實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊

前言

機(jī)床作為機(jī)械裝備的母機(jī)，它的發(fā)展動力主要來源于其下游產(chǎn)業(yè)，目前，機(jī)床的下游產(chǎn)業(yè)——造船、工程機(jī)械、航空航天、汽車、鐵路、電力設(shè)備、風(fēng)電設(shè)備、動力設(shè)備、制冷設(shè)備和石化設(shè)備等，都得到了蓬勃發(fā)展，所以機(jī)床工業(yè)的發(fā)展正面臨最佳機(jī)遇。但是我國的機(jī)床在質(zhì)量、可靠性和穩(wěn)定性方面尚與國際水平有一定差距，主要表現(xiàn)在設(shè)計方法落后，設(shè)計資料老化，長期仿制國外產(chǎn)品，基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，因此很難發(fā)展高檔產(chǎn)品等，為使機(jī)床設(shè)計人員的思維更多元，視野更開闊，促進(jìn)我國機(jī)床工業(yè)的大發(fā)展，我們兩校一企三方強(qiáng)力合作，組織編寫了這本《實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊》。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會需求的變化，機(jī)床的設(shè)計理論和制造技術(shù)也在不斷地發(fā)展。計算機(jī)技術(shù)和分析技術(shù)的飛速進(jìn)步，為機(jī)床設(shè)計方法的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助工程已在機(jī)床設(shè)計的各個階段得到了應(yīng)用。機(jī)床的設(shè)計理論和方法由人工繪圖向計算機(jī)繪圖過渡，改變了傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法，由定性設(shè)計向定量設(shè)計、由靜態(tài)的和線性分析向動態(tài)的和非線性分析、由可行性設(shè)計向最佳設(shè)計過渡。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得機(jī)床的傳動與結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，伺服驅(qū)動系統(tǒng)可以方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)床的單軸運(yùn)動及多軸聯(lián)動，從而可以省去復(fù)雜的機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)及布局也得到很大改善。隨著社會需求的變化。產(chǎn)品多品種小批量生產(chǎn)的需求日益增加，因此出現(xiàn)了與之相適-應(yīng)的FMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)。機(jī)床是：FMS的核心裝備。早期的FMS，可以說是“以機(jī)床為主的系統(tǒng)”設(shè)計，即根據(jù)現(xiàn)有機(jī)床的特點(diǎn)來構(gòu)造FMS，但是傳統(tǒng)的機(jī)床（包括數(shù)控機(jī)床）設(shè)計并未考慮到它在FMS中的作用，因此在功能上制約了FMS的發(fā)展。FMS的發(fā)展對機(jī)床提出了新的要求，要求機(jī)床設(shè)計向“以系統(tǒng)為主的機(jī)床設(shè)計”方向發(fā)展，既要在機(jī)床設(shè)計時就應(yīng)考慮它如何更好適應(yīng)FMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)的要求，例如要求具有時、空柔性，與物流的可親性等等，這就對機(jī)床設(shè)計的方法學(xué)提出了新的要求。

內(nèi)容概要

　　《實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊》以簡明實(shí)用為原則，對機(jī)床設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行了全面系統(tǒng)的介紹。全書共分6篇38章，主要介紹機(jī)床設(shè)計的基本要求、方法和步驟、方案的選擇、典型的布局、機(jī)床型號編制方法、技術(shù)要求、檢驗標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床液壓與氣動系統(tǒng)設(shè)計，機(jī)床電力拖動及控制系統(tǒng)設(shè)計，機(jī)床數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計，機(jī)床傳動系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)設(shè)計等?！　”臼謨赃m合于從事機(jī)床產(chǎn)品和機(jī)械制造裝備的開發(fā)、設(shè)計、改造與研究的工程技術(shù)人員、研究人員使用，也可供機(jī)床產(chǎn)業(yè)管理人員參考，對高等院校有關(guān)專業(yè)的師生也具有很高的參考價值。

