机床的总体设计

空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要 部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度 基本指标
回转精度

运动精度


机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何 位置精度 高速高精度机床的一个重要指标 影响因素 传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性 影响因素：传动系统设计、元件的制造和装配

三人机关系


机床设计方法

计算机技术和分析技术


cad, CAE: 传统经验设计，定性设计--〉定量设计； 创新设计类型： 静态和线性分析 --〉动态和非线性分析； 可行性设 分析式设计：类比分析、推理方法产生方案 计---〉最佳设计 创成式设计：创成解析的方法 数控技术：机床的传动与结构发生了重大变化 FMS的发展 通用机床采用系列化设计方法 组合机床：组合设计类型
单位时间内机床所能加工的工件数量 效率----成本 自动化程度----生产率----加工精度的稳定性 FMS FA 成本概念贯穿在产品的整个生命周期

成本


生产周期 可靠性 机床寿命 造型与色彩

二、经济效益

成本 加工效率和可靠性 操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操纵 错误和故障 防止污染
后续设计的前提和依据 用途：机床的工艺范围 生产率：加工对象的种类、批量、及所要求的生 产率 性能指标：精度、刚度、热变形、噪声等 主要参数：加工空间和主参数 驱动方式：直接影响传动方式的确定 成本及生产周期

总体方案设计




运动功能设计：绘制机床的运动功能图 基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力学参 数设计 传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系 统图 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

设计过程动态化

动态性能 动力学模型，动态分析，参数修改 初步设计阶段：方案分析、选择、评价和决 策 技术设计阶段：结构和参数确定，运动、动 力或其他特性分析，材料选择、成本计算， 参数优化 工程图设计阶段

设计手段计算机化



机床设计步骤

总体设计

主要技术指标设计



总体方案综合评价与选择 总体方案地设计修改或优化

详细设计


技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、 分析计算或优化 施工设计：零件图设计、商品化设计、编制 技术文档 整机性能分析和综合评价

机床整机综合评价

金属切削机床设计的基本理论

精度

允差： 1：0.4：0.25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
普通精度级、精密级、高精度级 导轨直线度、主轴径向跳动及轴向串 设计阶段主要从机床的精度分配、元件及材 动、主轴中心线对滑台移动方向的平 料选择等方面来提高机床精度 行度或垂直度等 几何精度

传动精度


定位精度

定位部件运动到达规定位置的精度 工件的尺寸精度和形位精度 影响因素：构件、进给控制系统的精度、刚度及动态特性， 测量系统的精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度 综合影响 规定的工作期间内，保持机床所要求的精度 影响因素：磨损

工作精度





三级： 普通精度级、精密级和高精度级 空载条件下的精度：几何精度、运动精度、传动精 度、定位精度等 运动精度 静态刚度 动态刚度 热态刚度

刚度


表面粗糙度

工件、刀具的材料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振 动有关 抗振性：受迫振动和自激振动


噪声 生产率和自动化

机床的总体设计
类比-----〉分析计算 ； 静力分析----〉静态、动态及热变性热应力 创造性的劳动 定性----〉定量 数控技术和 CAD技术的发展，提供了新的条件和支撑。 机床---机械制造业的基础装备

传统设计要求之外，柔性，系统有机结合
机床设计基本要求
一、性能要求

技术经济指标
工艺范围：（机床的加工功能）适应不同生产要求的能力

空间上：功能柔性，多品种小批量的加工 时间上：结构柔性，重新组合，改变其功能 物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度 普通机床：人，要求机床的使用、操作、清理、维 护方便。 自动化柔性制造系统，自动，要求机床结构形式开 放性好，物料交接方便

与物流系统的可亲性



精度: 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。

机床的设计方法是根据其设计类型而定


经验设计阶段


主要任务是解决加工与强度问题 经验（或类比）设计方法，经验数据为基础 经验公式技术标准为手段 产品结构安全系数偏大 无法保证机床的良好性能

试验设计阶段



科技发展及工艺水平的提高 机床试验研究：实物测试或模型试验 试验设计方法：试验研究进行定性分析及定 量比较，方案选择零部件的合理结构尺寸确 定 明显提高机床性能，局部调整

可完成的工序种类 加工零件的类型 材料和尺寸范围 毛坯的种类等



专用机床：工艺范围较窄，功能少 数控机床：工艺范围宽，功能强 通用机床：工艺范围较宽，功能较强 机床功能的增加---〉结构复杂程度增加、制造难度、 周期及成本增加 机床功能选择的依据----批量

柔性：适应加工对象变化的能力
共振

自激振动－－切削稳定性

刀具工件之间的一种相对振动 切削过程中

振动影响因素
振动不利影响 机床的刚度 阻尼特性：特别是结合部阻尼 固有频率：设计期间分析计算各阶阻尼

计算机辅助设计


实际问题简化为模型，计算机进行分析、计 算并选定最佳方案 结果的准确性
现代设计方法特点


设计对象系统化 设计内容完善化：使机床产品实用经济 及美观舒适 设计目标最优化：多目标整体优化 设计问题模型化


模型是对设计问题的高度概括和抽象 意义：工程问题与数学理论紧密结合
精度保持性

刚度

定义：K=F/y 载荷：

静载荷－－静刚度 动载荷－－动刚度：抗振性 多构件构成 构件及结合部变形直接或间接引起刀具和工件之间 相对位移 刚度的合理分配或优化

整机刚度


抗振性


机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能 力 抵抗受迫振动

振源：内部－动平衡 外部