加工中機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)

   機(jī)床的總體方案設(shè)計(jì)簡稱為總體設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)機(jī)床的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)床部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對整個(gè)設(shè)計(jì)的影響較大。
   因此，在擬定總體設(shè)計(jì)的過程中，必須全面、周密地考慮，使所擬定的方案在技術(shù)上合理、先進(jìn)，且成本低、效率高。具體內(nèi)容如下。
   (1)調(diào)查研究。主要對加工對象、使用要求和制造條件、國內(nèi)外現(xiàn)有同類型設(shè)備等進(jìn)行調(diào)查研究。
   (2)工藝分析。經(jīng)工藝分析確定該機(jī)床所采用的工藝方法、所需的運(yùn)動(dòng)等。工藝方案的制定是否合理，對生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等有著極大的影響。
   (3)機(jī)床總體布局。一般包括運(yùn)動(dòng)分配、選擇傳動(dòng)形式和支承形式、安排操作部位、擬定從布局上提高機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施以及繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖等。
      以上3項(xiàng)內(nèi)容中以工藝分析最為重要。由于工藝方案的不同，會(huì)使機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案完全不同。

一、調(diào)查研究；

   調(diào)查研究是機(jī)床總體設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是總體設(shè)計(jì)時(shí)的首要內(nèi)容。設(shè)計(jì)者應(yīng)作充分調(diào)查，明確設(shè)計(jì)要求，掌握有關(guān)資料，在深人分析的基礎(chǔ)上，擬定機(jī)床的總體方案.調(diào)查研究必須從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。
   1、工件
   工件是機(jī)床總體設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。設(shè)計(jì)者必須明確工件的特點(diǎn)和加工要求，如被加工面的尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)率等。
   此外，還應(yīng)研究工件在形狀、尺寸、重量、材料以及硬度等方面的特點(diǎn)，以便擬定工件定位、裝夾、輸送的方法，選擇刀具材料，確定切削用量。
   2、使用要求
   應(yīng)了解使用部門對所設(shè)計(jì)的機(jī)床的要求，包括加工精度、生產(chǎn)率、自動(dòng)化程度、工作可靠性、操作方便性以及造型等各方面的要求.對于流水線上的機(jī)床，還要考慮操作高度、操作位置必須與整線相配。還應(yīng)了解所設(shè)計(jì)的機(jī)床的使用條件，包括操作人員的技術(shù)水平、維修能力、車間溫度的變化情況等。
   3、制造條件
   設(shè)計(jì)者應(yīng)調(diào)查訪問制造部門，了解制造條件和技術(shù)水平，如機(jī)械加工、熱加工、裝配的能力和工藝水平;材料供應(yīng)情況;可利用的元件和通用部件;協(xié)作條件等。在設(shè)計(jì)機(jī)床的過程中，要隨時(shí)考慮制造的可能性和經(jīng)濟(jì)性，多快好省地制造出所設(shè)計(jì)的機(jī)床。
   4、現(xiàn)有同類型機(jī)床
   收集現(xiàn)有的國內(nèi)外同類型機(jī)床的有關(guān)資料，并到生產(chǎn)現(xiàn)場了解、聽取用戶對同類型機(jī)床結(jié)構(gòu)和性能的反映和意見，收集切削用量等有關(guān)數(shù)據(jù)，對這些資料進(jìn)行分析。另外，還要收集有關(guān)的科學(xué)研究和技術(shù)革新成果，將其成熟部分應(yīng)用到所設(shè)計(jì)的機(jī)床中去。

二、工藝分析

   經(jīng)工藝分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)，確定最佳工藝方案，在此基礎(chǔ)上畫出加工示意圖。工藝分析只確定零件的加工方法，以及要獲得零件需要表面應(yīng)具有的運(yùn)動(dòng)。
   1、工藝方法的確定
   加工工件的工藝方法是多種多樣的。按工種可分為車、銑、刨、鉆、鏗等;按加工精度和表面粗糙度可分為粗加工、半精加工、精加工、光整加工等;按工序可分為單刀、多刀、單工件、多工件、單工位、多工位等。
   工藝方法對機(jī)床的結(jié)構(gòu)和性能的影響很大，工藝方法的改變將導(dǎo)致機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、部件配置以及結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生一系列變化。例如，箱體軸承孔的加工可以采用鉆孔、鉸孔、膛孔等工藝方法，應(yīng)根據(jù)加工精度和生產(chǎn)率來決定到底采用哪一種孔加工工藝方法。不同的工藝方法必然會(huì)使機(jī)床的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)等有所不同。
   2、機(jī)床運(yùn)動(dòng)的確定
   確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)是指確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)的類型以及運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行件。
   各種運(yùn)動(dòng)都是根據(jù)工藝要求確定的。但是，工藝要求所確定的僅僅是相對運(yùn)動(dòng)。各個(gè)運(yùn)動(dòng)到底應(yīng)由哪個(gè)部件去完成，要根據(jù)實(shí)際情況而定。例如，在組合機(jī)床上進(jìn)行切削加工，運(yùn)動(dòng)可分配給刀具，也同樣地可以分配給工件，或由刀具和工件共同來完成。又如，對于重型工件的加工，可以采用“螞蟻啃骨頭”的方法，把運(yùn)動(dòng)完全分配給刀具。因此，工藝方法確定后，機(jī)床運(yùn)動(dòng)隨之確定。采用不同的運(yùn)動(dòng)分配方案，使得機(jī)床的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等均不會(huì)相同，因此必須進(jìn)行分析比較，最后選定一個(gè)較為合理的運(yùn)動(dòng)分配方案。
   為了簡化結(jié)構(gòu)，還應(yīng)盡可能地減少運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件的數(shù)目，用一個(gè)執(zhí)行件完成多種運(yùn)動(dòng)。
   3、加工示意圖的繪制
   加工示意圖的作用是表明機(jī)床所采用的工藝方法和刀具，規(guī)定工件、刀具以及機(jī)床執(zhí)行部件(如主軸箱、工作臺(tái)、刀架等)的運(yùn)動(dòng)速度、行程以及主要聯(lián)系尺寸。利用加工示意圖可檢查工件、刀具、機(jī)床部件之間在工作時(shí)是否發(fā)生干涉。它是設(shè)計(jì)機(jī)床的執(zhí)行件和刀具、繪制機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖的重要依據(jù)。

