机械制造装备设计3 机床主要部件设计
机械制造装备设计
5、齿轮的加工机床： （1）按轮齿成形原理分两大类：成形法：刀刃为一条切削线，其形状与发生线相
3
同，此发生线不需要成形运动，如铣齿、拉齿、冲齿等；展成法：刀刃为一条切削线，但形状与发生线不 吻合，刀具与工件作展成运动，发生线是切削刃各瞬时位置的的包络线。 此发生线需要一个独立的成形 运动 ，刀工共同完成，如滚齿、插齿等。 （2）滚齿原理：模拟一对螺旋齿轮啮合过程。 （3）加工直齿圆柱齿轮的运动分析①主运动 B11 ，传动链：电机—1—2— uv —3—4—滚刀，其中 uv 为主 运动传动比。②展成（啮合）运动：滚刀旋转运动 B11 1/K 转（1 齿） ；齿坯旋转运动 B12 1/z 转（1 齿） 。 内传动链为：滚刀—4—5— u x —6—7—齿轮，其中 u x 为啮合运动传动比。③进给运动 A2 ：齿坯—7—8— u f —9—10—刀架升降，其中 u f 为进给运动传动比。
xa xb xc …… ；意义：使各传动件结构紧凑,便于制造。③变速组的变速要前慢后快，中间轴的转速
不宜超过电动机的转速，递降原则 ia min ib min ic min ……
1 ；意义：降速时,应避免被动轮尺寸过大 4
从而导致变速箱径向尺寸过大; 升速时,应避免扩大传动误差,应降低振动 和噪音。④降速时应前缓后急， 升速时应前急后缓；意义：应保证多数传动件在高速状态下工作。结构紧凑，各中间传递轴的最低转速应 适当高些 （3）结构式、转速图的拟定步骤及绘制方法。级比规律：变速组的级比是指主轴上同一点传往被动轴相 xi 邻两传动线的比值，用 表示，其中 xi 成为级比指数，在图中由相邻两传动线的间隔格数表示；级比指 数为 1 的变速组称为基本组，除此之外称为扩大组。注意：一个结构式可以对应一些不同的转速图， 而一个转速图只能对应一个结构式。 2、扩大变速范围的传动系统设计。 （1）扩大变速范围设计的意义：一些通用性较高的车床和镗床的变速 范围一般为 140~200，甚至超过 200，按照级比规律设计不能满足要求，所以需要扩大变速组。 （2）扩大 变速组的方式：①增加变速组，特点：导致部分转速重复。②采用背轮结构，特点：易出现超速现象。③ 采用双公比的传动系，特点：主轴转速范围的高、低段将出现转速空挡。④采用分支传动，特点：无 3、计算转速。 （1）计算转速的概念及研究意义：①计算转速：主轴或其余各传动件传递全部功率的最低 转速为它们的计算转速，用ｎj 表示；②意义：确定主变速传动系中各传动件究竟按多大的扭矩进行计 算。 （2）变速传动系统中计算转速的确定步骤：①先由表中的相应公式计算出主轴转速；②当主轴的计算 转速确定后，可以按由后往前的顺序推算出各传动轴的计算转速。方法是先找出该传动轴有几级工作转
机械制造装备设计(专科)(新)
一、单选(共计30分,每题2.5分)错误:【D】错误:【A】3、组合攻丝机床加工螺孔的工艺方法是用（）加工螺纹。
滚刀B.钻头C.镗刀D.丝锥错误:【D】错误:【D】错误:【A】6、下列不是机床主轴轴承选择的依据是（）。
刚度B.承载能力C.旋转精度D.极限转速错误:【B】错误:【A】错误:【C】错误:【D】错误:【D】错误:【B】错误:【C】二、判断(共计70分,每题2.5分)13、主轴轴承可根据刚度、旋转精度和极限转速来选择。
（）错误:【A】14、为了便于维修，多轴箱的油泵齿轮最好布置在中间排。
（）错误:【B】15、推力轴承置于主轴后端用于轴向精度要求高的精密机床。
（）错误:【B】16、铸铁材料的抗振性能好，常作为机床支承件的首选材料。
（）错误:【A】17、加工装备的动力参数是各种执行件的运动速度。
（）错误:【B】错误:【A】19、爬行是进给机构低速转动时工作台的均匀运动现象。
（）错误:【B】错误:【B】21、组合机床联系尺寸图设计要考虑夹具外轮廓大小。
（）错误:【A】错误:【A】23、为了便于维修，多轴箱的油泵齿轮最好布置在第Ⅰ排。
（）错误:【A】错误:【B】错误:【A】错误:【B】27、机床工作台设置斜向隔板主要用于提高其抗弯刚度。
（）错误:【B】错误:【B】29、钻孔多轴箱主轴的前、后支承均采用圆锥滚子轴承（）错误:【B】30、滑台是实现组合机床主运动的通用动力部件。
（）错误:【B】31、机床支承件采用横向隔板来加强其抗弯刚度。
（）错误:【B】错误:【A】错误:【B】错误:【B】错误:【B】36、被加工零件工序图重点反映本工序加工内容及装夹方案。
（）错误:【A】错误:【B】错误:【A】错误:【B】错误:【B】一、单选(共计35分,每题2.5分)错误:【A】错误:【A】错误:【C】错误:【A】错误:【C】6、卧式车床车削螺纹时，必须使（）的运动保持严格的传动比关系。
