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1、南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计第十四章第十四章 总体设计总体设计内容：内容：机床的总体方案设计；机床的总体方案设计；机床设计的机床设计的“四化四化”（系列化、通（系列化、通用化、标准化、模块化）；用化、标准化、模块化）；机床的总体布局。机床的总体布局。要求：要求：了解机床总体设计思想。了解机床总体设计思想。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计 机床设计是设计师根据市场的需求、现有机床设计是设计师根据市场的需求、现有的制造条件、新工艺的发展，运用有关的科的制造条件、新工艺的发展，运用有关的科学技术知
2、识，所进行的创造性的劳动。学技术知识，所进行的创造性的劳动。机床设计机床设计发展发展1.由单纯靠类比设计发展到分由单纯靠类比设计发展到分析计算设计析计算设计2.由单纯静力分析发展到包括由单纯静力分析发展到包括静态、动态以及热变形热应力静态、动态以及热变形热应力等的分析等的分析3.由定性分析发展到定量分析由定性分析发展到定量分析南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计第一节第一节 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求一、性能要求一、性能要求1、工艺范围工艺范围2、加工精度和表面粗糙度加工精度和表面粗糙度3、生产率生产率4、自动化自动化5、可靠
3、性可靠性6、机床寿命机床寿命二、经济效益二、经济效益三、人机关系三、人机关系南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计第二节第二节 机床设计的步骤机床设计的步骤一、有关机床设计的几点看法一、有关机床设计的几点看法1、机床设计要有创造性机床设计要有创造性2、坚持为用户服务坚持为用户服务3、发展机床零部件专业厂发展机床零部件专业厂南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计二、机床设计的步骤二、机床设计的步骤1、研究设计要求、检索资料；研究设计要求、检索资料；2、拟定方案；拟定方案；工艺分析：工艺分析：对对专用机床专用机
4、床，应确定工艺方法、拟定夹具方案，应确定工艺方法、拟定夹具方案，绘制绘制加工示意图、加工工序图、生产率计算卡加工示意图、加工工序图、生产率计算卡。对对通用机床通用机床则应参照传统的工艺方法，并考虑新则应参照传统的工艺方法，并考虑新工艺和经济合理地扩大工艺范围的可能性。工艺和经济合理地扩大工艺范围的可能性。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计确定机床主要技术参数、传动系统、液压及确定机床主要技术参数、传动系统、液压及电气系统、主要部件结构草图，对试验结电气系统、主要部件结构草图，对试验结果及技术经济进行分析。果及技术经济进行分析。机床总体布局：机床总
5、体布局：分配运动、选择传动和支承形式、安排分配运动、选择传动和支承形式、安排操作部位、拟定从布局上改变技术经济指操作部位、拟定从布局上改变技术经济指标的措施等。标的措施等。绘制机床联系尺寸图绘制机床联系尺寸图。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计机床的联系尺寸机床的联系尺寸机床的总布局是通过机床的联系尺寸图体现的。机床的总布局是通过机床的联系尺寸图体现的。在机床的联系尺寸中应包括：在机床的联系尺寸中应包括：(1)(1)机床的机床的外形尺寸外形尺寸，长宽高；，长宽高；各部件的轮廓尺寸。各部件的轮廓尺寸。(2)(2)各部件间的连接、配合和相关各部件间的
6、连接、配合和相关位置的尺寸。位置的尺寸。(3)(3)移动部件的行程移动部件的行程、调整位置的尺寸。调整位置的尺寸。(4)(4)机床的机床的装料高度装料高度、操纵台的高度尺寸操纵台的高度尺寸。(5)(5)机床主机与液压站、电气柜的间距机床主机与液压站、电气柜的间距。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计 三、样机试制和鉴定三、样机试制和鉴定 3、技术设计；技术设计；4、工作图设计；工作图设计；5、编制技术文件；编制技术文件；6、对图样进行工艺审查和标准化审查。对图样进行工
7、艺审查和标准化审查。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计第三节第三节 系列化、通用化、标准化和模块化系列化、通用化、标准化和模块化机床的四化是一项重要的技术经济政策，对发展机床的四化是一项重要的技术经济政策，对发展机床新品种，提高机床质量，缩短新机床试制和机床新品种，提高机床质量，缩短新机床试制和生产准备周期保证互换性及协作配套等都有十分生产准备周期保证互换性及协作配套等都有十分重要的意义，其核心是品种系列化。重要的意义，其核心是品种系列化。一、机床的系列化一、机床的系列化定义：定义：为同一类型的机床安排一个系列型谱，统为同一类型的机床安排一个系列
