机械制造装备设计

一、绪论
1、机械制造装备有哪些类型？ 答：①加工装备：金属切削机床、锻造机床、特种加工机床。②工艺装备：刀具、夹具、模具、量 具。③仓储输送装备：物料输送装置、机床上下料装置、仓储装置。④辅助装备：清洗装置、排屑装置。 2、组合机床自动线主要包括哪些制造装备？ 答：各种自动化的组合机床，传送装置，辅助装置和控制系统。 3、机床应满足哪些基本要求？人机关系？ 答：①工艺范围：指机床适应不同生产要求的能力；②柔性：适应加工对象变化的能力；③与物流系 统的可接近性；④刚度；⑤精度；⑥噪声；⑦生产率；⑧自动化；⑨成本；⑩生产周期、可靠性、造型与 色彩等。人机学要求：操纵、控制、调整、修理、配换、照明等安全、舒适。 4、机床总体方案拟定包括内容？机床总体布局内容和步骤？ 答：总体方案拟定包括：运动功能设计、基本参数设计、传动系统设计、总体结构布局设计和控制系 统设计。机床总体布局内容：分配机床运动、选择传动形式和机床支承形式、安排操作位置，拟定提高刚 度的措施、造型设计与色彩选择。步骤：总体布局结构形式、总体结构方案图设计。 5、机床分配运动的原则是什么？驱动型式如何选择？ 答：原则：①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 有利于提高运动部件的刚度；④运动分配应考虑工件的形状。驱动型式分为电动机驱动和液压驱动两种， 应根据机床的变速形式和运动特性要求确定。 6、如何减少机床的振动？ 答：机床的抗振能力是指机床在交变载荷作用下，抵抗振动的能力，振动包括受迫振动和自激振动。 减少机床振动的方法：①提高机床的刚度；②提高阻尼；③使激振频率远离固有频率，将不出现共振。 7、机床的主要技术参数？ 答：机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数及动力 参数。 8、机床的尺寸参数包括哪些参数？如何确定？ 答：指机床的主要结构尺寸参数，通常包括：①与工件有关的尺寸参数；②与工、夹、量具有关的尺 寸参数；③主要的结构尺寸。可根据以下两点确定：①与被加工零件有关的尺寸，如卧式车床的最大加工 工件长度；②标准化工具或夹具的安装面尺寸，如卧式车床主轴锥孔及主轴前端尺寸。 9、机床的运动参数如何确定？等比传动有何优点？通用机床公比选用原则是什么？ 答：运动参数是指机床执行件如主轴、工件安装部件的运动速度。运动参数包括主运动参数、进给量 和变速形式与驱动方式。主运动参数的确定应考虑机床主传动的类型和采用刀具的类型、材质与切削角 度。进给量的确定与主轴转速确定方法相同。变速形式由机床的自动化程度和成本确定。优点：①使总生 产率损失最小；②可借助于串连若干个滑移齿轮来实现，使变速传动系统简单并且设计计算方便。原则： 选择较大公比使机床变速箱结构不过于复杂。 10、标准公比有哪些？是根据什么确定的？ 答：标准公比：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。确定：①因为转速由 nmin 至 nmax 必须递增， 故 1 ；②为了限制转速损失的最大值 Amax 不大于 50%，则相应的公比不得大于 2，故 1 2 ；③为 了使用记忆方便，转速数列中转速呈 10 倍比关系，故 应在 E1 10 （E1 是正整数）中取数。
传动路线表达式 如 CA6140 主轴转速运动平衡式为 n主 =n电 (1- )u12u23u36 d / D
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某车床主运动传动系统的转速图. （4）根据执行件所完成的运动作用不同各传动链相应的称为主运动传动链，范成传动链、分度传动链。 4.1、车床： （1）工艺范围：能车削内外圆柱面、圆锥面、回转体成形面和环形槽、车削端面和各种螺纹， 还可以进行钻孔、扩孔、攻螺纹和滚花等； （2）运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动 ； （3）传 动系统：由实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各传动链组成。 （4）卧式车床的主要参数是床 身上最大工件回转直径，第二主参数是最大工件长度；CA6140 型普通精度卧式车床的主参数为床身上最 大工件回转直径 400mm 。卧式车床的局限性：刀具较少、自动化程度低、频繁对刀试切，生产率低。 