基于价值工程车床的进给箱设计

杭州11引言当前的机床制造业中。虽然数控机床正在飞速发展，然而，普通机床由于其具有价廉、质优、万能而可靠的优越性，在相当长时间内不可能被完全取代，还要与数控机床并驾齐驱。问题是如何挖掘潜力，改进性能，提高其竞争能力。本设计利用价值工程原理从结构，材料和工艺等方面对车床的进给箱进行改进设计。所谓的价值工程是为了寻求功能与成本之间的合理匹配，使企业在生产经营活动中能正确处理质量和成本的关系，向社会提供更多的物美价廉的产品，给企业和社会带来更多的经济效益。确定价值工程的对象，一般我们选择对产品影响较大的零部件、设计年代已久或结构复杂需要改进或简化结构的零部件、体积较大或材料利用率低的零部件、设计中间问题较多和改进潜力大的部件。因此利用价值工程作为依据，合理的确定普通进给箱的结构并选择合适的零部件进行设计。普通车床进给箱是改变进给量用的，依靠箱内的滑移齿轮机构或者塔伦机构来变换所需要的进给量。它的左端通过挂轮架与床头箱的轴相连，右端通过联轴节与光杆和丝杆相连，操纵时只要搬动进给箱外面的手柄到相应位置，就可以把主轴的旋转运动经过挂轮架，进给箱传到丝杆或光杆。在设计过程需要解决的主要问题：1.普通车床进给箱其动力传动系统多采用齿轮传动。齿轮传动具有工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数，传动效率高，结构紧凑，功率和速度使用范围广等特点，在各种机械设计中应用广泛。传统的齿轮传动设计以安全系数或许用应力为基础，由于安全系数的确定，缺乏定量的数学基础，许用应力常根据材料性能、热处理工艺、工作环境等诸多因素来确定，具有不确定性，而且齿轮的模数和齿数等都有一定的标准。但其参数的选用可根据实际传动的要求进行，使齿轮传动2.在满足基本要求的前提下体积最小、重量最轻、结构最紧凑。齿轮在工作过程中，由于轮齿受到外力的作用，会产生相应的应力，出现疲劳、磨损以及断裂。要求齿轮必须有较高的硬度及好的耐磨性，齿面具有高的疲劳强度，齿轮心部要有足够的强度和韧度．即要求齿轮必须有较好的综合力学性能。车床噪声主要是齿轮噪声。它来自车床主传动和进给传动系统(床头箱、进给箱和溜板箱，即“三箱’’)。而要使车床噪声达到国家标准要求，就应对产生主要噪声源的齿轮进行剖析研究。2.进给轴单元是普通车床的关键部件之一，其静态特性(包括静强度和静刚度杭州2等)和动态特性(振动响应特性和热稳定性等)优劣都将直接影响到整台车床的使用性能。因此，在设计阶段需对其静态以及动态特性进行合理而准确的分析，以提高设计效率，减少试验成本，进而提高进给轴的使用性能。3.进给箱的传动系统在车床传动系统中起着重要作用，对进给传动系统进行优化设计，使传动路线缩短，传动元件减少提高传动精度和被加工螺纹精度。4.材料的使用性能应满足零件的使用要求。使用性能是指零件在正常使用状态下，材料应具备的性能．包括力学性能、物理性能和化学性能。使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。选材时，要根据零件的工作条件和失效形式，正确地判断所要求的主要性能同时还要考虑经济性。本设计进给箱能实现纵向运动和横向运动两种运动，通过进给箱内的变速机构实现4级变速，得到加工所需的进给量或所加工螺纹的导程。杭州32价值工程2.1价值工程的简介价值工程(ValueEngineering，简称VE)是运用集体智慧和通过有组织的活动，着重对产品进行功能分析，使目标以最低的总成本(寿命周期成本)，可靠地实现产品的必要功能，从而提高产品价值的一套科学的技术经济分析方法。价值工程是国际上公认的最有效的现代化管理方法之一。价值工程20世纪40年代起源于美国，半个世纪以来，它已为美国国民经济的持续增长做出了卓越的贡献。