机械制造装备与加工生产线设计课件.ppt
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1、欢迎第一章 绪论1.2 1.2 机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能(一)一般的功能要求(一)一般的功能要求(1)加工精度方面的要求(2)强度、刚度和抗震性方面的要求(3)加工稳定性方面的要求(4)耐用性方面的要求(5)技术经济方面的要求(二)柔性化(二)柔性化(三)精密化(三)精密化(四)自动化(四)自动化(五)机电一体化(五)机电一体化(六)节材(六)节材(七)符合工业工程要求(七)符合工业工程要求(八)符合绿色工程要求(八)符合绿色工程要求机械制造装备设计1 1。3 3 机械制造装的分类机械制造装的分类1.3 1.3 机械制造装备的分类机械制造装备的分类(一)加工装备
2、:(一)加工装备:机械制造装备包括机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类。(二)工艺装备:(二)工艺装备:(三)仓储运送装备:(三)仓储运送装备:主要指机床。机床是制造机器的机器,也称工作母机。各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。2.1 2.1 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型 一、创新设计一、创新设计二、变形设计二、变形设计三、组合设计三、组合设计第二章 机械制造装备设计方法2.2 2.2 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的
3、方法 一、机械制造装备设计的典型步骤一、机械制造装备设计的典型步骤二、系列化设计二、系列化设计三、模块化设计三、模块化设计四、合理化工程四、合理化工程第二章 机械制造装备设计方法产品规划阶段产品规划阶段需求分析需求分析调查研究调查研究预测预测可行性分析可行性分析编制设计任务书编制设计任务书方案设计阶段方案设计阶段对设计任务的抽象对设计任务的抽象建立功能结构建立功能结构 图图1寻求原理解与解决方法寻求原理解与解决方法初步设计方案的形成初步设计方案的形成 图图3初步设计方案的评价与筛选初步设计方案的评价与筛选 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤1、2、3、4、5、1、
4、2、3、4、5、(一)(一)(二)(二)第二章 机械制造装备设计方法技术设计阶段技术设计阶段确定结构原理方案确定结构原理方案总体设计总体设计结构设计结构设计施工设计阶段施工设计阶段零件图设计零件图设计完善装备图完善装备图商品化设计商品化设计编制技术文档编制技术文档 2.2.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤1、2、3、1、2、3、4、(三)(三)(四)(四)第二章 机械制造装备设计方法模块化设计的基本概念:模块化设计的基本概念:2.2.3 模块化设计模块化设计(一)(一)(二)(二)模块化设计的优缺点模块化设计的优缺点(三)(三)模块化设计的步骤模块化设计的步骤1、2、3
5、、明确任务建立功能结构 图图4 4、图图6 6合理确定产品的系列型谱和参数模块模块是具有一定功能的零件、组件或部件,模块上具有特定的联接表面和联接方法,以保证相互组合的互换性和精确度。模块化设计是模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计进度、进行组合设计的重要途径。1、2、第二章 机械制造装备设计方法2.3 2.3 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价 一、技术经济评价一、技术经济评价二、可靠性评价二、可靠性评价三、人机工程学评价三、人机工程学评价四、结构工艺性评价四、结构工艺性评价五、产品造型评价五、产品造型评价六、标准化评价六、标准化评价第二章 机械制造装备设计方法建立目标系统
6、和确定评价标准建立目标系统和确定评价标准2.3.1 技术经济评价技术经济评价(一)(一)(二)(二)确定重要性系数确定重要性系数 图图7 7(四)(四)确定各设计方案的评价分数确定各设计方案的评价分数总权重值总权重值ZQj技术评价技术评价Tj经济评价经济评价Ej:经济评价是经济评价是理想生产成本CL与实际生产成本Cs之比,即:Ej=CL/Cs技术经济评价的步骤技术经济评价的步骤:(三)(三)(五)(五)(七)(七)(六)(六)1、2、通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价的70%。经济评价Ej越大,代表经济效果越好,Ej=1Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于小于0.70.7,说明方
