机械制造装备控制

第一章绪论什么是机械制造装备？机械制造装备应具备的主要功能*：一般的功能要求（精度、强度/刚度/抗振性……5项），柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节约材料、符合工业工程要求、符合绿色工程要求。总复习机械制造装备的分类*：大致可划分为加工装备（切、锻、特）、工艺装备（刀、夹、模、量）、仓储传送装备（？）和辅助装备四大类（？）。机械制造装备设计类型：分为创新设计、变型设计和模块化设计、（系列化设计）等类型*。设计方法：系列化、模块化、合理化工程。机械制造装备设计的评价**：技术经济评价可靠性评价人机工程学评价结构工艺性评价产品造型评价标准化评价思考题：1、对机械制造装备如何进行分类？2、机械制造装备设计有哪些类型？3、设计的评价主要有哪些？各自的核心思想是什么？哪些比较重要？为什么？第二章金属切削机床设计2.1概述什么是金属切削机床？常见有哪些？**机床设计应满足的基本要求：工艺范围、柔性…13项*了解：机床模块化设计方法、机床的设计步骤2.2金属切削机床设计的基本理论运动学原理发生线：母线、导线（可互换性？）**发生线形成方法：四种，可辨别**机床运动分类：直/回、非/成形、独立/复合*主运动、形状创成运动、进给运动，给定机床能找出各运动可辨别*图中各加工方法哪是主运动、哪是创形、哪是进给。创形：要么是主运动，要么是进给运动。坐标系XYZ，UVW，ABC，给定机床标识各坐标轴**运动功能式与运动原理图：给定前者画后者或反之***运动功能分配：分配的原则、表述方法，对机床机构的影响**给定实际机床，写运动功能式与运动原理图（含接地表达）**了解：传动原理图机床运动功能方案设计步骤*第二章金属切削机床设计练习：写出如图机床运动功能式及运动原理图精度的内容：几何精度、运动精度……*刚度:主要影响因素*振动：两种形式、主要影响因素*热变形：影响度、控制措施*噪声：低速平稳性：产生原因及控制措施*2.3金属切削机床总体设计机床总体设计的步骤：以下四步**机床系列型谱的制订：什么是基型系列*机床运动功能的设置总体结构方案设计机床主要参数的设计主参数与尺寸参数*运动参数：nmax、nmin、R、φ、Z***样题：400mm卧式车床，刀具最大切削速度200m/min，最小切削速度1.5m/min，卧式车床K1=0.5，K2=0.25。求最大最小主轴转速及变速范围。φ、Z？主轴转速采用等比数列排列的原因：减少速度损失，经典公比数1.06、1.12、1.26、1.41、1.58*Rn、φ及级数Z的关系***：动力参数：主电机功率构成**进给进给驱动的型式*什么情况下进给电机需考虑惯性力？第二章金属切削机床设计2.4主传动系设计主传动系设计应满足的基本要求主传动系分类与传动方式：集中与分离传动的优缺点*分级变速主传动系设计分级变速主传动系的设计步骤根据转速图写结构式或相反***12=21×22×34第二章金属切削机床设计主轴的极限变速范围：1/4≤u≤2，给定速度图判断超限与否（上页图）***转速图设计一般原则：前多后少、传动顺序与扩大顺序相一致、速降前慢后快，中间轴转速不超过电机转速***设计转速图***第二章金属切削机床设计例：设计一个12级转速的车床主传动系统，公比φ=1.41，主轴最高转速1440rpm，电机转速1440rpm，电动机与主轴箱之间带传动，设计其转速图。∵Z=12∴R=1.41e11=44∴nmin=1440/44=31.5结构式：12=31×23×26从结构式看需4轴，考虑皮带传动则一共为5轴完成转速图框架考虑到前缓后快，最后一级速降四格跳6格，所以升速为2也满足要求考虑到前缓后快，第二级速降3格第一级速降2格最后2格给皮带传动电IIIIIIIV第二章金属切削机床设计特殊情况：多速电机驱动、交换齿轮、公用齿轮*扩大变速范围的方法：加组、背轮、双公比、分支传动**齿轮齿数的确定**同一传动副模数相同则齿数和Sz相同最大与次大齿数之间的齿数差应大于或等于4。