错误:【D】错误:【B】8、组合攻丝机床加工螺孔的工艺方法是用（）加工螺纹。
第三章 机床典型部件设计
（二）几种典型的主轴轴承配置形式
d 0.55 ~ 0.60D
对于六角、自动和半自动车床、卧式镗床（镗杆主
轴）
d 0.6 ~ 0.65D
对铣床 d 可比刀具拉杆直径大5~10mm即可。
3. 主轴前端悬伸量的确定
主轴前端悬伸量a 是指主轴前端面到前轴承径向反 力作用中点（或前径向支承中点）的距离。它主要取决 于主轴端部的结构（其形状与尺寸均以标准化），以及 前支承轴承配置和密封装置的形式和尺寸。在满足结构 要求的前提下，设计时应使a 值越小越好。
2.刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变 形的能力，通常以主轴前端部产生一个单位位移的弹 性变形时，在位移方向上所施加的作用力的大小来表 示。主轴部件的刚度是综合刚度，是主轴、轴承和轴 承座等刚度的综合反映，其静刚度不足则对加工精度 和机床性能有直接影响。
主轴部件应满足的基本要求
3.抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动而 保持平稳运转的能力。主轴部件的振动会直接影响工件 的表面质量和刀具的使用寿命，并产生噪声。 4.温升及热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切 削区的切削热等使主轴部件的温度升高，其尺寸、形状 及位置发生变化，造成主轴部件的热变形。 5.精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造 精度的能力。主轴部件丧失其原始精度的主要原因是磨 损。
3. 圆锥滚子轴承——需成对使用
机械装备设计
（一）普通卧式车床主轴部件结构分析：1.主轴头大尾小，轴上零件依次从头向尾安装；2.主轴采用齿轮传动，传动齿轮位于前后支承之间，中间设置辅助支承，。
3.前、后主支承均为圆柱滚子轴承，属于刚度型配置；前,后滚子轴承均采用锁紧螺母预紧；4.前端设置双向推力角接触球轴承，承受双向轴向载荷；5.因圆柱滚子轴承允许轴向窜动，故主轴受热后向后端延伸；结构分析：1.主轴直径头大尾小轴上零件依次从头向尾安装2. 主轴尾部安装卸货皮带轮，传动的径向力直接传递到轴承座；3. 主轴前后支承均为两个同向角接触球轴承，前后支承为背靠背安装，为速度型配置；轴承通过螺母1锁紧；通过调整轴套2与轴承座之间的轴向公差实现预紧。
机械：机构与机器总称。
机构为变换和传递力和运动的可动装置机械制造装备：用于制造机械产品的工具或产品，典型的装备是机床。
机械制造过程：从原材料开始，经过热、冷加工，装配成产品，对产品进行调试和检测、包装和发运的全过程。
机械制造装备的发展趋势:(1)高效、高速、高精度方向发展(2)多功能复合化、柔性自动化（3）绿色制造和可持续发(4）智能化装备（5）北京机床博览会（一）机械制造生产模式的演变:（1）单件小批量，作坊式生产（2）中小批量生产，（3）大批量，流水线生产(4)大批量定制生产，大批量定制是以大批量生产的成本和速度,提供定制的个性化产品和服务的生产模式机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类。
（1）加工装备：主要指采用机械制造方法制作机械零件的机床。
机床是制造机器的机器，也称工作母机。
包括：金属切削机床、特种加工机床、锻压机床等。
（2）工艺装备：各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。
它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。
（3）仓储运送装备：仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。
（4）辅助装备：排屑装置、过滤装置、清洗设备等。
金属切削机床：俗称工作母机，是机械制造业的基础装备，性能要求高于其它机械产品。
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”“。
六、节材七、符合工业工程要求工业工程是对人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。
第三章_机床主要部件设计(1)
故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。
