加工中机床的总体方案设计

   机床的总体方案设计简称为总体设计，是设计机床的关键环节，也是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。
   因此，在拟定总体设计的过程中，必须全面、周密地考虑，使所拟定的方案在技术上合理、先进，且成本低、效率高。具体内容如下。
   (1)调查研究。主要对加工对象、使用要求和制造条件、国内外现有同类型设备等进行调查研究。
   (2)工艺分析。经工艺分析确定该机床所采用的工艺方法、所需的运动等。工艺方案的制定是否合理，对生产效率和产品质量等有着极大的影响。
   (3)机床总体布局。一般包括运动分配、选择传动形式和支承形式、安排操作部位、拟定从布局上提高机床性能和技术经济指标的措施以及绘制机床的总联系尺寸图等。
      以上3项内容中以工艺分析最为重要。由于工艺方案的不同，会使机床总体设计方案完全不同。

一、调查研究；

   调查研究是机床总体设计的依据，也是总体设计时的首要内容。设计者应作充分调查，明确设计要求，掌握有关资料，在深人分析的基础上，拟定机床的总体方案.调查研究必须从以下几个方面进行。
   1、工件
   工件是机床总体设计的重要依据。设计者必须明确工件的特点和加工要求，如被加工面的尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度以及生产率等。
   此外，还应研究工件在形状、尺寸、重量、材料以及硬度等方面的特点，以便拟定工件定位、装夹、输送的方法，选择刀具材料，确定切削用量。
   2、使用要求
   应了解使用部门对所设计的机床的要求，包括加工精度、生产率、自动化程度、工作可靠性、操作方便性以及造型等各方面的要求.对于流水线上的机床，还要考虑操作高度、操作位置必须与整线相配。还应了解所设计的机床的使用条件，包括操作人员的技术水平、维修能力、车间温度的变化情况等。
   3、制造条件
   设计者应调查访问制造部门，了解制造条件和技术水平，如机械加工、热加工、装配的能力和工艺水平;材料供应情况;可利用的元件和通用部件;协作条件等。在设计机床的过程中，要随时考虑制造的可能性和经济性，多快好省地制造出所设计的机床。
   4、现有同类型机床
   收集现有的国内外同类型机床的有关资料，并到生产现场了解、听取用户对同类型机床结构和性能的反映和意见，收集切削用量等有关数据，对这些资料进行分析。另外，还要收集有关的科学研究和技术革新成果，将其成熟部分应用到所设计的机床中去。

二、工艺分析

   经工艺分析、优化设计、经济效果评价，确定最佳工艺方案，在此基础上画出加工示意图。工艺分析只确定零件的加工方法，以及要获得零件需要表面应具有的运动。
   1、工艺方法的确定
   加工工件的工艺方法是多种多样的。按工种可分为车、铣、刨、钻、铿等;按加工精度和表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、精加工、光整加工等;按工序可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等。
   工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。例如，箱体轴承孔的加工可以采用钻孔、铰孔、膛孔等工艺方法，应根据加工精度和生产率来决定到底采用哪一种孔加工工艺方法。不同的工艺方法必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。
   2、机床运动的确定
   确定机床运动是指确定机床运动的数目、运动的类型以及运动的执行件。
   各种运动都是根据工艺要求确定的。但是，工艺要求所确定的仅仅是相对运动。各个运动到底应由哪个部件去完成，要根据实际情况而定。例如，在组合机床上进行切削加工，运动可分配给刀具，也同样地可以分配给工件，或由刀具和工件共同来完成。又如，对于重型工件的加工，可以采用“蚂蚁啃骨头”的方法，把运动完全分配给刀具。因此，工艺方法确定后，机床运动随之确定。采用不同的运动分配方案，使得机床的结构、运动、传动系统设计等均不会相同，因此必须进行分析比较，最后选定一个较为合理的运动分配方案。
   为了简化结构，还应尽可能地减少运动执行件的数目，用一个执行件完成多种运动。
   3、加工示意图的绘制
   加工示意图的作用是表明机床所采用的工艺方法和刀具，规定工件、刀具以及机床执行部件(如主轴箱、工作台、刀架等)的运动速度、行程以及主要联系尺寸。利用加工示意图可检查工件、刀具、机床部件之间在工作时是否发生干涉。它是设计机床的执行件和刀具、绘制机床总联系尺寸图的重要依据。

