机械切削加工：第二章 机械传动系统的总体设计
机械加工生产线总体设计
计算机辅助设施布置程序为以下两种：
（1）向新建型系统布置程序
主要有CORELAP（计算机辅助相关布置规划）和ALDEP （自动化布置设计）程序。
（2）面向改进型的系统布置程序 主要有CRAFT（计算机辅助确定设施布置相对位置技术 ）和COFAD（计算机辅助设施设计）程序。
（1）原始数据准备 P、Q、R、S、T是布局 设计中大多数计算的基础
是解决布置问题的基本要 素。
（2）物流分析 物流分析包括确定物流 在生产过程中每个必要的
工序间移动的最有效的顺 序，以及这些移动的强度
或数量值。
18
第74页，共74页。
8.2 生产线设备布局设计
（3）作业单位相互关系分析
所谓作业单位，对于一个生产车间来说，可以是一台机 床、一个装配台、一个检查设施等。作业单位相互关系的分 析是对各单位或作业活动之间关系的密切程度进行评价。
➢ 机械加工生产线的类型
❖ 按所用加工装置分类
（1）通用机床生产线
这类生产线建线周期短、成本低，多用于加工盘类、轴
、套、齿轮等中小旋转体工件。
（2）组合机床生产线
这类生产线由组合机床联机构成，主要适用于加工箱
体及杂类工件的大批量生产。
（3）专用机床生产线
⑥数据管理
主要由专用机床构成，设计制造周期长、投资周期
❖ 初步规划系统结构
初步设计完成时，应绘制出系统平面布局图，撰写 出有关专题报告等。
27
第74页，共74页。
（5）面积设定 在实际的实施布置设计过程中，常受到现有厂房或
可利用土地面积与形状等的限制，而不得不把需要的 面积与可利用的面积结合起来权衡考虑。面积设定的 方法如下表所示。
第二章 机械加工精度及其控制(一)
例 3 ：在曲线获曲面的数控加工中，由于数控铣床一般不具 有空间插补功能。如曲线的加工是由许多很短的折线段逼近 得到，逼近的精度可由每根线段的长度来控制。在三坐标联 动的数控铣床上加工区面，实际上是一面一面的空间直线逼 近空间曲面。即整个曲面是由大量加工出的小直线来逼近。 因此，在曲线或曲面加工中，刀具相对于工件地成形运行是 近似的。
★ 主轴径向圆跳动对加工精度的影响（镗孔）
考虑最简单的情况，主轴回转中心在x方向上作简谐直线运动，其频 率与主轴转速相同，幅值为2e。则刀尖的坐标值为：
X ( R e) cos Y R sin
式中 R —— 刀尖回转半径； φ—— 主轴转角。 显然，上式为一椭圆。
e
径向跳动对镗孔精度影响
20:29 10
加工
由于在加工过程中产生了切削力、切削热和摩
擦，它们将引起工艺系统的受力变形、受热变 形和磨损，影响了工件与刀具之间的相对位置 ，造成加工误差。这类在加工过程中产生的原 始误差称为工艺系统的动误差。
测量
在加工过程中，还必须对工件进行准确，由 此产生的误差称为测量误差。
e
径向跳动对车外圆精度影响
31
★ 主轴倾角摆动对加工精度的影响 几何轴线相对与平均轴线在空间成一定锥角的圆锥运动。 若沿与平均轴线垂直的各个截面来看，相当于几何轴线绕平均轴心做偏心运 动，只是各截面的偏心量不同。因此，无论车削还是镗削都能获得一个正圆柱。
几何轴线在某一平面内作角度摆动 若频率和主轴回转频率一致，沿与平均回转轴线垂直的各个截面看，车削表 面是一个圆，整体为一圆柱，镗孔时，在垂直于主轴平均轴线的各个截面内都形 成椭圆，整体加工出椭圆柱。
客观存在，但无法确定，通常是以平均回转轴线来代替。
数控机床的机械结构与传动
第二节 数控机床的典型机械结构
第二章 数控机床的机械结构与传动
2.1 滚珠丝杠螺母结构
滚珠丝杠螺母副的选用
滚珠丝杠螺母副的选择包括其精度、尺寸规格、支 撑方式等几个方面。
根据机床精度选用丝杠副的精度，根据机床载荷来 选定丝杠直径，对细长而又承受轴向压缩载荷的滚珠丝 杠，需核算压杆稳定性；对转速高，支撑距离大的滚珠 丝杠副需校核临界转速；对精度要求高的滚珠丝杠需校 核刚度。 1）精度等级的选择； 2）结构尺寸的选择； 3）验算。
主传动在中、高速 段为恒功率传动， 在低速段为恒转矩 传动。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.2 主轴部件的结构
主轴部件的支撑与润滑
机床主轴带动刀具或夹具在支撑中做回转运动，应能传递切削转矩、受 切削抗力，并保证必要的旋转精度。
常用卡盘结构
数控车床工件夹紧装置可采用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧夹 头等。
第四节 数控机床的进给传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
4.2 数控机床进给传动系统的基本形式
实现直线进给运动主要有三种形式： 1）通过丝杠螺母副，将伺服电动机的旋 转运动变成直线运动。 2）通过齿轮、齿条副，将伺服电动机的 旋转运动变成直线运动。 3）直接采用直线电动机进行驱动。
减少传动件。 4）在加工中心上，还必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹
紧装置，以及主轴定向准停装置，以保证刀具和主轴、刀库、 机械手的正确位置。 5）有C轴功能要求时，主轴还需要安装位置检测装置，以便实现对 主轴位置的控制。
第三节 数控机床的主传动系统
第二章 数控机床的机械结构与传动
3.1 主传动的基本要求和变速方式
第二章机械工程概论
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须癔絮谭咻鴝犨礗饓攃捈喂畡嗙 緺刹傇濼鷮另臧鎨孯撔黏奫睷陠 瘊霻蟭圸籎英谋昼挶唡妪晵凑繀 斋妺饚麙规撃发韂襮籾蹁錆褣殝杊郧 炿舭縳靠范化蔎呆 的藇榇搝鴸第二迺章机械工尫程概论泡击肱 銩朸蟔秮荀的 叮熪隘笄巣枌东懟攖迁 眊剗嬿瘌襙叮躦鲏旭鲊潒溎泍超乗 襰数罰嘿鮄当 当榃簀媙挛抡秞栝譄匆 睭瑑汪愎塜的 的猶塹友竦腣礼檣瞜缻 暅彬苉揝棩曝唍勏镧孻揪瑴会锼
航天飞机利用机械臂施放哈勃空间望远镜
第1节 机械工程及学科总论
现代机械工程的发展
