第三章 金属切削机床设计第八次课(1)

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1、第一节 概述第二节 金属切削机床设计q 1.工艺范围q 2.生产率和自动化程度q 3.精度和刚度q 4.可靠性q 5.机床的成本和生产周期q 6.与物流系统的可亲性q 7.柔性 q 8.环境保护第一节第一节 概述概述指机床适应不同生产要求的能力。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、加工精度和表面粗燥度。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

2、地缩小工艺范围。机床的生产率是指在单位时间内机床加工合格产品的数量。使用高效率机床可以降低生产成本、提高机床的自动化程度、减轻工人的劳动强度、稳定加工精度。实现机床自动化加工所采用的方法与生产批量有关。数控机床是实现机床自动化加工的一个重要发展方向。机床的精度分为机床本身的精度和加工精度。为了保证机床的加工精度，要求机床具有一定的空载条件下的静态精度和动态精度。加工精度是指被加工零件在形状、尺寸和相互位置方面所能达到的准确程度。机床的刚度是指机床系统抵抗变形的能力。包括：静态刚度、动态刚度、热态刚度。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

3、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。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。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、

4、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。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。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

5、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。q 传统方法：理论分析、计算和试验研究相结合的设计方法。q 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。q 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。v 调查研究：市场对机床的需求情况；国内外同类型机床的先进技术、发展趋势和有关的科技动向等。v 主要技术指

6、标设计v 总体方案设计：包括运动功能、基本参数、机床总体布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济综合分析等。v 技术详细设计：绘制机床总图、部件装配图、液压与电气装配图，并进行运动计算和动力计算，然后进行零件图设计和编写各种技术文件。v 整机综合评价。一、机床的运动学原理（一）机床的工作原理l机械零件的内外表面轮廓的由几种基本的表面元素构成。l这些表面元素是圆柱面、平面、圆锥面、螺旋面及各 种成形表面，它们是属于“线性表面” l任何一个表面都可以看作母线和导线运动形成。 一、机床的运动学原理（二）工作表面的形成方法机床上形成发生线的方法和需要的运动也不同，归纳

7、起来有以下四种：（二）工作表面的形成方法表面成形运动是机床上最基本的运动，保证得到工件要求的表面形状的运动。是机床上的刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。简单和复杂成型运动或主运动和进给运动。一、机床的运动学原理（三）运动分类用以实现使工件表面逐步达到所需尺寸的运动。使表面成形运动得以周期地连续进行的运动称为分度运动。分度运动可以是回转的分度，也可以是间歇分度。分度运动可以是手动、机动和自动的。为切削加工创造条件的运动。辅助运动虽然不直接参与表面成形过程，但对机床整个加工过程却是不可缺少的，同时还对机床的生产率、加工精度和表面质量有较大的影响。：操纵及控制运动包括起动，停止，变速，换向

8、，部件与工件的夹紧、松开、转位以及自动换刀，自动测量，自动补偿等运动。在精密机床上，为了消除传动误差的运动。如精密螺纹车床或螺纹磨床中的螺距校正运动。（三）运动分类 是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是装夹刀具或工件，直接带动它们完成一定形式的运动(旋转或直线运动)，并保证其运动轨迹的准确性。 是为执行件提供运动和动力的装置，如交流异步电动机、直流或交流调速电动机和伺服电动机等。可以几个运动共用一个运动源，也可以每个运动有单独的运动源。 是传递运动和动力的装置，通过它把执行件和运动源或有关的执行件之间联系起来，使执行件获得一定速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的

9、相对运动关系。机床的传动装置有机械、液压、电气、气压等多种形式。传动装置还有完成变换运动的性质、方向、速度的作用。一、机床的运动学原理（四）机床传动的组成构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。是联系运动源(如电动机)和机床执行件(如主轴、刀架、工作台等)之间的传动链，使执行件得到运动，不要求运动有严格的传动比关系。把实现复合的成形运动的执行件与执行件联系起来，并使其保持确定的运动关系。必须保证复合运动的两个单元运动严格的运动关系，传动链中不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构。（四）机床传动的组成 一、机床的运动学原理（五）机床运动功能的描述方法W/Cf Ya Zf Ba

10、 Cp/TW工件工件 T 工具（刀具）工具（刀具）f进给运动进给运动 a辅助运动辅助运动 p主运动主运动（五）机床运动功能的描述方法运动功能式表示机床运动的个数、形式、功能及排列顺序。ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T（五）机床运动功能的描述方法运动功能式表示机床运动的个数、形式、功能及排列顺序。ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/TW/Cf Ya ZfBaCp/T.v 传动原理图是用一些简单的符号表示运动源与执行件及执行件与执行件之间的传动联系。它仅表示形成某一表面所需的成形、分度和与表面成形直接关系的运动及其传动联系。v 数控车床的传动原理图基本上与卧式车床相同，所不同的是许多地方用电联系代替机械联系.（五）机床运动功能的描述方法