機(jī)械制造裝備設(shè)計第二章習(xí)題答案(關(guān)慧貞)

1、第二章 金屬切削機(jī)床設(shè)計1. 機(jī)床設(shè)計應(yīng)滿足哪些基本要求，其理由是什么？ 答：機(jī)床設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求：1） 、工藝范圍，機(jī)床工藝范圍是指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的能力，也可稱之為機(jī)床的加工功能。機(jī)床的工藝范圍直接影響到機(jī)床結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、設(shè)計制造成本、加工效率和自動化程度。2） 、柔性，機(jī)床的柔性是指其適應(yīng)加工對象變化的能力，分為功能柔性和結(jié)構(gòu)柔性；3） 、與物流系統(tǒng)的可接近性，可接近性是指機(jī)床與物流系統(tǒng)之間進(jìn)行物料（工件、刀具、切屑等）流動的方便程度；4） 、剛度，機(jī)床的剛度是指加工過程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相對于工件在影響加工精度方向變形的能力。剛度包括靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、熱態(tài)剛度

2、。機(jī)床的剛度直接影響機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)率；5） 、精度，機(jī)床精度主要指機(jī)床的幾何精度和機(jī)床的工作精度。機(jī)床的幾何精度指空載條件下機(jī)床本身的精度，機(jī)床的工作精度指精加工條件下機(jī)床的加工精度（尺寸、形狀及位置偏差） 。6） 、噪聲； 7）、自動化； 8）、生產(chǎn)周期；9） 、生產(chǎn)率，機(jī)床的生產(chǎn)率通常是指單位時間內(nèi)機(jī)床所能加工的工件數(shù)量來表示。機(jī)床的切削效率越高，輔助時間越短，則它的生產(chǎn)率越高。10） 、成本，成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)，包括設(shè)計、制造、包裝、運(yùn)輸、使用維護(hù)、再利用和報廢處理等的費(fèi)用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要指標(biāo)；11） 、可靠性，應(yīng)保證機(jī)床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間

3、內(nèi)，完成規(guī)定的加工功能時，無故障運(yùn)行的概率要高。12） 、造型與色彩，機(jī)床的外觀造型與色彩，要求簡潔明快、美觀大方、宜人性好。應(yīng)根據(jù)機(jī)床功能、結(jié)構(gòu)、工藝及操作控制等特點(diǎn)，按照人機(jī)工程學(xué)要求進(jìn)行設(shè)計。2. 機(jī)床設(shè)計的主要內(nèi)容及步驟是什么？答：一般機(jī)床設(shè)計的內(nèi)容及步驟大致如下：（1） 總體設(shè)計包括機(jī)床主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計：工藝范圍運(yùn)行模式，生產(chǎn)率，性能指標(biāo)，主要參數(shù)，驅(qū)動方式，成本及生產(chǎn)周期；總體方案設(shè)計包括運(yùn)動功能設(shè)計， 基本參數(shù)設(shè)計，傳動系統(tǒng)設(shè)計，傳動系統(tǒng)圖設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè) 計。總體方案綜合評價與選擇；總體方案的設(shè)計修改或優(yōu)化（2） 詳細(xì)設(shè)計包括技術(shù)設(shè)計；施工設(shè)計。設(shè)計機(jī)床的傳動

4、系統(tǒng)，部件裝配圖，對主要零件進(jìn)行分析計算或優(yōu)化，設(shè)計液壓部件裝配圖，電氣控制系統(tǒng)等。（3） 機(jī)床整機(jī)綜合評價（4） 定型設(shè)計，可進(jìn)行實(shí)物樣機(jī)的制造、實(shí)驗(yàn)及評價。根據(jù)實(shí)物樣機(jī)的評價結(jié)果進(jìn)行修改設(shè)計，最終完成產(chǎn)品的定型設(shè)計。3. 機(jī)床系列型譜的含義是什么？答：每類通用機(jī)床都有它的主參數(shù)系列，而每一規(guī)格又有基型和變型，合稱為這類機(jī)床的系列和型譜。機(jī)床的主參數(shù)系列是系列型譜的縱向（按尺寸大小）發(fā)展，而同規(guī)格的各種變型機(jī)床則是系列型譜的橫向發(fā)展，因此， “系列型譜”也就是綜合地表明機(jī)床產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)的系列性與結(jié)構(gòu)相似性的表。4. 機(jī)床的基本工作原理是什么？答：機(jī)床的基本工作原理是：通過刀具與工件之間的相對

5、運(yùn)動，由刀具切除工件上多余的金屬材料，使工件具有要求的幾何形狀和尺寸。5. 工件表面的形成原理是什么？答：任何一個工件表面都可以看是一條曲線（或直線）沿著另一條曲線（或直線） 運(yùn)動的軌跡。這兩條曲線（或直線）稱為該表面的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱為導(dǎo)線。6. 工件表面發(fā)生線的形成方法有哪些？答：工件加工表面的發(fā)生線是通過刀具切削刃與工件接觸并產(chǎn)生相對運(yùn)動而形成的。有如下四種方法：（ 1）軌跡法（ 2）成型法（ 3）相切法（ 4）范成法7. 工件表面的形成方法是什么？答：工件表面的形成方法是母線形成方法和導(dǎo)線形成方法的組合。因此，工件表面形成所需的刀具與工件之間的相對運(yùn)動也是形成母線和導(dǎo)線所需

