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机床的总体设计

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机床总体设计(全)

机床总体设计(全)
3.结构布局设计
机床结构布局：立式、卧式、斜置式。 基础支承件的形式：底座式、立柱式、龙门式。
基础支承件的结构形式：一体式、分离式。
同一种运动分配式可以有多种结构布局形式，运动分配 设计阶段评价后，需对结构布局方案进行评价，去除不 合理方案。 评价的主要依据是定性分析机床的刚度、占地面积、与 物流系统的可亲和性等。
设计结果是得到机床总体结构布局形态图。
机床支承形式的选择
• 机床的支承件：床身、底座、立柱、横梁、横臂等。
– 柱形：支承件是立柱，或立柱与底座的组合—立式机床。 – 倒T字形：支承件是床身和立柱的组合—复合式机床。 – 槽形：支承件是床身（底座）、立柱和横臂三者的组合—单 臂式机床。 – 框形：支承件由床身、横梁及双立柱组成，形成封闭的框形 结构—龙门式机床。
总体方案综合评价与选择：对各种方案进行综合评价，从中选择较 好的方案。 总体方案的设计修改与优化
对所选择的方案进行进一步修改或优化，确定最终方案。
BACK
3.1.3 机床的设计步骤
结构设计
设计机床的传动系统，确定各主要结构的原理方案，设计部件装配图，对主要 零部件进行分析计算和优化，设计液压原理图和相应液压部件装配图，设计电 气控制系统原理图和相应的电气安装接线图，设计和完善机床总装配图和总联 系尺寸图。
上述步骤反复进行，直到达到设计结果满意为止。 定型设计，结构设计完成之后，可进行实物样机的制造、实验及评价。根 据实物样机的评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。
BACK
3.1.4 机床总体设计一、床系列型谱的确定由于各种机床用户生产的产品和规模不同，对机床性 能和结构的要求也不同，因此，同一机床甚至同一规 格的机床，还需要有各种变形，以满足用户各种各样 的需求。为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户 的不同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先 确定一种用途最广，需求量最大的机床作为“基型系 列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若 干变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型” 构成了机床的“系列型谱”。

第六章机床总体设计

第六章机床总体设计

2、生产率和自动化程度
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提高生产率，缩短工作先进刀 具，提高切削速度、进给速度、加大切削深度 等。
提高机床的自动化程度，减轻工人劳动强度， 保证加工精度及精度的稳定性。
在小批、单件和形状复杂的工件的生产中，数 控机床的使用日益增多，其主要特点是有很大 的柔性，灵活性大，不需要设计专用的工装， 适应能力强、生产率高，是实现机床自动化的 一个重要发展方向。
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寿命：机床保持它具有加工精度的使用期限。 寿命期内的正常条件下，机床不丧失设计时所 规定的精度性能，称精度保持性。
确保和提高机床寿命，主要是提高一些关键性 零件的耐磨性，并使主要传动件的疲劳寿命和 它相适应。
中小型机床，寿命约八年。
6、系列化、通用化、标准化程度
产品系列化、零部件通用化和标准化简称“三 化”。
⑶ 运动精度—指机床在以工作速度运转时主要零 部件的几何位置精度
⑷ 定位精度—指机床主要部件在运动终点所达到 实际位置的精度。
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表面粗糙度：工件表面粗糙度与下列因素 有关：工件和刀具的材料，进给量，刀具 的几何形状，切削时的振动。
刚度。刚度指机床各零部件抵抗弹性变形 的能力。
机床的热变形也影响加工精度 抗振性。机床抵抗受迫振动的能力。和机
为使最大相对转速损失率不超过 50 % ，即 则φ ≤2 ，因此1＜Ф ≤2。
18
为方便起见，规定了公比的标准值： 1.06 ,1.12 ,1.26 ,1.41 ,1.58 , 2。
4、公比的选用 当确定了最高与最低转速以后，就应选取
公比Ф。从使用性能方面考虑，公比最好选得小一 些，以便减少相对转速损失。但公比越小，级数就 越多，将使机床的结构复杂。对于一般生产率要求 较高的普通机床，减少相对转速损失是主要的，所 以公比取得较小，如Ф=1.26或Ф＝1.41等。有些小 型机床希望简化构造，公比Ф可取得大些，如Ф＝ 1.58或Ф=2等。

