機床總體設計研究

李國志

摘要：從機床總體設計展開研究，包含確定機床的主要參數、確定機床的總體方案、生產圖設計、地基圖設計、文件編制等內容，闡述了有關機床總體設計的整個流程，并對各流程做了具體分析，提出了設計方法和注意事項。

關鍵詞：機床設計;機床總體設計;進給系統設計

一、前言

機床是工業母機，國家生產建設的各行各業都無法離開機床，機床的設計、制造水平標致著一個國家整體的工業實力。本文針對機床的總體設計進行探討，希望對同行業發展有所裨益。

二、機床總體設計的方法

1、 確定機床主要參數

1.1根據市場調研確定

自主研發作為技術儲備的機床產品，確定機床類型后，在機床設計前期，應做市場調研，了解同類型產品的適用范圍、國內外技術水平、發展方向及主要優缺點，還有最重要的基本參數，根據自身情況，選定機床的基本參數，展開設計?；緟蛋C床的規格參數，如主軸直徑、工作臺尺寸、工件回轉直徑等，它是表示機床規格大小的參數，另外，機床主軸轉速、扭矩、各軸進給速度、各軸行程、機床精度等也是重要參數。

1.2根據用戶訂單要求確定

用戶有訂購機床的意向后，通常會先和相關機床廠家做技術交流，經過多次的協商，確定所需產品的規格、功能和參數，并形成招標文件，招標文件中詳細規定了機床的各種參數，如果機床廠家參與投標，就應該嚴格按照招標文件中規定的參數準備技術協議，如果中標，按照技術協議進行設計。

2、 機床整體方案設計

根據機床的主參數，設計機床的整體機構，初步確定各進給軸行程、大型零件的尺寸、機床的外形。

2.1主運動設計

機床的主運動是形成機床切削速度或消耗動力最大的工作運動，如銑削機床的主運動是刀具的旋轉，車削機床的主運動是工件的旋轉，主運動直接參與零件切削，與加工精度、加工速度密切相關。根據已經確定好的機床主運動參數如轉速、扭矩、功率、往復次數等，進行主運動的設計。通過計算，合理選擇主電機，確定主軸箱傳動結構，設計主軸軸承布置情況，完善軸承的潤滑結構設計，確保主運動的性能能夠滿足使用要求。

2.2進給系統設計

機床進給運動是使工件的多余材料不斷被去除的工作運動，如銑削機床刀具的前后、縱橫、升降運動，車削機床的刀具移動，刨削機床的刨刀橫向間歇移動等。進給系統的主要參數有進給速度、快進速度、行程、最小進給量等，其結構多為動力源通過減速機構驅動執行元件組成，如圖1所示。也有動力源同時也是執行元件的情況，如力矩電機、直線電機驅動等，由于沒有減速機構參與傳動，動力源即為執行元件，傳動精度非常高。根據機床主要參數確定合理的進給傳動方式，如滾珠絲杠傳動適用于行程不大的情況;齒輪齒條傳動適合于大行程的情況，長度可以無限延長;油缸驅動適合于需要極大進給力的情況。

2.3輔助系統設計，

輔助系統包括系統冷卻系統、排屑系統、刀庫、附件、機床防護罩等，完善的輔助系統，可以使機床的功能更加完善，操作更加便捷，降低操作人員的勞動強度。

2.4控制系統設計

機械結構是機床的軀體，控制系統可以說是機床的靈魂。控制系統可以實現機床的自動化、智能化，是機床的重要組成部分。

2.4.1電氣系統設計

選擇適合的數控系統，編制PLC控制程序，驅動電機，實現機床的各項功能指標。

2.4.2液壓系統設計

液壓系統通常包括液壓站、閥組、油缸、液壓馬達等元件，可以控制機床需要液壓來完成的各種動作，如主軸的松、夾刀、主軸箱變檔、靜壓導軌驅動、滑枕的平衡等。

3、 生產圖設計

以上步驟完成后，可以進行生產圖的具體設計。機床應根據各部分功能不同分成幾個部分進行設計，如金屬切削機床，可以分為床身、立柱、主軸箱、工作臺、液壓、電氣等部分。根據機床的精度要求，合理選擇零件的精度。零件結構應盡量簡單，盡量采用通用零件、標準零件，功能相似或相近的零件應設計成同一零件。零件設計時應考慮安裝方式、吊裝方式是否可行，以免在實際生產中出現問題。針對整機及關鍵零件，應進行必要的動力學分析，隨著有限元分析的發展應用，機床動力學分析更加普及、簡單、直觀。

4、 地基設計

地基是機床必不可少的組成部分，大型機床應設計出地基的具體結構，一些小型、輕型可整體吊運的機床也應該給出對安裝基礎的詳細要求。設計基礎時應該考慮機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，做好設計工作。

5、 文件編制

機床應該帶有《使用說明書》、《維修手冊》等文件，文件應詳實、準確，便于對用戶的機床操作、保養等工作進行指導。

三、結語

機床總體設計是一個系統的工程，采用合理的設計方法和先進的設計軟件，有助于提高機床的設計質量，使機床結構更加合理，功能更加豐富。

參考文獻

[1] 戴曙. 金屬切削機床[M]. 機械工業出版社， 2016.

[2] 許曉旸. 專用機床設備設計[M]. 重慶大學出版社， 2003.