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第十四章總體設計第一節(jié)機床總體設計應滿足的基本要求第二節(jié)機床設計的步驟第三節(jié)系列化 通用化 標準化 和模塊化第四節(jié)機床的總布局 第一節(jié)機床設計應滿足的基本要求 總體原則 質(zhì)量好 效率高 重量輕 體積小 結(jié)構(gòu)簡單 使用方便 基本要求 工藝范圍生產(chǎn)率和自動化程度加工精度和表面粗糙度可靠性機床的效率和壽命系列化 通用化 標準化程度其他 工藝范圍 定義 機床適應不同生產(chǎn)要求的能力 包括 機床可以完成的工序種類 零件的類型 材料和尺寸范圍 生產(chǎn)率和加工零件的單件成本 毛坯的種類 適用的生產(chǎn)規(guī)模 加工精度和表面粗糙度 單件或小批生產(chǎn)的機床 工藝范圍應寬 專用機床和專門化機床 多應用于大批量生產(chǎn) 縮小機床工藝范圍以簡化機床結(jié)構(gòu) 提高效率 保證質(zhì)量 降低成本 生產(chǎn)率和自動化程度 提高生產(chǎn)率 縮短工作時間 包括切削加工時間 輔助時間 縮短切削加工時間 采用先進刀具 提高切削速度 進給速度 加大切削深度等 提高機床的自動化程度 減輕工人勞動強度 保證加工精度及精度的穩(wěn)定性 在小批 單件和形狀復雜的工件的生產(chǎn)中 數(shù)控機床的使用日益增多 其主要特點是有很大的柔性 靈活性大 不需要設計專用的工裝 適應能力強 生產(chǎn)率高 是實現(xiàn)機床自動化的一個重要發(fā)展方向 在大批大量生產(chǎn)中 則常采用自動化單機或自動線的方法來提高自動化程度 加工精度和表面粗糙度 加工精度 被加工零件在形狀 尺寸和相互位置方面所能達到的準確程度 機床的精度包括 幾何精度 決定于機床主要部件的幾何形狀和相互位置 傳動精度 指機床工作部件和零件運動的均勻性與協(xié)調(diào)性 對內(nèi)聯(lián)傳動鏈具有重要的意義 運動精度 指機床在以工作速度運轉(zhuǎn)時主要零部件的幾何位置精度 定位精度 指機床主要部件在運動終點所達到實際位置的精度 表面粗糙度 工件表面粗糙度與下列因素有關 工件和刀具的材料 進給量 刀具的幾何形狀 切削時的振動 剛度 剛度指機床各零部件抵抗彈性變形的能力 機床的熱變形也影響加工精度抗振性 機床抵抗受迫振動的能力 和機床的結(jié)構(gòu)剛度 阻尼特性 主要零部件的固有頻率有關 機床抵抗切削自激振動的能力稱為切削穩(wěn)定性 可靠性 在額定壽命期內(nèi) 在特定工作條件下和規(guī)定時間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率 由于故障會造成加工件中的部分廢品 故可靠性常用廢品率來表示 廢品率低則可靠性好 機床的效率和壽命 效率 消耗于切削的有效功率與電動機輸出功率之比 兩者的差值 損失 主要是摩擦損失 而摩擦損失轉(zhuǎn)化為熱量 引起機床的熱變形 壽命 機床保持它具有加工精度的使用期限 壽命期內(nèi)的正常條件下 機床不喪失設計時所規(guī)定的精度性能 稱精度保持性 確保和提高機床壽命 主要是提高一些關鍵性零件的耐磨性 并使主要傳動件的疲勞壽命和它相適應 中小型機床 壽命約八年 系列化 通用化 標準化程度產(chǎn)品系列化 零部件通用化和標準化簡稱 三化 目的 便于機床設計 使用與維修 其他 人機關系操縱方便 省力 容易掌握噪聲 油霧 粉塵和腐蝕介質(zhì)都是對人體有害的 外形 美觀大方的造型 適宜的色彩 均能使操作者有舒適宜人的感覺 一 有關機床設計的幾點看法 1 機械設計要有創(chuàng)造性2 堅持為用戶服務3 發(fā)展機床零部件專業(yè)廠 第二節(jié) 機床設計的步驟 二 機床設計的步驟 1 研究設計要求 檢索資料 2 擬定方案 工藝分析 對專用機床 應確定工藝方法 擬定夾具方案 繪制加工示意圖 加工工序圖 生產(chǎn)率計算卡 對通用機床則應參照傳統(tǒng)的工藝方法 并考慮新工藝和經(jīng)濟合理地擴大工藝范圍的可能性 