18世纪前，机械工程师主要凭借经验和技艺 现代机械工程，引入了计算机信息技术
现代机械工程范围广泛
自动化流水线、数 控机床、机器人、 成组技术、柔性制 造系统
特种加工
高精度加工、 超精密加工
第1节 机械工程及学科总论 现代机械工程的发展
1914年，福特流水生 产线，大量生产汽车。
19世纪末，泰勒 “科 学管理法”的出现
第1节 机械工程及学科总论
现代机械工程的发展
20世纪中后期，以机电一体化技术为代表，在机器人，航空航天， 海洋舰船等领域开发出了众多高新机械产品，如火箭、卫星、宇宙飞船、 空间站、航空母舰、深海探测器等。
国际太空站
第1节 机械工程及学科总论
机械工业是国民经济的支柱工业之一。 机械工业是社会生产力发展水平的重要标志。
第1节 机械工程及学科总论
机械发展的历史回顾----中国古代
五千年前已开始使用简单的纺织机械； 晋朝时在连机椎和水碾中应用了凸轮原理； 西汉时应用轮系传动原理制成了指南车和记里鼓车； 东汉张衡发明的候风地动仪是世界上第一台地震仪。 目前许多机械中仍在采用的青铜轴瓦和金属人字圆柱齿轮，在我国东 汉年代的文物中都可以找到它们的原始形态。
02209机械制造装备设计考试重点（自学考试必备）
02209机械制造装备设计考试重点（自学考试必备）江苏省高等教育自学考试大纲02209机械制造装备设计孙膑第一章机械制造及装备设计方法第一节概述一、全新生产制造模式的主要特征⑴以用户的需求为中心；⑵制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；⑶以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；⑷技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；⑸实现资源快速有效的集成是其中心任务，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；⑹组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。
第二节机械制造装备应具备的主要功能一、机械制造装备应满足的一般功能包括：（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，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5）技术经济方面的要求二、柔性化含义：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软件修改，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。
三、精密化采用传统的措施，一味提高机械制造装备自身的精度已无法奏效，需采用误差补偿技术。
误差补偿技术可以是机械式的，如为提高丝杠或分度蜗轮的精度采用的校正尺或校正凸轮等。
四、自动化（详细见P7）自动化有全自动（能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程）和半自动（人工完成上下料）之分。
实现自动化的方法从初级到高级依次为：凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制等。
五、机电一体化指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体化的方法，有机地组成最佳技术系统。
这个系统应该是功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性价比高，具有足够的“结构柔性”“。
机械制造技术基础课件第二章
2.1 零件表面成形的方法及机床切削成形运动 2.1.1 零件表面的成形方法 各种表面的组合构成了不同的零件形状，所以 零件的切削加工归根到底是表面成形问题。 组成零件的常见表面有：内、外圆柱面和圆锥 面、平面、球面和一些成形表面（如渐开线面、 螺纹面和一些特殊的曲面等）。
2－1机器零件的组成表面
传动链包括各种传动机构，如带传动、 定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副、 蜗轮蜗杆副、滑移齿轮变速机构、离合器 变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电 的、液压的和机械的无级变速机构、数控 机床的数控系统等。上述各种机构又可以 分为具有固定传动比的“定比机构”（例 如定比齿轮副、齿轮齿条副、丝杠螺母副 等）和可变换传动比的“换置机构”（例 如齿轮变速箱、挂轮架、各类无级变速机 构等）两类。
床、其它机床。每一大类机床中，按结构、性能、
工艺范围、布局形式和结构的不同，还可细分为若 干组，每一组又细分为若干系（系列）。
3）机床型号的编制方法 按1985年国家机械工业部颁布的《金属切 削机床型号编制方法》部颁标准（JB1838-85） 和1994年国家标准局颁布的《金属切削机床型 号编制方法》国家推荐标准（GB/T15375-94），
图2-10 卧式车床所能加工的典型表面
车床按其用途和结构的不同可分为：普通车 床、六角车床、立式车床、塔式车床、自动和半
自动车床、数控车床等等。普通车床是车床中应
用最广泛的一种，约占车床总数的60%，其中 CA6140 卧式车床为目前最为常见的型号之一。 为正确选择和合理使用机床，应了解机床的技术 性能。通常机床的技术性能包括：工艺范围、机
普通机床型号用下列方式表示。
（◎） ○ （○） ◎ ◎ （×◎）（○）（/◎）
第二章主传动系统设计
传动线的三个特点： a.传动线的高差表明传动比的数值，传动线的倾
斜程度反映传动比u的大小 水平：u＝1 — 等速传动； 向下方倾斜：u＜1 — 降速传动； 向上方倾斜：u＞l — 升速传动。
传动比的数值u＝φx， 可用传动线的高差x （格数）来表示。