6、相對運(yùn)動的組合。8. 機(jī)床的運(yùn)動功能有哪些？答：為了完成工件表面的加工，機(jī)床上需要設(shè)置各種運(yùn)動，各個運(yùn)動的功能是不同的?？梢苑譃槌尚芜\(yùn)動和非成形運(yùn)動，或簡單運(yùn)動和復(fù)合運(yùn)動。9. 機(jī)床的主運(yùn)動與形狀創(chuàng)成運(yùn)動的關(guān)系如何？進(jìn)給運(yùn)動與形狀創(chuàng)成運(yùn)動的關(guān)系如何？答：主運(yùn)動功能是切除加工表面上多余的金屬材料，因此運(yùn)動速度高，消耗機(jī)床的大部分動力，故稱為主運(yùn)動，也可稱為切削運(yùn)動，它是形成加工表面必不可少的成形運(yùn)動。形狀創(chuàng)成運(yùn)動的功能是用來形成工件加工表面的發(fā)生線（包括母線和導(dǎo)線）。有些加工中主運(yùn)動除了承擔(dān)切除金屬材料的任務(wù)外，還參與形狀創(chuàng)成，而有些加工中，主運(yùn)動只承擔(dān)切削任務(wù)，不承擔(dān)發(fā)生線的創(chuàng)成任務(wù)。當(dāng)形狀創(chuàng)

7、成運(yùn)動中不包含主運(yùn)動時， “形狀創(chuàng)成運(yùn)動”與“進(jìn)給運(yùn)動”兩個詞等價，這時進(jìn)給運(yùn)動就是用來生成工件表面幾何形狀的，因此無論用主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn) 動或主運(yùn)動和形狀創(chuàng)成運(yùn)動來描述成形運(yùn)動，兩種描述都是一樣的；當(dāng)形狀創(chuàng)成運(yùn) 動中包含主運(yùn)動時， “形狀創(chuàng)成運(yùn)動” 與“成形運(yùn)動”兩個詞等價，這時就不能僅靠進(jìn)給運(yùn)動來生成工件表面幾何形狀（如滾齒加工） 。10. 機(jī)床上的復(fù)合運(yùn)動、內(nèi)聯(lián)系傳動鏈、運(yùn)動軸的聯(lián)動的含義及關(guān)系如何？ 答：復(fù)合運(yùn)動即為運(yùn)動之間有嚴(yán)格運(yùn)動關(guān)系的運(yùn)動。如果一個獨(dú)立的成形運(yùn)動，是由兩個或兩個以上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或( 和) 直線運(yùn)動， 按照某種確定的運(yùn)動關(guān)系組合而成， 則稱此成形運(yùn)動為復(fù)合成形運(yùn)動。傳動

8、鏈的兩個末端件的轉(zhuǎn)角或位移量之間如果有嚴(yán)格的比例關(guān)系要求，這樣的傳動鏈稱為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。對機(jī)械傳動的機(jī)床來說，復(fù)合運(yùn)動是通過內(nèi)聯(lián)系傳動系來實(shí)現(xiàn)。運(yùn)動軸聯(lián)動是指在一臺機(jī)床上的多個坐標(biāo)軸 ( 包括直線坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) ) 上同時進(jìn)行加工，而且可在計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) (cnc)的控制下同時協(xié)調(diào)運(yùn)動進(jìn)行。 對數(shù)控機(jī)床， 復(fù)合運(yùn)動是通過運(yùn)動軸的聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)。11. 機(jī)床運(yùn)動功能方案設(shè)計的方法及步驟如何？ 答：機(jī)床運(yùn)動功能方案設(shè)計的方法及步驟如下：（1） ）工藝分析。首先對所設(shè)計的機(jī)床的工藝范圍進(jìn)行分析；然后選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒?。工件加工工序的集中與分散主要根據(jù)作業(yè)對象的批量來決定，應(yīng)根據(jù)可達(dá)到的生產(chǎn)率和加工精度、

9、機(jī)床制造成本、操作維護(hù)方便程度等因素綜合分析進(jìn)行機(jī)床的工藝范圍選擇。（2） ）機(jī)床運(yùn)動功能設(shè)置。運(yùn)動功能設(shè)置的方法有兩類：分析式設(shè)計方法和解析式設(shè)計方法。（3） ）寫出機(jī)床的運(yùn)動功能式，畫出機(jī)床運(yùn)動原理圖。根據(jù)對所提出的運(yùn)動功能方案的評定結(jié)果，選擇和確定機(jī)床的運(yùn)動功能配置，寫出機(jī)床的運(yùn)動功能式，畫出機(jī)床運(yùn)動原理圖。12. 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系如何選?。看穑簽榱诉M(jìn)行機(jī)床運(yùn)動功能式、機(jī)床運(yùn)動原理圖的描述，首先要建立機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系與機(jī)床運(yùn)動軸坐標(biāo)系，一般采用直角坐標(biāo)系。(1) 機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系：機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系（即機(jī)床總體坐標(biāo)系）xyz(2) 機(jī)床運(yùn)動軸坐標(biāo)系：沿 x，y，z 坐標(biāo)軸方向的直線運(yùn)動仍用 x，