8、型谱，统一规划拟订一系列的各种机床的总体方案，对产一规划拟订一系列的各种机床的总体方案，对产品进行系列设计。品进行系列设计。目的：目的：用最少的规格和最少型式的机床去满足国用最少的规格和最少型式的机床去满足国民经济各生产部门的需要。民经济各生产部门的需要。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计内内容容制定机床的参数标准：制定机床的参数标准：确定主参数系列和第二主参数确定主参数系列和第二主参数 编制机床的系列型谱：编制机床的系列型谱：根据机床主参数标准的规定，根据机床主参数标准的规定，确定某类型机床的品种、基型确定某类型机床的品种、基型与变型、布局及其
9、应有的技术与变型、布局及其应有的技术性能和技术参数水平。性能和技术参数水平。机床的系列设计：机床的系列设计：应根据机床的系列型谱进行应根据机床的系列型谱进行 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计 制定了参数标准制定了参数标准,同一主参数的机床，为了同一主参数的机床，为了满足社会的需要，选择用途广，形式易变满足社会的需要，选择用途广，形式易变的机床作为基型，以基型为基础，增加或的机床作为基型，以基型为基础，增加或减少某些另部件的结构而派生出来的机床减少某些另部件的结构而派生出来的机床作为变型，作为变型，(基型基型+变型即构成型谱变型即构成型谱,主参数
10、主参数系列系列+型谱才构成系列型谱型谱才构成系列型谱)在系列型谱的指在系列型谱的指导下，进行产品设计，产品试制，产品定导下，进行产品设计，产品试制，产品定型，实现品种系列化，并逐步做到型，实现品种系列化，并逐步做到“五个五个统一统一”（型号统一；主要参数统一；安装（型号统一；主要参数统一；安装和连接尺寸统一；易损件统一；质量检查和连接尺寸统一；易损件统一；质量检查标准和试验方法统一）以利于机床的生产，标准和试验方法统一）以利于机床的生产，使用，维修，配套和管理。使用，维修，配套和管理。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计例摇臂钻例摇臂钻床的主参数床
11、的主参数(最大钻孔最大钻孔直径直径)系列系列为为25、40、63、80、100、125mm。摇臂钻床系列型谱中几种型式摇臂钻床系列型谱中几种型式 南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计二、零部件的通用化和标准化二、零部件的通用化和标准化定义：定义：在互换性的基础上，尽可能地扩大零部件在互换性的基础上，尽可能地扩大零部件的使用范围的使用范围,在行业内部利用较少的几种结构，去适在行业内部利用较少的几种结构，去适应较多的产品的需要。应较多的产品的需要。目的目的:以减少企业生产的零、部件种数，使制造厂以减少企业生产的零、部件种数，使制造厂的生产和管理过程简化
12、，以获得较高的经济效益。的生产和管理过程简化，以获得较高的经济效益。优点：优点：减少设计工作量。扩大生产批量，减少工减少设计工作量。扩大生产批量，减少工艺装备，便于管理生产和组织专业化生产，降低成艺装备，便于管理生产和组织专业化生产，降低成本，提高技术，保证质量。本，提高技术，保证质量。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计机床的零部件一般可分为机床的零部件一般可分为：专用件专用件：某一型号的机床所特有的零部件。：某一型号的机床所特有的零部件。通用件：通用件：本型号机床与其它型号机床间相互通用的本型号机床与其它型号机床间相互通用的零部件。零部件。外购
13、件：外购件：由专门工厂生产的可以购买到的零部件。由专门工厂生产的可以购买到的零部件。标准件：标准件：由国家或行业标准化了的，在各种机床或由国家或行业标准化了的，在各种机床或机器上都可以通用的零部件。机器上都可以通用的零部件。要尽量加大通用件和标准件在零件总数中的比重。要尽量加大通用件和标准件在零件总数中的比重。通用化系数通用化系数=通用件总数通用件总数/（专（专+通）通）例如：通用摇臂钻床例如：通用摇臂钻床Z3012540（最大钻孔直径为（最大钻孔直径为125毫米，最大跨距为毫米，最大跨距为400毫米）通用件为毫米）通用件为386件，件，专用件只有专用件只有71件，通用化系数为件，通用化系数为
14、84.5%标准化系数标准化系数=（标准件总数（标准件总数+外购件总数）外购件总数）/零件总数零件总数 一般标准化系数一般标准化系数 45%-50%南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计三、模块化三、模块化 模块化是通用化的发展。模块化是通用化的发展。其设计的核心就是要设计一其设计的核心就是要设计一系列的模块，系列的模块，在模块化的初步，是使各个部件独立，并在模块化的初步，是使各个部件独立，并有几种方案可供选择。有几种方案可供选择。定义：定义：一组具有同一功能和结合要素（包括连接部件一组具有同一功能和结合要素（包括连接部件的形状，尺寸和连接件之间的配合
15、）而有不同用途（或的形状，尺寸和连接件之间的配合）而有不同用途（或性能）和不同结构且能互换的各个单元（零件、组件、性能）和不同结构且能互换的各个单元（零件、组件、部件或系统）或是能增加机床功能的单元。部件或系统）或是能增加机床功能的单元。优点：优点：产品更新快，开发快。产品更新快，开发快。设计和试制周期短：能极大地适应用户的需要，便于设计和试制周期短：能极大地适应用户的需要，便于 发展多品种小批量产品发展多品种小批量产品成本低，效益好。成本低，效益好。维修方便。维修方便。模块预先经过实验，可确保性能稳定可靠。模块预先经过实验，可确保性能稳定可靠。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技
