机械制造装备设计复习资料

《机械制造装备设计》通考宝典

第一章机械制造及装备设计方法

1.机械制造装备一般功能要求有哪些？

加工精度方面的要求；强度、刚度和抗振性方面的要求；加工稳定性方面的要求；耐用度方面的要求；技术经济方面的要求

2.柔性化的含义及其措施

柔性化有两重含义，即产品结构柔性化和功能柔性化

产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地满足市场需求的，具有不同功能的新产品。

功能柔性化是指只需进行少量的调整或修改软件，就可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。

3.机电一体化的含义（内涵）

机电一体化是指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体优化的方法，有机地组成的最佳技术系统。

4.机械制造装备类型（包括哪些）

加工装备：金属切削机床，特种加工机床，锻压机床

工艺装备：刀具，模具，夹具，量具

仓储传送装备：仓储，物料传送装置，机床上下料装置

辅助装备：清洗机，排屑装置

5.机械制造装备设计的类型及其特点

创新设计：一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量

变型设计：变型设计不是无序地进行设计，而是在系列型谱的范围内有依据地进行设计

模块化设计：对一定范围内不同性能，不同规格的产品进行功能分析，划分一系列的功能模块，而后组合而成的

6.创新设计四步骤（阶段）

产品规划，方案设计，技术设计，工艺设计

7.系列化设计应遵循的“四化”原则

产品系列化，零部件通用化，标准化，结构的典型化

8.提高机床加工精度措施

第二章金属切削机床设计

1.机床的精度包括哪几个（哪些内容）

几何精度，运动精度，传动精度，定位精度和重复定位精度，工作精度，精度保持性

2.机床的热变形有哪些危害，减少热变形的主要措施

危害：热变形不仅会破坏机床的原始几何精度，加快运动件的磨损，甚至会影响机床的正常运转

措施：减少热源的发热量；将热源置于易散热的位置，或增加散热面积和采用强制冷却；采用热管等将温升较高部位的热量转移至温升较低部位；也可以采用温度自动控制、温度自动补偿及隔热等措施。

3.解释下爬行现象，以及减轻爬行现象措施

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，从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。这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。

措施：为防止爬行，在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差，提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。

4.传动系统设计为何采用等比级数排列（有什么好处，要求）

主要原因如下：如某一工序要求的合理转速为n，但在Z级转速中没有这个转速，n处于n j和n j+1之间，即n j

的n j+1，由于过高的切削速度会使刀具寿命下降。

5.集中传动和分离传动的特点

主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，称为集中传动方式。其特点是结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，称为分离传动方式。其特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。

6.扩大变速范围的4种方法及其特点

增加变速组：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。

采用背轮机构：扩大极限变速范围来扩大总变速范围R

采用双公比的传动系：主轴的转速数列有两个公比，转速范围中经常使用的中段采用小公比，不经常使用的高、低段用大公比。

采用分支传动：采用分支传动方式除了能较大地扩大变速范围外，还具有缩短高速传动路线、提高传动效率、减少噪声的优点。

7.电气伺服系统控制的3种类型及特点

开环伺服驱动系统：定位精度较低，一般在（±0.01~±0.02）mm；

但系统简单，调试方便，成本低。适用于精度要求不高的数控机床中。闭环控制系统：运动精度高，但调试维修都较困难，成本也较高，用于精密型数控机床上。

半闭环控制系统：该系统不直接测量工作台的位移，而是通过检测电动机或丝杠的转角，间接测量工作台的位移。

第三章典型部件设计

1.主轴部件的作用及其应满足的基本要求

作为机床的执行件，它的功能是支承并带动工件或刀具旋转进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面成形运动。

基本要求：旋转精度，刚度，抗振性，温升和热变形，精度保持性

2.主轴传动的3种方式及其特点

齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。

带传动：靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。

电动机直接驱动：由于主轴单元大大简化了结构，有效地提高了主轴部件的刚度，降低了噪声和振动，有较宽的调速范围，有较大的驱动功率和转矩，便于组织专业化生产，因此广泛地用于精密机床、高速加工中心和数控车床中。

3.主轴轴承布置的配置类型及其特点

速度型：主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联）。角接触轴承具有良好的告诉性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床。

