机械加工设备的功能设计.doc

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1、机械加工设备的功能设计1引言加工设备的功能是指机械零件加工的效能，是设备加工所发挥的功效与性能。机械加工设备功能设计的任务是研究机械零件如何被加工出来，分析加工过程能量流、物料流和信息流输入与输出之间的因果关系，实现所需要的精度。满足机械零件成形是设备功能设计的目标，机械加工设备的功能方案设计是整个设计任务的核心。常规设计一般从结构开始，而功能设计则是将对机械结构的思考转化为对产品的功能研究，不受现有的结构约束，更有助于提出创造性构思。由于机械加工设备总体设计方案在很大程度上决定着设备的工艺范围、加

2、工精度、自动化程度和生产率等，因此，要设计好一台高性能的机械加工设备，第一步就要做好设备的功能方案设计。设备设计的出发点是满足机械零件加工的需求，切削加工是加工设备的总功能。首先通过分析机械零件表面成形方法确定机械零件切削所需的运动与传动，继而根据设备运动的复杂程度逐层分解为各个子功能，一直分解到有最终解的原理对应为止，然后将各子功能重新组合成具有层次性的功能结构，各个子功能映射到加工设备切削总功能的原理解。根据切削功能，映射设备布局方案，进而将设备的总体结构划分为各个部件模块，如床身模块、立柱模块

3、、工作台模块和主轴单元模块等，从而形成机械加工设备整机的三维实体模型。2设备功能的确定5机械加工设备的基本功能是提供切削加工所必须的各种运动。设备的功能设计首先要根据零件加工方法进行设备的运动功能设计，随之明确设备的工作原理。加工设备的基本工作原理是：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，形成工件表面规则的几何形状和尺寸，并达到其所需的精度。若加工设备功能的实现，是由操作者控制的，则为普通加工设备；若是自动控制的，则为自动化加工设备。设计加工设备的第一步，是确定功能原理

4、。功能原理是设备结构设计的依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定功能方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术上合理、先进，且经济效益较高。加工设备功能原理设计的影响因素包括工件材料与结构形状、同类型加工设备、有关的科技成果、使用要求以及制造条件等。设计者应作充分调查研究，明确设计要求，掌握有关资料，在深入分析的基础上，提出机械加工设备的功能方案。2.1分析设备加工工艺范围工件的加工表面是通过加工设备上刀具与工件的相对运动而形成的，因此开展设备的运动设计，需要首先了解工件表面的形成方法。

5、同一种表面有多种加工方法，对于不同类型的设备，功能方案设计的侧重点不同。对于专用加工设备，应侧重于工件加工工艺分析。专用设备只能完成某一零件的特定工序，为特定表面的加工工艺服务，如加工曲轴、连杆的专用加工设备，根据曲轴、连杆结构表面的特定工艺要求专门设计制造。对于通用加工设备，加工对象为工件群，加工方法较多。由于通用加工设备的工艺范围较宽，可以加工多类零件的不同工序，功能往往比较复杂，因此要求设备调整控制更加方便。为了扩展通用加工设备的功能，侧重于新技术的应用和性能的创新。2.2建立设备的工作坐标系

6、设备的工作坐标系是为了确定刀具或工件在设备中的特殊位置（如对刀点、换刀点等）以及相对运动轨迹而建立的几何坐标系。沿主轴的轴线取为Z轴。坐标原点位于坐标轴尺寸为零的点上，手指指向尺寸增加的方向为坐标轴正方向。X、Y性线轴按右手定则确定，旋转轴按右手螺旋法确定，绕X、Y、Z轴的回转运动分别用A、B、C表示。2.3描述设备的运动功能5加工设备通过一定形式的运动完成切削任务。描述设备运动功能是表达切削加工的运动原理的有效手段，对整个设备方案设计至关重要。为了摆脱传统思维的束缚，略去个性和偶然性，力求突出普遍

7、适用和本质的东西，对加工设备运动功能作抽象化描述，用运动功能式来表示工作机构能够实现的运动个数、运动形式及各个基本运动功能排列顺序等。在设备上，运动由执行件来实现，刀具和工件分别安装在主轴、刀架或工作台等执行部件上。执行件的运动形式，以旋转运动和直线运动最易实现。无论工作机构上的运动如何复杂，设备上执行件的基本运动形式只有直线移动和旋转两种，而复杂运动由多个基本单元运动复合而成。执行件所作运动是设备最基本的物理效能。执行件的运动功能按照在切削加工中所起的作用不同，可分为表面成形运动、切入运动、主运动

8、、进给运动、辅助运动等。执行件所作的表面成形运动按照不同的作用可分为主运动、进给运动等。切入运动为进给运动，如果不伴随切屑的形成，则为空行程调整尺寸的运动。运动坐标轴用大写字母表示，用下标v表示主运动、用下标f表示进给运动、用下标a表示辅助运动。基本运动功能的排列顺序左边写主运动，中间写进给运动，右边写辅助运动，三部分的内容用“•”分开，多个同类运动之间用+相连。如摇臂钻床共有五个坐标轴作基本运动，其运动功能式写成Cv•Zf•Xa+Za+Ca，如图1所示。2.4绘制设