机械制造装备答案【机械制造装备设计课后答案-初稿】

第一章

1-1 为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？

制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。

1-7 对机械制造装备如何进行分类？

1)加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。

2)工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。

3)仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。

4)辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。

1-9 机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区别是什么？

1)类型：机械制造装备设计包括创新设计、变形设计、模块化设计；

2)本质区别：创新设计：一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量；

变型设计：变型设计不是孤立无序的设计，而是在创新设计的基础上进行

的；

模块化设计：对一定范围内不同性能，不同规格的产品进行功能分析，划

分一系列的功能模块，而后组合而成的；

1-10.创新设计的步骤是什么？为什么应重视需求分析和可行性论证？

创新设计可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计四个阶段。

原因：1、产品设计是为了满足市场的需求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。而需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处，明确设计任务的要求。需求分析本身就是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。所以设计人员必须重视需要分析。

2、可行性分析是进行新产品立项必不可少的一向依据，其包括技术分析，经济分析和社会分析三个方面。只有经过技术、经济、社会等方面的分析，和对开发可能性的研究，才能对产品开发中的重大问题进行充分的技术经论证，判断是否可行

第二章

2-1 机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么?

机床设计应满足如下基本要求：

1）工艺范围，机床工艺范围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、加工效率和自动化程度。

2）柔性，机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力，分为功能柔性和结构柔性；

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、切屑等）流动的方便程度；

4）刚度，机床的刚度是指加工过程中，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和生产率；

5）精度，机床精度主要指机床的几何精度和机床的工作精度。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、再利用和报废处理等的费用，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。

2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？

一般机床设计的内容及步骤大致如下:

1)总体设计: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，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。总体方案综合评价与选择；总体方案的设计修改或优化;

2)详细设计:包括技术设计,施工设计。设计机床的传动系统，部件装配图，对主要零件进行分析计算或优化，设计液压部件装配图，电气控制系统等。

3)机床整机综合评价

4)定型设计:可进行实物样机的制造、实验及评价。根据实物样机的评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。

2-3机床设计的基本理论有哪些？其定义、原理、要求如何？

1)机床的运动学原理:研究、分析和实现机床期望的加工功能所需的运动配置

原理：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)精度：机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等

3)刚度：机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。

4)抗振性：机床抗振性指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。

5)热变形

产生原因：机床工作时受到内部热源（如电动机)液压系统，机械磨擦副，切削热）和外部热源（如环境温度，周围热源辐射等）的影响，使机床各部分温度发生变化，因不同的材料的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同，导致机床产生热变形。

6)噪声：机床工作时产生各种不同的振动，这些不同频率，不同振幅的振动将产生不同频率)不同强度的声音，这些声音无规律地组合在一起即成为噪声。

7)低速运动平稳性爬行：机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被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，时快时慢的现象——爬行。

2-4机床系列型谱的含义是什么？ （P76）。

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”。（参考：每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。机床的主参数系列是系列型谱的纵向（按尺寸大小）发展，而同规格的各种变型机床则是系列型谱的横向发展，因此，“系列型谱”也就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与结构相似性的表。）

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？

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？

1)工件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)方法有四种：轨迹法)成形法)相切法)展成法

2-8工件表面的形成方法是什么？

工件表面的形成方法是母线形成方法和导线形成方法的组合。因此，工件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。

2-9机床的运动功能有哪些？

为了完成工件表面的加工，机床上需要设置各种运动，各个运动的功能是不同的。可以分为成形运动和非成形运动，或简单运动和复合运动。(参考：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。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。3) CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统)位置控制板)PLC接口板，通讯接口板)特殊功能模块以及相应的控制软件。 作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理)机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元)驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心

4) 伺服单元)驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机 测量装置 位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用 保证灵敏)准确地跟踪CNC装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）5) PLC)机床I/O电路和装置PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器)电磁阀)行程开关)接触器等组成的逻辑电路；功能：接受CNC的M)S)T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。）

