《机械制造装备设计》考试复习.doc.pdf
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1、碍制龄备设计 第一章 . 机械制造及装备设计方法 第一节、概述 机械制造装备的发展趋势 1、向高效、高速、高精度方向发展 2、多功能复合化、柔性自动化 3、绿色制造与可持续发展 4、智能制造技术与智能化装备 第二节 机械制造装备应具备的主要功能 机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求: 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 一般的功能要求包括 (1)加工精度方面的耍求 (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)耐用性方面的要求 (5)技术经济方而的要求
2、第三节机械制造装备的分类 机械制造装备的分类 1、加工装备(机床或工作母机)2、工艺装备 3、储运装备4、辅助装备 加工装备包括: 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。 金属切削机床可按如下特征进行分类: 1、按机床的加工原理分为: 车床、钻床、镇床、纹加工机床、铳床、刨(插)床、拉床、 切断机床和其它机床等。 2、按机床的使用范围分为: 通用机床: 通用的金屈切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面 专用机床: 用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床 专门化机床: 用于对形状柑似尺寸不同的工件的特定表面,按特定的工序进行加工 3
3、、机床按其通用特征可分为高精度精密、白动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻 型、万能和简式机床等 第四节 机械制造装备设计的类型 机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类 第五节机械制造装备设计的方法 机械制造装备设计的典型步骤 (一)产品规划阶段(二)方案设计阶段 (三)技术设计阶段(四)施工设计阶段 第二章金属切削机床设计 第一节概述 机床设计应满足的基本要求 (1)工艺范闌(2)柔性(3)与物流系统的可亲 性 (4)刚度(5)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 机床设计步骤 1、确定结构原理方案2、总体设计3
4、、结构设计 4、工艺设计5、机床整机综合评价6、定型设计 第二节 金属切削机床设计的基本理论 机床的运动学原理 金屈切削机床工作原理是通过刀具与工件之间的相对运动,山刀具切除工件加工农面多余 的金屈材料,形成工件加工表面的几何形状、尺寸,并达到其精度要求。 工件表面的形成方法与机床运动 几个概念: 从几何学农面观点來看,机器零件上每个表面都可以看作是一条线(母线), 沿着另一条线(导线)运动的轨迹 母线和导线统称为形成表而的发生线。在切削加工的过程中,这两条发生线是通过刀具的 切削刃与毛坯的相对运动把零件的农面切削成耍求的形状。 可逆衣面:形成平面、有线成形表面和圆柱面的两条发生线一一母线和导
5、线可以互换, Ifu不改变形成表面的性质。 不可逆表面:形成不可逆表面的母线和导线是不可互换的。圆锥面、球而、圆环面和螺 旋而等,都属于不可逆表而。 发生线的形成方法 1)轨迹法(描述法)2)成型法(仿形法) 3)相切法(旋切法)4)展成法(滚切法) 机床的运动分类 按运动的功能分:成形运动和非成形运动 按运动的性质分:直线运动和冋转运动 按运动之间的关系分类:独立运动和复合运动 机床的成形运动的分类:主运动和形状创成运动 机床运动功能的描述方法 1、 机床运动功能式(要求会写) 左边写工件,用W表示;右边写刀具,用T表示;中间写运动,按运动顺序排列;工 件、运动和刀具之间用“/ ”分开,下标
