机械装备设计课程简明

1、机械装备设计课程简明冯辛安主编，机械制造装备设计第二版，机械工业出版社，ISBN 7-111-07148-4，普通高等教育“九五、十五”家级规划教材关慧贞、冯辛安主编，机械制造装备设计第三版， 机械工业出版社，ISBN 978-7-111-28500-7， 普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要参考书课件下载地址百度输入：国家精品课 机械制造装备设计机械制造装备设计国家级精品资源共享课 爱课程网机械制造装备设计学什么“学习的不仅仅是机床设计”，机械设计领域的很多知识是相通的，希望在学习过程中对核心知识形成自己的理解1.2 机械制造装备的主要功能 一般的功能要求； 柔性化； 精密化； 自动化；

2、 机电一体化； 节材； 符合工业工程要求；符合绿色工程要求多角度的功能要求！1.2 机械制造装备的主要功能1.2.1 一般的功能要求1加工精度方面的要求加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度，一般包括尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度和表面粗糙度等。满足加工精度方面的要求应是机械制造装备最基本的要求。影响机械制造装备加工精度的因素很多，与机械制造装备本身有关的因素有其几何精度、传动精度、运动精度、定位精度和低速运动平稳性等。如图 1 所示，精密机床几何精度来取决于设计、制造、装配等多个环节。针对每个环节，需要建立相应的几何特征误差描述数学模型，并且对照装配过程中关键特征偏差积

3、累和传递的表达，构建设计公差和加工误差与装配误差源的转换关系。 坐标变换 如图所示，坐标系B与A方向相同，但原点不重合。 坐标平移 一、坐标平移此式称为平移方程。其中 是B系中的原点在A系中的表示。二、坐标旋转 坐标旋转 如图所示，B与A有共同的坐标原点，但方位不同。令 和 分别是A和B中的单位主矢量，点P 在两坐标系中各坐标轴上的坐标分量分别为：和1.2 机械制造装备的主要功能1.2.1 一般的功能要求2强度、刚度和抗振性方面的要求为了提高加工效率，切削速度越来越高，切削力越来越大，机械制造装备应具有足够的强度、刚度和抗振性。提高强度、刚度和抗振性不能一味地加大制造装备零部件的尺寸和重量，成

4、为“傻、大、黑、粗”的产品。应利用新技术、新工艺、新结构和新材料，对主要零件和整体结构进行改进设计，在不增加或少增加重量的前提下，使装备的强度、刚度和抗振性满足规定的要求。1.2 机械制造装备的主要功能1.2.1 一般的功能要求3加工稳定性方面的要求机械制造装备在使用过程中，受到切削热、摩擦热、环境热等的影响，会产生热变形，影响加工性能的稳定性。对于自动化程度较高的机械制造装备，加工稳定性方面的要求尤为重要。提高加工稳定性的措施是减少发热量，散热和隔热，均热、热补偿、控制环境温度等。温升变形误差1.2 机械制造装备的主要功能1.2.1 一般的功能要求4耐用度方面的要求机械制造装备经过长期使用，

5、因零件磨损、间隙增大，原始工作精度将逐渐丧失。对于加工精度要求很高的机械制造装备，耐用度方面的要求尤为重要。提高耐用度应从设计、工艺、材料、热处理和使用等多方面综合考虑。从设计角度，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均匀磨损、磨损补偿等。1.2 机械制造装备的主要功能1.2.2 柔性化 柔性化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，就可以快速地推出满足市场需求的、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。数控机床

6、、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。1.3 机械制造装备的类型1.3.1 加工装备（主要指机床，也称工作母机） 包括金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、冲压机床、注塑机、焊接设备、铸造设备等。1.3.2 工艺装备 包括刀具、模具、夹具、量具、辅具等。1.3.3 储运装备 包括物料运输装置、机床上下料装置、刀具输送装置、仓储设备等1.3.4 辅助装备 包括清洗机、排屑设备和测量、包装设备等。1.4 机械制造装备设计的类型 1.4.1 创新设计 1.4.2 变型设计 1.4.3 模块化设计以三轴镗床实际开发过程为例介绍机床设计过程.辅助材料第二章，1.5-1.6镗床.flv1.5 机械

