机械制造装备导轨设计

机械设计之导轨的结构布局设计我采用的说明图纸，是我以前做过的产品的设计图纸，在设计结构上肯定是比较个人风格一些的，可能和很多这一行的设计工程师有不一样的地方，或者你们有更好的实现的结构和布局，比我的现在采用的结构更优化，更具推广和实用意义，所以对一些带有个人化特点的介绍，只供大家做一个设计方面的参考，我并没有规定说，以后这个类型的直线导轨一定要采用我的这种结构布局，在这里我只是给大家理顺一个思路，并把我以前在设计过程中，制造过程中，装配过程中，调试过程中，售后过程中所遇到的一些经验和教训呈现给大家，希望大家以后在你的职业生涯中尽量少走弯路，少交点学费，少碰点钉子。

这是一台立式加工中心的光机图纸，其中紫色线条部分就该加工中心的X、Y、Z 三相直线导轨的布置位置，他们的功能就是实现该加工中心X、Y、Z三个方向的传动。

其中X、Y两个方向是水平放置的，而Z向是垂直放置的，这个在直线导轨选型的时候，是需要和导轨供应商确认好放置方式的，你必须告诉供应商你的导轨是用于什么样的状态，是水平，还是垂直，或者是悬空等，供应商在给你做定型推荐的时候，他们也会根据你的使用情况来推荐给你最时候的直线导轨。

再上一张图纸，我们从侧面来看一下，这X、Y、Z三个方面的导轨布局是一个什么样的情况。

如果你是一个有相当经验的机械行业从业者，其实你是应该可以根据上面这两个图纸画出这个立式加工中心的大件图纸了，因为无论是改设备的结构，还是外形，这两张图纸都作了很好的呈现，尤其是一些细节也有了相对详细的描述。

以上给你参考的是一个光机装配图，在一些细节上的表述我会在接下来的图纸里给大家介绍。

我们今天抽取这个立式加工中心的底座来给大家介绍，下面还是要上图说话。

以上这张图就是一个底座的直线导轨装配图，紫色的部分就是导轨的装配状态，在设计的过程中，需要注意的是导轨的跨度的选取，即两条导轨之间的距离，这在某种程度上决定了机床加工的刚性和稳定性，也决定了机床精度的稳定性，同时我们还需要考虑一个关键点，那就是润滑油的聚集与回收，因为这种类型的机床，直线导轨和丝杆都是采用润滑站进行定时定点润滑的，所以润滑后的废油如何收集是一个需要考虑的关键点，如果不作这方面的考虑，那机床在正常使用时，润滑油会四处横流，弄脏一地，这也是体现设计能力和工业水准的地方。

一、导轨的设计与选择。

1、对导轨的要求1）导轨精度高导轨精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线和它与有关基面之间的相互位置的准确性。

无论在空载或切削工件时导轨都应有足够的导轨精度，这是对导轨的基本要求。

2）耐磨性能好导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中保持一定导向精度的能力。

因导轨在工作过程中难免磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。

3）足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求轨道应有足够的刚度。

4）低速运动平稳性要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。

5）结构简单、工艺性好导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。

2、对导轨的技术要求1）导轨的精度要求滑动导轨，不管是V-平型还是平-平型，导轨面的平面度通常取0.01〜0.015mm,长度方面的直线度通常取0.005〜0.01mm;侧导向面的直线度取0.01~0.015mm, 侧导向面之间的平行度取0.01〜0.015mm,侧导向面对导轨地面的垂直度取0.005〜0.01mm。

2）导轨的热处理数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。

为此，导轨大多需要淬火处理。

导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。

二、导轨的种类和特点导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。

1）滑动导轨：是一种做滑动摩擦的普通导轨。

滑动导轨的优点是结构简单，使用维护方便，缺点是未形成完全液体摩擦时低速易爬行，磨损大，寿命短，运动精度不稳定。

滑动导轨一般用于普通机床和冶金设备上。

2）滚动导轨的特点是：摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现"爬行"现象，故运动均匀平稳。

