第2章 數(shù)控機(jī)床總體設(shè)計(jì),2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求 2.1.1 工藝范圍 數(shù)控機(jī)床的工藝范圍是指該機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力。 機(jī)床的功能設(shè)置可根據(jù)被加工對(duì)象的批量來(lái)選擇。 通用數(shù)控機(jī)床通過(guò)增設(shè)一些附件擴(kuò)大數(shù)控機(jī)床的工藝范圍,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,212加工精度 機(jī)床精度分為機(jī)床本身的精度和工作精度（加工精度） 機(jī)床本身的精度即空載條件下的機(jī)床制造精度（包括幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、傳動(dòng)精度、定位精度等）。 工作精度（加工精度）要求機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)考慮到機(jī)床動(dòng)態(tài)特性,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,213 柔性 數(shù)控機(jī)床的柔性是指其適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。 功能柔性是指在同一時(shí)期內(nèi)，機(jī)床能夠適應(yīng)多品種小批量的加工，即機(jī)床的工藝范圍廣，運(yùn)動(dòng)功能和刀具數(shù)多。 結(jié)構(gòu)柔性是指在不同時(shí)期，機(jī)床個(gè)部件通過(guò)重新組合，實(shí)現(xiàn)機(jī)床重構(gòu)，構(gòu)成新的機(jī)床功能，適應(yīng)產(chǎn)品變化快的要求。 結(jié)構(gòu)柔性要求數(shù)控機(jī)床的功能部件具有快速分離與組合的功能。,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,214 開(kāi)放性 開(kāi)放性是指機(jī)床與物流系統(tǒng)之間進(jìn)行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。,215 噪聲 噪聲產(chǎn)生的來(lái)源 噪聲，不僅是一種環(huán)境污染，而且反映機(jī)床設(shè)計(jì)與制造水平,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,216 生產(chǎn)率和自動(dòng)化 提高切削效率，提高自動(dòng)化程度、縮短輔助時(shí)間，有利于提高生產(chǎn)效率。 自動(dòng)化程度高，還有利于保持加工精度的穩(wěn)定性，和適應(yīng)組建自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的要求。,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,217 成本 全周期概念: 成本貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)制造和使用生命周期 包括設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用維護(hù)、消耗及報(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)。,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,218 生產(chǎn)周期 生產(chǎn)周期（包括設(shè)計(jì)及制造）是衡量產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。 這要求數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如采用CAD、模塊化設(shè)計(jì)、系列化、型譜化設(shè)計(jì)等,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,219 可靠性 可靠性系指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。 所謂“規(guī)定條件”包括使用條件、維護(hù)條件、環(huán)境條件和操作技術(shù)等。 “規(guī)定時(shí)間”可以是某個(gè)預(yù)定時(shí)間或與時(shí)間相關(guān)的其他指標(biāo)，如動(dòng)作重復(fù)次數(shù)、距離等。 “規(guī)定功能”指產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。 產(chǎn)品的可靠性主要取決于產(chǎn)品在研制和設(shè)計(jì)階段形成的產(chǎn)品固有可靠性。,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,2.1.10 機(jī)床宜人性 機(jī)床宜人性是指為操作者提供舒適、安全、方便、省力等勞動(dòng)條件的程度。 符合人機(jī)工程學(xué)原理和工程美學(xué)原理。,2.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本要求,2111 符合綠色工程的要求 所謂綠色工程是指在工程領(lǐng)域注重環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源、保證可持續(xù)發(fā)展，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展更多地與地球資源、人類(lèi)環(huán)境及其承受能力達(dá)到和諧。 按照綠色工程的要求設(shè)計(jì)機(jī)床 ，優(yōu)化個(gè)有關(guān)設(shè)計(jì)要素，使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響最小，資源效率最高。,2.2 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)方法,2.2.1 數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論及設(shè)計(jì)方法概述 2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論 2.2.1.1.1 精度 機(jī)床精度是制機(jī)床主要部件的形狀、相互位置及其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精確程度。 包括幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度、定位精度及精度保持性等幾個(gè)方面,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,各類(lèi)機(jī)床精度按精度等級(jí)可分為普通精度級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí) 以上三種精度等級(jí)的機(jī)床均有相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，其允差若以普通級(jí)為1，則大致比例為1：0.4:0.25。 在設(shè)計(jì)階段主要從機(jī)床的精度分配、元件及材料選擇等方面來(lái)提高機(jī)床精度。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（1）幾何精度 幾何精度是指機(jī)床空載條件下，機(jī)床各主要部件的形狀、相互位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精確程度 幾何精度直接影響加工工件的精度，是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。它主要決定于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝配質(zhì)量。 幾何精度包括導(dǎo)軌的直線度、主軸徑向跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)、主軸中心線對(duì)滑臺(tái)移動(dòng)方向的平行度或垂直度等,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（2）運(yùn)動(dòng)精度 運(yùn)動(dòng)精度是指機(jī)床的主要零部件以工作狀態(tài)的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的精度 運(yùn)動(dòng)精度除幾何精度影響外，還主要受到運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量、傳動(dòng)力和摩擦力等因素的影響。 