【重慶大學(xué)機(jī)械裝備制造】第三章第一節(jié)

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1、機(jī) 械 制 造 裝 備 設(shè) 計(jì) 林 利 紅 副 教 授重 慶 大 學(xué) 第 三 章 金 屬 切 削 機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 第 一 節(jié) 概 述 金 屬 切 削 機(jī) 床 是 利 用 刀 具 與 工 件 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ，從 工 件 上 切 除 多 余 或 預(yù) 留 的 金 屬 層 ， 以 獲 得 符 合規(guī) 定 尺 寸 、 形 狀 、 精 度 和 表 面 粗 糙 度 要 求 的 零 件 。在 金 屬 切 削 加 工 過(guò) 程 中 ， 刀 具 和 工 件 之 間 需 有 一定 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 和 相 對(duì) 位 置 、 合 適 的 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 和 動(dòng)力 參 數(shù) ， 所 有 這 些 都 是 由 金 屬 切

2、削 機(jī) 床 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 的 。因 此 ， 機(jī) 床 是 進(jìn) 行 金 屬 切 削 加 工 所 必 備 的 重 要 設(shè)備 。 一 、 金 屬 切 削 機(jī) 床 加 工 的 生 產(chǎn) 模 式（ 經(jīng) 歷 的 6個(gè) 階 段 ） 1.通 用 機(jī) 床 加 專 用 工 藝 裝 備 或 專 用 機(jī) 床 時(shí) 間 ： 30年 代 到 50年 代 ， 適 應(yīng) 成 批 生 產(chǎn) 的 需 要 ， 采 用通 用 機(jī) 床 加 專 用 工 藝 裝 備 的 模 式 。 單 品 種 大 批 生 產(chǎn)中 ， 采 用 專 用 機(jī) 床 或 組 合 機(jī) 床 的 模 式 。 缺 點(diǎn) ： 剛 性 高 ， 加 工 柔 性 低 ， 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 困 難 。 更

3、換 產(chǎn) 品 時(shí)需 要 更 換 大 批 工 藝 裝 備 。 2.數(shù) 顯 機(jī) 床 （ 坐 標(biāo) 數(shù) 字 顯 示 裝 置 ） 50年 代 末 數(shù) 顯 機(jī) 床 開(kāi) 始 推 廣 應(yīng) 用 ， 可 提 高 加工 精 度 和 效 率 。例 ： 坐 標(biāo) 鏜 床 配 備 坐 標(biāo) 自 動(dòng) 數(shù) 字 顯 示 裝 置 。 3.計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 控 機(jī) 床 60年 代 到 70年 代 ， 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 得 到 了 飛 速 的 發(fā) 展 ，數(shù) 控 機(jī) 床 取 代 了 機(jī) 械 、 液 壓 、 電 氣 式 的 自 動(dòng) 化 車 床 。 將高 效 率 、 高 質(zhì) 量 和 高 柔 性 集 于 一 體 。4.柔 性 制 造 系 統(tǒng) （

4、FMS） 70年 代 末 ， FMS是 采 用 一 組 數(shù) 控 機(jī) 床 和 其 他 自 動(dòng) 化 的 工藝 裝 備 ， 由 計(jì) 算 機(jī) 信 息 控 制 系 統(tǒng) 和 物 料 （ 工 件 及 刀 具 ）自 動(dòng) 儲(chǔ) 運(yùn) 系 統(tǒng) 聯(lián) 接 起 來(lái) 的 整 體 。 是 自 由 調(diào) 度 管 理 的 機(jī) 械加 工 自 動(dòng) 生 產(chǎn) 線 ， 就 是 FMS能 自 動(dòng) 地 適 應(yīng) 加 工 工 件 和 生產(chǎn) 批 量 的 變 化 。 它 既 是 自 動(dòng) 化 的 又 是 柔 性 的 ， 特 別 適 合多 品 種 小 批 量 生 產(chǎn) 。 5.計(jì) 算 機(jī) 集 成 制 造 系 統(tǒng) （ CIMS） 80年 代 開(kāi) 始 的 一 種

