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機床設(shè)計
隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會需求的變化，機床的設(shè)計理論和技術(shù)也在不斷的發(fā)展。計算機技術(shù)和分析技術(shù)的飛速進步，為機床設(shè)計方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助工程（Computer Aided Engineering,縮寫CAE0已在機床設(shè)計的各個階段得到了應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法，使機床設(shè)計由傳統(tǒng)的人工設(shè)計向計算機輔助設(shè)計，由定性設(shè)計向定量設(shè)計，有靜態(tài)和線性分析向動態(tài)和非線性分析，由可行性設(shè)計向最佳設(shè)計過渡。
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得機床的傳動與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化。伺服驅(qū)動系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)機床的單軸運動及多軸聯(lián)動，從而可以省去復(fù)雜笨重的機械傳動系統(tǒng)，使其結(jié)構(gòu)及布局產(chǎn)生很大的變化。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展，社會需求也在發(fā)生變化。在機械制造業(yè)中，多種品種，小批量生產(chǎn)的需求日益增加，因此出現(xiàn)了與之相適應(yīng)的FMS（柔性制造系統(tǒng)）等先進制造系統(tǒng)。數(shù)控機床是FMS的核心裝備。前期的FMS，可以說是“以機床為主的系統(tǒng)”，即根據(jù)現(xiàn)有的機床的特點來構(gòu)成FMS。但是，傳統(tǒng)的機床（包括數(shù)控機床）設(shè)計時并未考慮到它在FMS中的應(yīng)用，因此在功能上制約了FMS的發(fā)展。FMS的發(fā)展對機床提出了新的要求，要求機床設(shè)計向“以系統(tǒng)為主的機床設(shè)計發(fā)展”方向發(fā)展，即在機床設(shè)計時就要考慮他如何更好地適應(yīng)FMS等先進制造系統(tǒng)的要求，例如要求具有時空柔性，與物流的可接近性等等，這就對機床設(shè)計的方法學(xué)提出了新的要求。機床的設(shè)計方法是根據(jù)其設(shè)計類型而定的。通用機床采用系列化設(shè)計方法。系列中基型產(chǎn)品屬創(chuàng)新設(shè)計類型，其他屬變型設(shè)計類型。有些機床，如組合機床屬組合設(shè)計類型。
在創(chuàng)新設(shè)計類型中，機床總體方案（包括運動功能方案和結(jié)構(gòu)布局方案）的產(chǎn)生方法可采用分析式設(shè)計（又稱試行設(shè)計）或創(chuàng)成式設(shè)計（又稱解析式設(shè)計）。前者是用類比分析，推理方法產(chǎn)生方案，是目前創(chuàng)新設(shè)計一般采用的方法；后者則用創(chuàng)成解析的方法生成方案，創(chuàng)新能力強，這種方法尚在研究發(fā)展之中。
機床設(shè)計步驟
機床的類型和要求不同，設(shè)計步驟也不同。按新的原理進行加工的機床應(yīng)按創(chuàng)新設(shè)計的步驟進行；成系列的機床產(chǎn)品應(yīng)按系列化設(shè)計的步驟進行；通用化程度較高的機床產(chǎn)品，例如組合機床應(yīng)按模塊化設(shè)計的步驟進行。