7、制造装备设计的方法机床的数字化设计过程以三轴镗床为例三轴镗机床是卧式镗削发动机机体曲轴孔、凸轮轴孔和惰轮轴孔组合机床的简称；需要满足高精度要求顶面和侧面1.5 机械制造装备设计的方法设计过程（1）分析并确定工艺方案；（2）组合镗床的方案设计和技术设计（3）夹具、镗模、镗杆、刀具设计1.5 机械制造装备设计的方法工艺分析1.5 机械制造装备设计的方法对于组合镗床，镗孔直径较大，精度较高，要求主轴与机床刚度较好。对相互位置精度要求较高的孔应考虑集中在一台机床上加工。根据这一原则，由于发动机机体的七个孔在同一轴上，所以准备在一台镗床上利用一道工序七把刀同时分别加工七个孔工艺分析1.5 机械制造装备设

8、计的方法镗床的基本加工方法推镗法。在推镗过程中，镗杆始终处于轴向受压状态，容易产生压杆不稳定；改善镗杆的支撑状况，可以提高镗孔的加工精度。拉镗法。要求镗杆在加工前要穿过被加工孔，因此必须采用让刀措施，使夹具结构复杂化。同时镗杆直径受到加工孔的制约不能做的太大，限制了镗杆的刚性。而且镗杆与主轴连接处的接头受拉力，接头刚性差。但在拉镗镗削加工程中，镗杆始终处于轴向受拉状态，镗头沿镗杆前进的直线方向做进给运动，稳定性好，加工精度高。所以特别适用于孔轴线度要求较高或长径比很大的小直径深孔的最终加工。1.5 机械制造装备设计的方法工艺分析（镗刀）镗曲轴孔为多层壁深孔（六缸发动机七层深孔），加工精度要求比

9、较高第一种是单刀三工序 粗镗半精镗精镗第二种是双刀两工序 粗镗精镗采用双刀加工效率较高；在精镗工序时，双刀加剧镗杆振动，造成加工精度不高而且容易打刀。所以综合以上两种工艺方法，采用双刀两工序作为曲轴孔工艺方案。也就是每一档排两把镗刀，两把镗刀安装于同一个刀夹上，但不会同时加工曲轴孔，第一把镗刀加工完毕，第二把镗刀才会切入。减轻镗杆振动，提高加工精度。1.5 机械制造装备设计的方法其他工艺参数刀具。镗刀制造和刃磨简便，特别对高精度孔，孔中心线直线度和位置度要求严格的孔，采用精密镗削工艺是非常有利的；并且大多采用将硬质合金镗刀头装于镗杆进行镗孔。切削用量。根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求

10、等进行分析切削力、切削转矩、切削功率计算加工工艺方法确定，怎么用机床实现相应工艺装备设计（方案设计、组合机床结构选型、关键件结构设计）1.5 机械制造装备设计的方法三轴镗床方案设计组合镗床的总体设计机床沿工件中心近似对称布置，工件的主定位面与地面平行，动力滑台运动方向与地面平行。1.5 机械制造装备设计的方法零部件配置方案通用部件的选择支承部件输送部件控制部件辅助部件1.5 机械制造装备设计的方法动力系统设计左头传动箱内设两套齿轮变速机构，由两台电机（带变频器）分别控制，一台控制凸轮轴孔镗杆主轴，另一台控制其余六轴（油封孔、凸轮轴孔、惰轮轴孔、后取力孔和两个后端面销孔）决定选用的右钻削头带一个

