机械制造装备设计复习资料

机械制造装备设计复习资料2013级第一章机械制造及装备设计方法1.机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什么？P5答：除了一般的功能要求外，应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求。2.对机械制造装备如何进行分类？P7－P12答：大致可以划分为：加工装备、工艺装备、仓储输送装备和辅助装备四大类。①加工装备：金属切削机床、特种加工机床、快速成形机床、锻压机床、塑料注塑机等；②工艺装备：刀具、模具、夹具、量具等；③仓储输送装备：仓储、物料输送装置和机床上下料装置；④辅助装备：清洗机和排屑装置。3.哪些产品宜采用系列化设计方法，为什么？有哪些优点？P21答：产品及原因：例如车床、摇臂钻床、铣床等，在加工尺寸、加工件的机构和材料。精度要求等方面的要求是相差很多的，不可能用单一规格的产品去满足市场的需求。为了缩短产品的设计、制造周期，降低成本，保证和提高产品的质量，在产品设计中应遵循系列化设计的方法，以提高系列产品中零部件的通用化和标准化程度。系列化设计的优点有：1、可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求；2、可大大减少设计工作量，提高设计质量；3、产品有较高的结构相似性和零件的通用性；4、零备件的种类少，系列中的产品结构相似便于进行产品的维修，改善售后服务质量。5、为开展变形设计提供技术基础。系列化设计的缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，用户只能在系列型普内有限的品种规格中选择所需的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另一方面有些功能还不能冗余。4.系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什么？公比选得过大或过小会带来哪些问题？P22答：选取原则产品的主参数应尽可能采用优先数系。主参数系列公比如选得较小，则分级较密，有利于用户选到满意的产品，但系列内产品的规格品种较多，系列化设计的许多优点得不到充分利用；反之，则分级较粗，系列内产品的规格品种较少，可带来系列化设计的许多优点，但为了以较少的品种满足较大使用范围内的需求，系列内每个品种产品应具有较大的通用性，导致结构相对复杂，成本会有待提高，对用户来说较难选到称心如意的产品。5.哪些产品宜采用模块化设计方法，为什么？有哪些优点？P23－P24答：1.方式批量大；2.或是大多数功能段需要用到的部件；3.结构大都相同或相似的产品以上三类产品宜模块化设计：优缺点：1.不会出现相同或相似结构的产品在不同设备以及不同时间段上不一致；2.减少重复设计；3.可以批量生产或提前库存，缩短交货期；4.模块化后产品可以不断升级，不断优化设计以及加工人员的对产品的认识；5.形成模块化后的产品，可以设计标准化、工艺标准化、历程标准化、加工工装刀具标准化、供应商以及外协方标准化。6.缺点，对于部分产品，如小型产品或低端产品成本会增加；第二章金属切削机床设计1.机床设计应满足哪些基本要求，其理由是什么？P49答：（1）工艺范围（2）柔性:机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性（功能柔性）和时间上的柔性（结构柔性）。（3）与物流系统的可接近性:可接近性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑）流动的方便程度。（4）刚度:加工过程中，在切削力作用下，抵抗刀具相对与工件在影响加工精度方向变形的能力，包括静刚度、动刚度、热刚度。（5）精度:机床的精度主要是指机床的几何精度和工作精度。（6）噪声（7）成产率和自动化（8）成本（9）生产周期（10）可靠性(11）造型与色彩2.机床系列型谱的含义是什么？P67答：每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。3.机床的基本工作原理是什么？P53答：通过刀具与工件之单位相对运动，刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的几何形状和尺寸。4.工件表面的形成原理是什么？P54答：任何一个表面都可以看做是一条曲线（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。5.工件表面发生线的形成方法有哪些？P54答：工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动面形成的。有如下4种方法：1、轨迹法（描述法）2、成形法（仿形法）3、相切法（旋切法）4、展成法（滚切法）6.分析图2-14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。P58掌握abcde答：图2-4a是车床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Zf和Xf为进给运动。对于一般的车床，Cp仅为主运动；对于有螺纹加工功能或有加工非圆回转面（如椭圆面）功能的数控车床，则Cp一方面为主运动，另一方面Cp可与Zf组成复合运动进行螺纹加工，或Cp可与Xf组成复合运动进行非圆回转面加工，称这类数控车床具有C轴功能。图2-4b是铣床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Xf、Yf和Zf为进给运动。图2-4c是平面刨床的运动原理图，往复直线运动Xp为主运动；直线运动Yf为进给运动；直线运动Za为切入运动。图2-4d是数控外圆磨床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；回转运动Cf、直线运动Zf和Xf为进给运动；回转运动Ba为砂轮的调整运动。当Xf和Zf组成复合运动时，用碟形砂轮可磨削长圆锥面或任意形状的回转表面；Cf和Zf组成复合运动时，可进行螺旋面磨削。在进行长轴纵向进给磨削时，Xf应改为Xa，为切入运动，但在进行横向进给磨削端面时，Xf为横向进给运动，Zf应改为Za，为切入运动。若一个运动既可为进给运动又可为非成形运动，则用进给运动符号表示。图2-4e是摇臂钻床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Zf为进给运动；回转运动Ca、直线运动Za及Xa为调整运动，用来调整刀具与工件的相对位置。7.机床的传动原理图如何表示？它与机床运动原理图的区别是什么？P61答：机床的运动原理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。若将动力源与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是传动原理图。