机械制造装备设计课后习题答案Word文档格式.docx
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可靠性是指产品在规定的条件下和规定的
柔性化程度。
在柔性制造系统中,不同工件可以同时系列化设计方法是在设计的某一类产品中,选择时间内,完成规定任务的能力。
上线,实现混流加工。
组合机床其柔性表现在机床可功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型,运用结可靠性的衡量指标有:
1、可靠度;
2、积累失效
进行调整以满足不同工件的加工。
构典型化、零部件通用化、标准化的原则,设计出其概率;
3、失效率;
4、平均寿命和平均无故障工作时
1-6.机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面?
间;
5、可靠寿命
他各种尺寸参数的产品,构成产品的基型系列。
可获得什么好处?
优点:
1)用较少品种规格的产品满足市场较大范围这些可靠性衡量指标之间在数值上都与时间t相关
机械制造装备的机电一体化体现在:
其系统和产的需求。
联。
品的通常结构是机械的,用传感器检测来自外界和机2)可以减少设计工作量,提高设计质量,减2-1机床设计应满足哪些基本要求?
其理由是什么?
器内部运行状态的信息,由计算机进行处理,经控制少产品开发的风险,缩短产品的研制周期。
工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、
系统,由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混3)可以压缩工艺装备的数量和种类,有助于
精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠
合形式的执行系统进行操作,使系统能自动适应外界缩短产品的研制周期,降低生产成本。
性、造型与色彩
环境的变化,机器始终处于正常的工作状态。
4)零备件的种类少,系列中的产品结构相似,
2-2机床设计的主要内容及步骤是什么?
(一)总体设计:
1、机床主要技术指标设计,包
采用机电一体化技术可以获得如下几方面功能:
1,
便于进行产品的维修,改善售后服务质量。
括工艺范围、运行模式、生产率、性能指标等。
2、
对机器或机组系统的运行参数进行巡查和控制;
2,5)为开展变型设计提供技术基础
总体方案设计,包括运动功能、基本参数、总体
对机器或机组系统工作程序的控制;
3,用微电子技结构布局等设计。
3、总体方案综合评价与选择4、
缺点:
用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择
总体方案的设计修改或优化。
(二)详细设计,
术代替传统产品中机械部件完成的功能,简化产品的所需的产品,选到的产品,一方面其性能参数和功能
包括技术设计和施工设计。
(三)机床整机综合评
机械结构。
特性不一定最符合用户的需求。
另一方面有些功能还
价
可能冗余。
2-3机床的基本工作原理是什么?
1-7对机械制造装备如何进行分类?
1-13系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什
基本工作原理是:
通过刀具与工件之间的相
加工装备:
采用机械制造方法制造机器零件的机么?
公比选得过大或过小会带来哪些问题?
对运动,由刀具切除工件上多余的金属材料,使工件
床。
选取原则产品的主参数应尽可能采用优先数系。
具有要求的尺寸和精度的几何形状。
工艺装备:
产品制造是用的各种刀具、模具、夹主参数系列公比如选得较小,则分级较密,有利于用
2-4机床系列型谱的含义是什么?
具、量具等工具。
户选到满意的产品,但系列内产品的规格品种较多,
为了以最少的品种规格,满足尽可能多用户的不仓储运输装备:
各级仓库、物料传送、机床上下系列化设计的许多优点得不到充分利用;
反之,则分
同需求,通常是按照该类机床的主参数标准,先确定
料等设备。
级较粗,系列内产品的规格品种较少,可带来系列化
辅助装备:
清洗机和排屑装置等设备。
设计的许多优点,但为了以较少的品种满足较大使用一种用途最广、需要量较少的机床系列作为“基型系
1-8工业工程指的是什么?
如何在设计机械制造装备
范围内的需求,系列内每个品种产品应具有较大的通列”,在这系列的基础上,根据用户的需求派生出若
干种变型机床,形成“变型系列”。
“基型”和“变型”
时体现工业工程的需求?
用性,导致结构相对复杂,成本会有待提高,对用户
构成了机床的“系类型谱”。
工业工程是对人、物料、设备、能源和信息能组来说较难选到称心如意的产品。
成的集成系统进行设计,改善和实施的一门科学。
产品设计符合工业工程的需求:
在产品开发阶1-15设计的评价方法很多,结合机械制造装备设计,2-5机床的基本工作原理是什么?
