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第十四章總體設(shè)計(jì)第一節(jié)機(jī)床總體設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求第二節(jié)機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟第三節(jié)系列化 通用化 標(biāo)準(zhǔn)化 和模塊化第四節(jié)機(jī)床的總布局 第一節(jié)機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)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(dòng)化程度加工精度和表面粗糙度可靠性機(jī)床的效率和壽命系列化 通用化 標(biāo)準(zhǔn)化程度其他 工藝范圍 定義 機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力 包括 機(jī)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(jī)床 工藝范圍應(yīng)寬 專用機(jī)床和專門化機(jī)床 多應(yīng)用于大批量生產(chǎn) 縮小機(jī)床工藝范圍以簡化機(jī)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(dòng)化程度 提高生產(chǎn)率 縮短工作時(shí)間 包括切削加工時(shí)間 輔助時(shí)間 縮短切削加工時(shí)間 采用先進(jìn)刀具 提高切削速度 進(jìn)給速度 加大切削深度等 提高機(jī)床的自動(dòng)化程度 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 保證加工精度及精度的穩(wěn)定性 在小批 單件和形狀復(fù)雜的工件的生產(chǎn)中 數(shù)控機(jī)床的使用日益增多 其主要特點(diǎn)是有很大的柔性 靈活性大 不需要設(shè)計(jì)專用的工裝 適應(yīng)能力強(qiáng) 生產(chǎn)率高 是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向 在大批大量生產(chǎn)中 則常采用自動(dòng)化單機(jī)或自動(dòng)線的方法來提高自動(dòng)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(dá)到的準(zhǔn)確程度 機(jī)床的精度包括 幾何精度 決定于機(jī)床主要部件的幾何形狀和相互位置 傳動(dòng)精度 指機(jī)床工作部件和零件運(yùn)動(dòng)的均勻性與協(xié)調(diào)性 對內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈具有重要的意義 運(yùn)動(dòng)精度 指機(jī)床在以工作速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要零部件的幾何位置精度 定位精度 指機(jī)床主要部件在運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)所達(dá)到實(shí)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(guān) 工件和刀具的材料 進(jìn)給量 刀具的幾何形狀 切削時(shí)的振動(dòng) 剛度 剛度指機(jī)床各零部件抵抗彈性變形的能力 機(jī)床的熱變形也影響加工精度抗振性 機(jī)床抵抗受迫振動(dòng)的能力 和機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度 阻尼特性 主要零部件的固有頻率有關(guān) 機(jī)床抵抗切削自激振動(dòng)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(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障的幾率 由于故障會(huì)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(jī)床的效率和壽命 效率 消耗于切削的有效功率與電動(dòng)機(jī)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(jī)床的熱變形 壽命 機(jī)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(jī)床不喪失設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的精度性能 稱精度保持性 確保和提高機(jī)床壽命 主要是提高一些關(guān)鍵性零件的耐磨性 并使主要傳動(dòng)件的疲勞壽命和它相適應(yīng) 中小型機(jī)床 壽命約八年 系列化 通用化 標(biāo)準(zhǔn)化程度產(chǎn)品系列化 零部件通用化和標(biāo)準(zhǔn)化簡稱 三化 目的 便于機(jī)床設(shè)計(jì) 使用與維修 其他 人機(jī)關(guān)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(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)看法 1 機(jī)械設(shè)計(jì)要有創(chuàng)造性2 堅(jiān)持為用戶服務(wù)3 發(fā)展機(jī)床零部件專業(yè)廠 第二節(jié) 機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟 二 機(jī)床設(shè)計(jì)的步驟 1 研究設(shè)計(jì)要求 檢索資料 2 擬定方案 工藝分析 對專用機(jī)床 應(yīng)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(jì)算卡 對通用機(jī)床則應(yīng)參照傳統(tǒng)的工藝方法 并考慮新工藝和經(jīng)濟(jì)合理地?cái)U(kuò)大工藝范圍的可能性 確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓及電氣系統(tǒng) 主要部件結(jié)構(gòu)草圖 對試驗(yàn)結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析 機(jī)床總體布局 分配運(yùn)動(dòng) 選擇傳動(dòng)和支承形式 安排操作部位 擬定從布局上改變技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等 繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 機(jī)床的聯(lián)系尺寸 機(jī)床的總布局是通過機(jī)床的聯(lián)系尺寸圖體現(xiàn)的 在機(jī)床的聯(lián)系尺寸中應(yīng)包括 機(jī)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(guān)位置的尺寸 3 移動(dòng)部件的行程 調(diào)整位置的尺寸 4 機(jī)床的裝料高度 操縱臺的高度尺寸 5 機(jī)床主機(jī)與液壓站 電氣柜的間距 三 樣機(jī)試制和鑒定 3 技術(shù)設(shè)計(jì) 4 工作圖設(shè)計(jì) 5 編制技術(shù)文件 6 對圖樣進(jìn)行工藝審查和標(biāo)準(zhǔn)化審查 第三節(jié)系列化 通用化 標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 機(jī)床的四化是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策 對發(fā)展機(jī)床新品種 提高機(jī)床質(zhì)量 縮短新機(jī)床試制和生產(chǎn)準(zhǔn)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(jī)床的系列化定義 為同一類型的機(jī)床安排一個(gè)系列型譜 統(tǒng)一規(guī)劃擬訂一系列的各種機(jī)床的總體方案 對產(chǎn)品進(jìn)行系列設(shè)計(jì) 目的 用最少的規(guī)格和最少型式的機(jī)床去滿足國民經(jīng)濟(jì)各生產(chǎn)部門的需要 