◆ 润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。 如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。
◆ 由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。
滚动轴承的不足： 滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低， 振幅较大。滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。
方向所施加的作用力大小来表示。 如图，当主轴外伸端受径向
作用力F，受力方向上的弹性位 移为δ 时，刚度K 的表达式为：
K
F
( N/m )
第一节 主轴组件设计
（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kj =Fj /δj 。 （2）动刚度 主轴组件在额定载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kd =Fd /δd 。
5.主轴组件的刚度校核 1）静刚度 2）动刚度 3）切削稳定性 6.提高主轴组件性能的措施 1）提高旋转精度 a)保证主轴、轴承、轴承孔精度 b)定向误差装配法 2）提高静刚度 a)角接触轴承为前支承时，交点应位于轴承前端； b)传动力方向 c)预紧 d)主轴为带传动时采用卸载装置 3）提高动刚度 提高主轴组件的回转精度；增加阻尼。
存在缺陷以及切削过程中的颤振等引起。
主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使 用寿命，并产生噪声。
第一节 主轴组件设计
4.温升和热变形
热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的
切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。
热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响 主轴部件的工作性能，降低加工精度。
支承。a.前支承直径大，刚
度高，大齿轮靠前可减少主 轴的弯曲变形，b.而且转矩 传递长度短，扭转变形小， 使用最普遍。
机床设计实验报告
一、实验目的本次实验旨在让学生了解机床的基本结构、工作原理及设计方法，提高学生对机床设计的基本认识，培养学生的实际操作能力和创新意识。
通过实验，使学生掌握以下内容：1. 机床的基本组成及各部分功能；2. 机床设计的基本原则和步骤；3. 机床主要部件的结构设计及计算方法；4. 机床设计过程中的注意事项。
二、实验内容1. 机床概述（1）机床的定义及分类（2）机床的主要用途及发展趋势（3）机床的主要参数及性能指标2. 机床基本结构（1）机床床身（2）主轴箱（3）进给箱（4）刀架（5）工作台（6）液压系统3. 机床设计基本原理（1）机床设计的基本原则（2）机床设计的基本步骤（3）机床设计的主要参数4. 机床主要部件结构设计（1）床身设计（2）主轴箱设计（3）进给箱设计（4）刀架设计（5）工作台设计5. 机床设计计算（1）床身强度计算（2）主轴箱强度计算（3）进给箱强度计算（4）刀架强度计算（5）工作台强度计算6. 机床设计注意事项（1）机床结构合理性（2）机床精度保证（3）机床安全可靠性（4）机床易维护性三、实验步骤1. 查阅相关资料，了解机床的基本结构、工作原理及设计方法。
2. 根据实验要求，确定机床的类型、主要参数及性能指标。
3. 设计机床的基本结构，包括床身、主轴箱、进给箱、刀架、工作台等。
4. 计算机床主要部件的结构强度，确保机床安全可靠。
5. 分析机床设计过程中的注意事项，提高机床设计的合理性。
四、实验结果与分析1. 实验结果根据实验要求，设计了一台小型数控车床，主要参数如下：床身长度：1200mm床身宽度：600mm床身高度：800mm主轴转速：6000r/min进给速度：0.01～1.5mm/r切削深度：0.01～5mm最大切削直径：50mm2. 实验分析（1）机床结构设计合理，能够满足加工要求；（2）机床主要部件结构强度满足设计要求；（3）机床设计过程中注意了安全可靠性、易维护性等因素。
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三章习题答案