4.2、CA6140： （1）机床的总体布局：指机床各主要部件之间的相互位置关系，以及它们之间的相对运动 关系。CA6140 的组成部件包括六大部分：①主轴箱②刀架部件③尾座④进给箱⑤溜板箱⑥床身。传动路 线分析方法：抓两端，连中间。主轴转速运动平衡式为： n主 =n电 (1- )u12u23u36 d / D ，车螺纹时的运动平 u t丝杠 =S ，其中 u 是从主轴到丝杠之间全部传动副的总传动比，t 为机床丝杠导程 衡式为： 1 （主轴） 12mm。CA6140 包括两个变速组：基本变速组和增倍变速组。快退、快进时，快速电机不能反转，因为圆 柱滚子会在摩擦力作用下磨碎，超越离合器会马上损坏。
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二、机床概论
1、机床的分类、机床的技术参数与尺寸系列、机床的一般要求。 答：①按加工性质和刀具分为 12 大类
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类 车 别 床 代 C 号 读 车 音
钻 床 Z
镗 床 T M
磨床
齿轮加 工机床 3M Y
螺纹加 工机床 S
铣 床 X
刨 床 B
拉 床 L
电加工 机床 D
切断 机床 G
其它 机床 Q
2M
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（6）插齿机：包括主运动、展成运动、径向进给运动，值得注意的是还有一个让刀运动。插齿原理：
（7）滚齿机加工直齿轮运动分析：①主运动是一条将运动源与滚刀相联系的外联系传动链。实现滚刀旋 转运动，即主运动；②展成(啮合)运动:齿坯与滚刀按一定速比转动；是一条内联系传动链，实现渐开线齿 廓的复合成形运动。要求滚刀与工作台之间必须保持严格的传动比关系。还设有工作台变向机构。③轴向 进给运动:滚刀沿齿坯轴向运动.是一条外联系传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。它可以使用独立 的运动源来驱动。 （8）插齿和滚齿的不同点：①滚齿使用蜗杆形刀具。插齿使用齿轮形刀具，插齿刀端面有前角，齿宽有 后角。②滚齿是利用切削刃的旋转实现运动，因此是属于铣削的范围。而插齿则是利用切削刃的往复直线 运动实现主运动，因此，它是属于刨削的范围。③插齿有让刀机构，滚齿则没有。
（5）①合成机构：用具有两个自由度的圆柱齿轮或圆锥齿轮组成的行星机构；②作用：将来自滚刀的运 动和来自刀架的运动合成后传到工作台，使工件获得合成运动；③组成：由 m=3,z=28, β=0°的四个弧齿 锥齿轮组成。④加介轮的目的是为了控制转动方向以保证滚齿时有正确的运动方向。
滚齿机运动合成机构工作原理
（4）加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析：①主运动 B11 、展成运动与直齿齿轮加工相同；②进给运动 A21 和 B22 （螺旋线） ，齿坯 B12 —7—8— u f —9—10— A21 ， A21 —11— u y —12—7—齿坯附加转动 B22 （产生螺 旋线的内传动链） ，其中 u y 按被切齿轮的螺旋角调整。
5、齿轮的加工机床： （1）按轮齿成形原理分两大类：成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线相
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同，此发生线不需要成形运动，如铣齿、拉齿、冲齿等；展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不 吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的的包络线。 此发生线需要一个独立的成形 运动 ，刀工共同完成，如滚齿、插齿等。 （2）滚齿原理：模拟一对螺旋齿轮啮合过程。 （3）加工直齿圆柱齿轮的运动分析①主运动 B11 ，传动链：电机—1—2— uv —3—4—滚刀，其中 uv 为主 运动传动比。②展成（啮合）运动：滚刀旋转运动 B11 1/K 转（1 齿） ；齿坯旋转运动 B12 1/z 转（1 齿） 。 内传动链为：滚刀—4—5— u x —6—7—齿轮，其中 u x 为啮合运动传动比。③进给运动 A2 ：齿坯—7—8— u f —9—10—刀架升降，其中 u f 为进给运动传动比。