段,充分考虑结构的工艺性,提高标准化、通用化程指出哪些评价方法极为重要,为什么?
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,使工件具有要求的几何度,以便采用最佳的工艺方案,选择最合理的制造设技术经济评价可靠性评价人机工程学评价结
形状和尺寸。
对机械传动的机床来说,复合运动是通过内联系来实基本组的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积,即
2-6工件表面的形成原理是什么?
X2=P0P1。
如有更多的变速组,则依此类推。
现的。
任何一个表面都可以看成是一条曲线(或直线)对数控机床来说,复合运动是通过运动轴来实现的。
2-25.什么是传动组的变速范围?
各传动组的变速范
沿着另一条曲线(或直线)运动的轨迹。
这两条曲线2-14.机床的运动功能式和运动功能图表达的含义是
围之间有什么关系?
(或直线)称为该表面的发生线,前者称为母线,后什么?
传动组中最大与最小传动比的比值,称为该变速
者称为导线。
而加工表面的发生线是通过刀具切削刃答:
机床运动功能式表示机床的运动个数,形式(直组的变速范围。
与工件接触并产生相对运动而形成的。
线或回转运动),功能(主运动、进给运动、非成形
Ri=(umax)i/(umin)i(i=0、1、2、,,j)
2-7工件表面发生线的形成方法有哪些?
运动)及排列顺序,是描述机床运动功能最简洁的表
Xi(pi-1)
变速范围一般可写为Ri=ψ
轨迹法、成形法、相切法、展成法达形式。
2-35.进给传动系设计要求能满足的基本要求是什
2-8工件表面发生线的形成方法有哪些?
运动原理图是将机床的运动功能式用简洁的符号和么?
1、轨迹法2、成形法3、相切法4、展成法答:
1、具有足够的静刚度和动刚度;
图形表达出来,除了描述机床的运动轴个数,形式及
2-9机床的运动功能有哪些?
排列顺序之外,还表示了机床的两个末端执行器和各2、具有良好的快速响应性,作低速进给运动
1、操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流
个运动轴的空间相对方位,是认识分析和设计机床传或微量进给时不爬行,运动平稳灵敏度高;
的工具。
2、控制介质与输入输出设备控制介质是记3、抗振性好,不会因摩擦有自振面引起传动
动系统的依据。
录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与18.机床运动分配式的含义是什么?
件的抖动或齿轮传动的冲击噪声;
外部设备进行交互装置。
交互的信息通常是零件加工答:
运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”4、具有足够宽的调速范围;
程序。
即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程的位置,用符号“.”表示。
符号“.”左侧的运动由5、进给系统的传动精度和定位精度要高;
序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过6、结构简单,加工和装配工艺性好。
工件完成,右侧的运动的刀具完成。
机床的运动功能
输出设备存放或记录在相应的控制介质上。
3、CNC式中添加上接地符号“.”后,称之为运动分配式。
2-36进给传动与主传动相比较,有哪些不同点?
装置(CNC单元)组成:
计算机系统、位置控制板、PLC1)进给传动是恒转矩传动
接口板,通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制2-20机床的主参数及尺寸参数根据什么确定?
2)进给传动系中各传动件的计算转速是其最高
软件。
作用:
根据输入的零件加工程序进行相应的通用机床的主参数和主参数系列国家已制订标转速
处理(如运动轨迹处理、机床输入输出处理等),然准,设计时可根据市场的需求在主参数系列标准中选3)进给传动的转速图为前疏后密结构
后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动4)进给传动的变速范围
用相近的数值。
专用机床的主参数是以加工零件或被
装置和PLC等),所有这些工作是由CNC装置内硬件5)进给传动系采用传动间隙消除机构
加工面的尺寸参数来表示,一般也参照类似的通用机
和软件协调配合,合理组织,使整个系统有条不紊地床主参数系列选取。
6)快速空程传动的采用
进行工作的。
CNC装置是CNC系统的核心4、伺服2-23机床主传动系都有哪些类型?
