專機總體設計

第 1章 專 機 總 體 設 計 機 床 適 應 不 同 生 產 要 求 的 能 力 。 包 括 ： 工 序 種 類 被 加 工 零 件 的 類 型 材 料 和 尺 寸 范 圍 毛 坯 的 種 類 適 應 的 生 產 規(guī) 模 1.工 藝 范 圍工 藝 范 圍 窄 結 構 簡 單 、 自 動 化 程 度 高 。工 藝 范 圍 寬 結 構 復 雜 、 自 動 化 程 度 低 。1.1 專 機 的 基 本 要 求 l加 工 精 度 ： 被 加 工 零 件 在 形 狀 、 位 置 、 尺 寸 的 準 確 度 以 及 表 面 的 粗 糙 程 度 。2.加 工 精 度l精 度 保 持 性 ： 機 床 保 持 其 原 始 加 工 精 度 的 能 力 。l影 響 因 素 機 床 精 度機 床 剛 度機 床 抗 振 性殘 余 應 力 引 起 的 變 形熱 變 形磨 損 生 產 率 ： 單 位 時 間 內 機 床 所 能 加 工 出 的 工 件 數 量 。提 高 生 產 率 的 方 法 ： 縮 短 T切 、 T輔 和 T準 /n3.生 產 率 和 自 動 化 程 度T切 T輔 和 T準 /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 械 化自 動 化快 速 裝 夾快 速 換 刀 u自 動 化 程 度 可 用 自 動 化 系 數 表 示 ， 其 公 式 為 ： K 自 =t自 /t循 優(yōu) 點 自 動 化 程 度缺 點操 作 方 便生 產 率 高人 為 影 響 少質 量 穩(wěn) 定 控 制 系 統(tǒng) 較 復 雜機 床 構 造 較 復 雜制 造 成 本 高維 修 困 難大 批 量 生 產 專 用 機 床組 合 機 床 (剛 性 )自 動 線單 件 小 批 量 生 產 數 控 機 床 (NC)加 工 中 心 （ MC）柔 性 制 造 單 元 /系 統(tǒng) (FMC/ FMS ）工 廠 自 動 化 (FA) 機 床 在 規(guī) 定 使 用 期 間 內 完 成 規(guī) 定 功 能 的 能 力 。4.可 靠 性l無 故 障 性 機 床 在 使 用 過 程 中 不 易 發(fā) 生 故 障 。l維 修 性 機 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 條 件 ， 發(fā) 揮 人機 最 高 工 作 效 能 。l設 計 時 的 考 慮 因 素 ： 操 縱 控 制 機 構 應 適 應 操 作 者 的 生 理 特 點 ； 安 全 防 護 、 冷 卻 、 排 屑 及 照 明 等 。 6. 造 型 美 觀 、 減 少 污 染l設 計 時 的 考 慮 因 素 ： 機 床 的 造 型 和 色 彩 ； 避 免 和 減 少 對 環(huán) 境 的 污 染 ， 特 別 是 噪 聲 污 染 。 1.2 專 機 設 計 的 步 驟 1 調 查 研 究 根 據 市 場 預 測 、 用 戶 需 要 和 使 用 要 求 進 行 可 行 性 分 析 ，確 定 專 機 的 設 計 參 數 及 制 約 條 件 ， 最 后 給 出 可 行 性 報 告 及設 計 任 務 書 。 設 計 任 務 書 中 的 內 容 有 專 機 的 用 途 、 主 要 性 能 參 數 、工 作 環(huán) 境 、 有 關 特 殊 要 求 、 生 產 批 量 、 預 期 成 本 、 設 計 完成 期 限 以 及 使 用 單 位 的 生 產 條 件 等 。 在 滿 足 設 計 任 務 書 中 的 具 體 要 求 的 前 提 下 ， 由 設計 人 員 構 思 出 若 干 種 方 案 并 進 行 分 析 比 較 ， 從 中 優(yōu) 選出 一 種 功 能 滿 足 要 求 、 工 作 性 能 可 靠 、 結 構 設 計 可 行 、成 本 低 廉 的 方 案 。 總 體 方 案 的 內 容 包 括 ： 設 計 的 理 由 或 必 要 性 ； 專機 的 用 途 和 使 用 范 圍 、 技 術 性 能 、 輪 廓 尺 寸 和 估 計 重量 ； 所 采 用 的 工 藝 方 案 ； 機 器 的 優(yōu) 缺 點 和 經 濟 分 析 。 2 總 體 方 案 設 計 在 擬 定 總 體 方 案 的 基 礎 上 ， 完 成 專 機 的 總 體 設 計 、部 件 設 計 、 零 件 設 計 等 。 設 計 結 果 以 工 作 圖 及 計 算 書 的形 式 表 達 出 來 ， 其 工 作 量 最 大 。 