3、 （1）机床的构成：执行件、动力源和传动件。又可分为：①主传动部件②进给传动部件③工件安装装 置④刀具安装装置⑤支撑件和动力源。 （2）①内联系传动链： 把实现复合的成形运动的执行件与执行件联 系起来，并使其保持确定的运动关系。必须保证复合运动的两个单元运动严格的运动关系，传动链中不能 有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构。传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如滚切 齿轮工件与滚刀间的传动链。②外联系传动链：是联系运动源(电动机)和机床执行件(主轴、刀架、工作台 等)间的传动链，使执行件得到运动。 （3）传动路线表达式如下图。为了表达传动链两个末端件的转角或移 动量（计算位移）之间的数值关系，常将传动链内各传动副的传动比相连乘组成一个等式，称为运动平衡 式。传动原理图常用符号：
xa xb xc …… ；意义：使各传动件结构紧凑,便于制造。③变速组的变速要前慢后快，中间轴的转速
不宜超过电动机的转速，递降原则 ia min ib min ic min ……
1 ；意义：降速时,应避免被动轮尺寸过大 4
从而导致变速箱径向尺寸过大; 升速时,应避免扩大传动误差,应降低振动 和噪音。④降速时应前缓后急， 升速时应前急后缓；意义：应保证多数传动件在高速状态下工作。结构紧凑，各中间传递轴的最低转速应 适当高些 （3）结构式、转速图的拟定步骤及绘制方法。级比规律：变速组的级比是指主轴上同一点传往被动轴相 xi 邻两传动线的比值，用 表示，其中 xi 成为级比指数，在图中由相邻两传动线的间隔格数表示；级比指 数为 1 的变速组称为基本组，除此之外称为扩大组。注意：一个结构式可以对应一些不同的转速图， 而一个转速图只能对应一个结构式。 2、扩大变速范围的传动系统设计。 （1）扩大变速范围设计的意义：一些通用性较高的车床和镗床的变速 范围一般为 140~200，甚至超过 200，按照级比规律设计不能满足要求，所以需要扩大变速组。 （2）扩大 变速组的方式：①增加变速组，特点：导致部分转速重复。②采用背轮结构，特点：易出现超速现象。③ 采用双公比的传动系，特点：主轴转速范围的高、低段将出现转速空挡。④采用分支传动，特点：无 3、计算转速。 （1）计算转速的概念及研究意义：①计算转速：主轴或其余各传动件传递全部功率的最低 转速为它们的计算转速，用ｎj 表示；②意义：确定主变速传动系中各传动件究竟按多大的扭矩进行计 算。 （2）变速传动系统中计算转速的确定步骤：①先由表中的相应公式计算出主轴转速；②当主轴的计算 转速确定后，可以按由后往前的顺序推算出各传动轴的计算转速。方法是先找出该传动轴有几级工作转
钻
镗
磨
2磨
3磨
牙
丝
铣
刨
拉
电
割
其
②按工艺范围：通用机床、专门化机床和专用机床；③按加工精度：普通精度级、精密级和高精密级机 床；④按自动化程度：手动、机动、半自动和自动机床；⑤按质量和尺寸：仪表机床、中型、大型、重 型、超重型机床；⑥按其主要工作部件的多少：单轴、多轴或单刀、多刀机床等。 技术参数分为主参数和基本参数。尺寸系列是以公比为 1.25 的等比数列，有 250mm、320mm……1000mm 七种规格。一般要求见绪论题 3。 2、机床上工作表面的成形方法和所需运动。 答：成形方法：轨迹法、成形法、相切法、展成法。简单成形运动：由单独的旋转或直线运动构成， 例如车外圆。复合成形运动：由两个或两个以上的旋转或直线运动按照某种确定的运动关系组合而成，例 如车把手。辅助运动：与表面成形没有直接关系的运动，如切入运动、分度运动、调位运动、其他各种空 行程运动。举例说明简单主运动、简单进给运动、复合主运动和复合进给运动？ 简单主运动和简单进给运动：车外圆；复合主运动：滚齿加工；复合进给运动：车把手、车锥面。
三、机床传动设计
1、分级变速主传动系统的设计内容和步骤。 （1）转速图的基本概念：可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传 动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比等。 （2）主传动链转速图的拟定原则及意义。原则：①传动副前多后少 3 P a P b P c …… ；意义：结构 上常采用双联或三联滑移齿轮转速高扭矩小重量轻。②传动顺序与扩大顺序相一致，前密后疏