10、y，z 表示， 繞 x，y，z 軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動分別用 a，b，c表示。平行于 x、y、z 的輔助軸用 u、v、w及 p、q、r 表示，繞 x，y 的輔助回轉(zhuǎn)軸用 d、e 等表示。與機(jī)床基準(zhǔn)坐標(biāo)系坐標(biāo)方向不平行的斜置運(yùn)動軸坐標(biāo)系用加 “- ”表示，如沿斜置坐標(biāo)系的 z 軸運(yùn)動用 z 表示。13. 機(jī)床的運(yùn)動功能式和運(yùn)動原理圖表達(dá)的含義是什么？答：運(yùn)動功能式表示機(jī)床的運(yùn)動個數(shù)、形式（直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動）、功能（主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動、非成形運(yùn)動， ）及排列順序，是描述機(jī)床的運(yùn)動功能的最簡潔的表達(dá)形式。運(yùn)動原理圖是將機(jī)床的運(yùn)動功能式用簡潔的符號和圖形表達(dá)出來，除了描述機(jī)床的運(yùn)動軸個數(shù)、形式及排列順序之外，還表示

11、了機(jī)床的兩個末端執(zhí)行器和各個運(yùn)動軸的空間相對方位，是認(rèn)識、分析和設(shè)計機(jī)床傳動原理圖的依據(jù)。14. 虛擬軸機(jī)床的原理是什么？有哪些特點(diǎn)？答：虛擬軸機(jī)床（ virtual aixs machine）是一種六個運(yùn)動并聯(lián)的設(shè)計?；谧屳p者運(yùn)動，重者不動或少動的原則，虛擬軸機(jī)床取消了工作臺、夾具、工件這類最重 部件的運(yùn)動，而將運(yùn)動置于最輕部件切削頭上。六軸完全并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：各個桿不承受彎曲載荷，受力情況好。運(yùn)動件質(zhì)量小、速度高、比剛度高、各個分支運(yùn)動誤差不累加、精度高；缺點(diǎn)是作業(yè)空間?。ㄓ绕涫腔剞D(zhuǎn)運(yùn)動范圍?。?，運(yùn)動算法復(fù)雜。15. 分析圖 2-14 所示各種機(jī)床的運(yùn)動原理圖， 說明各個運(yùn)動的所屬類

12、型、作用及工件加工表面的形成方法。圖 2-4a 是車床的運(yùn)動原理圖， 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 cp 為主運(yùn)動； 直線運(yùn)動 zf 和 xf 為進(jìn)給運(yùn)動。對于一般的車床， cp 僅為主運(yùn)動；對于有螺紋加工功能或有加工非圓回轉(zhuǎn)面（如 橢圓面）功能的數(shù)控車床，則 cp 一方面為主運(yùn)動，另一方面 cp 可與 zf 組成復(fù)合運(yùn)動進(jìn)行螺紋加工，或cp 可與 x f組成復(fù)合運(yùn)動進(jìn)行非圓回轉(zhuǎn)面加工，稱這類數(shù)控車床具有 c軸功能。圖 2-4b 是銑床的運(yùn)動原理圖，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動cp 為主運(yùn)動；直線運(yùn)動 xf 、yf 和 z f 為進(jìn)給運(yùn)動。圖 2-4c 是平面刨床的運(yùn)動原理圖， 往復(fù)直線運(yùn)動 xp 為主運(yùn)動； 直線運(yùn)動 yf 為進(jìn)給

13、運(yùn)動；直線運(yùn)動 za 為切入運(yùn)動。圖 2-4d 是數(shù)控外圓磨床的運(yùn)動原理圖， 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 cp 為主運(yùn)動； 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 cf 、直線運(yùn)動 zf 和 xf 為進(jìn)給運(yùn)動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ba 為砂輪的調(diào)整運(yùn)動。當(dāng) xf 和 zf 組成復(fù)合運(yùn)動時，用碟形砂輪可磨削長圓錐面或任意形狀的回轉(zhuǎn)表面；cf 和 zf 組成復(fù)合運(yùn)動時，可進(jìn)行螺旋面磨削。在進(jìn)行長軸縱向進(jìn)給磨削時，xf 應(yīng)改為 xa ，為切入運(yùn)動，但在進(jìn)行橫向進(jìn)給磨削端面時， xf 為橫向進(jìn)給運(yùn)動， zf 應(yīng)改為 za，為切入運(yùn)動。若一個運(yùn)動既可為進(jìn)給運(yùn)動又可為非成形運(yùn)動，則用進(jìn)給運(yùn)動符號表示。圖 2-4e 是搖臂鉆床的運(yùn)動原理圖， 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 cp 為主運(yùn)

14、動； 直線運(yùn)動 zf 為進(jìn)給運(yùn)動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ca、直線運(yùn)動 za 及 xa 為調(diào)整運(yùn)動，用來調(diào)整刀具與工件的相對位置。圖 2-4f 是鏜床的運(yùn)動原理圖， 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 cp 為主運(yùn)動； 直線運(yùn)動 zf 為鏜孔加工時工件作進(jìn)給運(yùn)動， wf 為鏜孔加工時鏜桿作進(jìn)給運(yùn)動 , 在數(shù)控鏜床或加工中心上，鏜孔進(jìn)給通常由工件完成，只有zf 一個鏜孔進(jìn)給運(yùn)動； yf 為刀具的徑向進(jìn)給運(yùn)動，用于加工端面或孔槽；回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ba 為分度運(yùn)動、直線運(yùn)動 xa 及 ya 為調(diào)整運(yùn)動，分別用來調(diào)整工件與刀具的相對方向及位置，用來加工不同方向和位置的孔。在鏜銑床上通常 xa 和 ya 可改為進(jìn)給運(yùn)動 xf 、yf ，用來銑削平