三、总体布局

   经工艺分析后，确定出机床所需的运动，如何实现这些运动，由哪个部件产生运动以及怎样产生所需要的运动，工件是立式加工还是卧式加工，运动控制、机床操作位置等，都是总体布局所要考虑的问题。
   总体布局设计是指按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置，并作出机床的总联系尺寸图。
   总体布局的基本要求有以下几点。
   (1)保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动。
   (2)保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。
   (3)使用方便。具体地说是便于操作、调整、修理机床;便于输送、装卸工件，排除切屑。
   (4)经济效果好，如节省材料、减少机床占地面积等。
   (5)造型美观。
   机床总体布局设计的一般步骤是，首先根据工艺分析分配机床部件的运动，选择传动形式和支承形式，然后安排操作部位，并拟定在布局上改善机床性能和技术经济指标的措施。上述步骤之间有着密切联系，必要时可互相穿插或并进。
   1、运动的分配
   机床的运动分配不同，机床布局也就不同。机床运动的合理分配，是由多方面因素决定的，现列举几个例子。
  1)简化机床的传动和结构
   在其他条件相同的情况下，运动部件(包括工件或刀具)的重量小，惯性小，需要的驱动力就小，传动机构体积小，一般来说制造成本就低。因此，从简化传动的角度看，应把运
动分配给重量小的执行件。例如:铣削小型工件的铣床，铣刀只有旋转运动，工件的纵向、横向、垂直运动分别由工作台、床鞍、升降台实现;加工约数十吨重的重型工件时，要驱动它，非但需要庞大的工作台和传动装置，而且为了承受巨大的工件重量和惯性力，机床的结构比较复杂。为了简化机床的传动和结构，可令工件不动，把运动都分配给刀具，这种方法俗称为“蚂蚁啃骨头”。
   2)提高加工精度
   对于一般钻孔工作，主运动和进给运动均由刀具完成，这样比较方便，但钻孔精度较低;而在钻深孔时，为了提高被加工孔中心线的直线度，须将回转主运动分配给工件，使得深孔钻床加工的孔精度高于一般钻孔。
   3)缩小机床占地面积
   外圆磨床的纵向进给运动，或者由刀具完成，或者由工件完成。前者机床比较短，占地面积较小，但操作者观察切削加工时走动较多。对于中小型外圆磨床，由于工件长度不大，多采用工件进给(工作台纵向移动);对于大型外圆磨床，采用刀具进给(砂轮座纵向移动)可显著地缩小机床占地面积。

    2、机床运动联系形式的选择
运动联系也属于总体布局中的内容。机床的运动联系是指动力源和运动之间或者运动与运动之间的联系，例如，车床的主轴运动与电动机之间的运动、主轴与刀架拖板之间的运动均存在一定的联系。根据联系的性质，可分为内联系与外联系两种，不同的联系应采用什么样传动形式将它们联系起来，如何选择，方案不同将直接影响到机床的总体布局。
   为了简明地表示出机床工作过程中各个运动的传动联系，常常采用简单的传动原理图来代替复杂的传动系统图，表示了主轴与动力源、刀架与主轴及刀架与动力源之间的传动联系。
   1)机床传动形式的选择
   机床的传动有机械的、液压的、气动的、电气的以及综合的等多种形式。其中最常见的传动形式为机械传动和液压传动。选择传动形式的基本要求有以下几点.
   (1)能实现所需的运动。例如:所需运动轨迹是直线运动、回转运动还是其他运动;所需运动是简单运动还是复合运动;是否需要变速、换向;是否要求按自动循环进行等。
   (2)能满足运动性要求.例如:要求无级变速还是分级变速;要求的变速范围和行程范围;对传动精度、定位精度、运动平稳性的要求等。