机床运动功能方案的创成式设计方法
习题
第一章习题与思考题：1．为什麽机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用？2．机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什麽？3．柔性化指的是什麽？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心、和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？4．机械制造装备的精密度越来越高，也就是说新造出来的机械制造装备要比制造它用的现有机械制造装备精度要高，如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来？5．我国人口多，劳动力资源比较丰富，目前尚有不少下岗人员没有安排工作，实现自动化与更多地提供就业机会之间是否存在矛盾，为什麽？6．机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面？可获得什麽好处？7．对机械制造装备进行现代化改造的主要内容有哪些？8．工业工程指的是什麽？如何在设计机械制造装备时体现工业工程的要求？第二章习题与思考题：1.机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什麽？2.创新设计的步骤是什麽？为什麽应重视需求分析和可行性论证？3.你能以一个实际例子说明功能结构的建立、原理解的寻求和初步设计方案的形成过程。
4.哪些产品宜采用系列化设计方法，为什麽？有哪些优缺点？5.系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什麽？公比选得过大或过小会带来哪些问题？6.哪些产品宜采用模块化设计方法，为什麽？有哪些优缺点？7.设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，哪些评价方法较为重要？为什麽？8.有些方案的技术评价较高。
但经济评价一般或不好，有些方案可能是相反的情况，如何对这些方案进行综合评价？9.可靠性指的是什麽？有哪些可靠性衡量指标，它们之间有哪些数值上的联系？10.从系统设计的角度，如何提高产品的可靠性？11.在机械制造装备设计中用到哪些人机工程学的概念和方法，解决了什麽问题？12.举例说明为什麽机械加工工艺性的评价应依据制造厂的生产条件，没有一个绝对的标准？第三章思考题与习题：1.机床设计应满足哪些基本要求，其理由是什么？2.机床设计的主要内容及步骤是什么？3.机床设计的基本理论有哪些？其定义、原理、要求如何？4.机床系列型谱的含义是什么？5.机床的基本工作原理是什么？6.工件表面的形成原理是什么？7.工件表面发生线的形成方法有哪些？8.工件表面的形成方法是什么？9.机床的运动功能有哪些？10.机床的主运动与形状创成运动的关系如何？进给运动与形状创成运动的关系如何？11.机床上的复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何？12.机床运动功能方案设计的方法及步骤如何？13.数控机床的坐标系如何选取？14.机床的运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？15.虚拟轴机床的原理是什么？有哪些特点？16.分析图3-14所示各种机床的运动功能图，说明各个运动的所属类型、作用及工件加工表面的形成方法。
机械制造装备设计复习题2及答案
2009年1月份《机械制造装备设计》复习题（二）一、选择（10分，每小题1分）1下列结构式中，符合级比规律的是 [C ]。
A. 53122312⨯⨯=B. 72123212⨯⨯=C. 61222312⨯⨯=D. 51323212⨯⨯=2齿轮、滚动轴承及其它传动元件的振动摩擦产生的噪声称为[A ]。
A.机械噪声 B. 液压噪声 C.电磁噪声 D. 空气动力噪声 3铣床的主要性能指标（第二主参数）是 [D ]。
A. 床身上的最大回转直径B. 最大的工件长度C. 工作台工作面宽度D. 工作台工作面长度4刀具是线切削刃，与工件发生线吻合，因此发生线由刀刃实现，发生线不需要刀具与工件的相对运动，该发生线的生成方法为 [ B ]。
A. 轨迹法B. 成形法C. 相切法D. 展成法5清楚的表明机床的形式和布局，规定各部件的轮廓尺寸及相互间的装配关系和运动关系，是展开各部件设计的依据，该资料称为[C ]。
A.被加工零件工序图B. 加工示意图C.机床总联系尺寸图D. 生产率计算卡 6具有良好的抗振性、工艺性和耐磨性等为特点的导轨为[A ]。
A.铸铁导轨 B. 镶钢导轨 C.有色金属导轨 D. 塑料导轨 7刀库的特点是结构简单紧凑，应用较广，容量较小，一般不超过32把刀具，指的是[A ]。
A.鼓轮式刀库 B. 链式刀库 C.格子箱刀库 D. 直线式刀库8控制阀将来自气泵的压缩空气自喷嘴通入，形成高速射流，将吸盘内腔中的空气带走而形成负压，使吸盘吸住物体，该吸盘称为[B ]。
A.挤压排气式吸盘B. 气流负压式吸盘C.真空泵排气式吸盘D. 磁吸式吸盘9在刀具识别位置上，利用光学系统将刀具的形状投影到带有许多光电元件组成的屏幕上，从而将刀具的形状变成电信号，经信息处理后存入记忆装置中，该刀具识别法称为[ C ]。
A. 非接触式磁性识别法 B. 光学纤维刀具识别 C. 图像识别技术 D. PLC 实现随机换刀10首先应用在平面多关节型（SCARA 型）装配机器人中的驱动机器人关节轴的电机是[ C ]。
机械制造装备设计课后习题答案完整
第五章课后习题答案1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？作用：1、保证加工精度2、提高生产率3、扩大机床的使用范围4、减轻工人的劳动程度，保证生产安全5、降低成本要求：1、保证加工精度2、夹具的总体方案应与生产纲领相适应3、安全、方便、减轻劳动强度4、排屑顺畅5、夹具应有良好的刚度、强度、结构工艺性1.机床夹具的组成部分有哪些？1、定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置2、夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置3、导向及对刀元件用于确定工件与刀具的相互位置的元件4、动力装置5、夹具体用于将各元件、装置连接在一块，并通过它将整个夹具安装在机床上6、其它元件及装置3.何为六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？它们各包括哪些方面？六点定位原理：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度使工件实现完全定位。
正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，称定位的正常情况。
正常情况分为：a完全定位六个自由度全部被限制b不完全定位少于六个自由度被限制非正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制，称为非正常情况非正常情况分为：a.欠定位需要限制的自由度没有完全被限制b.过定位某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制4、确定夹具的定位方案时，要考虑哪些方面的要求？在多个表面参与定位时：限制自由度最多的定位面——第一定位基准面或主基准面限制自由度较多的定位面——第二定位基准面或导向基准限制一个自由度的定位面——第三定位基准面或定程基准5、何谓定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？定位误差：指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它是加工误差的一部分产生定位误差的原因：1、基准不重合带来的定位误差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6、夹紧和定位的区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？定位是确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。
机床课程设计的内容、步骤及要求
第一章绪论第一节机床设计的目的机床课程设计是在学完机床课以后，进行一次学习设计的综合性练习。
通过设计，运用所学过的基础课、技术基础课和专业课的理论知识，生产实习和实验等实践知识，达到巩固、加深和扩大所学知识的目的。