15、面。圖 2-4g 是滾齒機(jī)床的運(yùn)動原理圖，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動c p 為主運(yùn)動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動cf 和直線運(yùn)動 zf 為進(jìn)給運(yùn)動。 c p 與 cf 組成復(fù)合運(yùn)動創(chuàng)成漸開線母線；直線運(yùn)動zf 創(chuàng)成直導(dǎo)線，用于加工直齒輪，若 zf 與 cf 組成復(fù)合運(yùn)動，則創(chuàng)成螺旋導(dǎo)線，用于加工斜齒輪； 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ba 為調(diào)整運(yùn)動，用來調(diào)整刀具的安裝角，使刀具與工件的齒向一致；直線運(yùn)動 ya 為經(jīng)向切入運(yùn)動， 當(dāng)用徑向進(jìn)給法加工蝸論時 ya 為徑向進(jìn)給運(yùn)動； z a為滾刀的軸向竄刀運(yùn)動，為調(diào)整運(yùn)動，用來調(diào)整滾刀的軸向位置，當(dāng)用切向進(jìn)給法加工蝸論時 z a 為切向進(jìn)給運(yùn)動。圖 2-4h 是采用齒輪式插齒刀加工直齒圓柱齒輪的插齒機(jī)床

16、的運(yùn)動原理圖，刀具和工件相當(dāng)一對相互嚙合的直齒圓柱齒輪， 往復(fù)直線運(yùn)動 zp 為主運(yùn)動； 回轉(zhuǎn)運(yùn)動 cf1 、cf2 為進(jìn)給運(yùn)動，并組成復(fù)合運(yùn)動，創(chuàng)成漸開線母線；直線運(yùn)動ya 為切入運(yùn)動。圖 2-4i是直齒錐齒輪刨齒機(jī)的運(yùn)動原理圖，刨刀的往復(fù)直線運(yùn)動zp 為主運(yùn)動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動 cf（假想齒輪搖架回轉(zhuǎn)）和 c f（工件回轉(zhuǎn)）組成復(fù)合運(yùn)動，產(chǎn)生范成運(yùn)動；回轉(zhuǎn)運(yùn)動 c a 為分度運(yùn)動，直線運(yùn)動 za 為趨近與退離運(yùn)動，回轉(zhuǎn)運(yùn)動 ba 為調(diào)整運(yùn)動，根據(jù)刀傾角進(jìn)行調(diào)整，使刀具運(yùn)動方向與工件齒根平行。圖 2-6j是弧齒錐齒輪銑齒機(jī)的運(yùn)動原理圖。 cp 是銑刀盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動， 為主運(yùn)動，銑刀盤的刀刃為直線形，銑

17、刀盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時刀刃軌跡形成假想齒輪（平面齒輪或平頂齒輪）上的一個齒的齒廓面； cf 為假想齒輪的往復(fù)擺動運(yùn)動 （即搖架的擺動），c f為工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動， cf 和c f 復(fù)合組成范成運(yùn)動； c a 為工件的分度運(yùn)動， za 為趨近與退離運(yùn)動， ba 為調(diào)整運(yùn)動，按工件的齒根角進(jìn)行調(diào)整。銑刀盤一面進(jìn)行作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動cp ，一面隨搖架作擺動運(yùn)動cf ，擺動一次為一個行程， 一個行程內(nèi)完成一個齒的加工，行程終了，工件退離、分度，進(jìn)行下一個齒的加工。16. 機(jī)床的傳動原理圖如何表示？它與機(jī)床運(yùn)動原理圖的區(qū)別是什么？將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運(yùn)動及傳動關(guān)系同時表示出來，即是傳動原理圖。機(jī)床的運(yùn)動原

18、理圖只表示運(yùn)動的個數(shù)，形式、功能及排列順序，不表示運(yùn)動之間的傳動關(guān)系。17. 機(jī)床運(yùn)動分配式的含義是什么？答：運(yùn)動功能式的主要含義在于確定基礎(chǔ)支承件設(shè)在何處（即“接地”的位置），用“”符號表示“接地”?！啊狈栕髠?cè)的運(yùn)動由工件完成，右側(cè)的運(yùn)動由刀具完成。 機(jī)床的運(yùn)動功能式中添加上“ ”接地符號后，稱之為運(yùn)動分配式。一個運(yùn)動功能方案，經(jīng)過運(yùn)動功能分配設(shè)計，可以得到多個運(yùn)動分配式。18. 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)概略設(shè)計過程大致如何？（1） ）結(jié)構(gòu)布局設(shè)計同一種運(yùn)動分配式又可以有多種結(jié)構(gòu)布局型式，這樣運(yùn)動分配設(shè)計階段評價后保留下來的運(yùn)動分配式方案的全部結(jié)構(gòu)布局方案就有很多。因此需要再次進(jìn)行評價， 去除不合理方

