【重庆大学机械装备制造】第三章第一节

1、机械制造装备设计,林利红 副教授 重 庆 大 学,第三章 金属切削机床设计,第一节 概述 金属切削机床是利用刀具与工件的相对运动，从工件上切除多余或预留的金属层，以获得符合规定尺寸、形状、精度和表面粗糙度要求的零件。在金属切削加工过程中，刀具和工件之间需有一定的相对运动和相对位置、合适的运动参数和动力参数，所有这些都是由金属切削机床来实现的。因此，机床是进行金属切削加工所必备的重要设备。,一、金属切削机床加工的生产模式（经历的6个阶段）,1.通用机床加专用工艺装备或专用机床 时间：30年代到50年代，适应成批生产的需要，采用通用机床加专用工艺装备的模式。单品种大批生产中，采用专用机床或组合机床

2、的模式。 缺点：刚性高，加工柔性低，转产困难。更换产品时需要更换大批工艺装备。,2.数显机床（坐标数字显示装置）,50年代末数显机床开始推广应用，可提高加工精度和效率。 例：坐标镗床配备坐标自动数字显示装置。,3.计算机数控机床,60年代到70年代，计算机技术得到了飞速的发展，数控机床取代了机械、液压、电气式的自动化车床。将高效率、高质量和高柔性集于一体。 4.柔性制造系统（FMS） 70年代末，FMS是采用一组数控机床和其他自动化的工艺装备，由计算机信息控制系统和物料（工件及刀具）自动储运系统联接起来的整体。是自由调度管理的机械加工自动生产线，就是FMS能自动地适应加工工件和生产批量的变化。

3、它既是自动化的又是柔性的，特别适合多品种小批量生产。,5.计算机集成制造系统（CIMS）,80年代开始的一种新的生产模式。CIMS是用计算机网络控制的综合计划、设计、加工、检验、装备和辅助功能等综合自动化系统，涉及的范围非常广泛，包括了计划、设计、制造、管理和经营等有关部门的主要工作。将计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM综合为一体，是适合于多品种中小批量生产的高质量、高效益和高柔性的智能生产系统，是产品设计和制造的全盘自动化系统。,6.以LAF为代表的先进的生产模式,90年代开始。,二、金属切削机床型号的编制方法,机床型号就是按一定规律赋予每种机床一个代号，以便于机床的管理和使用。我国

4、机床型号的编制，是采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合而成的，可以简明表达机床的类型、主要规格及有关特征等。 我国1975年开始对机床型号的编制方法作了规定，现行的规定是按照JB183885金属切削机床型号编制方法执行。适合于各类通用、专门化及专用机床，不包括组合机床在内。 本课程主要介绍通用化机床和专门化机床的型号编制。,通用化机床和专门化机床的型号,基本形式由三部分组成。,例如：床身上最大回转直径为400mm的卧式车床的型号为,(1)类代号：用大写汉语拼音字母表示，位于型号之前。,车C 钻Z 镗T 磨M 齿轮加工机床Y 铣床X 拉床L 螺纹加工机床S,（2）组、系代号 用两位阿拉伯数

5、字表示，位于类代号后面。每类机床划分为10组，同一组机床的结构性能和使用范围基本相同。每个组又划分为10个系，同一系机床的基本结构的布局型式相同。 （3）主参数 用主参数折算值1/10或1/100或实际值表示，位于组、系代号之后。,三.机床设计应满足的基本要求,（一）工艺范围 机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围的加工功能。 1.工艺范围定义：机床的加工功能。 2.工艺范围包括：加工方法（车、铣）、零件类型、加工表面形状、尺寸、毛坯种类。,3.各种机床工艺范围,专用机床：工艺范围较窄，相应的功能较少。 通用机床：工艺范围较宽，相应的功能较强，但自动化程度低。 数控机床：工艺范

6、围较宽，相应的功能较强，自动化程度高。 机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度，制造周期和制造成本增加，但会减少工件的装卸次数，减少安装、搬运等辅助时间。,4.工艺范围宽窄的选择依据,主要依据：生产批量 大批大量生产 工序分散 工艺范围窄（专用机床，数控机床） 小批单件 工序集中 工艺范围宽（通用机床，数控机床）,(二) 柔性,随着产品的多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。 1.机床的柔性：指适应加工对象变化的能力，包括空间上和时间上的柔性。 2.空间柔性：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，一台机床

7、具备几台机床的个功能。 3.时间上的柔性也就是结构柔性，是指在不同时期，机床各部件重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新换代快的要求。,(三) 与物流系统的可亲性,1.可亲性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。 2.单机的普通机床：由人工进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理和维护方便。 3.自动化柔性制造系统：机床与物流系统是自动进行交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便。 结论：要求机床结构开放性好，便于物料（刀具、工具、工作台）交换。,(四)刚度,机床的刚度将影响机床的生产率和加工精度。 刚度包括静态刚度、动态刚

8、度、热态刚度。 (五)精度 要保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。 包括空载条件下的精度（几何精度、运动精度、传动精度、定位精度）和工作精度（加工精度）。,(六) 噪声,是一种环境污染，设计和制造过程中要设法降低噪声。 (七) 生产率和自动化 机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产效率越高。 使用效率高的机床，可以降低工件的加工成本。 生产率Q1/（T切T辅T准）,T切：切削时间 T辅：辅助时间 T准：单件加工前准备时间 提高Q的措施： 1.T切大，T辅T准小（如大型机床） 措施：大切削用量，多刀多工

9、位同时加工 2. T切较小，T辅T准较大（如中小型机床） 主要使T切，T辅减少。 措施：是V空增大，自动化、数控化程度增高。,(八)成本,在设计、制造、包装、运输、使用、维护和报废处理的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标。因此在保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。 (九)生产周期 为了快速响应市场需求变化，生产周期是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短生产周期。设计时尽可能采用现代设计方法，如CAD，模块化设计等。,(十) 可靠性,对机械产品而言，主要取决于设计阶段。 机床在规定的使用条件下，在规定的时间内，完成规定的加工功能，无故障运行的概率要高。 (十一) 造型与色彩 机床

10、的造型与色彩，要简洁明快，美观大方，按人机工程学的要求进行设计。,四.机床设计方法,随着科学技术的进步和社会需求的变化，机床的设计理论和技术也在不断地发展。 1.CAD和CAE，由人工绘图向计算机绘图，改变了传统的经验设计方法。 2.数控技术的发展：使机床的传动与结构发生变化。 3.伺服驱动系统可实现机床的单轴运动及多轴运动，省去复杂的机械传动系统设计，使结构及布局发生很大变化。 4.通用机床采用系列化设计方法，系列中基型产品属创新设计类型，其它类型属变型设计类型。,五.机床设计步骤,(一) 总体设计 1.主要技术指标设计 (1)用途：机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。 (2)生产率：包括加工对象的种类、批量及所要求的生产率。 (3)性能指标：加工对象要求的精度或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。 (4)主要参数：确定机床的加工空间和主参数。,(5)驱动方式：电动机驱动和液压驱动。 (6)成本及生产周期,2.总体方案设计,(1)运动功能设计：画出机床的运动功能图。 (2)基本参数设计：运动参数、尺寸参数、动力参数设计。 (3)传动系统设计：包括传动式，传动原理图及传动系统图。