通过设计，分析比较机床主传动中某些典型机构，进行选择和改进，学习构造设计，进行设计计算和编写技术文件。
完成机床主传动设计，达到学习设计步骤和方法的目的。
通过机床课程设计，获得设计工作的基本技能的训练，提高分析和解决工程技术问题的能力。
并为进行一般机械的设计创造一定的条件。
第二节机床课程设计的内容一．运动设计根据设计题目给定的机床用途、规格、主轴极限转速，拟定转速图、传动系统图、计算带轮直径和齿轮齿数。
二．动力设计根据设计题目给定的机床类型、规格及工作条件，确定主电动机功率；确定主轴及各传动件的计算转速；初定传动轴直径、齿轮模数，确定传动带型号及V带根数。
在结构机构设计之后，再对机床主要传动件、零件，进行应力、变形和寿命的验算，并修改结构设计。
三．结构设计完成运动设计和动力设计之后，还要将主传动方案“结构化”。
要设计主轴变速箱装配图及零件工作图，侧重进行传动轴组件、主轴组件、变速机构、操纵机构、润滑与密封，以及主轴、传动轴、滑移齿轮、操纵元件、箱体等零件的设计。
第二节机床课程设计的步骤及要求一．明确目的要求、查阅有关资料在接到题目后，应弄清给定的条件、数据、所设计机床的类型、性能、应用范围和规定的内容与要求。
查阅资料时，除本书外还应查阅《机床图册》和《机床设计手册》等。
必要时还应到实验室进行实地调查，了解同类型机床的使用性能与操作，主传动部件与相邻部件的安装关系等。
二．传动方案设计传动方案设计，包括确定主传动的运动参数，拟定转速图、传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，主传动的换向与制动方式，画出主传动的传动系统图。
三．计算主要传动件计算内容如下：V带——选择型号和计算所需的根数；传动轴——按扭转刚度要求计算轴受扭部分的直径，从而确定轴的直径；齿轮按变动工作用量计算接触强度和弯曲强度，取二者中的大值确定齿轮的模数，再进行齿轮的几何结构计算。
单项选择题
1．主轴转速的计算是主轴传递全部功率时的 (B)A．最高转速B．最低转速C．平均转速 D．瞬时转速2. 拟将一台普通车床数控化，希望改造费用较低，宜采用的伺服电动机是(C)A．交流伺服电机B．直流伺服电机 C．步进电机D．同步电机3. 加工中心与其他数控机床的主要区别是(A)A．有刀库和自动换刀装置 B．机床转速高 C．机床刚性好 D．进刀速度4. 柔性制造系统的英文缩写是(C)A．DNC B．FMC C．FMS D．CIMS5. 机床数控系统是一种(C)A．速度控制系统B．电流控制系统 C．位置控制系统D．压力控制系统6. 在20世纪50年代前，机械制造业推行的生产模式是(A)A. 刚性B. 个性C. 柔性D. 市场性7. 数控机床进给系统中采用齿轮传动副时，如果不采用消隙措施，将会(D)A．增大驱动功率 B．降低传动效率 C．增大摩擦力 D．造成反向死区8. 既起定位作用，又能自动调整位置的支承称为(D)A．固定支承 B．可调支承 C．辅助支承 D．自位支承9. 可用于开环伺服控制的电动机是(D)A．交流主轴电动机 B．永磁宽调速直流电动机C．无刷直流电动机 D．功率步进电动机10. 机床热变形对精度的影响大体为三类，即：角度变化、工作台等部件运动的直线性及(A)A．线性位移变化B．非线性位移变化C．直线位移变化 D．爬行现象11. 双三角形组合导轨的优点有导向精度高及(B)A．调整简单 B．磨损后相对位置不变 C．承载能力大 D．承受较大力矩12. 直流电动机的转速与励磁电流的关系是 (A)A．正比例关系 B．抛物线关系 C．反比例关系 D．无关13. 限制自由度数最多的定位面是（ A ）A．主基准面 B．导向基准 C．定程基准 D．加工基准14. 开环和闭环控制系统主要区别在于有无(D)A．数控装置B．驱动装置C．伺服装置D．反馈装置15. 根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，称为(A)A．欠定位；B．过定位；C．完全定位； D．不完全定位1．滚珠丝杠的主要载荷是(B)A．径向载荷B．轴向载荷C．运动载荷 D．静止载荷2. 增加滚动导轨滚动体直径时，在一定的负载下，摩擦阻力将(C)A．以正比例增加 B．以平方关系增加 C．保持不变 D．以反比减小3. 数控机床伺服系统是以哪种方式作为直接控制目标的？(B)A．机械运动速度 B．机械位移 C．切削力 D．角位移4. 从刚度观点出发，对滚柱导轨来说，增加滚柱直径d与增加滚柱数目z的结果(C)A．前者刚度更好 B．后者刚度更好 C．两者相同 D．两者相差不大5. 具有自动交换刀具系统的数字控制机床是(C)A．车削中心B．铣削中心C．加工中心 D．FMC6. 主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速机构传给主轴，使主轴带动工件按规定转速旋转，以实现【 C 】A．旋转运动 B．进给运动C．主运动D．辅助运动7. 支承件抵抗自身变形的能力称为支承件的(A)A．自身刚度B．连接刚度C．静刚度 D．弯曲刚度8. 设备主要部件在运动终点所达到的实际位置的精度称为(C)A．几何精度B．传动精度C．运动精度 D．位置精度9. 机床爬行现象一般发生于哪种运动情况下。
四工位专用机床的运动方案设计
设计题目：四工位专用机床的运动方案设计1．机器的功能和设计要求四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。
如图12.1所示，图12.1四工位专用机床工作示意图它的执行机构有两个：一是装有四工位工件的回转工作台，二是装有由专用电机带动的三把专用刀具的主轴箱。
主轴箱每向左移动送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。
当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90 ，然后主轴箱再次左移。
很明显，对某一个工件来说要在四次循环后完成装、钻、扩、铰、卸等工序。
但对专户门机床来说，一个循环就有一个工件完成上述全部工序。
此四工位专用机床的设计要求和参数有：（1）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm后，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件空深、10mm刀具切出量），然后快速返回。
回程和工作行程的平均速比k=2；（2）刀具匀速进位速度为2mm/s；工件装卸时间不超过10s；（3）生产率为每小时约75件；（4）执行机构能装入机体内。
2．工艺动作分解和机械运动循环圈本四工位专用机床主要有两个执行构件——回转工作台和主轴箱。
回转工作台作间歇转动，主轴箱作来回移动。
有生产率可求出一个运动循环所需时间，刀具其余移动内（包括快速送进60mm，快速刀具匀速送进60mm所需时间t30s匀返回120mm）共需18s。
回转工作台截止时间为36s，因此足够工件的装、卸所需时间。
其机械运动循环情况如表12.2所示。
表12.2 机械运动循环情况3．机构选型和机械运动方案的评定四工位专用机床的主轮箱往复移动机构和回传工作台间歇运动机构可由表12.3所列来选择。
表12.3 四工位专用机床机构的选择情况根据表12.3所列的机构形态矩阵，可以组合成的四工位专用机床的机械运动方案有12种。
我们可以按给定条件、各机构的相容性、结构尽量简单等，可以选择方案。
也可以通过评价方法来进行评价选优。
机床设计方案
机床设计方案
一、背景分析
在当前制造业竞争激烈的环境下，高效、精密、安全、环保的机床设备成为了企业提升竞争力的关键因素。本方案旨在提供一种全面、细致的机床设计方案，以满足市场需求，助力企业提升生产效率，降低成本，同时确保设备使用安全，符合环保要求。
二、设计原则
1.高效性：提高机床的加工效率和自动化程度，减少人工干预。
五、结论
本机床设计方案综合考虑了结构、功能、安全、环保等多个方面，旨在为企业提供一种高效、精确、安全、环保的机床设备。在实施过程中，应严格遵循相关法律法规，确保方案的顺利进行和最终效果。通过本方案的实施，企业将能够提升生产效率，降低成本，增强市场竞争力，同时也为机床行业的可持续发展做出贡献。
机床设计方案
第1篇
机床设计方案
一、前言
本方案旨在为我国机床行业提供一种合法合规的设计方案，以满足市场需求，提高生产效率，降低生产成本，同时确保操作安全性和环保性。在制定本方案过程中，我们将充分遵循相关法律法规，结合行业发展趋势和前沿技术，力求为用户提供一套科学、合理、人性化的机床设计方案。
二、设计目标
1.制造与安装：由专业团队按照设计方案进行机床的制造和安装，确保质量。
2.调试与验收：完成制造安装后，进行严格调试和性能验收，确保机床性能符合设计要求。
