机械制造装备设计课后习题答案
第五章课后习题答案
1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？
作用：1、保证加工精度 2、提高生产率 3、扩大机床的使用范围
4、减轻工人的劳动程度，保证生产安全
5、降低成本
要求：1、保证加工精度 2、夹具的总体方案应与生产纲领相适应
3、安全、方便、减轻劳动强度
4、排屑顺畅
5、夹具应有良好的刚度、强度、结构工艺性
1.机床夹具的组成部分有哪些？
1、定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置
2、夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置
3、导向及对刀元件用于确定工件与刀具的相互位置的元件
4、动力装置
5、夹具体用于将各元件、装置连接在一块，并通过它将整个夹具安装在机床上
6、其它元件及装置
3.何为六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？它们各包括哪些方面？
六点定位原理：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。
正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，称定位的正常情况。
正常情况分为：a完全定位六个自由度全部被限制
b不完全定位少于六个自由度被限制
非正常情况：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，或某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制，称为非正常情况
非正常情况分为：a.欠定位需要限制的自由度没有完全被限制
b.过定位某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制
4、确定夹具的定位方案时，要考虑哪些方面的要求？
在多个表面参与定位时：限制自由度最多的定位面——第一定位基准面或主基准面
限制自由度较多的定位面——第二定位基准面或导向基准
限制一个自由度的定位面——第三定位基准面或定程基准
5、何谓定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？
定位误差：指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它是加工误差的一部分
产生定位误差的原因：1、基准不重合带来的定位误差
2、间隙引起的定位误差
3、与夹具有关的因素产生的定位误差
6、夹紧和定位的区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？
定位是确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。
夹紧是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作
要求： 1、夹紧必经保证定位准确可靠，不能破坏定位
2、工件和夹具的变形必须在允许的范围内
3、夹紧机构必须可靠，夹紧元件有足够的强度，刚度，手动夹紧机构应自锁，机动
夹紧有联锁保护，夹紧行程足够
4、夹紧机构操作须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯
5、夹紧机构的复杂程度，自动化程度与生产纲领和工厂条件相适应。
7、设计夹紧机构时，对夹紧力的三要素有何要求？
夹紧力方向的确定： 1、夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。
2、夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。
3、夹紧力的方向尽可能与切削力，重力方向一致，有利于减小夹紧力夹紧力的作用点的选择：1、夹紧力的作用点与支承点“点对点”对应。或在支承点确定的
范围内，以免破坏定位或造成大的变形。
2、夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。
3、夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件切
削部位的刚度和抗振性。
4、夹紧力的反作用不应使夹具产生影响加工精度的变形。
夹紧力大小的确定：夹紧力大小需要准确的场合，可经过实验来确定，通常切削力是估算的，工件与支承件间的磨擦因数也是近似的，故夹紧力可估算。
计算方法：根据静力平衡方程，求出理论夹紧力，乘安全系数，作为实际所需的夹紧力。安全系数可取S=2~3
S= S1 S2 S3 S4
8、何谓夹具的对定？为什么使用夹具加工工件时，还需要解决夹具的对定问题？
夹具的对定：在机械加工中，使夹具的定位面相对于刀具和切削运动占有一个理想位置的过程，称为夹具的对定。
夹具的对定通常包括两个方面：一是夹具的定位，即使夹具相对于切削运动有一个正确的位置；二是夹具的对刀，即使夹具相对于刀具有一个正确的位置。
原因：保证加工精度
9、使用夹具来加工工件时，产生加工误差的因素有哪些方面？它们与零件的公差有何关系？
原因：1、工件在夹具中的定位、夹紧误差
2、夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差—
—对定误差
3、加工过程中的误差，如机床几何精度，工艺系统的受力，热变形、切削振动等原
因引起的误差
公差是允许零件的尺寸、几何形状和相对位置等的最大的变动量，对于不同零件而言，都有其固定的公差值，所以，产生加工误差的因素对于公差值没有影响。
10、何谓可调整夹具？调整的方式有几种？可调整夹具适用于何种场合？
可调整夹具：夹具的某些元件可调整或可更换，以适应不同工件的加工.
