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。
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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
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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。
如:机床应操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操作错误和故障。
机床设计师应十分重视人机关系问题，它已发展成为一门重要的科学分支——人机学或称 宜人学()。
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1.4.2 运动参数
运动参数 指机床执行件(如主轴、工作台、刀架)运动的速度。 主运动为旋转运动时，机床的主运动参数是主轴转速()
转速与切削速度的关系
n 1000 d
主运动为往复直线运动时，主运动参数是刀具或工件的每分钟往复次数(次／)，如刨床、插床等。
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1.3.1 分配机床的运动
应掌握4个原则： 1、将运动分配给质量小的零件。
运动件质量小，惯性小，需要的驱动力就小，传动体积小；一般来说制造成本就低。
如：万能升降台铣床、龙门铣床、大型镗铣中心 2、运动分配应有利于提高工件的加工精度
运动部件不同，加工精度不同。
标准，使用说明书等有关技术文件。
1.2.4 样机试制和鉴定
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1.2.1 总体设计 1、掌握机床的设计依据
研究市场和用户对所设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括技术信息、预测、试验 研究成果、发展趋向、新技术应用以及相应的结构图样资料等。
2．工艺分析 将获得的资料进行工艺分析，拟定出几个加工方案，进行经济效果预测对比，从中找出性能优
4.掌握专用刀具的设计方法，并且具有一定的设计成形车刀、拉刀和和其它刀具的能力和 分析生产中与刀具有关的技术问题的能力，
5.掌握工件的装夹、专用夹具的设计方法，并且具有一定的设计钻床夹具、车床夹具、镗 床夹具以及其它机床夹具的能力和分析生产中与夹具有关的技术问题的能力，从而提高学生的综合 水平。
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拉床的主参数是额定拉力等。 专用机床的主参数，以与通用机床相对应的主参数表示。
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1.4.1 尺寸参数
第二主参数是主参数的补充。 第二主参数是为了更完整地表示机床的工作能力和加工范围，在主参数后面标出另一参数值、 称为第二主参数。 如最大工件长度、最大跨度和最大加工模数等 如车床的第二主参数是最大工件长度； 铣床和龙门刨床是工作台工作面长度； 摇臂钻床是最大跨距等。
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1.3.5 造型设计 机床的造型必须与功能相适应，功能决定造型，造型表现功能。
机床造型总的原则：经济实用，美观大方。 外观造型应使机床整体统一，均衡稳定，比例协调。 部件的形体目前流行小圆角过渡的棱柱体造型。 长宽（或高）的比例要适当，常用的比值黄金分割比率、均方根比率、整数比率、
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2 课程教学的基本要求
1.了解机械制造装备设计研究的对象和任务、机械制造装备设计的基本要求及设计机械制 造装备的方法和步骤。
2.理解总体方案设计的依据、工艺分析、机械制造装备总体布局、机械制造装备主要技术 参数的确定。
3.掌握金属切削机床设计的基本理论和知识，初步掌握主传动设计、了解进给传动设计。 理解机床主要部件的设计，了解组合机床设计。
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0 绪论
1 本课程的性质、目的及任务
《机械制造装备设计》是机械设计制造及其自动化专业（机制方向）的一门重要的、涉及 面宽、实践性很强的专业课程。
课程教学的目的和任务是通过各教学环节使学生初步掌握机械制造装备设计的分析和计算 方法，具有进行机械制造装备结构设计的基础知识和能力。
学生在系统学完本课程后可以初步具备进行机械制造装备设计的能力。
对于通用机床，必须确定主轴的变速范围，最高与最低转速，无级或有级变速。 对于专用机床，根据特定工序实际使用的切削速度和工件(或刀具)的直径确定主轴转速。
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1.4.2 运动参数
1、最低转速和最高转速的确定
nmi n1d 0mm 0 ax i； n 0nma x10 dmm 0ina0x R n
机床传动的形式有：机械传动、液压传动等。
机床进给运动的传动多采用：机械传动或液压无级传动。
2、机床形式
指主运动执行件的状态。
如：卧式机床的主轴或运动方向是水平的。
3、支承形式
指支承件的形状。
卧式支承，H<L；立式支承 H>L。 如：车床6140为卧式；铣床X6132A为立式。
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n max n min
切削速度与刀具材料、工件材料有关。
选择和时，是根据机床上几种典型加工情况来考虑的。
车床硬质合金刀具半精车钢件时的速度
车床高速钢刀具车螺纹时的速度
、时经常加工工件直径d值的较小值、较大值。
（变速范围）
例如，φ400的中型车床用硬质合金车刀半精车钢料时合理的最高切削速度取 200m／，这时加工 轴类工件最小直径取50(主要考虑工件变形)。 精加工丝杠螺纹的合理切削速度，一般取1.5m／， 加工丝杠最大直径取400。
如：钻床与深孔钻床 3、运动分配应有利于提高运动部件刚度
