加工中機床的總體方案設計

   機床的總體方案設計簡稱為總體設計，是設計機床的關鍵環(huán)節(jié)，也是機床部件和零件的設計依據(jù)，對整個設計的影響較大。
   因此，在擬定總體設計的過程中，必須全面、周密地考慮，使所擬定的方案在技術上合理、先進，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)有同類型設備等進行調(diào)查研究。
   (2)工藝分析。經(jīng)工藝分析確定該機床所采用的工藝方法、所需的運動等。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)機床總體布局。一般包括運動分配、選擇傳動形式和支承形式、安排操作部位、擬定從布局上提高機床性能和技術經(jīng)濟指標的措施以及繪制機床的總聯(lián)系尺寸圖等。
      以上3項內(nèi)容中以工藝分析最為重要。由于工藝方案的不同，會使機床總體設計方案完全不同。

一、調(diào)查研究；

   調(diào)查研究是機床總體設計的依據(jù)，也是總體設計時的首要內(nèi)容。設計者應作充分調(diào)查，明確設計要求，掌握有關資料，在深人分析的基礎上，擬定機床的總體方案.調(diào)查研究必須從以下幾個方面進行。
   1、工件
   工件是機床總體設計的重要依據(jù)。設計者必須明確工件的特點和加工要求，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，還應研究工件在形狀、尺寸、重量、材料以及硬度等方面的特點，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
   應了解使用部門對所設計的機床的要求，包括加工精度、生產(chǎn)率、自動化程度、工作可靠性、操作方便性以及造型等各方面的要求.對于流水線上的機床，還要考慮操作高度、操作位置必須與整線相配。還應了解所設計的機床的使用條件，包括操作人員的技術水平、維修能力、車間溫度的變化情況等。
   3、制造條件
   設計者應調(diào)查訪問制造部門，了解制造條件和技術水平，如機械加工、熱加工、裝配的能力和工藝水平;材料供應情況;可利用的元件和通用部件;協(xié)作條件等。在設計機床的過程中，要隨時考慮制造的可能性和經(jīng)濟性，多快好省地制造出所設計的機床。
   4、現(xiàn)有同類型機床
   收集現(xiàn)有的國內(nèi)外同類型機床的有關資料，并到生產(chǎn)現(xiàn)場了解、聽取用戶對同類型機床結構和性能的反映和意見，收集切削用量等有關數(shù)據(jù)，對這些資料進行分析。另外，還要收集有關的科學研究和技術革新成果，將其成熟部分應用到所設計的機床中去。

二、工藝分析

   經(jīng)工藝分析、優(yōu)化設計、經(jīng)濟效果評價，確定最佳工藝方案，在此基礎上畫出加工示意圖。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具有的運動。
   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。
   工藝方法對機床的結構和性能的影響很大，工藝方法的改變將導致機床的運動、傳動、部件配置以及結構等產(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使機床的結構、運動、傳動等有所不同。
   2、機床運動的確定
   確定機床運動是指確定機床運動的數(shù)目、運動的類型以及運動的執(zhí)行件。
   各種運動都是根據(jù)工藝要求確定的。但是，工藝要求所確定的僅僅是相對運動。各個運動到底應由哪個部件去完成，要根據(jù)實際情況而定。例如，在組合機床上進行切削加工，運動可分配給刀具，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，把運動完全分配給刀具。因此，工藝方法確定后，機床運動隨之確定。采用不同的運動分配方案，使得機床的結構、運動、傳動系統(tǒng)設計等均不會相同，因此必須進行分析比較，最后選定一個較為合理的運動分配方案。
   為了簡化結構，還應盡可能地減少運動執(zhí)行件的數(shù)目，用一個執(zhí)行件完成多種運動。
   3、加工示意圖的繪制
   加工示意圖的作用是表明機床所采用的工藝方法和刀具，規(guī)定工件、刀具以及機床執(zhí)行部件(如主軸箱、工作臺、刀架等)的運動速度、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、機床部件之間在工作時是否發(fā)生干涉。它是設計機床的執(zhí)行件和刀具、繪制機床總聯(lián)系尺寸圖的重要依據(jù)。

三、總體布局

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

    2、機床運動聯(lián)系形式的選擇
運動聯(lián)系也屬于總體布局中的內(nèi)容。機床的運動聯(lián)系是指動力源和運動之間或者運動與運動之間的聯(lián)系，例如，車床的主軸運動與電動機之間的運動、主軸與刀架拖板之間的運動均存在一定的聯(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)系應采用什么樣傳動形式將它們聯(lián)系起來，如何選擇，方案不同將直接影響到機床的總體布局。
   為了簡明地表示出機床工作過程中各個運動的傳動聯(lián)系，常常采用簡單的傳動原理圖來代替復雜的傳動系統(tǒng)圖，表示了主軸與動力源、刀架與主軸及刀架與動力源之間的傳動聯(lián)系。
   1)機床傳動形式的選擇
   機床的傳動有機械的、液壓的、氣動的、電氣的以及綜合的等多種形式。其中最常見的傳動形式為機械傳動和液壓傳動。選擇傳動形式的基本要求有以下幾點.
   (1)能實現(xiàn)所需的運動。例如:所需運動軌跡是直線運動、回轉運動還是其他運動;所需運動是簡單運動還是復合運動;是否需要變速、換向;是否要求按自動循環(huán)進行等。
   (2)能滿足運動性要求.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;對傳動精度、定位精度、運動平穩(wěn)性的要求等。