專(zhuān)機(jī)總體設(shè)計(jì)

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1、第 1章 專(zhuān) 機(jī) 總 體 設(shè) 計(jì) 機(jī) 床 適 應(yīng) 不 同 生 產(chǎn) 要 求 的 能 力 。 包 括 ： 工 序 種 類(lèi) 被 加 工 零 件 的 類(lèi) 型 材 料 和 尺 寸 范 圍 毛 坯 的 種 類(lèi) 適 應(yīng) 的 生 產(chǎn) 規(guī) 模 1.工 藝 范 圍工 藝 范 圍 窄 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 自 動(dòng) 化 程 度 高 。工 藝 范 圍 寬 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 、 自 動(dòng) 化 程 度 低 。1.1 專(zhuān) 機(jī) 的 基 本 要 求 l加 工 精 度 ： 被 加 工 零 件 在 形 狀 、 位 置 、 尺 寸 的 準(zhǔn) 確 度 以 及 表 面 的 粗 糙 程 度 。2.加 工 精 度l精 度 保 持 性 ： 機(jī) 床 保

2、持 其 原 始 加 工 精 度 的 能 力 。l影 響 因 素 機(jī) 床 精 度機(jī) 床 剛 度機(jī) 床 抗 振 性殘 余 應(yīng) 力 引 起 的 變 形熱 變 形磨 損 生 產(chǎn) 率 ： 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 機(jī) 床 所 能 加 工 出 的 工 件 數(shù) 量 。提 高 生 產(chǎn) 率 的 方 法 ： 縮 短 T切 、 T輔 和 T準(zhǔn) /n3.生 產(chǎn) 率 和 自 動(dòng) 化 程 度T切 T輔 和 T準(zhǔn) /n提 高 切 削 用 量采 用 多 刀 加 工采 用 多 件 加 工采 用 多 工 位 加 工 機(jī) 械 化自 動(dòng) 化快 速 裝 夾快 速 換 刀 u自 動(dòng) 化 程 度 可 用 自 動(dòng) 化 系 數(shù) 表 示 ， 其 公

3、式 為 ： K 自 =t自 /t循 優(yōu) 點(diǎn) 自 動(dòng) 化 程 度缺 點(diǎn)操 作 方 便生 產(chǎn) 率 高人 為 影 響 少質(zhì) 量 穩(wěn) 定 控 制 系 統(tǒng) 較 復(fù) 雜機(jī) 床 構(gòu) 造 較 復(fù) 雜制 造 成 本 高維 修 困 難大 批 量 生 產(chǎn) 專(zhuān) 用 機(jī) 床組 合 機(jī) 床 (剛 性 )自 動(dòng) 線單 件 小 批 量 生 產(chǎn) 數(shù) 控 機(jī) 床 (NC)加 工 中 心 （ MC）柔 性 制 造 單 元 /系 統(tǒng) (FMC/ FMS ）工 廠 自 動(dòng) 化 (FA) 機(jī) 床 在 規(guī) 定 使 用 期 間 內(nèi) 完 成 規(guī) 定 功 能 的 能 力 。4.可 靠 性l無(wú) 故 障 性 機(jī) 床 在 使 用 過(guò) 程 中 不 易

4、發(fā) 生 故 障 。l維 修 性 機(jī) 床 發(fā) 生 故 障 后 容 易 維 修 。 5. 操 作 方 便 、 工 作 安 全l目 的 ： 為 操 縱 人 員 提 供 高 效 、 安 全 方 便 的 勞 動(dòng) 條 件 ， 發(fā) 揮 人機(jī) 最 高 工 作 效 能 。l設(shè) 計(jì) 時(shí) 的 考 慮 因 素 ： 操 縱 控 制 機(jī) 構(gòu) 應(yīng) 適 應(yīng) 操 作 者 的 生 理 特 點(diǎn) ； 安 全 防 護(hù) 、 冷 卻 、 排 屑 及 照 明 等 。 6. 造 型 美 觀 、 減 少 污 染l設(shè) 計(jì) 時(shí) 的 考 慮 因 素 ： 機(jī) 床 的 造 型 和 色 彩 ； 避 免 和 減 少 對(duì) 環(huán) 境 的 污 染 ， 特 別 是 噪