2-12 机床运动功能法案设计的方法及步骤如何？需要再确认教材

机床运动功能方案设计的方法及步骤如下： 1)工艺分析:对所设计的机床的工艺范围进行分析;然后选择确定加工方法。工件加工工序的集中与分散主要根据作业对象的批量来决定，应根据可达到的生产率和加工精度、机床制造成本、操作维护方便程度等因素综合分析进行机床的工艺范围选择。 2)选取坐标系：坐标系的规定：用直角坐标系，沿X)Y)Z轴的直线运动符号及运动量仍用X)Y)Z表示，绕X)Y)Z轴的迴转运动用A)B)C表示，其运动量用 α)β)γ 表示。 3)写出机床运动功能式：左边写工件W)右边写刀具T)中间写运动，按运动顺序排列，用“/”分开 4)画出机床运动功能图：运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，是机床传动系统设计的依据。

5)绘制机床传动原理图： 机床的运动功能图只表示运动的个数)形式)功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。

(参考：（1）工艺分析。首先对所设计的机床的工艺范围进行分析；然后选择适当的加工方法。工件加工工序的集中与分散主要根据作业对象的批量来决定，应根据可达到的生产率和加工精度、机床制造成本、操作维护方便程度等因素综合分析进行机床的工艺范围选择。

（2）机床运动功能设置。运动功能设置的方法有两类：分析式设计方法和解析式设计方法。

（3）写出机床的运动功能式，画出机床运动原理图。根据对所提出的运动功能方案的评定结果，选择和确定机床的运动功能配置，写出机床的运动功能式，画出机床运动原理图。） 2-13数控机床的坐标系如何选取？

数控机床的坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系，规定直角坐标X)Y)Z三者的关系及其正方向用右手定则制定。

标准规定：平行于主轴的坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正向（+Z），X轴为水平方向，且垂直于Z轴。

（参考：为了进行机床运动功能式、机床运动原理图的描述，首先要建立机床基准坐标系与机床运动轴坐标系，一般采用直角坐标系。(1)机床基准坐标系：机床基准坐标系（即机床总体坐标系）XYZ (2)机床运动轴坐标系：沿X，Y，Z坐标轴方向的直线运动仍用X，Y，Z表示，绕X，Y，Z轴的回转运动分别用A，B，C表示。平行于X、Y、Z的辅助轴用U、V、W及P、Q、R表示，绕X，Y的辅助回转轴用D、E等表示。与机床基准坐标系坐标方向不平行的斜置运动轴坐标系用加“-”表示，如沿斜置坐标系的Z轴运动用Z表示。）

2-14机床的运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？

1)机床运动功能式:表示机床的运动个数，形式（直线或回转运动），功能（主运动)进给运动)非成形运动）及排列顺序，是描述机床运动功能最简洁的表达形式。

2)运动功能图：是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，除了描述机床的运动轴个数，形式及排列顺序之外，还表示了机床的两个末端执行器和各个运动轴的空间相对方位，是认识分析和设计机床传动系统的依据。 2-16分析图2-14所示各种机床的运动原理图，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。

图2-4a是车床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Zf和Xf为进给运动。对于一般的车床，Cp仅为主运动；对于有螺纹加工功能或有加工非圆回转面（如椭圆面）功能的数控车床，则Cp一方面为主运动，另一方面Cp可与Zf组成复合运动进行螺纹加工，或Cp可与X f组成复合运动进行非圆回转面加工，称这类数控车床具有C轴功能。

图2-4b是铣床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Xf 、Yf和 Zf为进给运动。

图2-4c是平面刨床的运动原理图，往复直线运动Xp为主运动；直线运动Yf为进给运动；直线运动Za为切入运动。

图2-4d是数控外圆磨床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；回转运动Cf 、直线运动Zf和Xf为进给运动；回转运动Ba为砂轮的调整运动。当Xf和Zf组成复合运动时，用碟形砂轮可磨削长圆锥面或任意形状的回转表面；Cf和Zf组成复合运动时，可进行螺旋面磨削。在进行长轴纵向进给磨削时，Xf应改为Xa，为切入运动，但在进行横向进给磨削端面时，Xf为横向进给运动，Zf应改为Za，为切入运动。若一个运动既可为进给运动又可为非成形运动，则用进给运动符号表示。