運(yùn)動(dòng)精度包括高速回轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)精度 、工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)速度精度等；,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（3）傳動(dòng)精度 傳動(dòng)精度是指機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性與準(zhǔn)確性 傳動(dòng)精度由傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、傳動(dòng)件的制造和裝配精度等因素決定 內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度-傳動(dòng)誤差：如車(chē)床車(chē)削螺紋傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差 ，齒輪成型運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差等,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（4）定位精度 定位精度是指機(jī)床的定位部件運(yùn)動(dòng)到達(dá)規(guī)定位置的精度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。 機(jī)床構(gòu)件和進(jìn)給伺服系統(tǒng)的的精度、剛度以及動(dòng)態(tài)性能、機(jī)床測(cè)量控制系統(tǒng)的精度等都會(huì)影響機(jī)床定位精度。 重復(fù)定位精度：機(jī)床的定位部件重復(fù)運(yùn)動(dòng)到達(dá)同一規(guī)定位置的精度情況,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（5）精度保持性 在規(guī)定的工作其間內(nèi)，保持機(jī)床所要求的精度，稱(chēng)之為精度保持性。 影響精度保持性的主要因素包括磨損、使用環(huán)境等。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（6）工作精度 有時(shí)，我們用機(jī)床加工規(guī)定的試件所能達(dá)到的加工精度來(lái)衡量機(jī)床的工作精度。 工作精度是由包括上面各種因素在內(nèi)的機(jī)床切削系統(tǒng)綜合因素所決定的。 機(jī)床切削系統(tǒng)包括機(jī)床、刀具、加工材料、加工工藝參數(shù)等,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.2 剛度 （1）機(jī)床剛度 機(jī)床剛度是指機(jī)床系統(tǒng)抵抗變形的能力。通?？捎孟率絹?lái)表示； K=F/y 式中 K機(jī)床剛度，N/um； F作用在機(jī)床上的載荷，N； y在載荷作用下，機(jī)床或主要零部件的變形，um。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,作用在機(jī)床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動(dòng)力、摩擦力、沖擊力、和振動(dòng)干擾力等。 載荷按性質(zhì)分為靜載荷和動(dòng)載荷 相應(yīng)地，機(jī)床剛度分為靜剛度與動(dòng)剛度,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,（2）整體剛度 機(jī)床是典型的多剛體結(jié)構(gòu)體。在載荷的作用下各部件及其結(jié)合部都要產(chǎn)生變形，整體剛度可理解為整臺(tái)機(jī)床在靜載荷作用下，各構(gòu)件及結(jié)合面抵抗變形的綜合能力。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮剛度的合理分配及優(yōu)化：在設(shè)計(jì)中既要考慮提高各部件的結(jié)構(gòu)剛度、同時(shí)又要考慮結(jié)合部的接觸剛度以及各部件間剛度的匹配問(wèn)題。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.3 抗振性 機(jī)床抗振性是指機(jī)床在交變載荷作用下抵抗變形的能力。它包括抵抗受迫振動(dòng)的能力和抵抗自激振動(dòng)的能力。 機(jī)床是具有多個(gè)固有頻率的復(fù)雜多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)床的振動(dòng)實(shí)際是各階主振型的合成運(yùn)動(dòng) 。 機(jī)床的振動(dòng)幅度主要由低階振型決定，所以一般只考慮對(duì)機(jī)床性能影響最大的幾個(gè)低階振型，如整機(jī)搖擺、一階彎曲和扭轉(zhuǎn)等振型，即可較準(zhǔn)確的表示機(jī)床大實(shí)際振動(dòng)狀態(tài)。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,機(jī)床的自激振動(dòng)是發(fā)生在機(jī)床的刀具與工件之間的一種相對(duì)震動(dòng)。 它在切削過(guò)程中出現(xiàn)，由切削運(yùn)動(dòng)與機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性相互作用而產(chǎn)生。自激振動(dòng)一旦出現(xiàn)，它的振幅并不穩(wěn)定。 自激振動(dòng)也稱(chēng)為切削穩(wěn)定性。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.4 熱變形 機(jī)床在受到內(nèi)部熱源和外部熱源的影響，各部分溫度發(fā)生變化。因不同材料的線脹系數(shù)不同，機(jī)床各部分的變形不同，導(dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生熱變形。 熱變形不僅會(huì)破壞機(jī)床的原始幾何精度，加快運(yùn)動(dòng)件的磨損，甚至?xí)绊懻＿\(yùn)轉(zhuǎn)。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.5 噪聲 機(jī)床噪聲源來(lái)自四個(gè)方面。 機(jī)械噪聲 如齒輪、滾動(dòng)軸承及其他傳動(dòng)元件的振動(dòng)、摩擦等 液壓噪聲 如泵、閥、管道等的液壓沖擊、氣穴、紊流產(chǎn)生的噪聲。 電磁噪聲 如電動(dòng)機(jī)定子內(nèi)磁滯伸縮等產(chǎn)生噪聲。 空氣動(dòng)力噪聲 如電動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)對(duì)空氣的攪動(dòng)等產(chǎn)生噪聲。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,減少噪聲的主要途徑是控制噪聲的生成和隔聲。 控制噪聲的生成應(yīng)找出主要的噪聲源，并采取降低噪聲的措施。 在隔聲方面降低噪聲主要是根據(jù)噪聲的吸收和隔離原理，采取隔聲措施。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.6低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 爬行現(xiàn)象：機(jī)床上有些運(yùn)動(dòng)部件，需要作低速或微小位移。當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)件勻速運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)件往往出現(xiàn)明顯的速度不均勻的跳躍式運(yùn)動(dòng)，即時(shí)走時(shí)?；驎r(shí)快時(shí)慢的現(xiàn)象。,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,爬行現(xiàn)象產(chǎn)生原因: 摩擦面上摩擦因數(shù)的變化和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度不足,2.2.1.1數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本理論,2.2.1.1.6低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 防止爬行現(xiàn)象的措施： 在設(shè)計(jì)低速運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，應(yīng)減少靜、動(dòng)摩擦因數(shù)之差，提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的剛度，提高阻尼比和降低移動(dòng)件的質(zhì)量。 減少靜、動(dòng)摩擦因數(shù)之差的方法有: 用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦;采用卸荷導(dǎo)軌或靜壓導(dǎo)軌，采用減摩材料，如導(dǎo)軌上鑲裝鋁青銅、鋅青銅或聚四氟乙烯塑料與鑄鐵或鋼支承導(dǎo)軌相配。采用特殊的導(dǎo)軌油等,2.2.1.2數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本方法概述,機(jī)床設(shè)計(jì)基本方法: 通用機(jī)床系列化 零部件標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、?？旎O(shè)計(jì) 機(jī)床系列設(shè)計(jì)中： 其基型產(chǎn)品屬創(chuàng)新設(shè)計(jì)類(lèi)型，其他屬變型設(shè)計(jì)類(lèi)型。組合機(jī)床屬組合設(shè)計(jì)類(lèi)型。,2.2.1.2數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本方法概述,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)的影響： 數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。 （1）主軸加工類(lèi)型及范圍的變化： 主軸系統(tǒng)及刀庫(kù)結(jié)構(gòu)及布局 （2）伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的變化； 可以直接驅(qū)動(dòng)單軸運(yùn)動(dòng)及多軸聯(lián)動(dòng)，從而可以省去復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)及布局也發(fā)生很大變化。,2.2.1.2數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本方法概述,計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，為機(jī)床設(shè)計(jì)方法的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。 （1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） （2）計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE) 機(jī)床的設(shè)計(jì)演變： 人工繪圖計(jì)算機(jī)繪圖 定性設(shè)計(jì)定量設(shè)計(jì) 靜態(tài)和線性分析動(dòng)態(tài)和非線性分析 可行性設(shè)計(jì)最佳設(shè)計(jì),2.2.1.2數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的基本方法概述,機(jī)械制造業(yè)中，多品種、小批量生產(chǎn)的需求日益增長(zhǎng)，出現(xiàn)了與之相適應(yīng)的FMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床是FMS的核心裝備 以單機(jī)為主的機(jī)床設(shè)計(jì) 以系統(tǒng)為主的機(jī)床設(shè)計(jì) 單機(jī)為主的機(jī)床設(shè)計(jì)：僅考慮完成自身主要加工能力的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì) 以系統(tǒng)為主的機(jī)床設(shè)計(jì)：在完成上述功能外，還考慮與制造系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的交互。,2.2.2 數(shù)控機(jī)床主要設(shè)計(jì)步驟,（1）主要技術(shù)指標(biāo)包括：用途 生產(chǎn)率 性能指標(biāo) 主要參數(shù) 驅(qū)動(dòng)方式 成本及生產(chǎn)周期。 （2）總體方案設(shè)計(jì) ：運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)。 基本參數(shù)設(shè)計(jì)。 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。,2.2.3 機(jī)床系列化設(shè)計(jì),系列化設(shè)計(jì)方法思想： 在機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面較典型的機(jī)床為基型。以它為基礎(chǔ)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)計(jì)出其他各種尺寸參數(shù)的機(jī)床產(chǎn)品，構(gòu)成機(jī)床產(chǎn)品的基型系列。 在基型系列的基礎(chǔ)上，同樣根據(jù)結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則以及用戶的需要，增加、減去、更換或修改少數(shù)零部件，派生出不同用途的變型機(jī)床，構(gòu)成派生系列。,2.2.3 機(jī)床系列化設(shè)計(jì),“基型”和“變型”合稱(chēng)為某類(lèi)機(jī)床的系列型譜。 機(jī)床主參數(shù)系列是系列型譜的縱向(按尺寸大小)發(fā)展 同規(guī)格的各種變型機(jī)床則是系列型譜的橫向發(fā)展。 系列型譜能比較綜合地表現(xiàn)了機(jī)床產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)的系列性與結(jié)構(gòu)的相似性。,2.2.3 機(jī)床系列化設(shè)計(jì),系列化設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 可以較少品種規(guī)格的機(jī)床產(chǎn)品滿足市場(chǎng)較大范圍的需求。 系列中不同規(guī)格的機(jī)床產(chǎn)品是依據(jù)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格性能試驗(yàn)和長(zhǎng)期生產(chǎn)考驗(yàn)的基型產(chǎn)品演變和派生而成的，可以大大減少設(shè)計(jì)工作量，縮短研制周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少機(jī)床開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。 機(jī)床產(chǎn)品有較高的結(jié)構(gòu)相似性和零部件的通用性，因而可以壓縮工藝裝備的數(shù)量和種類(lèi)，有助于縮短研制周期，降低生產(chǎn)成本。,2.2.3 機(jī)床系列化設(shè)計(jì),零部件的種類(lèi)少，系列中的機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似，便于進(jìn)行機(jī)床的維修，改善售后服務(wù)質(zhì)量。 為開(kāi)展變型設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。 由于用戶只能在系列型譜內(nèi)有限的一些品種規(guī)格中進(jìn)行選擇，因此，其性能參數(shù)和功能特性不一定最符合用戶的要求，有些功能可能還有冗余。,2.2.4 零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),通用化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)思想： 利用較少的幾種結(jié)構(gòu)，去適應(yīng)較多產(chǎn)品的需要，以減少企業(yè)生產(chǎn)的零、部件種數(shù)。 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(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，降低成本，保證質(zhì)量。,2.2.4 零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),部件通用化： 多數(shù)是指在系列型譜中，相同規(guī)格的基型與變型機(jī)床之間的通用。 舉例： 同主參數(shù)的銑床(萬(wàn)能、臥銑、立銑)中，大多數(shù)的部件，如升降臺(tái)、工作臺(tái)、進(jìn)給箱、主動(dòng)機(jī)構(gòu)等都是通用的。 系列中相鄰規(guī)格的機(jī)床之間，也有可能實(shí)現(xiàn)部件通用化。例如最大孔直徑63mm和80mm的主軸箱可以通用;100mm和125mm的主軸箱也可通用。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),機(jī)床產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)思想； 確定一組具有同一功能和結(jié)合要素(指聯(lián)接部位的形狀、尺寸、公差等)、但性能和結(jié)構(gòu)不同且能互換或組合的結(jié)構(gòu)或功能單元，形成產(chǎn)品的模塊系統(tǒng)，選用不同的模塊進(jìn)行組合，便可形成不同類(lèi)型和規(guī)格的產(chǎn)品。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),模塊化設(shè)計(jì)具有下述特點(diǎn) 提高設(shè)計(jì)效率，滿足用戶要求。產(chǎn)品模塊具有規(guī)范化、系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化特點(diǎn)，一次設(shè)計(jì)可滿足市場(chǎng)上的多種需求，可顯著提高設(shè)計(jì)效率，最大限度地縮短供貨周期和滿足用戶需求。 提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。對(duì)于系列化和通用化的結(jié)構(gòu)模塊，可以精心設(shè)計(jì)，批量加工，甚至可以組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，因而可大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。 促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。對(duì)于已經(jīng)模塊化的產(chǎn)品，可快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，不斷設(shè)計(jì)出新型的模塊，發(fā)展變型產(chǎn)品。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),方便維修。模塊化產(chǎn)品的維修十分方便，一旦設(shè)備發(fā)生故障，可更換整個(gè)模塊。 模塊的結(jié)合部位結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工要求高;結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，有時(shí)難于保證外觀的美觀和勻稱(chēng)。