6、厂衣示主运动,下标f表示进给运动,下标a表 示 分成形运动 2、 机床运动原理图(要求会画,特别是车、铳、刨) 运动原理图是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来,除了描述机床的运动轴 个数、形式及排列顺序外,述农示了机床两个末端执行器和各个运动轴的空间方位,是认 识、分析、设计机床传动系统的依据。 精度(要求了解即可) 1、几何精度2、运动精度3、传动精度 4、定位精度和重复定位精度5、工作精度6、精度保持性 低速运动平稳性(要求知道概念、原因、表现形式、解决方案) 概念及表现形式: 机床上有些运动部件 , 需耍低速或微小位移。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
7、显的速度不均的跳跃式运动,即时走时停或者时快时慢 的 现 彖 , 这 种 在 低 速 运 动 时 产 生 的 运 动 不 平 稳 性 称 为 爬 行 。 第三节金属切削机床总体设计 1、机床系列型谱的制定2、机床运动功能设置 3、机床总体结构方案设计4、机床主要参数的设计 lOOOv 工件或刀具直径 (mm) 主运动的速度范围 : 产生原因:爬行是个很复杂的现象,它是因摩擦产生的自激振动现象,产生这一现象主耍 原因是摩擦而上的摩擦系数随速度的增大而减小和传动系的刚度不足。 解决方案: 在设计低速运动部件时,应减少静、动摩擦系数之差,提高传动机构的刚度和 降低移动件的质量等。 金属切削机床总体设
8、计内容包括 在机床主要参数的设计阶段若干概念 主运动为冋转运动的机床,主运动参数是主轴转速/(r/min)o转速与切削速度v的关系 lOOOv 兀d 变速范围加: Kn =兀 几个重要参数的选择 : 切削速度与刀具材料、工件材料、进给量和切削深度有关。 选择vmax和vmin,是根据机床上几种典型加工情况來考虑的。 例如,车床最高切削速度是在用硬质合金刀具半精车钢件时,作为选择vmax典型加工情况。 最低切削速度是在用高速钢刀具车螺纹时,作为选择vmin的典型加工情况。 dmax和Jmin不是指机床上可能加工的最小直径和最大直径 dmin是指在典型加工实际使用vmax时经常加工工件直径d值的较
9、小值。 r/max是指在典型加丁?实际使用vmin时经常加匚 . 件fl径d值的较大值。 标准公比和标准数列 规定标准公比01,并且规定相对速度损失的最大值Amax不大于50%,则相应炉不大于 2,所以IV逛2。 为了简化机床设计和使用,规定了几个标准值,这些数值是选取2或10的某次方根,1.06、 1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2= 第四节主传动系设计 主传动系设计应满足的基本要求: 1 、 满足机床使用性能要求2、满足机床传递动力要求 3 、 满足机床工作性能的要求4、满足产品设计经济性的要求 5 、 维修调整方便,结构简单、合理,便于加工和装配。 主传动系分类 按驱动
10、主传动的电动机类型:交流电动机驱动、r流电动机驱动 按传动装置类型: 机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的纽?合 按变速的连续性:分极变速传 动、无极变速传动 主传动系的传动方式分类:集中传动方式和分散传动方式 分级变速主传动系的设计 这个,全部掌握吧,号称此题不过,来年再考。在 此不做整理(p91pl05) 无级传速主传动系 ( 了解相关概念,图不必掌握) 机床主传动中常釆用的无级变速装置有三大类: 1、变速电动机、2、机械无级变速装置、3、液压无级变速装置 无级变速主传动系设计原则 1、 尽最选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置。 2、 无极变速系统装置单独使用吋,
11、其调速范鬧较小,满足不了要求,尤其是恒功率调速范闌 往往远小于机床实际需耍的恒功率变速范闌。 第三章典型部件设计 第一节主轴部件设计 主轴部件的组成及作用 主轴部件是机床的执行件,曲主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等纽?成。 主轴部件的作用是夹持工件或刀具,克接参与工件衣面的成形运动,并在一定转速下传递扭 矩、承受载荷 主轴部件应满足的基本要求: (4) L 升和热变形: 主轴组件工作时,山于摩擦和搅油等而发热,产生了温升 3、两端配置4、中间配置 (1)旋转精度: 旋转精度指装配后,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。 (2)刚度: 指主轴部件在
