機械制造裝備設計方案第二章習題答案(關慧貞)

1、第二章 金屬切削機床設計1. 機床設計應滿足哪些基本要求，其理由是什么？答：機床設計應滿足如下基本要求：1）、工藝范圍，機床工藝范圍是指機床適應不同生產(chǎn)要求的能力，也可稱之 為機床的加工功能。機床的工藝范圍直接影響到機床結構的復雜程度、設計制造成 本、加工效率和自動化程度。2）、柔性，機床的柔性是指其適應加工對象變化的能力，分為功能柔性和結 構柔性；3）、與物流系統(tǒng)的可接近性，可接近性是指機床與物流系統(tǒng)之間進行物料 （工件、刀具、切屑等）流動的方便程度；4）、剛度，機床的剛度是指加工過程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相對 于工件在影響加工精度方向變形的能力。剛度包括靜態(tài)剛度、動態(tài)剛度、熱態(tài)剛

2、度。機床的剛度直接影響機床的加工精度和生產(chǎn)率；5）、精度，機床精度主要指機床的幾何精度和機床的工作精度。機床的幾何 精度指空載條件下機床本身的精度，機床的工作精度指精加工條件下機床的加工精 度（尺寸、形狀及位置偏差）。6）、噪聲； 7）、自動化； 8）、生產(chǎn)周期；9）、生產(chǎn)率，機床的生產(chǎn)率通常是指單位時間內機床所能加工的工件數(shù)量來 表示。機床的切削效率越高，輔助時間越短，則它的生產(chǎn)率越高。10）、成本，成本概念貫穿在產(chǎn)品的整個生命周期內，包括設計、制造、包 裝、運輸、使用維護、再利用和報廢處理等的費用，是衡量產(chǎn)品市場競爭力的重要 指標；11）、可靠性，應保證機床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間

3、內，完成規(guī)定 的加工功能時，無故障運行的概率要高。12）、造型與色彩，機床的外觀造型與色彩，要求簡潔明快、美觀大方、宜人 性好。應根據(jù)機床功能、結構、工藝及操作控制等特點，按照人機工程學要求進行 設計。2. 機床設計的主要內容及步驟是什么？ 答：一般機床設計的內容及步驟大致如下：（1）總體設計包括機床主要技術指標設計：工藝范圍運行模式，生產(chǎn)率，性能指標，主要參數(shù)，驅動方式，成本及生產(chǎn)周期；總體方案設計包括運動功能設計， 基本參數(shù)設計，傳動系統(tǒng)設計，傳動系統(tǒng)圖設計，總體結構布局設計，控制系統(tǒng)設 計?？傮w方案綜合評價與選擇；總體方案的設計修改或優(yōu)化（2）詳細設計包括技術設計；施工設計。設計機床的傳

4、動系統(tǒng)，部件裝配圖，對 主要零件進行分析計算或優(yōu)化，設計液壓部件裝配圖，電氣控制系統(tǒng)等。（3）機床整機綜合評價（4）定型設計，可進行實物樣機的制造、實驗及評價。根據(jù)實物樣機的評價結果 進行修改設計，最終完成產(chǎn)品的定型設計。3. 機床系列型譜的含義是什么？答：每類通用機床都有它的主參數(shù)系列，而每一規(guī)格又有基型和變型，合稱為這類 機床的系列和型譜。機床的主參數(shù)系列是系列型譜的縱向（按尺寸大小）發(fā)展，而 同規(guī)格的各種變型機床則是系列型譜的橫向發(fā)展，因此，“系列型譜”也就是綜合 地表明機床產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)的系列性與結構相似性的表。4. 機床的基本工作原理是什么？ 答：機床的基本工作原理是：通過刀具與工件之

5、間的相對運動，由刀具切除工件上 多余的金屬材料，使工件具有要求的幾何形狀和尺寸。5. 工件表面的形成原理是什么？ 答：任何一個工件表面都可以看是一條曲線（或直線）沿著另一條曲線（或直線） 運動的軌跡。這兩條曲線（或直線）稱為該表面的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱 為導線。6. 工件表面發(fā)生線的形成方法有哪些？ 答：工件加工表面的發(fā)生線是通過刀具切削刃與工件接觸并產(chǎn)生相對運動而形成 的。有如下四種方法：（ 1）軌跡法（ 2）成型法（ 3）相切法（ 4）范成法7. 工件表面的形成方法是什么？答：工件表面的形成方法是母線形成方法和導線形成方法的組合。因此，工件表面 形成所需的刀具與工件之間的相對運動也