8.机床运动分配式的含义是什么？P60答：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，右侧的运动的刀具完成。机床的运动功能式中添加上接地符号“.”后，称之为运动分配式。9.某车床的主轴转速为n＝40～1800r/min，公比＝1.41，电动机的转速n电＝1440r/min，试拟定结构式，转速图。详见例题。解：该主轴的变速范围为:根据变速范围、公比可求变速的级数拟定结构式。根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的原则确定查表可获得12级转速为40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800作转速图如下：10.试从ψ＝1.26，z＝18级变速机构的各种传动方案中选出其最佳方案，并写出结构式，画出转速图。详见例题。解：根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定：11.试述进给传动与主传动相比较，有那些不同的特点？P108答：1、进给传动是恒转矩传动；2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速；3、进给传动的转速图为前疏后密结构；4、进给传动系用传动间隙消除机构；5、进给传动系变速组的变速范围可取比主变速组较大的值；6、快速控制传动，微量进给机构的采用。7.微量进给机构的采用12.试述滚珠丝杠螺母机构的特点，其支承方式有哪几种？P115答：摩擦系数小，传动效率高。滚珠丝杠的支承方式有三种：①一端固定，另一端自由②一端固定，另一端简支承③两端固定13.机床的成形运动可分为主运动和进给运动。P56第三章典型部件设计1.主轴部件应满足那些基本要求？P131答：1、旋转精度2、刚度3、抗震性4、温升和热变形5、精度保持性2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什么特点？适用场合P134答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：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撑处；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撑处；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撑后侧；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，但前支撑结构复杂，温升可能较高。3.试分析图3－114（P205）中，所示三种主轴轴承的配置型式的特点和适用场合。答：（1）46000为圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承承受轴向负荷的能力取决于接触角，即外圈滚道角度，角度越大，轴向负荷能力也越大；3182100是双列向心圆柱滚子轴承，这种轴承承载能力大，摩擦系数小，温升低，但不能承受轴向力。这种配置方式主要在后面的轴承承受轴向力，因此相当于后端配置，这种配置的特点是发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围是用于普通精度机床、立铣、多刀车床。（2）这种配置方式主要在前段的轴承承受轴向力，因此这种轴承配置相当于前端配置；这种配置的特点是在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合是用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。（3）2268000是双向推力向心球轴承，因此这种配置相当于中间配置，这种配置的特点是两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧，此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。4.支承件常用的材料有哪些？P155答：1）铸铁；特点：复杂结构的支承件，阻尼系数大，成本低，制造周期长，易产生缩孔、气泡等缺陷2）钢板和型钢；特点：制造周期短，支承件可制成封闭结构，刚性好，便于产品更新和结构改进，固有频率比铸铁高，易产生高频振动，抗振性差。3）预应力钢筋混凝土；特点：主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。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，成本较低。缺点：脆性大、耐腐蚀性差、应进行表面防护（防渗）4）天然花岗岩；优点：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、抗磁缺点：结晶颗粒粗、抗冲击性能差、脆性大、油和水等液体作用下表面易变形，难于制作复杂零件。5）树脂混凝土；特点：刚度高；具有良好的阻尼性能抗振性好；热容量大，热传导率低缺点：某些力学性能低5.根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支承件上的筋板和筋条？P152答：支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截面惯性矩成正比。支承件截面形状不同，即使同一材料、相等的截面面积，其抗弯和扭转惯性矩也不同。比较后可知：①空心截面的刚度都比实心的大。②圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低。③封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。筋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。布置方式：水平、垂直、斜向。一般将筋条配置在支承件的某一内壁上，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。筋条的布置：纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排列。补充：（筋板是指联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它壁板，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筋板的布置取决于支承件的受力变形方向，其中，水平市置的筋板有助于提高支承件水平面内弯曲刚度；垂直放置的筋板有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度；而斜向筋板能同时提高支