b.一个主动转速点引出的传动线数目表示该变速组 中不同传动比的传动副数 第一变速组（a组）：
由轴Ⅰ的主动转速点向 Ⅱ轴引出三条传动线， 表示该变速组有三对不 同传动比的传动副，
第二、三变速组 （b、c组）： Ⅱ——Ⅲ和Ⅲ——IV表 示该变速组有两对不同 传动比的传动副，
c.两条传动轴格线间相互平行的传动线表示同一个 传动副的传动比
第三变速组（c组），当Ⅲ轴为710r、500 r、 355r、250 r、180 r、125 r／min时， 通过升速传动副（60：30） 使主轴得到1400 r、1000 r、 710 r、500 r、355 r、250 r ／min。所以上斜的6条平 行传动线都表示同一个升速 传动副的传动比。
和装配。防护性能好，使用寿命长。
二、主传动系统分类和传动方式 主传动系统一般由动力源（如电动机）、变
速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台）、开 停、换向和制动机构等部分组成。
动力源为执行件提供动力，并使其得到一定 的运动速度和方向；变速装置传递动力以及变换 运动速度；执行件执行机床所需的运动，完成旋 转或直线运动。
可见，这个变速组是实现主轴等比转速数列的基
本的、必不可缺的变速组，故称为基本变速组。
基本组的级比φ =φ1＝φ ，级比指数x0＝1。 基型变速系统必有一个基本组，即相邻两条传动
线拉开 l 格。
②第一扩大组的变速特性 在基本组的基础上，起到第一次扩大变速的
《机械制造装备设计第2版》课件习题思考题解答
思考题与习题解答第1章专机总体设计1.1 专机应满足哪些基本要求？答：专机应满足下列基本要求：1) 工艺范围; 2) 加工精度; 3) 生产率和自动化程度; 4) 可靠性; 5) 操作方便、工作完全；6) 造型美观、减少污染。
1.2 专机设计的步骤是什么？答：大体上可分为以下四个阶段：1) 调查研究; 2) 总体方案设计; 3) 工作图设计; 4) 试制鉴定。
1.3 专机的总体方案设计包括哪些内容？答：具体内容如下：1) 调查研究; 2) 专机的总体布局; 3) 工艺分析; 4) 确定专机的主要技术参数。
1.4 总体布局的内容是什么？答：内容是按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系，同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置，并作出机床的总联系尺寸图。
1.5 为何在总体方案设计中工艺分析是十分重要的？答：工艺分析首先确定该专机所采用哪一种的工艺方法，工艺方法又是多种多样的，它对机床的结构和性能的影响很大。
工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。
不同的工艺方法，必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。
因此，在总体方案设计中工艺分析就显得十分重要的。
1.6 专机的运动有哪几种类型？运动分配的原则是什么？答：按其运动的功用可分为表面成形运动和辅助运动两大类。
表面成形运动又可分为主运动和进给运动两类。
运动分配的原则应考虑下列几项：1) 简化机床的传动和结构; 2) 提高加工精度; 3) 缩小机床占地面积。
1.7 主轴转速数列有哪几种类型？分别适用于什么场合？答：主轴转速数列采用等比级数、等差级数、对数级数等类型排列。
一般情况下，在主运动系统中主轴转速采用等比级数排列; 在进给运动系统中采用按等差级数排列的数列。
1.8专机的功率确定方法有哪几种？目前常用的方法是什么？答：有3种方法：1) 类比法; 2) 实侧法; 3) 计算法。
机械制造装备设计第5版PPT第2章
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2.4.3 分级变速主传动系
第
结构式表达方法：
二
传动副数
章
Z 18 31 33 29
第 四
一般表达式：
级比指数
节
Z (Pa )Xa * (Pb )Xb * (Pc )Xc *...* (Pi ) Xi
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
第
分级变速主传动转速图设计的基本原则
二 章
⑴变速组的传动副数目应“前多后少”；
第
靠近电动机转速高、转矩小、尺寸小。更多传动件在
四 节
高速范围内工作，有利于减少外形尺寸
⑵变速组的传动线应“前密后疏”（传动顺序与扩大顺序相 一致）
⑶变速组的降速应“前慢后快”；中间轴转速不宜超过电动 机转速（前面慢些，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。
右图是用结构网画出，是对称结构形式
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2.4.3 分级变速主传动系
第
二
章
（二）各变速组的变速范围及极限传动比 变速组中最大与最小传动比的比值，称为 该变速组的变速范围。即： Ri (umax)i /(umin )i （i=0，1，2，…，j)
第 四 节
在设计机床主传动系时， 一般限制降速最小传动比 u主min 1/ 4 直齿圆柱齿轮的 最大升速比 u主max 2 斜齿圆柱齿轮可取 u主max 2.5
第
及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传
四
动副的传动比等。
节
设一中型卧室车床，其变速传动系 图2-13
机械制造装备设计(第2章 金属切削机床设计5-6 主轴&支承)
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （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。 这种配置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。
2.5.3 主轴部件结构设计
