机械制造装备设计复习资料

机械制造装备设计复习资料第一章绪论1、全新生产制造模式的主要特征。答：①以用户的需求为中心。②制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种。③以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势。④技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作。⑤实现资源快速有效地集成是其中心任务，集成对象涉及技术、人、组织和管理等，应在企业之间、制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集成。⑥组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。2、机械制造装备的基本要求。答：①一般的功能要求②柔性化③精密化④自动化⑤机电一体化⑥节材⑦符合工业工程要求⑧符合绿色工程要求3、机械制造装备应满足的一般功能。答：①加工精度方面的要求②强度、刚度和抗振性方面的要求③加工稳定性方面的要求④耐用度方面的要求⑤技术经济方面的要求4、提高机械制造装备加工稳定性的措施。答：①减少发热量②散热和隔热③均热、热补偿、控制环境温度等5、机械制造装备功能的柔性化。答：①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。②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。14、按机床的使用范围可以分为：通用机床、专用机床和专门化机床。各自特点。答：①通用机床：结构一般比较复杂，适用于单件或中小批量生产。②专用机床：生产率和自动化程度均高，结构比通用机床简单，多用于成批和大量生产。③专门化机床：特点介于通用机床和专用机床之间，用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工，生产效率一般较高。第二章机械制造装备设计方法4、系列化设计的特点。答：1）优点：①可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。②可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。③可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。④便于进行产品的维修，改善售后服务质量。⑤为开展变型设计提供技术基础。2）缺点：①其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求②有些功能还可能冗余8.模块化设计的基本概念和优点。答：1）基本概念：为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。2）优点:①在缩短新产品开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力方面的综合经济效果十分明显。②科学技术的发展，便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。③采用模块化设计，只需更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。④模块化设计方法推动了整个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。由于产品的大多数零部件由单件小批量生产性质变为批量生产，有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，即提高质量，又降低成本。⑤模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需更换有关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。第三章金属切削机床设计26、影响机床振动的主要因素。答：①机床的刚度②机床的阻尼特性③机床系统固有频率27、减少机床热变形对加工精度影响的方法。答：①减少热源的发热量。②将热源置于易散热的位置，或者增加散热面积和采用强制冷却，使产生的热量尽量发散出去。③采用热管等将温升较高部位的热量转移至温升较低的部位，以减少机床各个部位之间的温差，减少热变形。④采用温度自动控制，温度自动补偿及隔热等措施，改变机床的温度场，减少机床热变形，或使机床的热变形对加工精度的影响小。28、机床噪声产生的原因。答：1）振动是声音的来源。机床工作时各种振动频率不同振幅也不同，他们将产生不同频率和不同强度的声音。这些声音无规律的组合在一起就是噪声。2）噪声源主要来自四个方面：①机械噪声②液压噪声③磁噪声④气动力噪声30、爬行现象及其产生的原因。答：①A.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。B.爬行是个很复杂的现象，它是因摩擦产生的自激振动现象。设主变速传动系总变速级数为Z，当然Z=PPP…PP通常最后扩大组的变速级数P=2，则最后扩大组的变速范围为R=其中，P表示每次传动副数（齿轮对数）。例题1：求12=3X2X2最后扩大组的变速的范围。解：因为Z=12，所以R===。例题2：求12=2X2X3最后扩大组的变速的范围。解：因为最后扩大组的变速级数P=3，P≠2，所以R====。49、设计机床主变速传动系时，一般限制降速最小传动比不小于1/4,及其原因？答：为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸。50、设计机床主变速传动系时，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比≤2，及其原因。答：为避免扩大传动误差，减少振动噪声。？51、结构式与变速范围的计算。答:变速组的变速范围一般可写为R=式中，i=0,1,2,…,j,依次表示基本组、一、二、…、j扩大组。例如，12=3X2X2，其中，X=1，P=3，R==X=3，P=2，R==X=6，P=2，R==R总变速范围===总变速范围52、主变速传动系设计时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数目少的放在后面的原因。答：主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高，传递的转矩较小，尺寸小一些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在拟定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数目少的放在后面，使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以便节省变速箱的造价和外形尺寸。*53、主变速传动系设计时，尽可能做到变速组的传动顺序与扩大顺序一致的原因。