机械制造装备设计重要知识点整理.docx
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机械制造装备设计重要知识点整理
机械制造装备设计重要知识点整理
第一部分
1、70年代以后，市场的竞争日益激烈，日本丰田公司提出了一种新的生产制造模式，在汽车工业击败了美国，该模式称为LeanProduction。
2、变速组若采用三联滑移齿轮，最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4，以保证滑移时齿轮外圆不相碰。
3、刨床工作台，在吃刀量和进给量不变的情况下，主运动属于恒转矩传动
4、为了缩小主轴箱的径向尺寸，各传动轴常按三角形布置。
5、高速轴承发热大，为控制其温升，希望润滑油同时兼起冷却作用，一般采用的润滑方式为油气润滑。
6、采用编码环对刀具编码，若编码环由六个大小直径的圆环组成，可以区分刀具数目为63。
7、辅助支撑的主要作用是增加工件的刚度。
8、FMS中的工艺方案设计原则是工序不定。
9、固定钻套直接压入钻模板，采用过盈配合，位置精度高，适用于单件小批生产。
10、可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
11、机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力。
12、几何精度是指机床在空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。
13、运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度。
14、传动精度是指机床传动系统各末端执行件之间的运动协调性和均匀性。
15、定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。
16、刚度是指机床受载时抵抗变形的能力。
17、机床主运动参数为主轴转速。
18、专用机床的主参数是以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示的。
19、刀具的最大切削速度与其类型、材质和切削角度有直接关系。
20、在设计机床主传动系时确定主轴转速，为了限制转速损失的最大值
不大于50％，则相应的公比
为
。
21、圆柱工件在长V型块上定位时，限制了4个自由度。
22、夹具中的定位位置保证工件在夹具中占据正确的位置。
23、设计机床主变速传动系时，为避免从动齿轮尺寸过大，一般限制最小传动比u主min≥
。
24、设计机床主变速传动系时，为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比u主max≤2。
25、设计机床主变速传动系时，各变速组的变速范围相应受到限制：
主传动各变速组的最大变速范围为R主max为8～10。
26、在设计机床进给传动链时，由于转速通常较低，传动功率较小，零件尺寸也较小，一般限制降速最小传动比u进min≥
，进给传动各变速组的最大变速范围为R进max≤14。
27、为防止爬行，在设计低速运动部件时，应减小动、静摩擦系数之差。
28、12级主传动系设计方案，
方案最佳。
29、18级主传动系设计方案，
方案最佳。
30、设计机床支承件时，不可采用的材料是微晶玻璃。
31、谐波齿轮减速装置用于工业机器人的主要原因是传动比大。
32、直线电动机不需传动结构，直接驱动机器人关节做直线运动。
33、机床支撑件的截面形状中，圆形空心截面抗扭刚度大些；方形空心截面抗弯刚度大些。
34、平面环行导轨必须与主轴联合使用的导轨是。
35、在制作导轨时，应用最广泛的材料是铸铁。
36、静压导轨的耐磨性好。
37、某机床采用双速电机传动，转速级数为8级，则其主传动系统结构式为
。
38、长V形块能限制4个自由度。
第二部分
1.机床的总体方案拟定包括掌握机床的设计依据、工艺分析、总体布局、确定主要技术参数。
2.机床的主要技术参数包括：
主参数；尺寸参数；运动参数；动力参数。
3.针对不同工艺要求，钻削夹具可采用固定钻套；可换钻套；快换钻套；特殊钻套等钻套。
4.设计孔加工复合刀具时，合理选择结构形式应考虑的因素有刀具的强度和刚度；工件加工精度及表面质量；合理的使用寿命；刃磨方便。
5.工件以粗基准和精基准平面定位，采用锯齿头支承钉和一组支承板作定位元件；工件以粗基准孔和精基准孔定位，采用可胀心轴和定位销作定位元件。
6.确定机床夹具结构方案的主要内容是确定工件的定位方案；刀具的对刀或导引方式；工件的夹紧方案；夹具其它部分的结构型式；夹具体的结构型式。
7.孔加工复合刀具设计要点包括：
合理选择刀具材料；合理选择结构；重视容屑和排屑；保证良好导向；正确确定刀具的总长。
8.推力轴承在主轴上的位置影响主轴的轴向精度和主轴热变形方向和大小，设计时，一般普通机床采用后端定位，数控机床采用前端定位，组合机床采用两端定位。
9.机床夹具的类型有通用夹具；专用夹具；可调整夹具；成组夹具；组合夹具和随行夹具。
10.用一夹一顶装夹工件时，如果夹持部分较短，属于不完全定位
11.机械加工生产线的类型有：