5、新 的 生 產(chǎn) 模 式 。 CIMS是 用計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 控 制 的 綜 合 計(jì) 劃 、 設(shè) 計(jì) 、 加 工 、 檢 驗(yàn) 、裝 備 和 輔 助 功 能 等 綜 合 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) ， 涉 及 的 范 圍非 常 廣 泛 ， 包 括 了 計(jì) 劃 、 設(shè) 計(jì) 、 制 造 、 管 理 和 經(jīng)營(yíng) 等 有 關(guān) 部 門(mén) 的 主 要 工 作 。 將 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì)CAD和 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 制 造 CAM綜 合 為 一 體 ， 是 適 合于 多 品 種 中 小 批 量 生 產(chǎn) 的 高 質(zhì) 量 、 高 效 益 和 高 柔性 的 智 能 生 產(chǎn) 系 統(tǒng) ， 是 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 和 制 造 的

6、 全 盤(pán) 自動(dòng) 化 系 統(tǒng) 。 6.以 LAF為 代 表 的 先 進(jìn) 的 生 產(chǎn) 模 式 90年 代 開(kāi) 始 。 二 、 金 屬 切 削 機(jī) 床 型 號(hào) 的 編 制 方 法 機(jī) 床 型 號(hào) 就 是 按 一 定 規(guī) 律 賦 予 每 種 機(jī) 床 一 個(gè) 代 號(hào) ，以 便 于 機(jī) 床 的 管 理 和 使 用 。 我 國(guó) 機(jī) 床 型 號(hào) 的 編 制 ， 是 采用 漢 語(yǔ) 拼 音 字 母 和 阿 拉 伯 數(shù) 字 按 一 定 規(guī) 律 組 合 而 成 的 ，可 以 簡(jiǎn) 明 表 達(dá) 機(jī) 床 的 類 型 、 主 要 規(guī) 格 及 有 關(guān) 特 征 等 。我 國(guó) 1975年 開(kāi) 始 對(duì) 機(jī) 床 型 號(hào) 的 編 制 方

7、 法 作 了 規(guī) 定 ， 現(xiàn) 行的 規(guī) 定 是 按 照 JB1838 85 金 屬 切 削 機(jī) 床 型 號(hào) 編 制 方法 執(zhí) 行 。 適 合 于 各 類 通 用 、 專 門(mén) 化 及 專 用 機(jī) 床 ， 不 包括 組 合 機(jī) 床 在 內(nèi) 。 本 課 程 主 要 介 紹 通 用 化 機(jī) 床 和 專 門(mén) 化 機(jī) 床 的 型 號(hào) 編制 。 通 用 化 機(jī) 床 和 專 門(mén) 化 機(jī) 床 的 型 號(hào) 基 本 形 式 由 三 部 分 組 成 。 類 代 號(hào) 組 、 系 代 號(hào) 主 參 數(shù) 例 如 ： 床 身 上 最 大 回 轉(zhuǎn) 直 徑 為 400mm的 臥 式 車床 的 型 號(hào) 為 C 61 40 類 代 號(hào)

8、 組 、 系 代 號(hào) 主 參 數(shù) (1)類 代 號(hào) ： 用 大 寫(xiě) 漢 語(yǔ) 拼 音 字 母表 示 ， 位 于 型 號(hào) 之 前 。 車 C 鉆 Z 鏜 T 磨 M齒 輪 加 工 機(jī) 床 Y 銑 床 X 拉 床 L 螺 紋 加 工 機(jī) 床 S （ 2） 組 、 系 代 號(hào) 用 兩 位 阿 拉 伯 數(shù) 字 表 示 ， 位 于 類 代 號(hào) 后面 。 每 類 機(jī) 床 劃 分 為 10組 ， 同 一 組 機(jī) 床 的結(jié) 構(gòu) 性 能 和 使 用 范 圍 基 本 相 同 。 每 個(gè) 組 又劃 分 為 10個(gè) 系 ， 同 一 系 機(jī) 床 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 的布 局 型 式 相 同 。 （ 3） 主 參 數(shù) 用