6、是形成母線和導線所需相對運動的組合。8. 機床的運動功能有哪些？答：為了完成工件表面的加工，機床上需要設置各種運動，各個運動的功能是不同 的?？梢苑譃槌尚芜\動和非成形運動，或簡單運動和復合運動。9. 機床的主運動與形狀創(chuàng)成運動的關系如何？進給運動與形狀創(chuàng)成運動的關系 如何？ 答：主運動功能是切除加工表面上多余的金屬材料，因此運動速度高，消耗機床的 大部分動力，故稱為主運動，也可稱為切削運動，它是形成加工表面必不可少的成 形運動。形狀創(chuàng)成運動的功能是用來形成工件加工表面的發(fā)生線（包括母線和導 線）。有些加工中主運動除了承擔切除金屬材料的任務外，還參與形狀創(chuàng)成，而有 些加工中，主運動只承擔切削任務

7、，不承擔發(fā)生線的創(chuàng)成任務。當形狀創(chuàng)成運動中不包含主運動時，“形狀創(chuàng)成運動”與“進給運動”兩個詞 等價，這時進給運動就是用來生成工件表面幾何形狀的，因此無論用主運動和進給 運動或主運動和形狀創(chuàng)成運動來描述成形運動，兩種描述都是一樣的；當形狀創(chuàng)成 運動中包含主運動時，“形狀創(chuàng)成運動” 與“成形運動”兩個詞等價，這時就不 能僅靠進給運動來生成工件表面幾何形狀（如滾齒加工）。10. 機床上的復合運動、內聯(lián)系傳動鏈、運動軸的聯(lián)動的含義及關系如何？ 答：復合運動即為運動之間有嚴格運動關系的運動。如果一個獨立的成形運動，是 由兩個或兩個以上的旋轉運動或 （ 和）直線運動，按照某種確定的運動關系組合而 成，則

8、稱此成形運動為復合成形運動。傳動鏈的兩個末端件的轉角或位移量之間如果有嚴格的比例關系要求，這樣的 傳動鏈稱為內聯(lián)系傳動鏈。對機械傳動的機床來說，復合運動是通過內聯(lián)系傳動系 來實現(xiàn)。運動軸聯(lián)動是指在一臺機床上的多個坐標軸 （包括直線坐標和旋轉坐標 ） 上同時 進行加工，而且可在計算機數(shù)控系統(tǒng) （CNC）的控制下同時協(xié)調運動進行。對數(shù)控機 床，復合運動是通過運動軸的聯(lián)動來實現(xiàn)。11. 機床運動功能方案設計的方法及步驟如何？ 答：機床運動功能方案設計的方法及步驟如下：（1）工藝分析。首先對所設計的機床的工藝范圍進行分析；然后選擇適當?shù)?加工方法。工件加工工序的集中與分散主要根據(jù)作業(yè)對象的批量來決定，

9、應根據(jù)可 達到的生產(chǎn)率和加工精度、機床制造成本、操作維護方便程度等因素綜合分析進行 機床的工藝范圍選擇。（2）機床運動功能設置。運動功能設置的方法有兩類：分析式設計方法和解 讀式設計方法。（3）寫出機床的運動功能式，畫出機床運動原理圖。根據(jù)對所提出的運動功 能方案的評定結果，選擇和確定機床的運動功能配置，寫出機床的運動功能式，畫 出機床運動原理圖。12. 數(shù)控機床的坐標系如何選取？ 答：為了進行機床運動功能式、機床運動原理圖的描述，首先要建立機床基準坐標 系與機床運動軸坐標系，一般采用直角坐標系。（1）機床基準坐標系：機床基準坐標系（即機床總體坐標系） XYZ（2）機床運動軸坐標系：沿 X，

10、Y， Z 坐標軸方向的直線運動仍用 X， Y， Z 表 示，繞X, 丫，Z軸的回轉運動分別用 A, B, C表示。平行于X、Y、Z的輔助軸用 U V、W及 P、Q R表示，繞X, 丫的輔助回轉軸用 D E等表示。與機床基準坐標 系坐標方向不平行的斜置運動軸坐標系用加“-”表示，如沿斜置坐標系的 Z軸運 動用Z表示。13. 機床的運動功能式和運動原理圖表達的含義是什么？答：運動功能式表示機床的運動個數(shù)、形式（直線或回轉運動）、功能（主運動、 進給運動、非成形運動，）及排列順序，是描述機床的運動功能的最簡潔的表達形 式。運動原理圖是將機床的運動功能式用簡潔的符號和圖形表達出來，除了描述機 床的運動