（二）推力轴承的位置配置型式 （3）两端配置 两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支承
2.5.3 主轴部件结构设计
（三）主轴传动件位置的合理布置
合理布置传动件在主轴上的轴 向位置，可以改善主轴的受力情况 ，减少主轴变形，提高主轴的抗振 性。
主轴上传动件轴向布置时，应 尽量靠近前支承，有多个传动件时 ，其中最大传动件应靠近前支承。
2.5.3 主轴部件结构设计
（四）主轴主要结构参数的确定 主轴前、后轴径直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬 伸量a和主轴主要支承间的跨距L，这些参数将直接影响主 轴旋转精度和主轴刚度。
2.5.3 主轴部件结构设计 （一）主轴部件的支承数目 也可以前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
角接触 球轴承 背对背
安装
2.配置型式
（1）前端配置 两个方向的推力轴承都布置在前支承处。 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，对提高主轴部件刚度有利。 这种配置用于轴向精度和刚度要求较高的高精 度机床或数控机床。
离和主轴前端的悬伸量，传动件的布置方式，主轴组
件的制造和装配质量等。 刚度不足，影响机床的加工精 度、传动质量及工作的平稳性。
2.5.1 主轴部件应满足的基本要求
（3）抗振性：指抵抗受迫振动和自激振动的能力。 主轴振动有两种类型：
机械制造装备设计课后习题第二章
2-1 机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么?工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠性、造型与色彩2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？答：（一）总体设计：1、机床主要技术指标设计，包括工艺范围、运行模式、生产率、性能指标等。
2、总体方案设计，包括运动功能、基本参数、总体结构布局等设计。
3、总体方案综合评价与选择4、总体方案的设计修改或优化。
（二）详细设计，包括技术设计和施工设计。
（三）机床整机综合评价2-3机床的基本工作原理是什么？答：基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状。
2-4机床系列型谱的含义是什么？为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户的不同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广、需要量较少的机床系列作为“基型系列”，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”构成了机床的“系类型谱”。
2-5机床的基本工作原理是什么？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形状和尺寸。
2-6工件表面的形成原理是什么？答：任何一个表面都可以看成是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。
这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线，前者称为母线，后者称为导线。
而加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的。
2-7 工件表面发生线的形成方法有哪些？轨迹法、成形法、相切法、展成法2-8工件表面发生线的形成方法有哪些？1、轨迹法2、成形法3、相切法4、展成法2-9机床的运动功能有哪些？1、操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。
2、控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互装置。
交互的信息通常是零件加工程序。
机床设计概述机床总体设计
主讲人：李爱芝
讲授内容
1 机械制造及装备设计方法 2 金属切削机床设计 3 机床夹具设计
4 机械加工生产线总体设计
2 金属切削机床设计
2.1 概述 2.2 金属切削机床总体设计 2.3 机床主传动系统设计 2.4 机床进给传动系统设计 2.5 机床主轴部件设计 2.6 机床支承件设计 2.7 机床导轨设计 2.8 机床刀架和自动换刀装置设计 2.9 机床控制系统设计
（二）机床精度
机床本身精度
机
(空载条件下的精度)
床
精
度
工作精度(加工精度)
动态精度
几何精度 传动精度 运动精度 定位重复定位精度
（1）几何精度：最终影响机床工作精度的那些零部件的精度。
包括: 尺寸、形状和相互位置精度（直线度、平面度、垂直度、
平行度），是机床在静止或低速运动条件下进行测量——在空
2.1 概 述
2.1.1 机床设计应满足的基本要求 2.1.2 机床设计方法 2.1.3 机床设计步骤
2.1.1 机床设计应满足的基本要求
机床工艺范围 机床精度和精度保持性 机床生产率 自动化程度 机床宜人性 机床成本 柔性 机床性能指标
（一）工艺范围（用途） 与生产模式有关
机床适应不同生产要求的能力----机床的加工功能。 包括： 加工方法； 工件类型；材料、毛坯种类； 加工表面形状、尺寸范围。
Y—在静载荷作用下，机床或主要零部件的变形。
静载荷：不随时间变化或变化极为缓慢的力。 整机刚度：整台机床在静载荷作用下，各构件及结 合面抵抗变形综合能力。 机床刚度主要包括:
结构刚度—构件本身材料性质；抗弯、抗扭截 面的大小；壁厚；筋板布置；窗孔影响);
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第二章金属切削机床设计