5、 聲 污 染 。 1.2 專(zhuān) 機(jī) 設(shè) 計(jì) 的 步 驟 1 調(diào) 查 研 究 根 據(jù) 市 場(chǎng) 預(yù) 測(cè) 、 用 戶(hù) 需 要 和 使 用 要 求 進(jìn) 行 可 行 性 分 析 ，確 定 專(zhuān) 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 及 制 約 條 件 ， 最 后 給 出 可 行 性 報(bào) 告 及設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 。 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 中 的 內(nèi) 容 有 專(zhuān) 機(jī) 的 用 途 、 主 要 性 能 參 數(shù) 、工 作 環(huán) 境 、 有 關(guān) 特 殊 要 求 、 生 產(chǎn) 批 量 、 預(yù) 期 成 本 、 設(shè) 計(jì) 完成 期 限 以 及 使 用 單 位 的 生 產(chǎn) 條 件 等 。 在 滿(mǎn) 足 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 中 的 具 體 要 求 的

6、 前 提 下 ， 由 設(shè)計(jì) 人 員 構(gòu) 思 出 若 干 種 方 案 并 進(jìn) 行 分 析 比 較 ， 從 中 優(yōu) 選出 一 種 功 能 滿(mǎn) 足 要 求 、 工 作 性 能 可 靠 、 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 可 行 、成 本 低 廉 的 方 案 。 總 體 方 案 的 內(nèi) 容 包 括 ： 設(shè) 計(jì) 的 理 由 或 必 要 性 ； 專(zhuān)機(jī) 的 用 途 和 使 用 范 圍 、 技 術(shù) 性 能 、 輪 廓 尺 寸 和 估 計(jì) 重量 ； 所 采 用 的 工 藝 方 案 ； 機(jī) 器 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 和 經(jīng) 濟(jì) 分 析 。 2 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) 在 擬 定 總 體 方 案 的 基 礎(chǔ) 上 ， 完 成 專(zhuān) 機(jī) 的

7、總 體 設(shè) 計(jì) 、部 件 設(shè) 計(jì) 、 零 件 設(shè) 計(jì) 等 。 設(shè) 計(jì) 結(jié) 果 以 工 作 圖 及 計(jì) 算 書(shū) 的形 式 表 達(dá) 出 來(lái) ， 其 工 作 量 最 大 。 按 照 確 定 的 工 藝 方 案 ， 進(jìn) 行 專(zhuān) 機(jī) 總 體 布 局 ， 從 而 確定 專(zhuān) 機(jī) 刀 具 和 工 件 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 確 定 各 部 件 的 相 互 位 置 ，畫(huà) 出 專(zhuān) 機(jī) 總 聯(lián) 系 尺 寸 圖 ， 它 是 專(zhuān) 機(jī) 原 始 總 圖 。 最 后 對(duì) 有關(guān) 圖 進(jìn) 行 工 藝 審 查 、 標(biāo) 準(zhǔn) 化 審 查 等 。3 工 作 圖 設(shè) 計(jì) 輸 出結(jié) 果 傳 動(dòng) 原 理 圖主 要 部 件 的 結(jié) 構(gòu) 草 圖液

