑）交接的方便程度。 对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交 接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。 对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统(如输送 线)是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放 性好，物料交接方便。
3.1.2 机床的设计方法
传统方法：理论分析、计算和试验研究相结合的设计 方法。 计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)等技术， 已经应用于机床设计的各个阶段。改变了传统的设计 方法，由定性设计向定量设计、可以提高机床的设计 质量和设计效率。 机床的设计方法还应考虑机床的类型，如通用机床应 采用系列化设计方法等。
3.1.3
机床设计步骤
（一）总体设计 （二） 结构设计 （三）工艺设计 （四）机床整机综合评价 （五） 定型设计
技术设计任务书
机
总体—主要技术指标设计 总体 主要技术指标设计
床 技 术 设 计
机床结构设计 总体—总体方案设计 总体 总体方案设计
步 骤
机床 设计
机床
机
设计要
机床
设计
3.1.3 机床的设计步骤
机床运动功能式
运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线/回转）、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，用“/”分开。 W/CpZfXf /T W/XfYfZfCp /T
3.1.4 机床总体设计
上述步骤反复进行，直到达到设计结果满意为止。 定型设计，结构设计完成之后，可进行实物样机的制造、实验及评价。根 据实物样机的评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。
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3.1.4 机床总体设计
一、机床系列型谱的确定
由于各种机床用户生产的产品和规模不同，对机床性 能和结构的要求也不同，因此，同一机床甚至同一规 格的机床，还需要有各种变形，以满足用户各种各样 的需求。为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户 的不同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先 确定一种用途最广，需求量最大的机床作为“基型系 列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若 干变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型” 构成了机床的“系列型谱”。
2）解析式设计方法
采用创成式原理，通过解析法求出满足加工工艺范围和加工方法所要求 的机床运功功能设置的所有可能方案，然后通过仿真分析评定其方案的 可行性和优劣。
3.写出机床的运动功能式，画出机床运动功能图。
3.1.4 机床总体设计
三、机床的总体结构方案设计
1.运动功能描述方法
坐标系
机床坐标系（即机床总体坐标系）一般采用直角坐标系，沿 X、Y、Z轴的直线运动，绕X、Y、Z轴的回转运动用A、B、C 表示。
3.1.4 机床总体设计
一、机床系列型谱的确定
每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规 格又有基型和变型，合称为这类机床的系列型 谱。 机床的主参数系列是系列型谱的纵向（按尺寸 大小）的发展，而同规格的各种变型机床则是 系列型谱的横向发展。 “系列型谱”是综合地表明机床产品规格参数 的系列性与结构相似性的表。
3.1.4 机床总体设计
二、机床运动功能设置
1.工艺分析
对所设计的机床的工艺范围进行分析。对于通用机床，加工对象有多 种类型的工件，可选择其中几种典型工件进行分析，然后选择适当的 加工方法。
2.机床运动功能设置
1）分析式设计方法
参考现有同类机床的运动功能，经过研究分析，提出所设计机床的运动 功能设置方案，然后通过仿真分析评定其方案的可行性和优劣。
中型卧式车床的简略系列型谱
型式 最大工件直径(mm) 最大工件直径 250 320 ○ 400 ○ 500 ○ 630 800 1000 ○ △ ○ △ ○ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ △ 万能 式 ○ △ △ 马鞍 式 提高 精度 △ 无丝 杠式 △ 卡盘 式 球面 加工 端面 车床
三、机床的总体结构方案设计
2.运动功能分配设计
机床运动功能式（或功能图)描述了刀具与工件之间的相对运动，但基础支 承设在何处尚未确定，即相对于“大地”来说，哪些运动是由刀具一侧来 完成的，哪些运动是由工件一侧来完成还不清楚。 运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用符号“·”来表示。 符号左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。形成的功能式即称 之为运动分配式。 W/ · XfZfYfCp /T W/Xf · ZfYfCp /T W/XfZf · YfCp /T W/XfZfYf · Cp /T 对运动功能式进行评价筛选后，保留可行方案进行运动分配设计，然后对 运动分配式进行评价，选择其中合理的方案。 “避重就轻”原则：若工件尺寸和质量较大时，工件侧的运动数应尽量少 （落地镗）；反之，工件尺寸和质量相对刀架部件小时，刀具侧运动尽量 小（升降台铣）。
总体方案综合评价与选择：对各种方案进行综合评价，从中选择较 好的方案。 总体方案的设计修改与优化
对所选择的方案进行进一步修改或优化，确定最终方案。 BACK
3.1.3 机床的设计步骤
结构设计
设计机床的传动系统，确定各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要 零部件进行分析计算和优化，设计液压原理图和相应液压部件装配图，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图和总联 系尺寸图。