19、案。該階段評價的依據(jù)主要是定性分析機(jī)床的剛度、占地面積、與物 流系統(tǒng)的可接近性等因素。該階段設(shè)計結(jié)果得到是的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖。（2） ）機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計該階段主要是進(jìn)行功能（運(yùn)動或支承）部件的概略形狀和尺寸設(shè)計，設(shè)計的主要依據(jù)是：機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計階段評價后所保留的機(jī)床總體結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖， 驅(qū)動與傳動設(shè)計結(jié)果，機(jī)床動力參數(shù)及加工空間尺寸參數(shù)，以及機(jī)床整機(jī)的剛度及 精度分配。設(shè)計中在兼顧成本的同時應(yīng)盡可能選擇商品化的功能部件，以提高性能、縮短制造周期。其設(shè)計過程大致如下： 首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸。 設(shè)計末端執(zhí)行件與其相鄰的下一個功能部件的結(jié)合部的形式、概略尺寸

20、。若為運(yùn)動導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一側(cè)相當(dāng)滑臺，相鄰部件一側(cè)相當(dāng)滑座，考慮導(dǎo)軌結(jié)合部的剛度及導(dǎo)向精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。 根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計結(jié)果和該運(yùn)動的行程尺寸，同時考慮部件的剛度要求，確定下一個功能部件（即滑臺側(cè)）的概略形狀與尺寸。 重復(fù)上述過程，直到基礎(chǔ)支承件（底座、立柱、床身等）設(shè)計完畢。 若要進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計，則可將功能部件細(xì)分成子部件，根據(jù)制造廠的產(chǎn)品規(guī)劃，進(jìn)行模塊提取與設(shè)置。 初步進(jìn)行造型與色彩設(shè)計。 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案的綜合評價。19. 機(jī)床的主參數(shù)及尺寸參數(shù)根據(jù)什么確定？答：機(jī)床主參數(shù)是代表機(jī)床規(guī)格大小及反映機(jī)床最大工作能力的一種參數(shù)，為了更完整地表示出機(jī)床的工作能

21、力和工作范圍，有些機(jī)床還規(guī)定有第二主參數(shù)，通用機(jī)床的主參數(shù)和主參數(shù)系列國家已制定標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)市場的需求在主參數(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)中選用相近的數(shù)值。專用機(jī)床的主參數(shù)是以加工零件或被加工面的尺寸參數(shù)來表示，一般也參照類似的通用機(jī)床主參數(shù)系列選取。機(jī)床的尺寸參數(shù)是指機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，通常包括：（1） ）與被加工零件有關(guān)的尺寸，如臥式車床最大加工工件長度，搖臂鉆床的立柱外徑與主軸之間的最大跨距等。（2） ）標(biāo)準(zhǔn)化工具或夾具的安裝面尺寸，如臥式車床主軸錐孔及主軸前端尺寸。20. 機(jī)床的運(yùn)動參數(shù)如何確定？驅(qū)動方式如何選擇？數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床確定方法有什么不同？運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（

22、工作臺）的運(yùn)動速度。主運(yùn)動為回轉(zhuǎn)運(yùn)功的機(jī)床，如車床、銑床等，其主運(yùn)動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速。對于專用機(jī)床和組合機(jī)床用于對特定的工件進(jìn)行特定工序的加工，主軸的轉(zhuǎn)速通常是固定的。對于通用機(jī)床由于完成工序較廣，又要適應(yīng)一定范圍的不同尺寸和不同材質(zhì)零件的加工需要。要求主軸具有不同的轉(zhuǎn)速（即應(yīng)實(shí)現(xiàn)變速） ，故需確定主軸的變速范圍。首先確定最低（ nmin）和最高（ nmax）轉(zhuǎn)速，對主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理排列，然后確定標(biāo)準(zhǔn)公比值和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列，選用公比，最后得出變速范圍 rn，公比 和級數(shù) z之間的關(guān)系。數(shù)控機(jī)床中進(jìn)給量廣泛使用電機(jī)無級變速，普通機(jī)床則既有機(jī)械無級變速方式，又機(jī)械有級變速方式。采用有級變速方式時，進(jìn)給

23、量一般為等比級數(shù)， 其確定方法與主軸轉(zhuǎn)速的確定方法相同。首先根據(jù)工藝要求，確定最大、最小進(jìn)給量 f max、f min，然后選擇標(biāo)準(zhǔn)公比 f 或進(jìn)給量級數(shù) zf ，再求出其它參數(shù)。機(jī)床運(yùn)動的驅(qū)動方式常用的有電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動，驅(qū)動方式的選擇主要根據(jù)機(jī)床的變速形式和運(yùn)動特性要求來確定。數(shù)控機(jī)床一般采用伺服電機(jī)無級變速形式，其他機(jī)床多采用機(jī)械有級變速形式或無級與有級變速的組合形式。21. 機(jī)床的動力參數(shù)如何確定？數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的確定方法有什么不同？ 動力參數(shù)包括機(jī)床驅(qū)動的各種電動機(jī)的功率或扭矩。通常動力參數(shù)可通過調(diào)查類比法（或經(jīng)驗(yàn)公式），試驗(yàn)法或計算方法來確定。數(shù)控機(jī)床主傳動采用直流或交流電