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),2.2.5.2 模塊化設(shè)計(jì)方式 模塊化設(shè)計(jì)特別適用于有一定批量的變型產(chǎn)品的系列化設(shè)計(jì)，可根據(jù)系列型譜進(jìn)行橫系列模塊化設(shè)計(jì)、縱系列模塊化設(shè)計(jì)和跨系列模塊化設(shè)計(jì)。 （1）橫系列模塊化設(shè)計(jì) 在基型產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)更換或添加功能模塊來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)品的功能和適應(yīng)性。這種設(shè)計(jì)方法應(yīng)用最廣，圖2-4所示即屬于橫系列模塊設(shè)計(jì)。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（2）縱系列模塊化設(shè)計(jì) 縱系列模塊設(shè)計(jì)一般在基型產(chǎn)品橫系列模塊系統(tǒng)基礎(chǔ)上，保持產(chǎn)品功能與原理方案基本相同，采用相似設(shè)計(jì)方法，改變其尺寸或性能參數(shù)，形成主參數(shù)等比數(shù)列排列的一系列產(chǎn)品。 （3）跨系列模塊化設(shè)計(jì) 對(duì)于具有相近動(dòng)力部件的產(chǎn)品，可進(jìn)行跨系列模塊化設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的有跨系列基礎(chǔ)件模塊、動(dòng)力模塊或其他功能模塊。如坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)磨床和自動(dòng)測(cè)量機(jī)床等可采用相同基礎(chǔ)件模塊。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),2.2.5.3模塊化設(shè)計(jì)功能模塊 (1)功能模塊劃分 功能模塊是產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)各種功能單元的具體方案或載體，是從滿足技術(shù)功能的角度來(lái)劃分和定義的，是方案設(shè)計(jì)中應(yīng)用的一種概念模塊。 功能模塊劃分的出發(fā)點(diǎn)是產(chǎn)品的功能分析，功能模塊的劃分一般采用系統(tǒng)分析方法，將產(chǎn)品的總功能自上向下逐層分解為分功能、子功能、直至功能單元。 產(chǎn)品功能分解可用功能樹(shù)表示，功能模塊可用模塊樹(shù)或形態(tài)矩陣表示。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),(2)功能模塊類(lèi)型 基礎(chǔ)功能模塊。是產(chǎn)品構(gòu)成中基本的、反復(fù)出現(xiàn)的和不可缺少的功能模塊類(lèi)型，可以單獨(dú)出現(xiàn)或與其他功能模塊相結(jié)合形成一個(gè)具體的生產(chǎn)模塊或結(jié)構(gòu)模塊。如臥式車(chē)床中主運(yùn)動(dòng)模塊、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)模塊、床身支撐模塊等。 輔助功能模塊。 完成產(chǎn)品的輔助功能，如臥式車(chē)床中的快速移動(dòng)模塊、加工冷卻模塊等，這些模塊一般不能單獨(dú)使用，其結(jié)構(gòu)尺寸等由基礎(chǔ)功能模塊決定。 特殊功能模塊。滿足用戶的特殊要求，擴(kuò)展或補(bǔ)充產(chǎn)品的某種功能，其生產(chǎn)批量比基礎(chǔ)能模塊少，如臥式車(chē)床中的工件自動(dòng)夾緊模塊。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),適應(yīng)功能模塊。適應(yīng)其他系統(tǒng)或邊界條件等必須設(shè)置的模塊，其結(jié)構(gòu)尺寸只是部分地或在一定范圍內(nèi)確定的，根據(jù)用戶的具體要求或使用環(huán)境等，其結(jié)構(gòu)尺寸可作一定調(diào)整，它是一種變尺寸或變結(jié)構(gòu)的模塊。 非模塊化功能塊。是一種根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的功能模塊，由于其生產(chǎn)批量少，其結(jié)構(gòu)及結(jié)合要素可不必追求規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，這樣做有時(shí)會(huì)有利于降低設(shè)計(jì)與制造成本。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),2.2.5.4模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模塊 從有利于生產(chǎn)和方便裝配目的而確定的模塊，它是構(gòu)成產(chǎn)品的具體模塊，又稱(chēng)為生產(chǎn)模塊.它們可能是一個(gè)或幾個(gè)完整的功能模塊及其組合，也可能僅包含某功能模塊的一部分。 從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和企業(yè)實(shí)際情況出發(fā)，在完成產(chǎn)品功能模塊劃分的基礎(chǔ)上.合理確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵問(wèn)題。結(jié)構(gòu)模塊可以是產(chǎn)品部件、組件、零件或大型零件的一部分，也可根據(jù)分級(jí)模塊思想進(jìn)行靈活組合,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（1）部件模塊 這種模塊既是生產(chǎn)模塊，也是單功能或多功能組合而成的功能模塊。有一定獨(dú)立性和完整性。方便設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理，是使用最為廣泛的一種生產(chǎn)模塊。如主軸系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等為部件 （2）組件模塊 把構(gòu)成部件的各個(gè)組件設(shè)計(jì)成不同的生產(chǎn)模塊，可以使部件具有不同的結(jié)構(gòu)或性能，與部件模塊相比，系統(tǒng)的柔性會(huì)有很大提高,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（3）零件模塊 將產(chǎn)品中的某些零件作為結(jié)構(gòu)模塊，可以獲得最大的系統(tǒng)柔性，最大限度增加生產(chǎn)批量。例如：組合夾具就是一種以零件模塊構(gòu)成的組合產(chǎn)品。 （4）大型零件的分段模塊 對(duì)于大型鑄件和焊接件，還可以進(jìn)一步劃分為分段模塊，通過(guò)組合可以滿足不同規(guī)格的產(chǎn)品需求，可以方便加工制造，減少對(duì)大型機(jī)床的需求，同時(shí)還可以減少木模、砂芯等的數(shù)量，有利于降低生產(chǎn)成本。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（5）分級(jí)模塊思想 為了更好地發(fā)展模塊化設(shè)計(jì)，還可采用分級(jí)模塊思想，把產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)劃分成不同的級(jí)別，低一級(jí)模塊可組合成高一級(jí)的模塊。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),2.2.5.5 模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn) (1)統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施 模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要在產(chǎn)品規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)階段制定產(chǎn)品的系列型譜，以此為依據(jù)完成結(jié)構(gòu)模塊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（2）搞好技術(shù)文件編制工作 由于模塊的設(shè)計(jì)不直接與產(chǎn)品相聯(lián)系，因此必須注意編制好文件，指導(dǎo)產(chǎn)品的構(gòu)成、制造與檢測(cè)，具體包括以下內(nèi)容: 模塊目錄表，包括模塊編碼、有關(guān)性能、功能的說(shuō)明。 模塊化產(chǎn)品目錄，包括使用的模塊類(lèi)型、組合關(guān)系及產(chǎn)品的檢測(cè)、使用說(shuō)明等。,2.2.5 模塊化設(shè)計(jì),（3）模塊化產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)管理 完成結(jié)構(gòu)模塊目錄和模塊化產(chǎn)品目錄及有關(guān)性能、功能的計(jì)算機(jī)管理，便于進(jìn)行有關(guān)信息的檢索、修改與完善，還可具有以下兩點(diǎn)功能: 對(duì)組合成的產(chǎn)品進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，可根據(jù)用戶要求進(jìn)行組合方案的優(yōu)化。 在對(duì)組合產(chǎn)品全面評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，提出新模塊開(kāi)發(fā)及其組合建議，擴(kuò)大模塊化產(chǎn)品的功能，最大限度地滿足市場(chǎng)需求。,2.3數(shù)控機(jī)床總體方案設(shè)計(jì),總體設(shè)計(jì)一般思路： 在機(jī)床設(shè)計(jì)各項(xiàng)基本要求中，工藝要求最為重要和基本。