11、电机，电机功率3Kw。右头内设两根主轴，用于加工两个前端面销孔1.5 机械制造装备设计的方法镗床主要技术参数1.5 机械制造装备设计的方法关键零部件设计在本组合镗床中，专用零部件主要包括夹具镗模等镗杆刀具浮动卡头等大部分零部件选择了标准零部件，以上这些是需要特殊设计的1.5 机械制造装备设计的方法夹具定位机构、夹紧结构、辅助支撑等，略中间模架和工件位置关系图工件运动轨迹1.5 机械制造装备设计的方法上下料机构油缸1伸出将上料架2拖到最高点，将工件吊装在上料架2上，油缸1拖动上料架下落，推杆5按曲线板上的曲线伸缩推动工件，油缸2与推杆5一起随动1.5 机械制造装备设计的方法镗模导向装置镗模架镗杆

12、与导套间隙是一个值得探讨的问题1.5 机械制造装备设计的方法镗杆对镗杆组件的基本要求。 旋转精度、 静刚度、 抗振性、 温升和热变形、 耐磨性镗杆静刚度分析1.5 机械制造装备设计的方法镗杆与镗削头主轴的联接刚性联接，顾名思义就是刀杆和主轴固联在一起，刀杆可看作是主轴的一部分。浮动联接，就是主轴与刀杆联接后，刀杆相对于主轴不完全固定，有一定的浮动量。1.5 机械制造装备设计的方法刀具 由于曲轴孔系刀具加工内容众多且加工方法不同。研制了一种高集成度的镗杆，镗杆外部为鸡心镗杆，镗杆内设拉杆和冷却水通道。 切削液通过刀具中的内通道直接对准切削区喷射，有效的提高对切削区的冷却效果，延长刀具的寿命。1.

13、6 机械制造装备设计的评价1.6.2 可靠性评价可靠性是指产品在规定条件和时间内完成规定功能的能力。可靠度：规定时间和条件下，完成规定任务的概率。产品可靠性指标可靠性维修性有效性耐久性安全性可靠度可靠寿命累积失效概率失效率平均寿命平均修复时间修复率维修度极限有效度平均有效度瞬时有效度1.6 机械制造装备设计的评价1.6.2 可靠性评价累积失效概率：累积失效概率是产品在规定条件下和规定时间内未完成规定功能（即发生失效）的概率，也称为不可靠度。失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。产品可靠性指标可靠性维修性有效性耐久性安全性可靠度可靠寿命累积失效概率失效率

14、平均寿命平均修复时间修复率维修度极限有效度平均有效度瞬时有效度1.6 机械制造装备设计的评价1.6.2 可靠性评价 系统可靠性模型串联系统可靠度为并联系统可靠度为1.6 机械制造装备设计的评价1.6.2 可靠性评价例题：在系统可靠性预测时，系统的单元数为4，每个单元的可靠度均为0.9，若系统只有一个单元工作，系统就算正常，则系统的可靠度为多少？若只有4个单元全部工作，系统才能正常工作，系统的可靠度为多少？1.6 机械制造装备设计的评价1.6.2 可靠性分配的原则 1)对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握达到较高水平的单元，可分配较高的可靠度； 2)对较简单

15、的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后易于修复的单元，可分配较高的可靠度； 3)对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统失效，应分配较高的可靠度； 4)对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠度。1.6 机械制造装备设计的评价机械装备可靠性分析补充材料针对单个零部件，如何分析可靠性？0.90、0.95、0.99，为什么是这个数值，怎么得到的？怎样系统的分析，提高机械装备可靠性？学习支持“发现问题、分析问题、改进的过程”的一种工具补充专题1：.辅助材料第二章，1.5-1.6机械可靠性设计分析.ppt；补充专题2：.辅助材料第

