专机总体设计

第 1章 专 机 总 体 设 计 机 床 适 应 不 同 生 产 要 求 的 能 力 。 包 括 ： 工 序 种 类 被 加 工 零 件 的 类 型 材 料 和 尺 寸 范 围 毛 坯 的 种 类 适 应 的 生 产 规 模 1.工 艺 范 围工 艺 范 围 窄 结 构 简 单 、 自 动 化 程 度 高 。工 艺 范 围 宽 结 构 复 杂 、 自 动 化 程 度 低 。1.1 专 机 的 基 本 要 求 l加 工 精 度 ： 被 加 工 零 件 在 形 状 、 位 置 、 尺 寸 的 准 确 度 以 及 表 面 的 粗 糙 程 度 。2.加 工 精 度l精 度 保 持 性 ： 机 床 保 持 其 原 始 加 工 精 度 的 能 力 。l影 响 因 素 机 床 精 度机 床 刚 度机 床 抗 振 性残 余 应 力 引 起 的 变 形热 变 形磨 损 生 产 率 ： 单 位 时 间 内 机 床 所 能 加 工 出 的 工 件 数 量 。提 高 生 产 率 的 方 法 ： 缩 短 T切 、 T辅 和 T准 /n3.生 产 率 和 自 动 化 程 度T切 T辅 和 T准 /n提 高 切 削 用 量采 用 多 刀 加 工采 用 多 件 加 工采 用 多 工 位 加 工 机 械 化自 动 化快 速 装 夹快 速 换 刀 u自 动 化 程 度 可 用 自 动 化 系 数 表 示 ， 其 公 式 为 ： K 自 =t自 /t循 优 点 自 动 化 程 度缺 点操 作 方 便生 产 率 高人 为 影 响 少质 量 稳 定 控 制 系 统 较 复 杂机 床 构 造 较 复 杂制 造 成 本 高维 修 困 难大 批 量 生 产 专 用 机 床组 合 机 床 (刚 性 )自 动 线单 件 小 批 量 生 产 数 控 机 床 (NC)加 工 中 心 （ MC）柔 性 制 造 单 元 /系 统 (FMC/ FMS ）工 厂 自 动 化 (FA) 机 床 在 规 定 使 用 期 间 内 完 成 规 定 功 能 的 能 力 。4.可 靠 性l无 故 障 性 机 床 在 使 用 过 程 中 不 易 发 生 故 障 。l维 修 性 机 床 发 生 故 障 后 容 易 维 修 。 5. 操 作 方 便 、 工 作 安 全l目 的 ： 为 操 纵 人 员 提 供 高 效 、 安 全 方 便 的 劳 动 条 件 ， 发 挥 人机 最 高 工 作 效 能 。l设 计 时 的 考 虑 因 素 ： 操 纵 控 制 机 构 应 适 应 操 作 者 的 生 理 特 点 ； 安 全 防 护 、 冷 却 、 排 屑 及 照 明 等 。 6. 造 型 美 观 、 减 少 污 染l设 计 时 的 考 虑 因 素 ： 机 床 的 造 型 和 色 彩 ； 避 免 和 减 少 对 环 境 的 污 染 ， 特 别 是 噪 声 污 染 。 1.2 专 机 设 计 的 步 骤 1 调 查 研 究 根 据 市 场 预 测 、 用 户 需 要 和 使 用 要 求 进 行 可 行 性 分 析 ，确 定 专 机 的 设 计 参 数 及 制 约 条 件 ， 最 后 给 出 可 行 性 报 告 及设 计 任 务 书 。 设 计 任 务 书 中 的 内 容 有 专 机 的 用 途 、 主 要 性 能 参 数 、工 作 环 境 、 有 关 特 殊 要 求 、 生 产 批 量 、 预 期 成 本 、 设 计 完成 期 限 以 及 使 用 单 位 的 生 产 条 件 等 。 在 满 足 设 计 任 务 书 中 的 具 体 要 求 的 前 提 下 ， 由 设计 人 员 构 思 出 若 干 种 方 案 并 进 行 分 析 比 较 ， 从 中 优 选出 一 种 功 能 满 足 要 求 、 工 作 性 能 可 靠 、 结 构 设 计 可 行 、成 本 低 廉 的 方 案 。 总 体 方 案 的 内 容 包 括 ： 设 计 的 理 由 或 必 要 性 ； 专机 的 用 途 和 使 用 范 围 、 技 术 性 能 、 轮 廓 尺 寸 和 估 计 重量 ； 所 采 用 的 工 艺 方 案 ； 机 器 的 优 缺 点 和 经 济 分 析 。 2 总 体 方 案 设 计 在 拟 定 总 体 方 案 的 基 础 上 ， 完 成 专 机 的 总 体 设 计 、部 件 设 计 、 零 件 设 计 等 。 设 计 结 果 以 工 作 图 及 计 算 书 的形 式 表 达 出 来 ， 其 工 作 量 最 大 。 