第三章典型部件设计1.主轴部件应满足那些基本要求？答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。
主轴的旋转精度是指装配后，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。
旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。
主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。
主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。
主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。
主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。
2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：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）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。
（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。
（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。
3.试述主轴静压轴承的工作原理答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。
静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。
所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。
机床总体设计
2014.08.20
1章 金属切削机床的总体设计
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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。
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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》习题与思考题
绪论1、机械制造业在国民经济中的地位如何，其发展趋势体现在哪些方面？2、机械制造技术的发展趋势如何？3、什么是机械制造装备有哪些类型，其功能是什么？第一章金属切削机床的总体设计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、机床的尺寸参数根据什么确定？4、机床的运动参数如何确定？5、机床主轴转速采用等比数列的主要原因是什么?6、机床主轴转速数列的标准公比值有哪些?其制订原则是什么?7、选定公比值ϕ的依据是什么？8、机床的动力参数如何确定？9、如何确定机床主电动机的功率?10、如何确定进给电动机的功率?11、试用查表法求主轴各级转速⑴已知：ϕ＝1.58，n max＝950 r/min，Z＝6；⑵n min＝100 r/min，Z＝12，其中n1至n3、n10至n12的公比ϕ 1＝1.26，其余各级转速的公比ϕ 2＝1.58。
12、试用计算法求下列参数：⑴已知：R n＝10，Z＝11，求ϕ；⑵已知：R n＝335，ϕ＝1.41，求Z；⑶已知：Z＝24，ϕ＝1.06，求R n。
13、设计某规格机床，若初步确定主轴转速为n min＝32r/min，n max＝980 r/min，公比ϕ＝1.26，试确定主轴转速级数Z，主轴各级转速值和主轴转速范围R n。
第二章机床的传动系统设计1、什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系统的各传动组的级比指数有什么规律？2、什么是传动组的变速范围？如何计算？各传动组的变速范围之间有什么关系?3、 某机床的主轴转速级数Z ＝18，采用双副和三副变速组，试写出符合级比规律的全部结构式，并指出其中扩大顺序与传动顺序一致的和不一致的方案各有多少个。
4、 判断下列结构式是否符合级比规律，符合者需说明其扩大顺序与传动顺序是否一致；不符者则需简要说明会出现什么情况。