7、案的实际生产成本大于市场同类产品的最低价,一般不予考虑。技术经济评价技术经济评价TEj:TEj:有两种计算方法有两种计算方法1、当Tj和Ej的值相差不太悬殊时不太悬殊时,可用均值法计算Ej值:2、TEj=(Tj+Ej)/2当Tj和Ej的值相差很悬殊时很悬殊时,建议用双曲线法计算Ej值:TEj=Tj+Ej第三章 金属切削机床设计(一)工艺范围(一)工艺范围 (二)柔性(二)柔性(三)与物流系统的可亲性(三)与物流系统的可亲性 (四)刚度(四)刚度(五)精度(五)精度 (六)噪声(六)噪声(七)成产率和自动化(七)成产率和自动化 (八)成本(八)成本(九)生产周期(九)生产周期 (十)可靠性(十)
8、可靠性(十一)造型与色彩(十一)造型与色彩3.1.1 机床设计应满足的基本要求机床设计应满足的基本要求第三章 金属切削机床设计 (二)总体设计(二)总体设计3.1.3 机床设计步骤机床设计步骤 (三)(三)结构设计结构设计 (一)确定结构原理方案(一)确定结构原理方案(六)(六)定型设计定型设计(五)机床整机综合评价(五)机床整机综合评价 (四)工艺设计(四)工艺设计 第三章 金属切削机床设计金属切削机床的基本功能金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是:其基本工作原理是:通过刀具与工件之间的相对运动,由刀具切除工件加工表面多余的金属材料,形成工件加工表面的几何
9、形状、尺寸,并达到其精度要求。工件表面的形成方法工件表面的形成方法机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计3.3.2 机床的运动功能设计机床的运动功能设计第三章 金属切削机床设计 工件表面的形成方法工件表面的形成方法几何表面的形成原理图示几何表面的形成原理图示发生线的形成图示发生线的形成图示发生线的形成:发生线的形成:1)轨迹法(描述法)轨迹法(描述法)2)成型法(仿形法)成型法(仿形法)3)相切法(旋切法)相切法(旋切法)4)范成法(滚切法)范成法(滚切法)机床运动功能方案设计机床运动功能方案设计1.工艺分析工艺分析2.选取坐标系选取坐标系3.写出机床运动功能式写出机床运动功能式4.画出机床
10、运动功能图画出机床运动功能图(例:滚齿机)例:滚齿机)5.绘制机床传动原理绘制机床传动原理图图第三章 金属切削机床设计运动功能图形符号运动功能图形符号a)回转运动回转运动b)直线运动直线运动ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T 第三章 金属切削机床设计3.2 3.2 金属切削机床设计的基本理论金属切削机床设计的基本理论(二)(二)(三)(三)(四)(四)(五)(五)(六)(六)3、1、6、5、2、4、精度精度运动精度运动精度传动精度传动精度定位精度定位精度工作精度工作精度几何精度几何精度精度保持性精度保持性刚度刚度抗振性抗振性热变形热变形噪声噪声第三章 金属切削机床设计(一)运动功
11、能分配设计(一)运动功能分配设计(二)结构布局设计:(二)结构布局设计:立式、卧式、斜置式3.3.3 机床总体结构方案设计机床总体结构方案设计 (三)机床总体结构的概略形状与尺寸设计(三)机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是:设计的主要依据是:机床总体结构布局设计阶段评价后所保留的机床总体结构布局形态图,驱动与传动设计结果,机床动力参数及加工空间尺寸参数,以及机床整机的刚度及精度分配。评价的主要因素有:评价的主要因素有:1)性能 2)制造成本 3)制造周期 4)生产率 5)与物流的可亲性 6)外观造型 7)机床总体结构方案设计修改与确定 第三章 金属切削机床设计(一)主参数和尺寸参
12、数(一)主参数和尺寸参数(二)运动参数(二)运动参数3.3.4 机床主要参数的设计机床主要参数的设计 机床的主要技术参数包括机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数,基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。机床主参数是机床主参数是代表机床规格大小既反映机床最大工作能力的一种参数,有些机床还规定有第二主参数。运动参数是指运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件(工作台、刀架)的运动速度。主运动参数主运动参数:(1)最低(nmin)和最高(nmax)转速的确定(2)主轴转速数列呈等比级数规律分布,转数范围内 的转数相对均匀损失率为:A=(n-nj)/n产生的最大转速相对损失为:A=(nj