答：在变速传动系中变速组顺序方案中选取以下两种：(1)=(2)=现将这两种方案相比较，(2)方案因第一扩大组在最前面，Ⅱ轴的转速范围比(1)方案大。如果两种方案Ⅱ轴的最高转速一样，(2)方案Ⅱ轴的最低转速较低，在传递相等功率的情况下，受到的转矩较大，传动件的尺寸也就比方案(1)大。与其他多种扩大顺序方案相比，也可以得到同样的结论。因此在设计主变速传动系时，尽可能做到变速组的传动顺序与扩大顺序一致。由转速图上可发现，当变速组的传动顺序与扩大顺序一致时，(1)变速组的传动线分布紧密，而(2)变速组传动线分布较疏松，所以“变速组的传动顺序与扩大顺序一致”原则可简称为“前密后疏”原则。*54、主变速传动系设计时，变速组的降速要前慢后快的原因。答：从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减小传动件的尺寸，(1)=方案的变速组降速要慢些，(2)=方案的变速组降速要快些。但是，中间轴的转速不应过高，以免产生震动、发热和噪声。56、公用齿轮的概念和特点。答：①概念：在变速传动系中，既是前一变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮。②特点：可以减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸，两个变速组的模数必须相同。57、交换齿轮的概念及其特点。答：1）概念：为了减少交换齿轮的数量，相啮合的两齿轮可互换位置安装。2）特点：①优点:可以用少量齿轮，得到多级转速，不需要操纵机构，变速箱结构大大简化。②缺点：更换交换齿轮较费时费力；如果装在变速箱外，润滑密封较困难，如装在变速箱内，则更换麻烦。58、机床主传动系统是降速传动，各个变速组传递转矩和中心距的变化规律。答：齿轮的中心距取决于传递的转矩。一般来说，主变速传动系是降速传动系，越后面的变速组传递的转矩越大，因此中心距也越大。67、机床变速箱中，传动轴通过轴承一端固定的方法确定轴向位置的优点及其适用场合。答：①优点：轴受热后可以向另一端自由伸长，不会产生热应力。②适用场合：长轴。74、机床进给传动的转速图是“前疏后密”结构的原因。 答：这样可以使进给系内更多的传动件至末端输出轴的传动比较小，承受的转矩也较小,从而减小各中间轴和传动件的尺寸。81、滚珠丝杠螺母副需要消除间隙和预紧的原因。答：滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区会产生接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比。如果滚珠丝杠螺母副存在间隙，接触刚度较小；当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。因此，同齿轮的传动副一样，滚珠丝杠螺母副必须消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠和螺母之间没有间隙，提高螺母丝杠螺母副的接触刚度。82、滚珠丝杠螺母副采用双螺母结构的原因。答：通过调整两个螺母之间的轴向位置，使两螺母的滚珠在承受工作载荷前，分别与丝杠的两个不同的侧面接触，产生一定的预紧力，以达到提高轴向刚度的目的。89、主轴部件采用带传动的特点及其适用场合。答：1）特点：优点：①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。②带有弹性，可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。③在过载中会打滑，能起到过载保护作用。缺点：有滑动，不能用在速比要求准确的场合。2）适用场合：①中心距较大的两轴间传动②速比要求不太准确的场合。90、主轴部件齿轮传动的特点。答：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，适应最广。它的缺点是线速度不能过高，通常小于12~15m/s，不如带传动平稳。92、机床主轴需要确定合理跨距的原因。答：合理确定主轴主要支承间的跨距L，是获得主轴部件最大静刚度的重要条件之一。支承跨距过小，主轴的弯曲变形固然较小，但因支承变形引起主轴前轴端的位移量增大；反之，支承跨距过大，支承变形引起主轴前轴端的位移量尽管减小了，但主轴的弯曲变形增大，也会引起主轴前轴端较大的位移。因此存在一个最佳跨距L，在该跨距时，因主轴弯曲变形和支承变形引起主轴前轴端的总位移为最小。一般取L=(2~3.5)a。但是在实际结构设计时，由于结构上的原因，以及支承刚度因磨损会不断降低，主轴主要支承间的实际跨距L往往大于上述最佳跨距L。94、在两支承主轴部件中，前后轴承的精度对主轴部件旋转精度的影响。答：①选取轴承精度时，前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承精度高一级。②在安装主轴轴承时，如将前、后轴承的偏移方向放在同一侧，可以有效地减少主轴端部的偏移。如后轴承的偏移量适当地比前轴承的大，可使主轴端部的偏移量为零。95、轴承预紧的概念及其作用。答：①概念：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。②作用：提高主轴部件的旋转精度、刚度和抗振性。97、滚动轴承运动时进行润滑的作用。答：利用润滑剂在摩擦面间形成润滑油膜，减小摩擦系数和发热量，并带走一部分热量，以降低轴承的温升。98、密封的作用。答：防止切削液，切屑，杂质等进入轴承，并使润滑剂无泄漏得保持在轴承内，保证轴承的使用性能和寿命。107、支承件肋板的作用。答：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。水平布置的肋板有助于提高支承件水平面内抗弯刚度；垂直放置的肋板有助于提高支承件垂直面内的抗弯刚度；斜向肋板能同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。111、用钢板和型钢等焊接支承件的特点。答：①制造周期短，省去制作木模和铸件工序。②支承件制成封闭结构，刚性好；便于产品更新和结构改进③钢板焊接支承件的固有频率比铸铁高，在刚度要求相同情况下，采用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半，质量减少20%-30%。121、导轨面需要调整间隙的原因和方法。答：①原因：导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响，如果间隙过大，将影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。②方法：压板、镶条。124、加工中心的刀架和卧式车床刀架的异同。答：①卧式车床的刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力，所以它往往成为工艺系统中的薄弱环节。②加工中心进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量储存刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。125、机床刀架自动换刀装置应满足的要求。