《机械制造装备设计》课程标准一、课程概述机械制造装备设计是机械工程的一门分支学科。

是一门研究各种机械制造装备的结构、工作原理和设计方法的科学。

《机械制造装备设计》是机械类专业的主干专业课程，与《机电一体化设计》、《模具设计》等学科处于同一层次。

它与《机床电器控制》、《机械CAD/CAM》、《现代制造技术》等构成机械制造及自动化方向的专业选修课程体系。

该课程是将原机制专业的四门专业课程（即机床设计、夹具设计、工业自动化、工业机器人）融合形成机械制造装备设计新学科内容，是按照重基础、少学时、低重心、新知识、宽面向的原则整合而成的，是实施素质教育的机制专业课程体系改革的主要内容之一。

这门学科的重点是为机械制造及其自动化专业的学生，了解典型机械制造装备的工作原理、性能、传动与结构，掌握机械制造装备设计的基本理论、基本知识和基本方法，完成复杂机械制造装备的设计能力的培养服务的。

先修课程有《工程力学》、《机械设计》、《机械工程材料》、《机械制造技术基础》、《机械设计课程设计》、《金工实习》等。

二、课程目标1.了解常用机械制造装备的典型结构、运动与传动等。

2.掌握分析和调整机械制造装备运动、传动的方法。

3.掌握机械制造装备运动、传动设计的方法。

4.掌握机械制造装备整机和主要部件的设计方法。

5.了解机械制造装备性能的实验研究方法。

6.掌握机械制造装备运动学理论，掌握机械制造装备传动系统设计、主要零部件的载荷及力学分析、传动件计算条件确定的有关理论，了解精度、强度、刚度、动态特性、热特性、噪声理论在机械制造装备设计中的应用。

7.具有分析、比较和选择机械制造装备主要参数的能力、机械制造装备整体方案设计的能力、机械制造装备主要部件设计的能力。

三、课程内容和要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。

这四个层次的一般涵义表述如下：知道——是指对这门学科、机械制造装备的结构和工作原理的认知。

理解——是指对这门学科所涉及的基本概念、原理、方法的领会，能作自主的解释、说明，并把握一般机械装备的结构与性能之间的相互关系。

制作导轨的机械加工流程机床核心---直线导轨一、导轨的功能尽管导轨系统的形式是多种多样的，但工作性质都是相同的，机床工作部件在指定导轨系统上移动，尤如火车沿着铁轨在指定的方向上行驶。

主要体现如下三种基本功能：1、为承载体的运动导向；2、为承载体提供光滑的运动表面；3、把机床的切削所产生的力传到地基或床身上，减少产生的冲击对被动加工零件的影响。

沿导轨系统的运动，大多数为直线运动，也有少数为弧线运动。

直线导轨的很多技术可以直接应用弧形导轨。

支承和引导运动构件沿着一定轨迹运动的零件称为导轨副，也常简称为导轨。

运动部件的运动轨迹有直线、圆或曲线，滚动圆导轨可归人滚动推力轴承，曲线导轨在机械中极少应用。

导轨在机器中是个十分重要的部件，在机床中尤为重要。

机床的加工精度与导轨精度有直接的联系，小批量生产的精密机床，导轨的加工工作量占整个机床加工工作量的40%左右。

而且，导轨一旦损坏，维修十分困难。

按运动学原理，所谓导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。

导轨副中设在支承构件上的导轨面为承导面，称为静导轨，它比较长；另一个导轨面设在运动构件上，称为动导轨，它比较短。

具有动导轨的运动构件常称为工作台、滑台、常用导轨面有平面和圆弧面。

圆弧导轨面构成圆柱形导轨；不同的平导轨面组合，构成矩形导轨面间的摩擦为滑动摩擦者称为滑动导轨，在导轨面间置人滚动元件，使摩擦转变为滚动摩擦者称为滚动导轨。

导轨有闭式和开式之分，闭式导轨可以承受倾覆力矩，而开式导轨则不能。

2015 年，我国出台《中国制造2025》，全面推进实施强国战略，这是我国实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领，强调加快推动新一代技术信息与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。

在智能制造里面，机床被誉为工业“母机”，特别是数控机床已日益成为装备制造业的主力加工设备，其数量的多少和技术的高低，不仅是一个地区装备制造业发展水平的重要标志，更是一个国家竞争力强弱的重要体现。

机械制造装备设计五、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。

六、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.七、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、展成法八、工件表面的形成方法是什么?是母线形成方法和导线形成方法的组合。