由工藝要求決定機(jī)床所需要的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，完成每個(gè)運(yùn)動(dòng)又有相應(yīng)的功能部件，這就可以確定各部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和相對(duì)位置關(guān)系，機(jī)床的總體布局也就大體能確定下。,2.3數(shù)控機(jī)床總體方案設(shè)計(jì),進(jìn)行機(jī)床總體設(shè)計(jì)時(shí)可從兩方面進(jìn)行考慮。一方面從機(jī)床內(nèi)部(本身)考慮，要處理好工件與刀具間的相對(duì)關(guān)系，如位置與運(yùn)動(dòng)、工件重量和形狀特點(diǎn)等。 另一方面還要兼顧考慮到機(jī)床外部的因素，也就是人機(jī)之間的關(guān)系，外形、操作和維護(hù)等。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1.1工作原理 機(jī)床是依靠刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出一定幾何形狀和尺寸精度的工件表面。不同的工件幾何表面，往往需要采用不同類(lèi)型的刀具，作不同的表面形成運(yùn)動(dòng)，而成為不同類(lèi)型的機(jī)床。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1.2 工件表面的形成方法 (1) 幾何表面的形成 任何一個(gè)表面都可以看作是一條曲線(或直線)沿著另一條曲線 (或直線)運(yùn)動(dòng)的軌跡。這兩條曲線(或直線)稱(chēng)為該表面的發(fā)生線，前者稱(chēng)為母線，后者稱(chēng)為導(dǎo)線。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),(2)發(fā)生線的形成 工件加工表面的發(fā)生線是通過(guò)刀具切削刃與工件接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成的。有如下四種方法。 軌跡法(描述法)。 成型法(仿形法)。 相切法(旋切法)。 范成法（滾切法),2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),軌跡法(描述法)。 發(fā)生線1(直導(dǎo)線)是由點(diǎn)切削刃作直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌跡形成的。因此為了形成發(fā)生線1, 刀具和工件之間需要一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),成型法(仿形法)。刀具是線切削刃.與工件發(fā)生線1（曲線)吻合，因此發(fā)生線1由刀刃實(shí)現(xiàn)，發(fā)生線1的形成不需要刀具與工件的柜對(duì)運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),相切法(旋切法)。圓柱銑刀旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具上的任一點(diǎn)與工件接觸均可發(fā)生切削，故稱(chēng)之為面切削刃。發(fā)生線1的軌跡是面發(fā)生線2運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)線。因此為了形成發(fā)生線1，刀具和工件之間需要兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是刀具的旋轉(zhuǎn)，形成面切削刃2;另一個(gè)是刀具回轉(zhuǎn)中心與工件之間按圓軌跡相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),范成法（滾切法): 發(fā)生線1(漸開(kāi)線母線)是由切削刃2(線2）在刀具與工件作范成運(yùn)動(dòng)時(shí)所形成的一系列軌跡線的包絡(luò)線。這時(shí)刀具與工件之間是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)范成運(yùn)動(dòng))。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1.3 運(yùn)動(dòng)分類(lèi) (1)按運(yùn)動(dòng)的功能分類(lèi) 為了完成工件表面的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動(dòng)，各個(gè)運(yùn)動(dòng)的功能是不同的?？梢苑譃槌尚芜\(yùn)動(dòng)和非成形運(yùn)動(dòng)。 成形運(yùn)動(dòng)。完成一個(gè)表面的加工所必須的最基本的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為表面成形運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)成形運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),根據(jù)運(yùn)動(dòng)在表面形成中所完成的功能，成形運(yùn)動(dòng)又分為主運(yùn)動(dòng)和形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)。 A、主運(yùn)動(dòng)。它的功能是切除加工表面上多余的金屬材料，因此運(yùn)動(dòng)速度高，消耗機(jī)床絕大部分動(dòng)力，故稱(chēng)為主運(yùn)動(dòng)，也可稱(chēng)為切削運(yùn)動(dòng)。它是形成加工表面必不可少的成形運(yùn)動(dòng)。例如車(chē)床上主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，磨床上砂輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，銑床上的銑刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等為主。 B、形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)。它的功能是用來(lái)形成工件加工表面的發(fā)生線。同樣的加工表面.,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),輔助運(yùn)動(dòng)。除了上述成形運(yùn)動(dòng)之外，機(jī)床上還需設(shè)置一些其他運(yùn)動(dòng)，可稱(chēng)非成形運(yùn)動(dòng)，如切入運(yùn)動(dòng)(使刀具切入用);分度運(yùn)動(dòng)(當(dāng)工件加工表面由多個(gè)表面組成時(shí)，由一個(gè)表面過(guò)渡到另一個(gè)表面所需的運(yùn)動(dòng));輔助運(yùn)動(dòng)(如刀具的接近、退刀、返回等);控制運(yùn)動(dòng)(如一些操縱運(yùn)動(dòng))。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),（2)按運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系分類(lèi) 獨(dú)立運(yùn)動(dòng)（簡(jiǎn)單成形運(yùn)動(dòng)）： 與其他運(yùn)動(dòng)之間無(wú)嚴(yán)格關(guān)系要求。 復(fù)合運(yùn)動(dòng)： 與其他運(yùn)動(dòng)之間有嚴(yán)格關(guān)系要求。如車(chē)螺紋的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。對(duì)機(jī)械傳動(dòng)形式的機(jī)床來(lái)講，復(fù)合運(yùn)動(dòng)是通過(guò)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn); 對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，復(fù)合運(yùn)動(dòng)是通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1.4運(yùn)動(dòng)功能方案設(shè)計(jì) (1)工藝分析 對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床的工藝范圍進(jìn)行分析(對(duì)于通用機(jī)床，加工對(duì)象為工件群，選擇其中幾種典型工件進(jìn)行分析)，選擇確定加工方法(對(duì)同一種表面有多種加工方法)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),(2)選取坐標(biāo)系 依據(jù)數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系，采用直角坐標(biāo)系，沿X, Y, Z軸的直線運(yùn)動(dòng)符號(hào)及運(yùn)動(dòng)量仍用X , Y, Z表示，繞X, Y, Z軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用A, B, C表示，其運(yùn)動(dòng)量用 表示。