机械制造装备设计复习题Word下载.docx

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Ø

1．将运动分配给质量最小的零部件——简化机床的传动和结构

2．运动分配应有利于提高工件的加工精度

3．运动分配应有利于（提高运动部件的刚度）减小机床占地面积

4．运动的分配应视工件形状而定

机床传动有机械的、液压的、气动的、电气的及综合的等多种形式。

其中常见的是机械传动和液压传动。

传动形式的选择原则：

应根据具体情况，以满足使用要求为原则，合理选定

应该注意的是卧式机床一般用卧式支承，也可用立式支承，如X6132A卧式铣床便采用了立式支承。

机床各部件相对位置的安排，应保证：

1．操作者和工件有适当的相对位置，有足够的活动空间，以便于工件的装卸、刀具的安装调试、加工情况的观察和工件的检验。

2．操作者与操作手柄等控制元件的适当位置，应有足够的操作空间，达到操作准确、省力、方便。

3．操作件应按GB4141选用，操作件之间有合理的距离

4．功能不同的按钮应有不同的颜色，而且这些颜色应和人的视觉习惯一致，符合人的心理生理特征，防止误操作。

抵抗受迫振动的能力抗振性,抵抗自激振动的能力切削稳定性

提高抗振性的具体措施:

（1）隔离振动源机床的电动机、变速箱等部件由于不平衡等原因引起振动时，可采取将这些部件与工件、刀具隔离开的方法，来减少机床的振动。

（2）选择合理的传动形式（如采用调速或双速电动机），应尽量缩短传动链，减少传动件个数，即减少了振动源的数量。

（3）提高传动链各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有频率，以防止产生共振。

（4）机床中高速转动的大传动件应作动平衡或设置阻尼机构，若工件装夹有偏心，应在适当部位增加配重。

（5）箱体外表面涂刷高阻尼涂层。

（6）提高各结合面的表面精度和降低表面粗糙度值，以增强结合面的局部刚度。

减小机床热变形的措施:

1,隔离热源。

是减小热变形最简单、最有效的方法。

2,热对称结构。

3,改善排屑状态。

机床（机械产品）造型总的原则是经济实用、美观大方。

运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件（工作台、刀架）的运动速度。

专用机床和组合机床是为特定工件的某一特定工序而设计的，每根主轴一般只有一种转速，根据最佳切削速度而定。

通用机床是为适应多种工件加工而设计的，工艺范围广，工件尺寸变化大，主轴需要变速，因此，需确定主轴的变速范围。

（1）主运动为旋转运动的机床，主运动的运动参数为主轴的转速。

（2）主运动是直线运动的机床，主运动参数为刀具或工件的每分钟往复次数。

机床的主传动类型:

（主运动传动系统包括变速部分和传动部分。

）

按照传动方式主运动传动系统可分为机械传动机电结合传动零传动

※因此主轴转速数列的公比有

第二章

级比和级比指数:

变速组中，两相邻的转速或两相邻的传动比之比称为级比，级比通常写成公比幂的形式，其幂指数称为级比指数，用x表示。

主传动系统分为分级变速和无级变速两种。

机床的主传动系统应满足的基本要求：

*

1,满足机床的使用要求，有足够的变速范围和转速级数。

2,直线运动机床，应有足够的双行程数范围和变速级数；

合理地满足机床的自动化和生产率的要求；

有良好的人机关系3,满足机床传递动力的要求，传动系统应能传递足够的功率和转矩。

4,满足机床工作性能要求，传动系统应能传递足够的刚度、精度、抗振性能和较小的热变形。

5,满足维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配等方面的要求。

6,满足经济性要求。

主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。

有级（或分级）变速机构:

滑移齿轮变速机构交换齿轮变速机构多速电动机离合器变速机构摆移变速机构。

控制主轴启动和停止的方式有两种：

电动机开停机械开停。

选择开停方式：

（1）优先选用电动机开停方式

（2）当开停频繁，电动机功率较大或有其他要求时可采用机械开停。

另外尽可能将开停装置安排在传动链前面，而且转速较高的传动轴上。

主传动的制动方式：

电动机制动机械制动。

（1）电机制动制动时，让电机的转矩方向与其实际转向相反，使之减速而迅速停转。

多采用反接制动和能耗制动。

特点：

操纵方便省力，简化机械结构，但是频繁制动时，电机发热甚至烧损

（2）机械制动刚带式制动闸瓦式制动片式摩擦制动。

制动方式的选择：

（1）优先选用电机制动方式

（2）对于制动频繁，传动链较长，惯量较大的主传动可采用机械制动。

应将制动器放在接近主轴且转速较高的传动件上

若某一变速组的实际级比指数小于级比规律要求的理论值就会出现转速重合，如果该变速组为双速变速组，则实际级比指数与理论值的差就是重复转速的级数，并且重复转速发生在主轴转速数列的中间位置。

若某一变速组的实际级比指数大于级比规律要求的理论值就会出现空转速。

主传动系统的设计原则

1，1.极限传动比、极限变速范围的原则,主传动系统的设计中imin=>

1/4,imax<

=2~2.5，r=8~10。

设计时应检查各变速组的变速范围是否超过上述限制。

一般只检查最后一个扩大组的变速范围是否超过限制。

2.确定传动顺序及传动副数的原则在设计主传动系统时，应该尽量选择传动副数多的变速组放在传动顺序前面的高速范围，而把传动副数少的变速组放在传动顺序的后面，即所谓“前多后少”的原则。

33．确定基本组与扩大组排列顺序的原则

应尽量使基本组安排在传动顺序最前面，其次是第一扩大组、第二扩大组……使变速组的扩大顺序和传动顺序一致。

由于各变速组的变速范围逐渐增大，在转速图或结构网中表现出前面变速组的传动线分布比较紧密，而后面变速组的传动线分布比较疏松，即所谓“前密后疏”的原4．确定最小传动比的原则为使更多的传动件在相对高速下工作，以减小变速箱的结构尺寸，在传动顺序上越靠前的变速组，最小传动比应越大，越靠后的应越小，即“前缓后急”的原则

齿轮齿数的确定原则

（1）实际转速与标准转速的相对转速误差应在允许范围之内。

（2）齿轮副的齿数和Sz≤100~120。

（3）满足结构安装要求，相邻主轴孔的壁厚不小于3mm。

（4）当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时，齿数和的差不能大于3。

扩大变速范围方法

1增加变速组:

是扩大变速范围最简便的方法。

但由于受变速组极限传动比的限制，增加的变速组的级比指数往往不得不小于理论值，并导致部分转速的重复。

（2）采用单回曲机构（3）采用双公比的传动系（4）采用分支传动（5）采用双速电机

（6）采用交换齿轮

齿轮的轴向布置

2．齿轮轴向布置原则

1）滑移齿轮机构中，必须当一对齿轮副完全脱离啮合后，另一对齿轮才能进入啮合。

固定齿轮间的最小距离应为齿轮宽度的两倍，并留有△=1-2mm间隙。

2）为避免滑移齿轮与固定的小齿轮齿顶相碰，三联滑移齿轮的最大、次大齿轮的齿数应不小于4。

否则应采用变位齿轮使两者齿顶圆半径之差不小于4个模数；

或改变啮合变速条件，让滑移的小齿轮通过固定的小齿轮，使最大和最小齿轮齿数差不小于4；

或采用牙嵌式离合器变速，使齿轮不动。

3）为减少轴向长度，在轴向布置齿轮时，应尽量采用窄式排列。

4）滑移齿轮应装在主动轴上，因其转速一般比被动轴转速高，则其上面的滑移齿轮的尺寸小，重量轻，操纵省力。

3．一个变速组中齿轮的轴向布置

（1）窄式排列和宽式排列

（2）亚宽式排列

（3）滑移齿轮的分组排列

4．相邻两个变速组齿轮的轴向排列

（1）并行排列

（2）交错排列

（3）公用齿轮传动结构

1）单公用齿轮变速组的齿轮排列

2）双公用齿轮变速组的齿轮排列

第三章

主轴组件应满足的基本要求★

1．旋转精度2．静刚度3．动刚度（抗振性）4．温升和热变形5．精度保持性

主轴的旋转精度是指装配后，主轴在无载荷、低速转动时，主轴前端安装工件或刀具的基准面上所测得的径向跳动、角度摆角和轴向窜动值。

影响旋转精度的因素：

各主要件（主轴、轴承、壳体孔等）制造、装配、调整精度。

静刚度简称刚度，是主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴端部产生单位弹性变形位移时，位移方向上所施加的力表示。

K=F/y（N/μm）影响因素主要有

主轴的尺寸、形状;

滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式；

前后支承的距离；

主轴前端的悬伸量等。

动刚度（抗振性）:

机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的能力，称为动态刚度。

产生原因：

由于工件毛坯硬度不均、尺寸误差、断续切削、多刃切削等因素，使切削力成为变量，主轴组件的弹性位移随之成为变化的值，形成振动。

动态刚度实际上是主轴组件抵抗受迫振动和自激振动的能力，即抗振性。

温升和热变形:

主轴组件工作时，由于摩擦和搅油等耗损而产生热量，出现温升，温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称之为热变形。

精度保持性:

主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造精度的能力。

主轴组件主要的失效形式是磨损，所以精度保持性又称为耐磨性

主轴较粗，主轴轴承的直径较大，轴承所承受的载荷远小于其额定的动载荷。

因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的重要依据。

主轴轴承应根据刚度、旋转精度和极限转速来选择。

轴承的精度选择

轴承的精度由旋转精度和尺寸精度组成，但轴承的工作精度主要取决于旋转精度。

主轴轴承的精度应采用P2、P4、P5（旧标准B、C、D）和SP、UP级。

向心轴承如用于切削力方向固定不变的主轴，决定主轴旋转精度的是轴承的内圈径向圆跳动tir；

如用于切削力方向随主轴旋转而旋转的主轴，决定主轴旋转精度的是轴承的外圈径向圆跳动ter。

推力轴承影响主轴旋转精度（轴向跳动）最大因素是动圈支承面的轴向跳动ts。

前轴承的精度对主轴旋转精度的影响较大，前轴承的精度通常应选得比后轴承高一级。

4．滚动轴承刚度及间隙调整和预紧

预紧（预载荷）：

采用预加载荷的方法消除轴承间隙，而且有一定的过盈量，使滚动体和内外圈接触部分产生预变形，增加接触面积，提高支承刚度和抗振性。

预紧作用：

适当预紧可以提高滚动轴承的刚度和寿命，提高主轴的旋转精度和抗振性，降低噪声。

过度预紧，由于滚动体和滚道的变形太大，磨损加快，将提高温升和降低寿命。

主轴轴承配置形式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选择。

（1）速度型,主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联）。

（2）刚度型,前支承采用双列短圆柱滚子轴承承受径向载荷和60°

角接触双列向心推力轴承承受轴向载荷，后支承采用双列短圆柱滚子轴承，（3）刚度速度型,前轴承采用三联角接触球轴承，后支承采用双列短圆柱滚子轴承。

主轴

主轴端部的作用：

安装夹具和刀具。

主轴的形状结构：

阶梯空心轴。

主轴的材料只能根据主轴耐磨性、热处理方法及热处理后的变形大小来选择。

耐磨性取决于硬度，故机床主轴材料为淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬火。

1.主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、电机直接驱动等。

主轴主要尺寸参数★

主轴前、后支承轴颈D1、D2；

主轴内孔直径d

主轴前端悬伸量a；

主轴支承跨距l

主轴前支承轴颈直径可按主传动功率选择，也可按主参数选择，或参考同类机床，在统计分析的基础上，结合计算确定。

主轴的悬伸量a：

指主轴前端定位基准面至前支承径向支反力作用点之间的距离。

在满足结构要求的前提下，应尽量减少悬伸量a；

主轴支承跨距是指两支承反力作用点之间的距离，是影响主轴组件刚度的重要尺寸参数。

主轴组件的刚度主要取决于：

主轴的自身刚度，主轴的支承刚度；

d≈0.7D。

支承件设计

支承件是指床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等尺寸大的零件，也称为大件，它是机床的基础构件。

支承件应满足的基本要求★

1．支承件应有足够的静刚度和较高的固有频率

2．良好的动态特性，各阶频率不致引起结构共振

3．热稳定好：

较小的热变形和内应力

4．支承件应具有良好的结构工艺性，以便于制造、装配、维修、排屑及吊运。

支承件的静刚度包括整体（自身）刚度、局部刚度和接触刚度。

自身刚度主要为弯曲刚度和扭转刚度。

自身刚度主要决定于支承件的材料、形状、尺寸和肋板的布置等。

机床工作时，支承件受力：

支承件承受切削力、重力和运动部件的惯性力等。

各类机床受力处理：

（1）中、小型机床载荷以切削力为主。

（2）精密和高精度机床载荷以移动部件的质量和热应力为主。

（3）大型机床载荷包括工件重力、移动部件重力和切削力。

可以通过合理选择支承件截面形状来提高支承件自身刚度。

支承件截面设计原则：

设计支承件时总是采用空心截面、适当加大轮廓尺寸并在工艺允许的前提下减小壁厚；

在可能的条件下尽量把支承件的截面设计成封闭的框形；

若不能封闭应采用补偿刚度的措施。

承受弯矩为主→方形截面或矩形截面，承受一个方向的弯矩为主→矩形截面，并以其高度方向作为受弯方向，承受扭矩为主→圆形（空心）截面；

承受的弯矩和扭矩都相当大→近似方形截面

纵向隔板能提高抗弯刚度。

横向隔板能提高抗扭刚度。

斜向隔板既能提高抗弯刚度，又能提高抗扭刚度。

提高支承件静刚度的措施★

1、合理布置隔板和加强肋。

加强肋又称肋条，一般配置在外壁内侧或内壁上，主要用来提高局部刚度和减少薄壁振动。

加强筋是提高局部刚度的有效方法。

在满足工艺要求和刚度的前提下，应尽量减小支承件的壁厚及隔板和加强肋的厚度。

2．支承件开孔后的刚度补偿。

【支承件开孔后的补偿刚度的措施：

★

◆☼在孔上加盖板，用螺栓将盖板固定在壁上；

◆☼将孔的周边加厚（翻边），在翻边的基础上加嵌入式盖板。

◆☼一般情况下，立柱或梁上开孔的尺寸应小于该方向尺寸的20%；

如开孔尺寸不大于该方向尺寸的10%，可不进行刚度补偿。

】

3．提高接触刚度

（1）相对滑动的连接面（导轨面）和重要的固定结合面必须进行配对刮研和精磨，以增加实际接触面积，提高其接触刚度。

配刮时，每25×

25mm2，高精度机床为12点以上，精密机床为8点，普通机床为6点，并应使接触点分布均匀。

（2）用固定螺钉连接的结合面，在接触面上造成一个预压力，拧紧螺钉时施加的预压压强应不小于2Mpa，以消除结合面的平面度误差，增大实际的结合面积，提高接触刚度。

导轨设计

机床上两相对运动部件的配合面组成一对导轨副。

在导轨副中，运动的一方（如工作台导轨）叫做动导轨。

不动的一方（如床身导轨）叫做静导轨。

（1）按运动性质分为主运动导轨、进给运动导轨、移置导轨。

移置导轨——只用于调整部件之间的相对位置，移置后固定，在加工时没有相对运动。

（3）按受力状态分为开式导轨和闭式导轨。

（2）按摩擦性质分为滑动导轨、滚动导轨。

（导轨的截面形状与组合:

旋转运动导轨截面形状主要有：

平面圆环形、锥形圆环形和V形圆环形。

直线运动滑动导轨截面形状主要有：

三角形、矩形、燕尾形、圆形，都有凹凸之分，并可互相组合。

低速运动平稳性

爬行产生的原因：

爬行是一种摩擦自激振动。

其主要原因是摩擦面上的动摩擦系数小于静摩擦系数，且动摩擦系数随滑行速度的增加而减小以及传动系统的弹性变形。

消除爬行的措施：

其实质就是降低爬行临界速度的措施

（1）减小静动摩擦系数之差

（2）改变动摩擦系数随速度变化的特性（3）提高传动系统的刚性（4）尽量减少动导轨及工作台的质量

滚珠丝杠螺母副机构

滚珠丝杠副是将丝杠螺母皆加工成凹半圆弧形螺纹，在螺纹之间放入滚珠形成的。

滚珠丝杠副的主要区别是在螺纹滚道的法向截面的形状（单圆弧形面

双圆弧形面）、滚珠循环方式（外循环，内循环）及轴向间隙的调整和预加载荷的方法。

第六章机床夹具设计

夹具——将工件迅速固定在正确位置上，完成切削加工、检验、装配、焊接和热处理等工作所使用的工艺装备。

机床夹具的基本概念：

v定位：

工件在机床上加工时，为保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具占有正确的位置，这个过程称为定位。