因此，加工表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。

九、什么是传动组的变速范围？各传动组的变速范围之间有什么关系？答:变速组中最大最小转动比的比值，称为该变速组的变速范围。

十、进给传动系设计要能满足的基本要求是什么?1）、具有足够的静刚度和动刚度；2）、具有良好的快速响应性;做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳,灵敏度高。

3）、抗震性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声；4）、具有足够宽的调速范围,保证实现所要求的进给量,以适应不同的加工材料；5）、进给系统的传动精度和定位精度要高;6）、结构简单，加工和装配工艺性好。

调整维修方便,操纵轻便灵活。

十三、试述进给传动与主传动相比较，有哪些不同的特点？1、进给传动与主传动不同是恒转矩传动，而住转动是恒功率传动2、进给传动系传动转速图的设计刚巧与主传动系相反，其转速图是前疏后密结构3、进给传动系中各传动件的计算转速是最高转速。

4、进给传动的变速范围RN《14。

十四、试述滚珠丝杠螺母结构的特点，其支撑方式有哪几种？摩擦系数小，传动效率高。

一端固定，另一端自由，一端固定，另一端简支承，两端固定十五、主轴部件应满足哪些基本要求？1、旋转精度2、刚度3、抗震性4、温升和热变形5、精度保持性十六、在支撑件设计中，支撑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-质量比;2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼;整机的低价频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会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较小；4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。

一、是非题（对的打“√”，错的打“×”10%）1．机床的可靠性是指机床在整个使用寿命周期内完成规定功能的能力（√）2．机床的可靠性是指机床在使用时完成规定功能的能力。

（×）3．机床形式与支承形式分为卧式、立式，机床形式是指主运动执行件的状态，支承件形式指高度方向尺寸相对长度方向尺寸的大小。

（√）4．机床形式与支承形式分为卧式、立式，是指主运动执行件的状态。

（×）5．从动轴转速与主动轴转速的比值称为传动比。

（√）6．主动轴转速与从动轴转速的比值称为传动比。

（×）7．拟定转速图时，在传动顺序上，各变速组应按“前多后少”的原则排列。

（√）8．拟定转速图时，在传动顺序上，各变速组应按“前少后多”的原则排列。

（×）9．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；降速要“前慢后快”。

（√）10．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；升速要“前快后慢”。

（√）11．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；降速要“前快后慢”。

（×）12．设计变速传动系统运动时，传动副“前多后少”，传动线要“前密后疏”；升速要“前慢后快”。

（×）13．主轴能传递全部功率的最低转速，称为主轴的计算转速。

（√）14．主轴能传递全部功率的最高转速，称为主轴的计算转速。

（×）15．主轴组件的抗振性是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。

（√）16．主轴组件的耐磨性是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。

（√）17．对于空心主轴，内孔直径d的大小，应在满足主轴的刚度前提下尽量取大值。

（√）18．对于空心主轴，内孔直径d越大越好。

（×）19．滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，它适于载荷较大的设备，是应用最广泛的一种导轨。