单一产品固定节拍生产线；单一产品非固定节拍生产线；成组产品可调整生产线；柔性制造生产线。
12.主轴部件的传动方式有齿轮传动；带传动；电动机直接驱动方式。
13.扩大传动系变速范围的方法有增加变速组；采用背轮机构；采用双公比传动系；采用分支传动。
14.针对不同工件的工艺要求，拉刀的拉削方式可采用成形式；渐成式；分块式；组合式等形式。
15.根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，成为欠定位。
16.机床夹具设计中，常用的定位元件有支承钉；支承板；定位销；V形块。
17.机床的主传动形式有：
机械传动；液压传动；电气传动。
18.机床主轴组件应满足的基本要求是旋转精度；刚度；抗振性；温升与热变形；精度保持性。
第三部分
1.孔加工复合刀具：
由两把或两把以上单个孔加工刀具结合在一个刀体上形成的专用刀具称为孔加工刀具。
2.加工装备：
是指采用机械制造方法制作机器零件的机床。
3.计算转速：
主轴或各传动件传递全部功率的最低转速。
4.完全定位：
根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，称为完全定位。
5.欠定位：
根据工件加工表面的位置要求，需要限制的自由度没有完全被限制。
6.过定位：
根据工件加工表面的位置要求，某自由度被两个或两个以上的约束重复限制。
7.柔性制造系统（FMS）：
是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统，是实现CIMS的基础。
8.夹具对准装置：
能实现夹具在机床上定位、固定，即确保夹具相对机床主轴（或刀具）、机床运动导轨有准确的位置和方向的装置。
9.金属切削机床：
是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上除去多余或预留的金属，以获得符合规定尺寸、几何形状、尺寸精度和表面质量要求的零件。
10.夹具的定位元件：
能装好工件，既能在机床上确定工件相对刀具正确加工位置的元件。
11.工业机器人：
是一种生产设备，其基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。
12.生产率计算卡：
是反映机床工作循环过程及每一过程所用时间、切削过程所选择的切削用量、该机床生产率和负荷率；同时反映所设计机床的自动化程度。
13.机床生产率：
机床的生产率是指机床在单位时间内所能加工的工件数量。
14.渐成式拉削：
拉刀刀齿的廓形与被加工工件最终表面形状完全不同，刀齿制成直线形或圆弧形，工件表面的形状和尺寸由各刀齿的副切削刃形成的拉削。
15.夹具：
是安装在机床上，用于定位和夹紧工件的工艺装备，以保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度，有利于工艺规程的贯彻和提高生产效率。
16.机床的基本工作原理：
通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状。
17.工业机器人的位姿：
是指其末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。
18.智能机器人：
是指按照人工智能决定行动的机器人。
19.六点定位原理：
是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。
20.装料高度：
是指工件安装基面与地面的距离，应根据工件的大小和车间传送线高度来确定。
21.夹具导向装置：
指夹具中用以确定钻头、镗杆的位置，增加其支承、提高刚性，确保孔加工位置精度的装置。
22.分级传动结构式意义：
表示了分级传动系统的转速级数，变速组数目及其传动副数，传动顺序和各变速组的传动比大小。
23.加工装备：
是指采用机械制造方法制作机器零件的机床。
24.加工示意图：
是根据生产率要求和工序图要求而拟定的机床工艺方案。
25.拉削图形：
拉削图形是拉刀设计中，表示拉刀拉削工件上多余材料的顺序的图形。
第四部分
1、机床运动分配应掌握的四个原则
（1）运动应分配给质量小的零件；
（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运动部件的刚度；（4）运动分配应视工件的形状而定。
2、工件在夹具中定位和夹紧的区别；保证一批工件在夹具中足够的定位精度应考虑的因素；产生定位误差的原因
（1）工件在夹具中定位是指确定一批工件在夹具中相对机床刀具占有一致的正确加工位置。
而夹紧是指将工件紧固在夹具上，确保加工中工件在切削力作用下，仍能保持由定位元件所确定的加工位置，不发生振动或位移。
（2）要保证工件定位时到达足够的定位精度，不仅需限制工件的空间自由度，使工件在加工尺寸方向上有确定的位置，而且还必须要尽量设法减少在加工尺寸方向上的定位误差。
（3）工件在定位时，产生定位误差的原因有两个：
1）定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合引起的定位误差。
2）由于定位副制造不准确，引起定位基准相对夹具上定位元件的起始基准发生位移，而产生基准位移定位误差。
