《机械制造装备设计》关慧贞第三版课后习题答案解析.doc

机械制造装备设计关慧贞第三版课后习题答案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，也是科技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。1-2 机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？为什么？ 柔性化 精密化 自动化 机电一体化 节材节能 符合工业工程要求 符合绿色工程要求1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。1-7 对机械制造装备如何进行分类？ 加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。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？ 类型：创新设计、变型设计和模块设计1-12 哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有哪些优缺点? 系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。优点：1）用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。 2）可以减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。 3）可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。 4）零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。 5）为开展变型设计提供技术基础缺点：用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功能还可能冗余。1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法极为重要，为什么？技术经济评价 可靠性评价 人机工程学评价 结构工艺性评价 产品造型评价 标准化评价2-1 机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么? 工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠性、造型与色彩2-4机床系列型谱的含义是什么？ 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”。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。2-7 工件表面发生线的形成方法有哪些？ 轨迹法、成形法、相切法、展成法2-20 机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？ 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。2-23 机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？ 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。26、某车床的主轴转速n=401800r/min ，公比电动机的转速，试拟定结构式，转速图；确定齿轮的齿数、带轮的直径；演算转速误差；画出主传动系统图。 解：该主轴的变速范围为: 根据变速范围、公比可求变速的级数拟定结构式级数为12的传动副数为2或3的传动方案有以下几种： 根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定 查表可获得12级转速为 40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800作转速图如下：40568011216022431545063090012501800r/min1440r/min电IIIIIIIV 符合要求符合要求最后扩大组的变速范围：符合要求带轮的直径计算（因功率参数等不详仅举例说明）：查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径 取0.015 197mm查表取大带轮的基准直径为200mm齿轮齿数的确定：I II 轴之间的传动副共有3对 传动比为 1:1 1:1.41 1:2如果采用模数相同的标准齿轮， 则三对传动副的齿轮和相同查表可得40568011216022431545063090012501440r/min电IIIIIIIV取 可以确定 三个传动副的齿数为1800r/min1：1传动副 36 361：1.41传动副 30 421：2传动副 24 48同理可确定II III 轴的齿数和取 84 1：1传动副齿数取 42 42 1：2.82传动副齿数取22 62III IV之间的传动副齿数和取 902：1的传动副齿数取 60 301：4的传动副齿数取 18 72 转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算123456789101112理论转速40568011216022431545063090012501800实际转速39.3256.1778.64110.81158.30221.63314.56449.38629.13886.51266.431773转速误差率（%）1.700.311.701.061.061.060.140.140.141.51.311.5允许误差： 根据上表可知转速误差率在允许的范围内绘制传动系统图如下：36243036484242224262601830721440r/min27、某机床主轴转速n=1001120r/min ，转速级数，电动机的转速，试设计该机床的主传动系，包括拟定结构式和转速图，画出主传动系统图。