普通机床总体设计和传动系统设计

普通机床总体设计和传动系统设计

(2)拟定方案
在调查研究、分析工件和加工工艺的基础上，提出多种总体设计方 案，它包括：运动功能、基本参数、机床总体布局、传动系统、电 气系统、液压系统、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济综 合分析等。
(3)技术设计
根据最终确定的总体设计方案，绘制机床总图、部件装配图、液压 与电气装配图，并进行运动计算和动力计算，然后进行零件图设计 和编写各种技术文件。
（主参数），k是系数 。
nmax
1000v max d min
nmin
1000v min d max
nmax Rn nmin
d max kD
2．主轴转速的合理排列
机床的主轴转速绝大多数是按照等比数列排列
的。原因是：设计简单；使用方便，最大相对转速
损失率相等。
(1) 设计方便 如果机床的主轴转速数列是等比的，
（三）在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法 可采用分析式设计或创成式设计。
2. 机床设计步骤
（一）确定结构原理方案 （二）总体设计
（三） 结构设计
（四）工艺设计
（五）机床整机综合评价 （六） 定型设计
2.机床的设计步骤
(1)调查研究 掌握第一手资料是搞好机床设计工作的关键。 (2)拟定方案 在调查研究、分析工件和加工工艺的基础上，提 出多种总体设计方案，它包括：运动功能、基本参数、机床总体 布局、传动系统、电气系统、液压系统、主要部件的结构草图、 试验结果及技术经济综合分析等。 (3)技术设计 根据最终确定的总体设计方案，绘制机床总图、 部件装配图、液压与电气装配图，并进行运动计算和动力计算， 然后进行零件图设计和编写各种技术文件。 (4)整机综合评定 在所有设计完成之后，还须对所设计的机床 进行整机性能分析和综合评价。

第三章 机床总体设计

第三章 机床总体设计
置和相对运动。 置和相对运动。 保证机床具有与所要求的加工精度相适应的 刚度和抗振性。 刚度和抗振性。 使用方便， 具体地说， 便于操作 、 调整、 使用方便 ， 具体地说 ， 便于操作、 调整 、 修 理机床；便于输送、装卸工件，排除切屑。 理机床；便于输送、装卸工件，排除切屑。 经济效果好， 如节省材料 、 经济效果好 ， 如节省材料、 减少机床占地面 积等。 积等。 造型美观。 造型美观。
第 1 节 机 床 总 体 设 计
2．辅助运动参数
• 辅助运动的运动参数（如直线运动的
移动速度、回转运动的转速等），其 数列也同样存在着等比级数排列、等 差级数排列、无规律变化的排列三种。 • 加工螺纹时，进给量就按等差级数排 列。 • 一般情况下，不用按等比级数排列的 数列。
第 1 节 床 总 体 设 计
第 1 节 机 床 总 体 设 计
1.5主要技术参数的确定 1.5主要技术参数的确定
机床的主要技术参数是用来表示机 床本身的工作能力，如对于加工类的机 床，它主要表示被加工工件的直径及长 度，所需电动机的容量等。 主要技术参数包括尺寸参数、 主要技术参数包括尺寸参数、运动 参数和动力参数。 参数和动力参数。
• 1.4.1运动分类 1.4.1运动分类 • 1.4.2运动的分配 1.4.2运动的分配 • 1.4.3传动形式的选择 1.4.3传动形式的选择 • 1.4.4支承形式 1.4.4支承形式
第 1 节 机 床 总 体 设 计
1.4.1运动分类 运动分类
1．表面成形运动 • 直接参与切削过程，使之在工件上形成 一定几何形状表面的刀具和工件间的相 对运动称为表面成形运动。 • 分为主运动和进给运动两类 2．辅助运动 • 除表面成形运动外的所有运动都是辅助 运动，其功用为实现机床加工过程中所 必需的各种辅助动作