16、二章，1.5-1.6故障模式及影响分析.ppt1.6 机械制造装备设计的评价1.6.5 产品造型评价 机械产品的造型的总原则是经济、实用、美观大方。 经济指的是造型成本低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。 实用指的是使用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征，使人机系统的工作效能达到最高。 美观大方是指产品的外观形象给人的心理、生理及视觉效应良好。 人的审美观点尽管不全相同，但还是有相同规律可循，良好的外观造型应从产品造型设计和产品色彩两方面去评价。 第二章 金属切削机床设计2.2 金属切削机床设计的基本理论（一）退出返回主页机床的运动学原理工件的加工，就是通过刀具相对工件的运动来

17、完成的。机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置。金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。（二）工件表面的形成方法及机床运动12a) 平面12b) 圆柱面12c) 平面12d) 圆锥面1母线2导线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。这两条曲线称为发生线，前者为母线，后者为导线。几何表面的形成原理第二章 金属切削机床设计退出返回本节 工件表面（发生线）的形成方法返回主页下一页1

18、轨迹法（描述法）2成形法3相切法4范成法(展成法)机床的运动（刀具、工件相对运动）发生线（母线、导线）工件表面以上方法中，发生线都是怎样形成的？各对应哪种切削刃类型（点、线、面）？2.2.5 机床运动功能描述方法笛卡尔直角坐标系机床坐标系是指用于确定机床的运动方向和移动距离的坐标系。基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C机床运动功能式主运动是区别不同类型机床的关键运动功能式表示机床的运动个数、形式、功能及排列顺序，是描述机床运动功能最简洁的表达方式规定：p 主运动f 进给运动a 非成形运动运动对象运动形式运动功能W 工件T 刀具X,Y,Z 直线运动A,B,C

19、 回转运动请写出该机床的运动功能式机床运动原理图(b) 回转运动(a) 直线运动 机床运动原理图除了描述机床的运动轴个数、形式及排列顺序外，还标识了两个末端执行器和各个运动轴的空间相对位置主轴、工件、刀具等采用“仿形”画法运动原理图的主要符号：典型机床的运动原理图 基本原则：“抓两边”“连中间” 运动原理图是否表达了运动之间的传动关系？机床传动原理图若将动力源与执行件、各执行件之间的运动及传动关系同时表示出来，就是传动原理图传动原理图的主要符号：合成机构定比传动变速传动合成机构将形成母线的工件旋转运动与附加的工件旋转运动合成为一个运动运动功能分配设计运动功能分配解决的是哪些运动由刀具一侧完成，

20、哪些运动由工件一侧完成把直线进给运动分配给工件把直线运动分配给砂轮运动功能分配设计是确定基础支承件设在何处，即“接地”的位置，用符号“.”表示不同的运动分配方式： 外圆磨床的运动功能式：不同的运动分配方式对应不同的结构布局形式2.2 金属切削机床设计的基本理论（二）精度1、几何精度机床在空载条件下，在不运动或运动速度较低时机床主要独立部件的形状（直线度、平面度）、相互位置（平行度、垂直度、重合度、等距度、角度）、旋转（径向圆跳动、周期性轴向窜动、端面圆跳动）和相对运动位移精确程度。 下图所示的机床具有哪些几何误差？（21项原始几何运动误差）2.2 金属切削机床设计的基本理论2、运动精度机床空载

21、并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度（又可称为几何运动精度）。如高速回转主轴的回转精度，工作台运动的位置及方向精度。3、传动精度机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。影响机械传动因素的主要因素是传动系统的设计、传动元件的制造和装配精度。4、定位精度机床的定位部件运动到达规定位置的精度。重复定位精度机床运动部件在相同条件下，用相同的方法重复定位时位置的一致程度。5、工件精度加工规定的试件，用试件的加工精度标识机床的工作精度。6、精度保持性在规定的工作期间内，保持机床所要求的精度，称之为精度保持性。2.2 金属切削机床设计的基本理论（三）刚度机床刚度是指机床受载时抵抗变形的能力，