1.41查表可获得8级转速为 100，140，200，280，400，560，800，1120拟定8级转速的结构式： 根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定10014020028040056080011201440r/min电IIIIIIIV 符合要求符合要求最后扩大组的变速范围：符合要求带轮的直径计算（因功率参数等不详仅举例说明）：查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径 取0.015 221.625mm查表取大带轮的基准直径为224mm齿轮齿数的确定：I II 轴之间的传动副共有2对 传动比为 1:1 1:1.41如果采用模数相同的标准齿轮， 则三对传动副的齿轮和相同查表可得取 可以确定 两个传动副的齿数为1：1传动副 24 241：1.41传动副 20 28同理可确定II III 轴的齿数和取 601：1传动副齿数取 30 30 1：2传动副齿数取20 40III IV之间的传动副齿数和取 721.41：1的传动副齿数取 42 301：2.82的传动副齿数取 19 53转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算12345678理论转速1001402002804005608001120实际转速100.98141.25201.78282.49394551.67881103.2转速误差率（%）0.890.890.890.891.51.51.51.5允许误差： 根据上表可知转速误差率在允许的范围内绘制传动系统图如下：20242830203040421930531440r/min2428试从，级变速机构的各种传动方案中选出最佳方案，并写出结构式，画出转速图和传动系统图。转速不重复的方案： 转速重复的方案 等根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定 也可选择转速重复的方案。假定最小转速为31.5r/min 查表可得各级转速为31.5， 40，50，63，80，100，125，160，200，250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600。125160200250315400500630800100012501600r/min1440r/min电IIIIIIIV31.540506380100 符合要求符合要求最后扩大组的变速范围：符合要求带轮的直径计算（因功率参数等不详仅举例说明）：查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径 取0.015 221.625mm查表取大带轮的基准直径为224mm齿轮齿数的确定：I II 轴之间的传动副共有2对 传动比为 1:1 1:1.25 1:1.6如果采用模数相同的标准齿轮， 则三对传动副的齿轮和相同查表可得取 可以确定 三个传动副的齿数为1：1传动副36 361：1.25传动副 32 401：1.6传动副 28 44同理可确定II III 轴的齿数和取 841：1传动副齿数取 42 42 1：2传动副齿数取28 561：4传动副齿数取17 67III IV之间的传动副齿数和取902：1的传动副齿数取 60 301：4的传动副齿数取 18 7232283628564217601830404436425667721440r/min转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算123456789理论转速31.540506380100125160200实际转速31.8139.9849.9962.6878.898.5125.36157.6197转速误差率（%）0.980.030.030.511.51.50.291.51.5101112131415161718理论转速250315400500630800100012501600实际转速254.47319.90399.88492.5630.47881002.91260.81576转速误差率（%）1.791.511.50.030.6351.50.290.8641.5允许误差： 根据上表可知转速误差率在允许的范围内29、用于成批生产的车床，主轴转速45500r/min，为简化机构选用双速电机，n电=720r/min和1440r/min，试画出该机床的转速度和传动系统图。 采用双速电机时公比一般取1.41和1.26 本例中取1.41查表可获得8级转速为45，63，90，125，180，250，360，500拟定8级转速的结构式： 选用多速电机是将多速电机作为第一扩大组放在传动式前面基本组放在第一扩大组的后面因此确定最后的结构式为I轴的带轮转速为720r/min查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径 取0.015 246.25mm查表取大带轮的基准直径为250mm4563901251802503605001440r/min电IIIIII72010001440720r/min 符合要求符合要求最后扩大组的变速范围：符合要求齿轮齿数的确定：I II 轴之间的传动副共有2对 传动比为 1:2 1:2.82如果采用模数相同的标准齿轮， 则三对传动副的齿轮和相同查表可得取 可以确定 