机床总体方案设计流程

机床总体方案设计流程

机床总体方案设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!Download Tip: This document has been carefully written by the editor. I hope that after you download, they can help you solve practical problems. After downloading, the document can be customized and modified. Please adjust and use it according to actual needs. Thank you!机床总体方案设计流程：①需求分析：明确用户需求，包括加工工件的类型、尺寸、精度要求、生产率等，为设计提供基础依据。

②功能确定：根据需求分析结果，确定机床应具备的基本功能，如自动换刀、五轴联动、高速切削等。

③总体布局设计：考虑机床的工作原理、结构特点及空间布置，设计机床的总体布局，包括各部件的位置关系和运动方式。

④关键部件选型：选择或设计主轴、导轨、驱动系统等关键部件，确保满足机床性能要求。

⑤运动学及动力学分析：运用运动学原理计算各部件的运动参数，通过动力学分析评估系统的稳定性和刚性。

⑥结构设计细化：对机床的各个部件进行详细设计，绘制零件图和装配图，确保结构合理、易于制造和维护。

⑦控制系统设计：根据机床功能要求，设计数控系统架构，选择合适的控制器、传感器和执行机构，编程实现控制逻辑。

⑧安全与防护设计：考虑操作安全，设计必要的防护装置，制定安全操作规程。

⑨初步校核与优化：对设计方案进行初步校核，评估成本、性能指标，必要时进行设计调整以优化整体性能。

⑩方案评审与确认：组织专家对设计方案进行评审，收集反馈意见，最终确认总体设计方案，为后续详细设计和制造准备奠定基础。

金属切削机床总体设计

金属切削机床总体设计

金属切削机床总体设计金属切削机床系列型谱的制定通常是根据某类机床的参数标准，先确定一种用途最广、需量较大的系列作为“基型系列”，在此系列基础上，依据用户的需求派生出若干种变型机床，形成“变型系列”。