13、+1-nj)/nj+1=1-nj/nj+1 第三章 金属切削机床设计3.4.1 主传动系设计应满足的基本要求主传动系设计应满足的基本要求 (一)(一)满足机床使用性能要求满足机床使用性能要求(二)(二)满足机床传递动力要求满足机床传递动力要求(三)(三)满足机床工作性能的要求满足机床工作性能的要求(四)(四)满足产品设计经济性的要求满足产品设计经济性的要求(五)(五)维修调整方便,结构简单、合理,维修调整方便,结构简单、合理,便于加工和装配。便于加工和装配。第三章 金属切削机床设计 3.4.2 主传动系分类和传动方式主传动系分类和传动方式 主传动系一般由主传动系一般由动力源(如电动机)、变速装
14、置及执行件(如 主轴、刀架、工作台),以及开停、换向和制 动机构等部分组成。(一)主传动系分类(一)主传动系分类 (1)按驱动主传动的电机类型:)按驱动主传动的电机类型:交流电动机驱动、直流电动机驱动 (2)按传动装置类型:)按传动装置类型:机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合 (3)按变速的连续性:)按变速的连续性:分极变速传动、无极变速传动(二)主传动系的传动方式(二)主传动系的传动方式 集中传动方式集中传动方式:主传动系的全部传动和变速机构集中 装在同一个主轴箱内。图图11 分离传动方式分离传动方式:主传动系中的大部分传动和变速机构 装在远离主轴的单独变速箱中。图图12
15、第三章 金属切削机床设计 3.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 (一)拟定转速图和结构式(一)拟定转速图和结构式 (1)转速图)转速图 在转速图中可以表示出传动轴的数目,传动轴之间的传动关系,主轴的各级转速值及其传动路线,各传动轴的转速分级和转速值,各传动副的传动比等。设一中型卧室车床,其变速传动系设一中型卧室车床,其变速传动系 图图13 (2)结构式)结构式 变速组的级比变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值,用 表示。级比 中的指数值 称为指数,相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数。iXiXiX第三章 金属切削机床设计 3.4.3 分级变速主传动系分
16、级变速主传动系 (二)各变速组的变速范围及极限传动比(二)各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值,称为变速组中最大与最小传动比的比值,称为 该变速组的变速范围。即该变速组的变速范围。即:(i=0,1,2,j)在设计机床主传动系时,一般限制降速最小传动比最小传动比 直齿直齿圆柱齿轮的 最大升速比最大升速比 斜齿斜齿圆柱齿轮可取iiiuuR)/()(minmax4/1min主u2max主u5.2max主u第三章 金属切削机床设计 3.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 (三)主变速传动系设计的一般原则(三)主变速传动系设计的一般原则 (1)传动副前多后少的原则 (2)
17、传动顺序与扩大顺序相一致的原则 (3)变速组的变速要前慢后快,中间轴的转 速不宜超过电动机的转速 第三章 金属切削机床设计 3.4.3 分级变速主传动系分级变速主传动系 (六)齿轮齿数的确定(六)齿轮齿数的确定 对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径,可 依据机械设计手册推荐的方法确定。确定齿轮齿数时,选取合理的齿数和是很 关键的。各队传动副的齿数和应该是相同的。齿轮的中心距取决于传递的扭矩。扭矩越大,中心矩越大。一般在主传动中,取最小齿轮齿数 三联滑移齿轮的最大于此大齿数之间的齿 数差应大于或等于4。齿轮齿数确定后,还应验算转速误差:式中:n-主轴实际转速 n-主轴的标准转速 -公比 2018mi
18、nZ)%1(10/)(nnn第三章 金属切削机床设计 3.4.5 数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计匹配设计 在设计数控机床主传动时,必须考虑 电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由 于主轴要求的恒功率变速范围 远大于 电动机恒功率变速范围 ,所以在电动 机于主轴之间要串联一个分级变速箱,以 扩大其恒功率调速范围,满足低速大功率 切削对电动机的输出功率的要求。设计分级变速箱时,考虑机床结构的 复杂程度,运转平稳性要求等因素,变速 箱公比的选取有下列三种情况:dpRnpR第三章 金属切削机床设计