调整方式：1、调节式2、更换式3、综合式4、组合式
使用场合：多品种、小批量生产
第三章课后习题答案
1、机床设计应满足那些基本要求，其理由是什么？
2、机床设计的主要内容及步骤是什么？
1、确定结构原理方案
a、用途
b、生产率
c、性能指标
d、主要参数
e、驱动方式
f、结构原理
g、成本及生产周期
2、总体设计
a 、总体设计的内容运动功能设计、基本参数设计、传动系统设计、总体机构布局设计、控制系统设计
b 、总体方案综合评价与选择
c 、总体方案的设计修或优化
3、机构设计
4、工艺设计
5、机床整机综合评价
6、定型设计
3、机床设计的基本理论有哪些？其定义、原理、要求如何？
1、机床的运动学原理
定义：研究、分析和实现机床期望的加工功能所需的运动配置
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
2、精度
定义：机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等
3、刚度
定义:机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。
4、抗振性
定义：机床抗振性指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。
5、热变形
产生原因：机床工作时受到内部热源（如电动机、液压系统，机械磨擦副，切削热）和外部热源（如环境温度，周围热源辐射等）的影响，使机床各部分温度发生变化，因不同的材料的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同，导致机床产生热变形。
6、噪声
噪声：机床工作时产生各种不同的振动，这些不同频率，不同振幅的振动将产生不同频率、不同强度的声音，这些声音无规律地组合在一起即成为噪声。
7、低速运动平稳性
爬行：机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。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，时快时慢的现象——爬行。
4、机床系列型谱的含义是什么？
机床系列型谱就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与机构相似性的表
5、机床的基本工作原理是什么？
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
6、工件表面的形成原理是什么？
任何一个表面都可以看成是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线，前者称为母线，后者称为导线。而加工表面的发生线是通过刀具切削刃和工件接触并发生相对运动而形成的。
7、工件表面发生线的形成方法有哪些？
发生线的形成的四种方法：轨迹法（描述法）、成形法（仿形法）、相切法（旋切法）、展成法（创成法）。
8、工件表面的形成方法是什么？
是母线形成方法和导线形成方法的组合。因此，加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。
9、机床的运动功能有哪些？
10、机床的主运动与形状创成运动关系如何？进给运动与形状创成运动的关系如何？
成形运动：完成一个表面的加工所必需的最基本的运动
成形运动分为：1、主要运动：它是切除加工表面上多余的金属材料的主要运动，运动速度高
2、形状创形运动：它的功能是用来形成工件加工表面的发生线。
当形状创形运动中不包含主运动“形状创形运动”与“进给运动”两词等价；当形状创形运动中包含主运动“形状创形运动”与“成形运动”两词等价。
11、机床上复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何？
复合运动：与其它运动之间有严格的运动关系。
内联系传动链：传动链的两个末端件的转角或位移量之间如果有严格的比例关系要求，这样的传动链称为内联系传动链
运动轴的联动：各运动轴之间由一定的比例关系实现共同运动
关系：对机械传动的机床来说，复合运动是通过内联系传动系来实现的。对于数控机床，复合运动是通过运动轴的联动来实现的
12、机床运动功能法案设计的方法及步骤如何？
1、工艺分析
对所设计的机床的工艺范围进行分析（普通机床，加工对象为工件群，选几个典型工件进行分析）选择确定加工方法（同一个表面有多种加工方法）
2、选取坐标系
坐标系的规定：用直角坐标系，沿X、Y、Z轴的直线运动符号及运动量仍用X、Y、Z 表示，绕X、Y、Z轴的迴转运动用A、B、C表示，其运动量用α、β、γ表示。
3、写出机床运动功能式
方法：左边写工件W、右边写刀具T、中间写运动，按运动顺序排列，用“/”分开
4、画出机床运动功能图
运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的依据。
5、绘制机床传动原理图
机床的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动
关系。
传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。
13、数控机床的坐标系如何选取？
数控机床的坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，规定直角坐标X、Y、Z三者的关系及其正方向用右手定则制定。
标准规定：平行于主轴的坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正向（+Z），X轴为水平方向，且垂直于Z轴。
14、机床运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？
运动功能式表示机床的运动个数、形式（直线运动X、Y、Z或迴转运动A、B、C）、功能（主运动p、进给运动f、非成形运动a）及排列顺序。
运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的依据
15、虚拟轴机床的原理是什么？有哪些特点？
虚拟轴机床又称并联机床 ,实质上是机器人技术和机床技术相结合的产物。
特点：1、优点：比刚度高、响应速度快及运动精度高。
2. 缺点：运动空间小、空间可转角度（灵活性）小、开放性差
17、机床的传动原理如何表现？它与机床运动功能图的区别是什么？
传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。
机床的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。
18、机床运动分配式的含义是什么？