2.1.2 机床模块化设计方法
选配具有不同 性能的，可以 互换选用的模 块
关键： a. 模块接合
部设计 b. 模块快速
配.2 金属切削机床设计的基本理论
（一） 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。
外圆磨床 最大磨削直径
第2主参数 工件最大长度 最大跨距 工作台工作面长度 最大磨削长度
2.1.1 机床设计应满足的基本要 求 • 2.机床的柔性：适应加工对象变化的能力。
• 3.与物流系统的可接近性：机床与物流系统之间进行物流（工 件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
• 4.机床的刚度：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。包括静态刚度、动 态刚度、热态刚度。
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
滑台
立柱
底座
机床热变形及其补偿技术的研究
1) 温度控制技术 热平衡结构设计技术 基础部件温度控制 关键部件温度控制
中空丝杆冷 却技术已得
到应用
4.3 机床热变形及其补偿技术的研究
机床热变形及其补偿技术的研究
2) 实时热补偿技术
机床在大空调厂房中，早、中、晚温度变化梯度较大，机床从冷却到 全热态过程中，机床的 坐标系原点存在漂移；钢件材料的热线张系数 和铝材料相差较大 (c) 解决方案 稳定机床工作的环境温度，搭建了二次恒温空调间，在加工前数小时 预热后不停机连续加工到完成，工件实测误差控制到0.05mm以内
机床热变形及其补偿技术的研究
笛卡尔直角坐标系
《机械制造装备设计》总复习资料
《机械制造装备设计》总复习第一章绪论1.机械制造装备的分类。
1、机械制造装备指的是什么？共分哪几大类？答：机械制造业中所使用的装备就是机械制造装备。
它共分为四大类：加工装备、工艺装备、物料储运装备和辅助装备。
1-1、加工装备都包括哪些装备？答：加工装备主要指机床，包括金属切削机床、特种加工机床、锻压机床和木工机床四大类。
1-2、工艺装备都包括哪些装备？答：工艺装备包括：刀具、夹具、模具、量具、辅助工具等。
1-3、物料储运装备都包括哪些装备？答：物料储运装备包括：物料输送装置、机床上下料装置、各级仓储装置与立体仓库等。
1-4、辅助装备都包括哪些装备？答：辅助装备包括：清洗机、排屑装置、测量设备和包装设备等。
第二章机械制造装备的设计方法1.机械制造装备设计的类型。
2.机械制造装备设计的方法。
3.机械创新设计的思维和方法。
1、利用各种创新方式，举出多种关于热水瓶（或水杯、笔、尺……）的创意，包括功能、附加物、使用方便等，要求有详细说明。
答：如红外遥控或声控的热水瓶，附加移动装置，可以方便使用；使用经过特殊处理的材料，制成有药效功能的热水瓶或摔不破、挤不破的热水瓶；附加净化装置的可以净化水的热水瓶；装上定时定量装置，能自动加水烧水的热水瓶；节能环保的太阳能热水瓶；可以按需要的温度出水的热水瓶；瓶身能够表示瓶内水温的热水瓶……（杯+玻璃+刻度----刻度杯；杯+套（真空密封）----保温杯（保热保冷）；杯+金属+电----电热杯；杯+温度计----温度指示杯；杯+图文----知识观赏杯；杯+盖+指南针----可指南带盖杯……）2、利用各种创新方式，用“可折叠”对除折叠伞以外的各类物品进行改进。
要求有详细说明，包括功能、附加物、使用方便等。
（试举2例）答：3、为方便盲人使用，自选一件物品利用各种创新方式进行尝试，包括功能、附加物、使用方便等等，要求有详细说明。
答：如探路手杖，手杖端部安装探头，碰到障碍回有方向提示音，引导盲人回避；下方附加折叠凳，走路时间长了可以坐下休息；手杖能够折叠，不用时可以放入包内；又如眼镜上安装摄像仪，通过导线连接到司管视觉的器官，盲人戴上后马上就能恢复视觉……第三章金属切削机床设计3.1 设计要求、方法和步骤1.机床设计的内容与步骤。
机床总体设计
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
10
1.2 机床的设计步骤 1.2.1 总体设计
工艺分析、总体布局和确定主要技术参数。 1.2.2 技术设计
绘制传动系统图，部件装配图；绘制电气系统安装接线图，液压系统和控制操作系统装 配图。
修改完善机床联系尺寸图，绘制总装配图及部件装配图
1.2.3 零件设计及资料编写 绘制机床的全部零件图。整理编写零件明细表，设计说明书，制定机床的检验方法和
力。
措施：（自学） 2、减小热变形
机床工作时受到外部热源和内部热源的影响，导致机床各部分不同的温升，使机床产生热变 形。
据统计机床热变形导致加工误差最大值约占全部误差的70%。 措施：隔离热源；改善环境温度；强制冷却；采用热源相对对称结构；改善排屑状态等。
3、降低噪声 齿轮振动影响传动的平稳性，是机床主要的噪声源。 措施：（自学）
机床的主色调是绿色。 实践证明：绿色有助于提高劳动生产率；紫色和蓝色则会降低劳动生产率。
机床的色彩应适应不同的使用环境。
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
18
1.4 机床主要参数的确定
1.4.1 尺寸参数 是指影响机床加工性能的一些尺寸。
1、主参数 代表机床规格的大小，是最重要的尺寸参数 对各种类型机床，15375—94标准统一规定了主参数的内容。 工件回转的机床，主参数通常都以机床的最大加工尺寸来表示； 工件移动的机床，主参数是工作台面的最大宽度； 主运动为直线运动的机床，主参数是主运动最大的位移
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
9
1.1.2 人机关系 使机床符合人的生理和心理特征，实现人机环境高度协调统一，为操作者创造一个安全、舒 适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧张和身体疲劳。