12、外加载荷作用下抵抗变形的能力。 (3)抗震性: 指英抵抗受迫振动和白激振动而保持平稳地运转的能力 主轴振动有两种类型:受迫振动和自激振动 (5)精度保持性: 是指其长期保持原始精度的能力,即精度的保持性 主轴的传动方式 :齿轮传动、带传动、电动机直接驱动主轴部件结构设计 多数机床的主轴采用前、后两个支承。 为捉高刚度和抗振性,有的机床采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承,中间 支承为辅助支承。 推力轴承的位置配置型式: 1、前端配置2、后端配置 主轴轴承对主轴旋转精度的影响(图,p!55) 主轴滑动轴承的分类: 按产生油膜的方式,可分为动压轴承和静压轴承两类。 按照流体介质不同可分
13、为液体滑动轴承和气体滑动轴承。 动压轴承的工作原理: 当主轴旋转时,带动润滑油从间隙大处向间隙小处流动,形成压力油楔 而产生油膜压力p将主轴浮起 第二节支承件设计 支承件是指床身、立柱、横梁、底廉等大件 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,齐阶频率不致引起结构共振。 (3)热稳定性好。 (4)排屑畅通、调运安全,并具有良好的结构工艺性 第三节导轨设计 导轨的功用和分类 导轨的功用是承受载荷和导向。 3、精度保持性好; 6导轨要求结构简单,易于加工 对应的图 导轨按结构形式可分为开式导轨和闭式导轨。 导轨应满足的要求 1、导向精度高
14、2、承载能力大,刚度好 4、低速运动平稳5、结构简单、工艺性好 直线导轨的截面形状: 主要有四种:矩形、三角形、燕尾形和圆柱形 第四节、机床刀架和自动换刀装置设计 机床刀架和自动换刀装置的类型 按安装刀具的数目分为单刀架和多刀架。 按结构形式分为方刀架、转塔刀架、冋轮式刀架等。 按驱动刀架转位的动力分为手动转位刀架和自动(电动和液动)转位刀架 刀库的类型:盘式刀库、链式刀库、斗笠式刀库 第六章物流系统设计 第一节概述(掌握相关概念) 物流的概念 从原材料和毛坯进厂,经过储存、加工、装配、检验、包装,直至成品和废料出厂,在仓库、 车间、工序之间流转、移动和储存的全部过程 物流系统的设计要求 1、
15、 工厂平面布置合理化 2、 工厂物流活动与生产工艺流程同步化 b) c) d) 3、 物料搬运路线简捷、倉线化 4、 物料搬运机械化、省力化、自动化 5、 单元化容器标准化、通用化 6、 库存合理化 7、 采用看板运输管理,保护增生产物流活动准时化 8、 提倡储、运、包一体化,集装小元化 9、 在物料流程中,上下工位之间、前后生产车间之间要有周定位置的流程图, 为手法、运 送、搬运的有关人员指明产品、零件流向,起到现场调度作用 物流系统设计的主要任务 1、合理规划厂区2、合理布局车间工位 3、合理确定库存量4、合理选择搬运装备 料仓式上料装置功用和组成 功用:当单件毛坯的尺寸较大,而口形状比较
16、复杂,难于自动定向时,可采用料仓上料机构。 适用于加工时间较长的零件。用在大量和批量生产中。 纽?成:料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分 料斗式上料装置功用和组成 功用: 料斗式与料仓式的不同 , 后者只是将已定向好的工件由储料器向机床供料,而前者则 可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。 组成: 山装料机构、储料机构纽成。 装料机构山料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器、送料槽、减速器等纽. 成。 储料机构山隔料器、上料器等纽?成 机床间的工件传递和运送装置主要有:托盘、随行夹具、各种传送装置、有轨小车和无轨 小车等 人生三叹: 一叹世风日下, 二叹人心不古 ,三叹考试不