9、主 參 數(shù) 折 算 值 1/10或 1/100或 實(shí) 際 值表 示 ， 位 于 組 、 系 代 號(hào) 之 后 。 三 .機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 應(yīng) 滿 足 的 基 本 要 求 （ 一 ） 工 藝 范 圍 機(jī) 床 是 用 來(lái) 完 成 工 件 表 面 加 工 的 ， 應(yīng) 該 具備 完 成 一 定 工 藝 范 圍 的 加 工 功 能 。1.工 藝 范 圍 定 義 ： 機(jī) 床 的 加 工 功 能 。2.工 藝 范 圍 包 括 ： 加 工 方 法 （ 車 、 銑 ） 、 零 件類 型 、 加 工 表 面 形 狀 、 尺 寸 、 毛 坯 種 類 。 3.各 種 機(jī) 床 工 藝 范 圍 專 用 機(jī) 床 ： 工 藝 范

10、 圍 較 窄 ， 相 應(yīng) 的 功 能 較 少 。通 用 機(jī) 床 ： 工 藝 范 圍 較 寬 ， 相 應(yīng) 的 功 能 較 強(qiáng) ， 但 自動(dòng) 化 程 度 低 。數(shù) 控 機(jī) 床 ： 工 藝 范 圍 較 寬 ， 相 應(yīng) 的 功 能 較 強(qiáng) ， 自 動(dòng)化 程 度 高 。機(jī) 床 功 能 的 增 加 ， 將 使 機(jī) 床 的 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 程 度 增 加 ，制 造 難 度 ， 制 造 周 期 和 制 造 成 本 增 加 ， 但 會(huì) 減 少工 件 的 裝 卸 次 數(shù) ， 減 少 安 裝 、 搬 運(yùn) 等 輔 助 時(shí) 間 。 4.工 藝 范 圍 寬 窄 的 選 擇 依 據(jù) 主 要 依 據(jù) ： 生 產(chǎn) 批 量 大

11、批 大 量 生 產(chǎn) 工 序 分 散 工 藝 范圍 窄 （ 專 用 機(jī) 床 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 ） 小 批 單 件 工 序 集 中 工 藝 范 圍 寬（ 通 用 機(jī) 床 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 ） (二 ) 柔 性 隨 著 產(chǎn) 品 的 多 品 種 小 批 量 生 產(chǎn) 的 發(fā) 展 ， 對(duì) 機(jī) 床 的 柔 性 要 求 越來(lái) 越 高 。1.機(jī) 床 的 柔 性 ： 指 適 應(yīng) 加 工 對(duì) 象 變 化 的 能 力 ， 包 括 空 間 上 和時(shí) 間 上 的 柔 性 。2.空 間 柔 性 ： 就 是 功 能 柔 性 ， 指 在 同 一 時(shí) 期 內(nèi) ， 機(jī) 床 能 夠 適應(yīng) 多 品 種 小 批 量 的 加 工 即

12、機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 功 能 和 刀 具 數(shù) 目 多 ，工 藝 范 圍 廣 ， 一 臺(tái) 機(jī) 床 具 備 幾 臺(tái) 機(jī) 床 的 個(gè) 功 能 。3.時(shí) 間 上 的 柔 性 也 就 是 結(jié) 構(gòu) 柔 性 ， 是 指 在 不 同 時(shí) 期 ， 機(jī) 床 各部 件 重 新 組 合 ， 構(gòu) 成 新 的 機(jī) 床 功 能 ， 即 通 過(guò) 機(jī) 床 重 構(gòu) ， 改變 其 功 能 ， 以 適 應(yīng) 產(chǎn) 品 更 新 換 代 快 的 要 求 。 (三 ) 與 物 流 系 統(tǒng) 的 可 親 性 1.可 親 性 是 指 機(jī) 床 與 物 流 系 統(tǒng) 之 間 進(jìn) 行 物 料 （ 工 件 、刀 具 、 切 屑 等 ） 交 接 的 方 便 程

13、度 。2.單 機(jī) 的 普 通 機(jī) 床 ： 由 人 工 進(jìn) 行 物 料 交 接 的 ， 要 求機(jī) 床 的 使 用 、 操 作 、 清 理 和 維 護(hù) 方 便 。3.自 動(dòng) 化 柔 性 制 造 系 統(tǒng) ： 機(jī) 床 與 物 流 系 統(tǒng) 是 自 動(dòng) 進(jìn)行 交 接 的 ， 要 求 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 形 式 開(kāi) 放 性 好 ， 物 料 交接 方 便 。結(jié) 論 ： 要 求 機(jī) 床 結(jié) 構(gòu) 開(kāi) 放 性 好 ， 便 于 物 料 （ 刀 具 、工 具 、 工 作 臺(tái) ） 交 換 。 (四 )剛 度 機(jī) 床 的 剛 度 將 影 響 機(jī) 床 的 生 產(chǎn) 率 和 加 工 精 度 。剛 度 包 括 靜 態(tài) 剛 度 、 動(dòng)