22、通常用下式表示： 作用在机床上的载荷有重力、夹紧力、切削力、传动力、摩擦力、冲击振动干扰力等，按照载荷的性质不同，可以分为静载荷和动载荷。机床刚度相应地分为静刚度及动刚度。 机床由众多的构件（零部件）和柔性接合部组成，接合部的物理参数对机床的整机性能影响非常大，整机刚度的50%取决于接合部刚度。在载荷作用下各部件及接合部都要产生变形，这些变形直接或间接地引起刀具和工件之间的相对位移。这个位移的大小代表了机床的整体刚度。2.2 金属切削机床设计的基本理论（四）振动机床抗振能力是指机床在交变载荷作用下抵抗振动的能力。1、受迫振动振源可能来自于内部，如高速回转零件的不平衡，也可能来自于机床之外。2、

23、自激振动发生在刀具和工件之间的一种相对振动。自激振动与切削用量、切削力有关。又被称为切削稳定性。影响机床振动的主要原因：1）机床的刚度（材料、截面形状、尺寸、肋板分布、接触表面的预紧力、表面粗糙度、加工方法、几何尺寸）2）机床的阻尼特性（构建材料的内阻尼，接合部的阻尼）3）机床系统固有频率（材料、结构）2.2 金属切削机床设计的基本理论（五）热变形（如何预防、控制热变形）温升机床在工作时受到内部热源（如电动机、液压系统、机械摩擦副、切削热）和外部热源（如环境问题、周围热源辐射等）的影响，使机床的温度高于环境温度。热变形机床各部位的温升不同，不同材料的热膨胀系数不同，导致机床床身、主轴和刀架等构

24、件产生变形。温度场在热平衡状态下，机床各部件的温度是不同的，热源处最高，远离热源处或散热较好处较低，这就形成了温度场几个概念热变形预防与控制（1）均衡热对称结构设计。如对称的双立柱，龙门布局等。（2）机床主体均匀温度场的控制。如主轴、丝杠、立柱、床身的冷却。（3）热误差补偿。（4）加工环境温度场均匀性控制。 某机床厂立式五轴加工中心结构方案这种机床两个旋转轴由复合主轴来实现，即主轴头的回转和摆动。该类主轴最前端是一个电机带着回转头，能围绕着Z轴360旋转，成为C轴，而回转头上还有一个可在90范围内旋转的摆动轴典型的五轴加工中心结构方案1定工作台式 某机床厂立式五轴加工中心结构方案典型的五轴加工

25、中心结构方案2旋转工作台式两个旋转轴由两轴工作台实现 某机床厂立式五轴加工中心结构方案某机床厂实际采用的运动及结构方案Y轴X轴Z轴A轴C轴 2.4.3 分级变速主传动系的设计 主要概念1.传动轴、齿数、转速n2.公比3.转速分级 、转速级数4.传动副5.传动比u6.变速组7. 变速范围8. 级比、级比指数9. 基本组、第一扩大组、第二扩大组 2.4.3 分级变速主传动系的设计 转速图形式总结“三线一点” 1）传动轴格线（竖直细线） 2）转速格线（水平细线） 3）传动线（粗线） 4）转速点（圆点） 2.4.3 分级变速主传动系的设计 结构式表达方法 只表示各变速组内传动比的相对关系，而不表示传动

26、比和各轴上转速的绝对值。传动副数级比指数三个主要参数：Z主轴转速级数Pj 各变速组传动副数Xj 各变速组级比系数一般表达式：第二章 金属切削机床设计退出 2.4.3 分级变速主传动系 （三）主变速传动系设计的一般原则变速组的传动副数目应“前多后少”； 靠近电动机转速高、转矩小、尺寸小。更多传动件在高速范围内工作，有利于减少外形尺寸变速组的传动线应“前密后疏”（传动顺序与扩大顺序相一致）；变速组的降速应“前慢后快”；中间轴的转速不宜超过电动机转速 前面的慢些，后面的降速快些，以减少传动件尺寸； 中间轴转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声第二章 金属切削机床设计退出 2.4.3 分级变速主传动系