20世纪50年代传人日本后，得到日本政府的重视，广泛应用于工业产品的开发和技术创新，取得了极为良好的成效。今天，世界上许多大公司仍积极地推广价值工程，应用的行业范围也越来越广。2.2价值工程降低成本的途径用户购买产品的目的是购买产品所具有的必要功能，如果功能过高、过全，必然会导致成本费用的提高，而超过必要功能的部分用户并不需要，这就会造成功能过剩，反之，又会造成功能不足。价值工程确保必要功能，降低成本的途径有：1)剔除过剩功能a)功能类别有无多余?有多余，去掉；b)功能程度有无过剩?有过剩，降低。2)改变实现功能的手段a)实际调查，收集相关资料，借鉴别人更省的方法，实现必要功能；b)当自己原有的方法已是实现必要功能最省时，重新设计创造出更省、更好的方法。2.3用价值工程加强设计目标成本管理的意义据统计资料得知，产品的成本70％～80％主要取决于设计阶段，一旦设计图样付诸实践，在生产阶段改变工艺和设备，调整劳动组织等所需的成本会成倍增长，技术经济效果必然受到严重影响，所以设计上的浪费是最大的浪费。要想使产品在制造过程中降低成本并取得良好的经济效益，设计部门起着决定性的作用。那么，设计部门如何来有效地控制机床产品的成本呢?那就是：把价值工程理论运用到具体的设计工作中，通过价值分析的方法来研究设计目标，技术经济的合理性、科学性，功能与成本的关系，发现并消除产品设计中的不必要功能，达到降低成本，提高经济效益的目的。运用价值工程加强设计目标成本管理，从设计源头来控制和降低成本，意义重大。杭州42.4如何进行设计目标成本管理(1)成立设计目标成本管理领导小组价值工程是一项有组织的活动，管理人员的素质是很重要的。选择高水平的各专业人员，包括设计、工艺、标准化、生产、质保和财务等方面的人员组成成本管理领导小组，发挥集体力量，利用集体智慧对设计方案进行分析论证，求得最优方案，方能达到预期目标。(2)建立工作流程设计目标成本管理作为一项系统工程，需要制定出严密的管理流程，将技术开发程序的必要过程与设计目标成本管理相融合，并强调方案设计评审、验证的作用，突出信息(包括市场信息、技术信息、竞争对手信息、产品成本信息和价格信息等)在决策及市场导向中的重要作用，形成信息流，构建完整的系统，为设计目标成本管理提供工作框架。工作流程图如图2.1所示。(3)设计目标成本管理的对象进行一项价值分析，首先要确定价值工程的对象，对象的选择要从市场的需要出发，结合企业自身条件与实力，综合考虑。可将产品结构复杂、性能和技术指标差距大、体积大、质量大的产品、部件作为价值工程的对象，如优先选择对产品影响较大的零部件、设计年代已久或结构复杂需要改进或简化结构的零部件、体积较大或材料利用率低的零部件、设计中问题较多和改进潜力大的零部件等。(4)设计目标成本管理的具体方法1)提高机床产品的“三化”水平“三化”即通用化、系列化和标准化。在产品设计过程中尽量采用通用件、标准件，积极采用国家、行业标准，推广标准设计，减少专用零件的设计、制造、运输和仓储管理等环节，缩短设计周期，降低成本。此方法要求设计人员熟悉了解企业原有产品及其零部件，避免相同功能的零部件的重复设计。2)充分发挥先进设计工具的功能在产品开发设计过程中，充分发挥计算机辅助设计先进工具的功能，采用CAD参数化设计，并利用CAD对重要的部件进行有限元分析，如对刚度、强度的校核，机构分析等，保证结构的优化、合理和用料最省。3)技术与经济的有机结合在实际工作中，设计人员为了保证功能，往往不考虑经济消耗，例如，提高某些重要的尺寸、形状位置公差等级。多数情况下其实设计人员并不知道自己设计的产品具体的工本费，殊不知，公差等级提高一级，加工费用可能会成倍增长，所以设计目标成本管理的任务还必须增强设计人员的经济观念，促使他们在工作中把技术与经济有机地结合起来，对于重要的公差，要换算成加工费用来认真考虑。