机床的总体设计课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机床的总体设计,创造性的劳动,机床,-,机械制造业的基础装备,传统设计要求之外，柔性，系统有机结合,类比,-,分析计算；,静力分析,-,静态、动态及热变性热应力,定性,-,定量,数控技术和,CAD,技术的发展，提供了新的条件和支撑。,机床的总体设计 创造性的劳动类比-分析计算；,1,机床设计基本要求,一、性能要求,工艺范围：,（机床的加工功能）,适应不同生产要求的能力,可完成的工序种类,加工零件的类型,材料和尺寸范围,毛坯的种类等,专用机床：工艺范围较窄，功能少,数控机床：工艺范围宽，功能强,通用机床：工艺范围较宽，功能较强,机床功能的增加,-,结构复杂程度增加、制造难度、周期及成本增加,机床功能选择的依据,-,批量,技术经济指标,机床设计基本要求一、性能要求工艺范围：（机床的加工功能）适,2,柔性：适应加工对象变化的能力,空间上：功能柔性，多品种小批量的加工,时间上：结构柔性，重新组合，改变其功能,与物流系统的可亲性,物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度,普通机床：人，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。,自动化柔性制造系统，自动，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便,柔性：适应加工对象变化的能力,3,精度,:,被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。,三级：普通精度级、精密级和高精度级,空载条件下的精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等,运动精度,刚度,静态刚度,动态刚度,热态刚度,机床的总体设计课件,4,表面粗糙度,工件、刀具的材料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振动有关,抗振性：受迫振动和自激振动,噪声,生产率和自动化,单位时间内机床所能加工的工件数量,效率,-,成本,自动化程度,-,生产率,-,加工精度的稳定性,FMS FA,成本,成本概念贯穿在产品的整个生命周期,表面粗糙度,5,生产周期,可靠性,机床寿命,造型与色彩,生产周期,6,二、经济效益,成本,加工效率和可靠性,三人机关系,操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操纵错误和故障,防止污染,二、经济效益,7,机床设计方法,计算机技术和分析技术,cad,CAE:,传统经验设计，定性设计,-,定量设计；静态和线性分析,-,动态和非线性分析；可行性设计,-,最佳设计,数控技术：机床的传动与结构发生了重大变化,FMS,的发展,机床的设计方法是根据其设计类型而定,通用机床采用系列化设计方法,组合机床：组合设计类型,创新设计类型：,分析式设计：类比分析、推理方法产生方案,创成式设计：创成解析的方法,机床设计方法计算机技术和分析技术创新设计类型：,8,经验设计阶段,主要任务是解决加工与强度问题,经验（或类比）设计方法，经验数据为基础经验公式技术标准为手段,产品结构安全系数偏大,无法保证机床的良好性能,经验设计阶段,9,试验设计阶段,科技发展及工艺水平的提高,机床试验研究：实物测试或模型试验,试验设计方法：试验研究进行定性分析及定量比较，方案选择零部件的合理结构尺寸确定,明显提高机床性能，局部调整,试验设计阶段,10,计算机辅助设计,实际问题简化为模型，计算机进行分析、计算并选定最佳方案,结果的准确性,计算机辅助设计,11,现代设计方法特点,设计对象系统化,设计内容完善化：使机床产品实用经济及美观舒适,设计目标最优化：多目标整体优化,设计问题模型化,模型是对设计问题的高度概括和抽象,意义：工程问题与数学理论紧密结合,现代设计方法特点设计对象系统化,12,设计过程动态化,动态性能,动力学模型，动态分析，参数修改,设计手段计算机化,初步设计阶段：方案分析、选择、评价和决策,技术设计阶段：结构和参数确定，运动、动力或其他特性分析，材料选择、成本计算，参数优化,工程图设计阶段,设计过程动态化,13,机床设计步骤,总体设计,主要技术指标设计,后续设计的前提和依据,用途：机床的工艺范围,生产率：加工对象的种类、批量、及所要求的生产率,性能指标：精度、刚度、热变形、噪声等,主要参数：加工空间和主参数,驱动方式：直接影响传动方式的确定,成本及生产周期,机床设计步骤总体设计,14,总体方案设计,运动功能设计：绘制机床的运动功能图,基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力学参数设计,传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系统图,总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结构形式及总体结构方案图设计,控制系统设计：控制方式及控制原理、控制系统图,总体方案综合评价与选择,总体方案地设计修改或优化,总体方案设计,15,详细设计,技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化,施工设计：零件图设计、商品化设计、编制技术文档,机床整机综合评价,整机性能分析和综合评价,详细设计,16,金属切削机床设计的基本理论,精度,普通精度级、精密级、高精度级,设计阶段主要从机床的精度分配、元件及材料选择等方面来提高机床精度,几何精度,空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度,基本指标,允差：,1,：,0.4,：,0.25,导轨直线度、主轴径向跳动及轴向串动、主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