3-1 金属切削机床设计(概述)

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1、第三章　金属切削机床设计第一节　概述金属切削机床是机械制造业的基础装备。随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计技术要求越来越高。一方面为了适应社会需求的变化，出现了柔性制造系统(FMS)等先进的自动化制造系统，除了传统的机床设计要求之外，还要求机床增加柔性，并能与系统有机结合。另一方面数控技术和CAD技术的发展，为机床设计提供了新的条件和支撑。因此机床的设计方法和设计技术也在发生着深刻变化。一、机床设计应满足的基本要求（一）工艺范围机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能，因此，

2、也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。对于专用机床，工艺范围较窄，相应的功能也较少。而通用机床，工艺范围较宽，功能较强，特别是多品种，小批量生产需求的增加，要求扩大机床的功能。机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度、制造周期及制造成本增加。对于生产率，就机床本身而言，功能增加，可能会使生产率下降，但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言，机床功能的增加，将会减少工件的装卸次数，减少安装、搬运等辅助时问，会使总的生产率提高。机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以

3、获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能。(二)柔性随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于布置了几台机床。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部件重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其

4、功能，以适应产品更新变化快的要求。又如，有的单件或极小批量FMS作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟之内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。(三)与物流系统的可亲性(accessibility)可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料(工件、刀具、切屑等)交接的方便程度。对于单机工作形式的普通机床，是由于进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好

5、，物料交接方便。(四)刚度机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度(详见本章第二节)。(五)精度要保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度）。(六)噪声噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。设计和制造过程中要设法降低噪声。(七)生产率和自动化机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产效率

6、越高。对用户而言，使用高效率的机床，可以降低工件的加工成本。机床的自动化程度越高，则它的生产率越高，加工精度的稳定性越好，越容易适应自动化制造系统的要求。(八)成本成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。(九)生产周期为了快速响应市场需求变化，生产周期(包括设计和制造)是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如CAD、模块化设计等。(十)可靠性应保证机床在

7、规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率要高。（十一)造型与色彩机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计。二、机床设计方法　随着科学技术的进步和社会需求的变化，机床的设计理论和技术也在不断地发展。计算机技术和分析技术的飞速进步，为机床设计方法的发展提供了有力的技术支撑。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)已在机床设计的各个阶段进行了应用。使得机床的设计理论和方法由人工绘图向计算机绘图，改变了传统的经验设计方法，由定性设计

8、向定量设计、由静态和线性分析向动态和非线性分析，由可行性设计向最佳设计过渡。数控技术的发展与应