机械制造装备设计关慧贞冯辛安复习题及答案.doc

1、机械制造装备设计 (关慧贞冯辛安 )复习题及答案 本文档由亭间听竹根据网上资料整理，若有错误，还请告知， 一、 填空题 1.钻床的主运动参数为 主轴的转速 ,品的主参数应尽可能采用 优先数系 。 2.辅助支承和可调支承的区别 辅助支承起定位作用 ,可调支承不起定位作用 。 3.产品系列化设计的 ” 三化 ” 是指 系列化、标准化、通用化 。 4.磨床的主运动是指 砂轮的回转运动 。 5.主轴的变速范围是指 主轴的最大转速与最小转速的比值 。 6.有级变速主轴转速一般按 等比 级数 排列 。 7.进给系统中 ,各传动件的计算转速是 最高转速 。 8.机床支承件常用的材料是 铸铁 。 9. 设计

2、分级变速箱时 ,变速箱公比取大于电动机的恒功率调速范围 ,变速箱结构 简单 ,主传动系功率特性图 缺口 。 10.专用机床夹具至少必须由 定位装置、夹紧装置和底座 三个基本部分组成。 11. 在夹具中采用偏心轮夹紧工件比用螺旋压板夹紧工件的动作 快 ，但其自锁性要比后者 差 。 12.料仓式上料装置的基本组成是 料仓 ,隔料器 ,上料器 ,上料杆 和卸料杆 。 13.在选择机床主轴滚动轴承时 ,后轴承精度常比前轴承精度 低 。 14.磨床运动功能图的运动功能式为 W/CfZfXfBaCp /T 。 15.无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心截面的 大 ， 圆形截面的抗扭刚度比方形截面

3、 大 ，抗弯刚度比方形截面 小 。 16.工件表面的形成原理是： 通过机床上刀具与工件的相对运动而形成 。 17.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 (组合设计 ) 等三大类型。装备系 列化产品中的“基型产品”通常采用 创新 设计方法完成。 18.扩大机床传动系变速范围的方法有 增加变速组、采用背轮机构 、采用双公比的传动系、采用分支机构 四种方法。 19.可靠度是可靠性的度量化指标， 是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定任务的概率 。 20.进给传动系设计应满足的基本要求包括： 具有足够的静刚度和动刚度、具有良好的快速响应性、抗振性好、具有足够宽的调速范围、进

4、给系统的传动精度和定位精度高 ， 结构简单，加工和装配工艺性好。 21.主轴部件的传动方式有 齿轮传动、带传动、电动机直接驱动 。 22.机械制造过程是 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，所使用的装备类型繁多，大致可划分为 加工装备 、 工艺装备 、 仓储传送装备 和 辅助装备 四大类。 23.在主变速传动系中，扩大传动系变速范围的方法有 增加变速组；采用背轮机构；采用双公比的传动系；采用分支传动。 24.在 40 度角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承中，同时能承受径向力和轴向载荷的轴承有 角接触轴承、圆锥滚子轴承 ，只

5、能承受径向载荷的轴承有 双列圆柱滚子轴承 ，只能承受轴向 载荷的轴承有 推力轴承 。 25.机床运动分配式和机床运动功能式的区别在于 是否确定“接地”位置 ；对机床运动分配式进行评价时，通常依据 “避重就轻” 的原则进行评价。 二、简答题 1、何谓夹具的对定？包括哪几个方面？为什么使用夹具加工工件时，还需要解决夹具的对定问题？ 1. 夹具与机床连接时使夹具定位表面相对机床主轴（或刀具）、机床运动导轨有准确的位置和方向的过程称为夹具的对定。 2夹具的对定包括三个方面：一是夹具在机床上的定位，即夹具对切削成形运动的定位；二是夹具的对刀，即夹具对刀具的对准；三是 分度和转位定位，即夹具对加工位置的定

6、位。 3使用夹具加工工件时，只有首先保证夹具在机床上的对定要求，其对定误差要小于工件的允许误差，才能使工件在夹具中相对刀具及成形运动处于正确位置，即夹具定位。从而保证工件的加工尺寸精度和相互位置加工精度。 2、 铣床专用夹具主要由哪几个部件组成。现要设计一个铣削传动轴的外圆轴向不通键槽夹具，试问需要采用怎样的定位方案，限制工件的哪些自由度？画简图示意，夹具采用什么型式的对刀块？夹具如何在机床上对定。 铣床夹具主要由夹具体、定位装置、夹紧装置、对刀装置、夹具定位键等组成。 设计铣削传动轴轴向不通键槽的专用夹具，应采用传动轴外圆为主要定位基准，一端面为第二定位基准。以长 V 形块与轴外圆接触，限制