14、態(tài) 剛 度 、 熱 態(tài) 剛 度 。(五 )精 度 要 保 證 能 加 工 出 一 定 精 度 的 工 件 ， 作 為 工 作母 機(jī) 的 機(jī) 床 必 須 具 有 更 高 的 精 度 要 求 。包 括 空 載 條 件 下 的 精 度 （ 幾 何 精 度 、 運(yùn) 動(dòng) 精度 、 傳 動(dòng) 精 度 、 定 位 精 度 ） 和 工 作 精 度（ 加 工 精 度 ） 。 (六 ) 噪 聲 是 一 種 環(huán) 境 污 染 ， 設(shè) 計(jì) 和 制 造 過(guò) 程 中 要 設(shè) 法 降 低噪 聲 。 (七 ) 生 產(chǎn) 率 和 自 動(dòng) 化 機(jī) 床 的 生 產(chǎn) 率 用 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 機(jī) 床 所 能 加 工 的 工 件 數(shù)量 來(lái)

15、 表 示 。 機(jī) 床 的 切 削 效 率 越 高 ， 輔 助 時(shí) 間 越 短 ，則 它 的 生 產(chǎn) 效 率 越 高 。使 用 效 率 高 的 機(jī) 床 ， 可 以 降 低 工 件 的 加 工 成 本 。生 產(chǎn) 率 Q 1/（ T 切 T輔 T準(zhǔn) ） T切 ： 切 削 時(shí) 間 T輔 ： 輔 助 時(shí) 間 T準(zhǔn) ： 單 件 加 工 前 準(zhǔn) 備 時(shí) 間提 高 Q的 措 施 ：1.T切 大 ， T輔 T準(zhǔn) 小 （ 如 大 型 機(jī) 床 ）措 施 ： 大 切 削 用 量 ， 多 刀 多 工 位 同 時(shí) 加 工2. T切 較 小 ， T輔 T準(zhǔn) 較 大 （ 如 中 小 型 機(jī) 床 ） 主 要 使 T切 ， T輔

16、 減 少 。措 施 ： 是 V空 增 大 ， 自 動(dòng) 化 、 數(shù) 控 化 程 度 增 高 。 (八 )成 本 在 設(shè) 計(jì) 、 制 造 、 包 裝 、 運(yùn) 輸 、 使 用 、 維 護(hù) 和報(bào) 廢 處 理 的 費(fèi) 用 ， 是 衡 量 產(chǎn) 品 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 力 的 重 要指 標(biāo) 。 因 此 在 保 證 機(jī) 床 性 能 要 求 的 前 提 下 ， 提 高其 性 能 價(jià) 格 比 。(九 )生 產(chǎn) 周 期 為 了 快 速 響 應(yīng) 市 場(chǎng) 需 求 變 化 ， 生 產(chǎn) 周 期 是 衡量 產(chǎn) 品 市 場(chǎng) 競(jìng) 爭(zhēng) 力 的 重 要 指 標(biāo) ， 應(yīng) 盡 可 能 縮 短 生產(chǎn) 周 期 。 設(shè) 計(jì) 時(shí) 盡 可 能 采 用

17、 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 如 CAD，模 塊 化 設(shè) 計(jì) 等 。 (十 ) 可 靠 性 對(duì) 機(jī) 械 產(chǎn) 品 而 言 ， 主 要 取 決 于 設(shè) 計(jì) 階 段 。機(jī) 床 在 規(guī) 定 的 使 用 條 件 下 ， 在 規(guī) 定 的 時(shí) 間 內(nèi) ，完 成 規(guī) 定 的 加 工 功 能 ， 無(wú) 故 障 運(yùn) 行 的 概 率要 高 。 (十 一 ) 造 型 與 色 彩 機(jī) 床 的 造 型 與 色 彩 ， 要 簡(jiǎn) 潔 明 快 ， 美 觀 大 方 ，按 人 機(jī) 工 程 學(xué) 的 要 求 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 。 四 .機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 方 法 隨 著 科 學(xué) 技 術(shù) 的 進(jìn) 步 和 社 會(huì) 需 求 的 變 化 ， 機(jī)床 的