图2-4e是摇臂钻床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Zf为进给运动；回转运动Ca、直线运动Za及Xa为调整运动，用来调整刀具与工件的相对位置。

图2-4f是镗床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；直线运动Zf为镗孔加工时工件作进给运动，Wf为镗孔加工时镗杆作进给运动,在数控镗床或加工中心上，镗孔进给通常由工件完成，只有Zf一个镗孔进给运动；Yf为刀具的径向进给运动，用于加工端面或孔槽；回转运动Ba为分度运动、直线运动Xa及Ya为调整运动，分别用来调整工件与刀具的相对方向及位置，用来加工不同方向和位置的孔。在镗铣床上通常Xa和Ya可改为进给运动Xf、Yf，用来铣削平面。

图2-4g是滚齿机床的运动原理图，旋转运动Cp为主运动；回转运动Cf和直线运动Zf为进给运动。Cp与 Cf组成复合运动创成渐开线母线；直线运动Zf创成直导线，用于加工直齿轮，若Zf与Cf组成复合运动，则创成螺旋导线，用于加工斜齿轮；回转运动Ba为调整运动，用来调整刀具的安装角，使刀具与工件的齿向一致；直线运动Ya为经向切入运动，当用径向进给法加工蜗论时Ya为径向进给运动；a为滚刀的轴向窜刀运动，为调整运动，用来调整滚刀的轴向位置，当用切向进给法加工蜗论时a为切向进给运动。

图2-4h是采用齿轮式插齿刀加工直齿圆柱齿轮的插齿机床的运动原理图，刀具和工件相当一对相互啮合的直齿圆柱齿轮，往复直线运动Zp为主运动；回转运动Cf1、Cf2为进给运动，并组成复合运动，创成渐开线母线；直线运动Ya为切入运动。

图2-4i 是直齿锥齿轮刨齿机的运动原理图，刨刀的往复直线运动ZP为主运动；回转运动Cf（假想齿轮摇架回转）和Cf（工件回转）组成复合运动，产生范成运动；回转运动Ca为分度运动，直线运动Za为趋近与退离运动，回转运动Ba为调整运动，根据刀倾角进行调整，使刀具运动方向与工件齿根平行。

图2-6j是弧齿锥齿轮铣齿机的运动原理图。Cp是铣刀盘的旋转运动，为主运动，铣刀盘的刀刃为直线形，铣刀盘作旋转运动时刀刃轨迹形成假想齿轮（平面齿轮或平顶齿轮）上

Cf为工件的回转运动，的一个齿的齿廓面；Cf为假想齿轮的往复摆动运动（即摇架的摆动），

Cf和Cf复合组成范成运动；Ca为工件的分度运动，Za为趋近与退离运动，Ba为调整运动，按工件的齿根角进行调整。铣刀盘一面进行作旋转运动Cp，一面随摇架作摆动运动Cf，摆动一次为一个行程，一个行程内完成一个齿的加工，行程终了，工件退离、分度，进行下一个齿的加工。

2-17机床的传动原理如何表现？它与机床运动功能图的区别是什么？

1)传动原理图：表示动力源与执行件，不同执行件之间的运动及传动的关系图。

2)机床的运动功能图:只表示运动的个数，形式，功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。

2-18.机床运动分配式的含义是什么？（P70）

运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用符号“.”表示。符号“.”左侧的运动由工件完成，右侧的运动的刀具完成。机床的运动功能式中添加上接地符号“.”后，称之为运动分配式。一个运动功能方案，经过运动功能分配设计，可以得到多个运动分配式。

2-19机床总体结构概略设计过程大致如何？

①确定末端执行件的概略形状与尺寸。

②设计末端执行件与其相邻的下一个功能部件的结合部的形式，概略尺寸选择并确定导轨的类型及尺寸。

③根据导轨接合部的设计结果和该运动的行程尺寸，同时考虑部件的刚度要求，确定下一个功能部件（即滑台侧）的概略形状与尺寸。

④重复上述过程，直到基础支承件（底座)立柱)床身等）设计完毕。

⑤若要进行机床结构模块设计，可将功能部件细分成子部件，根据制造厂的产品规划，进行模块提取与设置。

⑥初步进行造型与色彩设计。⑦机床总体结构方案的综合评价。

2-20 机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？ （P80-81）

1)通用机床的主参数和主参数系列国家已制订标准，设计时可根据市场的需求在主参数系列标准中选用相近的数值。专用机床的主参数是以加工零件或被加工面的尺寸参数来表示，一般也参照类似的通用机床主参数系列选取。