按 照 确 定 的 工 艺 方 案 ， 进 行 专 机 总 体 布 局 ， 从 而 确定 专 机 刀 具 和 工 件 的 相 对 运 动 ， 确 定 各 部 件 的 相 互 位 置 ，画 出 专 机 总 联 系 尺 寸 图 ， 它 是 专 机 原 始 总 图 。 最 后 对 有关 图 进 行 工 艺 审 查 、 标 准 化 审 查 等 。3 工 作 图 设 计 输 出结 果 传 动 原 理 图主 要 部 件 的 结 构 草 图液 压 系 统 原 理 图电 气 原 理 图操 纵 控 制 系 统 原 理 图 技 术 设 计 零 件 设 计 及 资 料 编 写 输 出结 果 传 动 系 统 图部 件 装 配 图电 气 系 统 安 装 接 线 图液 压 系 统 装 配 图控 制 操 作 系 统 装 配 图总 装 配 图 输 出结 果 零 件 图修 改 部 件 装 配 图修 改 总 图技 术 文 档 工 作 图 完 成 后 进 行 试 制 ， 然 后 对 样 机 进 行 试 验鉴 定 ， 从 中 了 解 设 计 中 存 在 的 问 题 ， 及 时 总 结 经 验 教训 ， 进 行 必 要 的 改 进 和 提 高 ， 并 为 以 后 设 计 积 累 经 验和 资 料 。 4.试 制 鉴 定 1.3 专 机 的 总 体 方 案 设 计具 体 内 容 有 如 下 4项 ：1.调 查 研 究2.工 艺 分 析3.专 机 的 总 体 4.确 定 主 要 技 术 参 数 主 要 内 容 工 艺 方 法 确 定机 床 运 动 的 确 定夹 具 方 案 的 拟 定加 工 示 意 图 的 绘 制 工 艺 方 法 的 确 定 是 工 艺 分 析 中 关 键 的 环 节 。 不 同的 工 艺 方 法 ， 必 然 会 对 机 床 的 结 构 、 运 动 、 传 动 和 性能 等 产 生 较 大 影 响 。 专 机 的 工 艺 方 法 通 常 借 助 于 方 案 对 比 法 加 以 确 定 。工 艺 分 析 专 机 的 总 体 布 局基 本 要 求 ： 1） 保 证 工 艺 方 法 所 要 求 的 工 件 和 刀 具 的 相 对 位 置 和 相 对 运 动 。 2） 保 证 机 床 具 有 与 所 要 求 的 加 工 精 度 相 适 应 的 刚 度 和 抗 振 性 。 3） 使 用 方 便 ， 便 于 操 作 、 调 整 、 修 理 机 床 ； 便 于 输 送 、 装 卸 工 件 ， 排 除 切 屑 。 4） 经 济 效 果 好 ， 如 节 省 材 料 、 减 少 机 床 占 地 面 积 等 。 5） 造 型 美 观 。 图 1.1所 示 为 加 工 柴 油 机 机 体 的 专 用 铣 床 的 总 体 布 局 图 1.1 加 工 柴 油 机 机 体 的 专 用 铣 床 的 总 体 布 局 1.分 配 机 床 的 运 动2.选 择 传 动 形 式 和 支 承 形 式3.安 排 操 作 部 位4.提 高 动 刚 度 的 措 施5.造 型 设 计专 机 总 体 布 局 设 计 的 一 般 步 骤 ： 1.4 专 机 的 运 动 联 系 形 式 及 选 择1.4.1 运 动 分 类表 面 成 形 运 动 : 主 运 动 进 给 运 动辅 助 运 动运 动 联 系 也 属 于 总 体 布 局 的 内 容 1.4.2 运 动 的 分 配l简 化 机 床 的 传 动 和 结 构 将 运 动 分 配 给 质 量 小 的 零 部 件 ； 运 动 件 质 量 小 惯 性 小 驱 动 力 小 传 动 机 构 体 积 小 成 本 低 。l应 有 利 于 提 高 工 件 的 加 工 精 度 ； 如 ： 深 孔 钻 削 。l 应 有 利 于 提 高 运 动 部 件 的 刚 度 ； 运 动 应 分 配 给 刚 度 高 的 部 件 ， 可 减 少 变 形 。l缩 小 机 床 占 地 面 积 应 视 工 件 的 形 状 而 定 。 铣床的几种布局 1.4.3 传 动 形 式 的 选 择驱 动 电 动 机进 给 运 动 传 动 机 械 传 动液 压 无 级 传 动直 线 电 机交 流 电 动 机直 流 电 动 机 机 械 传 动液 压 无 级 传 动电 主 轴 主 运 动 传 动 支 承 形 式 指 支 承 件 的 形 状 。机 床 形 式 机 床 主 运 动 执 行 件 的 状 态 。