3.培训与支持：对操作人员进行专业培训，确保其能熟练操作机床，提供持续的技术支持。
4.维护与保养：建立完善的机床维护保养制度，定期进行检查和保养，确保机床长期稳定运行。
4.对操作人员进行培训，确保其熟练掌握机床的操作和维护方法；
5.定期对机床进行维护和保养，保证机床的稳定运行。
五、总结
本方案从机床结构、功能、安全和环保等方面进行了全面设计，力求为用户提供一套合法合规、科学合理、人性化的机床设计方案。在实施过程中，需严格遵循相关法律法规，确保机床的制造和运行达到预期效果。通过本方案的实施，将有助于提高我国机床行业的技术水平，满足市场需求，促进机床行业的可持续发展。
(完整版)机械制造装备设计课后习题答案整理
1—1 为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用?制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁.装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。
1—2 机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求?为什么？（需要看教材确认答案）1)柔性化精密化自动化机电一体化节材节能2）符合工业工程要求符合绿色工程要求1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里？1)柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。
2)数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。
在柔性制造系统中,不同工件可以同时上线，实现混流加工。
组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工.1—6机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面?可获得什么好处？1）机械制造装备的机电一体化体现在:其系统和产品的通常结构是机械的,用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理，经控制系统，由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混合形式的执行系统进行操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态。
2)好处：1.对机器或机组系统的运行参数进行巡查和控制；2。
对机器或机组系统工作程序的控制；3。
用微电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构。
1—7 对机械制造装备如何进行分类？1)加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。
2)工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。
3）仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。
4)辅助装备：清洗机和排屑装置等设备.1-8工业工程指的是什么？如何在设计机械制造装备时体现工业工程的需求？1)工业工程:是对人、物料、设备、能源和信息能组成的集成系统进行设计，改善和实施的一门科学.2）产品设计符合工业工程的需求:在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择最合理的制造设备,减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装备的总体布局,优化操作步骤和方法，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研,保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要的超频工作量。
机床项目规划设计方案
机床项目规划设计方案机床项目是一个涉及多个方面的复杂工程项目，包括设备选型、流程设计、技术研发、生产布局等多个环节。
为了确保项目的顺利进行和高质量完成，需要制定详细的规划设计方案。
以下是一个机床项目规划设计方案示例。
一、项目背景分析：机床项目旨在引进先进的机床设备，提高企业的生产效率和产品质量，增强企业的竞争力。
在项目规划设计之前，需要对项目的背景和目标进行全面的分析和调研，以确定项目的关键任务和目标。
二、项目目标确定：1.提高生产效率：通过引进先进的机床设备，提高生产效率，降低生产成本。
2.提升产品质量：引进高精度的机床设备，提高产品的加工精度和一致性。
3.优化生产流程：对生产流程进行优化设计，提高生产效率和生产能力。
4.提高员工技能：通过培训和技术交流，提升员工的技术水平和专业能力。
三、项目实施步骤：1.项目可行性研究：对机床项目进行可行性研究，包括市场需求分析、投资估算、风险评估等。
2.设备选型：根据项目需求，选择合适的机床设备供应商，并进行设备选型和谈判。
3.技术研发：结合项目需求和设备特点，进行技术研发和改进，以提高设备的性能和稳定性。
4.流程设计：根据设备特点和生产需求，进行生产流程的设计和优化，提高生产效率和质量。
5.布局规划：根据设备的尺寸和功能要求，进行车间的布局和设备安装的规划。
6.培训和考核：对员工进行培训，提升其技术水平和专业能力，制定考核和评价机制。
四、项目资源需求：1.人力资源：需要组建项目团队，包括项目经理、工程师、技术人员和操作人员等。
2.财务资源：需进行资金预算和筹措，以保证项目的顺利进行。
包括设备采购、研发投入、人员培训等费用。
3.设备资源：需选购先进的机床设备，并确保设备供应商能够按时交付设备。
4.时间资源：合理安排项目的时间表和进度计划，保证项目按计划完成。
五、项目风险评估：1.设备供应风险：设备供应商可能出现交货延迟或者产品质量问题。
2.技术研发风险：技术改进可能遇到难题，需要额外的时间和资金投入。
机床运动功能方案的创成式设计方法
机床运动功能方案的创成式设计方法1引言机床运动功能设计是机床方案设计中首先要进行的工作，传统的机床运动功能的设计方法主要是以现有的机床设计实例为基础进行经验和类比设计。
这种方法简单，但创新性差，是造成目前机床产品单一化的主要原因。
随着经济的发展，市场对产品的需求是多品种、小批量，为了快速、经济地满足市场需要，从理论上研究并建立不依赖先验知识的机床运动功能的设计方法是非常必要的，这对全新性的机床设计具有重要意义。
今介绍一种基于刀具和工件加工表面信息并通过解析进行机床运动功能设计的方法，即机床运动功能的创成式设计方法。
该方法在二维曲面加工中的应用已在文献［1］中介绍。
本文将介绍这种方法的进一步研究成果，并以一个三坐标机床为例，详细介绍其运动功能方案设计的全过程。
2刀具工件信息描述方法创成式机床运动功能设计方法的基础是刀具切削面的概念［1］，刀具切削面是指刀具上能够与被加工表面相对接触的表面，它是一个广义的面，可以是点、线、面(随切削面类型不同而异)。
对于如图1所示的片铣刀加工外圆柱表面的情况，刀具切削面就是绕刀具轴线的圆线；若为圆柱铣刀，其切削面就是一个圆柱面；若为端铣刀，其切削面为平面圆线，等等。
这时的刀具切削面是由刀具自身的回转运动创成，创成这种刀具切削面仅需一个回转运动即可。
（1）其中，CγP＝cos（γP），SγP＝sin （γP），｛xC｝C为OC坐标系中点的坐标列阵，｛xC｝P为OP 坐标系中点的坐标列阵，［TPC］为刀具切削面的描述矩阵。
2.2加工表面的数学描述方法仍然采用齐次函数矩阵的形式进行描述。
如图2中，OW为工件坐标系，OS为加工表面上一点处的坐标系，取XS坐标指向加工表面的外法向，YS坐标为加工表面的母线的切线方向。
这样可以求得OW坐标系中加工表面的描述式：图2工件加工表面描述坐标系2.3刀具位姿条件的确定有了刀具切削面的概念，那么机床上加工表面的创成过程就可以描述为刀具切削面相对于被加工表面移动或旋转而创成被加工表面。
机械制造装备设计课程教案讲稿
机械制造装备设计课程教案/讲稿教师姓名：胡艳娟学院（部、中心）：机电工程学院教研室∕实验室：机械制造及其自动化2013年9月讲授内容教学设计∕备注图1图22.2.2系列化设计（一）系列化设计的基本概念（二）系列化设计的优缺点（三）系列化设计的步骤讲授内容教学设计∕备注1.主参数和主要性能指标的确定2.参数分级纵系列横系列3.制定系列型谱跨系列2.2.3模块化设计2.2.4合理化工程2.3机械制造装备设计的评价讲授内容教学设计∕备注2、精度3、刚度4、抗振性5、热变形6、噪声第三节金属切削机床总体设计一、机床系列型谱的制定中型卧式机床的简略系列型谱表二、机床的运动功能设计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。