三、總體布局

   經(jīng)工藝分析后，確定出機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)，由哪個(gè)部件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)以及怎樣產(chǎn)生所需要的運(yùn)動(dòng)，工件是立式加工還是臥式加工，運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)床操作位置等，都是總體布局所要考慮的問題。
   總體布局設(shè)計(jì)是指按工藝要求決定機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，確定機(jī)床的組成部件以及確定各個(gè)部件的相對運(yùn)動(dòng)和相對位置關(guān)系，同時(shí)也要確定操縱、控制機(jī)構(gòu)在機(jī)床中的配置，并作出機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖。
   總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn)。
   (1)保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)。
   (2)保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗振性。
   (3)使用方便。具體地說是便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床;便于輸送、裝卸工件，排除切屑。
   (4)經(jīng)濟(jì)效果好，如節(jié)省材料、減少機(jī)床占地面積等。
   (5)造型美觀。
   機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析分配機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，選擇傳動(dòng)形式和支承形式，然后安排操作部位，并擬定在布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述步驟之間有著密切聯(lián)系，必要時(shí)可互相穿插或并進(jìn)。
   1、運(yùn)動(dòng)的分配
   機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配不同，機(jī)床布局也就不同。機(jī)床運(yùn)動(dòng)的合理分配，是由多方面因素決定的，現(xiàn)列舉幾個(gè)例子。
  1)簡化機(jī)床的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)
   在其他條件相同的情況下，運(yùn)動(dòng)部件(包括工件或刀具)的重量小，慣性小，需要的驅(qū)動(dòng)力就小，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積小，一般來說制造成本就低。因此，從簡化傳動(dòng)的角度看，應(yīng)把運(yùn)
動(dòng)分配給重量小的執(zhí)行件。例如:銑削小型工件的銑床，銑刀只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件的縱向、橫向、垂直運(yùn)動(dòng)分別由工作臺(tái)、床鞍、升降臺(tái)實(shí)現(xiàn);加工約數(shù)十噸重的重型工件時(shí)，要驅(qū)動(dòng)它，非但需要龐大的工作臺(tái)和傳動(dòng)裝置，而且為了承受巨大的工件重量和慣性力，機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。為了簡化機(jī)床的傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)，可令工件不動(dòng)，把運(yùn)動(dòng)都分配給刀具，這種方法俗稱為“螞蟻啃骨頭”。
   2)提高加工精度
   對于一般鉆孔工作，主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)均由刀具完成，這樣比較方便，但鉆孔精度較低;而在鉆深孔時(shí)，為了提高被加工孔中心線的直線度，須將回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)分配給工件，使得深孔鉆床加工的孔精度高于一般鉆孔。
   3)縮小機(jī)床占地面積
   外圓磨床的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，或者由刀具完成，或者由工件完成。前者機(jī)床比較短，占地面積較小，但操作者觀察切削加工時(shí)走動(dòng)較多。對于中小型外圓磨床，由于工件長度不大，多采用工件進(jìn)給(工作臺(tái)縱向移動(dòng));對于大型外圓磨床，采用刀具進(jìn)給(砂輪座縱向移動(dòng))可顯著地縮小機(jī)床占地面積。

    2、機(jī)床運(yùn)動(dòng)聯(lián)系形式的選擇
運(yùn)動(dòng)聯(lián)系也屬于總體布局中的內(nèi)容。機(jī)床的運(yùn)動(dòng)聯(lián)系是指動(dòng)力源和運(yùn)動(dòng)之間或者運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系，例如，車床的主軸運(yùn)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)、主軸與刀架拖板之間的運(yùn)動(dòng)均存在一定的聯(lián)系。根據(jù)聯(lián)系的性質(zhì)，可分為內(nèi)聯(lián)系與外聯(lián)系兩種，不同的聯(lián)系應(yīng)采用什么樣傳動(dòng)形式將它們聯(lián)系起來，如何選擇，方案不同將直接影響到機(jī)床的總體布局。
   為了簡明地表示出機(jī)床工作過程中各個(gè)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)聯(lián)系，常常采用簡單的傳動(dòng)原理圖來代替復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)圖，表示了主軸與動(dòng)力源、刀架與主軸及刀架與動(dòng)力源之間的傳動(dòng)聯(lián)系。
   1)機(jī)床傳動(dòng)形式的選擇
   機(jī)床的傳動(dòng)有機(jī)械的、液壓的、氣動(dòng)的、電氣的以及綜合的等多種形式。其中最常見的傳動(dòng)形式為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。選擇傳動(dòng)形式的基本要求有以下幾點(diǎn).
   (1)能實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)。例如:所需運(yùn)動(dòng)軌跡是直線運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還是其他運(yùn)動(dòng);所需運(yùn)動(dòng)是簡單運(yùn)動(dòng)還是復(fù)合運(yùn)動(dòng);是否需要變速、換向;是否要求按自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行等。
   (2)能滿足運(yùn)動(dòng)性要求.例如:要求無級變速還是分級變速;要求的變速范圍和行程范圍;對傳動(dòng)精度、定位精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的要求等。