7、 2 个移动和 2 个转动自由度，以一个支承钉与轴端面接触，限制 1 个移动自由度。 画示意图。 见教材选择对刀装置和对定装置。 3、组合机床中具有哪些动力部件，能实现机床的什么运动？动力部件的主要参数及选择原则是什么？ 1. 组合机床的动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴切削头，如铣削头、钻削头、镗孔车端面孔。 2. 加工时，动力箱由电动机驱动，带动多轴箱驱动刀具主轴作旋转 主运动。动力滑台带动刀具主轴作直线进给运动。 3动力部件的主要参数是包括驱动动力箱的电动机功率，动力滑台的轴向进給力、进給速度和进給行程。 切削功率 根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率，再考虑传动

8、效率或空载功率损耗及载荷附加功率损耗，作为选择主传动用动力箱的电动机型号和规格。 进给力 根据确定的切削用量计算出各主轴的轴向切削合力 F ， 以 F 动力滑台额定的最小进给量 vf（额定） 。 进给行程 设计中所确定的动力部件总行程 所选动力滑台的最大行程。 4、工件在夹具中定位和夹紧有何区别？保证一批工件在夹具中足够的定位精度应考虑哪两个方面因素？产生定位误差的原因是什么？（ 15 分） 1. 工件在夹具中定位是指确定一批工件在夹具中相对机床刀具占有一致的正确加工位置。而夹紧是指将工件紧固在夹具上，确保加工中工件在切削力作用下，仍能保持由定位元件所确定的加工位置，不发生振动或位移。 2要保

9、证工件定位时到达足够的定位精度，不仅需限制工 件的空间自由度，使工件在加工尺寸方向上有确定的位置，而且还必须要尽量设法减少在加工尺寸方向上的定位误差。 3工件在定位时，产生定位误差的原因有两个： （ 1）定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合引起的定位误差。 （ 2）由于定位制造副制造不准确，引起定位基准相对夹具上定位元件的起始基准发生位移，而产生基准位移定位误差。 5、组合机床多轴箱怎样实现箱内齿轮的润滑，设计多轴箱时为何需要配置一个手柄轴？手柄轴的设计应满足什么要求？（ 12 分） 1. 用润滑油泵从油池中吸油，由管道输送到分油器，一部分输送到箱体顶面 的淋油盘，喷淋箱体中间的传动齿轮。

10、另一部分由油管穿入到前盖和后盖中，浇注箱内前、后盖上的传动齿轮。 2. 为了组合机床多轴箱上多个刀具主轴能正确而稳定地切削，需要在多轴箱中设置手柄轴。用于主轴对刀，调整或修配时检查每个主轴的运动精度。 3. 为了人工搬动手柄省力轻便，手柄轴转速尽量设计的高一些。同时手柄轴位置应靠近工人操作位置，其周围应有较大空间，便于扳手旋转操作，即保证回转时手柄不碰主轴。 6、机床上采用夹具加工一批工件时，会产生哪些与夹具有关的加工误差？它们与零件的公差有何关系？（ 15 分） 1在机床上 使用夹具加工工件时，产生加工误差的因素有：工件在夹具中定位时产生的定位误差 d.w；工件在夹具中夹紧时产生的夹紧误差

11、j。 i；夹具安装在机床上产生的夹具安装误差 j.a；刀具对夹具定位元件正确位置所产生的导引误差；夹具的磨损所引起的加工误差 j.m。其中工件的定位误差中，包括设计基准与定位基准不重合而产生的基准不重合误差，有定位副制造不准确产生的基准位移误差。 2 夹 具 总 差 与 工 件 的 加 工 允 差 g 有 关 系 ：lmjydzajjwd . ，其中 为除夹具以外，与工艺系统其他一切因素有关的加工误差。且应满足下列关系式 gj 32， gjjwd 31. ， gwd 31. 7、圆孔拉刀粗切齿为什么需要设计分屑槽？校准齿具有什么作用？为什么圆孔拉刀的后角取值很小？（ 15 分） 1. 圆孔拉刀

12、是内拉刀，当拉削钢件和其它塑性材料时，切屑呈带状，为了更顺利地从工件加工孔中排屑，需要将较宽切屑分割成窄宽度，以便于卷曲和容纳在容 屑槽中，因此需要在圆孔拉刀前后刀齿上交错地磨出分屑槽。 2. 在圆孔拉刀中，校准齿一是能起修光、校准作用，二是当切削齿因重磨直径减小时，校准齿还可依次递补成为切削齿。 3. 拉刀的切削厚度（齿升量）很小，如按切削原理选择后角的一般原则，必须取较大后角。但是圆孔拉刀一般重磨前刀面，后角取值大了，重磨后刀齿直径会减小很多，这样拉刀的使用寿命会显著缩短，因此孔拉刀切削齿后角不宜选得过大，其校准齿的后角应比切削齿的后角更小。 8. 如图所示 ,传动轴二端是什么轴承 ,轴向