由哪些部分组7)微量进给机构的采用
单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴成?
2-37进给伺服系的驱动部件有哪几种类型?
其特点
伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给按驱动主传动的电动机类型:
交流电动机驱动、和应用范围怎样?
电机测量装置位置和速度测量装置。
以实现进给直流电动机驱动步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、
伺服系统的闭环控制。
作用保证灵敏、准确地跟踪按传动装置类型:
机械传动装置、液压传动装置、直线伺服电动机
CNC装置指令:
进给运动指令:
实现零件加工的成2-38试述滚珠丝杠螺母结构的特点,其支撑方式有哪
电气传动装置以及它们的组合
形运动(速度和位置控制)。
主轴运动指令,实现零按变速的连续性:
分极变速传动、无极变速传动几种?
件加工的切削运动(速度控制)5、PLC、机
主传动系一般由动力源(如电动机)、变速装置摩擦系数小,传动效率高。
一端固定,另一端自
床I/O电路和装置PLC(ProgrammableLogic
及执行件(如主轴、刀架、工作台),以及开停、换由,一端固定,另一端简支承,两端固定
Controller):
用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O2-39机床控制系统有几种分类方法?
是如何进行分
向和制动机构等部分组成。
控制,它由硬件和软件组成;
机床I/O电路和装置:
2-24.什么是传动组的级比和级比指数?
常规变速传
类的?
实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开
动系的各传动组的级比指数有什么规律性?
按自动化程度分类:
手动、机动、半自动、
关、接触器等组成的逻辑电路;
功能:
接受CNC的
变速组的级比是指主动轴上同一点传往从动轴相自动控制系统。
M、S、T指令,对其进行译码并转换成对应的控制Xi表示。
级比ψXi中的Xi
邻两传动线的比值,用ψ按控制系统是否有反馈:
开环、半闭环、闭
信号,控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操值称为级比指数。
它相当于由上述相邻两传动线与从环控制系统。
作面板和机床侧的I/O信号,送给CNC装置,经其
动轴交点之间相距的格数。
按控制方式和内容分类:
时间控制、程序控制、
处理后,输出指令控制CNC系统的工作状态和机床
规律性:
设计时要使主轴转速为连续等比数数字控制、误差补偿控制和自适应控制
的动作。
列,必须有一个变速组的级比指数为1,此变速组称3-1主轴部件应满足哪些基本要求?
2-11.机床上的复合运动,内联系传动链,运动轴的联为基本组。
基本组的级比指数用X0表示,即X0=1。
旋转精度、刚度、抗振性、温升和热变形、精度
动的含义及关系如何?
后面变速组因起变速扩大作用,所以统称为扩大组。
保持性
复合运动是运动之间有严格的运动关系。
第一扩大组的级比指数X1一般等于基本组的传动副3-2.
内联系传动链:
两个末端件的转角或位移量之间有严数P0,即X1=P0。
第二扩大姐的作用是将第一扩大
1格的比例关系要求。
组扩大的变速范围第二次扩大,其级比指数X2等于
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
蚀性差,油渗入导致材质疏松;
表面需进行喷漆或力。
喷塑处理;
(4)天然花岗岩,热稳定性好,导热系数
和线胀系数小,抗氧化性强,不导电,抗磁,与金属应影响小。
可以自动调节卸荷力大小
多
刀车床等3不粘合。
精度保持性好,耐磨性比铸铁高5~6倍,3-16提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施
抗振性好,阻尼系数比钢大15倍,加工方便,通过1)合理选择导轨的材料和热处理
机床主轴。
4
研磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。
抗冲2)导轨的预紧
击性能差,脆性大,油和水等液体易渗入晶界中,使3)导轨的良好润滑和可靠防护
3-4试分析图所示三种主轴轴承配置形式的特点和适4)保证完全的液体润滑,用油膜隔开相接触的
表面局部变形胀大,难于制作复杂的零件。
(5)树脂
用场合?
