机械制造装备设计重要知识点复习要点.doc

机械制造装备设计重要内容小结
第一章 绪论
一、常见先进制造体系缩写：缩短生产周期（T）、提高产品质量（Q）、降低产品陈本（C）、改善服务质量（S）、计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、制造资源规划（MRP-II）、成组技术（GT）、并行工程（CE）、柔性制造系统（FMS）、全面质量管理体系（TQC）
二、机械制造装备的功能：
1、一般功能要求（a:加工精度的要求<几何、传动、运动、定位、低速运动平稳性>b:强度、刚度和抗震性的要求c:加工稳定性的要求d：耐用度的要求e：技术经济的要求）
2、柔性化（产品结构和功能柔性化） 3、精密化 4、自动化
5、机电一体化（将机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子有机组成的最佳技术系统） 6、节材 7、符合工业工程要求 8、符合绿色环保要求
三、机械制造装备分类
<一>、加工装备
1、金属切削机床（通用、专用、专门化机床）
2、特种加工机床
a：电加工机床（加工硬的导电金属） b：超声波加工机床（加工特硬材料，如：石英、陶瓷、玻璃等）c：激光加工 d：电子束加工 e：离子束加工 f：水射流加工
3、锻压机床（加工方法有手工、自由、胎膜、模型和特种锻造，根据温度有热锻、温锻和冷锻）
<二>、工艺装备
1、刀具 2、模具（粉末冶金、塑料、压铸、冷冲、锻压模具等） 3、量具
4、夹具（用于定位和夹紧的工艺装备，保证零件加工时的定位精度、被加工面之间的相对精度等）
<三>、仓储传送设备
1、仓储 2、物料传送装置 3、机床上下料装置
<四>、辅助装置：清洗和排削装置等
第二章 机械制造装备设计方法
一、机械制造装备设计的分类
1、创新设计（产品规划—方案设计—技术设计—工艺设计）
2、变型设计（通过改变或更换部分部件或结构）
3、模块化设计（选择适当的功能模块，直接拼装成“组合产品”）
二、机械制造装备设计的典型步骤
1、产品规划（需求分析—调查<市场调查、技术调研、社会调研>—预测（定性和定量预测）—可行性分析—编制设计任务书）‘
2、方案设计 3、技术设计 4、工艺设计
三、机械制造装备设计的评价
1、技术经济评价
2、可靠性评价（可靠性、维修性、有效性、耐久性、安全性）
平均寿命（MTTF） 平均无故障工作时间（MTBF） 平均修复时间（MTTR）
3、人机工程学评价 4、结构工艺性评价 5、产品造型评价 6、标准化评价
第三章 金属切削机床设计
一、机床设计应满足的基本要求
1、工艺范围（加工功能） 2、柔性（空间和时间的柔性） 3、与物流系统的可接近性 4、刚度
5、精度 6、噪声 7、生产率（机床单位时间内机床所能加工的工件数量） 8、自动化
9、成本 10、生产周期 11、可靠性 12、造型与色彩
二、机床设计步骤
确定结构原理—总体设计（运动功能、基本参数、传动系统、总体结构布局、控制系统）—结构设计—工艺设计—机床整机综合评价—定型设计
三、精度
1、几何精度（机床空载下在不运动或速度较低时各主要部件的形状、相互位置等的精度）
2、运动精度（机床在空载下并以工作速度运动时执行部件的几何位置精度。高速回转主轴的回转精度）
3、传动精度（机床传动系统各末端执行键之间的运动协调性和均匀性）
4、定位精度（机床的定位部件运动到达规定位置的精度）
5、重复定位精度 6、工作精度 7、精度保持性
四、刚度
机床受载时抵抗变形的能力 分为：静刚度和动刚度
五、振动
机床在交变载荷作用下抵抗变形的能力
1、 受迫振动
2、 自激振动（切削稳定性）
引起机床振动的原因有：1、机床刚度（构建材料、截面形状、尺寸等等）；2、机床的阻尼特性；3、机床的固有频率（激振频率应远离固有频率）
六、热变形
机床工作时受到内部热源和外部热源的影响，使机床的温度高于环境温度，称为“温升”。由于机床各部位的温升不同，不同材料的热膨胀系数也不同，机床各部位产生的热膨胀量就不同，最后导致机床床身、主轴、道家等结构产生的变形，称为：热变形
七、噪声
八、低速运动平稳性（爬行）
机床上有些运动部件，需要作低速或微笑的位移，当运动部件低速运动时，主运动匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或时快时慢的运动现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳性就是爬行。 产生的原因主要是摩擦面上的摩擦系数随速度增大而减小和传动系统刚度不足。所以为了防止爬行，应减小静、动摩擦系数之差；提高传动机构的刚度和降低运动件的质量等。
九、金属切削机床总体设计
1、机床系列型普的制定； 2、机床运动功能设置； 3、机床的总体结构方案设计
4、机床主要参数的设计
a、主参数和尺寸参数
b、运动参数
主运动为回转运动的机床,主运动参数是主轴转速n（r/min）。转速与切削速度v的关系为： d ——工件或刀具直径（mm）