11、軸個數(shù)、形式及排列順序之外，還表示了機床的兩個末端執(zhí)行器和各個運 動軸的空間相對方位，是認識、分析和設計機床傳動原理圖的依據(jù)。14. 虛擬軸機床的原理是什么？有哪些特點？答：虛擬軸機床（Virtual Aixs Machine）是一種六個運動并聯(lián)的設計?；谧屳p者運動，重者不動或少動的原則，虛擬軸機床取消了工作臺、夾具、工件這類最重 部件的運動，而將運動置于最輕部件一一切削頭上。六軸完全并聯(lián)機構的優(yōu)點是：各個桿不承受彎曲載荷，受力情況好。運動件質 量小、速度高、比剛度高、各個分支運動誤差不累加、精度高；缺點是作業(yè)空間?。ㄓ绕涫腔剞D運動范圍?。?，運動算法復雜。15. 分析圖2-14所示各種機床的

12、運動原理圖，說明各個運動的所屬類型、作用 及工件加工表面的形成方法。WfCrZfXflTb) WiXf YfZfCp/T町叫斥比啊Fd) WfCfZfXtCT WiCZZfCiTO WiXZZfCfiTt) Wrh) tCfZfCjifTj）般弓科虬召圖2-4a是車床的運動原理圖，旋轉運動 G為主運動；直線運動 乙和Xf為進給 運動。對于一般的車床，Cp僅為主運動；對于有螺紋加工功能或有加工非圓回轉面（如橢圓面）功能的數(shù)控車床，則 CP一方面為主運動，另一方面CP可與Zf組成復合 運動進行螺紋加工，或 G可與X f組成復合運動進行非圓回轉面加工，稱這類數(shù)控 車床具有C軸功能。圖2-4b是銑床的

13、運動原理圖，旋轉運動 Cp為主運動；直線運動 X、Yf和乙為 進給運動。圖2-4c是平面刨床的運動原理圖，往復直線運動 Xp為主運動；直線運動 Yf為 進給運動；直線運動 乙為切入運動。圖2-4d是數(shù)控外圓磨床的運動原理圖，旋轉運動 Cp為主運動；回轉運動 C、 直線運動Zf和Xf為進給運動；回轉運動 Ba為砂輪的調整運動。當 Xf和乙組成復合 運動時，用碟形砂輪可磨削長圓錐面或任意形狀的回轉表面；C和乙組成復合運動時，可進行螺旋面磨削。在進行長軸縱向進給磨削時，Xf應改為Xa,為切入運動，但在進行橫向進給磨削端面時，Xf為橫向進給運動，乙應改為乙，為切入運動。若 一個運動既可為進給運動又可為

14、非成形運動，則用進給運動符號表示。圖2-4e是搖臂鉆床的運動原理圖，旋轉運動 Cp為主運動；直線運動乙為進給 運動；回轉運動 C、直線運動 乙及Xa為調整運動，用來調整刀具與工件的相對位 置。圖2-4f是鏜床的運動原理圖，旋轉運動 Cp為主運動；直線運動Zf為鏜孔加工 時工件作進給運動，W為鏜孔加工時鏜桿作進給運動，在數(shù)控鏜床或加工中心上，鏜 孔進給通常由工件完成，只有 Zf 一個鏜孔進給運動；Yf為刀具的徑向進給運動，用 于加工端面或孔槽；回轉運動 Ba為分度運動、直線運動Xa及Y為調整運動，分別用 來調整工件與刀具的相對方向及位置，用來加工不同方向和位置的孔。在鏜銑床上 通常Xa和Ya可改