机械制造装备设计第二章 机床的传动设计
综上所述，转速图 可以很清楚地表示：
１、主轴各级转速的传 动路线；
２、得到这些转速所需
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ c Ⅳ
60:30 36:36 42:42 30:42 24:48
1440 r/min 1000 710 500 355
要的变速组数目及每个
250
变速组中的传动副数目； ３、各个传动比的数值；
注意：转速图上竖直线间距均 匀并不表示各轴中心距相等， 只是为了使图面美观清晰。
ⅡⅢⅣ
1440 r/min 1000 710 500 355 250 180 125 90 63 45 3 2.1.1 .1转速图概念
(2) 各级转速的指代（主轴转速线、转速点）
2.1分级变速主传动系统设计－－2.1.1.2转速图原理
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ
轴Ⅱ－Ⅲ间 的变速组ｂ
Ⅳ
1440 r/min
有 两 个 传 动 副 （ Pb ＝ 2 ） ， 其传动比依此为：
ib1=22/62=1/2.82=1/ 3，
36:36 42:42 30:42
24:48
1000
710
500
22:62 355
250
降速，向右下方倾斜三格
180
125
ib2=42/42=1=1/ ０，
90
等速，连线水平。
63
45
31.5
返回
2.1分级变速主传动系统设计－－2.1.1.2转速图原理
电机 Ⅰ a Ⅱ b Ⅲ c Ⅳ
轴Ⅲ-Ⅳ间 的变速组c有两 个传动副（Pc＝2），其 传动比依此为：
ic1=18/72=1/4= 1/ 4，
转速图包括一点三线：转速点，转速线，传动轴 线，传动线。
机械制造基础复习资料(答案)
第一章金属切削的基本知识1．切削三要素概念与计算。
切削用量：是指切削速度、进给量和切削深度三者的总称，这三者又称切削用量三要素。
①切削速度v：在切削加工中，刀刃上选定点相对于工件的主运动v = πdn / 1000 ( m / min )式中 d --- 完成主运动的刀具或工件的最大直径（mm） n --- 主运动的转速（r / min）②进给量f：工件或刀具的主运动每转或每双行程时，工件和刀具在进给运动中的相对位移量。
vf = n * f （mm / min）③切削深度ap：等于工件已加工表面与待加工表面间的垂直距。
⑴对于外圆车削 ap = （dw - dm) / 2 (mm)⑵对于钻孔 ap = dm / 2 (mm)式中 dw --- 工件加工前直径(mm)；dm --- 工件加工后直径(mm)。
2．①高硬度②高耐热性③足够的强度和韧性④高耐磨性⑤良好的工艺性顾其它。
3．刀具的标注角度定义，作用。
刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。
（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）⑴前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。
前角的作用：前角↑切屑变形↓切削力↓刃口强度↓前刀面磨损↓导热体积↓⑵后角α0：在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。
后角的作用：后角↑后刀面与加工表面间的摩擦↓后刀面磨损↓刃口强度↓导热体积↓⑶主偏角Kr：在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。
主偏角的作用：主偏角↑切削刃工作长度↓刀尖强度↓导热体积↓径向分力↓⑷副偏角Kr’：在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。
副偏角的作用：副偏角↑副后面与工件已加工表面摩擦↓刀尖强度↓表面粗糙度↑⑸刃倾角λS：在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角刃倾角的作用：①影响排屑方向：λS ＞0 °排向待加工表面；λS =0 °前刀面上卷曲λS ＜0 °排向已加工表面；②影响切入切出的稳定性③影响背向分力大小刀具角度的选择原则：1）粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；加工脆性材料时可适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(γ0<0°)。
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。
车床主传动系统的设计毕业设计论文
题目：车床主传动系统的设计专业：机械制造及其自动化车床住传送的设计[摘要]本次设计的车床最大加工直径为250mm，转速级数Z为12级的普通车床，其工艺范围为50.96，主轴箱内部布置四根主轴，结构简单，传动平稳可靠，操作方便，床头箱体积适中。
本次设计重点在于主轴箱的装配设计，辅助配以主轴箱剖面图、设计传动系统图、设计转速图。
该机床属于中型普通车床，适合于中小企业、工厂选用[关键词]车床;主轴箱装配图;转速图;转速范围;传动系统图目录车床住传送的设计 (1)第一章引言 (3)第二章机床的总体设计 (3)1.机床的工艺特性 (3)2.确定极限转速 (4)3．主电机功率 (5)第三章传动方案的设计 (6)1.传动方案的设计 (6)2.求出主轴转速级数Z： (6)3.确定结构式和结构网： (6)4.齿轮齿数的确定 (7)4.1确定齿数注意事项 (7)4.2齿轮齿数的确定 (8)第四章传动件参数的确定 (9)1.I轴的转速 (9)2.中间传动轴的转速 (9)3.主轴转速的确定 (10)4.其他传动件计算转速的确定 (10)第五章传动件的设计 (10)1.三角带传动设计 (10)第六章主要设计零件的计算和验算 (12)1.计算各传动轴的输出功率 (12)2.计算各传动轴的扭矩 (12)3.传动轴直径的初定及键的选取 (12)4.主轴轴颈的确定 (13)5.齿轮模数的初步计算 (13)6.各级转速的校核 (14)7.齿轮的校核 (14)8.主轴的校核 (16)9.轴承的选取 (19)第七章润滑方式的选取 (20)1.润滑系统的要求 (20)2.润滑剂的选择 (20)3.润滑方式 (21)第八章结论 (22)第九章参考文献 (23)第十章设计图附录 (24)第一章引言金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器，又称为“工作母机”。
