工艺装备《机械制造装备设计》

机械制造装备设计

第一章、机械制造及装备设计方法

第一节、概述

机械制造装备的发展趋势

1、向高效、高速、高精度方向发展

2、多功能复合化、柔性自动化

3、绿色制造与可持续发展

4、智能制造技术与智能化装备

第二节机械制造装备应具备的主要功能

机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求：

1、一般的功能要求

2、柔性化

3、精密化

4、自动化

一般的功能要求包括

（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

第三节机械制造装备的分类

机械制造装备的分类

1、加工装备（机床或工作母机）

2、工艺装备

3、储运装备

4、辅助装备

加工装备包括：金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、冲压机床、注塑机、焊接设备、铸造设备等。

金属切削机床可按如下特征进行分类：

1、按机床的加工原理分为：车床、钻床、镗床、纹加工机床、铣床、刨(插)床、

拉床、切断机床和其它机床等。

2、按机床的使用范围分为：

通用机床：通用的金属切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面

专用机床：用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床

专门化机床：用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工

3、机床按其通用特征可分为高精度精密、自动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻型、万能和简式机床等

第四节机械制造装备设计的类型

机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类

变型设计和模块化设计（概念）

第五节机械制造装备设计的方法

机械制造装备设计的典型步骤

(一)产品规划阶段(二)方案设计阶段

(三)技术设计阶段(四)施工设计阶段

第六节机械制造装备设计的评价

(一)技术经济评价(二)可靠性评价（三）人机工程评价

(四)结构工艺性评价(五)产品造型评价（六）标准化评价

第二章金属切削机床设计

第一节概述

机床设计应满足的基本要求（了解）

（1）工艺范围（2）柔性（3）与物流系统的可亲性（4）刚度（5）精度（6）噪声

（7）成产率和自动化（8）成本（9）生产周期（10）可靠性（11）造型与色彩

机床设计步骤

1、确定结构原理方案

2、总体设计

3、结构设计

4、工艺设计

5、机床整机综合评价

6、定型设计

第二节金属切削机床设计的基本理论

机床的运动学原理

金属切削机床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。

工件表面的形成方法与机床运动

几个概念：从几何学表面观点来看，机器零件上每个表面都可以看作是一条线（母线），沿着另一条线（导线）运动的轨迹。

母线和导线统称为形成表面的发生线。在切削加工的过程中，这两条发生线是通过刀具的切削刃与毛坯的相对运动把零件的表面切削成要求的形状。

可逆表面：形成平面、直线成形表面和圆柱面的两条发生线——母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质。

不可逆表面：形成不可逆表面的母线和导线是不可互换的。圆锥面、球面、圆环面和螺旋面等，都属于不可逆表面。

发生线的形成方法

1）轨迹法（描述法）2）成型法（仿形法）

3）相切法（旋切法）4）展成法（滚切法）

机床的运动分类

按运动的功能分：成形运动和非成形运动

按运动的性质分：直线运动和回转运动

按运动之间的关系分类：独立运动和复合运动

机床的成形运动的分类：主运动和形状创成运动

机床运动功能的描述方法

1、机床运动功能式

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；工件、运动和刀具之间用“/”分开，下标p表示主运动，下标f表示进给运动，下标a表示分成形运动

2、机床运动原理图

运动原理图是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，除了描述机床的运动轴个数、形式及排列顺序外，还表示了机床两个末端执行器和各个运动轴的空间方位，是认识、分析、设计机床传动系统的依据。

精度

min max min 1000v n d π=1、几何精度 2、运动精度 3、传动精度

4、定位精度和重复定位精度

5、工作精度

6、精度保持性 低速运动平稳性

概念及表现形式：机床上有些运动部件，需要低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。

产生原因：爬行是个很复杂的现象，它是因摩擦产生的自激振动现象，产生这一现象主要原因是摩擦面上的摩擦系数随速度的增大而减小和传动系的刚度不足。

解决方案：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。

第三节 金属切削机床总体设计

金属切削机床总体设计内容包括

1、机床系列型谱的制定

2、机床运动功能设置

3、机床总体结构方案设计

4、机床主要参数的设计

在机床主要参数的设计阶段若干概念

机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数

主参数

基本参数

主运动为回转运动的机床,主运动参数是主轴转速n （r/min ）。转速与切削速度v 的关系为： d ——工件或刀具直径（mm ） 主运动的速度范

围：

Rn ： 变速范围几个重要参数的选择：

v max 和 v min

切削速度与刀具材料、工件材料、进给量和切削深度有关。

选择v max 和v min ，是根据机床上几种典型加工情况来考虑的。

例如，车床最高切削速度是在用硬质合金刀具半精车钢件时，作为选择v max 典型加

d

v n π1000=

max min max 1000v n d π=max min n n R n =