机床工业设计(6篇)

机床工业设计篇1

关键词：数控机床;技术路线;路线图

机床行业建国后一直是重点发展行业之一。2008年，我国机床产值列世界第三位，数控化率达20％。然而放眼世界，我们与国际先进技术差距仍然很大。我国机床行业产量世界第一，而产值才达到第三，实是大而不强，技术上仅居世界二流水平。2008年，我国机床进口75.8亿美元，居世界各国首位，而出口仅为21亿美元，国产机床在国内市场的占有率仅为61％。

1我国数控机床技术水平的现状分析

我国机床质量大致上列于瑞士、德、日、意、法、美、英、西班牙之后。上世纪60年代末，在精密机床专案的推动下，我国生产的坐标镗床、齿轮磨床还是具有一定的技术含量。80年代，有的机床厂为德、日企业来图制造质量较为严格的机床，并且做得很好，还出口了相当数量。在那时的基础之上，如今我国的齿轮磨床产品在国际上属上流水平。品种数似居德、日之后，近年来有长足的进步，如发展了多坐标联动、数控复合加工机床等高档数控产品。但仍难满足军工、汽车等行业的需要。机床行业要发展，就得增强竞争力，努力提高质量，大力发展品种，提升技术水平，以替代进口,扩大出口。多年前机床行经济情况不大好时，有的企业曾提出"以质量求生存，以品种来发展"我们以此作为行业的长期发展方针。

2数控机床技术发展的瓶颈

长久以来，我国制造业企业大多都存在着“重设计、重管理、轻工艺”的状况，企业在设计部门投入的资金往往是工艺领域的很多倍。企业的各种资源都在向设计研发、生产管理部门倾斜。但是无法回避的一个事实是：我们可以花大价钱购买国外的产品设计图纸而买不来他们的制造工艺方案。因为如何生产和制造是企业最核心的价值点所在。所以，目前我国制造企业工艺部门的水平和效率的低下已经成为企业发展的现实瓶颈。很多的制造企业在具备大量的3D设计分析工具与现场自动化生产设备(PLC、现场总线、工业机器人等)的同时依然在用很传统的手段(AutoCAD、Project等)处理诸如：工艺计划排定、资源设备的整合、工厂生产线布局设计和各种各样的工艺文档。各种来自上有产品设计的3D信息和制造车间先进的自动化生产设备(如5轴机床)所需要的数字指令都由于中间工艺设计阶段的低效率和低集成性而失去它们的本来的价值;另外一方面，传统的工艺设计阶段的低下率使得工艺准备阶段变得十分漫长而充满不确定因素，很多的工艺问题需要到车间进行物理试生产来验证工艺的质量。让昂贵的制造工厂成为企业低效率工艺设计环境下的实验室;更为头痛的是：所有的试生产必须是物理样机和制造设备(主、辅设备)就绪后才能开始进行，如果发现设备在配合或者加工上存在问题(如干涉、超差等)则需要进行设备制造的返工，无论是在时间还是资金成本上都是巨大的毫无意义的浪费。

为了解决工艺数字化的问题，上世纪九十年代开始很多的制造企业尝试着引入CAPP系统(计算机辅助工艺规划)来解决工艺环节的低效率和落后手段的挑战。但是，由于国内CAPP系统天生的制约和限制，所有国内商业CAPP系统都不能称之为严格意义上的“辅助工艺设计”，而是更多的起到将传统手写编辑工艺文档在电脑中格式化处理和录入和归档管理。CAPP系统的确帮助企业提高了工艺编制的效率，减少了重复劳动。但是，CAPP解决的主要是工艺文件的编制和工艺汇总等问题，而没有解决如何提高企业的工艺设计水平，如何验证编制的工艺是否合理，如何对加工和装配工艺进行优化、如何提炼典型工艺、如何更有效地利用工艺资源、如何有效传承工艺经验等问题。随着信息化时代带来工业化的高速发展，信息化产品的结构、性能和复杂程度越来越高，工艺知识的积累和重用变得越来越重要。而这一切的期望都使得我们应该把目光投向更为专业的数字化制造系统，学术上称为MPM(制造过程管理)的工艺设计、分析优化和数据管理IT平台。