書籍目錄

序前言第1篇 機(jī)床總體設(shè)計第1章 機(jī)床設(shè)計的基本要求1.1 工藝范圍1.2 加工精度1.2.1 加工精度的概念1.2.2 數(shù)控機(jī)床加工精度的影響因素分析1.3 開放性1.3.1 開放性的概念1.3.2 數(shù)控系統(tǒng)開放性的內(nèi)容和方向1.4 柔性1.4.1 柔性的概念1.4.2 速度控制中柔性的應(yīng)用1.5 振動、噪聲和熱變形1.5.1 振動及檢測1.5.2 噪聲1.5.3 熱變形與補(bǔ)償1.6 生產(chǎn)率和自動化1.7 價值分析與成本1.8 生產(chǎn)周期1.9 可靠性1.9.1 可靠性的概念1.9.2 可靠性的度量1.9.3 數(shù)控機(jī)床的可靠性1.10 機(jī)床宜人性1.11 符合綠色工程的要求第2章 機(jī)床設(shè)計的方法和理論2.1 機(jī)床設(shè)計方法2.2 機(jī)床設(shè)計步驟2.3 機(jī)床設(shè)計的基本理論2.3.1 精度2.3.2 剛度2.3.3 抗振性2.3.4 熱變形2.3.5 噪聲2.3.6 低速運(yùn)動平穩(wěn)性2.4 并聯(lián)機(jī)床設(shè)計創(chuàng)新2.4.1 并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床及創(chuàng)新設(shè)計介紹2.4.2 并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床的設(shè)計步驟2.4.3 并聯(lián)機(jī)床的總體方案設(shè)計第3章 系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化3.1 機(jī)床系列化設(shè)計3.1.1 基本概念3.1.2 系列化設(shè)計的特點(diǎn)3.2 零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化3.3 模塊化設(shè)計3.3.1 模塊化設(shè)計的特點(diǎn)3.3.2 模塊化設(shè)計的方式3.3.3 功能模塊3.3.4 結(jié)構(gòu)模塊3.3.5 模塊化產(chǎn)品的設(shè)計第4章 數(shù)控機(jī)床總體方案設(shè)計4.1 幾何運(yùn)動設(shè)計4.1.1 工作原理4.1.2 工件表面的形成方法4.1.3 運(yùn)動分類4.1.4 運(yùn)動功能方案設(shè)計4.2 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計4.2.1 幾何運(yùn)動功能分配設(shè)計4.2.2 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計4.2.3 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計4.3 機(jī)床藝術(shù)造型與宜人學(xué)4.3.1 造型形態(tài)的設(shè)計4.3.2 操作界面的宜人設(shè)計4.3.3 機(jī)床的色彩設(shè)計4.3.4 表面裝飾設(shè)計4.3.5 認(rèn)知設(shè)計4.3.6 安全與環(huán)保問題參考文獻(xiàn)第2篇 機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計第5章 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定5.1 機(jī)床尺寸參數(shù)的確定5.1.1 主要尺寸參數(shù)5.1.2 其他尺寸參數(shù)5.2 機(jī)床運(yùn)動參數(shù)的確定5.2.1 主運(yùn)動參數(shù)的計算5.2.2 進(jìn)給量和進(jìn)給范圍5.2.3 空行程快速移動速度5.3 機(jī)床動力參數(shù)的確定5.3.1 機(jī)床傳動功率5.3.2 動力參數(shù)的計算5.4 通用機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)5.4.1 按典型加工條件確定機(jī)床參數(shù)5.4.2 各類通用機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)第6章 機(jī)床傳動系統(tǒng)設(shè)計6.1 主傳動系統(tǒng)設(shè)計6.1.1 分級變速的主傳動系統(tǒng)6.1.2 齒輪變速裝置設(shè)計6.1.3 無級變速系統(tǒng)設(shè)計6.2 進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計6.2.1 進(jìn)給傳動系統(tǒng)6.2.2 切削螺紋系統(tǒng)6.2.3 快速傳動系統(tǒng)6.2.4 分度傳動系統(tǒng)第7章 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計7.1 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)7.1 一數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分類和特點(diǎn)7.1.2 數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的組成7.