李國(guó)志

摘要：從機(jī)床總體設(shè)計(jì)展開研究，包含確定機(jī)床的主要參數(shù)、確定機(jī)床的總體方案、生產(chǎn)圖設(shè)計(jì)、地基圖設(shè)計(jì)、文件編制等內(nèi)容，闡述了有關(guān)機(jī)床總體設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，并對(duì)各流程做了具體分析，提出了設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)床設(shè)計(jì);機(jī)床總體設(shè)計(jì);進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、前言

機(jī)床是工業(yè)母機(jī)，國(guó)家生產(chǎn)建設(shè)的各行各業(yè)都無法離開機(jī)床，機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造水平標(biāo)致著一個(gè)國(guó)家整體的工業(yè)實(shí)力。本文針對(duì)機(jī)床的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，希望對(duì)同行業(yè)發(fā)展有所裨益。

二、機(jī)床總體設(shè)計(jì)的方法

1、 確定機(jī)床主要參數(shù)

1.1根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研確定

自主研發(fā)作為技術(shù)儲(chǔ)備的機(jī)床產(chǎn)品，確定機(jī)床類型后，在機(jī)床設(shè)計(jì)前期，應(yīng)做市場(chǎng)調(diào)研，了解同類型產(chǎn)品的適用范圍、國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平、發(fā)展方向及主要優(yōu)缺點(diǎn)，還有最重要的基本參數(shù)，根據(jù)自身情況，選定機(jī)床的基本參數(shù)，展開設(shè)計(jì)?；緟?shù)包括機(jī)床的規(guī)格參數(shù)，如主軸直徑、工作臺(tái)尺寸、工件回轉(zhuǎn)直徑等，它是表示機(jī)床規(guī)格大小的參數(shù)，另外，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、扭矩、各軸進(jìn)給速度、各軸行程、機(jī)床精度等也是重要參數(shù)。

1.2根據(jù)用戶訂單要求確定

用戶有訂購(gòu)機(jī)床的意向后，通常會(huì)先和相關(guān)機(jī)床廠家做技術(shù)交流，經(jīng)過多次的協(xié)商，確定所需產(chǎn)品的規(guī)格、功能和參數(shù)，并形成招標(biāo)文件，招標(biāo)文件中詳細(xì)規(guī)定了機(jī)床的各種參數(shù)，如果機(jī)床廠家參與投標(biāo)，就應(yīng)該嚴(yán)格按照招標(biāo)文件中規(guī)定的參數(shù)準(zhǔn)備技術(shù)協(xié)議，如果中標(biāo)，按照技術(shù)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、 機(jī)床整體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)床的主參數(shù)，設(shè)計(jì)機(jī)床的整體機(jī)構(gòu)，初步確定各進(jìn)給軸行程、大型零件的尺寸、機(jī)床的外形。

2.1主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是形成機(jī)床切削速度或消耗動(dòng)力最大的工作運(yùn)動(dòng)，如銑削機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是刀具的旋轉(zhuǎn)，車削機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)，主運(yùn)動(dòng)直接參與零件切削，與加工精度、加工速度密切相關(guān)。根據(jù)已經(jīng)確定好的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)參數(shù)如轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、往復(fù)次數(shù)等，進(jìn)行主運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)。通過計(jì)算，合理選擇主電機(jī)，確定主軸箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)主軸軸承布置情況，完善軸承的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保主運(yùn)動(dòng)的性能能夠滿足使用要求。

2.2進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使工件的多余材料不斷被去除的工作運(yùn)動(dòng)，如銑削機(jī)床刀具的前后、縱橫、升降運(yùn)動(dòng)，車削機(jī)床的刀具移動(dòng)，刨削機(jī)床的刨刀橫向間歇移動(dòng)等。進(jìn)給系統(tǒng)的主要參數(shù)有進(jìn)給速度、快進(jìn)速度、行程、最小進(jìn)給量等，其結(jié)構(gòu)多為動(dòng)力源通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件組成，如圖1所示。也有動(dòng)力源同時(shí)也是執(zhí)行元件的情況，如力矩電機(jī)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)等，由于沒有減速機(jī)構(gòu)參與傳動(dòng)，動(dòng)力源即為執(zhí)行元件，傳動(dòng)精度非常高。根據(jù)機(jī)床主要參數(shù)確定合理的進(jìn)給傳動(dòng)方式，如滾珠絲杠傳動(dòng)適用于行程不大的情況;齒輪齒條傳動(dòng)適合于大行程的情況，長(zhǎng)度可以無限延長(zhǎng);油缸驅(qū)動(dòng)適合于需要極大進(jìn)給力的情況。

2.3輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

輔助系統(tǒng)包括系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、刀庫(kù)、附件、機(jī)床防護(hù)罩等，完善的輔助系統(tǒng)，可以使機(jī)床的功能更加完善，操作更加便捷，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)床的軀體，控制系統(tǒng)可以說是機(jī)床的靈魂?？刂葡到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)化、智能化，是機(jī)床的重要組成部分。

2.4.1電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選擇適合的數(shù)控系統(tǒng)，編制PLC控制程序，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各項(xiàng)功能指標(biāo)。

2.4.2液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)通常包括液壓站、閥組、油缸、液壓馬達(dá)等元件，可以控制機(jī)床需要液壓來完成的各種動(dòng)作，如主軸的松、夾刀、主軸箱變檔、靜壓導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)、滑枕的平衡等。

3、 生產(chǎn)圖設(shè)計(jì)

以上步驟完成后，可以進(jìn)行生產(chǎn)圖的具體設(shè)計(jì)。機(jī)床應(yīng)根據(jù)各部分功能不同分成幾個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，如金屬切削機(jī)床，可以分為床身、立柱、主軸箱、工作臺(tái)、液壓、電氣等部分。根據(jù)機(jī)床的精度要求，合理選擇零件的精度。零件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，盡量采用通用零件、標(biāo)準(zhǔn)零件，功能相似或相近的零件應(yīng)設(shè)計(jì)成同一零件。零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮安裝方式、吊裝方式是否可行，以免在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)問題。針對(duì)整機(jī)及關(guān)鍵零件，應(yīng)進(jìn)行必要的動(dòng)力學(xué)分析，隨著有限元分析的發(fā)展應(yīng)用，機(jī)床動(dòng)力學(xué)分析更加普及、簡(jiǎn)單、直觀。

4、 地基設(shè)計(jì)

地基是機(jī)床必不可少的組成部分，大型機(jī)床應(yīng)設(shè)計(jì)出地基的具體結(jié)構(gòu)，一些小型、輕型可整體吊運(yùn)的機(jī)床也應(yīng)該給出對(duì)安裝基礎(chǔ)的詳細(xì)要求。設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)該考慮機(jī)床在用戶車間安裝的可行性，如廠房高度、吊車荷載等問題，提前與用戶溝通，做好設(shè)計(jì)工作。

5、 文件編制

機(jī)床應(yīng)該帶有《使用說明書》、《維修手冊(cè)》等文件，文件應(yīng)詳實(shí)、準(zhǔn)確，便于對(duì)用戶的機(jī)床操作、保養(yǎng)等工作進(jìn)行指導(dǎo)。

三、結(jié)語

機(jī)床總體設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的工程，采用合理的設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，有助于提高機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量，使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加合理，功能更加豐富。

參考文獻(xiàn)

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