8、 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖電 氣 原 理 圖操 縱 控 制 系 統(tǒng) 原 理 圖 技 術(shù) 設(shè) 計(jì) 零 件 設(shè) 計(jì) 及 資 料 編 寫(xiě) 輸 出結(jié) 果 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 圖部 件 裝 配 圖電 氣 系 統(tǒng) 安 裝 接 線 圖液 壓 系 統(tǒng) 裝 配 圖控 制 操 作 系 統(tǒng) 裝 配 圖總 裝 配 圖 輸 出結(jié) 果 零 件 圖修 改 部 件 裝 配 圖修 改 總 圖技 術(shù) 文 檔 工 作 圖 完 成 后 進(jìn) 行 試 制 ， 然 后 對(duì) 樣 機(jī) 進(jìn) 行 試 驗(yàn)鑒 定 ， 從 中 了 解 設(shè) 計(jì) 中 存 在 的 問(wèn) 題 ， 及 時(shí) 總 結(jié) 經(jīng) 驗(yàn) 教訓(xùn) ， 進(jìn) 行 必 要 的 改 進(jìn) 和 提 高 ， 并 為 以

9、 后 設(shè) 計(jì) 積 累 經(jīng) 驗(yàn)和 資 料 。 4.試 制 鑒 定 1.3 專(zhuān) 機(jī) 的 總 體 方 案 設(shè) 計(jì)具 體 內(nèi) 容 有 如 下 4項(xiàng) ：1.調(diào) 查 研 究2.工 藝 分 析3.專(zhuān) 機(jī) 的 總 體 4.確 定 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 主 要 內(nèi) 容 工 藝 方 法 確 定機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 的 確 定夾 具 方 案 的 擬 定加 工 示 意 圖 的 繪 制 工 藝 方 法 的 確 定 是 工 藝 分 析 中 關(guān) 鍵 的 環(huán) 節(jié) 。 不 同的 工 藝 方 法 ， 必 然 會(huì) 對(duì) 機(jī) 床 的 結(jié) 構(gòu) 、 運(yùn) 動(dòng) 、 傳 動(dòng) 和 性能 等 產(chǎn) 生 較 大 影 響 。 專(zhuān) 機(jī) 的 工 藝 方 法 通

10、常 借 助 于 方 案 對(duì) 比 法 加 以 確 定 。工 藝 分 析 專(zhuān) 機(jī) 的 總 體 布 局基 本 要 求 ： 1） 保 證 工 藝 方 法 所 要 求 的 工 件 和 刀 具 的 相 對(duì) 位 置 和 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 。 2） 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 振 性 。 3） 使 用 方 便 ， 便 于 操 作 、 調(diào) 整 、 修 理 機(jī) 床 ； 便 于 輸 送 、 裝 卸 工 件 ， 排 除 切 屑 。 4） 經(jīng) 濟(jì) 效 果 好 ， 如 節(jié) 省 材 料 、 減 少 機(jī) 床 占 地 面 積 等 。 5） 造 型 美 觀 。 圖 1

11、.1所 示 為 加 工 柴 油 機(jī) 機(jī) 體 的 專(zhuān) 用 銑 床 的 總 體 布 局 圖 1.1 加 工 柴 油 機(jī) 機(jī) 體 的 專(zhuān) 用 銑 床 的 總 體 布 局 1.分 配 機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng)2.選 擇 傳 動(dòng) 形 式 和 支 承 形 式3.安 排 操 作 部 位4.提 高 動(dòng) 剛 度 的 措 施5.造 型 設(shè) 計(jì)專(zhuān) 機(jī) 總 體 布 局 設(shè) 計(jì) 的 一 般 步 驟 ： 1.4 專(zhuān) 機(jī) 的 運(yùn) 動(dòng) 聯(lián) 系 形 式 及 選 擇1.4.1 運(yùn) 動(dòng) 分 類(lèi)表 面 成 形 運(yùn) 動(dòng) : 主 運(yùn) 動(dòng) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng)輔 助 運(yùn) 動(dòng)運(yùn) 動(dòng) 聯(lián) 系 也 屬 于 總 體 布 局 的 內(nèi) 容 1.4.2 運(yùn) 動(dòng) 的