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動設(shè)計7.2.1 撓性聯(lián)軸器7.2.2 齒輪傳動間隙的消除7.2.3 提高絲杠剛度和消除間隙7.3 伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動設(shè)計步驟7.3.1 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動設(shè)計7.3.2 閉環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動設(shè)計7.4 機(jī)械傳動裝置設(shè)計實(shí)例7.4.1 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的開環(huán)數(shù)控車床7.4.2 直流伺服電動機(jī)驅(qū)動半閉環(huán)控制的立式加工中心第8章 機(jī)床主軸部件的設(shè)計8.1 主軸部件的技術(shù)要求8.1.1 旋轉(zhuǎn)精度8.1.2 主軸剛度8.1.3 抗振性8.1.4 熱變形8.1.5 耐磨性8.2 主軸部件的傳動方案8.2.1 主軸的傳動方式8.2.2 主軸傳動件的布置8.3 主軸軸承的選擇8.3.1 滾動軸承8.3.2 滑動軸承8.4 主軸端部的結(jié)構(gòu)設(shè)計8.4.1 A型主軸端部結(jié)構(gòu)8.4.2 C型主軸端部結(jié)構(gòu)8.4.3 D型主軸端部結(jié)構(gòu)8.4.4 手動換刀圓錐連接的主軸端部結(jié)構(gòu)8.4.5 刀柄插入式短錐孔和端面定位的主軸端部結(jié)構(gòu)8.5 主軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定8.5.1 主軸直徑的確定8.5.2 主軸內(nèi)孔直徑的確定8.5.3 主軸支承跨距的確定8.5.4 主軸懸伸量的確定8.6 主軸的剮度驗算8.6.1 主軸剛度驗算項目8.6.2 主軸撓度計算8.6.3 主軸扭轉(zhuǎn)剛度的驗算8.7 主軸的材料、熱處理和技術(shù)要求8.7.1 主軸的材料及熱處理8.7.2 主軸的技術(shù)要求8.7.3 主軸部件裝配圖第9章 機(jī)床導(dǎo)軌9.1 機(jī)床導(dǎo)軌的功能9.1.1 機(jī)床導(dǎo)軌的技術(shù)要求9.1.2 導(dǎo)軌的分類和主要技術(shù)特性9.2 機(jī)床導(dǎo)軌的材料9.2.1 常用金屬導(dǎo)軌材料9.2.2 常用塑料導(dǎo)軌材料9.3 導(dǎo)軌低速運(yùn)動平穩(wěn)性9.4 滑動導(dǎo)軌9.4.1 滑動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式9.4.2 導(dǎo)軌的間隙調(diào)整裝置9.4.3 導(dǎo)軌的卸荷裝置9.4.4 鑲裝導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)9.5 液體靜壓導(dǎo)軌9.5.1 液體靜壓導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式9.5.2 供油系統(tǒng)與油腔結(jié)構(gòu)9.6 塑料導(dǎo)軌9.6.1 常用塑料導(dǎo)軌的性能9.6.2 塑料導(dǎo)軌的工藝設(shè)計9.7 滾動導(dǎo)軌9.7.1 滾動導(dǎo)軌的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式9.7.2 滾動直線導(dǎo)軌副9.8 導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)9.8.1 導(dǎo)軌潤滑方式9.8.2 導(dǎo)軌的防護(hù)裝置第10章 機(jī)床支承件結(jié)構(gòu)設(shè)計10.1 機(jī)床支承件的結(jié)構(gòu)特征和要求10.1.1 支承件的基本要求10.1.2 支承件的結(jié)構(gòu)特征10.1.3 機(jī)床支承件的材料10.2 支承件的剛度設(shè)計10.3 支承件的熱變形10.3.1 機(jī)床和支承件的熱變形10.3.2 改善支承件熱變形的措施10.4 支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計10.4.1 截面形狀、隔板和窗口的設(shè)計10.4.2 加強(qiáng)肋設(shè)計10.4.3 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計10.4.4 焊接結(jié)構(gòu)的造型特點(diǎn)10.5 提高支承件剛度的結(jié)構(gòu)措施10.5.1 提高支承件結(jié)構(gòu)阻尼的措施10.5.2 提高固有頻率的結(jié)構(gòu)措施第11章 機(jī)床常用機(jī)構(gòu)與裝置11.1 操縱機(jī)構(gòu)11.1.1 操縱機(jī)構(gòu)的組成與特點(diǎn)11.1.2 操縱機(jī)構(gòu)基本構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式11.2 夾緊機(jī)構(gòu)11.2.1 夾緊元件11.2.2 夾緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計、計算11.2.3 機(jī)床典型夾緊機(jī)構(gòu)舉例11.3 自動換刀裝置11.3.1 自動換刀裝置的分類11.3.2 刀庫方式的自動換刀裝置11.4 自動上、下料裝置11.4.1 料倉式自動上料裝置11.4.2 料斗式自動上料裝置11.4.3 振動上料裝置11.5 機(jī)床附件11.5.1 分度頭11.5.2 回轉(zhuǎn)工作臺11..5.3 卡盤11.5.4 吸盤11.5.5 夾頭11.5.6 頂尖第12章 機(jī)床輔助系統(tǒng)設(shè)計12.1 潤滑系統(tǒng)12.1.1 機(jī)床潤滑方式12.1.2 潤滑方式選擇12.2 排屑系統(tǒng)12.2.1 常用的排屑器12.2.2 