16、术制造技术装备装备机床设计机床设计n设计时应注意模块的互换性和适应性，组成设计时应注意模块的互换性和适应性，组成产品的各模块应产品的各模块应“协调匀称协调匀称”，尤其应注，尤其应注意与主机的区别。意与主机的区别。n模块化的进一步发展是生产的社会化。各种模块化的进一步发展是生产的社会化。各种模块模块(称为称为“功能部件功能部件”或或“单元单元”)由专由专门的工厂制造，作为商品，向社会供应。门的工厂制造，作为商品，向社会供应。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计第四节第四
17、节 机床的总布局机床的总布局任务：任务：解决解决机床各部件间的机床各部件间的相对运动和相对位置相对运动和相对位置的关系，的关系，并使机床并使机床具有协调完美的造型。具有协调完美的造型。定义：定义：选择机床的形式分配各机床部件之间所需的相对选择机床的形式分配各机床部件之间所需的相对运动的及安排各部件和手柄在整合机床中的相互位置。运动的及安排各部件和手柄在整合机床中的相互位置。合理的总体布局应满足的基本要求：合理的总体布局应满足的基本要求：保证工艺方法所需要的工件和刀具的相对位置和相对运保证工艺方法所需要的工件和刀具的相对位置和相对运动。动。保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗震保证机床
18、具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗震性。性。便于观察加工过程，便于操作，调整和修理机床，便于便于观察加工过程，便于操作，调整和修理机床，便于输送装卸工件和排除抗屑，并保证工件安全。输送装卸工件和排除抗屑，并保证工件安全。经济性好。为节省材料，减少机床占地面积。经济性好。为节省材料，减少机床占地面积。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计一、一、机床的基本型式机床的基本型式 通用机床通用机床的总体布局：布局形式是比较成熟的传统形式，的总体布局：布局形式是比较成熟的传统形式，变化不大，如变化不大，如卧式、立式、单臂式和龙门式等，卧式、立式、单臂式和龙
19、门式等，随着科技随着科技的不断发展，也在逐步改善。的不断发展，也在逐步改善。专用机床专用机床的总体布局：布局形式灵活多样，变化较多。参的总体布局：布局形式灵活多样，变化较多。参考通用机床的布局有时对专用机床的布局也是有益的。考通用机床的布局有时对专用机床的布局也是有益的。影响机床总体布局的主要因素影响机床总体布局的主要因素：表面成型方法。表面成型方法。工件尺寸。工件尺寸。工件技术要求。工件技术要求。生产规模和生产率。生产规模和生产率。其它因素：结构、操作、外形、占地、运输和吊装等。其它因素：结构、操作、外形、占地、运输和吊装等。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备
20、机床设计机床设计1、卧式机床、卧式机床这种型式的机床的这种型式的机床的重心低重心低，但，但占地面积占地面积较较大大。通常工人通常工人在机床的前面操作在机床的前面操作，适于适于加加工细而工细而长的工件长的工件或需要或需要加工行程较长的工件。加工行程较长的工件。如卧式车床、外圆磨床、卧式镗床、卧式拉如卧式车床、外圆磨床、卧式镗床、卧式拉床等床等。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计2、立式机床、立式机床 具有占地面积小，工人所具有占地面积小，工人所处的操作位置比较灵活的处的操作位置比较灵活的特点；特点；如立式钻床、立式单柱坐如立式钻床、立式单柱坐标镗床
21、、立式铣床标镗床、立式铣床 等。等。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计3、单臂式机床、单臂式机床 适于方便地更换适于方便地更换点位进行加工。点位进行加工。但这类布局型式但这类布局型式与框架式相比刚与框架式相比刚度较差，因此应度较差，因此应注意提高刚度。注意提高刚度。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计4、龙门框架式机床、龙门框架式机床 具有刚度和加工精度具有刚度和加工精度高的特点。高的特点。适用于箱体件的平面适用于箱体件的平面加工，如龙门刨床、加工，如龙门刨床、龙门铣床龙门铣床；或是加工精度和表面或是
22、加工精度和表面粗糙度要求较严的粗糙度要求较严的平面与孔，如立式平面与孔，如立式双柱坐标镗床。双柱坐标镗床。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计5、数控机床和加工中心的布局型式，是数控机床和加工中心的布局型式，是在普通机床的基础上发展起来的。机在普通机床的基础上发展起来的。机床布局发生了很大的变化。床布局发生了很大的变化。南昌大学机电工程学院南昌大学机电工程学院 制造技术制造技术装备装备机床设计机床设计二、机床的运动及其分配对布局的影响二、机床的运动及其分配对布局的影响三、机床性能对布局的影响三、机床性能对布局的影响四、操作、观察与调整对布局的影响四、操作、观察与调整对布局的影响五、机床的造型与色彩五、机床的造型与色彩六、机床的联系尺寸六、机床的联系尺寸