⑴ 8＝21×22×24；⑵ 8＝24×21×22；⑶ 8＝22×21×23；⑷ 8＝22×23×245、 画出结构式12＝23×31×26相应的结构网，并分别求出第一变速组和第二扩大组的传动副数、级比、级比指数和变速范围。
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。
机械制造技术装备设计
结 构 网 图 和 结 构 式
对结构式的几点说明：
1.结构式表达了传动系统的组成及传动顺序 如： 12 ＝ 3 ╳ 2 ╳ 2 主轴转速级数：12 传 动 顺 序： 3 2 2 数字表示各传动组的传动副数 2. 结构式中的下标表示各传动组的级比指数 如：1、3、6 3.从级比指数可以看出变速顺序： 例子中：基本组 第一扩大组 第二扩大组
• 进给量的单位： mm/r mm/min • 普通机床： 等差数列（如加工螺纹） 若进给链为外链：等比数列，减小损失 • 数控机床：直流伺服 交流伺服 无级调速 • 重型机床：直流电机 交流电机变频调速
三、动力参数的确定
• 太大：机床笨重，浪费材料和电力 • 太小：无法满足工作要求 1.主运动驱动电动机的功率 N＝N切+N空+N附 （kW) 式中： N切－消耗于切削的功率，又称有效功率 N空－空载功率，传动件摩擦、搅油等 N附 －载荷附加功率，切削时增加的传动 件摩擦功率
1. 各变速传动组的传动比排列的规律 1）第一变速组a 级比Ψ ：在变速组中两大小相邻的传动 比的比值。
例子中： ia1 : ia2 : ia3＝1:(1/ Φ ):(1/ Φ 2) 因此，变速组a的级比：
Ψa＝ ia1 : ia2 ＝ ia2 : ia3＝ Φ
变速组的变速范围R：
• 指变速组中最大传动比与最小传动比之比 变速组a的变速范围： Ra＝ia1/ia3＝ Φ 2 • 基本组：基础的变速范围，如变速组a • 基本组的级比指数为1，即级比为Φ。 2）第二变速组b: 两对齿轮副 级比：Ψb＝ ib1 : ib2＝ Φ 3 变速范围: Rb＝ib1 / ib2 ＝ Φ 3 作用：将基本组的变速范围进行第一次扩大, 称为第一扩大组
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2.刚度
刚度 指主轴组件在外载荷作用下抵抗变形的能力。 刚度的量化 以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移 方向所施加的作用力大小来表示。
当主轴外伸端受径向作用力 F，主轴受力方向上的弹性位移
为δ时，其刚度K 的表达式为
K F (N/m)
（1）静刚度 主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kj =Fj /δj 。
机械制造装备设计
模块三 机床主要部件的结构设计
2020年9月18日
模块三 机床主要部件设计
知识目标 技能目标
掌握主轴部件的设计及支承件、导轨的结构 设计。
知道主部件的组成形式，主轴组件设计原理 及支承件、导轨件的结构性分析
教学重点 教学难点
主部件的组成形式，主轴组件设计原理 ， 导轨的结构设计。
主轴组件设计原理
不足：传动速比不够准确。
（3）同步齿形带传动 通过带上的齿与带轮上的轮齿传递传动 此传动无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高；可传递较
大动力，传动平稳；不需特别张紧，对轴和轴承压力小，传动效率 高；不需润滑，耐腐蚀，耐高温。
不足：制造工艺复杂，安装条件高。
（4）电动机直接驱动 对于转速小于3000r/min的主轴，采用异步电动机和联轴器直 接驱动主轴。如 高速内圆磨床的磨头。 对于转速小于8000r/min的轴，采用变频调速电动机直接驱动。
精度保持性影响机床使用寿命内的加工精度和工作 稳定性。
二、主轴组件的传动方式及结构设计 1. 传动方式
齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动
（1）齿轮传动 轮齿的啮合传动，结构简单、紧凑；能传递较 大的扭矩，适应变转速、变载荷工作。
不足：线速度需<12~15m/s，且不如带传动平稳。
（2）带传动 靠摩擦力传递动力。结构简单，皮带有弹性可吸 振，传动平稳，噪声小；过载时打滑，具有过载保护作用。适用于 中心距较大的两轴间传动。
（2）主轴轴向定位
主轴轴向定位 指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度， 推力轴承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形 方向和大小。