排屑裝置選擇參考文獻(xiàn)第3篇 機(jī)床液壓與氣動系統(tǒng)設(shè)計第13章 機(jī)床液壓傳動的基礎(chǔ)知識13.1 液壓油13.1.1 液壓油的種類13.1.2 液壓油的性質(zhì)13.1.3 液壓油的要求和選用13.1.4 液壓油的污染與防污13.2 液體靜力學(xué)13.2.1 靜壓力及其特性13.2.2 靜力學(xué)基本方程13.2.3 壓力的表示方法和單位13.2.4 靜止液體中壓力的傳遞13.2.5 液體作用在容器壁面上的力13.3 液體動力學(xué)13.3.1 基本概念13.3.2 連續(xù)性方程13.3.3 伯努利方程13.3.4 動量方程13.4 流動阻力和壓力損失13.4.1 流動阻力及壓力損失的兩種形式13.4.2 圓管湍流沿程阻力系數(shù)13.5 小孔和縫隙流量13.5.1 小孔流量計算13.5.2 縫隙流量計算13.6 氣穴現(xiàn)象和液壓沖擊13.6.1 氣穴現(xiàn)象13.6.2 液壓沖擊第14章 液壓元件、回路及典型機(jī)床液壓傳動系統(tǒng)14.1 液壓泵和液壓馬達(dá)14.1.1 液壓泵概述14.1.2 液壓泵的性能參數(shù)14.1.3 齒輪泵14.1.4 葉片泵14.1.5 柱塞泵14.1.6 螺桿泵14.1.7 液壓馬達(dá)14.1.8 液壓泵的選用14.1.9 液壓泵的運(yùn)行14.1.10 液壓泵系統(tǒng)的安裝14.2 液壓缸的設(shè)計和選用14.2.1 液壓缸概述14.2.2 液壓缸設(shè)計依據(jù)、原則和步驟14.2.3 液壓缸的設(shè)計選型14.2.4 液壓缸的設(shè)計計算14.2.5 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計14.2.6 液壓缸的安裝形式14.2.7 工作介質(zhì)的選用14.2.8 實(shí)例分析14.3 液壓控制閥14.3.1 方向控制閥14.3.2 流量控制閥14.3.3 壓力控制閥14.4 液壓回路14.4.1 壓力控制回路14.4.2 速度控制回路14.4.3 方向控制回路14.4.4 多缸控制回路14.5 輔助裝置14.5.1 蓄能器14.5.2 過濾器14.5.3 油箱14.5.4 換熱器14.5.5 密封裝置14.5.6 管系元件14.6 機(jī)床典型液壓系統(tǒng)14.6.1 閱讀和分析液壓系統(tǒng)原理圖的方法和步驟14.6.2 YT4543型組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)14.6.3 M1432A型萬能外圓磨床的液壓系統(tǒng)14.6.4 MJ-50型數(shù)控車床液壓系統(tǒng)14.7 機(jī)床常用液壓伺服系統(tǒng)14.7.1 概述14.7.2 液壓伺服系統(tǒng)的基本類型第15章 機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計及安裝、使用和維護(hù)15.1 機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計15.1.1 機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟15.1.2 機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實(shí)例15.2 液壓系統(tǒng)的安裝15.2.1 安裝前的準(zhǔn)備工作15.2.2 各組成元件的安裝15.3 液壓系統(tǒng)的清洗15.4.液壓系統(tǒng)的調(diào)試15.4.1 空載試車15.4.2 負(fù)載試車15.5 液壓元件、回路及系統(tǒng)常見故……第16章 機(jī)床氣壓傳動的基礎(chǔ)知識第17章 氣動元件、回路及典型機(jī)床的氣動系統(tǒng)第18章 機(jī)床氣動系統(tǒng)設(shè)計及安裝、使用和維護(hù)第4篇 機(jī)床電力拖動及控制系統(tǒng)設(shè)計第19章 機(jī)床電力拖動及控制系統(tǒng)設(shè)計概論第20章 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中的傳動電動機(jī)選第21章 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計中的常用低壓電器第22章 傳統(tǒng)機(jī)床電氣“繼接”控制系統(tǒng)的設(shè)計第23章 機(jī)床電氣控制系統(tǒng)中的PLC技術(shù)第24章 幾種最常用典型機(jī)床的電氣與PLC控制設(shè)計實(shí)例第25章 機(jī)床電氣控制中的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計第26章 機(jī)床電氣控制中的交流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計第27章 機(jī)床電氣設(shè)計中的CAD技術(shù)第5篇 機(jī)床數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計第28章 緒論第29章 CNC控制硬件設(shè)計第30章 CNC控制軟件設(shè)計第31章 CNC伺服系統(tǒng)設(shè)計第32章 CNC外圍設(shè)備及接口設(shè)計第6篇 機(jī)床現(xiàn)代設(shè)計方法及現(xiàn)代制造系統(tǒng)第34章 機(jī)床模塊化設(shè)計第35章 機(jī)床優(yōu)化設(shè)計第36章 虛擬機(jī)床設(shè)計及加工過程仿真第37章 柔性制造系統(tǒng)（FMS）第38章 計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