杭州54)能使用代用品的尽量使用价值工程的起源就是因为在二战后原材料供应极为短缺，其创始人麦尔斯在采购工作中孜孜不倦地探索，总结出一套使用一些相对不太短缺的材料可以很好地替代短缺材料的行之有效的方法，这就是早期的价值工程。在满足功能要求的前提下使用代用品，降低成本效果明显。所以使用代用品可以通过库存积压物资利用，较低的购买价格，较短的订货时间等途径降低设计目标成本。5)打破现有框框，大胆创新价值工程最终要通过技术创新来改进产品设计，完善功能，降低成本，实现产品性价比的最大化。技术创新，既是提高企业整体素质，实现跨越式发展的紧迫要求，也是提高企业经济效益，应对国际竞争，确保在新世纪立于不败之地的战略抉择和有效捷径。只有创新才会促使新技术、新工艺、新产品的出现与应用，在实际工作中，提倡群策群力，充分发挥人的头脑思维能力，将技术创新与设计目标成本控制工作紧密结合以求最大效益。(5)设计方案评审对设计方案进行技术可行性、经济可行性和社会评价，从中选出最优的方案。方案评审在整个开发工作中起着决定性的作用，是形成产品设计成本最关键的环节，在决定了设计方案后还应制定出具体的实施计划，提出工作的内容、质量、标准和责任等方面的内容，确保最优方案的实际效果。(6)成果鉴定为了掌握价值工程实施的成果，还要组织成果评价，从技术、经济和社会效果等方面进行总结和评价，通常采用的计算公式为：RRQFCB/])[(式中B—价值工程活动效果C—改进前单位成本F—改进后单位成本Q—产量R—价值工程活动费用(7)表彰奖励设计部门在认真运用价值工程原理，保证产品质量和不降低功能的前提下，依靠优选新技术、新工艺、新结构和新材料所节约的成本，按一定的比例分配给设计部门作为奖励，以此调动设计人员开展技术创新，降低成本的积极性，也是行之有效的办法。杭州6·图2.1工作流程图杭州73车床3.1车床的发展历史及趋势车床(非数控)分为普通车床(万能车床)六角车床、仿形车廉、仪表车床、单轴自动车殊、多轴自动车床、立式车床和各种专用车床。普通车床由于功能全、适应性广，其产量占车床总产量的一半以上，在车床发展史一起到过主导作用。古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床；1848年，美国又出现回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床；20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。7O年代后由于数控车床迅速发展，普通车床(包括六角车床仿形车床)无论在性能效率、适应性和自动化程度上都无法与之相比．其主导地位逐年下降。进入8O年代，国外车床的发展集中在数控车床上，普通车床虽然还有一定的产量，但技术发展不大，基本上还是8O年代初期水平。在发达国家，由于汽车、轴承、电机等大批量生产自动化的实现，高效自动化车床的数量多，NC车床发展快，中、高档车床比重大，总体技术水平高，因此，生产率和劳动生产率高(如美、日汽车年产量达1，000万辆以上)。在发展中国家，低档手动普通车床多，而中、高档少，总体技术水平低，生产率和劳动生产率也较低。国外NC车床的技术发展方向：不断开发新工艺、新材料、新结构、新元件，比如开发硬面车削工艺(HRC50-68)，公差带在5微米。表面粗糙度达Ra0．4微米。又如开发倒立式车一磨结合的车削中心等；进一步提高加工精度，发展精密化、超精密化车床；提高效率，加速发展高速化，尤其是复合化；在现有自动化基础上进一步发展智能化、无人化、集成化发展网络化，与车间、工厂、外界联网：发展环保化车床，实现节能、省地、干和半干切削等。数控机床与普通机床相比有以下的优点：1.适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，