三、机床总体结构方案设计1、运动功能分配设计2、结构布局设计：立式、卧式、斜置式3、机床总体结构的概略形状与尺寸设计设计的主要依据是：机床总体结构布局设计阶段评价后所保留的机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力参数及加工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。
四、机床主要参数的设计机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
第四节主传动系设计一、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。
二、主传动系分类和传动方式主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。
1、主传动系分类按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动。
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组合。
机械制造装备设计第二章习题答案
机械制造装备设计第二章习题答案第二章金属切削机床设计1.机床设计应满足哪些基本要求,其理由就是什么？答:机床设计应满足如下基本要求:1)、工艺范围,机床工艺范围就是指机床适应不同生产要求的能力,也可称之为机床的加工功能。
机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造成本、加工效率与自动化程度。
2)、柔性,机床的柔性就是指其适应加工对象变化的能力,分为功能柔性与结构柔性;3)、与物流系统的可接近性,可接近性就是指机床与物流系统之间进行物料(工件、刀具、切屑等)流动的方便程度;4)、刚度,机床的刚度就是指加工过程中,在切削力的作用下,抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。
刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。
机床的刚度直接影响机床的加工精度与生产率;5)、精度,机床精度主要指机床的几何精度与机床的工作精度。
机床的几何精度指空载条件下机床本身的精度,机床的工作精度指精加工条件下机床的加工精度(尺寸、形状及位置偏差)。
6)、噪声;7)、自动化;8)、生产周期;9)、生产率,机床的生产率通常就是指单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。
机床的切削效率越高,辅助时间越短,则它的生产率越高。
10)、成本,成本概念贯穿在产品的整个生命周期内,包括设计、制造、包装、运输、使用维护、再利用与报废处理等的费用,就是衡量产品市场竞争力的重要指标;11)、可靠性,应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内,完成规定的加工功能时,无故障运行的概率要高。
12)、造型与色彩,机床的外观造型与色彩,要求简洁明快、美观大方、宜人性好。
应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点,按照人机工程学要求进行设计。
2.机床设计的主要内容及步骤就是什么？答:一般机床设计的内容及步骤大致如下:（1）总体设计包括机床主要技术指标设计:工艺范围运行模式,生产率,性能指标,主要参数,驱动方式,成本及生产周期;总体方案设计包括运动功能设计,基本参数设计,传动系统设计,传动系统图设计,总体结构布局设计,控制系统设计。
浅谈机床运动学的若干技术创新
扫码了解更多速、高效、高动态的摆动加工，空间也不受限制，为飞机结构件加工提供了新装备，同时也可获得传统加工方式达不到的表面质图1 Z3铣头图2 DS公司大型落地卧式加工中心图3 带立铣头的Z3床精度可达到10n m，主轴转速80 000r/m i n，加速度为5g，特别适合精密零件如手表表壳等加工。
2.无X轴的加工中心德国Alfing公司推出的AS系列无X轴加工中心，从机床运动学理论上也是新的突破（见图5）。
该机床是通过极坐标和笛卡尔坐标的转换来实现X轴运动的。
主轴箱由大功率扭矩电动机驱动，绕Z轴作C轴回转，同时Y轴迅速上下升降，这两种运动方式的复合就完成了X轴向的运动。
从图6所示的慢动作分解上能清楚地看到，机床主轴在从左向右渐渐移位，在铣头回转的同时又迅速配合上下运动，实现X轴运动。
由于是两种运动方式的叠加，故机床的快进速度可达到120m/min，加速度为2g。
由于机床的结构紧凑、占地面积可以缩减，因此特别适合汽车缸盖、摩托车、家电行业等大批量零件的高速加工。
该机床床身采用特殊的Hydropol非收缩混凝土与钢合成的复合材料，故抗振及抗热变形性能也较良好。
3.摆线切削以色列SolidCAM 公司研发成功的iMachining是一个有创造性的CAM高效加工解决方案。
与传统的切削加工方法相比，其最大的两个特点就是拥有智能的刀具路径和提供智能工艺参数。
SolidCAM与德国hoffmann等公司配合，打造一种摆线铣削技术，简单地说就是铣刀在切削过程中，刀具不仅是走直线，同时还要走定圆或椭圆复合运动，这种切削的啮合弧很大，随着啮合比的减小，刀具的阻力与磨损也就减小，所以铣削的速度可加快而切削力相应减小，因此刀具可切得更深，铣削范围也变得更宽了（见图7）。
当然，iMachining要通过接触角计算（刀具和毛坯接触圆弧大小），不让其超过设定的最大切削角；计算还要适应随时都在发生变化的转速、进给量、路径步距与侧向步距等，在拐角余量大的地方也不会产生刀具超载荷；较高的进给速度可以根据接触角的改变进行动态调整和优化，以保证大切削深度的安全性；iMachining还设定了通道功能，在靠近侧壁位置开通道分割毛坯，进行螺旋式走刀加工，优化组合刀路轨迹。
四工位专用机床的运动方案设计
机械运动方案设计机械系统通常由原动机､传动部分､执行机构和控制部分等组成｡机械运动方案设计的主要内容是:根据给定机械的工作要求,确定机械的工作原理,拟定工艺动作和执行构件的运动形式,绘制工作循环图;选择原动机的类型和主要参数,并进行执行机构的选型与组合,随之形成机械系统的几种运动方案,对运动方案进行分析､比较､评价和选择;对选定运动方案中的各执行机构进行运动综合,确定其运动参数,并绘制机构运动简图,在此基础上,进行机械的运动性能和动力性能分析｡一､机械运动方案设计的步骤机械运动方案设计的一般过程如下:构思机械工作原理,针对设计任务书中的规定的机械功能,构思实现该功能所采用的科学原理和技术手段,即机械的工作原理;由工作原理进一步确定机械所要实现的工艺动作,复杂的工艺动作可分解为几种简单运动的合成,选用适当的机构实现这些运动就是机械运动方案设计的主要任务｡二､绘制机械工作循环图(又称运动循环图)针对机械要实现的工艺动作,确定执行构件的数目,为了实现机械的功能,各执行构件的工艺动作之间往往有一定的协调配合要求,为了清晰地表述各执行构件运动协调关系,应绘制机械的工作循环图｡机械工作循环图也是进行机构的选型和拟定机构的组合方案的依据｡三､选择执行机构类型根据执行构件的运动形式和运动参数,选定实现执行构件工艺动作的执行机构,并将各执行机构有机的组合在一起,以实现机械的整体工艺动作｡在进行执行机构选型时,应首先满足执行构件运动形式的要求,然后通过对所选机构进行综合､组合､变异和调整等,以满足执行构件的运动参数和运动特性等要求｡一般来说,满足执行构件工艺动作的执行机构往往不是一种,而是多种,故应该进行综合评价,择优选用｡四､绘制机械运动示意图依据机械工作性质和工作环境等,合理选取原动机类型;原动机的运动和动力经传动系统的传递和转化后,驱动执行机构的主动件,使执行机构实现预期的工艺动作｡根据机械的工作原理､执行构件运动的协调配合要求,和所选定的各执行机构,拟定机构的组合方案,画出机械运动示意图,这种示意图就表示可机械运动配合情况和机构组成情况,代表机械运动系统的方案,对于运动情况比较复杂的机械,机械运动示意图还可以采用轴测投影的方法绘制出立体的机械运动示意图｡五､执行机构的尺度综合根据各执行构件和主动件的运动参数,以及各执行构件运动间的协调配合要求,同时考虑执行机构的动力性能要求,确定各执行机构中构件的尺寸和几何形状(如凸轮廓线)等｡六､绘制运动机械简图针对各机构尺度综合所得结果,进行机构的运动分析和动态静力分析,并从运动规律､动力条件､工作特性等多方面进行综合评价,确定机构其它相关尺寸｡