12、 分 配l簡(jiǎn) 化 機(jī) 床 的 傳 動(dòng) 和 結(jié) 構(gòu) 將 運(yùn) 動(dòng) 分 配 給 質(zhì) 量 小 的 零 部 件 ； 運(yùn) 動(dòng) 件 質(zhì) 量 小 慣 性 小 驅(qū) 動(dòng) 力 小 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 體 積 小 成 本 低 。l應(yīng) 有 利 于 提 高 工 件 的 加 工 精 度 ； 如 ： 深 孔 鉆 削 。l 應(yīng) 有 利 于 提 高 運(yùn) 動(dòng) 部 件 的 剛 度 ； 運(yùn) 動(dòng) 應(yīng) 分 配 給 剛 度 高 的 部 件 ， 可 減 少 變 形 。l縮 小 機(jī) 床 占 地 面 積 應(yīng) 視 工 件 的 形 狀 而 定 。 銑床的幾種布局 1.4.3 傳 動(dòng) 形 式 的 選 擇驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī)進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 機(jī) 械 傳

13、動(dòng)液 壓 無(wú) 級(jí) 傳 動(dòng)直 線 電 機(jī)交 流 電 動(dòng) 機(jī)直 流 電 動(dòng) 機(jī) 機(jī) 械 傳 動(dòng)液 壓 無(wú) 級(jí) 傳 動(dòng)電 主 軸 主 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 支 承 形 式 指 支 承 件 的 形 狀 。機(jī) 床 形 式 機(jī) 床 主 運(yùn) 動(dòng) 執(zhí) 行 件 的 狀 態(tài) 。臥 式 支 承立 式 支 承單 臂 式 支 承龍 門(mén) 式 支 承臥 式立 式1.4.4 支 承 形 式 臥式機(jī)床 立式機(jī)床 臥 式 支 承 “ ” 立式支承 “ |” 單臂支承 “ ” 龍門(mén)式支承 “ ” 1.5 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 的 確 定機(jī) 床 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 尺 寸 參 數(shù)運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù)動(dòng) 力 參 數(shù) 定 義 ： 專(zhuān) 機(jī) 是

14、根 據(jù) 特 定 零 件 而 設(shè) 計(jì) 的 ， 尺 寸 參 數(shù) 用 來(lái) 表 示 機(jī) 床 加 工 范 圍 的 大 小 ， 是 特 定 的 。1.5.1 尺 寸 參 數(shù) 定 義 ： 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 執(zhí) 行 件 ， 如 主 軸 、 工 作 臺(tái) 或 刀 架 的 轉(zhuǎn) 速 或 運(yùn) 動(dòng) 速 度 。常 用 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 如 下 ：主 運(yùn) 動(dòng) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 輔 助 運(yùn) 動(dòng) 旋 轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng) 主 軸 轉(zhuǎn) 速 (r.p.m) 轉(zhuǎn) 臺(tái) 或 頭 架 進(jìn) 給 量（ r.p.m）直 線運(yùn) 動(dòng) 工 作 臺(tái) 或 滑 枕 的 雙行 程 數(shù) （ 雙 行 程 數(shù)/ min） 工 作 臺(tái) 或 刀 架 進(jìn) 給量（ mm/min） 工 作 臺(tái)

15、 或 刀 架 的快 移 速 度（ m/min）1.5.2 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 主 運(yùn) 動(dòng) 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 床其 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 是 主 軸 轉(zhuǎn) 速 ， 它 同 切 削 速 度 的 關(guān) 系 是 ：式 中 v 切 削 速 度 (m/min)； n 主 軸 轉(zhuǎn) 速 (r.p.m)； d 工 件 或 刀 具 的 直 徑 (mm)。dvn 1000 （ 1.1） 當(dāng) 專(zhuān) 機(jī) 是 為 某 一 特 定 工 序 而 設(shè) 計(jì) 的 ， 主 軸 只 需 一 種 固定 的 轉(zhuǎn) 速 ， 不 必 變 速 。 當(dāng) 專(zhuān) 機(jī) 在 特 定 工 序 上 有 幾 種 工 藝 方 法 ， 如 專(zhuān) 機(jī) 上 要 求鉆 孔 、 攻