2)尺寸参数:指机床的主要结构尺寸参数,包括: ①与被加工件有关的尺寸： ②标准化工具或夹具的安装面尺寸 2-21机床的运动参数如何确定？驱动方式如何选择？数控机床与普通机床确定方法有什么不同？ 1)机床的运功参数的确定：

(1)主运动参数：回转式主运动的机床其主运动参数为主轴转速① 最低（nmin）和最高（nmax）转速的确定②主轴转速的合理排列③标准公比φ值和标准转速数列④公比的选用⑤变速范围Rn，公比φ和级数Z的关系

(2)进给量的确定

(3)变速形式与驱动方式选择 2)驱动方式选择：驱动方式有电动机驱动、液压驱动。 驱动方式的选择主要是根据机床的变速形式和运动特性要求来确定的。 3)不同：数控机床一般采用伺服电动机无机变速形式，其他机床多采用有级变速形式或无极与有级变速的组合形式。

2-22 机床的动力参数如何确定？数控机床与普通机床的确定方法有什么不同？ 1)动力参数确定方法：动力参数包括机床驱动的各种电动机的功率或扭矩。通常通过类比法、相似机床试验法和计算方法确定 2)不同：对于数控机床的进给运动，伺服电动机按扭矩选择。数控机床主传动采用直流或交流电动机无级变速，要考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题

2-23 机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？

1)类型 -

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

2)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。 2-24 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？

Xi1)传动组的级比是指主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动线的比值，用ψ表示。级

Xi比ψ中的Xi值称为级比指数。它相当于由上述相邻两传动线与从动轴交点之间相距的格数。

2)规律性：设计时要使主轴转速为连续等比数列，必须有一个变速组的级比指数为1，此变速组称为基本组。基本组的级比指数用X0表示，即X0=1。后面变速组因起变速扩大作用，所以统称为扩大组。第一扩大组的级比指数X1一般等于基本组的传动副数P0，即X1=P0。第二扩大姐的作用是将第一扩大组扩大的变速范围第二次扩大，其级比指数X2等于基本组的传动副数和第一扩大组传动副数的乘积，即X2=P0P1。如有更多的变速组，则依此类推。 2-25 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？

1)变速范围：传动组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变速范围。

2)关系：Ri=(umax)i/(umin)i (i=0、、2、„„j)

Xi（pi-1） 变速范围一般可写为 Ri=ψ

2-26至2-32计算题暂时没有，可以参阅刘家威作业

2-36 试述进给传动与主传动相比较，有哪些不同点？

1）进给传动是恒转矩传动2）进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速3）进给传动的转速图为前疏后密结构 4）进给传动的变速范围5）进给传动系采用传动间隙消除机构6）快速空程传动的采用7）微量进给机构的采用

（参考：机床主传动设计特点：主传动采用恒功率传动；除主轴之外，各轴计算转速为最低转速；转速图为前密后疏结构；采用背轮机构)双公比传动)双速电机等方式。

机床进给传动设计特点：进给传动是恒转矩传动；各传动件的计算转速是其最高转速；转速图为前疏后密结构；变速范围可比主传动大；采用传动间隙消除机构；采用快速空程传动和微量进给机构。）

2-37进给伺服系的驱动部件有哪几种类型？其特点和应用范围怎样？

1)类型：步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、直线伺服电动机

2)应用范围:1）步进电机：将电脉冲信号变换成角位移（或线位移）的一种机电式数模，转换器适用于中)小型机床和速度季度要求不高的地方2）直流伺服电机：一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置，常用于高速轻载的小型数控机床中。3）交流伺服电机：将电动机的电压矢量或电流矢量作操作量，控制其幅值和相位，常用于中小型数控机床