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),對(duì)于各運(yùn)動(dòng)部件的局部坐標(biāo)系可按如下方法選取: 局部坐標(biāo)系固定在運(yùn)動(dòng)部件上; 當(dāng)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)床坐標(biāo)系軸線平行時(shí)，可取各局部坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系方向一致，這種取法簡(jiǎn)單、直觀，也可取局部坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系方向不一致，取運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆i軸; 當(dāng)有斜置式運(yùn)動(dòng)時(shí)，可混合選取，即與機(jī)床坐標(biāo)系軸線平行的運(yùn)動(dòng)，其坐標(biāo)按機(jī)床坐標(biāo)系選取，斜置的運(yùn)動(dòng)取運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閆i軸，為了與總體坐標(biāo)區(qū)分可用Zy表示。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),(3)寫(xiě)出機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式 確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能，寫(xiě)出機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式。 運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式表示機(jī)床的運(yùn)動(dòng)個(gè)數(shù)、形式(直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))、功能(主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、非成形運(yùn)動(dòng)，分別用下標(biāo)p, f, a表示)及排列順序。左邊寫(xiě)工件，用W表示;右邊寫(xiě)刀具，用T表示，中間寫(xiě)運(yùn)動(dòng)，按運(yùn)動(dòng)順序排列，并用“/”分開(kāi)。 如車(chē)床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式為W/Cp , Zf , X f/T，三軸升降臺(tái)式銑床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式為W/ X f, Yf , Zp, Cp /T,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),(4)繪制機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖 機(jī)床運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖是將機(jī)床的幾何運(yùn)動(dòng)功能式用簡(jiǎn)潔符號(hào)和圖形表達(dá)出來(lái)，是機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能圖形符號(hào)可用圖2-7所示的符號(hào)表。圖2-7 ( a)表示回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，圖2-7 ( b)表示直線運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng)功能圖識(shí)圖舉例： 圖2-8給出了一些機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能圖的例子。 下標(biāo)p表示主運(yùn)動(dòng)，f表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，a表示非成形運(yùn)動(dòng)。 圖中的 表示沿局部坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),圖2-8( a)中，Cp為主運(yùn)動(dòng)，Zf和Xf為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成車(chē)削功能。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),圖2-8 ( b )中，Cp為主運(yùn)動(dòng)，Xf, Yf和Zf為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成銑削功能。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),圖2-8( d)中， Cp為主運(yùn)動(dòng), Cf, Xf, , Zf為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，Ba為砂輪的調(diào)整運(yùn)動(dòng)，用于磨圓錐面。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),圖2-8(g)所示為完成滾齒功能，為主運(yùn)動(dòng)， 與Cf組成范成運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)成漸開(kāi)線母線，Zf為創(chuàng)成直導(dǎo)線，Ba為調(diào)整運(yùn)動(dòng)，用來(lái)調(diào)整刀具的安裝角，使刀具與工件的齒向一致，Ya為切人運(yùn)動(dòng)。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),(5)繪制機(jī)床傳動(dòng)原理圖 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能圖只表示運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式、功能及排列順序，不表示運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)關(guān)系。若將動(dòng)力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)關(guān)系同時(shí)表示出來(lái)，就是傳動(dòng)原理圖。,2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),2.3.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì),并聯(lián)軸機(jī)床的幾何運(yùn)動(dòng)原理 圖2-10 (a)所示的1, 2是兩個(gè)移動(dòng)副(又稱(chēng)為直線關(guān)節(jié))，3, 4, 5為鉸鏈(又稱(chēng)為球關(guān)節(jié))。當(dāng)構(gòu)件1, 2作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將桿35和桿45伸長(zhǎng)或縮短。從運(yùn)動(dòng)學(xué)原理看，1, 2是并聯(lián)，它的運(yùn)動(dòng)效果與圖2-10(b)中兩個(gè)串聯(lián)運(yùn)動(dòng)1, 2的運(yùn)動(dòng)效果相當(dāng)。1和2稱(chēng)為等效運(yùn)動(dòng)，或稱(chēng)虛擬軸運(yùn)動(dòng)。因?yàn)?和2 運(yùn)動(dòng)軸實(shí)際并不存在。具有虛擬軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)床也可稱(chēng)為虛擬軸機(jī)床。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),機(jī)床幾何運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式(或運(yùn)動(dòng)構(gòu)原理圖)是根據(jù)工藝要求確定的。它只描述了刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但哪些運(yùn)動(dòng)是由刀具一側(cè)成，哪些運(yùn)動(dòng)由工件一側(cè)完成也還不清楚。所以還要決定運(yùn)動(dòng)功能的分配問(wèn)題。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),2.3.2.1 幾何運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì) 通過(guò)幾何運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì)可確定基礎(chǔ)支承件，即運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式中“接地”的位置，用符號(hào)“”表示。符號(hào)“”左側(cè)的運(yùn)動(dòng)由工件完成，右側(cè)的運(yùn)動(dòng)由刀具完成。 機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式中添加上接地符號(hào)“”后，可稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)分配式。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì)：一個(gè)運(yùn)動(dòng)功能方案，可以得到幾個(gè)運(yùn)動(dòng)分配式，如前例銑床的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式為W/Xf、Zf、Yf、Cp/T，其運(yùn)動(dòng)分配式有以下幾種: W/ Xf、Zf、Yf、Cp/T。 