24、動機(jī)無級變速，要考慮電動機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題。22. 機(jī)床主傳動系都有那些類型？由那些部分組成？ 主傳動系可按不同的特征來分類：（1） ）按驅(qū)動主傳動的電動機(jī)類型可分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)動中又可分單速交流電動機(jī)或調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動又有多速交流電動機(jī)和無級調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。無級調(diào)速交流電動機(jī)通常采用變頻調(diào)速的原理。（2） ）按傳動裝置類型可分為機(jī)械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置以及它們的組合。（3） ）按變速的連續(xù)性可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。23. 什么是傳動組的級比和級比指數(shù)？常規(guī)變速傳動系的各傳動組的級比指數(shù)有什么規(guī)律性

25、？xi傳動組的級比是指主動軸上同一點(diǎn)傳往被動軸相鄰兩傳動線的比值，用表示。級比 xi 中的指數(shù) xi 值稱為級比指數(shù)， 它相當(dāng)于由上述相鄰兩傳動線與被動軸交點(diǎn)之間相距的格數(shù)。設(shè)計時要使主軸轉(zhuǎn)速為連續(xù)的等比數(shù)列， 必須有一個變速組的級比指數(shù)為1，此變速組稱為基本組?；窘M的級比指數(shù)用x0 表示，即 x0 1 ，后面變速組因起變速擴(kuò)大作用，所以統(tǒng)稱為擴(kuò)大組。第一擴(kuò)大組的級比指數(shù)x1 一般等于基本組的傳動副數(shù) p0，即 x1 p 0。第二擴(kuò)大組的作用是將第一擴(kuò)大組擴(kuò)大的變速范圍第二次擴(kuò)大，其級比指數(shù) x2 等于基本組的傳動副數(shù)和第一擴(kuò)大組傳動副數(shù)的乘積， 即 x2 p 0 p1。如有更多的變速組，則

26、依次類推。上述設(shè)計是傳動順序和擴(kuò)大順序相一致的情況，若將基本組和各擴(kuò)大組采取不同的傳動順序，還有許多方案。24. 什么是傳動組的變速范圍？各傳動組的變速范圍之間有什么關(guān)系？ 變速組中最大與最小傳動比的比值，稱為該傳動組的變速范圍。各變速組的變速范圍相應(yīng)受到限制： 主傳動各變速組的最大變速范圍為r主 max u 主 max / u 主 min （ 2 2.5 ）/ 0.25 8 10；對于進(jìn)給傳動鏈，由于轉(zhuǎn)速通常較低， 傳動功率較小，零件尺寸也較小，上述限制可放寬為u 進(jìn) max2.8 ， u 進(jìn) min1/5 ，故 r進(jìn) max14。主軸的變速范圍應(yīng)等于主變速傳動系中各變速組變速范圍的乘積，即

27、rn r0 r1 r2 rj25. 某車床的主軸轉(zhuǎn)速為 n 40 1800 r/min，公比 1.41 ，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n電 1440 r/min，試擬定結(jié)構(gòu)式，轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)，帶輪直徑，驗(yàn)算轉(zhuǎn)速誤差；畫出主傳動系圖。解：該主軸的變速范圍為 :rnmaxnnmin18004540根據(jù)變速范圍、公比可求變速的級數(shù)zlg rn lg1lg 45lg 1.41112擬定結(jié)構(gòu)式。根據(jù)級比規(guī)律和傳動副前多后少、傳動線前密后疏的原則確定12312326查表可獲得 12 級轉(zhuǎn)速為 40 、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800作轉(zhuǎn)速圖如下：u主 max21

28、.41222符合要求u主 min41.41 41 / 41/ 4 符合要求最后擴(kuò)大組的變速范圍： rixi (pi 1)1.416(2 1)8 符合要求帶輪的直徑計算（因功率參數(shù)等不詳僅舉例說明）：查表取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為125mm則大帶輪直徑d2id1(1)取 0.015d2id1(1)1.6125(10.015)197mm查表取小帶輪的直徑為 100mm，傳動比為 1:1.6,大帶輪的直徑為 160mm.齒輪齒數(shù)的確定： i ii軸之間的傳動副共有 3 對傳動比為 1:1,1:1.41,1:2如果采用模數(shù)相同的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則三對傳動副的齒輪和相同查表可得 sz 可以取得 60,72 ，84,

29、96 等。1：1 傳動副 36361：1.41 傳動副30421：2 傳動副 2448同理可確定 ii iii軸的齒數(shù)和取 84實(shí)際轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速電機(jī)電-ii-iiii-iiiiii-iv速(n)速(n)誤差11440100160363640406030180018000%21440100160304240406030128612503%314401001602448404060309009000%414401001603636215960306416302%514401001603042215960304584502%614401001602448215960303203152%7144010

30、01603636404018722252240%814401001603042404018721611600%914401001602448404018721131120%10144010016036362159187280800%11144010016030422159187257562%12144010016024482159187240400%允許誤差：10(1)%10(1.411)%4.1%取 sz72 可以確定三個傳動副的齒數(shù)為1：1 傳動副齒數(shù)取 421：2.82 傳動副齒數(shù)取422262iii iv之間的傳動副齒數(shù)和取 902：1 的傳動副齒數(shù)取1：4 的傳動副齒數(shù)取轉(zhuǎn)速誤差的計