然后绘制出运动简图｡根据机械运动简图所求得的运动参数､动力参数,可以作为机械零部件结构设计的依据｡七､编制设计说明书设计说明书是设计人员对整个设计计算过程的系统整理和归纳总结,是审核设计的主要技术文件之一,也是进行图纸设计的理论依据｡因此编定好设计说明书是整个设计工作中一项必不可少的重要组成部分｡设计说明书的内容应根据设计任务的要求而定,一般来讲包括以下几个方面: 1､目录(标题和页次);2､设计题目(设计条件和要求);3､全部原始数据;4､机械运动设计方案的拟定,(设计思路的说明,所选用机构的工作原理及运动特性);5､机构的组合方式;6､机械运动循环图;7､机械运动简图;8､采用的设计方法及其原理的简要说明;9､设计计算公式及其所调用的子程序名称;10､机械运动分析､动力分析的方法,分析计算公式及其抽调用的子程序名称;11､编程框及自编主程序,打印出自编的分部程序并作必要的说明;12､用表格列出计算结果,并绘制出主要的运动曲线图;13､对计算结果的分析讨论,作出概括性的结论;14､列出主要的参考资料｡设计说明书用钢笔书写,采用统一的16开报告纸;编写说明书时应作到条理清楚､叙述简明､重点突出､计算正确､文句通顺､书写整洁;所用的公式和数据应注明来源(参考资料的编写和页次);全部计算中所用的符号和脚注必须前后一致,不能混淆;对自成单元的内容应有大小标题,做到层次分明醒目突出;绘制机械运动简图时应采用规定的符号,按比例作图;对计算结果应有简明的结论,如果实际所取的数值与计算结果有较大差异,应作必要的解释,说明原因;说明书编定完毕后应加上封面,装订成册｡机械运动循环图机器的各个工艺动作是相互独立的,它们各自实现自己的子功能｡但为了实现机器的总功能,这些各自独立的动作又必须相互配合､相互协调以确保时间和空间上的同步｡用来表述各执行机构之间运动协调配合关系的图就是机械的运动循环图｡它是机器各执行机构的运动循环图(即执行机构的执行构件在一个循环中的运动状态图)按同一时间(或分配轴的转角)比例绘制的总图,它以某一主要执行机构的起点为基准,表示各执行机构的运动循环相对于该主要执行机构的动作顺序｡因此它是机器各执行机构之间的协调图,也是机器设计､安装､调试的依据｡一､机械运动循环图表示方法机械运动循环图常用的表示方法有如表1中三种｡表1 机械运动循环图的分类､表示方法和优缺点图1 平压印刷机直线式运动循环图图2 平压印刷机同心圆式运动循环图图3 平压印刷机直角坐标式运动循环图二､机械运动循环图的设计机械的运动循环是指完成其运动功能所需的总时间,通常以T表示｡机械的运动循环往往与各执行机构的运动循环相一致,因为执行机构的生产节奏就是整台机器的运动节奏｡执行机构中执行构件的运动循环至少包括一个工作行程和一个空行程｡有时有的执行构件还有一个或若干个停歇阶段｡因此,执行机构的运动循环T执=T工作+T空程+T停歇式中 :T工作——执行机构工作行程时间;T空程——执行机构空回程时间;T停歇——执行机构停歇时间｡在设计机械的运动循环图(又称工作循环图)时,通常机械应实现的功能是已知的,它的理论生产率也已经确定,机器的传动方式以及执行机构的结构均已初步拟定,然后可以按以下步骤进行设计｡1､确定执行机构的运动循环时间T执;2､确定组成运动循环的各个区段;3､确定执构件各区段的运动时间及相应的分配轴转角;4､初步绘制执行机构的运动循环图;5､在完成执行机构的设计后,对初步绘制的运动循环图进行修改;6､分别画出各执行机构的运动循环图;进行各执行机构的协调设计,又称同步设计,最后画出整个机器的运动循环图｡三､机械运动循环图的应用运动循环图可以用来核算机器的生产率,并通过分析研究循环图,从中寻找提高机器生产率的途径｡运动循环图可以用来指导各个执行机构的设计､安装和调试｡应用运动循环图可以检验各执行机构中执行构件的运动是否紧密配合､相互协调｡机械运动简图设计的内容､方法和步骤为了实现生产过程的机械化､自动化或者某种动作功能,就必须按这些动作和动能要求,设计或开发相应的一系列机构,并将它们按动作过程要求组合成新的机械｡机械运动简图除了要表示出各构件本身各执行构件间真实运动关系外,还应表示各执行构件之间动作过程的次序和配合情况｡机械运动简图的设计,主要包括下列内容:1､功能原理方案的设计和构思根据机械所要实现的功能采用有关的工作原理,由工作原理出发设计和构思出工艺动作过程,这就是功能原理方案的设计｡值得指出的是,一个灵巧的功能原理方案是创新机械的出发点和归宿｡2､机械运动方按的设计机械运动方案通常用机械运动示意图来表示,它是根据功能原理方案中提出的工艺动作过程及各个动作的运动规律要求,选择相应的若干个执行机构,并按一定的顺序把它们组合成机械运动示意图｡这个机构系统应能合理地､可靠地完成上述工艺动作｡机械运动方案就是机械运动简图设计中的型综合｡机械运动方案中所画出的表示机构结构形式､机构相互联接情况的示意图是进行机械运动简图设计尺度设计的依据｡3､机械运动简图的尺度综合将机械运动方案中各个执行机构,根据工艺动作运动规律和机械运动循环图的要求进行尺度综合｡机械运动简图中各机构的运动尺寸(如果有高副机构还应包括高副的形状)都要通过分析､计算加以确定｡当然,在设计机械运动简图进行尺度综合时,应该同时考虑其运动条件和动力条件,否则不利于设计性能良好的新机械｡4､机械运动简图设计的一般程序根据产品功能要求､工作性质和动作过程等基本要求进行新机械的方案设计时,首先将总功能分解成多个功能元,找出功能元的运动规律和工作过程;其次按各功能元的运动规律和动作过程确定运动示意图(即机械运动方案图);然后,按各功能元的运动规律､动作过程､动力性能等要求进行机械运动简图的尺度综合｡机械运动方案的比较与优选由前述的机械运动方案设计可知,对于同一种功能,可选取不同的工作原理来满足要求,而同一种工作原理,还可选用､创造不同的机构及其组合来实现｡因此,对于要求满足某种功能的机械,可能的运动方案就有很多种,故有必要对机械运动方案进行比较和优选｡作为课程设计,目的在于完成评选方案的初步训练,所以,偏重于机构结构､运动和动力特性方面的比较,主要包括以下几方面的内容:1､机构功能的重量一般来说,所有方案都能基本满足机构的功能要求,然而,各种方案在实现功能的质量上还是有差别的,所以对实现功能的质量需首先进行比较分析｡如:工作行程是否达到设计要求,与预期运动规律符合程度,运动参数(vmax､amax)大小,传力性能(压力角､传动角)好坏,生产效率高低,所须原动机功率,振动､冲击､噪声的大小,传动精度与持久性,恢复精度的方便程度等｡2､机构结构的合理性机构结构的合理性是指机构中构件与运动副的数量及种类是否最少,机构组成是否最为简洁,运动链可否再作简化,动力源种类与原动机参数选择是否合理,各级传动机构的传动比分配是否合理｡通常,机械制造的难易程度与使用构件多少的平方成比例,这是因为零件的制造技术和零件间的接合(装配)技术两方面的问题同时存在的缘故,因此,减少构件数和运动副数可降低制造的困难程度｡同时还减少误差环节和摩擦损耗,提高机构的刚度,并且也降低机构产生故障的可能性,提高其工作的可靠性｡因此,有时宁用有设计误差但结构简单的近似机构,而不采用理论上没有误差但结构复杂的精确机构｡动力源的合理选择,也有利于机构的简化和改善运动质量｡例如,从动件作直线运动,若能从现场的现成气､电､液压源中选择一个合适的直线运动动力装置(如汽缸､直线电动机､液压缸等),就可省去运动变换机构,简化机械系统｡若现场不具备某些动力源,那么,为简化机构而特别设置一个新的动力源,也许是不合适的｡3､机构的经济性机械应具有良好的经济性,即加工制造成本低,使用维修费用低｡在材料确定后,加工制造成本主要与机构组成及运动副形式有关｡因此,设计中要考虑是否有更简捷廉价的方法完成预期任务,对机器的加工､安装与配合精度要求可否降低,需特殊加工零件(凸轮､靠模)的加工难度,各种消耗(能源､工具､辅料)可否降低,原材料利用率能否提高等｡4､在设计与制造的关系我们应从制造是否简便的观点出发来衡量｡如果这个方案的机构设计虽然比较繁难,但是制造容易,则还是应该优先选用,因为这有利于提高机构的经济性｡5､机构的使用性理论上可行的机构,到能够将其付诸实用,还是有一段距离的｡所以,设计者要为“用户”着想,除了满足功能要求,经济实惠以外,还应考虑机器的安全可靠问题,如操作强度,操作人员的体力､脑力消耗,使用､维护､保养､拆装､运输的方便程度,是否会造成污染或公害,对工作环境有无特殊要求(防尘､防爆､防电磁干扰､恒温､恒湿等)｡除了上述评价内容,在进行机械运动方案比较与优选时,还应考虑非机械传动方式的应用情况,机械中高科技含量与自动化､智能化程度,设计成果的新颖性,他人知识产权､专利技术的移植与运用情况等｡对于不同设计对象和设计要求,应按不同需要对上述内容加以合理取舍｡设计题目:专用机床的刀具进给机构和工作台回转机构设计专用机床外形及其尺寸如图4所示｡