按 照 確 定 的 工 藝 方 案 ， 進 行 專 機 總 體 布 局 ， 從 而 確定 專 機 刀 具 和 工 件 的 相 對 運 動 ， 確 定 各 部 件 的 相 互 位 置 ，畫 出 專 機 總 聯(lián) 系 尺 寸 圖 ， 它 是 專 機 原 始 總 圖 。 最 后 對 有關 圖 進 行 工 藝 審 查 、 標 準 化 審 查 等 。3 工 作 圖 設 計 輸 出結 果 傳 動 原 理 圖主 要 部 件 的 結 構 草 圖液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖電 氣 原 理 圖操 縱 控 制 系 統(tǒng) 原 理 圖 技 術 設 計 零 件 設 計 及 資 料 編 寫 輸 出結 果 傳 動 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 果 零 件 圖修 改 部 件 裝 配 圖修 改 總 圖技 術 文 檔 工 作 圖 完 成 后 進 行 試 制 ， 然 后 對 樣 機 進 行 試 驗鑒 定 ， 從 中 了 解 設 計 中 存 在 的 問 題 ， 及 時 總 結 經 驗 教訓 ， 進 行 必 要 的 改 進 和 提 高 ， 并 為 以 后 設 計 積 累 經 驗和 資 料 。 4.試 制 鑒 定 1.3 專 機 的 總 體 方 案 設 計具 體 內 容 有 如 下 4項 ：1.調 查 研 究2.工 藝 分 析3.專 機 的 總 體 4.確 定 主 要 技 術 參 數 主 要 內 容 工 藝 方 法 確 定機 床 運 動 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 鍵 的 環(huán) 節(jié) 。 不 同的 工 藝 方 法 ， 必 然 會 對 機 床 的 結 構 、 運 動 、 傳 動 和 性能 等 產 生 較 大 影 響 。 專 機 的 工 藝 方 法 通 常 借 助 于 方 案 對 比 法 加 以 確 定 。工 藝 分 析 專 機 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 位 置 和 相 對 運 動 。 2） 保 證 機 床 具 有 與 所 要 求 的 加 工 精 度 相 適 應 的 剛 度 和 抗 振 性 。 3） 使 用 方 便 ， 便 于 操 作 、 調 整 、 修 理 機 床 ； 便 于 輸 送 、 裝 卸 工 件 ， 排 除 切 屑 。 4） 經 濟 效 果 好 ， 如 節(jié) 省 材 料 、 減 少 機 床 占 地 面 積 等 。 5） 造 型 美 觀 。 圖 1.1所 示 為 加 工 柴 油 機 機 體 的 專 用 銑 床 的 總 體 布 局 圖 1.1 加 工 柴 油 機 機 體 的 專 用 銑 床 的 總 體 布 局 1.分 配 機 床 的 運 動2.選 擇 傳 動 形 式 和 支 承 形 式3.安 排 操 作 部 位4.提 高 動 剛 度 的 措 施5.造 型 設 計專 機 總 體 布 局 設 計 的 一 般 步 驟 ： 1.4 專 機 的 運 動 聯(lián) 系 形 式 及 選 擇1.4.1 運 動 分 類表 面 成 形 運 動 : 主 運 動 進 給 運 動輔 助 運 動運 動 聯(lián) 系 也 屬 于 總 體 布 局 的 內 容 1.4.2 運 動 的 分 配l簡 化 機 床 的 傳 動 和 結 構 將 運 動 分 配 給 質 量 小 的 零 部 件 ； 運 動 件 質 量 小 慣 性 小 驅 動 力 小 傳 動 機 構 體 積 小 成 本 低 。l應 有 利 于 提 高 工 件 的 加 工 精 度 ； 如 ： 深 孔 鉆 削 。l 應 有 利 于 提 高 運 動 部 件 的 剛 度 ； 運 動 應 分 配 給 剛 度 高 的 部 件 ， 可 減 少 變 形 。l縮 小 機 床 占 地 面 積 應 視 工 件 的 形 狀 而 定 。 銑床的幾種布局 1.4.3 傳 動 形 式 的 選 擇驅 動 電 動 機進 給 運 動 傳 動 機 械 傳 動液 壓 無 級 傳 動直 線 電 機交 流 電 動 機直 流 電 動 機 機 械 傳 動液 壓 無 級 傳 動電 主 軸 主 運 動 傳 動 支 承 形 式 指 支 承 件 的 形 狀 。機 床 形 式 機 床 主 運 動 執(zhí) 行 件 的 狀 態(tài) 。