W/ Xf Zf、Yf、Cp/T。 W/ Xf、Zf Yf、Cp/T。 W/ Xf、Zf、Yf Cp/T。 W/ Xf、Yf Zf、Cp/T。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng)分配式進(jìn)行評(píng)價(jià)： 由眾多的運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系式經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)篩選后，保留下的方案都可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分配設(shè)計(jì)，再對(duì)眾多的運(yùn)動(dòng)分配式進(jìn)行評(píng)價(jià)，剔除一些明顯不合理方案,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),2.3.2.2 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局形式有立式、臥式及斜置式等;其中基礎(chǔ)支承件的形式又有底座式、立式、龍門(mén)式等;基礎(chǔ)支承件的結(jié)構(gòu)又有一體式和分離式等。因此同一種運(yùn)動(dòng)分配式又可以多種結(jié)構(gòu)布局形式，這樣運(yùn)動(dòng)分配設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)后保留下來(lái)的運(yùn)動(dòng)分配式方案的全部結(jié)構(gòu)布局方案就有多種，因此需要再次進(jìn)行評(píng)價(jià)，去除不合理方案。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)布局方案評(píng)價(jià)： 該階段評(píng)價(jià)的依據(jù)主要是定性分析機(jī)床的剛度、工藝特點(diǎn)、占地面積以及對(duì)物流系統(tǒng)的開(kāi)放性等因素。該階段設(shè)計(jì)結(jié)果得到的是機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖，,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),圖2-11所示為五軸鏜銑機(jī)床的一種結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(1）滿足多刀加工的布局圖 圖2-12是具有可編程尾架座雙刀架數(shù)控車(chē)床，床身為傾斜形狀，位于后側(cè)，有兩個(gè)數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架，可實(shí)現(xiàn)多刀加工，尾座可實(shí)現(xiàn)編程運(yùn)動(dòng)，也可安裝刀具加工。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(2)滿足換刀要求的布局 加工中心都帶有刀庫(kù)，刀庫(kù)的形式和布局影響機(jī)床布局。所要考慮的問(wèn)題有:選擇合適的刀庫(kù)、換刀機(jī)械手與識(shí)刀裝置的類(lèi)型，力求這些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作少而可靠，機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，刀具存儲(chǔ)交換時(shí)保證刀具與工件和機(jī)床部件之間不發(fā)生干涉等。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(3)滿足多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)要求的布局 五坐標(biāo)的加工中心，有立、臥兩個(gè)主軸，臥式加工時(shí)立式主軸退回， 立式加工時(shí)臥式主軸退回，立式主軸前移，工作臺(tái)可以上下、左右移動(dòng)和在兩個(gè)坐標(biāo)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。刀庫(kù)為多盤(pán)式結(jié)構(gòu)，位于立柱的側(cè)面。該機(jī)床在一次裝夾時(shí)可加工五個(gè)面，適用于模具、殼體、葉輪、葉片等復(fù)雜零件的加工。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(4)適應(yīng)快速換刀要求的布局 圖2-16所示的加工中心無(wú)機(jī)械手，換刀時(shí)刀庫(kù)移向主軸直接換刀，刀具軸線與主軸軸線平行。不用機(jī)械手可減少換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)率。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),圖2-17是轉(zhuǎn)塔主軸箱的布局形式，轉(zhuǎn)塔頭上裝有兩把刀，與主軸軸線成45，當(dāng)水平方向的主軸加工時(shí)，待換刀具的主軸換刀，換刀時(shí)間和加工時(shí)間重合，轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)180，換上的刀具就可工作，提高了生產(chǎn)率。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(5)適應(yīng)多工位加工要求的布局 圖2-18所示的機(jī)床有四個(gè)工位，三個(gè)工位為加工工位，一個(gè)工位為裝卸工件工位，該機(jī)床可實(shí)現(xiàn)多面加工，因而生產(chǎn)率較高。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(6)適應(yīng)可換工作臺(tái)要求的布局 圖2-19為可換工作臺(tái)的加工中心，一個(gè)工作臺(tái)上的零件加工時(shí)，另一個(gè)工作臺(tái)可裝卸工件，使裝卸工件時(shí)間和加工時(shí)間重合，減少了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(7)工件不移動(dòng)的機(jī)床布局 當(dāng)工件較大，移動(dòng)不方便時(shí)，可使機(jī)床立柱移動(dòng)，如 2-20所示，對(duì)于一些大型鏜銑床，床身比工件重輕，大多采用這種布局方式。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),(8)為提高剛度減少熱變形要求的布局臥式 加工中心多采用框架式立柱，這種結(jié)構(gòu)剛度好，受熱變形小，抗振性高，如圖2-21所示。主軸位于兩立柱之間，當(dāng)主軸發(fā)熱時(shí)，由于兩立柱溫升相同. 因而變形相同，對(duì)稱(chēng)的熱變形，可使主軸的位置保 持不變，因而提高了精度。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),2. . 2. 3 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計(jì) 該階段主要是進(jìn)行功能(運(yùn)動(dòng)或支承)部件概略形狀和尺寸設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是機(jī)床總結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)階段評(píng)價(jià)后所保留的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)局形態(tài)圖、驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果、機(jī)床動(dòng)力參數(shù)、加工空間尺寸參數(shù)以及機(jī)床整機(jī)的剛度及精度分配。其設(shè)計(jì)過(guò)程大致如下。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸。 與設(shè)計(jì)末端執(zhí)行件相鄰的下一個(gè)功能部件的結(jié)合部的形式、概略尺寸。若為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一側(cè)相當(dāng)于滑臺(tái)，相鄰部件一側(cè)相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌結(jié)合部的剛度及導(dǎo)向精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類(lèi)型及尺寸。 根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計(jì)結(jié)果和該運(yùn)動(dòng)的行程尺寸，同時(shí)考慮部件的剛度要求，確定下一個(gè)功能部件(即滑臺(tái)側(cè))的概略形狀與尺寸。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),重復(fù)上述過(guò)程，直到基礎(chǔ)支承件(底座、立柱、床身等)設(shè)計(jì)完畢。 若要進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)，則可將功能部件細(xì)分成子部件，根據(jù)制造廠的產(chǎn)品規(guī)劃，進(jìn)行模塊提取與設(shè)置。 初步進(jìn)行造型與色彩設(shè)計(jì)。 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案的綜合評(píng)價(jià)。