机械制造装备设计原理

一二章

CNC等基本概念：

CNC：计算机数字控制机床NC：数字控制PLC：可编程逻辑控制器FMC：柔性制造单元FMS：柔性制造系统CAD：计算机辅助设计CAPP：计算机辅助工艺规划MRP物料需求计划LAF:精益-敏捷-柔性生产系统TQC：全面质量管理JIT：准时生产

机械制造装备应具备的主要功能

1、一般的功能要求

（1）加工精度方面的要求2）强度、刚度和抗振性方面的要求3）加工稳定性方面的要求

4）耐用性方面的要求5）技术经济方面的要求

机械制造装备包括

加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类。

1、加工装备

主要指机床。机床是制造机器的机器，也称工作母机

包括:金属切削机床、特种加工机床、锻压机床、木工机床

金属切削加工：钳工、机工

金属切削机床分12大类

2、工艺装备

各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。

它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。

3、仓储运输装备

包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等

4、辅助装备

包括清洗、排屑等。

机械制造装备设计的类型

创新设计：新的理念＼新的技术原理，全新的产品。特点:设计周期长＼工作量大＼投入高

变形设计：适应型设计＼变参数型设计。特点: 工作原理＼总体结构保持不变遵循系列化设计的原理

组合设计：模块化设计。对各种功能模块的组合，构成不同类型＼不同功能的产品

机械制造装备设计：绝大多数属于：变形设计＼组合设计。很少部分属于：创新设计，但创新设计是基础

机械装备设计的典型步骤：

(明确设计任务)1.需求分析2.调查研究包括市场、技术、社会调研3.预测4.可

行性分析 (功能原理的设计)1.对设计任务的抽象2.建立功能结构3.寻求原理解

与求解方法4.初步设计方案的形成5.对初步设计方案的评价与删选 (设计方案

具体化)1.确定结构原理方案2.总体设计3.结构设计 1.零件图设计2.完善装备图3.商品化设计4.编制技术文档

三章

机床设计步骤：主要参数-总体方案-（运动设计-动力设计-结构设计）-综合评价

机床的运动学原理：机床运动学是研究、分析、实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置

任何一个表面都可以看成是母线沿着导线运动的轨迹

）轨迹法（描述法）：刀具与工件相对运动;2）成型法（仿形法）：刀具和工件不需要相对运动;3）相切法（旋切法）切线组成的包络面;4）展成法（滚切法）刀具与工件需要一个复合的相对运动

机床的表面成形运动（成形运动）

各种类型的机床，进行切削加工必须使刀具和工件完成一系列的运动

机床在加工过程中，完成的各种运动，按其功能可分为两类：1、（表面）成形运动-用来形成被加工表面的运动2、非成形运动（辅助运动）-机床上除表面成形运动以外的所有运动

根据切削过程中，所起的作用不同，（表面）成形运动又可分为：1主运动 － 是切下切屑最基本的运动；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）

非成形运动的种类很多，如1.分度运动2.切入运动3.快进、快退、回程、转位 等空行程运动

4.起动、停止、变速、变向、夹紧、松开等操纵运动

机床的表面成形运动，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 一个复合的成形运动 （例：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

机床运动功能方案设计

两种表达形式： 机床运动功能图 机床运动功能式

几何精度 （机床不运动或低速运动）、运动精度（机床空载运动时，执行部件的几何精度）、传动精度（运动的协调性和均匀性）、定位精度（定位部件运动到规定位置的精度）、 重复定位精度（重复定位时,位置的一致程度）、工作精度（用试件的加工精度表示）、精度保持性（在规定的工作时间,保持所要求的精度）。

机床主要参数的设计

机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。

择各级转速产生的m ax A 相同，即C j n A =+-=)1(/)n(j 1max ，ϕ）（）j n 1(=+j n

标准公比和标准数列:准公比：七个 1.06(1) 1.12(2) 1.26(4) 1.41(6) 1.58(8) 1.78(10) 2(12)

>1，为限制转速损失的最大值m ax A 不大于

50%，则公比<2。 小 使用性能 ↑生产率损失 ↓转速级数z ↑机床结构复杂

↑

大 使用性能 ↓生产率损失 ↑转速级数z ↓机床结构复杂↓

损失不会引起加工周期过多延长，为了机床变速箱结构不过于复杂，一般 1.26或1.41。

1.12 或1.26。

为简化结构，φ一般1.58

或1.78 甚至2。

1、 满足机床使用性能要求

2、 满足机床传递动力要求

3、 满足机床工作性能的要求

4、 满足产品设计经济性的要求

5、 维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配。

主变速传动系设计计算

电机轴~主轴 传动副齿数比写一次即可

要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级比指数为1

X0

“连续”而“不重复” “各变速组的传动比”应该满足：

1.每一变速组中各“传动副的传动比”应是一

“等比数列”（分叉均匀）

2.基本组、扩大组满足关系：001p x x = 112p x x =223

p x x =

相一致的原则（ “前密后疏”传动件的尺寸小 ）（３）变速组的降速要“前慢后快”，中间轴的转速不宜超过电动机的转速，以减小传动件的尺寸

关键是选取合理的齿数和。

中心距取决于传递的转矩。同变速组的各齿轮的模数一般相同（方便设计与制造），所以同变速组的各对传动副的齿数和相等。为简化工艺，各变速组的齿数模数最好一样，最多2~3种。为顺利安装，最小齿数选18~20. 变速组齿轮齿数的确定原则：

1可能的条件下、齿轮的齿数应该尽量小些，尺寸小，可减少材料和线速度，从而减少震动、噪声、发热２、齿轮的最小齿数应保证，不根切Zmin=17少根切或变位Zmin=14３、保证三联滑移齿轮能顺利滑移，最大和次大齿轮之间的齿数差应 大于或等于４

齿轮齿数确定后，还应验算转速误差：

例：IV

轴最低转速为300，传递到主轴转速为100和150,100比主轴计算转速高，需传递全部功率，故300为计算转速。

变速箱内各传动轴的空间布置：各传动轴是空间布置（卧式车床主轴箱横截面图22，展开图23推力轴承位置配置形式）；各传动轴在一个铅直平面内（卧式铣床变速箱图24）；

有啮合关系的轴的位置；确定电动机轴位置或运动输入轴（轴I ）位置；最后确定其他传动轴的位置。用三角形布置，轴线重合布置，以减小径向尺寸。

)%1(10/)'(-±≤-ϕn n n