3、机床主轴转速序列为什么呈等比规律分布？
主轴转速数列呈等比级数规律分布，主要原因是在转速范围内的转速相对损失均匀，如在加工中某一工序要求的合理转速为
，而在
级转速中没有这个最佳转速，而是处于
和
之间，即
，若采用
比
转速高，由于过高的切削速度会使刀具的耐用度下降。
为了不降低刀具耐用度，一般选用
，将造成转速损失为（
），相对转速损失率为：
，当
趋于
时，仍选用
为使用转速，产生的最大相对转速损失率为：
，在其它条件（直径、进给、切深）不变的情况下，转速的损失就反映了生产率的损失。
对普通机床，如果认为每级转速的使用机会都相等，那么应使
为一定值，即
或
，可见任意两级转速之间的关系应为：
。
4、机床运动部件的爬行现象和机理
机床上有些运动部件，需要做低速或微小位移运动。
当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象。
产生这一现象的主要原因是摩擦面上的摩擦系数的变化和传动机构刚度的不足。
5、机床的支承部件应具备的基本要求；大多数机床的支承部件为什么采用铸铁制造？
基本要求：
（1）应具有足够的刚度和较高的刚度－质量比；
（2）具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。
（3）若稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。
（4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。
大多数机床的支承部件采用铸铁制造是因为铸铁铸造性能好，容易获得复杂结构的支承件，同时铸铁的内摩擦力大，阻尼系数大，使振动衰减的性能好，成本低。
6、柔性制造系统的特点
（1）柔性制造系统的工艺方案按工序集中原则设计；
（2）柔性制造系统中的各设备的功能应有一定的重叠；
（3）柔性制造系统的加工设备按机群式集中布置；
（4）柔性制造系统应选用多功能、高效率、自动化和高柔性的加工设备；
（5）柔性制造系统的物料按非顺序方式输送。
7、将工件的加工过程划分为粗、半精和精加工三个阶段的好处
（1）工件经过粗加工后可得到充分冷却，减少热变形及内应力变形对加工精度的影响；
（2）可避免粗加工产生的振动对半精加工和精加工的影响；
（3）能根据粗、精加工的不同要求合理的选择和使用设备，有利于精加工机床的精度持久保持性。
8、为什么主轴前支撑的精度比后支撑的精度高一级？
主轴轴承中，前、后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的。
如图所示前轴承有偏移
，后轴承偏移量为零。
由偏移量
引起的主轴端轴心偏移为：
，后轴承有偏移
，前轴承偏移为零时，引起主轴端部的偏移为
，显然，前支撑的精度比后支撑对主轴部件的旋转精度影响大。
因此轴承精度选取时，前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承精度高一级。
另外，在安装主轴轴承时，如将前、后轴承的偏移方向放在同一侧，如图所示，可以有效地减少主轴端部的偏移。
如后轴承的偏移量适当地比前轴承的大，可使主轴端部的偏移量为零。
9、试画出机床主轴功率转矩特性图并解释其含义。
含义：
在计算转速到最大转速之间，主轴可以输出全部功率，转矩随转速的增大而降低，故称为恒功率转速图。
从计算转速到最小转速之间，主轴输出计算转速时的所有转矩，功率随转速线性降低，故称为恒转矩转速图。
10、铣床专用夹具的组成；现要设计一个铣削传动轴的外圆轴向不通键槽夹具，需要采用怎样的定位方案，要限制工件的哪些自由度？
答：
铣床夹具主要由夹具体、定位装置、夹紧装置、对刀装置、夹具定位键等组成。
设计铣削传动轴轴向不通键槽的专用夹具，应采用传动轴外圆为主要定位基准，一端面为第二定位基准。
以长V形块与轴外圆接触，限制2个移动和2个转动自由度，以一个支承钉与轴端面接触，限制1个移动自由度。
11、导轨的组合形式及使用场合
（1）双三角形导轨
双三角形导轨不需要镶调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好，但工艺性差，加工检验和维修不方便。
多用在精度要求高的机床中，如丝杠车床、导轨磨床和齿轮磨床等。
（2）双矩形导轨
双矩形导轨承载能力大，制造简单，多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床、组合机床、升降台铣床等。
（3）矩形和三角形导轨的组合
导轨的导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。
如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。
（4）矩形和燕尾形导轨的组合
这类组合的导轨能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。
12、绘制夹具装配图的步骤
（1）把工件视为透明体，用双点划线画出轮廓，画出定位面，夹紧面和加工表面，无关表面可以省略。
