第三章 金属切削机床设计第八次课(1)

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 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/