（√）20．滚针导轨的长径比大，因此具有尺寸小、结构紧凑等特点，应用在尺寸受限制的地方。

导轨毕业设计导轨毕业设计在工程设计领域中，导轨是一种用于支撑和引导运动部件的重要构件。

它们广泛应用于机械设备、交通工具、电子设备等领域。

导轨的设计与制造对于设备的性能和可靠性有着重要的影响。

因此，导轨毕业设计是机械工程专业学生的重要课题之一。

导轨毕业设计的目标是设计一个满足特定要求的导轨系统。

首先，设计师需要了解运动部件的质量、速度、加速度等参数，以确定导轨系统所需的支撑能力和导向精度。

其次，设计师需要考虑导轨系统的材料选择和制造工艺，以确保导轨的强度和耐磨性。

最后，设计师需要进行导轨系统的结构设计和优化，以提高系统的稳定性和运动平滑性。

在导轨毕业设计中，设计师可以选择不同类型的导轨，如滚动导轨、滑动导轨、气体动力导轨等。

每种导轨都有其独特的优势和适用范围。

例如，滚动导轨适用于高速运动和重载条件下，具有较高的刚性和精度；滑动导轨适用于低速和中小负载条件下，具有较低的摩擦和噪音。

设计师需要根据实际需求选择最适合的导轨类型。

在导轨毕业设计中，设计师还需要考虑导轨系统的润滑和维护。

导轨的摩擦和磨损是导致系统性能下降和寿命减少的主要原因之一。

因此，设计师需要选择适当的润滑材料和方法，以减少摩擦和磨损。

同时，设计师还需要考虑导轨系统的维护周期和方法，以确保系统的长期稳定性和可靠性。

除了理论和实践的研究，导轨毕业设计还可以涉及创新和改进。

例如，设计师可以尝试使用新材料和制造工艺，以提高导轨的性能和寿命。

设计师还可以尝试设计新型的导轨结构，以满足特殊应用需求。

通过创新和改进，导轨毕业设计可以为机械工程领域的发展做出贡献。

导轨毕业设计的实施需要设计师具备一定的知识和技能。

首先，设计师需要具备机械工程和材料科学的基础知识，以理解导轨的原理和性能。

其次，设计师需要具备CAD和仿真软件的使用技巧，以进行导轨系统的设计和分析。

最后，设计师还需要具备实验和测试的能力，以验证设计的正确性和可行性。

总之，导轨毕业设计是机械工程专业学生的重要课题之一。

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;静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用,可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作,也能在极高转速下工作；摩擦小,轴承寿命长;定压式静压轴承的工作原理如下图所示,在轴承的内圆柱孔上,开有四个对称的油腔1~4;油腔之间由轴向回油槽隔开,油腔四周有封油面,封油面的轴向宽度为a,轴向宽度为b;液压泵输出的油压为定值P的油液,分别流经节流器T1、T2、T3和T4进入各个油腔;节流器的作用是使各个油腔的压力随外载荷的变化自动调节,从而平衡外载荷;当无外载荷作用不考虑自重时,各油腔的油压相等,即p1=p2=p3=p4,保持平衡,轴在正中央,各油腔封面与轴颈的间隙相等,即h=h1=h2=h3=h4,间隙液阻也相等;当有外载荷F向下作用时,轴颈失去平衡,沿载荷方向偏移一个微小位移e,油腔3间隙减小,即h3=h-e,间隙液阻增大,流量减小,分流器T3的压力降减小,因供油压力P是定值,故油腔压力P3随之增大;同理,上油腔1间隙增大,即h1=h+e,间隙液阻减小,流量增大;节流器T1的压力降增大,油腔压力P1随之减小;两者的压力差Δp=p3-p1,压力差将主轴推回中心以平衡外载荷F;4.试分析图3－114中,所示三种主轴轴承的配置型式的特点和适用场合;答：146000为圆锥滚子轴承,圆锥滚子轴承承受轴向负荷的能力取决于接触角,即外圈滚道角度,角度越大,轴向负荷能力也越大；3182100是双列向心圆柱滚子轴承,这种轴承承载能力大,摩擦系数小,温升低,但不能承受轴向力;这种配置方式主要在后面的轴承承受轴向力,因此相当于后端配置,这种配置的特点是发热小、温度低,主轴受热后向前伸长,影响轴向精度；适用范围是用于普通精度机床、立铣、多刀车床;（2）这种配置方式主要在前段的轴承承受轴向力,因此这种轴承配置相当于前端配置；这种配置的特点是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；适用场合是用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床;（3）2268000是双向推力向心球轴承,因此这种配置相当于中间配置,这种配置的特点是两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧,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;5.按图3－115中的主轴部件,分析轴向力如何传递间隙如何调整答：轴向力传递如下图所示调整主轴上的后螺母可消除后止推轴承的轴向间隙和角接触球轴承的径向和轴向间隙；调整主轴上的前螺母可消除前部双列向心圆柱滚子轴承的径向间隙,继续调整主轴上的后螺母,将主轴向后拉可消除前部止推轴承的轴向间隙;6.试检查图3－116所示主轴部件中有否错误；如有,请指出错在那里应怎样改正用另画的正确简图表示出来;答：有多处错误,主轴前端的双列向心圆柱滚子轴承间隙不能调整；大齿轮应靠主轴前支承,主轴上有轴向力不能用弹性档圈定位,应改为螺母定位锁紧；中间支承应用向心球轴承或圆柱滚子轴承；主轴后支承两个圆锥滚子轴承应大口朝外；没有考虑密封和润滑;7.