“基型系列”和“变型系列”就构成了机床的系列型谱。

每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。

机床的主参数系列是系列型谱的纵向（按尺寸大小）进展，而同规格的各种变型机床则是系列型谱的横向进展。

“系列型谱”也就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与结构相像性的表。

机床的总体结构方案设计主要包括结构布局设计与机床总体结构的概略外形与尺寸设计两部分内容。

机床的主要参数包括机床的主参数和基本参数，后者可包括尺寸参数、运动参数及动力参数。

机床主参数代表机床规格大小及反映机床最大工作力量的一种参数，是机床设计的动身点，并作为打算其他基本参数值和用户选用机床的主要依据。

主参数通常都以机床最大加工尺寸表示。

只有在不适于用工件最大尺寸表示时，才采纳其他尺寸或物理量。

机床的尺寸参数是指机床的主要结构尺寸参数，通常包括：1）与工件主要尺寸有关的参数；2）与工、夹、量具标准化有关的参数；3）与机床结构有关的参数。

其他尺寸参数一般依据主参数来确定。

运动参数是指机床执行件的有关运动参数：主运动参数、进给运动参数、帮助运动参数。

主运动为回转运动的机床，其主运动参数为主轴转速（r/min）。

主运动为直线运动的机床，其主运动参数是刀具每分钟往复次数（次/min），或称为双行程数；也可以是装夹工件的工作台的移动速度。

通用机床要求主轴应具有不同的转速（即应实现变速），故需确定主轴的变速范围。

根据所设计机床典型工序的切削速度和刀具（或工件）直径, 计算出最低转速nmin、最高转速nmax及变速范围Rn。

主轴的nmax和nmin确定后，如采纳有级变速，还应确定转速级数，以及变速范围内的各级转速。

目前，多数机床主轴转速是按等比级数排列。

数控机床设计2总体设计


一般指主轴数、最大跨距、工作台工作面长度、最 大加工工件长度、最大模数等。
• 卧式车床的第二主参数是最大工件长度；
• 铣床、龙门刨床是工作台工作面长度； • 摇臂钻床是最大跨距； • 滚齿机是最大模数
3、其他一些尺寸参数(结构参数 )
普通车床常常还要确定在刀架上工件的最 大回转直径和主轴孔允许通过的最大棒料 直径等；
3）标准公比和标准数列
机床转速是从小到大递增的，因此φ>1。 公比φ增大，最大相对速度损失Amax增大。为 使最大相对转速损失率不超过50％，即
则φ≤2。 因此①标准公比的值1＜φ≤2
标准公比的值
1.062=1.12，1.064=1.26，1.066=1.41， 1.068=1.58，1.0612=2。
• 这些数值是2或10的某次方根。
标准公比的值
②标准公比的值采用二进位。
公比φ选2的某次方根，便于采用双速电机 驱动，简化机床结构。因双速电机的两个 同步转速的比值常为2，如3000/1500或 1500/750。 公比φ选2的某次方根，如在转速数列中有 某一转速n ,则每隔几级就会出现一个转速 2n。
标准公比的值
③标准公比的值采用十进位。
公比φ选10的某次方根，就会使这个等比 数列中每隔几级后的数字，恰好是前面 数字的10倍，使数列整齐好记。
标准公比的值
以上是标准公比值所遵循的三条原则。 同时满足三条原则的公比：1.06、1.12、 1.26（计算用1.25） 满足其中两条原则的公比:1. 41、1.58、2
• 无心磨床是最大磨削直径；
• 升降台铣床、矩台平面磨床是工作台面宽度/10； • 龙门刨床、龙门铣床是工作台工作面宽度/100；
• 卧式铣镗床是主轴直径/10 ；

第五章机床的总体设计


水平运动：
f ' m gv P2 60000


噪声 生产率和自动化

单位时间内机床所能加工的工件数量 效率----成本 自动化程度----生产率----加工精度的稳定性 FMS FA 成本概念贯穿在产品的整个生命周期

成本


生产周期 可靠性 机床寿命 造型与色彩

二、经济效益

成本 加工效率和可靠性 操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操纵 错误和故障 防止污染
精度保持性

刚度

定义：K=F/y 载荷：

静载荷－－静刚度 动载荷－－动刚度：抗振性 多构件构成 构件及结合部变形直接或间接引起刀具和工件之间 相对位移 刚度的合理分配或优化

整机刚度


抗振性


机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能 力 抵抗受迫振动

振源：内部－动平衡 外部
后续设计的前提和依据 用途：机床的工艺范围 生产率：加工对象的种类、批量、及所要求的生 产率 性能指标：精度、刚度、热变形、噪声等 主要参数：加工空间和主参数 驱动方式：直接影响传动方式的确定 成本及生产周期

总体方案设计




运动功能设计：绘制机床的运动功能图 基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力学参 数设计 传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系 统图 总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结 构形式及总体结构方案图设计 控制系统设计：控制方式及控制原理、控制系统 图

第二主参数



车床：工件的最大长度 齿轮：最大工件直径 外圆磨床：最大磨削直径 龙门刨卧式铣镗床：主轴直径

数控机床主轴总体设计

数控机床主轴总体设计
报告
一、报告概述
数控机床主轴设计涉及机床整体结构及其相关机构的设计，是数控机
床制造过程中的重要步骤，也是控制机床精度和加工质量的关键因素。