混凝土,刚度高;
具有良好的阻尼性能,阻尼比为灰导轨面,加大导轨的接触面和减轻负载,争取磨损要图Ⅰ刚度速度型,后端角接触球轴承,背靠背安装,
铸铁的8~10倍,抗振性好;
热容量大,热传导率低,
使摩擦面上的压力分布均匀。
导轨的形状尺寸要尽可
承受径向力和轴向力,前端是双列短圆柱滚子
轴承,承受较大的径向力。
适用场合较大的传导热系数只为铸铁的1/25~1/40,热稳定性高,其构
能对集中负载对称。
动力图Ⅱ刚度速度型后端双列短圆柱滚子
3-18、机床刀架自动换刀装置应满足什么要求
件热变形小;
比重为铸铁的l/3,质量轻;
轴承,承受较大的径向力,前段是角接触球轴
承,也是背靠背安装,承受较大的径向力和轴
3-11根据什么原则选择支承件的截面形状,如何布
a、满足工艺过程提出的要求B、在刀架、刀库
置支承件上的助板和助条?
上要能够牢固地安装刀具C、刀架、刀库、换刀机械
向力,适用场合图Ⅲ刚度型后端双列短圆柱
滚子轴承承受较大的径向力,前段是双列短圆
手都应具有足够的刚度D、可靠性高E、换刀时间应
1)无论是方形、圆形或矩形,空心截面的刚度
柱滚子轴承,承受较大的径向力,靠近前段有
都比实心的大,而且同样的断面形状和相同大小的面F、操作方便安
中间辅助支撑,双列角接触球轴承,承受径向
积,外形尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁厚3-21加工中心上刀库的类型有哪些?
力和轴向力。
适用场合切削负载较大,中等转
速,要求刚度高的机床的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高。
所以为提高支承鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式
3-5轴向力传递:
轴→锁紧螺母→轴套→内圈→外圈
件的刚度,支承件的截面应是中空形状,尽可能加大刀库→滚动体→左圈→箱体
截面尺寸,在工艺可能的条件下壁厚尽量薄一些。
3-23典型换刀机械手有哪几种?
各有何特点?
适用
轴→轴肩→轴套→右圈→滚动体→左圈→箱体
间隙调整:
右端拧母调整间隙,左端研磨密封环右边,2)圆(环)形截面抗扭刚度好于方形,抗弯刚
范围如何?
然后通过拧锁紧螺母调整间隙
度比方形低;
以承受弯矩为主的支承件的截面形状应1)单臂双手爪型机械手:
这种机械手的拔刀、
3-6.1双列圆柱滚子轴承未预紧,改为螺母预紧2
取矩形,并以其高度方向为受弯方向;
以承受转矩为插刀动作都由液压动作来完成,根据结构要求,可以
双联滑移齿轮安装错了,改为大齿轮在左,即
大小齿轮对调3中间轴承不用圆锥滚子轴
主的支承件的截面形状取圆(环)形。
采取液压缸动、活塞固定;
或活塞动、液压缸固定的
承,改为圆柱滚子轴承或是向心球轴承来承担
3)封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度,
结构形式。
这种液压缸活塞的密封松紧要适当,太紧
径向力4应为两个圆锥滚子轴承或是向心球
轴承5圆锥滚子轴承应该背对背安装,提高跨
特别是抗扭刚度。
截面应尽可能设计成封闭形状。
了往往影响机械手的正常动作,要保证既不漏油又使
助板的布置取决去支承件的受力方向。
机械手能灵活动作。
距载荷6中间辅助支撑改为圆柱滚子轴
3-9在支撑件设计中,支撑件应满足哪些基本要求?
肋条置于支承件某一内壁上,主要为了减小局部2)双臂单手爪交叉型机械手:
应用有JCS—013
1)应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比;
变形和薄壁振动,用来提高支承件的局部刚度。
型卧式加工中心
2)应具有较好的动态特性,包括较大的位移阻
3-12提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施?
3)单臂双手爪且手臂回转轴与主轴成45°
的机
抗(动刚度)和阻尼;
整机的低价频率较高,各阶频
提高支承件结构刚度的主要方法是:
根据支承械手:
这种机械手换刀动作可靠,换刀时间短,但对
率不致引起结构共振;
不会因薄壁振动而产生噪声;
件受力情况合理的选择支撑件的材料、截面形状和尺刀柄精度要求高,结构复杂,联机调整的相关精度要
3)热稳定性好,热变形对机床加工精度的影响
寸、壁厚,合理的分布肋板和肋条。
求较高,机械手离加工区较近。
较小;
提高动态性能的方法:
1、改善阻尼特性2、采4)手抓。
4)排屑畅通、吊运安全,并具有良好的结构工
用新材料制造支承件5)钳形杠杆机械手。
艺性。
3-13导轨设计中应满足哪些要求?