17、开卷! - 伏小七 7可靠性指什么?有哪些衡量指标?答:可靠性是指产品在规定的条件下河规定的时间内完成 规定任务的能力。 衡量指标:可 靠度,累积失效概率,失效率,可靠寿命。 8什么是系列化设计?优缺点?答:系列化设计方法 是在设计的某一类产品中,选择功能,结 构和尺寸等方面较典型产品为基型,以它为基础,运用结构典型化,零件通用化,标准化 (结构的典型化)的原则设计出其他各种尺寸参数的产品构成产品的基型系列。优点:(1) 可用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求(2)可减少设计工作量,提高质量,减少 开发风险,缩短研制周期(3)可压缩工艺装备的数量和种类,缩短研制周期,减低成本 (4)零备
18、件种类少,便于维修和售后服务(5)伟变型设计提高基础。缺点:产品具有通用 性,用户只能在系列型谱内有限的品种规格中选収,参数功能不一定瑕符合,功能述可能冗 余。 12主轴部件应满足哪些基本要求:旋转精度,刚度,抗振性,温升和热变形,精度保持性。 13支承件应满足哪些基本要求:(1)应具有足够的刚度和较高的刚度一质量比(2)应具有 较好的动态特性,包括较大的位移阻抗和阻尼;整机的低阶频率较高,各阶频率不致引起结构 共振;不因薄壁振动而产生噪声(3)热稳定性好,热变形对机床加工精度的影响小(4)排屑 畅通,吊运安全,并具有良好的结构工艺性 17机床夹具的组成由哪些部分:速位元件和低定位装置夹紧元件
19、和夹紧装置导向和对刀 元件动力装置夹具体其他元件和装置。 14根据什么原则选择支承件的界面形状:(1)为尽可能提高支承件刚度,支承件的截面应是 中空形状,经可能加大截而尺寸,在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些(2)圆形截而的抗抓 刚度壁止方形好,而抗弯刚度比止方形低,因此,以承受弯矩为主的支承件截面形状应収矩形 并以其高度方向为受弯方向:以承受抓矩为主的支承件的截面形状应取圆形(3)尽 可能吧支 承件截面做成封闭形状。 I什么是“柔性”,什么是柔性制造系统FMS?答“柔性” 是指一 ?个制造系统适应冬种生产条 件变化的能力,集中反映在加工、人员和装备等方面。柔性制造系统FMS是一个以网络为基 础
20、,而向车间的开放式集成制造系统,是实现CIMS的基础。它具有CAD、数控编程、分布 式数控、工夹具管理、书记采集和质量管理等功能,它能根据制造任务和生产环境的变化迅速 进行调整,适应于多品种、中小批量生产。 2分析主轴推力支承的配置形式及其结构特点?答:前端配置, 两个方向的推力支承部布置 在前支承处,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,対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,这类配置方案询支承轴 承较少,发热小,温升低,但是主轴受热都向前伸长,影响轴向
21、精度,用于轴向精度要求不高 的普通精度机床两端配置 ,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,两端配置殆用于短主轴中间配置, 两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧,这类配置 方案可减少主轴的悬伸量,并使主轴受热膨胀后向后伸长,但前支承结构复杂,温升也可能较 高。 3夹紧与定位的区别?对夹紧装置的基本要求有哪些?答:夹紧: 夹牢工件,在一疋好的位置 上将工件可靠的夹住。定位:把工件装好,在机床上确定工件相对刀具的止确加工位置。要 求:(1)夹紧必须保证定位准确可靠,而不能破坏定位(2)工件
22、和夹具的变形必须在允许的 范围内(3)夹紧机构必须可靠(4)夹紧机构操作必须安全,省力,迅速,符合工人的操作习 惯(5)夹紧机构的复杂程度,自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件向适应。 4试述确定标准公比(p的原则?在机床分级主轴变速箱设计中,如何选用公比cp?公比过大或 过小有哪些问题?答 :因为转速山nmin至nmax必须递增,所以公比(p应大于1:为了 限制 转速损失的垠大值Amax不大于50%,则相应的公比(卩不得大于2,故lv(pv2;为了使 用记忆 方便, 转速数列中转速呈10倍比关系 , 故q应在(p=El V10 (El为正整数)中取数 ; 如采用 多速电动机驱动 , 通常电动
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