制定了參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 同一主參數(shù)的機(jī)床 為了滿足社會(huì)的需要 選擇用途廣 形式易變的機(jī)床作為基型 以基型為基礎(chǔ) 增加或減少某些另部件的結(jié)構(gòu)而派生出來的機(jī)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(dǎo)下 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì) 產(chǎn)品試制 產(chǎn)品定型 實(shí)現(xiàn)品種系列化 并逐步做到 五個(gè)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(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法統(tǒng)一 以利于機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化 定義 在互換性的基礎(chǔ)上 盡可能地?cái)U(kuò)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(yīng)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(jì)效益 優(yōu)點(diǎn) 減少設(shè)計(jì)工作量 擴(kuò)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(shù) 保證質(zhì)量 機(jī)床的零部件一般可分為 專用件 某一型號的機(jī)床所特有的零部件 通用件 本型號機(jī)床與其它型號機(jī)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(biāo)準(zhǔn)件 由國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化了的 在各種機(jī)床或機(jī)器上都可以通用的零部件 要盡量加大通用件和標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)件總數(shù) 外購件總數(shù) 零件總數(shù)一般標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù) 45 50 三 模塊化 模塊化是通用化的發(fā)展 其設(shè)計(jì)的核心就是要設(shè)計(jì)一系列的模塊 在模塊化的初步 是使各個(gè)部件獨(dú)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(gè)單元 零件 組件 部件或系統(tǒng) 或是能增加機(jī)床功能的單元 優(yōu)點(diǎn) 產(chǎn)品更新快 開發(fā)快 設(shè)計(jì)和試制周期短 能極大地適應(yīng)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(yù)先經(jīng)過實(shí)驗(yàn) 可確保性能穩(wěn)定可靠 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意模塊的互換性和適應(yīng)性 組成產(chǎn)品的各模塊應(yīng) 協(xié)調(diào)勻稱 尤其應(yīng)注意與主機(jī)的區(qū)別 模塊化的進(jìn)一步發(fā)展是生產(chǎn)的社會(huì)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(huì)供應(yīng) 第四節(jié)機(jī)床的總布局 任務(wù) 解決機(jī)床各部件間的相對運(yùn)動(dòng)和相對位置的關(guān)系 并使機(jī)床具有協(xié)調(diào)完美的造型 定義 選擇機(jī)床的形式分配各機(jī)床部件之間所需的相對運(yùn)動(dòng)的及安排各部件和手柄在整合機(jī)床中的相互位置 合理的總體布局應(yīng)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(yùn)動(dòng) 保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)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(jī)床 便于輸送裝卸工件和排除抗屑 并保證工件安全 經(jīng)濟(jì)性好 為節(jié)省材料 減少機(jī)床占地面積 一 機(jī)床的基本型式 通用機(jī)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(jī)床的總體布局 布局形式靈活多樣 變化較多 參考通用機(jī)床的布局有時(shí)對專用機(jī)床的布局也是有益的 影響機(jī)床總體布局的主要因素 表面成型方法 工件尺寸 工件技術(shù)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(yùn)輸和吊裝等 1 臥式機(jī)床 這種型式的機(jī)床的重心低 但占地面積較大 通常工人在機(jī)床的前面操作 適于加工細(xì)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(jī)床 具有占地面積小 工人所處的操作位置比較靈活的特點(diǎn) 如立式鉆床 立式單柱坐標(biāo)鏜床 立式銑床等 3 單臂式機(jī)床 適于方便地更換點(diǎn)位進(jìn)行加工 但這類布局型式與框架式相比剛度較差 因此應(yīng)注意提高剛度 4 龍門框架式機(jī)床 具有剛度和加工精度高的特點(diǎn) 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(yán)的平面與孔 如立式雙柱坐標(biāo)鏜床 5 數(shù)控機(jī)床和加工中心的布局型式 是在普通機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 機(jī)床布局發(fā)生了很大的變化 二 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其分配對布局的影響三 機(jī)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(jī)床的造型與色彩六 機(jī)床的聯(lián)系尺寸 影響機(jī)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(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致機(jī)床總體布局的差異 二 機(jī)床運(yùn)動(dòng)分配 工件表面形成方法和運(yùn)動(dòng)相關(guān) 而機(jī)床運(yùn)動(dòng)分配不同 機(jī)床布局就不同 三 工件尺寸 形狀與重量 工件的表面形成運(yùn)動(dòng)及機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)分配基本相同 但是工件的尺寸 重量和形狀不同 這會(huì)引起機(jī)床布局的變化 四 工件的技術(shù)要求 工件的技術(shù)要求 尺寸精度 幾何精度和表面粗糙度等 對技術(shù)要求高的工件加工在考慮機(jī)床布局時(shí) 盡量提高機(jī)床的傳動(dòng)精度和剛度 減少振動(dòng)和熱變形等 提高機(jī)床傳動(dòng)精度 縮短傳動(dòng)鏈 框架式結(jié)構(gòu) 提高機(jī)床剛度 減少振動(dòng)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(dòng) 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(shí)間 提高生產(chǎn)率 大批大量生產(chǎn) 考慮安放自動(dòng)上下料裝置 采用多主軸 多刀架同時(shí)加工 控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或自動(dòng)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(jī)關(guān)系 減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)范圍相適應(yīng) 外形美觀 調(diào)整 維修 運(yùn)輸?shù)跹b等問題