3数控机床领域技术路线图范式

高档数控机床与基础制造装备领域主机产品根据其加工特点可以分为冷加工和热加工。其中冷加工包括高速精密复合数控金切机床、重型数控金切机床、数控特种加工机床、大型数控成形冲压设备等，热加工包括重型锻压设备、清洁高效铸造设备、新型焊接设备与自动化生产设备、大型清洁热处理与表面处理设备、数控系统等，此外还包括功能部件、刀具、测量仪器等，设备的加工技术差别较大，关联性不强。如果把所有种类的机床和基础制造装备技术路线图画在一张图表里重点不突出。也没有实际意义。因此本课题分别针对冷加工和热加工涉及的九个领域编制技术路线图。“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项明确指出针对重点研究航空航天、船舶、汽车制造、发电设备制造四大用户需要的高档数控机床。国内外技术路线图的研究中还没有类似满足定向的用户需求的高档数控机床与基础制造装备领域的技术路线图研究。

研究需要对数控机床与基础制造装备产业的发展现状和趋势进行分析。明确产业发展的机遇和挑战，提出不同时期的发展目标；并根据发展目标，确定不同时期本产业需要开发的重大产品和关键要素指标：对关键技术进行评价。包括研发基础、技术路径、实现时间等。主要针对高档数控机床与基础制造装备的四个主要用户。即航空航天、船舶、汽车和发电设备需求出发。重点考虑未来5-10年主要用户对工艺与装备的重大需求。结合国内外高档数控机床与基础制造装备发展趋势。以及重点领域的需求，提出未来的重点发展方向，例如精密化、复合化、智能化、绿色化等。主要指围绕四大领域重点工艺与装备的需要。提出能支持本产业发展的重点关键技术，对选择的重点从研发基础、研发方式、产业应用时间等方向进行分析。

4结束语

应用技术的开发推广，反映数控机床制造水平的重要技术指标，如主轴最高转速、快速移动速度、换刀速度、切削能力等参数正在向国际水平接近，一批关键技术获得重大突破，缩小了与世界先进水平的差距。

参考文献

机床工业设计篇2

关键词数控机床；主轴；变速箱

中图分类号TG659文献标识码A文章编号1674-6708（2014）106-0109-02

0引言

数控机床作为现代化工业企业的一个重要设备，其工作效率直接影响整个企业的经济效益，而作为整个数控机床的最重要部分主轴变速箱，它的工作效率必将影响到整个机床的工作效率，下面就整个主轴变速箱这个核心部件如何设计来加以说明。

1主轴变速箱主轴结构设计

在今天不同种类的机床已经应用与各个企业，我们大家所熟知的有控铣床数控磨床、加工中心等等。不同的数控机床具有不同的功能，但是它们共同的特点就是其核心构造都是主轴，也就是说主轴的运转速度会直接决定一个机床的性能包括其加工零部件的精度，会直接影响到所加工产品的质量。主轴在变速箱当中的作用是将大小齿轮连接在一起，所以说，变速箱变速效果主要取决于主轴的结构设计，在进行设计之必须要了解主轴的性能构造是怎样的。数控机床的功能不同，主轴做具有的功能也是不同的。所以在进行主轴变速箱设计的时候对主轴的各个不同参数要做详细的分析，下面就从以下几个方面对机床主轴变速箱进行设计。

1.1主轴的设计重点

最终的设计效果怎样使有主轴的参数来决定的。设计人员在确定各个参数之前，首先要了解企业在生产加工过程中的实际需求，只有这样才能按照需求进行参数的设定，这里的实际需求包括了需要加工零件的尺寸大小、精度，零件表面要求等。机床主轴的具体参数包括了转速：根据实际生产以及国内目前的数控机床改造技术以及机械制造业的使用需要，数控机床主轴的转速通常的范围是在五十到八万转/分钟之间，另外一个参数就是直径。直径对整个主轴的作用就是使主轴可以更好的进行变速，所以在进行设计的时候对平均直径一定要控制好，直径适当放大可以有效控制主轴发生变形，更好的控制位移的产生。

1.2旋转精度

所谓旋转精度指的是，在主轴的前面部位利用千分表进行测量得到的端面跳动、径向跳动以及轴向窜动的数字，测量的必要条件是机床主轴组件需要是在空载低速的状况下旋转。如果主轴是在工作转速进行旋转的时候，机器的油膜会对主轴产生一些扰动，那么说测量的旋转精度是不准确的。在数控机床当中旋转精度影响的不仅仅是操控数控机床，同时对所加工的最后零件的也会产生一定的影响，尤其是在精度方面，如果是一些精度要求较高的机床，既要有静态测定还要求测定出正常工作下的动态旋转精度。