试设计一主轴部件,前支承用两个圆锥滚子轴承承受径向力和双向轴向力,后支承用一个双列圆柱滚子轴承,画出前后支承部分的结构简图;8.在支承件设计中,支承件应满足那哪些基本要求答：支撑件应满足的下列要求：1）应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比;2）应具有较好的动态特性,包括较大的位移阻抗动刚度和阻尼；整机的低阶频率较高,各阶频率不致引起结构共振；不会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较小;4）排屑畅通、吊运安全,并具有良好的结构工艺性;9.支承件常用的材料有哪些有什麽特点答：支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、大然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等;1铸铁铸铁铸造性能好、容易获得复杂结构的支承件,同时铸铁的内摩擦力人,阻尼系数大,使振动衰减的件能好,成本低;但铸件需要木模芯盒,制造周期长,有时产生缩孔、气泡等缺陷,成本高,适于成批生产;铸造支承件要进行时效处理,以消除内应力;〔2钢板焊接结构用钢板和型钢等焊接支承件,其特点是制造周期短,省去制作木模和铸造工艺：支承件可制成封闭结构,刚性好；便于产品更新和结构改进；钢板焊接支承件固有频率比铸铁高,在刚度要求相同情况下,采用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半,重量减轻20％30％;钢板焊唼结构的缺点是钢板材料内摩檫阻尼约为铸铁的1/3,抗振性较铸铁差,为提高机床抗振性能,可采用提高阻尼的方法来改善动态性能;3预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立注等支承件,预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍,抗振性好,成本较低;用钢筋混凝土制成支承件时,钢筋的配置对支承件影响较大;一般三个方向都要配置钢筋、总预拉力为120150KN;缺点是脆性大,耐腐蚀性差,油渗入导致材质疏松,所以表面芘进行喷漆或喷涂塑料;4天然花岗岩天然花岗岩性能稳定,精度保持性好,抗振性好、阻尼系数比钢大15倍,耐磨性比铸铁高56倍,导热系数和线胀系数小,热稳定性好,抗氧化性强,不导电,抗磁,与金属不粘合,加工方便,通过研磨和抛光容易得到很高的靖度和表面粗糙度;5树脂混凝土树脂混凝土特点是：刚度高；具有良好的阻尼性能,阻尼比为灰铸铁的810倍,抗振性好；热容量大,热传导率低,导热系数只为铸铁的1/251/40,热稳定性高,其构件热变形小；比重为铸铁的1/3,质量轻；可获得良好的几何形状精度,表面精糙度也较低；对切削油、润滑剂、冷却液有极好的耐腐蚀性；与金属粘接力强,可根据不同的结构要求,预埋金属件,使机械加工量减少,降低成本；浇注时无大气污染；生产周期短,工艺流程短；浇注出的床身静刚度比铸铁床身提高16％40％;总之它具有刚度高、抗振性好、耐水、耐化学腐蚀和耐热特性;缺点是某些力学性能低,但可以预埋金属或添加加强纤维;对于高速、高效、髙精度加工机床具有广泛的应用前景;10.根据什麽原则选择支承件的截面形状,如何布置支承件上的筋板和筋条答：支承件的截面形状的选择原则主要有以下几个方面：1无论是方形、圆形或矩形,空心截面的刚度都比实心的大,而且同样的断面形状和相同大小的面积,外形尺寸大而壁薄的截面,比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高;所以为提高支承件刚度,支承件的截面应是中空形状,尽可能加大截面尺寸,在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些;当然壁厚不能太薄,以免出现薄壁振动;2〕圆环形截面的抗扭刚度比方形好,面抗弯刚度比方形低;因此,以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形,并以其髙度方向为受弯方向；以承受扭矩为主的支承件的截面形状应取圆环形;3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度,特别是抗扭刚度;设计时应尽可能把支承件的截面作成封闭形状;但是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要,有时不能作成全封闭形状;筋板是指联接支承件四周外壁的内板,它能使支承件外壁的局部载荷传递给其它壁板,从而使整个支承件承受载荷,加强支承件的自身和整体刚度筋板的布置取决于支承件的受力变形方向,其中,水平市置的筋板有助于提高支承件水平面内弯曲刚度；垂直放置的筋板有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度；而斜向筋板能同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度;筋条配置于支承件某一内壁上,主要为了减小局部变形和薄壁振动,用来提高支承件的局部刚度;筋条可以纵向、横向和斜向,常常布置成交叉排列,如井字形、米字形等;必须使肋条位于壁板的弯曲平面内,才能有效地烕少壁板的弯曲变形;筋条厚度一般是床身壁厚的倍;11提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施答：1提