运动应分配给刚度高的部件。 如：小型外圆磨床，大型外圆磨床
4、运动分配应视工件形状而定
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1.3.2 选择传动形式和支承型式
1、机床的传动形式 机床的主传动按驱动电动机类型分为：交流电动机驱动、直流电动机驱动。 交流电动机驱动：单速电动机、双速及变频调速
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第1章 金属切削机床的总体设计 机床的总体设计是机床设计的关键环节，对机床的技术性能和经济指标起着决定性作用。
机床的基本要求 机床设计的步骤 机床的总布局 机床主要技术参数的确定
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1.1 机床的基本要求
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1.1.1 机床应具有的性能指标
2、加工精度
是指被加工零件表面的形状、相互位置和尺寸的准确度，表面的粗糙度。主要的影
响因素是机床的精度和刚度。
机床 的精
度
几何精度 传动精度 运动精度
决定于机床主要部件的几何形状和相互位置。
机床工作部件和零件运动的均匀性与协调性，对内联传动链 有重要意义。
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1.1.1 机床应具有的性能指标
4、 可靠性
指机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力。
包括两方面：
（1）机床在规定时间内发生失效的难易程度； （2）可修复机床失效后在规定时间内修复的难易程度。
衡量机床可靠性指标：平均无故障工作时间、有效度。
如： 3263B转塔数控机床平均无故障工作时间为20小时，有效度0.95； 6140车床平均无故障工作时间为5000小时，有效度0.95 ，大修周期为10年： M1040无心磨床平均无故障工作时间为120小时，有效度0.99；
3、操作手柄应集中设置在操作者正常活动范围内 操作者站立不动，手臂正常活动范围1200
4、仪表盘、信号灯、指示灯等应在操作者正常视距内 最佳视距560
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1.3.4 提高机床加工精度的措施
1、提高抗振性能 抗振性：指机床工作部件在交变载荷下抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动和自激振动的能
1.1.1 机床应具有的性能指标
1、工艺范围
机床适应不同生产要求的能力。
包括：可加工零件的类型、材料和尺寸范围；机床可以完成的工序种类；
不同的生产模式对机床的工艺范围的要求不同。
单件或小批量生产的通用机床，工艺范围广。 数控机床的工艺范围比传统的通用机床更宽大。 加工中心不但工艺范围宽，而且调整方便，加工精度又高，适用于小批生产自动化。 专用机床和专门化机床多应用于大量和大批量生产。 例如，组合机床，因其是为某一特定的工艺要求服务的，为了提高生产率，采用工序分散方法， 一台机床只负担几道甚至一道工序的加工。因此，合理地缩小机床工艺范围以简化机床结构、提高效 率，保证质量、降低成本，是设计这一类机床的基本原则。
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3 教材和教学参考书
教材： 李庆余，孟广耀.机械制造装备设计（第2版）. 机械工业出版社.2009.3 参考书： 戴曙.金属切削机床[M].北京：机械工业出版社.2005 王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1988 韩秋实.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005
为了缩短切削加工时间可以采用先进刀具，提高切削速度、进给速度、加大背吃刀量等方法。
为了提高生产率还要注意缩短辅助时间，例如，空行程采用快速移动，采用不停单件小批量生产自动化
自动化单机（组合机床、数控机床）组成生产流水线。 采用柔性制造系统，工厂自动化。
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工艺分析和工件的形状、尺寸和重量，在很大程度上左右着机床的布局型式。 工艺要求决定了机床所需的运动。每个运动均由相应的执行部件来完成，通过传动解决各 部件间的相对运动关系。 机床的布局受多方因素的影响，例如机床的性能、操作、观察与调整，数控机床的控制、 排屑和防护，加工中心的刀库与机械手都对机床的布局产生一定的影响。 机床总布局的设计是带有全局性的一个重要问题，它对机床的部件设计、制造和使用都有 较大影响。
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1.3.3 安排操作部位
1、机床各部件相对位置的安排
（1）操作者与工件有适当的相对位置。 （2）操作者与操作手柄等控制元件有适当位置； （3）操作件之间有合理的距离； （4）按钮的颜色应根据功能进行合理区分。
2、工件的安装高度应充分考虑人体的高度
卧式机床，主轴高度900～1200； 立式大型机床，工作台面高度700左右； 中小型立式支承的机床， 工件安装高度950～1050.
机床在以工作速度运转时主要零部件的几何位置精度。
定位精度
机床主要部件在运动终点所达到实际位置的精度；
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1.1.1 机床应具有的性能指标
3、生产率和自动化
生产率：机床在单位时间内加工合格工件的数量。
要提高机床的生产率，应缩短工作时间，其中包括切削加工时间、辅助时间以及准备和结束 时间。
良、经济实用的工艺方案。
3、总体布局 按照确定的工艺方案，进行机床总体布局。
4、确定主要技术参数 尺寸参数、运动参数和动力参数。
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1.3 机床的总体布局
机床总布局的任务，是解决机床各部件间的相对运动和相对位置的关系，并使机床具有一 个协调完美的造型。