1.3Z轴传动

在主轴变速箱中Z轴传动其中最重要的一部分，这是由于整个Z轴分布的情况对整个数控机床运动性能有这非常直接的影响。Z轴传动包含许多重要的组件，例如滚珠丝杠、电机、直、联轴器、线滚动导轨、支撑座等等，上面所说到的组件设计人员都要进行详细的分析，给出设计的方案。

1.4刚度

主轴组件的刚度所指的是在外部有负荷的状态下抗变型的能力的强弱，而弯曲刚度指的是在主轴的最前面位置所产生的单位位移，在此方向所测量得出的力的大小。在数控机床主轴变速箱中，承载能力的衡量尺度就是刚度，同时刚度对齿轮磨损程度也会带来一定的影响。主轴自身的形状和尺寸，机床滚动轴承的型号、轴承的多少、预紧以及出厂时所设定的方式，前后轴之间的距离以及二者之间的悬伸量，轴传动是如何进行布置的，主轴厂家装配和制造的质量等等因素都可能影响到主轴的钢度。

1.5耐磨性

主轴组件的耐磨性所指的是机床在工作的过程中，主轴组件可以一直保持其出厂精度的一种能力，精度可以保持的时间的长短说明其耐磨性能的好快，也就是说如果主轴组件耐磨性好，那么机床所加工出来的产品质量相对更加稳定而且产品的进度会更高，而且表面加工的光洁度也更好。所以，主轴组件的每一个滑动的表面都要具有较高的耐磨性，只有这样才能保持机床加工的零件一直保持很好的精度。

1.6滚珠丝杠

在进行滚珠丝杠的设计时非常重要的一点是要将摩擦力的计算考虑进去，因为滚珠丝杠的整个运动过程是一个线性运动，使数控机床从原来的直线运动变成旋转运动就必须要将滚珠丝杠的摩擦力大小控制好，这样才能让变速箱运行稳定的运行，也就是使机床的主轴可以准确实现定位操作。机床主轴变速箱的设计人员通过计算可以确定摩擦力的大小，从而去分析主轴变速箱运转过程中所呈现的摩擦状况是怎样的，设计人员的任务就是将摩擦力控制在一个最佳范围内，减少主轴在运转过程中的磨损。

2主轴变速箱重点参数的选择

只有将主轴的参数确定在一定的范围才能稳定的发挥其性能，设计人员在设计的过程中必须要将参数指标把握好，只有这样才能使数控机床持续维持良好的工作状态，生产出标准的零件。从目前的工业生产需求对于数控机床的基本要求上分析，主轴变速箱在参数的选择上必须疟把握以下几个重点参数的设计，下面就这几个参数来逐项说明。

2.1如何确定主轴的转速及平均直径

首先在数控机床当中，采用的都是电机直联主轴，因此主轴的速度同机床电机的速度是一致的。其次是平均直径的确定，在主轴变速箱中的主轴部件的刚度受主轴的平均直径影响相对较大，在前面我们也提到过如果直径加大可以有效控制主轴发生变形，更好的控制位移的产生。

2.2确定主轴的悬伸量c

主轴的悬伸量c指的是主轴部分的前端部分到前部的支撑反力作用中点之间的距离。直接影响悬伸量尺寸的主要有主轴部分的端部结构尺寸及形式、前支撑所配置的轴承等几个因素。悬伸量的取值对主轴部件的刚度会产生很大的影响，所以在确定悬伸量c取值的时候所要遵循的原则就是结构可以满足的前提下，取值尽可能小。

2.3主轴支承跨距的确定

支承跨距指的是在变速箱内相邻的主轴之间支承的同支承反力作用之间的距离。在主轴变速箱的设计中指的是前后两轴承之间的距离，通过设计人员的不断计算得出合适的距离。

3结论

随着科学技术的不断发展，人们逐渐开始关注改进机床的内部结构，这必将会推动整个数控行业的发展。主轴变速箱是整个机床运行最关键部分，所以在设计的时候针对每个结构做认真的计算，精确其参数指标，以达到提升机床运行的效率的目的，由于文章的篇幅有限，所以只对主轴变速箱的主要结构设计进行了描述，相信未来数控机床通过不断的改进，会给各个企业带来更大的收益。