31、算60 301872主軸各級轉(zhuǎn)速所獲得的實(shí)際轉(zhuǎn)速按下面的公式計算n實(shí)際n電d1 (1d 2)u u u123級數(shù)(z)傳動比根據(jù)上表可知轉(zhuǎn)速誤差率在允許的范圍內(nèi)繪制傳動系統(tǒng)圖如下：26. 某機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 n1001120 r/min ，轉(zhuǎn)速級數(shù) z 8，電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 電 1440 r/min，試設(shè)計該機(jī)床主傳動系，包括擬定結(jié)構(gòu)式和轉(zhuǎn)速圖，畫出主傳動系圖。解：rnmaxnnmin112010011.2z 1 rn7 11.21.41查表可獲得 8 級轉(zhuǎn)速為 100 ，140， 200，280，400， 560， 800，1120擬定 8 級轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)式：根據(jù)級比規(guī)律和傳動副前多后少、傳動線前密

32、后疏的的原則確定 8212224u主 maxu主 min11.41131.41 31.411 / 2.822符合要求1 / 4 符合要求最后擴(kuò)大組的變速范圍： rixi (pi1)1.414(2 1)48 符合要求繪制傳動系統(tǒng)圖如下：27. 試從 1.26 ，z18 級變速機(jī)構(gòu)的各種傳動方案中選出其最佳方案，并寫出結(jié)構(gòu)式，畫出轉(zhuǎn)速圖和傳動系圖。解 ： 根據(jù)級 比規(guī) 律和 傳動 副前多后 少、 傳 動線前密 后疏 的的原則 確定18313329u主 maxu主 min31.26361.26 621 / 42符合要求1/ 4 符合要求最后擴(kuò)大組的變速范圍： rixi (pi1)1.269(2 1)

33、88 符合要求28. 用于成批生產(chǎn)的車床，主軸轉(zhuǎn)速n 電 45500 r/min，為簡化機(jī)構(gòu)采用雙速電動機(jī)， n 電 720/1440 r/min，試畫出該機(jī)床的轉(zhuǎn)速圖和傳動系圖。解：采用雙速電機(jī)時公比一般取1.41 和 1.26本例中取 1.41rnmaxnnmin5004511.11zlg rn lg1lg 11.1118lg 1.41查表可獲得 8 級轉(zhuǎn)速為 45，63，90， 125，180，250， 360， 500擬定 8 級轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)式：選用多速電機(jī)是將多速電機(jī)作為第一擴(kuò)大組放在前面，基本組放在第一擴(kuò)大組的后面，即確定的結(jié)構(gòu)式為：8222124u主 max11.4111.412符

34、合要求u主 min31.41 31 / 2.821 / 4 符合要求最后擴(kuò)大組的變速范圍： rixi (pi1)1.414(2 1)48 符合要求29. 試將圖 219 所示的背輪機(jī)構(gòu)合理化，使軸高速旋轉(zhuǎn)時背輪軸脫開。答：背輪機(jī)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意超速問題， 當(dāng)合上離合器時， 齒輪副 z1/z 2 應(yīng)脫離嚙合， 齒輪副 z4/z 3 也應(yīng)脫離嚙合。當(dāng)合上離合器傳動軸、高速轉(zhuǎn)動時，要防止軸因升速空轉(zhuǎn)時，會加大噪聲、振動、空載功率和發(fā)熱。30. 求圖 2 61 所示的車床各軸、各齒輪的計算轉(zhuǎn)速。傳動軸計算轉(zhuǎn)速為各傳動軸能滿足傳遞全部功率要求的最低轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)公式n jnminz13計算得到 iii軸計算

35、轉(zhuǎn)速為 185r/min; ii軸-315 r/min、i軸-710 r/min。各齒輪的計算轉(zhuǎn)速依次為： ii軸-iii軸變速組中 :n88-185r/min, n26-640 r/min,n54-345 r/min, n59-315 r/min ,i 軸-ii軸變速組中： n81-315 r/min ,n36-710 r/min，n70-438 r/min，n45-710 r/min。31. 求圖 2 62 中各齒輪、各軸的計算轉(zhuǎn)速。傳動軸計算轉(zhuǎn)速為各傳動軸能滿足傳遞功率要求的最低轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)公式n jnminz 13計算得到 v 軸計算轉(zhuǎn)速為 63r/min; 依次可以得到其他各軸的計

36、算轉(zhuǎn)速iv軸-63 r/min、 iii軸-180 r/min、 ii軸-710 r/min、i 軸-1440 r/min。各齒輪的計算轉(zhuǎn)速依次為： iv 軸-v 軸變速組中：n70- 63 r/min 、n25180 r/min、n67- 63 r/min 、n67- 63 r/min 、ii 軸- 軸中： n 67-500 r/min、n47-710 r/min，iii 軸-iv 軸中： n 67-63 r/min、n24-180 r/min，ii軸-iii軸中： n60-180 r/min，n15-710 r/min 、 n 44-500n r/min 、 n 31-710 r/min