20~18minZ第二章金属切削机床设计计算转速:***•定义•中型通用机床的计算转速：从最低速往上1/3•传动轴与传动齿轮计算转速的确定了解：变速箱空间布置与计算：轴向固定、刚度第二章金属切削机床设计无级变速主传动系无级变速装置的分类及特点：变速电机、机械无级变速、液压无级变速*无级变速主传动系设计原则：三条*数控机床主传动系设计电机无级调速**驱动电机与主轴功率特性匹配设计：三种匹配情况***高速主轴部件标准化、模块化设计柔性化、复合化并联机床数控机床转速图设计***第二章金属切削机床设计思考题：数控机床，nmax=4000rpm，nmin=40rpm，nj=180rpm，直流电机，P电=15kW，电机额定转速1500rpm，最高转速4500rpm。设计分级变速箱传动系—转速图。解：1）电机变速范围：Rd=4500/1500=32）主轴恒功率变速范围：Rn=4000/180=22.23）需要的机械变速范围：Rf=22.2/3=7.44）机械变速公比与级速：7.4=φf(Z-1)5）机械变速公比必须满足，不然会造成主轴恒功率速度范围不能落在：180-4000内。所以机械公比必须是7.4的整数次方。两种方案φf=2.72、Z=3或者φf=7.4Z=26)先看第一种方案：以180rpm为中心，公比2.72向上反推。找出各速度点490,1332,36227）从180向1500反推注意降速比别超4，升速比别超2。取180对应720，速比4，这时升速1332/720=1.85小于2。带轮速降1500/720=2.088）验算高速区:4500/2.08*1.85=4000所以1500-4500对应180-4000没有问题。9）完善转速图主轴40rpm对应电机333rpm10）绘出功率特性图，并指明重叠区:第二方案略第二章金属切削机床设计2.5进给传动系设计应满足的基本要求组成应满足的基本要求（相对于主轴）进给传动系设计特点有哪些？**恒扭矩计算转速是最高转速转速图前疏后密变速范围：Rn≦14常采用间隙消除快速空程微量进给第二章金属切削机床设计电气伺服进给系统分类：开环、闭环、半开环*驱动部件：步进、直流伺服、交流伺服、直线电机*伺服进给系统的机械部件（了解）速降比齿轮传动间隙消除滚珠丝杠及其支承拉压刚度计算滚珠丝杠间隙消除滚珠丝杠的预拉伸思考题：•机床设计的基本理论包括哪些内容？•工件表面的形成方法？•机床运动功能式的含义是什么？•分析图2-4所示各种机床的运动原理图。说明各个运动的所属类型、作用及工件加工表面的形成方法什么是传动组的级比和级比指数？级比指数选取有何规律？某车床主轴转速n=40-1800rpm，公比1.41，电机转速1440rpm，请：拟定结构式、转速图，确定齿轮齿数。试从公比1.26，Z=18的各种传动方案中确定最佳方案，写出结构式，画出转速图。求图2-62中各轴、齿轮计算转速。按普通车床考虑。第三章典型部件设计：3.1主轴部件设计主轴部件的组成**应满足的基本要求：旋转精度、刚度、抗振性、温升和热变形、精度保持性**主轴部件的传动方式*齿轮传动：缺点？带传动（同步带）：特点？应用场合直接驱动：特点、应用场合主轴部件结构设计主轴部件的支承数目推力轴承的配置型式：前、后、两端、中*主轴传动件位置的合理布置原则*：传动件靠近前支撑、传动力产生变形部分抵消切削力变形主轴的主要结构参数*：前、后轴径，前端悬伸量、支承跨距，内孔直径等主轴结构一般特征：空心、前大后小主轴轴承的主要形式：滚动、动压、静压、空气、磁浮等**对主轴轴承的要求：旋转精度高、刚度高、承载能力强、极限转速高、适应变速范围大、摩擦小、噪声低、抗振性好、使用寿命长、制造简单、使用维护方便等（不说出不少于4种）*主轴滚动轴承常用的滚动轴