15、為進給運動Xf、Yf，用來銑削平面。圖2-4g是滾齒機床的運動原理圖，旋轉運動 Cp為主運動；回轉運動 C和直線運動乙為進給運動。Cp與Cf組成復合運動創(chuàng)成漸開線母線；直線運動 乙創(chuàng)成直導 線，用于加工直齒輪，若 乙與C組成復合運動，則創(chuàng)成螺旋導線，用于加工斜齒 輪；回轉運動Ba為調整運動，用來調整刀具的安裝角，使刀具與工件的齒向一致； 直線運動Y為經(jīng)向切入運動，當用徑向進給法加工蝸論時Ya為徑向進給運動；Z為滾刀的軸向竄刀運動，為調整運動，用來調整滾刀的軸向位置，當用切向進給法 加工蝸論時Za為切向進給運動。圖2-4h是采用齒輪式插齒刀加工直齒圓柱齒輪的插齒機床的運動原理圖，刀 具和工件相當

16、一對相互嚙合的直齒圓柱齒輪，往復直線運動Zp為主運動；回轉運動G、C2為進給運動，并組成復合運動，創(chuàng)成漸開線母線；直線運動Ya為切入運動。圖2-4i是直齒錐齒輪刨齒機的運動原理圖，刨刀的往復直線運動Zp為主運動；回轉運動C （假想齒輪搖架回轉）和Cf （工件回轉）組成復合運動，產(chǎn)生范成 運動；回轉運動Ca為分度運動，直線運動 乙為趨近與退離運動，回轉運動 B為調 整運動，根據(jù)刀傾角進行調整，使刀具運動方向與工件齒根平行。圖2-6j是弧齒錐齒輪銑齒機的運動原理圖。 Cp是銑刀盤的旋轉運動，為主運 動，銑刀盤的刀刃為直線形，銑刀盤作旋轉運動時刀刃軌跡形成假想齒輪（平面齒 輪或平頂齒輪）上的一個齒的

17、齒廓面；Cf為假想齒輪的往復擺動運動（即搖架的擺動），Cf為工件的回轉運動，G和Cf復合組成范成運動；Ca為工件的分度運動， 乙為趨近與退離運動，Ba為調整運動，按工件的齒根角進行調整。銑刀盤一面進行 作旋轉運動Cp，面隨搖架作擺動運動 C，擺動一次為一個行程，一個行程內完成 一個齒的加工，行程終了，工件退離、分度，進行下一個齒的加工。16. 機床的傳動原理圖如何表示？它與機床運動原理圖的區(qū)別是什么？將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間的運動及傳動關系同時表示出來，即是傳 動原理圖。機床的運動原理圖只表示運動的個數(shù)，形式、功能及排列順序，不表示 運動之間的傳動關系。17. 機床運動分配式的含義是什

18、么？答：運動功能式的主要含義在于確定基礎支承件設在何處（即“接地”的位置）， 用“ ”符號表示“接地”。“ ”符號左側的運動由工件完成，右側的運動由刀 具完成。機床的運動功能式中添加上“ ”接地符號后，稱之為運動分配式。一個 運動功能方案，經(jīng)過運動功能分配設計，可以得到多個運動分配式。18. 機床總體結構概略設計過程大致如何？（1）結構布局設計同一種運動分配式又可以有多種結構布局型式，這樣運動分配設計階段評價后 保留下來的運動分配式方案的全部結構布局方案就有很多。因此需要再次進行評 價，去除不合理方案。該階段評價的依據(jù)主要是定性分析機床的剛度、占地面積、 與物流系統(tǒng)的可接近性等因素。該階段設計

19、結果得到是的機床總體結構布局形態(tài) 圖。（2）機床總體結構的概略形狀與尺寸設計該階段主要是進行功能（運動或支承）部件的概略形狀和尺寸設計，設計的主 要依據(jù)是：機床總體結構布局設計階段評價后所保留的機床總體結構布局形態(tài)圖， 驅動與傳動設計結果，機床動力參數(shù)及加工空間尺寸參數(shù)，以及機床整機的剛度及 精度分配。設計中在兼顧成本的同時應盡可能選擇商品化的功能部件，以提高性 能、縮短制造周期。其設計過程大致如下： 首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸。 設計末端執(zhí)行件與其相鄰的下一個功能部件的結合部的形式、概略尺寸。若 為運動導軌結合部，則執(zhí)行件一側相當滑臺，相鄰部件一側相當滑座，考慮導軌結合部的剛度及導向