章節(jié)摘錄

插圖：機(jī)床設(shè)計經(jīng)歷了由靜態(tài)分析向動態(tài)分析，由定性分析向定量分析，由線性分析向非線性分析，由安全設(shè)計向優(yōu)化設(shè)計，由手工計算向自動化計算的發(fā)展過程。20世紀(jì)40年代以前，因受當(dāng)時理論水平和實(shí)驗手段的限制，主要使用一些具有不同條件系數(shù)的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，并輔以“類比法”來確定零部件結(jié)構(gòu)和尺寸。這種方法雖然目前在某些機(jī)床設(shè)計中仍不失其實(shí)用價值，但總地說盲目性比較大，往往導(dǎo)致機(jī)床尺寸增加，重量偏大，動態(tài)性能不穩(wěn)定。理論分析計算和實(shí)驗研究相結(jié)合的設(shè)計方法是機(jī)床設(shè)計的主要方法。這種方法首先是根據(jù)理論計算和局部實(shí)驗確定結(jié)構(gòu)尺寸，制造樣機(jī)；再對樣機(jī)進(jìn)行整機(jī)或局部薄弱環(huán)節(jié)的各種實(shí)驗；最后補(bǔ)充修改定型。  實(shí)物實(shí)驗比較直觀和精確，但必須制造實(shí)物機(jī)床，花費(fèi)大，時間長，有時不可能或不適于制造實(shí)物。所以在設(shè)計中，一般采用的是根據(jù)相似理論把構(gòu)件實(shí)體按一定比例縮小，用有機(jī)玻璃或鋼料做成模型進(jìn)行實(shí)驗。模型實(shí)驗雖然很有成效也比較成熟，但需要熟練的模型制作技術(shù)和一定的測試手段，特別是改型設(shè)計和重新考慮機(jī)床配置時，都需要制作新的模型。近代發(fā)展起來的模擬試驗，不僅不需要模型；而且不必畫出詳細(xì)設(shè)計圖，只要給出結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)即可通過電子模擬確定出符合要求的某些參數(shù)。隨著電子計算機(jī)的廣泛應(yīng)用和先進(jìn)測試技術(shù)的發(fā)展，使得在機(jī)床設(shè)計中可以利用計算分析法來計算機(jī)床的靜態(tài)和動態(tài)應(yīng)力、變形等。在設(shè)計階段根據(jù)設(shè)計條件和圖樣即可進(jìn)行方案比較和選擇。分析計算法常用的有集中參數(shù)法、分布參數(shù)法和有限元法。

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《實(shí)用機(jī)床設(shè)計手冊》由機(jī)械工業(yè)出版社出版。

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