19、 3.4.5 数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计匹配设计 (1)取变速箱的公比 等于电动机的恒 功率调速范围 ,即 =,功率特 性图是连续的,无缺口和无重合。(2)若要简化变速箱结构,变速级数应少 些,变速箱公比 可取达于电动机的恒 功率调速范围 ,即 。图图31、32 ffffdNRdNRdNRdNR第三章 金属切削机床设计 3.4.5 数控机床主传动系设计特点数控机床主传动系设计特点(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的 匹配设计匹配设计 (3)
20、如果数控机床为了恒线速切削需在运 转中变速时,取变速公比 小于电动机的 恒功率变速范围,即 20m/min v20m/min 图图5656 (1 1)内滚式镗套:)内滚式镗套:尺寸大,精度高,后导向 (2 2)外滚式镗套:)外滚式镗套:尺寸小,精度低,前导向 镗杆的螺旋导向:镗杆的螺旋导向:镗孔直径大于镗套内径时,若镗刀在镗模外侧安 装,则需加引刀槽。镗杆进入镗套时,导向槽进 入镗杆的键槽中,此时,镗刀与镗套的引刀槽对 正。第五章 机床夹具设计 5.5.2 对刀装置对刀装置 (铣床、刨床铣床、刨床)为调整刀具相对于工件的位置,可设置对刀装置。对刀块对刀面的位置应以定位元件的定位表面定位元件的定
21、位表面来标 注,该位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面与定位 基准面间的尺寸。试切法对刀时,不用对刀块 第五章 机床夹具设计 5.5.3 分度装置分度装置作用:作用:工件上有按一定角度分布的相同表面,需要在一次定位夹紧后加工出来,此时,需要分度装置。斜面分度装置斜面分度装置/59第五章 机床夹具设计进入下一节进入下一节 5.5.4 对定装置对定装置对定装置的作用:对定装置的作用:保证夹具相对于机床主轴或刀具、机床运动轨道有准确的位置和方向。第五章 机床夹具设计5.6 5.6 可调整夹具的设计可调整夹具的设计 一、可调整夹具的特点一、可调整夹具的特点二、可调整夹具的调整方式二、可调整夹具的调整方式三
22、、可调整夹具的设计三、可调整夹具的设计四、成组夹具设计四、成组夹具设计第五章 机床夹具设计 5.6.1 可调整夹具的特点可调整夹具的特点可调整夹具可调整夹具为几个零件的相同工序设计的,这些零件具有尺寸、结构和工艺相似的特点。成组夹具(专用可调整夹具)成组夹具(专用可调整夹具)专门为成组工艺中的一组零件设计的。(较专用一些)结构:结构:基础部分基础部分(夹具体,夹紧结构、操作机构等)可调整部分可调整部分(定位元件、导向元件和夹紧元件等)可调整夹具可调整夹具/62/62第五章 机床夹具设计 5.6.2 可调整夹具的调整方式可调整夹具的调整方式调节式:调节式:图图62 62 高度、径向;更换式:更换
23、式:如上图中的钻套;更换组件;可更换定位板:联接孔位要一致综合式:综合式:上述两种方式兼而有之,取二者之长;组合式:组合式:适 加工花键孔:用于3种零件第五章 机床夹具设计 5.6.3 可调整夹具的设计可调整夹具的设计特殊性特殊性(1)按相似性原则相似性原则归组(结构、工艺、尺寸、精度、定位基准面、夹紧方式、加工方式);(2)总图设计总图设计:以组内最大和最小零件为依据;(3)精度计算精度计算:应满足组内精度最高零件的要求;(4)操作空间、材料性能操作空间、材料性能 ;(5)调整方便;调整方便;(6)编制调整卡。编制调整卡。第五章 机床夹具设计进入下一节进入下一节 5.6.4 成组夹具设计成组
24、夹具设计成组夹具成组夹具是在成组技术指导下,为实现成组工艺而设计的夹具。属于可调整夹具。其结构特点和调整方式与可调整夹具相同,设计基本一样。适用的工件适用的工件必须是同一个成组零件族的、并在同一生产单元内进行同一工序的加工。又称专用可调整夹具。成组车床夹具成组车床夹具/65/65第五章 机床夹具设计5.7 5.7 组合夹具的设计组合夹具的设计 组合夹具组合夹具是根据被加工工件工艺要求,利用一套标 准化的夹具元件进行组合而成的夹具。适用于单件、小批量生产,以及新产品试制。特点特点是灵活多变,万能性强,大大减少夹具的设计和制造工作量,但一次投入大,夹具往往体积较大,笨重。第五章 机床夹具设计5.7
25、 5.7 组合夹具的设计组合夹具的设计 组合夹具:组合夹具:槽系组合夹具槽系组合夹具(图图6666)(各元件靠键槽、T形槽,由定位键定位,T形槽钉固定)孔系组合夹具孔系组合夹具(各元件依靠孔、销配合来定位,由螺钉来固定)第五章 机床夹具设计5.7 5.7 组合夹具的设计组合夹具的设计 组合夹具组装过程组合夹具组装过程(1)熟悉技术资料(工序图、工序内容、要求)(2)设计组装方案(3)选件试装(检查构思合理性、修正)(4)连接、调整、固定(5)检查组装结果(6)试加工工件第五章 机床夹具设计5.8 5.8 机床夹具设计步骤机床夹具设计步骤 一、机床专用夹具的设计步骤一、机床专用夹具的设计步骤二、
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