参考文献

机床工业设计篇3

摘要：数控机床作为装备制造业的工业“母机”，其发展情况代表着我国工业化的水平，目前我国生产的数控机床门类齐全，供给能力不断增强，能够开发出大批具有自主知识产权的品种，这些成效的取得离不开三维软件这个坚实的后盾。本文将从三维软件在数控机床的设计与制造领域中具体应用进行初步的探讨，希望能为数控机床的设计效率和开发水平的提高做点事情。

关键词：三维软件；数控机床；方案设计；应力分析

中图文分类号：TP39文献标识码：A

随着计算机的不断发展，三维软件的应用也越来越普及，目前，三维软件的使用已经贯穿于数控机床的设计与制造的始终，具体体现在利用三维软件进行方案设计、零件与部件的绘制、模拟装配、加工仿真、运动仿真、动画演示、应力分析、逆向工程。数控机床的设计与制造业常用的三维软件有Pro/Engineer、CATIA、Solidworks、UG、CAXA等，各类软件虽然存在着一定的差异，但都能达到数控机床辅助设计与制造的目的。三维软件的应用为加强企业的竞争实力提供了有力的帮助。

1利用三维软件进行数控机床的方案设计

数控机床的生产制造企业根据客户的要求进行方案设计，传统的方案设计方法采用的是平面绘图的方法，即设计人员根据客户对数控机床加工功能及加工精度进行设计，满足要求的方案不止一种，在利用平面图形与客户沟通时真实感较差，会使设计者与客户的沟通存在一定的困难。采用三维软件设计方案则比较直观、快捷、易修改，且具有可视化。可以预见及避免因设计者设计时考虑不周而出现的问题。此外，能够使方案设计得更加具体化、形象化。

2根据设计方案细画零件并进行模拟装配

以机械设计手册为依据，利用传统的机械设计方法确定零件的尺寸后，在三维软件绘图环境中绘制零件的立体图形，根据零件间的相对位置与尺寸关系进行模拟装配，利用三维软件进行设计能够较直观的看到整机的三维效果，能够检测各零件之间在设计时所产生的干涉问题，设计者据此进行改进，利用三维软件还可以对数控机床的运动进行模拟，这样能够减少设计时的失误，降低试制的成本。用三维软件对零件进行的模拟装配如出现问题可以及时的对零件进行修正，直接修改草图即可，而如果是采用二维绘图必须得同时更改三个视图。用三维软件绘制的三维零件图形可以直接生成工程图，并保存成二维图形文件的扩展名，二维软件绘制的二维图形也可以作为三维绘图中的草图，因此三维软件可以与二维设计软件进行交互使用。

3对零件进行仿真加工节省时间降低加工成本

数控仿真是应用计算机技术为数控加工操作过程进行模拟仿真的技术，在三维软件中选择毛坯、刀具、切削参数，确定走刀路线，通过生成的刀具路径可以直观地看到零件加工的动态过程。而且能够进行后置处理，自动生成数控加工程序，通过适当修改后的程序可以进行数控加工。这就节省了编制数控加工程序的时间，而且也能减小加工出现的危险性。

4三维软件应用于数控机床零件的应力分析

4.1利用三维软件进行应力分析的可行性依据

数控机床设计时首先要考虑结构是否合理，能不能满足功能要求，其次是要对零件进行受力分析，使产品设计的更为合理，传统的分析方法采用的是根据计算公式手工进行计算的方法，手工计算应力虽然准确，但需要很长的时间，费时费力，居于这种情况，三维软件应运而生，经过验证得出结论，利用三维软件计算的结果与用手工计算的结果基本上是一致的。所以，当前三维软件已经完全取代了手工分析应力。

4.2利用三维软件进行应力分析的必要性与使用价值

现代数控机床设计时所采用的最普遍的方法就是类比法，根据客户提出的切削用量确定机床的技术参数，数控机床的本体结构基本相似，只是附加的功能会有细微的差别，采用类比法设计的数控机床虽然说设计周期短，但成本会有所增加，因为在机械结构件的设计过程中会为了保险而增大支撑部件的壁厚，假如同类产品的立柱壁厚为20mm，如采用类比法时壁厚就有可能设计为25mm或者更厚，这种设计方法虽然能够保证立柱的强度，但也增加了立柱本身的重量，从而增加了生产成本。如果能够对数控机床的大型结构件进行应力分析，就会得到较为合理的壁厚，在没有延长生产周期的前提下，为数控机床的生产厂家节约了制造成本。