I.確定結(jié)構(gòu)原理
根據(jù)初步設(shè)計方案，確定被設(shè)計機床的結(jié)構(gòu)原理方案的主要內(nèi)容包括：
（1）用途 即機床的工藝范圍，包括加工件的材料類型，形狀，質(zhì)量和尺寸范圍等。
（2）生產(chǎn)率 包括加工件的類型，批量及所要求的生產(chǎn)率。
（3）性能指標(biāo) 加工件要求的精度（用戶定貨設(shè)計）或機床的精度，剛度，熱變形，噪聲等性能指標(biāo)。
（4）主要參數(shù) 即確定機床的加工空間和主要參數(shù)。
（5）驅(qū)動方式 機床的驅(qū)動方式有電動機驅(qū)動和液壓驅(qū)動方式。電動機驅(qū)動方式中又有普通電動機驅(qū)動，步進電動機驅(qū)動與伺服電動機驅(qū)動。驅(qū)動方式的確定不僅與機床的成本有關(guān)，還將直接影響傳動方式的確定。
（6）結(jié)構(gòu)原理 主要零部件應(yīng)滿足的要求和結(jié)構(gòu)原理，有時還需進行草圖設(shè)計，確定關(guān)鍵零部件自制還是外協(xié)。
（7）成本及生產(chǎn)周期 無論是訂貨還是工廠規(guī)劃產(chǎn)品，都應(yīng)確定成本及生產(chǎn)周期方面的指標(biāo)。
II.總體設(shè)計
總體設(shè)計的內(nèi)容
（1）運動功能設(shè)計 包括確定機床所需運動的個數(shù)，形式（直線運動，回轉(zhuǎn)運動），功能（主運動，進給運動，其它運動）及排列順序，最后畫出機床的運動功能圖。
（2）基本參數(shù)設(shè)計 包括尺寸參數(shù)，運動參數(shù)和動力參數(shù)設(shè)計。
（3）傳動系統(tǒng)設(shè)計 包括傳動方式，傳動原理圖及傳動系統(tǒng)圖設(shè)計。
（4）總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計 包括運動功能分配，總體布局結(jié)構(gòu)形式及總體結(jié)構(gòu)方案圖設(shè)計。
（5）控制系統(tǒng)設(shè)計 包括控制方式及控制原理，控制系統(tǒng)圖設(shè)計。
III.結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計機床的傳動系統(tǒng)，確定各主要結(jié)構(gòu)的原理方案，設(shè)計部件裝配圖，對主要零件進行分析計算或優(yōu)化，設(shè)計液壓原理和相應(yīng)的液壓部件裝配圖，設(shè)計電氣控制系統(tǒng)原理圖和相應(yīng)的電氣安裝接線圖，設(shè)計和完善機床總裝圖和總聯(lián)系尺寸圖。
IV工藝設(shè)計
機床的全部自制零件圖，編制標(biāo)準(zhǔn)件，通用件和自制件明細(xì)表，撰寫設(shè)計說明書，使用說明書，指定機床的檢驗方法和標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)文檔。
V機床整機綜合評價
對所設(shè)計的機床進行整機性能分析和綜合評價?？蓪λO(shè)計的機床進行計算機建模，得到所謂的數(shù)學(xué)化樣機，又稱虛擬樣機。采用虛擬樣機對所設(shè)計的機床進行運動學(xué)仿真，在實際樣機試造出來之前對其進行綜合評價，可以大大減少新產(chǎn)品研制的風(fēng)險，縮短研制的周期，提高研制的質(zhì)量。
上述步驟可以反復(fù)進行，知道達(dá)到設(shè)計結(jié)果滿意為止。在設(shè)計過程中，設(shè)計與評價反復(fù)進行可以提高一次設(shè)計成功率。