確定機床主要技術參數(shù) 傳動系統(tǒng) 液壓及電氣系統(tǒng) 主要部件結(jié)構(gòu)草圖 對試驗結(jié)果及技術經(jīng)濟進行分析 機床總體布局 分配運動 選擇傳動和支承形式 安排操作部位 擬定從布局上改變技術經(jīng)濟指標的措施等 繪制機床聯(lián)系尺寸圖 機床的聯(lián)系尺寸 機床的總布局是通過機床的聯(lián)系尺寸圖體現(xiàn)的 在機床的聯(lián)系尺寸中應包括 機床的外形尺寸 長寬高 各部件的輪廓尺寸 2 各部件間的連接 配合和相關位置的尺寸 3 移動部件的行程 調(diào)整位置的尺寸 4 機床的裝料高度 操縱臺的高度尺寸 5 機床主機與液壓站 電氣柜的間距 三 樣機試制和鑒定 3 技術設計 4 工作圖設計 5 編制技術文件 6 對圖樣進行工藝審查和標準化審查 第三節(jié)系列化 通用化 標準化和模塊化 機床的四化是一項重要的技術經(jīng)濟政策 對發(fā)展機床新品種 提高機床質(zhì)量 縮短新機床試制和生產(chǎn)準備周期保證互換性及協(xié)作配套等都有十分重要的意義 其核心是品種系列化 一 機床的系列化定義 為同一類型的機床安排一個系列型譜 統(tǒng)一規(guī)劃擬訂一系列的各種機床的總體方案 對產(chǎn)品進行系列設計 目的 用最少的規(guī)格和最少型式的機床去滿足國民經(jīng)濟各生產(chǎn)部門的需要 制定了參數(shù)標準 同一主參數(shù)的機床 為了滿足社會的需要 選擇用途廣 形式易變的機床作為基型 以基型為基礎 增加或減少某些另部件的結(jié)構(gòu)而派生出來的機床作為變型 基型 變型即構(gòu)成型譜 主參數(shù)系列 型譜才構(gòu)成系列型譜 在系列型譜的指導下 進行產(chǎn)品設計 產(chǎn)品試制 產(chǎn)品定型 實現(xiàn)品種系列化 并逐步做到 五個統(tǒng)一 型號統(tǒng)一 主要參數(shù)統(tǒng)一 安裝和連接尺寸統(tǒng)一 易損件統(tǒng)一 質(zhì)量檢查標準和試驗方法統(tǒng)一 以利于機床的生產(chǎn) 使用 維修 配套和管理 例搖臂鉆床的主參數(shù) 最大鉆孔直徑 系列為25 40 63 80 100 125mm 搖臂鉆床系列型譜中幾種型式 二 零部件的通用化和標準化 定義 在互換性的基礎上 盡可能地擴大零部件的使用范圍 在行業(yè)內(nèi)部利用較少的幾種結(jié)構(gòu) 去適應較多的產(chǎn)品的需要 目的 以減少企業(yè)生產(chǎn)的零 部件種數(shù) 使制造廠的生產(chǎn)和管理過程簡化 以獲得較高的經(jīng)濟效益 優(yōu)點 減少設計工作量 擴大生產(chǎn)批量 減少工藝裝備 便于管理生產(chǎn)和組織專業(yè)化生產(chǎn) 降低成本 提高技術 保證質(zhì)量 機床的零部件一般可分為 專用件 某一型號的機床所特有的零部件 通用件 本型號機床與其它型號機床間相互通用的零部件 外購件 由專門工廠生產(chǎn)的可以購買到的零部件 標準件 由國家或行業(yè)標準化了的 在各種機床或機器上都可以通用的零部件 要盡量加大通用件和標準件在零件總數(shù)中的比重 通用化系數(shù) 通用件總數(shù) 專 通 例如 通用搖臂鉆床Z3012540 最大鉆孔直徑為125毫米 最大跨距為400毫米 通用件為386件 專用件只有71件 通用化系數(shù)為84 5 標準化系數(shù) 標準件總數(shù) 外購件總數(shù) 零件總數(shù)一般標準化系數(shù) 45 50 三 模塊化 模塊化是通用化的發(fā)展 其設計的核心就是要設計一系列的模塊 在模塊化的初步 是使各個部件獨立 并有幾種方案可供選擇 定義 一組具有同一功能和結(jié)合要素 包括連接部件的形狀 尺寸和連接件之間的配合 而有不同用途 或性能 和不同結(jié)構(gòu)且能互換的各個單元 零件 組件 部件或系統(tǒng) 或是能增加機床功能的單元 優(yōu)點 產(chǎn)品更新快 開發(fā)快 設計和試制周期短 