运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用“·”符号表示，“·”符号左侧的运动由工件完成，右侧的运动由刀具完成。机床的运动功能式中添加上“·”接地符号后，称为运动分配式。
19、机床总体结构概略设计过程大致如何？
①确定末端执行件的概略形状与尺寸。
②设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式，概略尺寸选择并确定导轨的类型及尺寸。
③根据导轨接合部的设计结果和该运动的行程尺寸，同时考虑部件的刚度要求，确定下一个功能部件（即滑台侧）的概略形状与尺寸。
④重复上述过程，直到基础支承件（底座、立柱、床身等）设计完毕。
⑤若要进行机床结构模块设计，可将功能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规划，进行模块提取与设置。
⑥初步进行造型与色彩设计。
⑦机床总体结构方案的综合评价。
20、机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？
机床主参数：代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。《GB/T15375-94 金属切削机床型号编制方法》
尺寸参数—指机床的主要结构尺寸参数,包括: ①与被加工件有关的尺寸：
②标准化工具或夹具的安装面尺寸
21、机床的运动参数如何确定？驱动方式如何选择？数控机床与普通机床确定方法有什么不同？
1、主运动参数
迴转式主运动的机床其主运动参数为主轴转速
① 最低（nmin ）和最高（nmax ）转速的确定
②主轴转速的合理排列 ③标准公比φ值和标准转速数列 ④公比的选用 ⑤变速范围Rn ，公比φ和级数Z 的关系
2、进给量的确定
3、变速形式与驱动方式选择 驱动方式：电动机驱动、液压驱动 驱动方式的选择主要是根据机床的变速形式和运动特
性要求来确定的。 数控机床一般采用伺服电动机无机变速形式 其他机床多采用有级变速形式或无极与有级变速的组合形式
22、机床的动力参数如何确定？数控机床与普通机床的确定方法有什么不同？ 动力参数：机床驱动的各种电动机的功率或扭矩。
通过类比法、相似机床试验法和计算方法确定
对于数控机床的进给运动，伺服电动机按扭矩选择
23、机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？
1、按驱动主传动的电动机类型
2、按传动装置类型
分机械传动、液压传动、电气传动、以及它们的组合
3、按变速的连续性
分级变速传动和无级变速传动
24、什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系的各传动组的级比指数有什么规律？
级比：指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值
或：变速组内相邻传动比之比，即较大的传动比与相邻的较小传动比之比
级比指数：级比中的指数Xi 值，它的物理意义为相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格
数
设计时要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级比指数为1，称此变速组为
m N P T f f f ?=电
电η9550???????????????直流电机变频调速无级调速交流多速交流调速交流单速交流交流电机电动机驱动)(),,2,1,0( )()(min max j i u u R i i i ==
基本组。基本组的级比指数用X0表示，X0=1，第二扩大组的作用是将第一扩大组扩大的变速范围第二次扩大，其级比指数为X2等于基本组的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积如有更多的变速组，则依次类推。
34、数控机床主传动系设计有哪些特点？
数控机床主传动系设计特点：1、主传动采用直流或交流电动机无级调速
2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计
3、数控机床高速主传动设计
35、进给传动系设计要能满足的基本要求是什么？
进给传动系设计应满足的基本要求： 1、足够的静刚度和动刚度。 2、良好的快速响应性，低速微量进给不爬行，运动平稳，灵敏度高。
3、抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动冲击。
4、足够的调速范围：保证实现所要求的进给量，适应不同材料，不同刀具，不
同零件要求的加工，传递较大扭矩。
5、传动精度、定位精度要高。
6、结构简单，加工、装配工艺性好，调整维修方便，操纵轻便灵活。
36、试述进给传动与主传动相比较，有哪些不同的特点？
1、进给传动是恒扭矩传动（驱动进给运动的传动件是恒扭矩传动）
2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速
故各传动件（包括轴和齿轮）受的扭矩为：
Ti=T 末·n 末/ni=T 末·ui
3、进给传动的转速图为前疏后密结构
4、进给传动的变速范围 降 ，变速范围Rn ≤14
37、进给伺服系的驱动部件有哪几种类型？其作用和应用范围怎么样？
伺服驱动部件：1、步进电机：将电脉冲信号变换成角位移（或线位移）的一种机电式数模 转换器
适用于中、小型机床和速度季度要求不高的地方
2、直流伺服电机：一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装 置
常用于高速轻载的小型数控机床中
3、交流伺服电机：将电动机的电压矢量或电流矢量作操作量，控制其幅值 和相位
常用于中小型数控机床
38、试述滚珠丝杠螺母机构的特点，其支撑方式有哪几种？
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
载荷特点：主要承受轴向载荷，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，采用角接触轴承或 双向推力园柱滚子与滚针轴承的组合。
滚珠丝杠的支承方式：1、一端固定，一端自由：用于短丝杠与竖直丝杠
2、 一端固定，一端简支：用于较长的卧式安装丝杠
3、两端固定：用于长丝杠或高转速，要求高抗压刚度场合
39、主轴部件应满足那些基本要求？ 主轴部件应满足的基本要求：
升进8.251≤≤μ
1、旋转精度：概念：主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，在
安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。