VI定型設(shè)計
在上述步驟完成后，可進行實物樣機的制造，實驗及評論。根據(jù)實物樣機的評論結(jié)果進行修改設(shè)計，最終完成產(chǎn)品的定型設(shè)計。
關(guān)于深孔加工的工藝要求
深孔加工 ，是本設(shè)計的重中之重 。所謂深孔，就是當(dāng)加工孔的長度與直徑之比達(dá)10倍左右，往往對精度及表面光潔度又有較高要求，使用一般的加工方法就比較難滿足。
I.深孔加工必須解決的問題：
1） 刀具細(xì)長剛度差，易引起刀具偏斜及與孔壁摩擦，因此在刀頭上均具有導(dǎo)向套來保證正確引入；同時，根據(jù)需要設(shè)置刀桿支承以減少刀桿的變形和振動。
2） 切屑不易排出，采用分級進給或者通過高壓切削液的內(nèi)排和外排刀具結(jié)構(gòu)排出切屑。
3） 刀具冷卻困難，通入高壓切削液對刀具進行充分冷卻。
II．深孔加工的類型：
結(jié)合深孔加工的特點，關(guān)于深孔加工的工藝?yán)щy，已有相應(yīng)的方法進行克服。
1）分級進給深孔加工：
使用普通麻花鉆頭在鑄鐵件或鋼件上鉆直徑6~10mm以下的孔時，一般一次鉆深不宜大于6~10倍孔徑。當(dāng)鉆孔方向為水平時，在鋼件上一次鉆深不宜大于6倍孔徑，在鑄鐵上可達(dá)10倍左右孔徑。如果加工的孔深超過這個范圍時，可采用分級進給的加工方法，即在鉆削過程中，使鉆頭加工一定深度后自動退出工件，借以排出切屑，并進行冷卻，然后再重新向前加工，不斷往復(fù)，直至加工完畢（每次鉆深，鑄鐵件取3~6倍孔徑；鋼件取0.5~2倍孔徑，孔較深時取小值）。這種加工方法適于鉆削較小直徑的孔深，但生產(chǎn)率及技工精度都比較低。
2）一次進給深孔加工
它主要是用各種類型的特殊刀頭，并配備形影的接桿、傳動導(dǎo)向系統(tǒng)、切削液輸入器等，在深孔機床上進行鉆、鉸、鏜及套料加工。從切屑的排出方式，可分外排屑（對鉸、鏜還可有向前或向后外排屑）及內(nèi)排屑；從切削刃數(shù)目，可以分單刃、雙刃及多刃，切削刃可采用高速鋼或硬質(zhì)合金。刀頭上均具有不同數(shù)量的導(dǎo)向支承塊，在加工過程中起導(dǎo)向作用，保證孔的平直度，同時也起擠光作用，提高加工孔的表面光潔度。
內(nèi)排屑深孔鉆具有單管內(nèi)排屑和雙管內(nèi)排屑（即噴射鉆）。雙管內(nèi)排屑深恐鉆比單管內(nèi)排屑深恐鉆及外排屑深孔鉆的加工效率和精度都較高。對不通的深孔進行套料時，在套料完成后卸下套料刀，裝上芯棒切斷刀并使它的刀夾靠在芯棒上，通過專用進給裝置進行切斷，切斷到芯棒直徑4/5~5/6便退回切斷刀，稍加外力把芯棒折斷取出。
一般來說，采用內(nèi)排屑比外排屑的加工直徑大，獲得的加工精度和表面光潔度高。
III.深孔加工的工作要點
機床在前及加工過程中，應(yīng)檢查和注意如下幾點：
1） 主軸、刀具導(dǎo)向套、刀桿支承套、工件支承套等中心線的不同軸度應(yīng)符合要求。
2） 檢查切削液系統(tǒng)是否暢通和正常工作，特備是多刃內(nèi)排屑深孔鉆（噴吸鉆）的噴吸效應(yīng)，尤其應(yīng)該認(rèn)真檢查。
3） 工件的加工端面上部應(yīng)有中心孔，并避免在斜面上鉆孔。
4） 切屑形狀是否正常。它與工件材料、刀具幾何形狀、切削用量等有關(guān)。兩條分離而每條按一定方向向內(nèi)卷曲的切削形狀最好，應(yīng)避免形成直的帶狀切屑。
5） 采用較高速度加工通孔，當(dāng)鉆頭即將鉆通時，最好停車或降速，防止損壞鉆頭和出口處。
6） 應(yīng)避免在加工過程中停車，如必須停車，則應(yīng)先停止進給并將刀具退回一段距離，然后停止油泵和主運動的旋轉(zhuǎn)，以防刀具在孔中產(chǎn)生“咬死”現(xiàn)象。