工作台有Ⅰ､Ⅱ､Ⅲ､Ⅳ四个工作位置,工位I是装卸工件,工位Ⅱ是钻孔,工位Ⅲ是扩孔,工位Ⅳ是铰孔｡主轴箱上装有三把刀具,对应于工位Ⅱ､位置装钻头,Ⅲ位置装扩孔钻,Ⅳ位置装铰刀｡刀具由专用电动机带动绕其自身的轴线转动｡主轴箱每向左栘动送进一次,分别在四个工位上完成对应的装卸图4专用机床工件､钻孔､扩孔和铰孔工作｡当主轴箱右移快速退回到刀具离开工件后,工作台回转90度,然后主轴箱再次左移｡这时对其中每一个工件来说,它进入了下一个工位的加工｡依次循环4次,一个工件完成装､钻､扩､铰､卸等工序｡由于主轴往复一次,在四个工位上同时进行工作,所以每次就有一个工件完成上述全部工序｡一､原始数据和设计要求1) 刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm后,再匀速送进60mm(包括5mm刀具切入量､45mm工件孔深､10mm刀具切出量,如右图所示),然后快速返回｡回程和进程的平均速度之比K=2｡2) 刀具匀速进给速度为2mm/s,工件装卸时间不超过10s｡1) 机床生产率每小时约75件｡2) 执行机构及传动机构能装入机体内｡3) 传动系统电机为交流异步电动机,功率1.5Kw,转速960r/min｡二､方案设计与选择1) 回转台的间歇转动,可采用槽轮机构､不完全齿轮机构､凸轮式间歇运动机构｡2) 主轴箱的往复移动,可采用圆柱凸轮机构､移动从动件盘形凸轮机构､凸轮-连杆机构､平面连杆机构等｡3) 由生产率可求出一个运动循环所需时间T=48s,刀具匀速送进60mm所需时间t匀=30s,刀具其余移动(包括快速送进60mm,快速返回120mm)共需18s｡回转工作台静止时间为40s,因此足够工件装卸所需时间｡回转工作台作单向间歇运动,每次转过90度｡主轴箱作复移动,在工作行程中有快进和慢进两段,回程具有急回特性｡图5､图6､图7所示为其中的三个参考方案｡选择运动方案时应注意以下几点:工作台回转以后是否有可靠的定位功能,主轴箱往复运动的行程在115mm以上,所选机构是否能在给定空间内完成运动要求｡机构的运动和动力性能､精度在满足要求的前提下,传动链是否能尽可能短,且制造和安装方便｡加工工件的尺寸变化后,是否能够方便的进行调整和改装｡图5圆柱凸轮运动方案图6齿轮——凸轮运动方案图7凸轮——连杆运动方案三､设计任务与内容1) 按工艺动作过程拟定运动循环图｡2) 进行回转台间歇转动机构､主轴箱刀具移动机构的选型｡并进行机械运动方案的评价和选择｡3) 根据电机参数和执行机构运动参数进行传动方案的拟订｡4) 画出机械运动方案图(CAD､A2),凸轮轮廓图(手工､A3)｡5) 机械传动系统和执行机构的尺度计算｡6) 编写设计说明书｡(用A4纸张,封面用标准格式)。
机床运动功能方案的创成式设计方法
摘要分析了刀具和工件信息，提出了用刀具位姿矩阵来描述刀具和工件之间的相对运动，并以运动级联矩阵实现刀具位姿矩阵的方法，给出了创成式机床运动功能设计的主要步骤，应用这种方法可以求出所有可能的机床运动功能方案。
以一个三坐标机床运动功能方案的设计为例，说明该方法是有效的。
关键词：运动方案运动设计运动创成机床1 引言机床运动功能设计是机床方案设计中首先要进行的工作，传统的机床运动功能的设计方法主要是以现有的机床设计实例为基础进行经验和类比设计。
这种方法简单，但创新性差，是造成目前机床产品单一化的主要原因。
随着经济的发展，市场对产品的需求是多品种、小批量，为了快速、经济地满足市场需要，从理论上研究并建立不依赖先验知识的机床运动功能的设计方法是非常必要的，这对全新性的机床设计具有重要意义。
今介绍一种基于刀具和工件加工表面信息并通过解析进行机床运动功能设计的方法，即机床运动功能的创成式设计方法。
该方法在二维曲面加工中的应用已在文献［1］中介绍。
本文将介绍这种方法的进一步研究成果，并以一个三坐标机床为例，详细介绍其运动功能方案设计的全过程。
2 刀具工件信息描述方法创成式机床运动功能设计方法的基础是刀具切削面的概念［1］，刀具切削面是指刀具上能够与被加工表面相对接触的表面，它是一个广义的面，可以是点、线、面(随切削面类型不同而异)。
对于如图1所示的片铣刀加工外圆柱表面的情况，刀具切削面就是绕刀具轴线的圆线；若为圆柱铣刀，其切削面就是一个圆柱面；若为端铣刀，其切削面为平面圆线，等等。
这时的刀具切削面是由刀具自身的回转运动创成，创成这种刀具切削面仅需一个回转运动即可。
图1 片铣刀加工外圆柱面示意图2.1 刀具切削面的数学描述方法采用齐次函数矩阵的形式［2］来描述刀具切削面，如图1中OP 为切削面坐标系，OC为切削面上点的坐标系，XC 坐标指向刀具的实体材料方向，r为刀具的回转半径。
这样可以在OP坐标系中描述刀具切削面如下：（1）其中，CγP＝cos（γP），SγP＝sin（γP），｛x C｝C为O C坐标系中点的坐标列阵，｛x C｝P为O P坐标系中点的坐标列阵，［TPC］为刀具切削面的描述矩阵。
举例说明在机器人运动功能方案设计时的创新式和创成式设计方法
举例说明在机器人运动功能方案设计时的创新式和创成式设计方法在机器人运动功能方案设计时，创新式和创成式设计方法是非常有用的两种方法。
下面将通过具体的例子来说明这两种设计方法。
1.创新式设计方法创新式设计方法是一种基于经验和直觉的设计方法，它强调创新和突破。
在机器人运动功能方案设计中，这种方法通常从需求和问题出发，寻找和探索可能的解决方案。
例如，假设我们需要设计一款能够在复杂地形中行走的机器人，传统的解决方案可能是在机器人底部安装多个轮子或者履带。
但是，使用创新式设计方法，我们可能会考虑其他的解决方案，例如让机器人能够像蛇一样蠕动前进，或者让机器人能够像昆虫一样跳跃前进。
这些创新的解决方案超越了传统的思维框架，打破了常规的设计模式。
1.创成式设计方法创成式设计方法是一种基于逻辑和规律的设计方法，它强调的是基于规则和模式的构建。
在机器人运动功能方案设计中，这种方法通常从基本原理和规律出发，通过逻辑推理和规律应用来生成设计方案。
例如，假设我们需要设计一款能够在水中游动的机器人，创成式设计方法可以帮助我们理解鱼的运动模式和规律，然后应用这些规律来设计机器人的运动机构。
通过这种方式，我们可以生成一种模仿鱼类的摆动动作的机器人，使其能够在水中有效地推进。
在具体实践中，创成式设计方法还可以结合机器学习技术来实现。
例如，我们可以使用机器学习算法来对大量的设计进行训练和学习，从而生成更加复杂和精细的运动功能方案。
这样不仅可以提高设计的效率和质量，还可以为机器人的运动功能方案设计提供更多的可能性。
总之，创新式和创成式设计方法在机器人运动功能方案设计中都具有非常重要的作用。
创新式设计方法可以帮助我们突破传统的思维框架，探索更加创新和突破性的解决方案；而创成式设计方法则可以帮助我们基于基本原理和规律来生成更加精细和复杂的设计方案。
在实际的设计过程中，我们可以根据具体的需求和问题来选择使用哪种方法，或者将两种方法结合起来使用，从而获得更加优秀和有效的设计方案。
第2章机床的运动分析
成形运动数目
• 形成某种形状表面时所需机床提供的成 形运动的形式和数目，决定于采用的加 工方法和刀具结构。
• 形成母线和导线所需运动数之和，即为 成形运动的数目。
机械制造装备设计 21
成形运动种类
按组成情况不同可分为: • 简单成形运动 • 复合成形运动
机械制造装备设计 22
简单成形运动
• 如果一个独立的成形运动，是由单独的
第二章 机床的运动分析
• 研究——机床所应具有的各种运动及其相互关 系
• 目的——用科学简便的方法，根据机床的运动 规律来分析、比较各类机床的传动系统，以便 合理使用机床和设计机床。
机械制造装备设计 1
本章主要内容 • 表面形状及其形成方法 • 机床的运动 • 传动联系及传动原理图 • 传动系统与运动调整和计算
• 运动 直线运动——A 旋转运动——B
• 机床加工零件——获得所需表面—— 形成一定形状的母线和导线
机械制造装备设计 18
机械制造装备设计 19
• 形成母线和导线——需要刀具和工件作 相对运动
• 形成发生线，亦即形成被加工零件表面
的运动，称为表面成形运动，简称成形 运动 。
机械制造装备设计 20
轨迹法 成形法 相切法 范成法
机械制造装备设计 12
1. 轨迹法
• 用尖头车刀、刨刀等刀具加工时 • 切削刃与被加工表面为点接触(实际是短弧线) • 切削刃沿发生线作轨迹运动——获得所需发生线
机械制造装备设计 13
2. 成形法
• 采用成形刀具加工 • 切削刃与所需形成的发生线完全吻合 • 加工时刀具不需任何运动
传动比也必须有足够精度。
机械制造装备设计 45
三、传动原理图
金属切削机床创新设计
(3) 相切法：相切法形成发生线需要两个独立的成形运动。
(4) 展成法：用展成法形成发生线需要刀具和工件之间保持
严格的传动比关系，即由(B21+B22)组合成的展成运动是复合运 动。
发生线的形成图示
1 .