三个传动副的齿数为1：2传动副23 461： 2.82传动副 18 51同理可确定II III 轴的齿数和取 721.41：1传动副齿数取 42 301：2.82传动副齿数取19 53231846194230531440r/min51720r/min转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算12345678理论转速456390125180250360500实际转速44.8763.5689.73127.12175.21248.22350.43496.44转速误差率（%）0.2970.890.2971.72.660.712.660.71允许误差： 根据上表可知转速误差率在允许的范围内33、某数控机床，主轴最高转速，最低转速，计算转速为，采用直流电动机，电动机功率=15kw，电动机的额定转速，最高转速为，试设计分级变速箱的传动系，画出转速图和功率特性图，以及主传动系统图。主轴要求的很功率范围为电机所能达到的恒功率范围取 =4.06 取Z=4机械分级结构式可写作45004000400020003202000150013331333100010006676675005003603331671671608040r/min403.6KW15KW电机的恒功率范围为15004500r/min经过1:1.125 1:1 1:1 三对传动副在主轴可获得的功率范围为13334000r/min(红色)经过1:1.125 1:2 1:1 三对传动副在主轴可获得的功率范围为6672000r/min(黑色)经过1:1.125 1:1 1:4 三对传动副在主轴可获得的功率范围为3331000r/min(绿色)经过1:1.125 1:2 1:4 三对传动副在主轴可获得的功率范围为167500r/min(蓝色)四段之间互有搭接40167r/min用的是电机的恒转矩段 40r/min的主轴转速对应的电机的转速为40r/min的主轴转速对应的电机消耗的功率为15KW直流电机 制动与测速机构4572454518脉冲发生器3072454030202-36 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？ 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2-39 机床控制系统有几种分类方法？是如何进行分类的？按自动化程度分类：手动、机动、半自动、自动控制系统。按控制系统是否有反馈：开环、半闭环、闭环控制系统。 按控制方式和内容分类：时间控制、程序控制、数字控制、误差补偿控制和自适应控制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。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。3-12 提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施？ 提高支承件结构刚度的主要方法是：根据支承件受力情况合理的选择支撑件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的分布肋板和肋条。提高动态性能的方法：1、改善阻尼特性2、采用新材料制造支承件3-14 镶条和压板有什么作用？ 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3-16提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施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。3-21 加工中心上刀库的类型有哪些？ 鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式刀库3-23 典型换刀机械手有哪几种？各有何特点？适用范围如何？ 1）单臂双手爪型机械手：这种机械手的拔刀、插刀动作都由液压动作来完成，根据结构要求，可以采取液压缸动、活塞固定；或活塞动、液压缸固定的结构形式。这种液压缸活塞的密封松紧要适当，太紧了往往影响机械手的正常动作，要保证既不漏油又使机械手能灵活动作。2）双臂单手爪交叉型机械手：应用有JCS013型卧式加工中心3）单臂双手爪且手臂回转轴与主轴成45的机械手：这种机械手换刀动作可靠，换刀时间短，但对刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求较高，机械手离加工区较近。4)手抓。5）钳形杠杆机械手。5-2 机床夹具的组成有哪些部分？ 定位元件及装置、夹紧元件及装置、导向及对刀元件、机床连接元件、夹具体、其它元件及装置5-3 何谓六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？他们各包括哪些方面？原理：采取适当约束措施，消除工件的六个自由度，实现工件定位。定位的正常情况：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（可以是完全定位、不完全定位）定位的非正常情况 1）欠定位：需要限制的自由度没有完全被限制 2）过定位：某个自由度被两个或两个以上的约束重复限制5-7 加紧和定位有何区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧基本要求：1)保证加工精度2)夹具的总体方案应与年生产纲领相适应3)安全、方便、减轻劳动强度4)排屑顺畅5)机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性5-10 使用夹具来加工工件时，产生加工误差的因素有哪些方面？他们与零件的公差有何关系？