高支承件的静刚度的主要方法有根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚,合理地布置肋板和筋条,以提髙结构整体和局部的弯曲刚度和扭转刚度;2提高动态特性的方法主要有改善阻尼特性,对于铸铁支承件,铸件内砂芯不清除,或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼树料,可以起到减振作用;对于焊接支承件、除了可以在内腔中填充混凝土减振外,还可以充分利用接合面间的摩擦阻尼来减小振动;即两焊接件之间留有贴合而未焊死的表面,在振动过程中,两贴合面之间产生的相对摩擦起阻尼作用,使振动减小;间断焊缝虽使静刚度有所下降,但阻尼比大为增加,使动刚度大幅度增大;在支承件表面采用阻尼涂层,能获得较卨的阻尼比,既提高了抗振性,又提髙了机床对噪声辐射的吸收能力;采用新材料制造支承件如树脂混凝土材料它具有刚性高、抗振性好、热变形小、耐化学腐浊的特点,可以使动刚度提高几倍;12.导轨设计中应满足那些要求答：异轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低等要求;下面的五个要求允为突出：1导向精度导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时,实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差;影响导向精度的因素很多,如导轨的几何精度和接触精度,导轨的结构型式,导轨和支承件的刚度,导轨的油膜厚度和油膜刚度,导轨和支承件的热变形等等;2承载能力大、刚度好根据导轨承受载荷的性质、方向和大小,合理地选择导轨的截面形状和尺寸,使导轨具有足够的刚度,保证机床的加工精度;3精度保持性好精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的,常见的磨损形式有磨料或磨粒磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等;影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等;4低速运动平稳当动导轨作低速运动或微量进给时,应保证运动始终平稳,不出现爬行现象;影响低速运动平稳性的因素有导轨的结构形式、润滑情况、导轨摩擦面的静、动摩擦系数的差值,以及传动导轨运动的传动系刚度,5结构简单、1：艺性好导轨要求结构简单,易于加工;13.镶条和压板有什麽作用答：导轨间隙常用压板、镶条来调整;压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩;压板用螺钉固定在运动部件上,用配刮、垫片来调整间隙;镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙,镶条应放在导轨受力较小侧,常用的镶条有平镶条和斜镶条两种;14.导轨的卸荷方式有那几种各有什麽特点答：卸荷导轨用来降低导轨面的压力,减少摩擦阻力,从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性,尤其是对大型、重型机床来说,工作台和工件的质鸶很大,导轨面上的摩擦阻力很大,常采用卸荷导轨.导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷;1.机械卸荷下图是常用的机械卸荷装置.导轨上的一部分载荷由支承在辅助导轨面a上的滚动轴承3承受;卸荷力的大小通过螺钉1和碟形弹簧2调节;卸荷点的数目由动导轨上的载荷和卸荷系数决定;特点：机械卸荷方式的卸荷力不能随外载荷的变化而调节;2.液压卸荷导轨将高压油压入工作台导轨上的一串纵向油槽,产生向上的浮力,分担工作台的部分外载, 起到卸荷的作用;如果工作台上工件的质量变化较大,可采用类似静压导轨的节流器调整卸荷压力,如工作台全长上受载不均匀,可用节流器调整各段导轨的卸荷压力,以保证导轨全长保持均匀的接触压力;带节流器的液压卸荷导轨与静压导轨不同之处是后者的上浮力足以将工作台全部浮起,形成纯流体摩擦；而前者的上浮力不足以将工作台全部浮起,但由于介质的粘度较高,由动压效应产生的干扰较大,难以保持摩擦力基本恒定;3.自动调节气压卸荷导轨气压卸荷导轨的基本原理如图所示;压缩空气进入工作台的气嚢,经导轨面间由表而粗糙度而形成的微小沟槽流人大气,导轨间的气压呈悌形分布,形成一个气垫,产生的上浮力对导轨进行卸荷;气垫的数量根据工作台的长度和刚度而定,长度较短或刚度较高时,气垫数晕可取少些,每个导轨面至少应有两个气垫;气压卸荷导轨以压缩空气作为介质,无污染,无回收问题；且粘度低,动压效应影响小,但由于气体的可压缩性,气体静压导轨的刚度不如液体静压导轨;为了兼顾精度和阻尼的要求应使摩擦力基本保持恒定,即卸荷应力应随外载荷变化能自动调节出现了自动调节气压卸荷导轨,也称半气浮导轨;自动调节气压卸荷导轨具有自动调节卸荷导轨系统的刚度K1,比无卸荷时的接触刚度K提高了;当外载荷有较大变化时,导轨间的接触力和摩擦力只有微小变化,保证运动平稳、不爬行;15.提高导轨耐磨性有那些措施答：1合理选择导轨的材料和热处理2导轨的预紧3导轨的良好润滑和可靠防护4争取无磨损、少磨损、均匀磨损,磨损后能补偿16.