27、 转速图拟定、结构式书写等 已知：主轴转速n=301500r/min，转速级数Z=18，公比 =1.26，电动机转速n0=1440r/min。（六）齿轮齿数的确定基本要求： 1）齿数和不应过大； 2）齿数和不应过小； 最小齿轮不产生根切， 保证强度； 传动平稳性； 3）符合传动比要求； 4）三联滑移齿轮，保证滑移时外圆不相碰（齿数差 ）2.4.3 分级变速主传动系2.4.3 分级变速主传动系主动齿轮的齿数第二章 金属切削机床设计退出（七）计算转速 2.4.3 分级变速主传动系计算转速： 传动件在传递全部功率时的最低转速。PTTPnminnmaxncn左图中哪条线代表功率变化情况，哪条线代表转矩

28、变化情况？计算转速主轴的功率转矩特性图（七）计算转速 2.4.3 分级变速主传动系 主轴计算转速计算转速 各传动轴计算转速 齿轮计算转速（1 首先计算）（2 从后向前计算）（3 计算齿轮的计算转速） 计算“主轴计算转速” （表2-9） 车床、升降台式铣床等立式钻床、摇臂钻床等卧式车床、单立柱车床等计算各传动轴计算能满足传递功率要求的最低转速各齿轮的计算转速从后向前，各变速组最小齿轮的计算转速轴的计算转速齿轮的计算转速（二）电动机和主轴功率特性的匹配设计分级变速箱公比选择方式为了扩大电动机的恒功率转速范围，需在电动机与主轴之间串联一个分级变速箱功率特性图是连续的，无缺口和无重合主传动功率特性出现

29、“缺口”，称为功率降低区。额定转速1500r/min,最高4000r/min，变速范围2.67 传动系图.tif，转速、功率.tif主传动系功率特性图上有小段重合2.4.4 无级变速主传动系第二章 金属切削机床设计退出返回主页2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系应满足的基本要求如何满足该要求？1、具有足够的静刚度和动刚度进给传动系统的高传动刚度主要取决于丝杆螺母副(直线运动)或蜗轮蜗杆副(回转运动)及其支承部件的刚度。刚度不足与摩擦阻力一起会导致工作台产生爬行现象，影响传动准确性。 缩短传动链 合理选择丝杆尺寸 对丝杆螺母副及支承部件等预紧第二章 金属切削机床设计退出返回

30、主页2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系应满足的基本要求2、具有良好的快速响应特性进给传动系统要求运动平稳，定位准确，快速响应特性好，必须减小运动件的摩擦阻力和动、静摩擦系数之差，在进给传动系统中现普遍采用滚珠丝杆螺母副。第二章 金属切削机床设计退出返回主页2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系应满足的基本要求如何满足该要求？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的冲击噪声。为提高进给系统的抗振性，应使机械构件具有高的固有频率和合适的阻尼，一般要求机械传动系统的固有频率应高于伺服驱动系统固有频率的23倍。第二章 金属切削机床设计退出返回

31、主页2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系应满足的基本要求如何满足该要求？4、具有较宽的调速范围,保证实现所要求的进给量，以适应不同加工材料，使用不同刀具，满足不同的零件加工要求，能传动较大的转矩。根据速度、输出转矩、转动惯量等要求选择合适的动力源合理设计变速机构第二章 金属切削机床设计退出返回主页2.5.1 进给传动系设计应满足的基本要求（二）进给传动系应满足的基本要求如何满足该要求？5、结构简单，加工和装配工艺性好合理地进行方案设计、结构设计 3.1 主轴部件设计 主轴部件设计需要重点学习什么？主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。

32、第三章 典型部件设计退出 3.1.1 主轴部件应满足的基本要求基本要求：（1）旋转精度：装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。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（2）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变性的能力。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。（3）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。（4）温升和热变性：主轴部件运转时，因各相对处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变性。（5）精度保持性：是指长期地保持其原始制造精度的能力。 3.1.3 主