13、力如何传递 ?轴承间隙如何调整 ? 答 :轴的二端用的是圆锥滚子轴承 ,轴向载荷由二端承受 ,通过轴、轴承内圈、轴承外圈、箱盖传到箱体。通过调整螺钉 2,压盖 1 及锁紧螺母 3 来调整滚子轴承的间隙。 9.说明下图背轮机构避免高速空转的措施。 10.指出图中的设计有什么不正确的地方 ,并提出改进意见。 答： (1)夹紧力尽量与切削力方向一致 ; (2)夹紧力不应产生影响加工精度的变形 CNC 型车床主轴部件如下图 ,前后轴承采用什么轴承 ?轴向载荷如何承受 ?这种配置的主轴部件适用于什么场合 ?为什么 ? 答：主轴前支承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷和角接触双列球轴承承受二个方向的轴向载荷

14、 ,后支承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷 ,这种轴承配置适用于中等转速和切削负荷较大 ,要求刚度高的机床。 12.说明块状零件的自动定向方法。 答：二次定向，第一次定向零件进入定向沟 (2 分 )第二次定向通过档板，使工件定向为短圆柱向下。 13.如下是托架钻模 ,试分析 : 该工序要保证的精度 ?工件如何定位 ?件号 2、 5、 8、 9、 10、 11、的作用是什么 ? 答：该工序要保证的精度 : 1) 10.1mm 孔轴线与 33H7 孔轴线的夹角为 25 20 ; 2) 10.1mm 孔到 33H7 孔轴线的距离为 88.5 0.15mm。 定位 :一短面一长销限制五个自由度 ,一个

15、活动 V型块限制一个转动自由度。 件号是辅助支承，支承在钻孔处，提高钻孔处的刚度，件号是外套，起导向作用，件号是开口垫圈，用于快速装卸工件，件号是分度盘，用于工件的分度，件号是对定销，用于工件完成后的对定，件号是锁紧螺母，用于工件分度完成后的锁紧。 14、请简述主变速传动系设计的一 般原则。 答： 1传动副前多后少原则 主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高，传递的转矩较小，尺寸小一些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在制定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变速传动系中更多的传

16、动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。 2传动顺序与扩大顺序相一致的原则 变速组的扩大顺序与传动顺序一致，即基本组在最前面，依次为第一扩大组，第二扩大 组，各变速组的变速范围逐渐扩大。 如果不满足该原则，则在传递相同功率的情况下，受的转矩更大，传动件的尺寸更大，从而影响变速箱的造价和外形尺寸。 3. 变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速 从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减少传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降速要快些，也就是 min min mina b cu

17、 u u。但是，中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速不超过 电动机的转速。 15、机床主传动系的传动方式主要有哪两种？其各自的特点是什么？ 答：主要有集中传动方式和分离传动方式 1集中传动方式 1）主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，称为集中传动方式。 2）通用机床中多数机床的主变速传动系都采用这种方式。适用于普通精度的大中型机床，结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量，会使主轴产生变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。 2分离传动方式 1）主传动系中的大部分的传动和变速机构装

18、在 远离主轴的单独变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，称为分离传动方式。 2）特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。运动由皮带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链短，使主轴在高速运转时比较平稳，空载损失小；当主轴需作低速运转时，运动则由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后，转速显著降低，达到扩大变速范围的目的。 16、在机械制造装备设计中，模块化设计的主要优点有哪些？ 答： 1、便于用心技术设计性能更好的模块，取代原有旧的 模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加速产品的更新换代

19、； 2、只需要更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期； 3、有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量，又降低成本； 4、模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需要更换相关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。 17. 转塔式组合机床： 能将几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，使每个多轴箱依次转动到加工位置对工件进行加工的组合机床。 18. 成形式拉削： 利用 刀齿的轮廓与工件最终加工表面形状相似，切削齿高度向后递增，工件的余量被一层一层地切去，由最后一个刀齿切出所要求的尺寸，经校准齿修光达到预定的加

20、工精度的拉削。 19. 机床夹具： 机床夹具是机械加工中用来确定加工工件的正确位置，并使工件固定，以承受切削力，便于接受加工的工艺装备。 20. 机床装料高度： 指机床上，工件安装基面至机床底面的垂直距离。 21. 孔加工复合刀具： 由两把或两把以上单个孔加工刀具结合在一个刀体上形成的专用刀具称为孔加工刀具。 22. 夹具对定装置： 能实现夹具在机床上定位 、固定，即确保夹具相对机床主轴（或刀具）、机床运动导轨有准确的位置和方向的装置。 23. 机床生产率： 机床的生产率是指机床在单位时间内所能加工的工件数量。 24. 机床前备量： 组合机床中，为补偿刀具磨损或制造、安装误差，动力部件可向前调