承，及各自的特点***:角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、双向推力角接触球轴承、陶瓷滚动轴承主轴轴承配置型式：速度型、刚度型、速度刚度型**滚动轴承精度选择原则：前轴承应比后轴承高一个精度等级*轴承的预紧：预紧等级、预紧类型、双列短圆柱滚子轴承预紧方式（两种）、角接触球轴承的预紧方式（三种）**轴承的润滑与密封：润滑剂类型、脂润滑特点、油润滑特点、油润滑的方式**主轴常用材质：45钢，40Cr、20Cr、38CrMoALA、65Mn**主轴材料热处理：调质、淬火、渗（碳）氮主轴滑动轴承滑动轴承的特点滑动轴承的类型动压轴承：原理、型式、特点*静压轴承：原理、优缺点**气体静压轴承：主轴磁浮轴承主轴知识综合运用：挑错3.2支承件设计支承件指哪些件？**支承件应满足的基本要求：4条**支承件的结构设计支承件承受的载荷类型支承件截面形状与选择：方与圆、空/实心、开口、抗弯、抗扭**按抗弯排队？按抗扭排队？筋板与筋条的布置支承件壁厚的选择支承件的材料铸铁特点：*焊接件特点：*预应力钢筋混凝土：特点*天然花岗岩：特点*人造混凝土特点：*提高支承件结构性能的措施提高静刚度和固有频率：材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的布置肋板和肋条*提高动态特性：提高阻尼的方法*提高热稳定性*3.3导轨设计导轨的功能、类型及应满足的基本要求**功能类型应满足的要求导轨截面形状与间隙调整直线导轨截面形状及特点：矩形、三角、燕尾、圆柱**环形导轨导轨的组合形式导轨的间隙调整：压板调整、镶条调整、导向板调整**导轨的结构类型和特点滑动导轨：特点、提高耐磨性的措施**静压导轨：原理、特点**卸荷导轨：类型、原理、特点**滚动导轨：特点、类型、**导轨的设计提高导轨精度、刚度、耐磨性的措施*合理选择导轨的材料和热处理预紧润滑与防护磨损控制3.4刀架与自动换刀装置设计认识几种典型的刀架四方刀架转塔刀架自动转位刀架排刀刀架链式刀库第三章典型部件设计思考题：主轴轴向定位方式(推力轴承位置)有哪几种？各自特点？适用场合？动压轴承的工作原理静压轴承的工作原理导轨设计应满足哪些要求？镶条和压板的作用？提高导轨耐磨性的措施？卸荷的方式有哪几种？各自什么特点？第四章工业机器人的设计第一节概述第二节工业机器人运动功能设计第三节工业机器人传动系统设计第四节工业机器人机械机构系统设计第五节工业机器人的控制第六节工业机器人在机械制造系统中的应用4.1概述概念：机器人—模仿人的动作及行为的机器。工业机器人是用于工业生产的机器人。工业机器人是一种生产装备，基本功能是提供作业所需的运动和动力，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。工业机器人的组成:1）操作机、2）驱动单元、3）控制装置*工业机器人的分类(按结构方式分)：a）关节型机器人、b）球坐标型机器人、c）圆柱坐标型机器人、d）直角坐标型机器人**运动原理图，用符号表示**。坐标变换，机器人运动学和控制的基础。工业机器人的主要特性**根据国标GB/T12644-2001的规定，有13项主要特性：坐标型式运动自由度数各自由度的动作范围各自由度的动作速度额定负载精度其它（用途、外形尺寸、驱动方式、控制、编程方法、分辨率、环境条件等）第二章金属切削机床设计4.4工业机器人机械结构系统设计机械结构的组成及特点**工业机器人的手臂和机座手臂结构设计要求*机座结构设计要求*驱动方式及其特点**典型手臂结构：液压驱动圆柱坐标型、电动机驱动机械传动圆柱坐标型、PUMA机器人手臂、带谐波减速器的机器人手臂工业机器人的手腕手腕设计要求*手腕典型结构：诱导运动*工业机器人的手部（末端执行器）设计要求*典型结构：三类*与数控机床的区别？**如何