18、 設(shè) 計(jì) 理 論 和 技 術(shù) 也 在 不 斷 地 發(fā) 展 。 1.CAD和 CAE， 由 人 工 繪 圖 向 計(jì) 算 機(jī) 繪 圖 ， 改 變 了傳 統(tǒng) 的 經(jīng) 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 方 法 。 2.數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ： 使 機(jī) 床 的 傳 動(dòng) 與 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 變化 。 3.伺 服 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 可 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床 的 單 軸 運(yùn) 動(dòng) 及 多 軸 運(yùn)動(dòng) ， 省 去 復(fù) 雜 的 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ， 使 結(jié) 構(gòu) 及 布局 發(fā) 生 很 大 變 化 。 4.通 用 機(jī) 床 采 用 系 列 化 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 系 列 中 基 型 產(chǎn)品 屬 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 類 型 ， 其 它 類

19、型 屬 變 型 設(shè) 計(jì) 類 型 。 五 .機(jī) 床 設(shè) 計(jì) 步 驟 (一 ) 總 體 設(shè) 計(jì)1.主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 設(shè) 計(jì) (1)用 途 ： 機(jī) 床 的 工 藝 范 圍 ， 包 括 加 工 對(duì) 象 的 材 料 、質(zhì) 量 、 形 狀 及 尺 寸 等 。 (2)生 產(chǎn) 率 ： 包 括 加 工 對(duì) 象 的 種 類 、 批 量 及 所 要 求的 生 產(chǎn) 率 。 (3)性 能 指 標(biāo) ： 加 工 對(duì) 象 要 求 的 精 度 或 機(jī) 床 的 精 度 、剛 度 、 熱 變 形 、 噪 聲 等 性 能 指 標(biāo) 。 (4)主 要 參 數(shù) ： 確 定 機(jī) 床 的 加 工 空 間 和 主 參 數(shù) 。 (5)驅(qū) 動(dòng)

20、 方 式 ： 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 和 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 。 (6)成 本 及 生 產(chǎn) 周 期 2.總 體 方 案 設(shè) 計(jì) (1)運(yùn) 動(dòng) 功 能 設(shè) 計(jì) ： 畫(huà) 出 機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 功 能 圖 。 (2)基 本 參 數(shù) 設(shè) 計(jì) ： 運(yùn) 動(dòng) 參 數(shù) 、 尺 寸 參 數(shù) 、 動(dòng) 力 參數(shù) 設(shè) 計(jì) 。 (3)傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ： 包 括 傳 動(dòng) 式 ， 傳 動(dòng) 原 理 圖 及 傳動(dòng) 系 統(tǒng) 圖 。 (4)總 體 結(jié) 構(gòu) 布 局 設(shè) 計(jì) ： 包 括 運(yùn) 動(dòng) 功 能 分 配 ， 總 體布 局 結(jié) 構(gòu) 形 式 。 (5)控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ： 控 制 方 式 、 控 制 原 理 、 控 制 系統(tǒng) 圖 設(shè) 計(jì) 。 3.總 體 方 案 綜 合 評(píng) 價(jià) 與 選 擇 4.總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì) 修 改 或 優(yōu) 化 (二 ) 詳 細(xì) 設(shè) 計(jì) 1.技 術(shù) 設(shè) 計(jì) ： 確 定 結(jié) 構(gòu) 原 理 方 案 ， 裝 配 圖設(shè) 計(jì) ， 分 析 計(jì) 算 或 優(yōu) 化 。2.施 工 設(shè) 計(jì) ： 零 件 圖 設(shè) 計(jì) 、 商 品 化 設(shè) 計(jì) 、編 制 技 術(shù) 文 檔 。 (三 ) 機(jī) 床 整 機(jī) 綜 合 評(píng) 價(jià)