臥 式 支 承立 式 支 承單 臂 式 支 承龍 門 式 支 承臥 式立 式1.4.4 支 承 形 式 臥式機床 立式機床 臥 式 支 承 “ ” 立式支承 “ |” 單臂支承 “ ” 龍門式支承 “ ” 1.5 主 要 技 術 參 數 的 確 定機 床 主 要 技 術 參 數 尺 寸 參 數運 動 參 數動 力 參 數 定 義 ： 專 機 是 根 據 特 定 零 件 而 設 計 的 ， 尺 寸 參 數 用 來 表 示 機 床 加 工 范 圍 的 大 小 ， 是 特 定 的 。1.5.1 尺 寸 參 數 定 義 ： 機 床 運 動 執(zhí) 行 件 ， 如 主 軸 、 工 作 臺 或 刀 架 的 轉 速 或 運 動 速 度 。常 用 運 動 參 數 如 下 ：主 運 動 進 給 運 動 輔 助 運 動 旋 轉運 動 主 軸 轉 速 (r.p.m) 轉 臺 或 頭 架 進 給 量（ r.p.m）直 線運 動 工 作 臺 或 滑 枕 的 雙行 程 數 （ 雙 行 程 數/ min） 工 作 臺 或 刀 架 進 給量（ mm/min） 工 作 臺 或 刀 架 的快 移 速 度（ m/min）1.5.2 運 動 參 數 主 運 動 為 旋 轉 運 動 的 機 床其 運 動 參 數 是 主 軸 轉 速 ， 它 同 切 削 速 度 的 關 系 是 ：式 中 v 切 削 速 度 (m/min)； n 主 軸 轉 速 (r.p.m)； d 工 件 或 刀 具 的 直 徑 (mm)。dvn 1000 （ 1.1） 當 專 機 是 為 某 一 特 定 工 序 而 設 計 的 ， 主 軸 只 需 一 種 固定 的 轉 速 ， 不 必 變 速 。 當 專 機 在 特 定 工 序 上 有 幾 種 工 藝 方 法 ， 如 專 機 上 要 求鉆 孔 、 攻 螺 紋 等 ， 則 要 求 主 軸 有 多 種 轉 速 ， 或 專 機 的 加 工范 圍 大 些 ， 則 主 軸 需 要 進 行 分 級 變 速 。 1. nmax和 nmin的 確 定1） 調 查 和 分 析 所 設 計 機 床 可 能 進 行 的 工 序 ；2） 選 擇 要 求 最 高 與 最 低 轉 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 計 算 主 軸 的 nmax、 nmin和 轉 速 范 圍 Rn。 minmaxmax 1000dvn maxminmin 1000d vn minmaxnnRn 式 中 ， dmax或 dmin并 不 是 指 機 床 上 可 能 加 工 的 最 大 或 最小 直 徑 ， 而 是 指 常 用 的 經 濟 的 最 大 或 最 小 加 工 直 徑 。 2.主 軸 轉 速 數 列 主 軸 變 速 共 有 Z級 ， 其 中 n1=nmin， nZ=nmax， 各 級 轉 速分 別 為 n1、 n2、 n3、 、 nj、 nj+1、 、 nZ 。 jj nn 1轉 速 范 圍公 比 minmaxnnRn 如 數 列 中 只 有 一 個 公 比 值 1 ZnR lglg1 nRZ 在 主 運 動 系 統(tǒng) 中 ， 主 軸 轉 速 采 用 等 比 級 數 排 列 ；在 進 給 運 動 系 統(tǒng) 中 ， 軸 轉 速 采 用 等 差 級 數 排 列 。 1.5.3 動 力 參 數l 動 力 參 數 包 括 電 動 機 的 功 率 、 液 壓 缸 的 牽 引 力 等 。l 根 據 動 力 參 數 來 設 計 計 算 各 傳 動 件 。 1.6 專 機 功 率 的 確 定定 義 ： 電 動 機 功 率 、 液 壓 缸 牽 引 力 、 液 壓 馬 達 或 步 進 電 機 的 額 定 扭 矩 等 。電 動 機 的 功 率 主 運 動 電 動 機 功 率進 給 運 動 電 動 機 功 率快 速 移 動 電 動 機 功 率 總切主 PP 1.6.1 主 運 動 驅 動 電 動 機 功 率 的 確 定 1. 類 比 法2. 實 側 法3. 計 算 法粗 略 估 算 可 用 下 列 經 驗 公 式 電 動 機 額 定 功 率 為 kPP 主額 1.6.2 進 給 運 動 電 動 機 功 率 的 確 定 進 給 運 動 所 消 耗 的 功 率 很 小 ， 只 有 主 傳 動 的 百 分 之 幾 。1.進 給 運 動 與 主 傳 動 合 用 一 臺 電 動 機 ， 可 略 去 不 計 ；2.如 不 合 用 時 ， 應 分 別 計 算 。 當 進 給 運 動 和 快 速 運 動 合 用 一 臺 電 動 機 時 ,因 為 快 速 移 動 所 消 耗 的 功 率 進 給 運 動 功 率 ， 所以 電 動 機 功 率 確 定 取 決 于 快 速 移 動 功 率 。