机械制造装备设计ppt讲解

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欢迎第一章绪论1.2机械制造装备应具备的主要功能(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(三)精密化(四)自动化(五)机电一体化(六)节材(七)符合工业工程要求(八)符合绿色工程要求机械制造装备设计1。3机械制造装的分类1.3机械制造装备的分类(一)加工装备: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:(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机械制造装备设计的类型一、创新设计二、变形设计三、组合设计第二章机械制造装备设计方法2.2机械制造装备设计的方法一、机械制造装备设计的典型步骤二、系列化设计三、模块化设计四、合理化工程第二章机械制造装备设计方法产品规划阶段需求分析调查研究预测可行性分析编制设计任务书方案设计阶段对设计任务的抽象建立功能结构图1寻求原理解与解决方法初步设计方案的形成图3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1、2、3、4、5、1、2、3、4、5、(一)(二)第二章机械制造装备设计方法技术设计阶段确定结构原理方案总体设计结构设计施工设计阶段零件图设计完善装备图商品化设计编制技术文档2.2.1机械制造装备设计的典型步骤1、2、3、1、2、3、4、(三)(四)第二章机械制造装备设计方法模块化设计的基本概念:2.2.3模块化设计(一)(二)模块化设计的优缺点(三)模块化设计的步骤1、2、3、明确任务建立功能结构图4、图6合理确定产品的系列型谱和参数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机械制造装备设计的评价一、技术经济评价二、可靠性评价三、人机工程学评价四、结构工艺性评价五、产品造型评价六、标准化评价第二章机械制造装备设计方法建立目标系统和确定评价标准2.3.1技术经济评价(一)(二)确定重要性系数图7(四)确定各设计方案的评价分数总权重值ZQj技术评价Tj经济评价Ej: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:(三)(五)(七)(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=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于0.7,说明方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TEj:有两种计算方法1、当Tj和Ej的值相差不太悬殊时,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,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(二)柔性(三)与物流系统的可亲性(四)刚度(五)精度(六)噪声(七)成产率和自动化(八)成本(九)生产周期(十)可靠性(十一)造型与色彩3.1.1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3.1.3机床设计步骤(三)结构设计(一)确定结构原理方案(六)定型设计(五)机床整机综合评价(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是提供切削加工所必须的运动和动力。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形状、尺寸,并达到其精度要求。工件表面的形成方法机床运动功能方案设计3.3.2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:1)轨迹法(描述法)2)成型法(仿形法)3)相切法(旋切法)4)范成法(滚切法)机床运动功能方案设计1.工艺分析2.选取坐标系3.写出机床运动功能式4.画出机床运动功能图(例:滚齿机)5.绘制机床传动原理图第三章金属切削机床设计运动功能图形符号a)回转运动b)直线运动ZfBaYaCpCfW/CfYaZfBaCp/T第三章金属切削机床设计3.2金属切削机床设计的基本理论(二)(三)(四)(五)(六)3、1、6、5、2、4、精度运动精度传动精度定位精度工作精度几何精度精度保持性刚度抗振性热变形噪声第三章金属切削机床设计(一)运动功能分配设计(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(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: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: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)主参数和尺寸参数(二)运动参数3.3.4机床主要参数的设计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:(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+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(一)满足机床使用性能要求(二)满足机床传递动力要求(三)满足机床工作性能的要求(四)满足产品设计经济性的要求(五)维修调整方便,结构简单、合理,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一般由动力源(如电动机)、变速装置及执行件(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(1)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: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:分极变速传动、无极变速传动(二)主传动系的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11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12第三章金属切削机床设计3.4.3分级变速主传动系(一)拟定转速图和结构式(1)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,其变速传动系图13(2)结构式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。iXiXiX第三章金属切削机床设计3.4.3分级变速主传动系(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直齿圆柱齿轮的最大升速比斜齿圆柱齿轮可取iiiuuR)/()(minmax4/1min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(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)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(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20~18minZ)%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(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的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3.4.5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31、32ffffdNRdNRdNRdNR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(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计(3)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,在主传动系功率特性图上有小段重合,这时变速箱的变速级数将增多。图33、34ffdNR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(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计例题:某数控车床,主轴最高转数=3000r/min,最低转数=40r/min,计算转速=160r/min,采用直流电动机,电动机功率P电=15kw,电动机的额定转速为=1500r/min,最高转速为3500r/min,试设计分级变速箱的传动系统,画出其转速图。maxnminndnjn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(二)数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计解:方案一:取Z=4,=2,由于小于,所以转速图上有重复。方案二:取Z=2,=2.84,由于大于,所以转速图上有缺口。75.18160/3000RndZfnRR133.21500/3500dRfdRfffdR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第三章金属切削机床设计3.5进给传动系设计一、进给传动系设计应满足的基本要求二、电气伺服进给系统第三章金属切削机床设计3.5.1进给传动系设计应满足的基本要求(一)进给传动系的组成:动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构、运动转换机构和执行件等(二)进给传动系设计应满足的基本要求:具有足够的静刚度和动刚度;具有良好的快速响应性,不爬性;抗振性好;具有足够宽的调速范围;进给系统的传动精度和定位精度要高;结构简单,加工和装配工艺好。第三章金属切削机床设计3.5.2电气伺服进给系统(一)电气伺服系统的分类电气伺服进给系统按有无监测和反馈装置分为:开环、闭环和半闭环系统。(1)开环系统典型的开环系统采用步进电动机,其精度取决于步进电动机的步距角精度,步进电动机只执行部件间传动系的传动精度。这类系统的定位精度较低,但结构简单,调试方便,成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。第三章金属切削机床设计3.5.2电气伺服进给系统(3)半闭环系统半闭环的精度比闭环差,但系统稳定性好,且结构比较简单,调整容易,价格低。综上所述,对伺服系统的基本要求是稳定性好,精度要高,快速响应性好,定位精度高。(一)电气伺服系统的分类第三章金属切削机床

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