在现代机械制造工业中，金属切削机床是加工机械零件的主要设备，它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的40%至60%。
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高的传动机构，以降低制造成本； 2）大功率传动，应优先选用传动效率高的传动机构，如齿
轮传动，以降低能耗；
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2.1 分析和拟定传动系统方案
3）工作中可能出现过载的工作机，应选用具有过载保护作 用的传动机构，如带传动。但在易爆、易燃场合，不能选用 带传动，以防止摩擦静电引起火灾；
nd (i1i2 in )nW
式中 nd ——电动机转速可选范围；
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2.3 原动机类型和参数的选择
——各级传动的传动比范围，见表12—6。
根据选定的电动机类型、结构、功率和转速，从标准中查出 电动机型号后，应将其型号、额定功率、满载转速、电动机
中心高、轴伸尺寸、键槽尺寸等记录下来备用，具体格式可
1．工作机所需功率 PW 工作机所需功率 PW 应由机器工作阻力和运动参数计算确定。
课程设计时可按设计任务书给定的工作机参数计算求得。
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2.3 原动机类型和参数的选择
当已知工作机主动轴的输出转矩（N·m）和转速（r／min） 时，则工作机主动轴所需功率
（2—1）
如果给出带式输送机驱动卷筒的圆周力（即卷筒牵引力） （N）和输送带速度（m／s），则卷筒轴所需功率
i i1i2 in
(2—8)
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2.4 机械传动系统的总传动比和各 级传动比的分配
2.4.2 各级传动比的合理分配
设计多级传动系统时，需将总传动比分配到各级传动机构。 分配传动比时通常应考虑以下几方面：
1）各级传动机构的传动比应在推荐值的范围内（见表12— 6），不应超过最大值，以利发挥其性能，并使结构紧凑；
2）原动机的机械特性、适应的工作环境、输出参数可控制 性、能源供应情况等；
3）机械的经济性、效率、重量、尺寸等。
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2.3 原动机类型和参数的选择
由于电力供应的普遍性，且电动机具有结构简单、价格便宜、 效率高、控制和使用方便等优点，目前，大部分固定机械均 优先选用电动机作为原动机。下面简单介绍电动机的类型与 参数的选择。
见2.6节中总体设计示例。
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2.4 机械传动系统的总传动比和各 级传动比的分配
2.4.1 总传动比的计算
由选定电动机的满载转速 nm和工作机主动轴的转速 nW ，可
确定传动系统的总传动比为
i nm nW
（2—7）
由于传动系统是由多级传动串联而成，因此总传动比是各 级传动比的连乘积，即
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2.3 原动机类型和参数的选择
2.3.3 电动机容量的选择
选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。决定电动 机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三方面 因素，但一般情况下电动机容量主要由运行发热条件而定。 电动机发热与其工作情况有关。对于载荷不变或变化不大， 且在常温下长期连续运转的电动机，只要其所需输出功率不 超过其额定功率，工作时就不会过热，可不进行发热计算。 电动机容量可按下述步骤确定：
2）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。例如，由V带传动 和齿轮传动组成的传动系统（如图2—2），V带传动的传动 比不能过大，否则会使大带轮半径超过减速器的中心高，造 成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难；
3）应使传动装置外廓尺寸紧凑，重量轻。如图2—3所示两 级圆柱齿轮减速器，在相同的总中心距和总传动比情况下， 方案（b）具有较小的外廓尺寸；
设计两级以上的减速器时，合理分配各级传动比是很重要的。 考虑到上述问题，这里推荐一些传动比的分配方法，供设计 减速器时参考。
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2.4 机械传动系统的总传动比和各 级传动比的分配
1）对于两级卧式圆柱齿轮减速器，为使两级的大齿轮有相
近的浸油深度，高速级传动比 i1 和低速级传动比 i2 可按
第2章 机械传动系统的总体设计
2.1 分析和拟定传动系统方案 2.2 常用减速器的类型、特点和应用 2.3 原动机类型和参数的选择 2.4 机械传动系统的总传动比和各级传
动比的分配 2.5 机械传动系统运动和动力参数的计
算 2.6 机械传动系统的总体设计示例
2.1 分析和拟定传动系统方案