4-1.工业机器人的定义是什么?
操作机的定义是什
3-10支承件常用的材料有哪些支承件常用的材料有么?
P218工业机器人:
是一种能自动控制,可重复
应满足以下要求:
精度高,承载能力大,刚
哪些支承件常用的材料有哪些支承件常用的材料有度好,摩擦阻力小,运动平稳,精度保持性好,寿命编程,多功能,多自由度的操作机,能搬运材料、工
哪些?
?
各有何特性各有何特性各有何特性各
长,结构简单,工艺性好,便于加工、装配、调整和件或操持工具,用以完成各种作业。
操作机:
具有
有何特性?
维修,成本低等。
和人手臂相似的动作功能,可在空间抓放物体或进行
常用的材料有:
(1)铸铁,铸造性能好,容易获
3-14镶条和压板有什么作用?
其他操作的机械装置。
得复杂形状;
内摩擦大,阻尼系数大,振动衰减性好;
镶条:
镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间4-2.工业机器人由哪几部分组成?
比较与数控机床的
成本低,制造周期长;
(2)钢材,生产周期短,省去组成的区别。
P219由操作机,驱动单元,控制装置
隙,镶条应放在导轨受力较小的一侧
制作木模和铸造工艺;
无截面形状限制,可焊成封闭
压板:
压板用来调整辅助导轨面的间隙,承受颠覆力组成
件,刚性好;
可根据受力情况布置或增加隔板、加强
矩,用配刮垫片来调整间隙4-3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什
筋,提高刚度;
固有频率高;
在刚度相同时,壁厚可
3-15导轨的卸荷方式有哪几种?
各有什么特点?
么?
它与机床有何主要的相同不同之处?
P218基本
为铸铁一半,重量轻;
阻尼约为铸铁的l/3,抗振性
导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。
功能:
提供作业所需的运动和动力。
基本工作原理:
较差;
(3)预应力钢筋混凝土,支承件的刚度和阻尼
通过操作机上各运动构件的运动,自动的实现手部作
比铸铁大几倍,抗振性好,成本较低。
脆性大,耐腐
业的动作功能及技术要求。
相同之处:
二者的末端
执行器都有位姿变化要求,都是通过坐标运动来实现2)具有一定的柔性;
积设定6)面积相关图解7)方案评价8)详细布置
末端执行器的位姿变化要求。
不同之处:
机床:
是3)尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动6-16物流搬运装备的选择原则是什么?
按直角坐标形式运动为主,对刚度、精度要求很高,路线;
1)上下料时间要符合生产节拍的要求,缩短辅
其灵活性相对较低。
机器人:
按关节形4)尽量减少在制品积压;
助时间,提高生产率
式运动为主,对灵活性要求很高,其刚度、精度相对5)合理的物料(毛坯、在制品、产品)储存量。
2)上下料工作力求稳定,尽量减少冲击,避免
较低。
6-3料仓式和料斗式上料装置、上下料机械手各适应
工作产生变形或损坏
4-4.工业机器人的结构类型有哪几类?
各种类型的3)上下料装置要尽可能结构简单,工作可靠,
于什么场合
特点如何?
P220⑴按机械结构类型分类①关节型
维护方便
机器人:
灵活性好,工作空间范围大,但刚度和精度4)上下料装置应有一定的适用范围,尽可能地
②球坐标型机器人:
灵活性好,工作空间范尺寸较小的毛满足多种不同工件的上下料要求
围大,但刚度和精度较差。
③圆柱坐标型机器人:
灵钟表
活性好,工作空间范围大,但刚度和精度较好。
④厂等大批量生产。
7-1什么是机械加工生产线?
它的主要组成类型及
直角坐标型机器人:
刚度和精度高,但灵活性差,工般运输、装卸等作业。
特点有哪些?
作空间范围小。
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