数控机床的刀架和卧式车床的刀架有什麽不同为什麽答：刀架是机床的重要组成部分,用于加持切削用的刀具,卧式车床刀架只能装四把刀,加上尾架也最多装五把刀;而有些零件加工表面很多,需要更多的刀具才能完成,因而出现了转塔刀具;总体来说卧式车床刀架自动化程度不高,大部分都需要人工转动刀架进行换刀;数控机床是一种高度自动化的机床,它的刀架一般都采用自动电气或液压转位方式;数控车床刀架大体分为排刀式刀架和转塔式刀架两大类;数控机床的刀架和卧式车床的刀架的不同是由两者完全不同的自动化程度造成的;17.机床刀架自动换刀装置应满足什麽要求答：⑴满足工艺过程所提出的要求;机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面,而工件的表面形状和表面位置的不同,要求刀架和刀库上能够布置足够多的刀具,而且能够方便而正确地加工各工件表面,为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工,所以要求刀架、刀库可以方便地转位;⑵在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具,在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置,采用自动交换刀具时,应能保证刀具交换前后都能处于正:确位置;以保证刀具和工件间准确的相对位置;刀架的运动精度将直接反映到被加工工件的几何形状精度和表而粗糙度上,为此,刀架的运动轨迹必须准确,运动应平稳,刀架运转的终点到垮应准确、并且这种精度保持件要好,以便长期保持刀具的正确位置;⑶刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度;由于刀具的类型、尺寸各异,重量相差很大,刀具在自动转换过程中方向变换较复杂,而且有些刀架还直接承受切削力,考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量,所以刀架刀库和换刀机械手都必须具有足够的刚度.以使切削过程和换刀过程平稳;⑷可靠性高;由于刀架和自动换刀装置在机床丁作过程中,使用次数很多,而且使用频率也高,所以必须充分重视它的可靠性;⑸刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的,因而它的换刀时间应尽可能缩短,以利于提高生产率;⑹操作方便和安全;刀架是工人经常操作的机床部件之一,因此它的操作是否方便和安全,往往是评价刀架设计好坏的指标;刀架上应便于工人装刀和调刀,切屑流出方向不能朝向工人,而且操作调整刀架的手柄或手轮要省力,应尽晕设置在便于操作的地方;18.何谓端面齿盘定位有何特点答：端面齿盘定位又称端齿盘定位,端齿盘定位由两个相同的端面齿盘相啮合而成,由于啮合时各个齿的误差相互补偿,起着误差均化的作用,定位精度高;齿盘的齿形角一般有2α等于90°和60°两种;齿盘的齿数z的选择应根据所要求的分度数以及齿盘外径D的大小来确定;一般齿盘外径均在100~800mm之间,且参数z、齿形角α、外径D、定位基准孔径d、重合度均已标准化;19.加工中心的自动换刀装置包括些什麽答：加工中心的自动换刀装置包括刀库和机械手自动换刀装置;20.加工中心上刀库的类型有哪些各有何特点答：刀库用于存放刀具,它是自动换刀装置中的主要部件之一;根据刀库存放刀具的数目和取刀方式,刀库可设计成不同类型;刀库类型有鼓轮式、链式、格子箱式、直线刀库等;以下介绍几种常见的刀库形式;（1）直线刀库,刀具在刀库中直线排列,结构简单,存放刀具数量有限一般8—12把,较少使用;（2）圆盘刀库;圆盘刀库少则6—8把,多则50—60把有多种形式;特点是制造成本低;主要部件是刀库体及分度盘,只要这两样零件加工精度得到保证即可,运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”,前后、上下运动主要选用气缸;装配调整比较方便,维护简单;一般机床制造厂家都能自制;（3）链式刀库;链式刀库是较常使用的形式,常用的有单排式刀库和加长链条的链式刀库;链式刀库由一个主动链轮带动装有刀套的链条;（4）其他刀库如格子箱式刀库;21.刀库驱动电动机选择的依据有哪些答：刀库驱动电动机的选择应同时满足刀库运转时的负载扭矩T F和起动时的加速扭矩T的要求;考虑到实际情况比计算时设定条件复杂,电动机额定扭矩T S应为负载扭矩T F的~倍,即T S>~T F;22.典型换刀机械手有几种各有何特点及其使用范围;答：1单臂单手机械手：这种机械手又分为机械手只做往复直线运动和机械手往复摆动两种;单臂单手机械手的特点是结构较简单,换刀动作均需顺序进行,时间不能重合,故换刀时间较长;①机械手只做往复直线运动的机械手一般应用于刀具主轴与刀库刀座的轴线平行的场合;②机械手作往复摆动的机械手又分为机械手摆动轴线与刀具主轴平行和摆动轴线与刀具主轴垂直两种,其应用场合分别对应于刀库换刀位置的刀座轴线与主轴轴线相平行的场合和刀具换刀位置的刀座的轴线与主轴轴线相垂直的场合;2回转式单臂双手机械手：这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库见间的刀具,与单臂单手式机械手相比,可以缩短换刀时间,应用最广泛,形式也较多; 3双手式机械手：这种机械手又分为机械手只作往复直线运动和机械手有回转运动两种;机械手只作往复直线运动的双手式机械手的特点是向刀库还回用过的刀具和选取新刀均可在主轴正在加工时进行,故换刀时间可较短,这种机械手还起到运输装置的作用,适用于容量较大的,距主轴较远的、特别是分置式刀库的换刀; 4多手式机械手：这类机械手的特点是各个机械手顺次使用,这类机械手适用于单主轴机床或者是带双刀库的双主轴转塔机床;。