本
文将重点介绍数控机床主轴的设计，包括其设计要点、数控机床主轴的结
构设计和参数设计，以及检验和润滑等。

二、主轴的设计要点
1.数控机床主轴的设计应考虑机床的整体结构和控制要求。

2.主轴为定心支承结构，必须考虑受力、应力、热变形等方面的影响，以确保设计符合要求，并能满足用户的实际要求。

3.主轴运行部件应确定所需转速、变速比、功率等参数，以确保设备
具有良好的动力性能。

4.数控机床的主轴应考虑到在高速运行时，动平衡质量及其调整要求。

5.主轴及其附件的安装应考虑其各自的尺寸和形位关系，以确保正确
安装及更换。

三、主轴结构设计
1.主轴材料选择
主轴材料可以根据设计要求选择金属材料或高分子材料。

其中金属材
料包括钢、铝合金、镁合金等，而高分子材料则包括塑料或玻璃钢等，具
体选择要考虑材料的机械性能、抗腐蚀性能和使用寿命等。

2.主轴结构设计。

第一章金属切削机床总体设计


（3）非自动化小型机床： φ＝1.58，1.78甚至2， 公比取大值；
（4）专用机床： φ＝1.12，1.26
三、动力参数
1、主电动机功率的确定
P主 P切 P空 P附
其中：P切——切削工件所消耗的功率（kW） ；
P空——空载功率（kW） ；
P附——随负载增加而增加的附加机械摩擦损 耗功率（kW）
四、提高动刚度的措施
1、抗振性能的提高； 2、减小热变形； 3、降低噪声。
五、造型设计
1、造型应使机床整体统一，均衡稳定，比例协调；
2、色彩可配合造型达到人的审美要求。
第四节 主要技术参数的确定
一、尺寸参数
1、主参数代表机床规格的大小，是最重要的尺 寸参数； 2、还包括机床的第二主参数。
二、运动参数
Z Pa Pb Pc Pd
二、运动参数
2、主轴转速的合理排列 主轴转速按等比数列排列的原因如下：
（2）使用方便，最大相对转速损失率相等
n j n1
j 1
1000 v 1000 v d n j n1 j 1
lg d lg v (3 0.479 lg n1 ) ( j 1) lg lg v ( j 1) lg k
二、选择传动形式和支承型式
支承形式：
1、卧式支承是中小型机床的首选；
2、立式适于加工大尺寸工件的机床和箱体零件， 且工作台移动进给的 机床；
3、单臂支承用于摇臂钻床、单柱立车；
4、龙门框架式支承适用于立式大型机床.
三、安排操作部位
1、机床各部件相对位置的安排； 2、工件安装高度应考虑人身高度； 3、常用手柄应集中设置在操作者正常活动范围内； 4、应根据工作要求的性质和精度确定最佳视距； 5、视觉接受的信号源尽量水平排列，使用人眼最容 易辨别的颜色及其配合。
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三人机关系


机床设计方法

计算机技术和分析技术


cad, CAE: 传统经验设计，定性设计--〉定量设计； 创新设计类型： 静态和线性分析 --〉动态和非线性分析； 可行性设 分析式设计：类比分析、推理方法产生方案 计---〉最佳设计 创成式设计：创成解析的方法 数控技术：机床的传动与结构发生了重大变化 FMS的发展 通用机床采用系列化设计方法 组合机床：组合设计类型

空间上：功能柔性，多品种小批量的加工 时间上：结构柔性，重新组合，改变其功能 物料（工件、刀具、切屑）交接的方便程度 普通机床：人，要求机床的使用、操作、清理、维 护方便。 自动化柔性制造系统，自动，要求机床结构形式开 放性好，物料交接方便

与物流系统的可亲性



精度: 被加工零件在尺寸、形状和相互位置等 方面所能达到的准确程度。

可完成的工序种类 加工零件的类型 材料和尺寸范围 毛坯的种类等



专用机床：工艺范围较窄，功能少 数控机床：工艺范围宽，功能强 通用机床：工艺范围较宽，功能较强 机床功能的增加---〉结构复杂程度增加、制造难度、 周期及成本增加 机床功能选择的依据----批量

柔性：适应加工对象变化的能力



三级： 普通精度级、精密级和高精度级 空载条件下的精度：几何精度、运动精度、传动精 度、定位精度等 运动精度 静态刚度 动态刚度 热态刚度

刚度


表面粗糙度

工件、刀具的材料、进给量、刀具的几何形状和切削时的振 动有关 抗振性：受迫振动和自激振动


噪声 生产率和自静力分析----〉静态、动态及热变性热应力 创造性的劳动 定性----〉定量 数控技术和 CAD技术的发展，提供了新的条件和支撑。 机床---机械制造业的基础装备