① 前端配置（前端定位）指推力轴承布置在前支承处。
该配置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。用于轴向精度和刚度要求较 高的高精度机床或数控机床。
热变形会引起轴承间隙变化，润滑油粘度降低，影响 主轴部件的工作性能，降低加工精度。
5.精度保持性
精度保持性 指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。 明确： 主轴组件丧失原始制造精度的原因——磨损。 如主轴轴承、主轴轴颈表面、装夹工件或刀具的定位表面的磨损。
精度保持性决定于主轴组件的耐磨性能。影响耐磨性的因素有 主轴、轴承的材料、热处理方法、轴承类型及润滑防护措施等。
教学方案 （情景）
选用工程应 用案例
建议学时
多媒体教学，案例教学以及视频 CA6140型普通车床主轴。 6-8学时
组成机床的部件很多，本模块 仅就其比较重要的部件如主轴部件、 支承部件和导轨等的结构、作用及 设计的敏感性问题进行介绍。
项目一 主轴部件的设计
• 主轴组件包括 主轴、支承轴承、传动件、 定位元件、密封件。
• 功用 支承并带动工件或刀具旋转进行切削； 承受切削力和驱动力，完成表面成形运动。
任务一 主轴部件的性能要求及传动方式
基本要求
旋
刚
抗
转
度
振
精
性
度
温
精
升度和保热持变
性
性
１.旋转精度
旋转精度 指主轴装配后，在空载、低速转动状态下，安装刀具 或工件的主轴部位的径向跳动和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、 轴承、箱体孔的制造、装配和调整精度。
在切削过程中，主轴部件受到静态力的作用，也受到冲击力和 交变力的作用而产生振动。冲击力和交变力是由材料硬度不均匀、 加工余量的变化、断续切削、主轴部件不平衡、轴承或齿轮存在缺 陷以及切削过程中的颤振等引起。
主轴振动直接影响工件的表面加工质量和刀具的使用 寿命，并产生噪声。
4.温升和热变形
热变形 是主轴组件运动时，各相对运动处的摩擦，切削区的 切削热等使主轴组件的温度升高，造成形状、尺寸及位置变化。
传动件在前支承外侧 齿轮在 主轴的前悬伸端，用于具有大转盘 的机床，如: 立式车床、镗床。
传动件在后支承外侧 传动件 放在主轴的后悬伸端，使前后支 承获得较好的支承跨距。多用于 主轴的带传动。使更换传动带方 便，防止油液的侵蚀。
② 后端配置（后端定位）推力轴承布置在后支承处。 主轴前支承处轴承较少，发
热少，温升低；但主轴受热后向 前伸长，影响轴向精度。
常用于轴向精度要求不高的普通机床，如立铣、多刀车床。 ③ 两端配置（两端定位）推力轴承布置在前后两个支承处。
主轴受热伸长后，影响主轴 轴承的轴向间隙。故需采用弹簧 消除间隙和补偿热变形。 常用于较短主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床。如组 合机床主轴。
（3）传动件的轴向布置
布置原则 应使由传动力引起的主轴弯曲变形小，引起主轴前端 在影响加工精度的敏感方向上的位移小。
方法 传动件轴向布置尽量靠近前支承，有多个传动件时，最大 传动件应靠近前端。
传动件在前支承内侧 齿轮在两支承 中间靠近前支承。前支承直径大，刚度 高，大齿轮靠前可减少主轴的弯曲变形， 而且转矩传递长度短，扭转变形小，使 用最普遍。
（2）动刚度 主轴组件在交变载荷作用下抵抗变形的能力，表 示为 Kd =Fd /δd 。
主轴组件的刚度受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、 预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配 质量等因素影响。
主轴主件的刚度不足直接影响零件的加工精度和机床 的性能
3.抗振性
抗振性 是指机床在额定载荷切削时，主轴组件抵抗受迫振动 和自激振动的能力。
2.结构设计
（1）主轴的支承数目
1）前、后两个支承 结构简单，制造方便，应用广泛。为提高 刚度，前后支承应消除间隙或预紧。
2）三个支承 ①前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承； ②前、中支承为主要支承，后支承为辅助支承。
三支承方式对三支承孔的同心度要求较高，制造装配较复杂。 要求“主”支承应该消除间隙或预紧，“辅助”支承应保留一定的 径向间隙或选用较大游隙的轴承。以免发生干涉，恶化主轴的工作 性能，使空载功率大幅度上升和轴承温升过高。