20、精度，選擇并確定導軌的類型及尺寸。 根據(jù)導軌結合部的設計結果和該運動的行程尺寸，同時考慮部件的剛度要 求，確定下一個功能部件（即滑臺側）的概略形狀與尺寸。 重復上述過程，直到基礎支承件（底座、立柱、床身等）設計完畢。 若要進行機床結構模塊設計，則可將功能部件細分成子部件，根據(jù)制造廠的 產(chǎn)品規(guī)劃，進行模塊提取與設置。 初步進行造型與色彩設計。 機床總體結構方案的綜合評價。19. 機床的主參數(shù)及尺寸參數(shù)根據(jù)什么確定？答：機床主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大工作能力的一種參數(shù)，為了更 完整地表示出機床的工作能力和工作范圍，有些機床還規(guī)定有第二主參數(shù)，通用機 床的主參數(shù)和主參數(shù)系列國家已制定標準

21、，設計時可根據(jù)市場的需求在主參數(shù)系列 標準中選用相近的數(shù)值。專用機床的主參數(shù)是以加工零件或被加工面的尺寸參數(shù)來 表示，一般也參照類似的通用機床主參數(shù)系列選取。機床的尺寸參數(shù)是指機床的主要結構尺寸參數(shù)，通常包括：（1）與被加工零件有關的尺寸，如臥式車床最大加工工件長度，搖臂鉆床的 立柱外徑與主軸之間的最大跨距等。（2）標準化工具或夾具的安裝面尺寸，如臥式車床主軸錐孔及主軸前端尺 寸。20. 機床的運動參數(shù)如何確定？驅動方式如何選擇？數(shù)控機床與普通機床確定方 法有什么不同？運動參數(shù)是指機床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺）的運動速度。主運 動為回轉運功的機床，如車床、銑床等，其主運動參數(shù)為主軸轉

22、速。對于專用機床 和組合機床用于對特定的工件進行特定工序的加工，主軸的轉速通常是固定的。對 于通用機床由于完成工序較廣，又要適應一定范圍的不同尺寸和不同材質零件的加 工需要。要求主軸具有不同的轉速（即應實現(xiàn)變速），故需確定主軸的變速范圍。 首先確定最低（nmin）和最高（nmaX轉速，對主軸轉速進行合理排列，然后確定 標準公比值和標準轉速數(shù)列，選用公比:，最后得出變速范圍 Rn,公比和級數(shù)Z之間的關系。數(shù)控機床中進給量廣泛使用電機無級變速，普通機床則既有機械無 級變速方式，又機械有級變速方式。采用有級變速方式時，進給量一般為等比級 數(shù)，其確定方法與主軸轉速的確定方法相同。首先根據(jù)工藝要求，確定

23、最大、最小 進給量f max、f min,然后選擇標準公比f或進給量級數(shù)Zf，再求出其它參數(shù)。機床運動的驅動方式常用的有電動機驅動和液壓驅動，驅動方式的選擇主要根 據(jù)機床的變速形式和運動特性要求來確定。數(shù)控機床一般采用伺服電機無級變速形式，其他機床多采用機械有級變速形式或無級與有級變速的組合形式。21. 機床的動力參數(shù)如何確定？數(shù)控機床與普通機床的確定方法有什么不同?動力參數(shù)包括機床驅動的各種電動機的功率或扭矩。通常動力參數(shù)可通過調查 類比法（或經(jīng)驗公式），實驗法或計算方法來確定。數(shù)控機床主傳動采用直流或交 流電動機無級變速，要考慮電動機與機床主軸功率特性匹配問題。22. 機床主傳動系都有那些

24、類型？由那些部分組成？主傳動系可按不同的特征來分類：（1） 按驅動主傳動的電動機類型可分為交流電動機驅動和直流電動機驅 動。交流電動機驅動中又可分單速交流電動機或調速交流電動機驅動。調速交流電 動機驅動又有多速交流電動機和無級調速交流電動機驅動。無級調速交流電動機通 常采用變頻調速的原理。（2） 按傳動裝置類型可分為機械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置 以及它們的組合。（3） 按變速的連續(xù)性可以分為分級變速傳動和無級變速傳動。23. 什么是傳動組的級比和級比指數(shù)？常規(guī)變速傳動系的各傳動組的級比指數(shù)有 什么規(guī)律性？傳動組的級比是指主動軸上同一點傳往被動軸相鄰兩傳動線的比值，用Xi表 示。級比