影响因素：旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度径向跳动影响因素：主轴轴颈的园度、轴承滚道及滚子园度、主轴及回转件的动平衡。
轴向跳动影响因素：轴承支承端面，轴肩的垂直度，止推轴承的滚道及滚子误差。
轴、径向跳动影响因素：主轴主要定心面的轴、径向跳动（锥孔误差，mol精度。）
2、刚度：概念：主轴部件的刚度指其在外载荷作用下抵抗变形的能力
静刚度：作用力是静力引起的弹性变形
动刚度：作用力是交变力引起的弹性变形
影响因素：主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型和数量、预紧和配置形式、传动件的布置方式、主轴部件的制造和装配质量
3、抗振性：概念：抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力
影响因素：主轴部件的静刚度，质量分布及阻尼
4、升温和热变形
5、精度保持性：概念精度保持性指长期地保持其原始制造精度的能力
影响因素磨损，主轴轴承、轴颈表面、装夹工件刀具的定位表面的磨损
40、主轴轴向定位方式有哪几种？各有什么特点？适用场合？
（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支承处
特点：在前支承处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度。适用范围：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床
（2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支承处。
特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度
适用范围：用于普通精度机床，立铣，多刀车床。
（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承处
特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀
适用范围：用于短主轴，如组合机床
（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧
特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支承结构复杂，温升可能较高。
47、在支承件设计中，支承件应满足那些要求？
支承件应满足的基本要求
1、有足够的刚度和较高的刚度/质量比
2、较好的动态特性、较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼。
3、热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。
4、排屑通畅，吊运安全，良好的结构工艺性。
48、支承件常用的材料有哪些？有什么特点？
1、铸铁
一般支承件用灰铸铁制成，铸铁铸造性能好，容易获得复杂结构的支承件，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。
2、钢板焊接结构
用钢板和型钢等焊接支承件，制造周期短，可制成封闭结构，刚性好，便于产品更新和结构改进，且固有频率比铸铁高，在同刚度情况下，可减轻重量。
3、预应力钢筋混凝土
主要用于制作补偿移动的大型机械机身、底座、支柱等支承件。预应力钢筋混凝土
支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本低。缺点是脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松
4、天然花岗岩
性能稳定，精度保持性好，抗振性好，阻尼系数比钢大15倍，耐磨性比铸铁高5~6倍，导热系数和线胀系数小，热稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的精度和很低的表面粗糙度值
5、树脂混凝土（人造花岗岩）
刚度高；具有良好的阻尼性能，抗振性好；热容量大，热传导率低，热稳定性高，密度小，质量小，可获得良好的几何形状精度，表面粗糙度值较低，耐腐蚀性好，与金属粘结性强。
49、根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支撑件上的肋板和肋条？
1、空心截面的刚度比实心大，故支承件用中空形状
2、圆环形截面抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低
3、封闭截面的刚度大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度
肋板的布置取决于支承件的受力变形方向。
水平肋板：提高支承件水平面内弯曲刚度
垂直肋板：提高支承件垂直面内的弯曲刚度
斜向肋板：同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度
肋条：一般配置在支承件某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，提高局部刚度。
50、提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施？
提高支承件结构刚度的主要方法是：根据支承件受力情况合理的选择支撑件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的分布肋板和肋条。
提高动态性能的方法：1、改善阻尼特性2、采用新材料制造支承件
51、导轨设计中应满足什么要求？
导轨应满足的基本要求
1、导向精度指动导轨运动轨迹的准确度
2、承载能力大，刚度好，根据承受载荷的性质，方向和大小，合理选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨有足够的刚度，保证机床的加工精度。
3、精度保持性好，导轨原始精度丧失的主要原因是磨损
4、低速运动平稳动导轨作低速运动或微量进给时，运动始终平稳，不出现爬行现象。
5、结构简单、工艺性好，易于加工
52、镶条和压板有什么作用？
压板：压板用来调整辅助导轨面的间隙，承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙
镶条：镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小的一侧53、导轨的卸荷方式有哪几种？各有什么特点？
1、机械卸荷
2、液压卸荷导轨
3、自动调节气压卸荷导轨
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