刚度型：前轴承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷，60

角接触双列推力球轴承承受轴向载荷，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转速和切削负载较大、要求刚度高的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。

刚度速度型：前轴承采用三联角接触球轴承，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，收成主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大的支承跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。

4.主轴传动件位置的合理布置的原则和方法

传动件在主轴上轴向位置的合理布置：原则是传动力F Q引起的主轴弯曲变形要小，引起主轴前轴端在影响加工精度敏感方向上的位移要小。方法是主轴上传动件轴向布置时，应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大传动件应靠近前支承。

驱动主轴的传动轴位置的合理布置：原则是主轴收到的驱动力F Q相对于切削力F P的方向，取决于驱动主轴的传动位置。方法是应尽可

能将该驱动布置在合适的位置，使驱动力引起的主轴变形可抵消一部分因切削力引起的主轴轴端精度敏感方向上的位移。

5.常用主轴轴承的类型及特点

滚动轴承、液体动压轴承、液体静压轴承、空气静压轴承，自调磁浮轴承等。

常用滚动轴承及其特点：

角接触球轴承：极限转速较高，可以同时承受径向和一个方向的轴向载荷，接触角越大，可承受的进给力越大，角接触球轴承必须成组安装，以便承受两个方向的进给力和调整轴承间隙或进行预紧。

双列短圆柱滚子轴承：内圈有1:12的锥孔，与主轴的锥形轴径相匹配，轴向移动内圈，可以把内圈胀大，用来调整轴承的径向间隙和预紧;轴承的滚动体为滚子，能承受较大的径向载荷和较高的转速；轴承有两列滚子交叉排列，数量较多，因此刚度很高；不能承受轴向载荷。

圆锥滚子轴承：圆锥滚子轴承有单列和双列两类，每类又有空心和实心两种。单列圆锥滚子轴承可以承受径向载荷和一个方向的轴向载荷。双列圆锥滚子轴承能承受径向载荷和两个方向的轴向载荷。

推力轴承：推力轴承只能承受轴向载荷，它的轴向承载能力和刚度较大。由于滚道深度较小，为防止滚道的激烈磨损，推力轴承允许的极限转速较低。

双向推力角接触球轴承：双向推力角接触球轴承转动时，滚道体的离

心力由外圈滚道承受，允许的极限转速比上述推力球轴承高。

陶瓷滚动轴承：在高速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚动轴承相比：质量小，作用在滚动体上的离心力及陀螺力矩较小，从而减小了压力和滑动摩擦；滚动体线胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；弹性模量大，轴承的刚度增大。

磁浮轴承：无机械磨损，理论上无速度限制；运转时无噪声、温升低、能耗小；不需要润滑，不污染环境，省掉一套润滑系统和设备；能在超低温和高温下正常工作，也可用于真空、蒸汽及腐蚀性环境中。

6.主轴轴承的预紧（为什么预紧，作用）

预紧时是提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性的重要手段。所谓预紧就是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。

7.支承件功能，常用材料有哪些

保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动精度，并保证机床有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。

材料有铸铁，钢板焊接结构，预应力钢筋混凝土，天然花岗岩，树脂混凝土

8.支承件中肋条、肋板作用

肋板是指连接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件承受载荷，加强支承件的自身和整体刚度。

一般将肋条配置于支承件某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，用来提高支承件的局部刚度。

9.导轨的功能及基本要求

导轨的功用时承受载荷和导向。

基本要求：精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低等。

第五章机床夹具设计

1.夹具的功能

保证加工精度；提高生产率；扩大机床使用范围；减轻工人劳动强度，保证生产安全。

2.机床夹具的基本组成

定位元件及定位装置；夹紧元件及夹紧装置；导向及对刀元件；动力装置；夹具体；其他元件及装置

3.什么是定位，什么是夹紧？

定位：通过夹具元件使工件获得一个正确的位置，为定位。

夹紧：保持工件在加工过程中位置不变，称为夹紧。

夹紧装置的要求:（1）夹紧不能破坏工件的正确位置。（2）夹紧力适当，不使工件变形。（3）结构简单、操作方便、结构工艺性好。

4.常用的夹具定位元件，怎么工作的？

见P277图。