（参考：进给驱动部件种类很多，用于机床上的有步进电动机、小惯量直流电动机、大惯量直流电动机、交流调速电动机和直线电动机等。

（1） 步进电动机又称脉冲电动机，是将电脉冲信号变换成角位移（或线位移）的一种机电式数模转换器。它每接受数控装置输出的一个电脉冲信号，电动机轴就转过一定的角度，称为步距角。转速可以在很宽的范围内调节。改变绕组通电的顺序，可以控制电动机的正转或反转。步进电动机的优点是没有累积误差，结构简单，使用、维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中、小型机床和速度精度要求不高的地方；缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。

（2） 直流伺服电动机 机床上常用的直流伺服电动机主要有小惯量直流电动机和大惯量直流电动机。

小惯量直流电动机优点是转子直径较小，轴向尺寸大，长径比约为5，故转动惯量小，仅为普通直流电动机的1/10左右，因此响应时间快；缺点是额定扭矩较小，一般必须与齿轮降速装置相匹配。常用于高速轻载的小型数控机床中。

大惯量直流电动机，又称宽调速直流电动机，有电激磁和永久磁铁激磁两种类型。电激磁的特点是激磁量便于调整，成本低。永磁型直流电动机能在较大过载扭矩下长期工作，并能直接与丝杠相连而不需要中间传动装置，还可以在低速下平稳地运转，输出扭矩大。宽调速电动机可以内装测速发电机，还可以根据用户需要，在电动机内部加装旋转变压器和制动器，为速度环提供较高的增益，能获得优良低速刚度和动态性能。电动机频率高、定位精度好、调整简单、工作平稳。缺点是转子温度高、转动惯量大、时间响应较慢。

（3） 交流伺服电动机 自80年代中期开始，以异步电动机和永磁同步电动机为基础的交流伺服进给驱动得到迅速发展。它采用新型的磁场矢量变换控制技术，对交流电动机作磁场的矢量控制；将电动机定子的电压矢量或电流矢量作操作量，控制其幅值和相位。它没有电刷和换向器，因此可靠性好、结构简单、体积小、重量轻、动态响应好。在同样体积下，交流伺服电动机的输出功率可比直流电动机提高(10～70)% 。交流伺服电动机与同容量的直流电动机相比，重量约轻一半，价格仅为直流电动机的三分之一、效率高、调速范围广、响应频率高。缺点是本身虽有较大的扭矩－惯量比，但它带动惯性负载能力差，一般需用齿轮减速装置，多用于中小型数控机床。

（4） 直线伺服电动机是一种能直接将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置，是适应超高速加工技术发展的需要而出现的一种新型电动机。直线伺服电动机驱动系统替换了传统的由回转型伺服电动机加滚珠丝杠的伺服进给系统，从电动机到工作台之间的一切中间传动都没有了，可直接驱动工作台进行直线运动，使工作台的加/减速提高到传统机床的(10～20)倍，速度提高(3～4)倍。采用直线伺服电动机驱动方式，省去减速器，（齿轮、同步齿形带等）和滚动丝杠副等中间环节，不仅简化机床结构，而且避免了因中间环节的弹性变形、磨损、间隙、发热等因素带来的传动误差；无接触地直接驱动，使其结构简单，维护

简便，可靠性高，体积小，传动刚度高，响应快，可得到瞬时高的加/减速度。据文献介绍，它的最大进给速度可达到100m/min甚至更高，最大加/减速度为(1～8)g。现在直线伺服电动机已成功地应用在超高速机床中。直线伺服电动机驱动存在的问题有：隔磁防磁问题，发热问题，成本较高。）

2-38试述滚珠丝杠螺母结构的特点，其支撑方式有哪几种？

特点：摩擦系数小，传动效率高。(主要承受轴向载荷，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，采用角接触轴承或双向推力园柱滚子与滚针轴承的组合。