5逆向工程中三维软件的应用

数控机床的常规设计过程，是设计人员根据经验首先构思产品的形状、相关性能和大致的技术参数，确定设计方案，并进行三维绘图与模拟装配，再利用三维软件生成工程图进行投产，这个过程是研发的正向设计过程。逆向工程则是先有产品，后进行反向推出产品的设计数据的过程，即在产品上扫描多个点转到三维软件中，根据这些点进行绘制产品的立体图形。这一技术也被广泛的应用于汽车与船舶的制造行业中。

6三维软件在数控机床装配中应用的探究

目前，数控机床的制造企业中的装配工人仍然使用二维的平面装配图纸进行装配，对工人的技术水平要求相对较高，必须读懂三视图，如因一时疏忽很可能造成装配失误，如果工人能够直接用三维图形进行装配，那就会取得事半功倍的效果，随着机械制造业的设计制造水平的不断提高，数控机床的装配方法也会不断更新，希望无纸化的设计与制造工艺能够极早得到应用。

结语

数控机床的设计与制造中，三维设计取代了人工的设计与制造，采用三维软件可以缩短新产品的设计研发周期，有利于产品的改型，能够提高产品的质量，不断提高设计人员的工作效率，同时也降低了生产成本，增强产品的市场竞争力。三维软件在数控机床及至机械制造业中的应用还有待于不断的探索。

参考文献

[1]刘彤晏，刘文华.NVENTOR.软件在机床方案设计中的应用[J].组合机床与自动化加工技术，2005（9）.

机床工业设计篇4

【Abrtract】Thisarticletakessystematicintroductionaccordingtopracticalitywiththeimportance,generaldesignprocedureandsourcematerialgatheringofmetalcuttingmachinefoundationaswellaswithisolationtrenchsetup,workshopgroundandequipmentfoundationetc.

关键词:金属切削机床基础隔振沟设计

【Keywords】metalcuttingmachinefoundationisolationtrenchdesign

中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：

在工业设计院，工艺专业是龙头专业，无论是工业设计还是设备基础设计，工艺专业不仅需要详细、深入的理解本专业设备、生产、技术知识，还需不断了解与工艺设计有关的其它专业的知识，这样我们才能协同业主从源头确定最佳方案，为后续设计的顺利的进行打下坚实的基础。本文结合工作实际，将金属切削机床基础的重要性、基础设计一般程序、原始资料的收集、隔振沟的设置、车间地坪及设备基础等一系列问题进行了系统的介绍。

一、金属切削设备基础的重要性及基本要求

设备基础是支撑和固定工厂设备的结构体，其主要任务是将设备可靠地固定在设备基础的相应部位上，将设备的恒荷载、活荷载和设备动荷载传给地基，不产生危害设备运转的地基沉降或基础的震动，不影响车间人员的正常生产和工作，满足设备正常运转的各项要求。如果设备在运转过程中基础出现晃动、不稳固、基础裂缝等后续质量问题，将会对设备产生极大的危害，甚至导致设备损坏影响生产。

金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，被称为“工作母机”。设备本身精度（包括几何精度和切削精度）影响加工工件的精度。对于重型机床、精密机床必须要有稳定的设备基础，否则，无法调整机床精度，即使调整后也会反复变化。金属切削机床由于本身具有加工工件所必须的刚度和稳定性，它传递给机床基础的动力作用比机床本身的重力要小得多。因此，金属切削机床设备基础应满足下列基本要求【1】：