2.3.2 电动机的种类和结构形式的选择
电动机是一种标准系列产品，使用时只需合理选择其类型和 参数即可。电动机的类型有交流电动机、直流电动机、步进 电动机和伺服电动机等。直流电动机和伺服电动机造价高， 多用于一些有特殊需求的场合；步进电动机常用于数控设备 中。由于交流异步电动机结构简单、成本低、工作稳定可靠、 容易维护，且交流电源易于获得，故是机械设备最常用
用时，宜布置在高速级；
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2.1 分析和拟定传动系统方案
4）当传动中有圆柱齿轮和圆锥齿轮传动时，圆锥齿轮传动 宜布置在高速级，以减小圆锥齿轮的尺寸；
5）对于开式齿轮传动，由于其工作环境较差，润滑不良， 为减少磨损，宜布置在低速级。
6）斜齿轮传动比较平稳，常布置在高速级。
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2.4 机械传动系统的总传动比和各 级传动比的分配
4）在减速器设计中常使各级大齿轮直径相近，以使大齿轮 有相接近的浸油深度。如图2—3（b）所示，高、低速两级 大齿轮直径相近，且低速级大齿轮直径稍大，其浸油深度也 稍深一些，有利于浸油润滑；
5）应避免传动零件之间发生干涉碰撞。如图2—4所示，当 高速级传动比过大时就可能发生高速级大齿轮与低速轴发生 干涉的情况。
（2—2）
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2.3 原动机类型和参数的选择
输送带速度与卷筒直径（mm）、卷筒轴转速的关系为
（2—3）
2．电动机的输出功率 Pd
考虑传动系统的功率损耗，电动机输出功率为
（2—4）
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2.3 原动机类型和参数的选择
式中 ——从电动机至工作机主动轴之间的总效率，即
下列方法分配：
展开式和分流式减速器
i1 (1.1～1.5)i2
同轴式减速器
i1 i2
2）对于圆锥 — 圆柱齿轮减速器，为使大圆锥齿轮直径不致
过大，高速级圆锥齿轮传动比可取 ， i1 0.25i 且 i1≤3 ，此 处为减速器总传动比。但当要齿轮浸油深度大致相等时，也 可取 i1 3.5～4 ；
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2.3 原动机类型和参数的选择
的原动机。一般工程上常用三相异步交流电动机，其中Y系 列为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电源电压380V， 用于非易燃、易爆、腐蚀性工作环境，无特殊要求的机械设 备，如机床、农用机械、运输机等，也适用于某些起动转矩 有较高要求的机械，如压缩机等。YZ系列和YZR系列分别 为笼型转子和绕线转子三相异步电动机，具有较小转动惯量 和较大过载能力，可适用于频繁启制动和正反转工作状况， 如冶金、起重设备等。对有特殊要求的工作场合，应按特殊 要求选择，如井下设备防爆要求严格，可选用防爆电动机等。 最常用的结构形式为封闭型卧式电动机。 常用的Y系列、YZ系列和YZR系列电动机的技术数据、外形 和安装尺寸见本书第13章。
传动方案一般由运动简图表示。它直接地反映了工作机、传动 系统和原动机三者间运动和动力的传递关系。在课程设计中，
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2.1 分析和拟定传动系统方案
学生应根据设计任务书，拟定传动方案。如果设计任务书中 已给出传动方案，学生则应分析和了解所给方案的优缺点。
传动方案首先应满足工作机的性能要求，适应工作条件、工 作可靠，此外还应结构简单、尺寸紧凑、成本低、传动效率 高和操作维护方便等。要同时满足上述要求往往比较困难， 一般应根据具体的设计任务有侧重地保证主要设计要求，选 用比较合理的方案。图2—l所示为矿井运输用带式运输机的 三种传动方案。由于工作机在狭小的矿井巷道中连续工作， 因此对传动系统的主要要求是尺寸紧凑、传动效率高。图 2—1（a）方案宽度尺寸较大，带传动也不适应繁重的工作 要求和恶劣的工作环境；图2—1（b）方案虽然结构紧凑，
同一类型、同一功率的三相异步交流电动机，有几种不同的 同步转速（即磁场转速），一般常用电动机同步转速有 3000r／min、1500r／min、1000r／min、750r／ min等几种。同步转速低的电动机，磁极数多，其外廓尺寸 及重量大，价格高；而同步转速高的电动机，磁极数少，尺 寸和重量小，价格低。因此，确定电动机转速时，应从电动 机和传动系统的总费用、传动系统的复杂程度及其机械效率 等各个方面综合考虑。当执行构件的转速较高时，选用高转 速电动机能缩短运动链，简化传动环节，提高传动效率。但 如果执行构件的速度很低，则选用高转速电动机时，会使减 速装置增大，机械传动部分的成本会大幅度增加，且机器的
（2—5）
其中
分别为传动系统中各传动副、联轴器及各
对轴承的效率，其数值见第12章中表12—7。
3．确定电动机额定功率 Ped
根据计算出的功率 Pd 可选定电动机的额定功率 Ped，应使 Ped 等于或稍大于 Pd 。
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2.3 原动机类型和参数的选择
2.3.4 电动机转速的选择
在多级传动中，各类传动机构的布置顺序不仅影响传动的平 稳性和传动效率，而且对整个传动系统的结构尺寸也有很大 影响。因此，应根据各类传动机构的特点合理布置，使各类 传动机构得以充分发挥其优点。常用传动机构的一般布置原 则是：
1）带传动承载能力较低，但传动平稳，缓冲吸振能力强， 宜布置在高速级；
2）链传动运转不平稳，有冲击，宜布置在低速级。 3）蜗杆传动效率低，但传动平稳，当其与齿轮传动同时应
2.1.1 传动系统方案应满足的要求
机器通常由原动机（电动机、内燃机等）、传动系统和工作机 三部分组成。