度等,金属切削机床设计的基本理论精度允差：1：0.4：0.25导,17,运动精度,机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何位置精度,高速高精度机床的一个重要指标,影响因素,传动精度,传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性,影响因素：传动系统设计、元件的制造和装配,回转精度,运动精度回转精度,18,定位精度,定位部件运动到达规定位置的精度,工件的尺寸精度和形位精度,影响因素：构件、进给控制系统的精度、刚度及动态特性，测量系统的精度,工作精度,加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度,综合影响,精度保持性,规定的工作期间内，保持机床所要求的精度,影响因素：磨损,定位精度,19,刚度,定义：,K=F/,y,载荷：,静载荷静刚度,动载荷动刚度：抗振性,整机刚度,多构件构成,构件及结合部变形直接或间接引起刀具和工件之间相对位移,刚度的合理分配或优化,刚度定义：K=F/y,20,抗振性,机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力,抵抗受迫振动,振源：内部动平衡,外部,共振,自激振动切削稳定性,刀具工件之间的一种相对振动,切削过程中,抗振性机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力共振自激振动切,21,振动影响因素,振动不利影响,机床的刚度,阻尼特性：特别是结合部阻尼,固有频率：设计期间分析计算各阶阻尼,振动影响因素,22,热变形,热源,影响：破坏机床的原始几何精度、加快磨损甚至影响正常运转,热平衡,温度场,措施：热源位置、散热、减小温差、热变形转向、预热、温度控制、补偿、隔热等,热变形热源,23,噪声,源泉：振动,度量指标：声压和声压级、声功率和声功率级、声强和声强级；响度、声级,来源：,机械噪声,液压噪声,电磁噪声,空气动力,噪声源泉：振动,24,低速运动平稳性,爬行现象和机理,影响工件的加工精度和表面粗糙度,摩擦自激振动：摩擦面上摩擦系数变化和传动机构的刚度不足,力学模型,措施,减小静、动摩擦系数之差,提供传动机构的刚度,提高阻尼比,降低移动件的质量,低速运动平稳性爬行现象和机理,25,第三节 系列化、通用化、标准化,机床系列化,将同一品种或同一型式机床产品的规格按最佳数列科学排列，以最少的品种满足最广泛的需要,内容：,制订机床参数标准,-,主参数系列,编制机床系列型谱,-,确定某类机床的系列品种、用途性能及其结构特征、基型系列型谱参数等,系列设计,第三节 系列化、通用化、标准化机床系列化,26,机床产品系列设计,编制整个系列的技术任务书，进行系列内阁产品的设计、样机试制及图纸定型等工作。,系列产品统筹考虑,有利于机床的生产、使用、维修、配套及管理等,机床产品系列设计,27,零部件通用化,互换性基础上尽可能扩大同一零、部件的使用范围,缩短机床设计与制造周期；,扩大生产批量；,减少工艺装备；,降低成本；,保证质量及便于管理,零部件通用化,28,通用化程度：,通用化系数=,产品零部件：专用件、通用件、标准件及外购件,一般不应低于70%,通用化程度：,29,零部件标准化,一般不应低于,45%,模块化设计,将机床同一功能的单元，设计成具有不同用途和性能互换选用的模块。,模块：一组具有同一功能和结合要素，而有不同用途（或性能）和不同结构且能互换的各个单元,零部件标准化,30,第四节 机床总体布局,主要内容,确定机床型式、机床的主要零部件及其相对位置关系，使机床具有一个协调完美的造型,注意问题：,工件特征：以车床为例,机床性能：传动精度；机床刚度；振动；热,生产批量：车削盘类：卧式车床、转塔、多刀半自动、立式多轴半自动,第四节 机床总体布局主要内容,31,基本型式,传统布局：卧式、立式、单臂式和龙门式,卧式：重心低，占地面积较大,立式：占地面积较小,单臂式：方便地更换点位进行加工，刚度差,龙门式：箱体平面加工。刚度、精度高,数控机床,基本型式,32,机床的运动及其分配对布局的影响,坯料的形式,尺寸比例,占地面积的大小和工件的重量,机床性能对布局的影响,操作、观察与调整对布局的影响,机床的运动及其分配对布局的影响,33,第五节 机床主要参数确定,尺寸参数,主参数：代表机床规格大小,卧车：工件的最大回转直径,齿轮：最大工件直径,外圆磨床：最大磨削直径,龙门刨：工作台工作面宽度,卧式铣镗床：主轴直径,立式钻床和搖臂钻床：最大钻孔直径,牛头刨床：最大刨削长度,第五节 机床主要参数确定尺寸参数,34,第二主参数,车床：工件的最大长度,齿轮：最大工件直径,外圆磨床：最大磨削直径,龙门刨卧式铣镗床：主轴直径,第二主参数,35,运动参数,主运动参数,回转主运动的机床：主轴转速,n=1000v/,d,直线运动的机床：每分钟的往复次数,变速范围,最低、最高转速：合理选择,变速范围：,对于卧式车床：,运动参数主运动参数,36,分级变速时的主轴转速数列,处于两级转速之间,相对转速损失：,最大相对损失率,使,为一定值,分级变速时的主轴转速数列,37,进给运动参数,往复,数控、重型机床：无级调整,普通机床：分级，通常也取等比数列；往复主运动机床等差数列；自动半自动机床；卧式车床分段等差,进给运动参数,38,标准公比和标准数列,机床转速递增，使最大相对转速损失率不超过,标准公比：,1.06,1.12,1.26,1.41,1.58,2,公比的选用,使用性能公比小级数多结构复杂,普通机床：减少相对转速损失,小型机床：简化构造,自动机床,标准公比和标准数列,39,机床的总体设计课件,40,机床的总体设计课件,41,机床的总体设计课件,42,机床的总体设计课件,43,机床的总体设计课件,44,3.,空行程功率的确定,参考同类型机床，辅以计算，试验验证,须考虑惯性力,克服惯性的转矩,克服惯性功率,升降运动：水平运动：,3.空行程功率的确定,45,