25、“中的指數(shù)X值稱為級比指數(shù)，它相當于由上述相鄰兩傳動線與被動軸 交點之間相距的格數(shù)。設計時要使主軸轉速為連續(xù)的等比數(shù)列，必須有一個變速組的級比指數(shù)為1，此變速組稱為基本組?；窘M的級比指數(shù)用 Xo表示，即X）二1,后面變速組因起變 速擴大作用，所以統(tǒng)稱為擴大組。第一擴大組的級比指數(shù)Xi 般等于基本組的傳動副數(shù)Po,即Xi二Poo第二擴大組的作用是將第一擴大組擴大的變速范圍第二次擴 大，其級比指數(shù)X2等于基本組的傳動副數(shù)和第一擴大組傳動副數(shù)的乘積，即茨二PoX Pi。如有更多的變速組，則依次類推。上述設計是傳動順序和擴大順序相一致的 情況，若將基本組和各擴大組采取不同的傳動順序，還有許多方案。2

26、4. 什么是傳動組的變速范圍？各傳動組的變速范圍之間有什么關系？ 變速組中最大與最小傳動比的比值，稱為該傳動組的變速范圍。各變速組的變速范圍相應受到限制：主傳動各變速組的最大變速范圍為R主ma尸u主maJ u主min（ 22.5 ） /0.25 = 810 ；對于進給傳動鏈，由于轉速通常較低，傳 動功率較小，零件尺寸也較小，上述限制可放寬為U進max 1/5 ,故R進maxW 14主軸的變速范圍應等于主變速傳動系中各變速組變速范圍的乘積，即Ri= RR1 R2 Rj25.某車床的主軸轉速為 n=401800 r/min，公比=1.41，電動機的轉速 n電=1440 r/mi n ，試擬定結構式

27、，轉速圖；確定齒輪齒數(shù)，帶輪直徑，驗算轉速 誤差；畫出主傳動系圖。解：該主軸的變速范圍為n maxnmin1800.4540根據(jù)變速范圍、公比可求變速的級數(shù)Z竺仁妙1：12 lglg1.41擬定結構式。根據(jù)級比規(guī)律和傳動副前多后少、傳動線前密后疏的原則確定12=3 23 26查表可獲得12級轉速為 40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800作轉速圖如下：U 主 max 二：2 =1.412 =22 符合要求U 主 min 二 =1.41 4 =1/4-1/4 符合要求最后擴大組的變速范圍：R =Xi（P）=1.416（2亠=8符合要求帶輪的直徑

28、計算（因功率參數(shù)等不詳僅舉例說明）：查表取小帶輪的基準直徑為 125mm則大帶輪直徑d2 =id1（1 - ；）；取0.015 d2 二 id1(1 - ；)=1.6 125 (1 一 0.015) = 197mm 查表取小帶輪的直徑為100mm傳動比為1:1.6,大帶輪的直徑為160mm. 齒輪齒數(shù)的確定：I II軸之間的傳動副共有3對傳動比為 1:1,1:1.41,1:2如果采用模數(shù)相同的標準齒輪，貝U三對傳動副的齒輪和相同查表可得Sz可以取得60,72 , 84,96等。取Sz =72可以確定三個傳動副的齒數(shù)為1: 1傳動副36 361: 1.41 傳動副 30 421: 2傳動副24

29、48同理可確定II III軸的齒數(shù)和取841: 1傳動副齒數(shù)取42 421: 2.82傳動副齒數(shù)取22 62III IV之間的傳動副齒數(shù)和取902: 1的傳動副齒數(shù)取60 301: 4的傳動副齒數(shù)取1872轉速誤差的計算主軸各級轉速所獲得的實際轉速按下面的公式計算n實際二 n電(1 一 ；) U1U 2U 3d2級 數(shù)(Z)傳動比頭際轉速(n)標準轉速(n)轉速 誤差電機電-II-IIIIIIIIIIIV11440100160363640406030180018000%214401001603042 :40：406030128612503%314401001602448 1401 406030

30、9009000%414401001603636215960306416302%514401001603042 :21：5960304584502%614401001602448215960303203152%714401001603636404018722252240%814401001603042 I40(4018721611600%914401001602448404018721131120%10144010016036362159187280800%1114401001603042 I21I 59187257562%12144010016024482159187240400%允許誤差：1