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),上述設(shè)計(jì)完成后，得到的設(shè)計(jì)結(jié)果是機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案圖，如圖2-22所示。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),對(duì)所得到的各個(gè)總體結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)比較，評(píng)價(jià)的主要因素如下。 性能。預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)剛度及精度。 制造成本。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、制造裝配難度、模塊化及標(biāo)準(zhǔn)化程度、制造廠的制造條件等預(yù)估制造成本。 制造周期。考慮因素大體與相同，預(yù)估制造周期。,2.3.2 機(jī)床總體布局結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),生產(chǎn)率。 物流系統(tǒng)的開(kāi)放性。 外觀造型。 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)修改與確定。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)，選擇一二種較好的方案，進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)修改、完善或優(yōu)化，確定方案。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),2.4.1主參數(shù)和尺寸參數(shù) 機(jī)床主參數(shù)是反映機(jī)床規(guī)格大小及機(jī)床最大工作能力的一種參數(shù)。 通用機(jī)床主參數(shù)已有標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)GB/T 15375-94金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法。根據(jù)用戶需要選用相應(yīng)數(shù)值即可，而專(zhuān)用機(jī)床的主參數(shù)，一般以加工零件或被加工面的尺寸參數(shù)來(lái)表示。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),機(jī)床的尺寸參數(shù)是指機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，通常包括以下尺寸。 與被加工零件有關(guān)的尺寸。如臥式車(chē)床刀架上最大加工直徑，搖臂鉆床的立柱外徑與主軸之間的最大跨距等。 標(biāo)準(zhǔn)化工具或夾具的安裝面尺寸。如臥式車(chē)床主軸錐孔及主軸前端尺寸。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),2.4.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 運(yùn)動(dòng)參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件，如主軸、工作臺(tái)和刀架的運(yùn)動(dòng)速度。 2.4.2.1 主運(yùn)動(dòng)參數(shù) 對(duì)于主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，其主運(yùn)動(dòng)參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速。,式中n主軸轉(zhuǎn)速，r/min; v切削速度，m/min; d工件或刀具直徑，mm 。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),對(duì)于通用機(jī)床，由于完成的工序范圍較廣，又要適應(yīng)一定范圍的不同尺寸和不同材質(zhì)零件的加工需要，要求主軸具有不同的轉(zhuǎn)速(即應(yīng)實(shí)現(xiàn)變速)，故需確定主軸的變速范圍。 主運(yùn)動(dòng)可采用無(wú)級(jí)變速，也可采用有級(jí)變速。若用有級(jí)變速，還應(yīng)確定級(jí)數(shù)。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),(1)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的確定 確定最低轉(zhuǎn)速( nmin)和最高轉(zhuǎn)速(nmax)的方法主要是調(diào)查、分析在所設(shè)計(jì)的機(jī)床上可能進(jìn)行的工序，從中選擇要求最高、最低最低轉(zhuǎn)速的典型工序。按照典型工序的刀具切削速度和刀具(或工件)直徑，由式(2-2 )、式(2-3 )、(2-4)式可計(jì)算出nmin和最高轉(zhuǎn)速nmax及變速范圍Rn:,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),參數(shù)的選擇參考依據(jù)： 式中的vmin和vmax可根據(jù)切削用量手冊(cè)、現(xiàn)有機(jī)床使用情況調(diào)查或者切削試驗(yàn)確定，通用機(jī)床的dmax和dmin并不是指機(jī)床上可能加工的最大和最小直徑，而是指實(shí)際使用情況下，采用vmin和vmax時(shí)常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑，對(duì)于通用機(jī)床，一般取 dmax = KD; dmin = Rd dmax D機(jī)床能加工的最大直徑，mm ; K系數(shù)，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有同類(lèi)機(jī)床使用情況的調(diào)查確定，如臥式車(chē)床K=0.5，搖臂鉆床K=1.0； Rd計(jì)算直徑范圍，通常Rd =0. 20. 25。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),例 : 某400mm臥式車(chē)床，確定主軸的最高、最低轉(zhuǎn)速。根據(jù)分析，用硬質(zhì)合金車(chē)刀對(duì)小直徑鋼材半精車(chē)外圓時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速為最高，參考切削用量資料，可取vmax = 200m/min，對(duì)于通用車(chē)床K=0. 5，Rd=0. 25，則 dmax = KD =0.5 X 400=200mm dmin = Rd dmax =0. 25 X 200=50mm,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),根據(jù)分析，主軸最低轉(zhuǎn)速由下面兩道工序確定。 工序1: 用高速鋼車(chē)刀，對(duì)鑄鐵材料的盤(pán)形零件粗車(chē)端面。參考切削用量資料取vmin=15m/min，則 :,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),工序2 : 用高速鋼刀具，精車(chē)合金鋼材料的梯形螺紋(絲杠) 時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速較低，取V=1.5m/min。據(jù)調(diào)查，400mm臥式車(chē)床上加工絲杠最大直徑為4050mm左右，則:,綜合實(shí)際情況，同時(shí)考慮今后的發(fā)展儲(chǔ)備，最后確定nmax = 1600r/min, nmin =10r/min。,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),(2)主軸轉(zhuǎn)速的合理排列 確定了nmax和nmin之后，在已知變速范圍內(nèi)若采用有級(jí)變速，則應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)速分級(jí)；如果采用無(wú)級(jí)變速，有時(shí)也需用分級(jí)變速機(jī)構(gòu)來(lái)擴(kuò)大其無(wú)級(jí)變速范圍。所謂分級(jí)即在變速范圍內(nèi)確定中間各級(jí)轉(zhuǎn)速。目前，多數(shù)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速是按等比級(jí)數(shù)排列，其公比用符號(hào) 表示。則轉(zhuǎn)速數(shù)列為:,2.4 機(jī)床主參數(shù)的設(shè)計(jì),主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列呈等比數(shù)列規(guī)律分布，主要原因是在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速相對(duì)損失均勻。 如在加工中某一工序要求的合理轉(zhuǎn)速為n，而在Z級(jí)轉(zhuǎn)速中沒(méi)有這個(gè)最佳轉(zhuǎn)速，nj n nj+1。 將造成的轉(zhuǎn)速損失為(n-nj )，相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為:,當(dāng)n趨近于nj+1時(shí)，仍選用nj為使用轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生的最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率為:,如果認(rèn)為每級(jí)轉(zhuǎn)速的使用機(jī)會(huì)都相等,那么應(yīng)使Amax為一定值即