（2）画出定位元件和导向元件；
（3）按夹紧状态，画出夹紧元件和夹紧机构，必要时可用双点划线画出松开位置时夹紧元件的轮廓；
（4）画出夹具体、其它元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体；
（5）标注必要的尺寸、配合和技术条件；
（6）对零件编号，填写标题栏和零件明细表，其中还要在定位、导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构的强度、刚度验算。
13、夹紧力的方向如何确定
（1）有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。
（2）夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，有利于减小夹紧力。
（3）夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。
5、简述进给传动与主传动相比较，有哪些不同的特点？
（1）极限传动比，极限转速范围：
主传动极限传动比u主min≥
，u主max≤2，极限变速范围R主max＝8～10；进给传动极限传动比u进min≥
，u进max≤2.8，极限变速范围R进max≤14。
（2）扩大顺序：
进给传动“前疏后密”，主传动“前密后疏”。
（3）最小传动比原则：
进给传动与主传动相同，“前缓后急”。
14、大量生产和单件生产的特点
大量生产的特点是生产品种单一，产量大，不更换产品，采用专用设备常年重复地进行生产，设备专业化水平和生产效率都比较高。
单件生产的特点是产品品种繁多，每种产品生产一件或几件后，不再重复生产或不定期重复生产，一般只能采用通用设备。
15、活动多油楔滑动轴承的工作原理。
活动多油楔利用浮动轴瓦自动调位来实现油楔，如图所示。
这种轴承由三块或五块瓦组成，各有一球头螺钉支承，可以稍做摆动以适应转速或载荷底变化。
瓦块的压力中心
离油楔出口距离
约等于瓦块宽
的0.4倍，即
，也就是该瓦块的支承点不通过瓦块的中心。
这样当主轴旋转时，由于瓦块上压强的分布，瓦块可自动摆正至最佳间隙比
（进油口间隙与出油口间隙之比）后处于平衡状态。
这种轴承只能朝一个方向旋转，不允许反转。
否则，不能形成压力油楔。
轴承径向的刚度比固定油楔低，多用于各种外圆磨床，无心磨床和平面磨床中。
16、滚动轴承的轴向承载能力和刚度由强到弱的顺序
由强到弱的顺序依次是：
推力球轴承；推力角接触球轴承；角接触球轴承；圆锥滚子轴承。
17、机床上采用夹具加工一批工件时，产生与夹具有关的加工误差；它们与零件的公差的关系
（1）在机床上使用夹具加工工件时，产生加工误差的因素有：
工件在夹具中定位时产生的定位误差Δd.w；工件在夹具中夹紧时产生的夹紧误差Δj.j；夹具安装在机床上产生的夹具安装误差Δj.a；刀具对夹具定位元件正确位置所产生的导引误差Δd.y；夹具的磨损所引起的加工误差Δj.m。
其中工件的定位误差中，包括设计基准与定位基准不重合而产生的基准不重合误差，有定位副制造不准确产生的基准位移误差。
（2）夹具总差与工件的加工允差
有关系：
，其中
为除夹具以外，与工艺系统其他一切因素有关的加工误差。
且应满足下列关系式
，
，
18、根据三轴升降台式铣床的运动功能式
，
，
，
，说明其机床运动个数、形式和功能。
答：
运动个数：
4个。
形式：
X方向移动；Y方向移动；Z方向移动；Z轴旋转。
功能：
—主运动
进给运动。
19、滚珠丝杠螺母机构的特点；支承方式
滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构，由螺母、丝杠、回珠器、密封环等组成，具有摩擦系数小，传动效率高的特点。
滚珠丝杠主要承受轴向载荷，因此对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，常采用角接触球轴承或双向推力圆柱滚子轴承与滚针轴承的组合轴承方式。
滚珠丝杠的支承方式有三种，一种是一端固定，另一端自由的方式，常用于短丝杠和竖直丝杠；一种是一端固定，一端简支承方式，常用于较长的卧式安装丝杠；第三种是两端固定方式，常用于长丝杠或高转速，要求高拉压刚度的场合。
20、V型块的定位误差
答：
21、圆孔拉刀粗切齿为什么需要设计分屑槽？
校准齿具有什么作用？
为什么圆孔拉刀的后角取值很小？
（1）圆孔拉刀是内拉刀，当拉削钢件和其它塑性材料时，切屑呈带状，为了更顺利地从工件加工孔中排屑，需要将较宽切屑分割成窄宽度，以便于卷曲和容纳在容屑槽中，因此需要在圆孔拉刀前后刀齿上交错地磨出分屑槽。
（2）在圆孔拉刀中，校准齿一是能起修光、校准作用，二是当切削齿因重磨直径减小时，校准齿还可依次递补成为切削齿。
（3）拉刀的切削厚度（齿升量）很小，如按切削原理选择后角的一般原则，必须取较大后角。
但是圆孔拉刀一般重磨前刀面，后角取值大了，重磨后刀齿直径会减小很多，这样拉刀的使用寿命会显著缩短，因此孔拉刀切削齿后角不宜选得过大，其校准齿的后角应比切削齿的后角更小。
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