答：①满足工艺过程所提出的要求。②在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动变换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。③刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。④可靠性高。⑤刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。⑥操作方便和安全。126、机床刀架的端齿盘定位，其有何特点？答：①定位精度高②重复定位精度好③定位刚性好，承载能力大。两齿盘多齿啮合。129、链式刀库需要消除反向间隙原因和方法。答：1）原因：①刀库驱动传动链，必然会有传动间隙，且这种间隙还随机械磨损而增大，这将影响刀座准停精度。②对有定位盘的刀库来说，过大的间隙会影响定位盘的正常工作。因此都必须设法消除反向间隙。2）方法：①电气系统自动补偿方式。②在链轮轴上装编码器，对链轮传动进行补偿的方法实现准停。③单头双导程蜗杆传动方式。第四章工业机器人1、工业机器人与数控机床的异同。答：同：①两者的末端执行器都有位姿势变化要求②二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿势变化要求。异：①机床是按直角坐标形式运动为主，机器人是按关节形式运动为主。②机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低。8、关节型机器人的特点。答：①灵活性好②同样占地面积情况下，工作空间范围大③刚度和精度较低10、直角坐标机器人的特点。答：①按直角坐标形式动作②灵活性差③工作空间范围小④刚度和精度高。？20、齐次坐标和变换矩阵的含义。？23、已知在操作机各驱动关节上作用的驱动力或力矩，求机器人末端执行器的运动轨迹、速度和加速度。*26、谐波齿轮减速器传动比的计算。答：①波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动时，波发生器与柔轮的减速传动比为i==-式中z、z分别为刚轮与柔轮的齿数；n、n分别为波发生器和柔轮的转速。②波发生器主动，柔轮固定，刚轮从动时，波发生器与刚轮的减速传动比为i==式中，n为刚轮的转速，其余同上。27、简述谐波减速器的特点。答：传动比大、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高、体积小、质量小。28、机器人手臂结构设计要求。答：①手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求。②根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。③尽量减小手臂质量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力钜，以减小驱动装置的负荷，减少运转的动载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。④要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度。29、机器人机座结构设计的要求。答：①要有做够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性。②机座承受机器人全部重力和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力。③机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大。因此机座与手臂的连接要有可靠的定位基准面，要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构。30、机器人手腕结构设计的要求。答：①力求手腕部件的结构紧凑，减小其质量和体积。腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安置在手臂的后端。②设计时，不应盲目增加手腕的自由度。③为提高手腕动作的精确性。应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。对分离传动采用链、同步齿带传动或传动轴。④对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械挡块，以防止关节超限造成事故。31、机器人末端执行器结构设计的要求。答：①不论是夹持或吸附，末端执行器需具有满足作业需要的足够夹持（吸附）力和所需的夹持位置精度。②应尽可能使末端执行器结构简单、紧凑，质量小，以减轻手臂的负荷。提倡设计可快速更换的系列化、通用化专用末端执行器。第五章机床夹具设计1、机床夹具的功能。答：①保证加工精度。工件通过机床夹具进行安装，包括了两层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位；二是通过加紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。②提高生产率。③扩大机床的使用范围。④减轻工人的劳动强度，保证生产安全。2、机床夹具用满足的要求。答：①保证加工精度②夹具的总体方案应与年生产纲领相适应③安全、方便、减轻劳动程度④排屑顺畅⑤机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性*15、工件定位和夹紧的区别。答：①工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位。②通过加紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。*16、工件在夹具中夹紧的目的。答：①通过加紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变。②保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。？17、各定位元件限制自由度的情况。20、什么是过定位？加工中允许发生过定位现象吗？答：1）过定位是指根据加工表面的位置尺寸要求，某自由度被两个或两个以上的约束重复限制。2）加工中一般是不允许的，它不能保证正确的位置精度。在以下两种特殊场合，是允许的。①工件刚度很差，在夹紧力、切削力作用下会产生很大变化，此时过定位只是提高工件某些部位的刚度，减少变形.②二是工件的定位表面和定位元件在尺寸、形状、位置精度已很高时，过定位不仅对定位精度影响不大，而且有利于提高刚度。23、可调支承一般在什么情况下使用？其与固定支承的区别。答：①当工件的定位基面形状复杂，各批毛坯尺寸、形状有变化时使用。②区别：可调支承的顶端有一个调整范围，调整好后用螺母锁紧。26、辅助支承与可调支承的区别。答:①从功能上讲，可调支承起定位作用，辅助支承不起定位作用。②从操作上讲，可调支承是先调整，而后定位，最后夹紧工件；辅助支承是先定位，夹紧工件，最后调整辅助支承。？