21、节的距离 。 25. 机床装料高度： 指机床上，工件安装基面至机床底面的垂直距离。 26. 夹具的定位元件： 能装好工件，既能在机床上确定工件相对刀具正确加工位置的元件。 27. 渐成式拉削： 拉刀 刀齿的廓形与被加工工件最终表面形状完全不同，刀齿制成直线形或圆弧形，工件表面的形状和尺 寸由各刀齿的副切削刃形成的拉削。 28. 机床联系尺寸图： 用来表示机床的配置形式、机床各部件之间的相对位置关系和运动关系的总体布局图。 29. 加工示意图： 一种反映被加工零件的工艺方案，表示零件在机床上的加工过程，刀具的布置位置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环的图纸。 30. 夹

22、具导向装置： 指夹具中用以确定钻头、镗杆的位置，增加其支承、提高刚性，确保孔加工位置精度的装置。 31. 拉削图形： 拉削图形是拉刀设计中，表示拉刀拉削工件上多余材料的顺序的图形。 32. 分级传动结构式意义 ： 表示了分级传动系统的转速级数，变速组数目及其传动副数，传动顺序和各变速组的传动比大小。 33.简述速度型、刚度型、刚度速度型主轴轴承配置形式的特点，并指出下图为哪种配置形式。 答： 1） 速度型。主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联）。角接触轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速 CNC 车床等。 2） 刚度型。前轴承采用

23、双列圆柱滚子轴承承受径向载荷， 60 角接触双列推 力球轴承承受轴向载荷，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转速和切削负载较大、要求刚度高的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。 3） 刚度速度型。前轴承采用三联角接触球轴承，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，收成主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大的支承跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。 (4) 上图为高度 CNC 车床的主

24、轴轴承配置形式，对应于速度型配置形式。 34.下图为多刀半自动车床的主变速传动系图，请据此写出该主传动系的结构式，画出转速图，分析具有多速电机的主变速传动系的特点，并指出基本组、第一扩大组和第二扩大组。 答：多刀半自动车床采用双速电动机，电动机变速范围为 2，转速级数共 8 级。公比 1 41，其结构式为 412 2228 电变速组作为第 L 扩大组， I 一轴间的变速 组为基本组，传动副数为 2，一轴间变速组为第二扩大组，传动副数为 2，可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适于半自动、自动机床及普通机床。缺点是当电动机在高速时，没有完全发挥其能力。 三、计算分析题 1、某数控车

25、床，主轴最高转数 nmax 3000 r/min，最低转数 nmin=35 r/min，计算转速 nj=180 r/min,采用直流电动机，电动机的额定转速为 nd=1500 r/min，最高转速为 4000 r/min，试设计分级变速箱的传动系统，画出其转速图。 解： Rn=3000/180 =16.67 , Rd=4000/1500=2.67 , Rn= Rd* Z-1 取 Z=2 , 16.67/2.67=6.24 转数图 2.已知某机床的主轴转速为 n=1001120r/min，转速级数 Z=8，电动机转速 nm=1440r/min。试根据机床主传动系统的设计原则，完成： 1. 拟定传

26、动系统的结构式； 2. 设计转速图； 3. 画出转速图。 答： 1. 计算公比 已知： 1001120R ， Z=8 . 根据 1 ZR , 则 7 19.11lg1lglg Z R , 即： =1.41 2确定传动组、传动副和扩大顺序 根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有： Z=4 2； Z=2 4； Z=2 2 2 在方案，中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案： Z=2 2 2 根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21 22 24 3. 转速图绘制设计 主轴各级转速为： 100， 140， 200， 280， 400， 560， 800， 1

27、120 r/min 确定定比传动比：取轴的转速值为 800r/min，则电机轴与轴 的传动比为： 8.1114408000 i 确定各变速组最小传动比 从转速点 800 r/min 到 100r/min 共有 6 格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓 后急的原则，第二变速组最小传动线下降 2 格；第一变速组最小传动线下降 2-1=1 格；第三变速组最小传动线下降 2+1=3 格。 4. 绘制转速图 3.工件 定位的三种方案如图所示 ,要求加工表面 DB 距孔尺寸为 A,试分析计算各种定位方案的定位误差 ?哪种定位方案 较好？ 解 :(1) mmD 52.045s in2/17.04.0 (2) mmD 4 8 5.02/17.04.0 (3) mmD 82.0)08.017.017.0(4.0 B 方案较好。 设计升降台铣床主传动系统 主轴转速为 n=r/min电动机转速为min/1440 rn 电 。 写出结构式 ； 画 出转速图 答 :十二级转速为 : 45r/min,63r/min,90r/min,125r/min,180r/min,250r/min,355r/min,500r/min,710r/min,1000r/min,1400r/min,2000r/min 12=31 23 26