16、螺 紋 等 ， 則 要 求 主 軸 有 多 種 轉(zhuǎn) 速 ， 或 專(zhuān) 機(jī) 的 加 工范 圍 大 些 ， 則 主 軸 需 要 進(jìn) 行 分 級(jí) 變 速 。 1. nmax和 nmin的 確 定1） 調(diào) 查 和 分 析 所 設(shè) 計(jì) 機(jī) 床 可 能 進(jìn) 行 的 工 序 ；2） 選 擇 要 求 最 高 與 最 低 轉(zhuǎn) 速 的 典 型 工 序 ；3） 按 照 典 型 工 序 的 切 削 速 度 和 刀 具 或 工 件 直 徑 來(lái) 計(jì) 算 主 軸 的 nmax、 nmin和 轉(zhuǎn) 速 范 圍 Rn。 minmaxmax 1000dvn maxminmin 1000d vn minmaxnnRn 式 中 ， dm

17、ax或 dmin并 不 是 指 機(jī) 床 上 可 能 加 工 的 最 大 或 最小 直 徑 ， 而 是 指 常 用 的 經(jīng) 濟(jì) 的 最 大 或 最 小 加 工 直 徑 。 2.主 軸 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 列 主 軸 變 速 共 有 Z級(jí) ， 其 中 n1=nmin， nZ=nmax， 各 級(jí) 轉(zhuǎn) 速分 別 為 n1、 n2、 n3、 、 nj、 nj+1、 、 nZ 。 jj nn 1轉(zhuǎn) 速 范 圍公 比 minmaxnnRn 如 數(shù) 列 中 只 有 一 個(gè) 公 比 值 1 ZnR lglg1 nRZ 在 主 運(yùn) 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 ， 主 軸 轉(zhuǎn) 速 采 用 等 比 級(jí) 數(shù) 排 列 ；在 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng)

18、系 統(tǒng) 中 ， 軸 轉(zhuǎn) 速 采 用 等 差 級(jí) 數(shù) 排 列 。 1.5.3 動(dòng) 力 參 數(shù)l 動(dòng) 力 參 數(shù) 包 括 電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 、 液 壓 缸 的 牽 引 力 等 。l 根 據(jù) 動(dòng) 力 參 數(shù) 來(lái) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 各 傳 動(dòng) 件 。 1.6 專(zhuān) 機(jī) 功 率 的 確 定定 義 ： 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 、 液 壓 缸 牽 引 力 、 液 壓 馬 達(dá) 或 步 進(jìn) 電 機(jī) 的 額 定 扭 矩 等 。電 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 主 運(yùn) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率快 速 移 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 總切主 PP 1.6.1 主 運(yùn) 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 的

19、 確 定 1. 類(lèi) 比 法2. 實(shí) 側(cè) 法3. 計(jì) 算 法粗 略 估 算 可 用 下 列 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 電 動(dòng) 機(jī) 額 定 功 率 為 kPP 主額 1.6.2 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 的 確 定 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 所 消 耗 的 功 率 很 小 ， 只 有 主 傳 動(dòng) 的 百 分 之 幾 。1.進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 與 主 傳 動(dòng) 合 用 一 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) ， 可 略 去 不 計(jì) ；2.如 不 合 用 時(shí) ， 應(yīng) 分 別 計(jì) 算 。 當(dāng) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 和 快 速 運(yùn) 動(dòng) 合 用 一 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) 時(shí) ,因 為 快 速 移 動(dòng) 所 消 耗 的 功 率 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 功 率 ， 所以 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 確 定 取 決 于 快 速 移 動(dòng) 功 率 。