31、0 (：-1)%=10 (1.41 -1)% =4.1%根據(jù)上表可知轉速誤差率在允許的范圍內 繪制傳動系統(tǒng)圖如下：中16026. 某機床主軸轉速 n = 1001120 r/min，轉速級數(shù)z = 8,電動機轉速 n電= 1440 r/mi n ，試設計該機床主傳動系，包括擬定結構式和轉速圖，畫出主傳動系 圖。解：Rn 二歸=H20 =11.2n min100亠尺=711.2 =1.41查表可獲得 8 級轉速為 100，140，200，280，400，560, 800，1120擬定8級轉速的結構式：根據(jù)級比規(guī)律和傳動副前多后少、傳動線前密后疏的的原則確定8=Z 22 24144打 r.miDu

32、主 max 二：1 =1.411 =1.412 符合要求U主min 八=1.41” =1/2.82-1/4 符合要求繪制傳動系統(tǒng)圖如下:27.試從：=1.26 , z = 18級變速機構的各種傳動方案中選出其最佳方案，并寫 出結構式，畫出轉速圖和傳動系圖。解：根據(jù)級比規(guī)律和傳動副前多后少、傳動線前密后疏的的原則確定18=3 & 29u主 max 二：3 =1.2622 符合要求u 主 min 二心=1.26 =1/4一 1/4 符合要求28.用于成批生產(chǎn)的車床，主軸轉速n電=45500 r/min ，為簡化機構采用雙速電動機，n電=720/1440 r/min，試畫出該機床的轉速圖和傳動系圖。

33、解：采用雙速電機時公比一般取 1.41和1.26本例中取1.41Rnnmaxnmin50045lg Rnlg，仆1lg1.41查表可獲得 8 級轉速為 45, 63，90，125，180，250，360, 500擬定8級轉速的結構式：選用多速電機是將多速電機作為第一擴大組放在前面，基本組放在第一擴大組的后面，即確定的結構式為：8=22 21 24U主 max 二 1 =1.411 =1.412 符合要求u主min 二；=1.41 =1/2.82-1/4 符合要求29.試將圖2- 19所示的背輪機構合理化，使軸川高速旋轉時背輪軸脫開答：背輪機構設計應注意超速問題，當合上離合器時，齒輪副Z1/Z2

34、應脫離嚙合，齒輪副Z4/Z3也應脫離嚙合。當合上離合器傳動軸I、川高速轉動時，要防止 軸U因升速空轉時，會加大噪聲、振動、空載功率和發(fā)熱。30.求圖2- 61所示的車床各軸、各齒輪的計算轉速。傳動軸計算轉速為各傳動軸能滿足傳遞全部功率要求的最低轉速。首先根據(jù)公Z式nj=nmin滬計算得到山 軸計算轉速為185r/min。II軸-315 r/min、I 軸-710 r/min 。各齒輪的計算轉速依次為：II軸-III軸變速組中：n88-185r/mi n, n 26-640 r/mi n,n 54-345 r/mi n, n59-315 r/mi n ,I 軸-II 軸變速組中：n81-315

35、r/min ,n36-710 r/min，n70-438 r/min，n45-710 r/min31.求圖2- 62中各齒輪、各軸的計算轉速。傳動軸計算轉速為各傳動軸能滿足傳遞功率要求的最低轉速。首先根據(jù)公式nj二nmin ；y_計算得到V軸計算轉速為63r/min。依次可以得到其他各軸的計算轉速IV 軸-63 r/min、III 軸-180 r/min、II 軸-710 r/min、I 軸-1440 r/min。各齒輪的計算轉速依次為：IV軸-V軸變速組中：n70- 63 r/min、n25i80 r/min、n67-63 r/min、n67- 63 r/min、II 軸-V軸中：n67-5

36、00 r/min、n47-710 r/min,III 軸-IV 軸中：n67-63 r/min 、n24-180 r/min,II 軸-III 軸中：n60-180 r/min, n15-710 r/min 、n 44-500n r/min 、n 31-710r/min、I 軸-II 軸中：n31-1440 r/min 、n31-1440 r/min 、n37-1000r/min 、n26-1440 r/minn40-710 r/min 、n20-1440 r/min 。32. 某數(shù)控車床，主軸最高轉速 nmax= 4000 r/min ,最低轉速 nmin = 40 r/min ，計算轉速n

37、j = 160 r/min，采用直流電動機，電動機功率N電=15 kw ,電動機的額定轉速為nd = 1500 r/min ，最高轉速為 4500 r/mi n ，試設計分級變速箱的傳動系，畫出其轉速圖和功率特性圖，以及主傳動系圖。解：主軸要求的恒功率調速范圍為：R訥=4000/160 = 25，電動機可達到的恒功率調速范圍為：R dN= 4500/1500 = 3，cp取 f = 2 RdN，根據(jù) ZlgRnN -lgRdN /lg f可算出變速箱的變速級數(shù) Z= 4.06,取Z= 4機械分級結構式可寫作Z =4 = 2 22轉速圖和功率特性圖如下：4500150040r/min的主軸轉速對