卧 式 支 承立 式 支 承单 臂 式 支 承龙 门 式 支 承卧 式立 式1.4.4 支 承 形 式 卧式机床 立式机床 卧 式 支 承 “ ” 立式支承 “ |” 单臂支承 “ ” 龙门式支承 “ ” 1.5 主 要 技 术 参 数 的 确 定机 床 主 要 技 术 参 数 尺 寸 参 数运 动 参 数动 力 参 数 定 义 ： 专 机 是 根 据 特 定 零 件 而 设 计 的 ， 尺 寸 参 数 用 来 表 示 机 床 加 工 范 围 的 大 小 ， 是 特 定 的 。1.5.1 尺 寸 参 数 定 义 ： 机 床 运 动 执 行 件 ， 如 主 轴 、 工 作 台 或 刀 架 的 转 速 或 运 动 速 度 。常 用 运 动 参 数 如 下 ：主 运 动 进 给 运 动 辅 助 运 动 旋 转运 动 主 轴 转 速 (r.p.m) 转 台 或 头 架 进 给 量（ r.p.m）直 线运 动 工 作 台 或 滑 枕 的 双行 程 数 （ 双 行 程 数/ min） 工 作 台 或 刀 架 进 给量（ mm/min） 工 作 台 或 刀 架 的快 移 速 度（ m/min）1.5.2 运 动 参 数 主 运 动 为 旋 转 运 动 的 机 床其 运 动 参 数 是 主 轴 转 速 ， 它 同 切 削 速 度 的 关 系 是 ：式 中 v 切 削 速 度 (m/min)； n 主 轴 转 速 (r.p.m)； d 工 件 或 刀 具 的 直 径 (mm)。dvn 1000 （ 1.1） 当 专 机 是 为 某 一 特 定 工 序 而 设 计 的 ， 主 轴 只 需 一 种 固定 的 转 速 ， 不 必 变 速 。 当 专 机 在 特 定 工 序 上 有 几 种 工 艺 方 法 ， 如 专 机 上 要 求钻 孔 、 攻 螺 纹 等 ， 则 要 求 主 轴 有 多 种 转 速 ， 或 专 机 的 加 工范 围 大 些 ， 则 主 轴 需 要 进 行 分 级 变 速 。 1. nmax和 nmin的 确 定1） 调 查 和 分 析 所 设 计 机 床 可 能 进 行 的 工 序 ；2） 选 择 要 求 最 高 与 最 低 转 速 的 典 型 工 序 ；3） 按 照 典 型 工 序 的 切 削 速 度 和 刀 具 或 工 件 直 径 来 计 算 主 轴 的 nmax、 nmin和 转 速 范 围 Rn。 minmaxmax 1000dvn maxminmin 1000d vn minmaxnnRn 式 中 ， dmax或 dmin并 不 是 指 机 床 上 可 能 加 工 的 最 大 或 最小 直 径 ， 而 是 指 常 用 的 经 济 的 最 大 或 最 小 加 工 直 径 。 2.主 轴 转 速 数 列 主 轴 变 速 共 有 Z级 ， 其 中 n1=nmin， nZ=nmax， 各 级 转 速分 别 为 n1、 n2、 n3、 、 nj、 nj+1、 、 nZ 。 jj nn 1转 速 范 围公 比 minmaxnnRn 如 数 列 中 只 有 一 个 公 比 值 1 ZnR lglg1 nRZ 在 主 运 动 系 统 中 ， 主 轴 转 速 采 用 等 比 级 数 排 列 ；在 进 给 运 动 系 统 中 ， 轴 转 速 采 用 等 差 级 数 排 列 。 1.5.3 动 力 参 数l 动 力 参 数 包 括 电 动 机 的 功 率 、 液 压 缸 的 牵 引 力 等 。l 根 据 动 力 参 数 来 设 计 计 算 各 传 动 件 。 1.6 专 机 功 率 的 确 定定 义 ： 电 动 机 功 率 、 液 压 缸 牵 引 力 、 液 压 马 达 或 步 进 电 机 的 额 定 扭 矩 等 。电 动 机 的 功 率 主 运 动 电 动 机 功 率进 给 运 动 电 动 机 功 率快 速 移 动 电 动 机 功 率 总切主 PP 1.6.1 主 运 动 驱 动 电 动 机 功 率 的 确 定 1. 类 比 法2. 实 侧 法3. 计 算 法粗 略 估 算 可 用 下 列 经 验 公 式 电 动 机 额 定 功 率 为 kPP 主额 1.6.2 进 给 运 动 电 动 机 功 率 的 确 定 进 给 运 动 所 消 耗 的 功 率 很 小 ， 只 有 主 传 动 的 百 分 之 几 。1.进 给 运 动 与 主 传 动 合 用 一 台 电 动 机 ， 可 略 去 不 计 ；2.如 不 合 用 时 ， 应 分 别 计 算 。 当 进 给 运 动 和 快 速 运 动 合 用 一 台 电 动 机 时 ,因 为 快 速 移 动 所 消 耗 的 功 率 进 给 运 动 功 率 ， 所以 电 动 机 功 率 确 定 取 决 于 快 速 移 动 功 率 。