33、轴部件结构设计（1）前端配置：两个方向的推力轴承都布置在前支承外。这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大，温升高；但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利。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。这类配置方案前支承处轴承较少，发热小，温升低；但主轴受热后向前伸长，影响轴向精度。用于轴向精度要求不高的普通精度机床，如立铣、多刀车床等。推力轴承位置的配置形式有几种？（推力轴承布置在什么位置）前端配置后端配置两端配置中间配置各配置形式各有什么特点？ 3.1.3 主轴部件结构设计（二）推力轴承的位置配置型式（3）

34、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。这类配置方案当主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀。常用于短主轴，如组合机床主轴。（4）中间配置：两个方向的推力轴承在前支承的后侧。这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴的热膨胀向后；但前支承结构较复杂，温升也可能较高。 3.1.4 主轴滚动轴承（二）几种典型的主轴轴承配置型式主轴轴承的配置型式应根据刚度、转速、承载能力、抗振性和噪声等要求来选择。请大家完成连线？（左侧为要求，右侧为轴承） 良好的高速性能，承载小（高速轻载荷精密机床）角接触球轴承 中等转速、切削负载大、要求刚度高（如数控车床、镗

35、床）双(三)联角接触球+双列圆柱滚子 径向刚性好，并有较高的转速（如卧式铣床）双列圆柱滚子+角接触双列推力球+双列圆柱滚子轴承速度型刚度型刚度速度型钱令希 院士用弹塑性理论计算，结果 压力线完全通过拱轴。隋允康 教授指导博士生用他提出的结构拓扑优化 ICM （ Independent Continuous Mapping ）方法计算的结果，完全类似赵州桥的构型。 3.2 支承件设计 基本原理分析第三章 典型部件设计退出返回本节返回主页下一页 3.2.1 支承件的功能和应满足的基本要求支承件应满足的基本要求：（1）应具有足够的刚度和较高的刚度质量比（2）应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起 结

36、构共振（3）热稳定好（4）排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性第三章 典型部件设计 3.3.1 导轨的功用和应满足的基本要求（一）导轨的功用和分类导轨的功用有哪些？承受载荷导向导轨按运动分类？动导轨静导轨导轨按结构分类开式导轨在部件自重或外载作用下，运动导轨和支承导轨的工作面始终接触。闭式导轨借助于压板使导轨承受较大的颠覆力矩。按导轨面的摩擦性质分为：滑动导轨副和滚动导轨副滑动导轨副又可分为：普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1 工件的定位5.3.1

37、工件的定位5.3.1 工件的定位第五章 机床夹具设计5.3.1 工件的定位工件定位中的几种情况通常，自由度限制大于3，小于、等于6。完全定位：不重复地限制了工件的六个自由度的定位。不完全定位：根据实际加工要求，并不需要限制工件全部自由度的定位。欠定位：定位点少于应消除的自由度、工件定位不足的定位。过定位：工件同一个自由度分别被几个支承点重复限制的定位过定位的不良后果：使接触点不稳定，增加了不同性；增加了夹紧变形；部分工件不能顺利与定位元件配合。定位方案确定综合考虑 （1）是否满足六点定位原理 （2）本工序加工表面的位置精度要求5.3.1 工件的定位分析研究定位方案时，仅仅考虑六点定位原理是不够

38、的，还要认真仔细地分析本工序加工表面的位置精度要求第一定位基准第二定位基准第三定位基准第五章 机床夹具设计退出返回本节返回主页未完待续（四）定位表面的组合 第一定位基准面（主基准面）：限制自由度数最 多的定位面； 第二定位基准面（导向基准）：次之，限制自由 度数较多的定位面； 第三定位基准面（定程基准）：限制一个自由度 。 箱体类零件一面两销定位： 顶平面限三个自由度； 圆柱销限两个自由度； 菱形销限一个自由度。5.3.2 典型的定位方式、定位元件及装置第五章 机床夹具设计退出5.3.3 定位误差的分析与计算定位误差概述工序基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，称为定位误差。加