1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误差。3）加工过程中出现的误差第三项一般不易估算，夹具精度验算是指前俩项的和不大于工件误差的2/3为合格，定位误差一般不大于工件误差的1/3为合格。6-1 试述物流系统设计的重要意义？要缩短生产周期，必须同时改善加工、检验、搬运、停滞等环节，尤其是搬运和停滞。虽然加工是制造生产价值的主作业，然而它对缩短整个系统生产周期的作用并不显著。根据统计，在总经营费用中，20%50%是无聊搬运费用，合理的物流设计可使这项费用至少减少10%30%。6-2 物流系统的组成环节有哪些？物流系统设计时应满足哪些要求？水平结构：由供应物流子系统、生产物流子系统、销售物流子系统垂直结构：管理层、控制层、作业层满足要求 1）应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；2）具有一定的柔性； 3）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；4）尽量减少在制品积压；5）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。6-4 料仓式和料斗式上料装置的基本组成及其根本区别是什么？料仓式上料装置的组成：料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分。料斗式上料装置的组成：装料机构：由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器 、送料槽、减速器等组成。 储料机构：由隔料器、上料器等组成。 料斗式上料装置和料仓式上料装置的主要不同点在于，后者只是将已定向整理好的工件由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。6-6 目前机床间工件传输装置有哪几种？托盘、随行夹具、传送装置、有轨运输小车、无轨运输小车6-7 为什么要采用随行夹具？随行夹具的三种返回方式各有什么特点？用于结构复杂或较软的有色金属工件返回方式：有上方返回、下方返回、水平返回6-8 常见的滚道式输送装置有哪些？其特点是什么？无动力式滚子传动机和动力式滚子传动机特点：具有结构简单、工作可靠、安装拆卸方便、易于维修、线路布置灵活等优点。6-11 自动化仓库的基本类型有哪些？按货架构造形式分类为单元货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式。6-12 堆垛机货叉的工作原理是什么？堆垛机在巷道轨道上行走，其上的装卸托盘可沿框架或立柱导轨上下升降，以便对准每一个货格，取走或送入货箱。6-13 自动化仓库的工作原理是什么？1）进库2）传送3）入库4）出库5）返回原始位置6-14 工厂总体物流系统设计的基本步骤是什么？1）基本原始资料收集2）物流分析3）作业单位相互关系分析4）物流与作业单位的相互分析5）面积设定6）面积相关图解7）方案评价8）详细布置6-16 物流搬运装备的选择原则是什么？1）上下料时间要符合生产节拍的要求，缩短辅助时间，提高生产率2）上下料工作力求稳定，尽量减少冲击，避免工作产生变形或损坏3）上下料装置要尽可能结构简单，工作可靠，维护方便4）上下料装置应有一定的适用范围，尽可能地满足多种不同工件的上下料要求7-1 什么是机械加工生产线？它的主要组成类型及特点有哪些？机械加工生产线：以机床为主要设备，配以相应的输送装置与辅助装置，按工件的加工工艺顺序排列而成的生产作业线。机械加工生产线由加工装备、工艺装备、传送装备、辅助装备和控制系统组成7-4 在拟定自动线工艺方案时应着重考虑哪些方面的问题？如何解决这些问题？1）工件工艺基准选择2）工件输送基准的选择3)生产线工艺流程的拟定4)选择合理的切削用量7-5 简述生产节拍平衡和生产线分段的意义及相应的措施。生产节拍平衡的意义：对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使个作业时间尽可能相近。措施：1）作业转移、分解与合并 2）采用新的工艺方法，提高工序节拍；3）增加顺序加工工位；4）实现多件并行加工，提高单件的工序节拍生产线属于以下情况往往需要分段：1）进行转位和翻转时，分段独立传送； 2）为平衡生产线的生产节拍，对限制性工序采用“增加同时加工的工位数”时，单独组成工段；3）当生产线的工位数多时，一般要分段;4）当工件加工精度要求较高时，减少工件热变形和内应力对后续工序的影响。7-8 组合机床总体设计的内容有哪些？组合机床总体设计主要是绘制“三图一卡”，就是针对具体的零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床总联系尺寸图和编制生产率计算卡等。7-9 简述机械加工生产线的总体布局形式及特点。机械加工生产线的总体布局形式由生产类型、工件结构形式、工件传送方式、车间条件、工艺过程和生产纲领等因素决定。 1）直接传送方式 直线通过式、折线通过式、并联支线形、框形、非通过式 2）带随行夹具方式 将工件安装在随行夹具上，传送线将随行夹具依次传送到各工位。 3）悬挂传送方式 主要适用外形复杂及没有合适传送基准的工件及轴类零件，且只是尺寸较小、形状复杂的工件。7-10 简述柔性制造系统的概念、组成及类型。柔性制造系统（FMS）是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统，是实现CIMS的基础组成：1）加工子系统2）物流子系统3）控制子系统类型：柔性制造装置（FMU）、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性生产线（FPL）