传统设计要求之外，柔性，系统有机结合
机床设计基本要求
一、性能要求

技术经济指标
工艺范围：（机床的加工功能）适应不同生产要求的能力

计算机辅助设计


实际问题简化为模型，计算机进行分析、计 算并选定最佳方案 结果的准确性
现代设计方法特点


设计对象系统化 设计内容完善化：使机床产品实用经济 及美观舒适 设计目标最优化：多目标整体优化 设计问题模型化


模型是对设计问题的高度概括和抽象 意义：工程问题与数学理论紧密结合


空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要 部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度 基本指标
回转精度

运动精度


机床空载并以工作速度运动时，主要零部件的几何 位置精度 高速高精度机床的一个重要指标 影响因素 传动系各末端执行件之间运动的协调性和均匀性 影响因素：传动系统设计、元件的制造和装配
后续设计的前提和依据 用途：机床的工艺范围 生产率：加工对象的种类、批量、及所要求的生 产率 性能指标：精度、刚度、热变形、噪声等 主要参数：加工空间和主参数 驱动方式：直接影响传动方式的确定 成本及生产周期

总体方案设计




运动功能设计：绘制机床的运动功能图 基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力学参 数设计 传动系统设计：传动方式、传动原理图及传动系 统图 总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结 构形式及总体结构方案图设计 控制系统设计：控制方式及控制原理、控制系统 图
单位时间内机床所能加工的工件数量 效率----成本 自动化程度----生产率----加工精度的稳定性 FMS FA 成本概念贯穿在产品的整个生命周期

成本


生产周期 可靠性 机床寿命 造型与色彩

二、经济效益

成本 加工效率和可靠性 操纵方便、省力、容易掌握、不易发生操纵 错误和故障 防止污染

传动精度


定位精度

定位部件运动到达规定位置的精度 工件的尺寸精度和形位精度 影响因素：构件、进给控制系统的精度、刚度及动态特性， 测量系统的精度 加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度 综合影响 规定的工作期间内，保持机床所要求的精度 影响因素：磨损

工作精度



设计过程动态化

动态性能 动力学模型，动态分析，参数修改 初步设计阶段：方案分析、选择、评价和决 策 技术设计阶段：结构和参数确定，运动、动 力或其他特性分析，材料选择、成本计算， 参数优化 工程图设计阶段

设计手段计算机化



机床设计步骤

总体设计

主要技术指标设计


精度保持性

刚度

定义：K=F/y 载荷：

静载荷－－静刚度 动载荷－－动刚度：抗振性 多构件构成 构件及结合部变形直接或间接引起刀具和工件之间 相对位移 刚度的合理分配或优化

整机刚度


抗振性


机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能 力 抵抗受迫振动

振源：内部－动平衡 外部

总体方案综合评价与选择 总体方案地设计修改或优化

详细设计


技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、 分析计算或优化 施工设计：零件图设计、商品化设计、编制 技术文档 整机性能分析和综合评价

机床整机综合评价

金属切削机床设计的基本理论

精度

允差： 1：0.4：0.25

普通精度级、精密级、高精度级 导轨直线度、主轴径向跳动及轴向串 设计阶段主要从机床的精度分配、元件及材 动、主轴中心线对滑台移动方向的平 料选择等方面来提高机床精度 行度或垂直度等 几何精度

机床的设计方法是根据其设计类型而定


经验设计阶段


主要任务是解决加工与强度问题 经验（或类比）设计方法，经验数据为基础 经验公式技术标准为手段 产品结构安全系数偏大 无法保证机床的良好性能

试验设计阶段



科技发展及工艺水平的提高 机床试验研究：实物测试或模型试验 试验设计方法：试验研究进行定性分析及定 量比较，方案选择零部件的合理结构尺寸确 定 明显提高机床性能，局部调整
共振

自激振动－－切削稳定性

刀具工件之间的一种相对振动 切削过程中

振动影响因素
振动不利影响 机床的刚度 阻尼特性：特别是结合部阻尼 固有频率：设计期间分析计算各阶阻尼