n
n1 ..
1f
n
a)
b)
n2
n2 f1 c)
f n1
f
二、机床的设计步骤
按新的原理进行加工的 机床应按创新设计的步骤进行；
成系列的机床产品应按 系列化设计的步骤进行；
通用化程度较高的机床 产品，应按模块化设计的步骤 进行。
机床技术设计阶段的主 要内容，如图3-1所示。
第二节 金属切削机床设计的基本理论
一、机床的运动学原理
不同的机床因其加工功能（能够采用的加工方法、 工件的类型、加工表面形状等）的不同，实现加工功能所 需要的运动也不同。
ห้องสมุดไป่ตู้机床刚度指机床受载时抵抗变形的能力。
机床整机刚度不能用某零部件的刚度评价，而是指整台 机床在静载荷作用下，各构件及结合面抵抗变形的综合能力。 显然，刀具和工件间的相对位移影响加工精度，同时静刚度 对机床抗振性、生产率等均有影响。因此，在机床设计中对 如何提高其刚度是十分重视的。
在设计中既要考虑提高各部件刚度，同时也要考虑结合 部刚度及各部件间的刚度匹配。
一、机床设计的基本要求
6．生产率 机床的生产率通常是指单位时间内机床所能加工的工件 数量。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率 越高。 7．自动化 机床的自动化程度越高，加工精度的稳定性越好，还可 以有效地降低工人的劳动强度，便于一个工人看管多台机床， 大大地提高劳动生产率。 8．成本 成本是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能在保 证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。
机床的设计步骤
三、技术设计
根据总体设计方案、绘制机床总图、 部件装配图、液压与电气装配图、并 进行运动计算和动力计算。 零件图设计和编写各种技术文件。
四、样机试制和鉴定
当前，在机床设计中由于电子计算机 的应用，使设计摆脱传统的以经验、 静态和手工劳动式的设计。 机床设计进入计算机辅助设计（CAD） 和优化设计阶段，利用计算机进行方 案选择、结构设计、动力计算。 当然，这还必须有高效、适用的计算 程序。
一、调查 在使用的加工方法； 收集并分析国内外同类型机床的先进 技术，发展趋势、以及有关的科技动 向； 调查制造厂的设备条件、技术能力和 生产经验等。
二、拟定方案
分析加工工艺，提出总体设计方案， 包括：工艺方案、主要参数、机床总 体布局、传动系统、电气系统、液压 系统、主要部件的结构草图、试验结 果及技术经济综合效果分析等。 拟定方案时要注意尽可能采用先进的 工艺和创新的结构，尽量采用新的先 进技术，提高生产率，并且要注意以 生产实践和科学实验为依据。
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摘要分析了刀具和工件信息，提出了用刀具位姿矩阵来描述刀具和工件之间的相对运动，并以运动级联矩阵实现刀具位姿矩阵的方法，给出了创成式机床运动功能设计的主要步骤，应用这种方法可以求出所有可能的机床运动功能方案。
以一个三坐标机床运动功能方案的设计为例，说明该方法是有效的。
关键词：运动方案运动设计运动创成机床1 引言机床运动功能设计是机床方案设计中首先要进行的工作，传统的机床运动功能的设计方法主要是以现有的机床设计实例为基础进行经验和类比设计。
这种方法简单，但创新性差，是造成目前机床产品单一化的主要原因。
随着经济的发展，市场对产品的需求是多品种、小批量，为了快速、经济地满足市场需要，从理论上研究并建立不依赖先验知识的机床运动功能的设计方法是非常必要的，这对全新性的机床设计具有重要意义。
今介绍一种基于刀具和工件加工表面信息并通过解析进行机床运动功能设计的方法，即机床运动功能的创成式设计方法。
该方法在二维曲面加工中的应用已在文献［1］中介绍。
本文将介绍这种方法的进一步研究成果，并以一个三坐标机床为例，详细介绍其运动功能方案设计的全过程。
2 刀具工件信息描述方法创成式机床运动功能设计方法的基础是刀具切削面的概念［1］，刀具切削面是指刀具上能够与被加工表面相对接触的表面，它是一个广义的面，可以是点、线、面(随切削面类型不同而异)。
对于如图1所示的片铣刀加工外圆柱表面的情况，刀具切削面就是绕刀具轴线的圆线；若为圆柱铣刀，其切削面就是一个圆柱面；若为端铣刀，其切削面为平面圆线，等等。
这时的刀具切削面是由刀具自身的回转运动创成，创成这种刀具切削面仅需一个回转运动即可。
图1 片铣刀加工外圆柱面示意图2.1 刀具切削面的数学描述方法采用齐次函数矩阵的形式［2］来描述刀具切削面，如图1中OP 为切削面坐标系，OC为切削面上点的坐标系，XC 坐标指向刀具的实体材料方向，r为刀具的回转半径。
这样可以在OP坐标系中描述刀具切削面如下：（1）其中，CγP＝cos（γP），SγP＝sin（γP），｛x C｝C为O C坐标系中点的坐标列阵，｛x C｝P为O P坐标系中点的坐标列阵，［TPC］为刀具切削面的描述矩阵。
2.2 加工表面的数学描述方法仍然采用齐次函数矩阵的形式进行描述。
如图2中，OW 为工件坐标系，OS为加工表面上一点处的坐标系，取XS 坐标指向加工表面的外法向，YS坐标为加工表面的母线的切线方向。
这样可以求得OW坐标系中加工表面的描述式：（2）式中［W TS］——加工表面的描述矩阵图2 工件加工表面描述坐标系2.3 刀具位姿条件的确定有了刀具切削面的概念，那么机床上加工表面的创成过程就可以描述为刀具切削面相对于被加工表面移动或旋转而创成被加工表面。
在这个过程中，刀具相对被加工表面要保证接触，并不发生干涉，即满足一定的接触条件和干涉条件，这样刀具（OP ）和工件（OW）之间就有一定的位置和姿态要求，这种相对关系可以用刀具的位姿矩阵［W TP］来描述。
切削面与被加工表面的接触条件是OC 坐标系与OS坐标系重合，由此可以推导出刀具相对工件的位置姿态矩阵：［W TP ］＝［W TS］.［TPC］－1 （3）从上述公式可以看出：［W TP］包含了刀具和工件的信息。
［W TP］是机床运动创成过程中应满足的条件。
D对上述所得的刀具位姿矩阵还要进行必要的干涉检查，主要检查刀刃上其他各点是否与加工表面发生干涉现象，若不发生干涉则说明所求的刀具位姿矩阵可行。
3 机床运动功能方案的设计方法有了刀具的位姿矩阵，那么现在需要解决的问题是如何通过［W TP］来确定出机床加工中刀具和工件之间所必需的运动单元的数目、排序等。