1、具有足够的强度、刚度和稳定性。

2、能满足振动控制要求。

3、有利于增强机床床身的静刚度。。

4、保持基础与机床之间适当的质量比例关系。

设备基础在满足上述要求的情况下，还应有良好的经济性。

二、设备基础设计一般程序

在工业设计院，设备基础设计由结构专业主导、工艺专业配合完成。一般程序如下：

1、首先在设计之前应先了解和分析设计任务，并收集有关设计资料。包括地质勘察报告、勘探点数量及勘探孔深度、抗震设防烈度，还应考虑所使用的工程构建所处的环境条件。

2、根据机床类别、工艺要求及地质条件，选择基础形式并确定基础设计方案以及机床的安装方式；

3、确定基础的平面尺寸、基础厚度、埋置深度与安装平面的标高。

4、确定基础的其他结构与尺寸，如地脚螺栓预留孔、槽、坑及隔振沟等结构尺寸；

5、选择混凝土标号，决定基础是否配筋以及是否进行配筋计算；

6、进行地基承载力验算（必要时进行动力计算）；

7、绘制基础图。

对于新建厂房内的设备基础设计，一般安排在子项的施工图设计之后，与基础设计有关的地质资料在施工图阶段已经收集、利用；厂房内车间工艺布局已经确定；在设备没有具体订货情况下，受车间空间限制，有些设备基础与邻近厂房柱子干涉时，邻近的厂房柱子在施工图阶段已经根据估算进行下沉。对于老厂房内新增设备基础设计，要特别注意本厂房详勘资料、设备定位后邻近厂房柱子基础大小、相对位置、车间地面等具体资料的收集与核准。

三、与基础设计有关设备技术资料收集

对于重要机床和精密机床，设备制造厂一般向用户提供设备基础图或安装平面图，用户事先做好设备基础，经过一段时间保养，待基础进入稳定阶段，然后再安装机床。设备制造厂提供的基础图不能直接指导施工，需要设计院转化成基础施工图。当需要设计单独基础时，应依据下列资料【1】：

1）机床名称、型号、精度等级、主要技术规格、质量（自重）、外形尺寸、电机功率及传动方式等；

2）机床辅助设备及电气、管道的布置和固定条件。

3）机床安装位置的平面布置图；

4）机床底座与基础接触面的轮廓尺寸，地脚螺栓、预埋件和基础内需要开设的坑、槽、孔、洞等的位置尺寸；

5）机床及加工工件的重力分布情况，移动部件及移动工件的重力及其移动范围；

6）机床基础允许的倾斜、变形数值；

7）机床加工精度及机床刚度、稳定性和防振要求；

8）厂房基础的尺寸、埋置深度及地坪构造等。

上述各项资料并非设计任何基础所必须，收集资料时应根据机床及基础的具体要求有选择地确定其范围。如：安装在厂房中部位置的机床就没必要考虑厂房基础的尺寸和埋置深度；床身较长的机床就必须取得载荷分布的详细资料等。

四、隔振沟的设置

机床的振动与加工质量有着密切的关系，特别是精密机床和高精度机床对振动尤为敏感。机床振动分两个方面，一是机床本身的振动，二是外界传来的干扰振动。机床本身的振动在设备设计时已充分考虑，工厂设计主要考虑外界传来的干扰振动。对于干扰振动需要采取隔离措施，主要措施如下【2】：

1）在基础四周设置隔振沟，隔振沟的深度应与基础深度相同，宽度宜为100mm，隔振沟内宜空或垫海绵、乳胶等材料。2）在基础四周粘贴泡沫塑料、聚苯乙烯等隔振材料。3）在基础四周设缝与混凝土地面脱开，缝中宜填沥青、麻丝等弹性材料。4）精密机床的加工精度要求较高时，根据环境振动条件，可在基础或机床底部另行采取隔振措施。

采用与基础同深的隔振沟（一般1000mm左右），对地面脉动、外界传来的低频振动基本上不起隔振作用的（而设置较深的沟有困难）对地面传来的冲击振动或较高频率的干扰振动，由于其波长短，有一定的减振效果，尤其是当振动源与隔振沟距离较近时，隔振效果就较为显著。实测表明对龙门刨床设置隔振沟后，由于工作台往复运动产生的较大冲击振动，在隔振沟范围外（距离1m左右）测得的振幅值仅为隔振沟范围内的1/2～1/3。对3t的锻锤基础设置隔振沟与不设置隔振沟，在离振源5m以外处测量，其振幅对应小3～4倍。因此对有较大冲击、振动的机床，为了减少其对外界的影响，也应设置隔振沟【3】。

作为积极振动的隔振沟，必须注意基础自振频率有可能与机床工作时的扰力频率接近而发生共振，反而使振幅增大。设计务必使基础自振频率与机床工作时扰力频率错开30%以上。作为消极隔振的隔振沟也应避免基础自振频率与机床扰力频率以及外来振动频率接近而发生共振。