滚珠丝杠的支承方式：1）一端固定，一端自由：用于短丝杠与竖直丝杠

2）一端固定，一端简支：用于较长的卧式安装丝杠

3）两端固定：用于长丝杠或高转速，要求高抗压刚度场合

第三章

3-1 主轴部件应满足哪些基本要求？

旋转精度)刚度)抗振性)温升和热变形)精度保持性

（参考：主轴部件应满足的基本要求：1)旋转精度：概念：主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷)低速转动的条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。影响因素：旋转精度取决于主轴)轴承)箱体孔等的制造)装配和调整精度径向跳动影响因素：主轴轴颈的园度)轴承滚道及滚子园度)主轴及回转件的动平衡。轴向跳动影响因素：轴承支承端面，轴肩的垂直度，止推轴承的滚道及滚子误差。轴)径向跳动影响因素：主轴主要定心面的轴)径向跳动（锥孔误差，mol精度。）2)刚度：概念：主轴部件的刚度指其在外载荷作用下抵抗变形的能力。静刚度：作用力是静力引起的弹性变形。动刚度：作用力是交变力引起的弹性变形。影响因素：主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型和数量)预紧和配置形式)传动件的布置方式)主轴部件的制造和装配质量

3)抗振性：概念：抗振性指抵抗受迫振动和自激振动的能力。影响因素：主轴部件的静刚度，质量分布及阻尼。4)升温和热变形。5)精度保持性：概念 精度保持性指长期地保持其原始制造精度的能力。影响因素 磨损，主轴轴承)轴颈表面)装夹工件刀具的定位表面的磨损） 3-2 主轴轴向定位方式有哪几种各有什么特点适用场合怎样（P145，如图3-4）

1）前端配置：这类配置在前支承处轴承较多发热大温升高对提高主轴部件刚度有利。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：这类配置前支承处轴承较少发热小温升低但是主轴受热后向前伸长影响轴向精度。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

3）两端配置：这类配置当主轴受热伸长后影响主轴轴承的轴向间隙。常用于短主轴如组合机床主轴。 4）中间配置：这类配置可减少主轴的悬伸量并使主轴的热膨胀向后但结构复杂温升高 3-9在支撑件设计中，支撑件应满足哪些基本要求？（P162）

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。

3-10支承件常用的材料有哪些承？各有何特性？（P166-167）

常用的材料有：（1）铸铁，铸造性能好，容易获得复杂形状；内摩擦大，阻尼系数大，振动衰减性好；成本低，制造周期长；（2）钢材，生产周期短，省去制作木模和铸造工艺；无截面形状限制，可焊成封闭件，刚性好；可根据受力情况布置或增加隔板)加强筋，提高刚度；固有频率高；在刚度相同时，壁厚可为铸铁一半，重量轻；阻尼约为铸铁的l/3，抗振性较差；（3）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。脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松； 表面需进行喷漆或喷塑处理；（4）天然花岗岩，热稳定性好，导热系数和线胀系数小，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合。精度保持性好，耐磨性比铸铁高5～6倍，抗振性好，阻尼系数比钢大15倍，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的精度和表面粗糙度。抗冲击性能差，脆性大，油和水等液体易渗入晶界中，使表面局部变形胀大，难于制作复杂的零件。（5）树脂混凝土，刚度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比为灰铸铁的8～10倍，抗振性好；热容量大，热传导率低，导热系数只为铸铁的1/25～1/40，热稳定性高，其构件热变形小；比重为铸铁的l／3，质量轻； 3-11 根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支承件上的助板和助条？

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。所以为提高支承件的刚度，支承件的截面应是中空形状，尽可能加大截面尺寸，在工艺可能的条件下壁厚尽量薄一些。

2）圆（环）形截面抗扭刚度好于方形，抗弯刚度比方形低；以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形，并以其高度方向为受弯方向；以承受转矩为主的支承件的截面形状取圆（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。截面应尽可能设计成封闭形状。

助板的布置取决去支承件的受力方向。水平肋板：提高支承件水平面内弯曲刚度。垂直肋板：提高支承件垂直面内的弯曲刚度。斜向肋板：同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。

肋条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。助条可以纵向)横向)斜向，常常布置成交叉排列，如井子形)米字形。且必须使助

条位于壁板的弯曲平面内才能有效减少壁板的弯曲变形。

3-12 提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施？（P168-170）

提高机床支承件结构刚度和固有频率的方法是：合理选择支承件材料)截面形状和尺寸)壁厚，合理布置肋板和肋条，减少质量提高固有频率，改善支承件之间的接触刚度和与地基的联结强度。