本文主要研究串联式机床运动功能设计问题，我们以OP 和OW之间的运动级联矩阵［TWP ］来实现［W TP］(如图3示)，即［TWP ］＝［W TP］ (4)#p#分页标题#e#图3 刀具位姿矩阵与运动级联矩阵的关系通过求解上式就可以得到机床的运动功能，［TWP］中的每一个运动单元排列即代表一个运动方案，这是一个多解的逆运动学问题，直接求解是很困难的。
本文根据串联式运动的特点及加工表面的创成原理，给出一种分层式的解析方法。
若设被加工表面为S(u,v)，当v＝const时为母线，当u＝const时为导线。
其解析步骤如下：(1)确定被加工表面的母线和导线；(2)创成加工母线时的运动功能解析：确定创成母线时的刀具位姿矩阵［W TP ］u，根据［W TP］u的特征设置运动级联矩阵［TWP］u，且使［TWP ］u＝［W TP］u （5）求解式(5)，若求解出的运动单元是u的函数，则表明该运动单元是必须的，否则所设置的运动单元是多余的。
由此可以确定出创成母线时所需的运动单元。
(3)创成加工导线时的运动功能解析：光泡的原理与材料、工艺和模具的相互作用/zyzs/351.html家具防潮全攻略与色彩的生理效应 /zyzs/392.html如何避免瓷砖贴后脱落家居配饰与其陈设方式 /zyzs/350.html 怎么识别家具木材？家具如何美容？ /snsj/261.html java中实现CAD api巧画角平分线 /cadjc/840.html高熔融指数树脂与纤维增强复合塑料 /zyzs/367.html塑料件常识PA66 聚酰胺66或尼龙66 PBT 方法同上；(4)创成母线和导线的运动单元的综合：将创成母线和创成导线的运动单元进行综合，形成创成加工表面时的基本运动单元的组合式。
(5)对创成被加工表面的基本运动单元进行扩展，创成出所有可能的运动功能方案。
本文所采用的运动单元的符号及其与坐标的关系如图4所示。
图4 运动单元与基准坐标系4 举例分析如图1所示，应用片铣刀加工圆柱表面，分别建立O W 、O P 、O S 、O C 坐标系，其中加工母线为用θZW描述的圆；导线为用Z 描述的直线；γP 为刀具的切削运动角；R 为被加工圆柱的半径。
按照前述介绍的方法进行机床运动功能的解析。
(1)创成母线的刀具位姿矩阵：（6）式中 C θZW －γP ＝cos （θZW －γP ） S θZW －γP ＝sin （θZW －γP ）考虑到式(6)的姿态项和位置项的特征，设置如下的运动级联矩阵：（7）其中，b 1，a 2，a 3，b 3，a P ，b P 为各运动坐标系之间的平移坐标变换，X ，Y 方向的平移量则包含在X ，Y 之中。
由［T WP ］u ＝［W T P ］u 得，（8）上式中有X 、Y 、γ、γP 四个运动变量，但只有三个方程式，因此是一个多解方程组，有下述三个解：解1：令γ＝0，则由方程组可唯一定出γP 、X 、Y 是θZW的函数。
解2：令X ＝0，则由方程组可唯一定出γ、γp 、Y 是θZW的函数。
解3：令Y ＝0，则由方程组可唯一定出γ、γP 、X 是θZW的函数。
这三组解可以用运动组合式的形式写出，即：W/XY/γP ／T ，W ／X γ／γP ／T ，W ／Y γ／γP ／数控刀具的失效形式及对策 如何选择立铣刀 /zyzs/364.html墙面用色绝招与家装时哪些地方不能碰 /zyzs/405.html 人造板 外墙内墙装饰材料 /zyzs/363.html手工涂装 防家装污染的误区 /snsj/274.html 电气仿真尽早开始 MCAD ECAD 协同工作 /cadjc/853.html金刚石刀具材料的性能优劣金刚石刀具的应用建议 /zyzs/380.html 对刀点、换刀点的设置切削用量的确定 /T上述的运动组合式表示从刀具到工件之间的运动单元组合情况，其中该式的左边“W”表示工件，右边“T”表示刀具，中间的运动单元表示OW 和OP之间的相对运动组合。
上式是包含有直线运动的情况，对于全为回转运动单元的运动情况，考虑到式(6)的特征，可设置双γ的运动级联矩阵，同理求得运动组合式W/γγ／γP／T。
(2)创成导线时的运动解析：创成导线时的刀具位姿矩阵为（9）可以看出，上式中的姿态项无变量，因此创成导线时仅需要一个运动单元：Z。
(3)将创成母线和导线的运动单元进行综合，得到创成圆柱面所需的运动组合式：W／XYZ／γp／T，W／XZγ／γp／T，W／YZγ／γp／T，W／γγZ／γp／T其中W／XYZ／γp／T，W／XZγ／γp／T是相同的，取其中之一即可。
(4)机床运动功能方案生成：上式所得的组合式仅代表OP 和OW之间的相对运动的个数和性质，对该式中的运动单元进行排列即可得到各种方案。
在满足式(4)的条件下共可得到以下15种方案(用创成运动式来表示)：W／XYZ／γp／T，W／XZY／γp／T，W／YXZ／γp／T，W／YZX／γp／T，W／ZXY／γp／T，W／ZYX／γp／T，W／XZγ／γp／T，W／XγZ／γp／T，W／ZXγ／γp／T，W／ZγX／γp／T，W／γXZ／γp／T，W／γZX／γp／T，#p#分页标题#e#W／Zγγ／γp／T，W／γZγ／γp／T，W／γγZ／γp／T这15种运动方案是片铣刀创成圆柱面时的所有可能的运动方案，代表着刀具和工件之间所需的运动单元组合排列方案。
以上述所得到的运动功能方案为基础，进行机床的结构方案创成时，还需对其进行运动功能分配，即以底座为基准，将运动单元分配给刀具一侧和工件一侧，从而又可以得到多种运动结构式，如对于创成运动式W／XYZ／γp／T，其运动功能的分配方法就有4种，底座用“.”表示，则有W／.XYZ／γp／T，W／X .YZ／γp／T，W／XY .Z／γp／T，W／XYZ .／γp／T因此，从上述15种创成运动式就可以得到60种运动结构式，然后，以这60种运动结构式为基础进行机床总体结构布局方案的创成，就可以得到各种可能的机床结构布局方案，供具体设计时选用。
以上仅以片铣刀加工圆柱表面为例介绍了机床运动功能方案的设计规划方法，这种方法具有通用性，同样适用于其他类型的刀具和加工表面的情况。
对于零件群加工情况，可通过运动综合来规划机床的运动功能。
5 结论本文提出了以刀具和工件为输入信息的机床运动功能方案的创成方法。
通过定义刀具切削面，提出了以刀具位姿矩阵来描述被加工表面和刀具之间的相对运动的关系，给出了用运动级联矩阵实现刀具位姿的方法和解析创成机床运动功能方案的步骤，算例分析表明本文所提出的方法具有通用性，可以有效地创成出所有可能的机床运动功能方案，为建立不依赖先验知识的新型机床运动功能方案的设计方法，提供理论依据。