五、车间地坪及设备基础

不是所有的设备必须设置单独的设备基础，根据机床型号、规格、重量、刚度、稳定性、加工精度、车间工艺的稳定性等情况来确定基础形式。根据生产实践，目前有两类基础形式，一种直接将设备安装在车间地坪上；一种做独立基础。

1、机床直接安装在车间地坪上

部分刚度较高的中小型普通机床，工作时冲击、振动较轻的机床、高刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比小于5的机床）可以考虑直接安装在车间地坪上。机床直接安装在车间地坪上，对以后车间工艺调整是比较方便的。下表列出了这部分机床的界限以及相应的混凝土地坪厚度表。

2、设备安装在单独基础上

1）应安装在单独基础上的机床

各种大型、重型、超重型金切机床，各种精密、高精度金切机床，底刚度机床（即机床床身或底座的长度与其断面高度之比大于8的机床），具有较大冲击载荷或振动的机床，一般应安装在单独的基础上。对于床身或底座长度与其断面高度之比大于5小于8的中小型机床，可以安装在单独基础上也可以安装在加厚的地坪上。

2）基础尺寸及构造

为了机床能正常工作，减弱自身的振动和外来振动的影响，需要机床基础具有一定的强度、刚度和重量。

基础的平面尺寸一般应比机床底座的外轮廓尺寸大100mm～700mm，视机床尺寸大小、轻重、精度高低以及工作时扰力大小来确定。金属切削机床基础的混凝土厚度参考下表：

注：①表中的L为机床外形的长度（m），h为其高度（m）均是机床样本和说明书上提供的外形尺寸。②表中基础厚度指机床底座下（如垫铁时，指垫铁下）承重部分的混凝土厚度。③有提高加工精度要求的普通机床可按上表中的混凝土厚度增加5%～10%。

参考文献：

李金寿编著的《机床基础与机床安装》

《动力机器基础设计规范》（GB50040-1996）

机械工业第六设计研究院有限公司《工程设计简明实用专业手册》

机床工业设计篇5

关键词：普通机床数控改造结构设计精度郑州论文开题报告

一、课题概述、背景及意义

工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。

微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。①可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要修配”。④可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。

机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。

目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。

二、主要研究内容

1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。

2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。

3.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

4.根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。

5.对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

6.对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。

三、拟解决的关键问题

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。

2.对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3.根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。

4.设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。

四、拟解决方案及关键技术

1.普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。

2.对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。

3.根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。

4.在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。

五、创新点

1.运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。

2.从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。

3.运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。

六、课题预计目标

1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。

2.对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。

3.研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。

4.设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。

七、课题研究进展计划

预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：

1.2007年11月～2007年12月查看文献资料并撰写开题报告

2.2007年12月～2008年03月收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计

3.2008年03月～2008年04月学习机床伺服进给系统的设计等方面知识

4.2008年04月～2008年07月进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图

5.2008年07月～2008年08月学习机床控制精度等方面知识

6.2008年08月～2008年09月对机床进行精度分析

7.2008年09月～2008年10月研究提高机床控制精度的措施

8.2008年11月～2008年12月完成毕业论文

9.2008年12月毕业答辩

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机床工业设计篇6

【关键词】车床;切削加工;问题;解决

随着科学技术在不断提高，机械制造业工业也在加快发展，车床切削加工是机械制造业中最普遍的制造工程，其中夹具的设计占据着重要内容。对产品的规格以及质量的把控方面都有着非常重要的意义。本文主要针对车床在切削加工夹具设计过程中存在的问题以及相关的解决方法进行研究，为进一步提高数控车床加工设计提供了重要依据。

一、车床切削加工夹具设计研究

数控车床切削加工夹具设计作为机械制造常见技术之一，针对夹具的设计进行研究，其设计的理念是为了保证车床切削工具的产品质量，保证零件的精度等。因此在具体设计过程中要提高设计标准，对于资源的利用以及设计要科学合理，降低能源的消耗，提高工作质量以及效率。整个设计既要保证产品的质量又要符合当前的环保思想。