提高动态性能的措施是：1.改善阻尼特性（铸件砂芯不清除)充填型砂或混凝土；焊接结构采用断续焊缝)支承件表面采用阻尼涂层等）；2.采用新材料制造支承件，如采用树脂混凝土材料制造支承件可使动刚度提高几倍。

3-13导轨设计中应满足哪些要求？

应满足以下要求：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。（1)导向精度 指动导轨运动轨迹的准确度 。2)承载能力大，刚度好，根据承受载荷的性质，方向和大小，合理选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨有足够的刚度，保证机床的加工精度。3)精度保持性好，导轨原始精度丧失的主要原因是磨损。4)低速运动平稳 动导轨作低速运动或微量进给时，运动始终平稳，不出现爬行现象。5)结构简单)工艺性好，易于加工）

3-14 镶条和压板有什么作用？ （P174）

镶条：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的一侧

压板：压板用来调整辅助导轨面的间隙，承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙 3-15 导轨的卸荷方式有哪几种？各有什么特点？（P178-179）

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卸荷力不能够随外界变化和而调节

2.液压卸荷可以保持均匀的接触力可以调节卸荷力。

3.气压卸荷无污染无回收问题粘度低动压效应影响小。可以自动调节卸荷力大小

3-16提高导轨精度)刚度和耐磨性的措施（P183-184）

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）保证完全的液体润滑，用油膜隔开相接触的导轨面，加大导轨的接触面和减轻负载，争取磨损要使摩擦面上的压力分布均匀。导轨的形状尺寸要尽可能对集中负载对称

第五章

5-1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？(P272)

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

5-2机床夹具的组成部分有哪些？(P273)

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

5-3 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

5-5 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 5-6 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

5-6 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。

夹紧是工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作

要求： 1)夹紧必经保证定位准确可靠，不能破坏定位

2)工件和夹具的变形必须在允许的范围内

3)夹紧机构必须可靠，夹紧元件有足够的强度，刚度，手动夹紧机构应自锁，机动夹紧有联锁保护，夹紧行程足够

4)夹紧机构操作须安全)省力)方便)迅速)符合工人操作习惯

5)夹紧机构的复杂程度，自动化程度与生产纲领和工厂条件相适应。

5-6设计夹紧机构时，对夹紧力的三要素有何要求？

夹紧力方向的确定： 1)夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位。

2)夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。

3)夹紧力的方向尽可能与切削力，重力方向一致，有利于减小夹紧力

夹紧力的作用点的选择：1)夹紧力的作用点与支承点“点对点”对应。或在支承点确定

的范围内，以免破坏定位或造成大的变形。

2)夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位。

3)夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位，以提高工件

切削部位的刚度和抗振性。

4)夹紧力的反作用不应使夹具产生影响加工精度的变形。 夹紧力大小的确定： 夹紧力大小需要准确的场合，可经过实验来确定，通常切削力是估

算的，工件与支承件间的磨擦因数也是近似的，故夹紧力可估算。

计算方法：根据静力平衡方程，求出理论夹紧力，乘安全系数，作为实际所需的夹紧力。安全系数可取S=2~3

S= S1 S2 S3 S4

5-9 何谓夹具的对定？为什么使用夹具加工工件时，还需要解决夹具的对定问题？

夹具的对定：在机械加工中，使夹具的定位面相对于刀具和切削运动占有一个理想位置的过程，称为夹具的对定。

夹具的对定通常包括两个方面：一是夹具的定位，即使夹具相对于切削运动有一个正确的位置；二是夹具的对刀，即使夹具相对于刀具有一个正确的位置。 原因：保证加工精度 5-9 使用夹具来加工工件时，产生加工误差的因素有哪些方面？它们与零件的公差有何关系？

原因：1)工件在夹具中的定位)夹紧误差

2)夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差——对定误差

3)加工过程中的误差，如机床几何精度，工艺系统的受力，热变形)切削振动等原因引起的误差

公差是允许零件的尺寸)几何形状和相对位置等的最大的变动量，对于不同零件而言，都有其固定的公差值，所以，产生加工误差的因素对于公差值没有影响。