机械制造装备设计课后习题答案第⼆章1、机床设计应满⾜哪些基本要求，其理由是什么？（p57)（1）⼯艺范围（2）柔性:机床的柔性是指其适应加⼯对象变化的能⼒，包括空间上的柔性（功能柔性）和时间上的柔性（结构柔性）。

（3）与物流系统的可接近性:可接近性是指机床与物流系统之间进⾏物料（⼯件、⼑具、切屑）流动的⽅便程度。

（4）刚度:加⼯过程中，在切削⼒作⽤下，抵抗⼑具相对与⼯件在影响加⼯精度⽅向变形的能⼒，包括静刚度、动刚度、热刚度。

（5）精度:机床的精度主要是指机床的⼏何精度和⼯作精度。

（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7、⼯件表⾯发⽣线的形成⽅法有哪些？(p63)1）成形法：利⽤成形⼑具对⼯件进⾏加⼯的⽅法；2）展成法：利⽤⼯件和⼑具对⼯件进⾏加⼯的⽅法；3）轨迹法：利⽤⼑具作⼀定规律的运动来对⼯件进⾏加⼯的⽅法；4）相切法：利⽤⼑具边旋转边做轨迹运动来对⼯件进⾏加⼯的⽅法。

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？(p66)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？(p65)16、分析图2-14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。

（p67）17、机床的传动原理如何表⽰？它与机床运动功能图的区别是什么？（p70)常⽤⼀些简明的符号把传动原理和传动路线表⽰出来，这就是传动原理图。

23、机床主传动系都有那些类型？由那些部分组成？（p89)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按变速的连续性：分极变速传动、⽆极变速传动24、什么是传动组的级⽐和级⽐指数？常规变速传动系的各传动组的级⽐指数有什么规律性？（p92)25、主变速传动系设计的⼀般原则1）传动副前多后少的原则2）传动顺序与扩⼤顺序相⼀致的原则（前密后疏原则）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103、110、113例题机床类型：中型车床。