二、车床切削加工夹具设计中存在的问题

通过实践表明，车床切削加工夹具在设计过程中存在的问题主要表现在加工工艺领域中。由于设计是制造的前提和保障，因此只有分析设计中存在的问题，找出解决的防范，才能提高夹具设计的质量。然而在车床切削加工夹具设计过程中主要存在的问题表现在：精度以及硬度问题。这两项内容是保证整个产品质量的关键因素。另外还需要重点考虑加工方法的选择、加工阶段、加工工序以及加工工序之间的组合等，详细分析以上问题，有助于提高设计的质量。

三、车床切削加工夹具设计的解决方法

目前，数控车床加工过程中仍然存在很多问题，这些问题严重制约着加工的工作水平，笔者通过上述介绍和研究，结合自身多年的工作经验，总结并归纳出一些解决方法，具体有以下几点：

1、车床切削加工夹具设计要求

车床切削加工夹具设计中要采用加工的原则具体分析，进一步提高加工的质量和水平，另外在加工方法中还需要选择合适的工艺水平。加工过程中要结合实际情况，最大限度的利用资源，保证产品节能减排，在提高质量的同时确保其精度，大大降低加工的误差，具体加工设计过程中要充分符合产品加工表面的几何精度，促使工件的参数符合标准。在车床切削加工夹具设计的初始阶段，要根据工件的要求，对零件的材料选择以及车床切削加工夹具相结合的标准具体进行。最后在生产车间中，具体的规模要在一定原则上符合企业的生产规模，提升企业的经济效益以及社会效益。

2、车床切削加工夹具设计的工序

为了促进车床切削加工夹具在设计过程中顺利实施，因此这就要求具体的加工工序要科学合理。安排好加工工序才能提高夹具设计的效率，然而在车床切削加工夹具设计中由于夹具的要求比较高，其合理性直接影响着加工工件的精度和质量。具体的工序要求，首先要了解车床切削加工夹具的生产工序，其中包含切削顺序，热处理以及相关的辅助工序等，在设计的同时要对这写工序合理安排，并将其统一处理。工序具体要求：（1）针对机械加工的安排。通常采用先进行表面的处理方式，在分清加工的主次程序，然后实施具体的加工。开始进行粗加工，对工件进行简单的处理，在进行细加工，以满足车床切削加工的质量。最后从面到点的精细加工，满足机械加工的基本条件，提高其精确度。（2）热处理安排。车床切削夹具设计过程中，对于工件进行机械加工工序之后要对其进行热处理。然而热处理在生产加工中属于对于工件的工艺路线位置的具体安排，零件的材料选取以及热处理。热处理实际上是在机械加工的基础上进行的再次加工。一般分为预热处理和最终热处理两种类型。最终的目的是改善加工的残余应力，减少生产加工中的应力，保证工件的合格性以及精确度。（3）对车床切削加工夹具设计的辅助工序设计研究，针对在辅助设计过程中存在的问题进行科学处理。其中辅助工序主要的目的是更好的处理加工后的工件，由于车床切削加工夹具的要求比较高，在处理过程中主要针对一些瑕疵以及棱边等进行处理。针对加工表面不平的地方进行处理，除此之外，检验工序在辅助工序设计中有着重要的作用，针对每一道工序进行检验，确保其质量合理。针对在车床切削加工过程中存在的质量问题进行研究，因此不仅要进行重加工以及再加工，还需要对零件进行全加工。保证检验工序的合理性，进一步提高生产加工的质量要求，提高零部件的精度。针对车床切削加工过程中夹具设计存在的问题进行研究，解决了产品的精确度以及硬度问题，在科学合理的工序以及加工工序组合中，有助于提高车床切削加工效率。

四、总结

综上所述，由于车床切削加工夹具设计作为机械制造过程中最主要内容之一，因此在夹具设计中要确保其精确的参数。在具体设计过程中要按照加工方法的原则具体实施，并且按照加工阶段以及加工工序及组合，真正做到机械加工工件的精确性。在完成机械加工之后对其进行热处理，确定工件的位置，然后进行再加工。最后完成辅助加工，处理好工件的后期工作，使得具体的参数指标符合要求，提高精确度。本文还对车床切削加工夹具设计过程中存在的问题进行总结归纳，并制定了具体的解决防范，为进一步提高机械制造业提供了重要依据，改善加工零部件的质量和效率，以高精度的工件来推动整个制造业的发展。

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