能極大地適應用戶的需要 便于發(fā)展多品種小批量產(chǎn)品成本低 效益好 維修方便 模塊預先經(jīng)過實驗 可確保性能穩(wěn)定可靠 設計時應注意模塊的互換性和適應性 組成產(chǎn)品的各模塊應 協(xié)調(diào)勻稱 尤其應注意與主機的區(qū)別 模塊化的進一步發(fā)展是生產(chǎn)的社會化 各種模塊 稱為 功能部件 或 單元 由專門的工廠制造 作為商品 向社會供應 第四節(jié)機床的總布局 任務 解決機床各部件間的相對運動和相對位置的關系 并使機床具有協(xié)調(diào)完美的造型 定義 選擇機床的形式分配各機床部件之間所需的相對運動的及安排各部件和手柄在整合機床中的相互位置 合理的總體布局應滿足的基本要求 保證工藝方法所需要的工件和刀具的相對位置和相對運動 保證機床具有與所要求的加工精度相適應的剛度和抗震性 便于觀察加工過程 便于操作 調(diào)整和修理機床 便于輸送裝卸工件和排除抗屑 并保證工件安全 經(jīng)濟性好 為節(jié)省材料 減少機床占地面積 一 機床的基本型式 通用機床的總體布局 布局形式是比較成熟的傳統(tǒng)形式 變化不大 如臥式 立式 單臂式和龍門式等 隨著科技的不斷發(fā)展 也在逐步改善 專用機床的總體布局 布局形式靈活多樣 變化較多 參考通用機床的布局有時對專用機床的布局也是有益的 影響機床總體布局的主要因素 表面成型方法 工件尺寸 工件技術要求 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率 其它因素 結(jié)構(gòu) 操作 外形 占地 運輸和吊裝等 1 臥式機床 這種型式的機床的重心低 但占地面積較大 通常工人在機床的前面操作 適于加工細而長的工件或需要加工行程較長的工件 如臥式車床 外圓磨床 臥式鏜床 臥式拉床等 2 立式機床 具有占地面積小 工人所處的操作位置比較靈活的特點 如立式鉆床 立式單柱坐標鏜床 立式銑床等 3 單臂式機床 適于方便地更換點位進行加工 但這類布局型式與框架式相比剛度較差 因此應注意提高剛度 4 龍門框架式機床 具有剛度和加工精度高的特點 適用于箱體件的平面加工 如龍門刨床 龍門銑床 或是加工精度和表面粗糙度要求較嚴的平面與孔 如立式雙柱坐標鏜床 5 數(shù)控機床和加工中心的布局型式 是在普通機床的基礎上發(fā)展起來的 機床布局發(fā)生了很大的變化 二 機床的運動及其分配對布局的影響三 機床性能對布局的影響四 操作 觀察與調(diào)整對布局的影響五 機床的造型與色彩六 機床的聯(lián)系尺寸 影響機床總體布局的因素 一 表面成形方法 采用不同的刀具 不同表面成形方法和不同表面成形運動 導致機床總體布局的差異 二 機床運動分配 工件表面形成方法和運動相關 而機床運動分配不同 機床布局就不同 三 工件尺寸 形狀與重量 工件的表面形成運動及機床部件的運動分配基本相同 但是工件的尺寸 重量和形狀不同 這會引起機床布局的變化 四 工件的技術要求 工件的技術要求 尺寸精度 幾何精度和表面粗糙度等 對技術要求高的工件加工在考慮機床布局時 盡量提高機床的傳動精度和剛度 減少振動和熱變形等 提高機床傳動精度 縮短傳動鏈 框架式結(jié)構(gòu) 提高機床剛度 減少振動和考慮熱變形對加工精度的影響 如高速車床采用分離傳動 五 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)率 以車床為例 車削盤類零件 單件小批生產(chǎn) 普通車床加工 中批生產(chǎn) 轉(zhuǎn)塔車床加工 加工中不需換刀 縮短輔助時間 提高生產(chǎn)率 大批大量生產(chǎn) 考慮安放自動上下料裝置 采用多主軸 多刀架同時加工 控制系統(tǒng)可實現(xiàn)半自動或自動循環(huán)等措施 以提高生產(chǎn)率 六 其他因素 充分考慮到人的因素 處理好人機關系 減輕勞動強度 提供舒適的工作條件 提高工作效率 考慮部件相對位置安排 操縱部位和安裝工件部位便于觀察 操作 并和人體基本尺寸和四肢活動范圍相適應 外形美觀 調(diào)整 維修 運輸?shù)跹b等問題