38、應的電機消耗的功率為 3.6KW 因= 2 v RdN，功率特性圖上有重疊。主傳動系圖33. 數(shù)控機床主傳動系設計有那些特點？主傳動系統(tǒng)采用直流或交流電動機無級調速，在設計數(shù)控機床主傳動時，必須 要考慮電動機與機床主軸功率特性匹配問題，在設計分級變速箱時，考慮機床結構 復雜程度，運轉平穩(wěn)性要求等因素。34. 進給傳動系設計要能滿足的基本要求是什么？(1) 具有足夠的靜剛度和動剛度；(2) 具有良好的快速響應性，做低速進給運動或微量進給時不爬行，運動 平穩(wěn)，靈敏度高；(3) 抗振性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲；(4) 具有足夠寬的調速范圍，保證實現(xiàn)所要求的進給量(進給

39、范圍、數(shù) 列)，以適應不同的加工材料，使用不同刀具，滿足不同的零件加工要求，能傳動較大的扭矩；（ 5） 進給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度要高；（ 6） 結構簡單，加工和裝配工藝性好。調整維修方便，操縱輕便靈活35. 試述進給傳動與主傳動相比較，有那些不同的特點？1）進給傳動是恒轉矩傳動2）進給傳動系中各傳動件的計算轉速是其最高轉速3）進給傳動的轉速圖為前疏后密結構4）進給傳動的變速范圍5）進給傳動系采用傳動間隙消除機構6）快速空程傳動的采用7）微量進給機構的采用36. 進給伺服系的驅動部件有那幾種類型？其特點和應用范圍？ 進給驅動部件種類很多，用于機床上的有步進電動機、小慣量直流電動機、大 慣量直

40、流電動機、交流調速電動機和直線電動機等。（ 1） 步進電動機又稱脈沖電動機，是將電脈沖信號變換成角位移（或線位 移）的一種機電式數(shù)模轉換器。它每接受數(shù)控裝置輸出的一個電脈沖信號，電動機 軸就轉過一定的角度，稱為步距角。轉速可以在很寬的范圍內調節(jié)。改變繞組通電 的順序，可以控制電動機的正轉或反轉。步進電動機的優(yōu)點是沒有累積誤差，結構 簡單，使用、維修方便，制造成本低，步進電動機帶動負載慣量的能力大，適用于 中、小型機床和速度精度要求不高的地方；缺點是效率較低，發(fā)熱大，有時會“失 止”步”。（ 2） 直流伺服電動機 機床上常用的直流伺服電動機主要有小慣量直流電 動機和大慣量直流電動機。小慣量直流電

41、動機優(yōu)點是轉子直徑較小，軸向尺寸大，長徑比約為 5，故轉動 慣量小，僅為普通直流電動機的 1/10 左右，因此響應時間快；缺點是額定扭矩較 小，一般必須與齒輪降速裝置相匹配。常用于高速輕載的小型數(shù)控機床中。大慣量直流電動機，又稱寬調速直流電動機，有電激磁和永久磁鐵激磁兩種類 型。電激磁的特點是激磁量便于調整，成本低。永磁型直流電動機能在較大過載扭 矩下長期工作，并能直接與絲杠相連而不需要中間傳動裝置，還可以在低速下平穩(wěn) 地運轉，輸出扭矩大。寬調速電動機可以內裝測速發(fā)電機，還可以根據(jù)用戶需要， 在電動機內部加裝旋轉變壓器和制動器，為速度環(huán)提供較高的增益，能獲得優(yōu)良低 速剛度和動態(tài)性能。電動機頻率高、定位精度好、調整簡單、工作平穩(wěn)。缺點是轉 子溫度高、轉動慣量大、時間響應較慢。動機為基礎的交流伺服進給驅動得到迅速發(fā)展。它采用新型的磁場矢量變換控制技 術，對交流電動機作磁場的矢量控制；將電動機定子的電壓矢量或電流矢量作操作 量，控制其幅值和相位。它沒有電刷和換向器，因此可靠性好、結構簡單、體積 小、重量輕、動態(tài)響