主运动的速度范围：
变速范围Rn：

经济加工直径dmax=KD ，dmin=Rddmax 卧式车床K=0.5 摇臂钻床K=1.0 通常Rd=0.2—0.25
C、公比φ的选用：
φ越小则相对转速越小，但当变速范围一定时变速级数将增多，变速箱的结构复杂。对于通用机床，辅助和准备结束时间长，机动时间在加工周期中占的比重不是很大。为了机床变速箱结构不过于复杂，一般取φ=1.26或1.41等较大的公比。对于大批量生产用的专用机床、专门化机床通常取φ=1.12或1.26等较小的公比（因此类机床一般不变速），对于非自动化小型机床，选用φ=1.58、1.78或2等较大的公比，以简化机床结构。
d、动力参数
.机床主运动电动机的功率p主=P切+P空+P辅
.P切=FzV/60000 P空=Kd平均/955000(∑ni+Cn主)<C=C1d主/d平均> P辅=P切/机械功率- P切
（K=30—50 d主为主轴前后轴颈的平均值 C1为主轴轴承系数，两支轴承为2.5，三支轴承为3。）
.电动机的额定功率：P额=P主/K K为电动机超载系数，连续工作K=1，间断工作机床K=1.1—1.25
.进给电动机功率：P进=QV进/60000.进给机械效率 Q为进给牵引力 （P80）

九、主传动系设计
1、主传动系的要求：满足机床使用性能要求，传递动力，工作性能、产品设计的要求，另外维修方便。
2、主传动分类：有级变速和无级变速，机械传动、液压传动、电气传动，交流和直流电动机驱动。
3、主传动系传动方式：集中传动和分离传动
4、分级变速主传动系的设计（转速图、转速的设计、例题）见书P84—P93
5、无级变速主传动系的设计（变速电动机、机械无级变速装置、液压无级变速装置）
无级变速的范围Rf=Rn/Rd 例题计算题是重点，参见教材P103—P108
十、进给传动系设计
1、进给传动系由（动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保护机构、运动转换机构和执行机构组成）
2、进给传动系的要求
具有足够的静刚度和动刚度；快速响应性；抗振性好；具有足够宽的调速范围；传动精度和定位精度高；结构简单，加工和装配工艺性好，调整维修方便，操作灵活等。
3、 电气伺服进给系统
步进电动机步距角a=360/PZK；P步进电机相数，Z步进电机转子步数，K为通电方式，三相三拍K=1，三相六拍K=2.
开环降速比：u=àL/360Q à步距角 L滚珠丝杠导程 Q脉冲当量
闭环降速比：u=ndmaxL/Vmax ndmax驱动电机最大转速 L滚珠丝杠导程 Vmax工作台最大移动速度
4、 滚珠丝杠及其支撑
滚珠丝杠是将旋转运动转变为直线运动的转换机构，通常由三种支撑方式：一端固定，一端自由（短丝杠和数值丝杠），一端固定，一端简支（较长的卧式），两端固定（长丝杠和高速）
.丝杠的拉压刚度：见教材P118

.滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧：见教材P119

.滚珠丝杠的预拉伸：见教材P119

十一、主轴部件设计（主轴、支撑轴承、传动件、密封件、定位元件）
1、主轴部件满足的要求
旋转精度 刚度 抗震性 温升和热变形 精度保持性
2、主轴部件传动方式
齿轮传动 带传动 电动机直接驱动
3、主轴部件的结构
（1）主轴部件的支撑数目
.多数主轴采用前、后两个支撑，有的采用三个支撑。
（2）推力轴承位置配置形式
前端配置 后端配置 两端配置 中间配置
（3）主轴传动件位置的合理布置
（4）主轴主要结构参数的确定
.主轴前轴颈直径的选取D后=（0.7—0.85）D前 .主轴内空直径d的确定（查表）
.主轴前端玄伸量 .主轴主要支撑间跨距的确定
（5）主轴
.构造，安装刀具、夹具、传动件的位置
.主轴材料和热处理 .主轴技术要求
4、主轴滚动轴承
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、双向推力角接触球轴承、陶瓷滚动轴承、磁浮轴承。主轴的配置形式：速度型、刚度型、速度刚度型。机床主轴的精度P2、P4、P5、P6、SP、UP
5、主轴滑动轴承
动压轴承、液体静压轴承、气体静压轴承
十二、支承件设计（床身、立柱、横梁、底座等大件）
1、支承件的要求
应具有足够的刚度和刚度—质量比；足够好的动态特性；热稳定性好；排屑通常、吊运安全等。
2、支承件结构设计
.形状：箱体类、板块类、梁类
.截面形状：支承件的空心截面、圆形截面、封闭截面的刚度和强度都要强于实心、方形、开环截面
.支承件筋板设计
.支承件合理选择壁厚
3、支承件的材料
4、提高支承件结构性的措施
提高支承件的静刚度和固有频率；提高动态特性（改善阻尼特性、采用新材料）；提高热稳定性（控制温升、采用热对称结构、采用热补偿装置）
十三、导轨设计（承受载荷和导向）
1、导轨的分类：动导轨和静导轨；开式导轨和闭式导轨；滑动导轨（普通滑动导轨、静压导轨、卸荷导轨）和滚动导轨。
2、导轨的要求：导向精度；承载能力大，刚度好；精度保持性好；低速运动平稳性；结构简单，工艺好。
3、导轨截面形状的选择
.矩形导轨（镶条调隙） .三角形导轨（自动补偿间隙） .燕尾形导轨 .圆柱形导轨
4、导轨调隙：压板、镶条、导向调整板
5、提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施
.合理选择导轨的材料和热处理（铸铁导轨、镶钢导轨、有色金属、塑料导轨）
.导轨的预紧 .导轨的润滑与防护 .导轨的磨损
十四、机床刀架和自动换刀装置（P164—P196）
十五、机床控制系统设计
.控制系统就是机床能自动进行攻坚的定位、夹紧和松开；控制切削液，排屑等辅助操作的装置。
.要求：节省辅助时间；缩短加工时间；提高劳动生产率；提高机床使用率；改善加工质量
1、机床的时间控制
2、机床的程序控制
3、机床的数字控制P200
第四 工业机器人
一、概述
1、器人是用于生产的机器人
2、工业机器人由：操作机、驱动单元、控制装置组成
3、工业机器人分类：关节型、球坐标、圆柱坐标、直角坐标机器人等
二、工业机器人运动功能设计
工业机器人是通过各个关节的运动来实现其末端执行器的位姿变化要求的。
第五章 机床夹具设计
一、机床夹具的功能和要求
.机床夹具是使机床和工件之间连接位置，使工件相对于机床或道具获得正确位置的装置
1、功能：保证加工精度、提高生产率、扩大机床使用范围、减轻工人来动强度，保证生产安全。
2、要求：保证加工精度、总体方案与年生产纲领适应、安全，方便，减轻劳动强度，排屑顺畅，强度和刚度，刚度和结构工艺性。
3、夹具类型
通用夹具 专用夹具 可调夹具和成组夹具 组合夹具 随行夹具
4、夹具的组成
定位元件 夹紧元件 导向及对刀元件 动力装置 夹具体 其他元件及装置
5、工件定位原理
完全定位：机件的6个自由度全部被限制，称为完全定位，有时候需要限制的自由度少于6个，称为不完全定位。如果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复限制，称为非正常情况，前者是欠定位后者是过定位。
6、典型定位方式、定位元件和装置
.平面定位：支承钉和支撑板 、可调支承和自位支承、辅助支承
.孔定位：心轴定位、定位销（长圆柱销可限制4个自由度，短圆柱销只能限制断面上两个移动自由度）
.外圆定位：定心定位、V形块定位
7、定位误差
基准不重合误差、间隙引起的误差、与家具有关的因素产生的定位误差
二、夹紧机构
1、常用夹紧机构
斜契夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、定心夹紧机构、联动夹紧机构
2、夹紧机构的动力装置：气动、液压、气—液联合夹紧、其他动力装置（真空、电磁等）
3、孔加工的导向装置
固定钻套、可换钻套、快换钻套、特殊钻套
4、对定装置：能实现夹具在机床上定位、固定，即确保夹具相对于机床主轴（或刀具）、机床运动导轨有准确的位置和方向的装置。
5、工件夹紧的计算（见复习题）
液压部分

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