··机械制造技术第二章机床总体方案设计··第2章机床总体方案设计2.1概述金属切削机床是机械制造业的基础装备，它随着科学技术突飞猛进的发展和微电子、航天、国防等工业的发展需要，正朝着高精度、自动化、柔性化、微型化和集成化方向迅速发展。计算机控制技术的发展与应用，使得机床的传动与结构发生了重大变化，伺服驱动系统可以方便地实现机床的多轴联动，简化了机械传动系统设计，使其结构及布局也发生了变化。计算机技术和分析技术的进步，为机床设计理论和技术的发展提供了有力的技术支撑。计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)已广泛应用于机床设计的各个阶段，改变了传统的经验设计方法，由定性设计向定量设计，由静态和线性分析向动态仿真和非线性分析，由可行性设计向最优化设计过渡。2.1.1基本概念1．机床精度机床精度是反映机床零部件加工和装配误差大小的重要技术指标，会直接影响工件的尺寸误差、形位误差和表面粗糙度。(1)几何精度。指最终影响机床工作精度的那些零部件的精度，包括尺寸、形状、相互位置精度等，如直线度、平面度、垂直度等，是在机床静止或低速运动条件下进行测量，可反映机床相关零部件的加工与装配质量。(2)传动精度。机床内联系传动链两端件之间相对运动的准确性，反映传动系统设计的合理性及有关零件的加工和装配质量。(3)运动精度。机床主要零部件在工作状态速度下无负载运转时的精度，包括回转精度(如主轴轴心漂移)和直线运动的不均匀性(如运动速度周期性波动)等。运动精度与传动链的设计、加工与装配质量有关。(4)定位精度。机床有关部件在直线坐标和回转坐标中定位的准确性，即实际位置与要求位置之间误差的大小，主要反映机床的测量系统、进给系统和伺服系统的特性。(5)工作精度。机床对规定试件或工件进行加工的精度，不仅能综合反映出上述各项精度，而且还反映机床的刚度、抗振性及热稳定性等特性。2机床性能机床在加工过程中产生的各种静态力、动态力以及温度变化，会引起机床变形、振动、噪声等，给加工精度和生产率带来不利影响。机床性能就是指机床对上述现象的抵抗能力。由于影响的因素很多，在机床性能方面，还难于像几何精度检验那样，制定出确切的检测方法和评价指标。(1)刚度又称静刚度，是机床整机或零部件在静载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果机床刚度不足，在切削力等载荷作用下，会使有关零部件产生较大变形，恶化这些零部件的工作条件，特别会引起刀具与工件间产生较大位移，影响加工精度。(2)抗振能力机床的抗振能力是指抵抗产生受迫振动和切削自激振动(切削颤振)的能力，习惯上称前者为抗振性，后者为切削稳定性。机床的受迫振动是在内部或外部振源、即交变力的作用下产生的，如果振源频率接近机床整机或某个重要零部件的固有频率时，会产生“共振”，必须加以避免。切削颤振是机床—刀具—工件系统在切削加工中，由于内部具有某种反馈机制而产生的自激振动，其频率一般接近机床系统的某个固有频率。机床零部件的振动会恶化其工作条件、加剧磨损、引起噪声；刀架与工件间的振动会直接影响加工质量、降低刀具寿命，是限制机床生产率发挥的重要因素。(3)噪声机床在工作中的振动还会产生噪声，这不仅是一种环境污染，而且能反映机床设计与制造的质量。随着现代机床切削速度的提高、功率的增大、自动化功能的增多，噪声污染问题也越来越严重，降低噪声是机床设计者的重要任务之一。根据有关规定，普通机床和精密机床不得超过85dB，高精度机床不超过75dB，对于要求严格的机床，前者应压缩到78dB，后者应降低到70dB。除声压级以外，对噪声的品质也有严格要求，不能有尖叫声和冲击声，应达到所谓“悦耳”的要求。机床噪声源包含机械噪声、液压噪声、电磁噪声和空气动力噪声等不同成分，在机床设计中要提高传动质量，减少摩擦、振动和冲击，减少机械噪声。(4)热变形机床工作中由于受到内部热源和外部热源的影响，使机床各部分温度发生变化，引起热变形。机床热变形会破坏机床的原始精度，引起加工误差，还会破坏轴承、导轨等的调整间隙，加快运动件的磨损，甚至会影响正常运转。据统计，热变形引起的加工误差可达总误差70％以上，特别是对于精密机床、大型机床以及自动化机床，热变形的影响是不容忽视的。机床的内部热源有电动机发热，液压系统发热，轴承、齿轮等摩擦传动发热以及切削热等；机床的外部热源主要是机床的环境温度变化和周围的辐射热源。机床设计中要求采取各种措施减少内部热源的发热量、改善散热条件、均衡温度、减少温升和热变形；还可采用热变形补偿措施，减少热变形对加工精度的影响等。2.1.2机床总体设计的基本内容和要求1工艺范围机床的工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力。任何一台机床所能完成的加工工件类型、工件材料和尺寸、毛坯形成和工序等都是有一定