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機床設(shè)計 隨著科學技術(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 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按創(chuàng)新設(shè)計 的步驟進行 成系列的機床產(chǎn)品應按系列化設(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 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 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 都應確定成本及生產(chǎn)周期方 面的指標 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)計液壓原理和相應的液壓部件裝配圖 設(shè)計電氣控制系統(tǒng)原理圖和 相應的電氣安裝接線圖 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 編制標準件 通用件和自制件明細表 撰寫設(shè)計說明書 使 用說明書 指定機床的檢驗方法和標準等技術(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 可對所設(shè)計的機床進行計算機建模 得到所謂的數(shù)學化樣機 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)品研制的風險 縮短研制 的周期 提高研制的質(zhì)量 上述步驟可以反復進行 知道達到設(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 就是當加工孔的長度與直徑之比達 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)于深孔加工的工藝困難 已有相應的方法進行克服 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 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 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)量的導向支承塊 在加工過程中起導向 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 應檢查和注意如下幾點 1 主軸 刀具導向套 刀桿支承套 工件支承套等中心線的不同軸度應符合要求 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 尤其應該認真檢查 3 工件的加工端面上部應有中心孔 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 應避免形成直的帶狀切屑 5 采用較高速度加工通孔 當鉆頭即將鉆通時 最好停車或降速 防止損壞鉆頭 和出口處 6 應避免在加工過程中停車 如必須停車 則應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