v夹紧：

为克服切削过程中工件受外力（惯性力、切削力、重力等）的作用而破坏定位，必须对工件施加夹紧力，这个过程称为夹紧。

v装夹：

定位和夹紧称为装夹。

v机床夹具：

完成工件装夹的工艺设备称为机床夹具

工件在夹具中的定位

习惯上把限制自由度最多的定位基面称第一定位基面，依次就是第二、第三定位基面。

或者分别称为主要定位基面、导向基面和止推基面。

三个基面的选择及其定位元件的布置，一般应遵守下述原则：

（1）主要定位基面（第一定位基面）应是工件上最大且较精确的平面。

在主要定位基面范围内布置的支承钉或支承板等定位元件，应能限制三个自由度。

（2）导向基面（第二定位基面）应选择工件上窄长的平面，一般布置两个定位支承,限制二个自由度。

（3）止推基面（第三定位基面）一般选面积较小的面，布置一个定位支承，限制一个自由度。

工件需要限制的自由度数由工件形状和在该工序中的加工要求而定。

定位元件：

定位元件在夹具中的布置，一方面要符合六点定位原理，另一方面为保证工件定位的稳定性。

主要技术要求：

要有足够的定位精度，较低的表面粗糙度值，还要有一定的耐磨性、硬度和刚度。

典型定位元件的定位分析见书P203

机械制造装备复习提纲

一、概念解释

级比和级比指数P23

变速组中，两相邻的转速或两相邻的传动比之比称为级比，级比通常写成公比幂的形式，其幂指数称为级比指数，用x表示。

机床运动分配原则P6

1.将运动分配给质量小的零部件。

2.运动分配应有利于提高工件的加工精度。

3.运动分配应有利于提高工件的刚度。

4.运动分配应视工件形状而定。

双公比传动系统P32

大公比是小公比的平方，高速端大公比转速级数与低速端相等。

在转速图上形成上下两端为大公比，且大公比转速级数上下对称，因此混合公比传动系统又称为对称双公比传动系统。

分级传动结构式P25

只表示传动比的相对关系，而不表示传动轴转速值大小的线图称为结构网。

各变速组的传动副数的乘积等于主轴转速级数Z，将这一关系按传动顺序写出数学式，级比指数写在该变速组传动副数的右下角，就形成结构式。

爬行P96

当齿轮以很低的速度匀速转动时，工作台出现速度不均匀的跳跃式运动，速度时快时慢，甚至出现间歇运动，时走时停。

组合机床P60

组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。

组合机床设计的三图一卡P120

1.被加工零件工序图。

2.加工示意图。

3.机床联系尺寸图。

4.生产率计算卡。

成型车刀P153

又称样板车刀，是一种专用刀具，一般需要根据工件的轮廓形状进行专门设计制造。

它主要用在卧式车床、转塔车床、自动车床上加工内、外回转成形表面。

成型车刀截形设计P156

成形车刀的截形设计是根据工件的轮廓形状和已确定的刀具相关参数求解成形车刀的截形。

主轴旋转精度

机床几何精度的组成部分，旋转精度是主轴组件装配后，静止或低速空载状态下，刀具或工件安装基面上的全跳动值。

二、问答、填空、选择、判断

机械制造装备包括4类P2

1.加工装备

2.工艺装备

3.工件输送装备

4.辅助装备

机床的主传动形式3种P3

按电机可分为交流和直流电机驱动。

交流又分为单速、双速、变频调速电机驱动。

机床传动形式有机械传动、液压传动等。

数控机床电气伺服系统分为P3

1.开环控制数控系统

2.半闭环控制数控系统

3.全闭环控制数控系统

主轴组件的基本要求P55

1.旋转精度

2.静刚度

3.动刚度

4.温升与热变形

5.精度保持性

通用多轴箱P133

通用多轴箱主要由箱体类零件、主轴传动轴、齿轮以及润滑和防油元件等组成。

传动链中误差传动规律P52

传动件在传递运动和扭矩时，也将传动误差向后传递。

若该传动件至执行件的总传动比小于1，则误差在传动中被缩小，反之放大。

轴承刚度、轴承预紧P60

导轨形状、组合形式特点、调整间隙P86

三角形、矩形导轨组合，接触刚度好，导向性和精度保持性高，但加工困难，应用较少。

燕尾、矩形导轨组合，调整方便，承受力矩大。

双燕尾形导轨组合，高度小，可受倾覆力矩，但刚度差，加工检修不便。

1.辅助导轨副用压板来调整间隙。

2.矩形导轨和燕尾形导轨常用镶条来调整侧面间隙。

机床动态刚度、支承件静刚度、固有频率P74

支承件的静刚度包括整体刚度、局部刚度和接触刚度。

整体刚度又称自身刚度，与支承件的材料以及截面形状、尺寸等影响惯性矩有关。

局部刚度是指支承件载荷集中的局部结构处抵抗变形的能力。

接触刚度是指支承件结合面在外载荷作用下抵抗接触变形的能力。

支承件的固有频率是刚度与质量比值的平方根。

棱体成型车刀、圆体成型车刀，双曲线误差P153、P158

刀体为棱柱体，沿前刀面可重磨次数比平体成形车刀多，刀体刚性高；

但制造成本较高，且只能加工外成形表面。

刀体是一个磨出排屑缺口和前刀面并带安装孔的回转体；

它允许重磨次数最多，制造也比棱体成形车刀容易，且可加工内、外成形表面；

但加工精度不如棱体成形车刀高。

用成形车刀加工圆锥表面时会产生双曲线误差。

恒功率传动设计原则：

前多后少，前密后疏，前缓后急，为什么？

P27

前多后少：

传动件越靠近电机转速越高，在功率一定下，传递转矩就越小，传动件和传动轴几何尺寸就越小。

前密后疏：

在公比一定下，级比指数和传动副数是影响变速范围的关键因素。

传动副数多时，级比指数应小些。

前缓后急：

为使更多的传动