39、工误差的组成部分：a.工件在夹具中的定位、夹紧误差，取(1/31/5)总偏差b.夹具相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差c.加工过程中的误差 定位误差不是加工误差的全部 定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差1）基准不重合误差不重 (B ） 其大小等于设计基准与定位基准间联系尺寸在加工尺寸方向上的变动量（公差）。 一次安装加工两孔A和B，孔B在X方向定位基准C与设计基准A不重合，基准不重合误差为联系尺寸22的公差0.25.3.3 定位误差的分析与计算基准不重合误差示例对于尺寸A3来说：对于尺寸A1来说：5.3.3 定位误差的分析与计算5.3.3 定位误差的分析与计算2）基准位移误差位置

40、 （Y） 是指工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量。由工件定位面和夹具定位元件的制造误差以及两者之间的间隙所引起。5.3.3 定位误差的分析与计算上次课内容回顾上次课内容回顾定位误差产生的原因有哪些？（1)基准不重合带来的定位误差（平面定位，V型块定位）（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上次课内容回顾V型块定位误差的形成原因，及误差计算方式？上次课内容回顾第五章 机床夹具设计返回主页5.4 机床夹具夹紧机构的设计夹紧力的三要素是什么？方向大小作用点1夹紧力的方向对夹紧力的方向有哪些要求？如何实现？夹紧力方向指向主要定位基准面镗一个与工件B面有垂直度要求的孔C1) 保

41、证定位准确、可靠（不能破坏定位）；第五章 机床夹具设计返回主页5.4 机床夹具夹紧机构的设计1夹紧力的方向2)夹紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形 由于工件在不同方向上刚度是不等的，不同的受力表面也因其接触面积大小而变形各异。尤其在夹压薄壁零件时，更需注意。 如图所示的薄壁套筒工件，它的轴向刚度比径向刚度大，应沿轴向均匀施加夹紧力。薄壁套筒工件的夹紧3)夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小应使夹紧力的方向最好与切削力、工件的重力方向一致，这时所需要的夹紧力为最小。夹紧力的方向与夹紧力大小的关系第五章 机床夹具设计返回主页5.4 机床夹具夹紧机构的设计2夹紧力作用点的选择1)与支承

42、点点对点对应；或在支承点确定的区域内夹紧力作用点的位置 产生位移或偏转会破坏工件的定位，为此夹紧力的作用点应落在定位元件上或几个支承元件所形成的支承平面内，否则夹紧力与支承反力会构成力矩，夹紧时工件将发生偏转。2)作用在工件刚度高的部位 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的方向和部位，这对刚度较差的工件尤其重要 。第五章 机床夹具设计返回主页5.4 机床夹具夹紧机构的设计2夹紧力作用点的选择3) 尽量靠近切削部位（刚度，抗振性) 若在离加工位置较近的A点增添辅助支承，并附加夹紧力F1将悬臂夹紧，则夹紧点与加工部位间的悬臂梁长度大大缩短，从而使夹紧刚度得到很大的提高，减少了加工中的振动。4) 夹紧力反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形第七章 机械加工生产线总体设计退出 7.1.2 机械加工生产线的类型机械加工生产线的结构及复杂程度主要取决于工件的生产类型和工件的加工要求。按生产线适应产品类型变化的能力区分，生产线可以分为：单一产品固定节拍生产线、单一产品非固定节拍生产线、成组产品可调整生产线、柔性制造生产线（一）单一产品固定节拍生产线 （1）生产线由自动化程度较高的、高效专用的加工 装备、工艺装备、输送装备和辅助装备组成，制造 单一品种的产品，生产效率高、产品质量稳定，属 大量生产类型。 （2）生产线所有设备的工作节拍等于或成倍于生产 线的生产节拍。 （3）生产线的制