37、、i 軸-ii軸中： n31-1440 r/min、n31-1440 r/min、n37-1000 r/min、n26-1440 r/min n40-710 r/min、n20-1440 r/min。32. 某數(shù)控車床，主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax4000 r/min，最低轉(zhuǎn)速 nmin 40 r/min， 計算轉(zhuǎn)速 nj 160 r/min，采用直流電動機(jī)，電動機(jī)功率n 電 15 kw ，電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 nd1500 r/min，最高轉(zhuǎn)速為 4500 r/min，試設(shè)計分級變速箱的傳動系，畫出其轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖，以及主傳動系圖。解：主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 : r nn 4000/160

38、25， 電動機(jī)可達(dá)到的恒功率調(diào)速范圍為 : r dn 4500/1500 3，取f 2rdn ，根據(jù) z1lg rnnlg rdn/ lgf可算出變速箱的變速級數(shù)z4.06,取 z4機(jī)械分級結(jié)構(gòu)式可寫作 z42122轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖如下：40r/min的主軸轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電機(jī)消耗的功率為3.6kw ，因 f 2 rdn， 功率特性圖上有重疊。主傳動系圖33. 數(shù)控機(jī)床主傳動系設(shè)計有那些特點(diǎn)？主傳動系統(tǒng)采用直流或交流電動機(jī)無級調(diào)速，在設(shè)計數(shù)控機(jī)床主傳動時，必須要考慮電動機(jī)與機(jī)床主軸功率特性匹配問題，在設(shè)計分級變速箱時，考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素。34. 進(jìn)給傳動系設(shè)計要能滿足的基本

39、要求是什么？（1） ） 具有足夠的靜剛度和動剛度；（2） ） 具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運(yùn)動或微量進(jìn)給時不爬行，運(yùn)動平穩(wěn)，靈敏度高；（3） ） 抗振性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲；（4） ） 具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍，保證實(shí)現(xiàn)所要求的進(jìn)給量（進(jìn)給范圍、數(shù)列），以適應(yīng)不同的加工材料，使用不同刀具，滿足不同的零件加工要求，能傳動較大的扭矩；（5） ） 進(jìn)給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度要高；（6） ） 結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配工藝性好。調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。35. 試述進(jìn)給傳動與主傳動相比較，有那些不同的特點(diǎn)？（ 1）進(jìn)給傳動是恒轉(zhuǎn)矩傳動（ 2）進(jìn)給傳動系中各傳動件的計算

40、轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速（ 3）進(jìn)給傳動的轉(zhuǎn)速圖為前疏后密結(jié)構(gòu)（ 4）進(jìn)給傳動的變速范圍（ 5）進(jìn)給傳動系采用傳動間隙消除機(jī)構(gòu)（ 6）快速空程傳動的采用（ 7）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的采用36. 進(jìn)給伺服系的驅(qū)動部件有那幾種類型？其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍？進(jìn)給驅(qū)動部件種類很多，用于機(jī)床上的有步進(jìn)電動機(jī)、小慣量直流電動機(jī)、大慣量直流電動機(jī)、交流調(diào)速電動機(jī)和直線電動機(jī)等。（1） ） 步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)， 是將電脈沖信號變換成角位移 （或線位移）的一種機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它每接受數(shù)控裝置輸出的一個電脈沖信號，電動機(jī)軸就轉(zhuǎn)過一定的角度，稱為步距角。轉(zhuǎn)速可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。改變繞組通電的順序，可以控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

41、步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是沒有累積誤差，結(jié)構(gòu)簡單， 使用、維修方便，制造成本低，步進(jìn)電動機(jī)帶動負(fù)載慣量的能力大，適用于中、小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方；缺點(diǎn)是效率較低，發(fā)熱大，有時會“失步”。（2） ） 直流伺服電動機(jī)機(jī)床上常用的直流伺服電動機(jī)主要有小慣量直流電動機(jī)和大慣量直流電動機(jī)。小慣量直流電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子直徑較小， 軸向尺寸大，長徑比約為 5，故轉(zhuǎn)動慣量小，僅為普通直流電動機(jī)的 1/10 左右，因此響應(yīng)時間快；缺點(diǎn)是額定扭矩較小， 一般必須與齒輪降速裝置相匹配。常用于高速輕載的小型數(shù)控機(jī)床中。大慣量直流電動機(jī)，又稱寬調(diào)速直流電動機(jī)，有電激磁和永久磁鐵激磁兩種類型。電激磁的特點(diǎn)是激磁量便于調(diào)整

42、，成本低。永磁型直流電動機(jī)能在較大過載扭矩下長期工作，并能直接與絲杠相連而不需要中間傳動裝置，還可以在低速下平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，輸出扭矩大。寬調(diào)速電動機(jī)可以內(nèi)裝測速發(fā)電機(jī)，還可以根據(jù)用戶需要， 在電動機(jī)內(nèi)部加裝旋轉(zhuǎn)變壓器和制動器，為速度環(huán)提供較高的增益，能獲得優(yōu)良低速剛度和動態(tài)性能。電動機(jī)頻率高、定位精度好、調(diào)整簡單、工作平穩(wěn)。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子溫度高、轉(zhuǎn)動慣量大、時間響應(yīng)較慢。（3） ） 交流伺服電動機(jī)自 80 年代中期開始，以異步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)為基礎(chǔ)的交流伺服進(jìn)給驅(qū)動得到迅速發(fā)展。它采用新型的磁場矢量變換控制技術(shù)， 對交流電動機(jī)作磁場的矢量控制；將電動機(jī)定子的電壓矢量或電流矢量作操作量， 控制其幅