机械制造装备设计知识点

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一、一般功能要求

加工精度（尺寸精度、表面形状精度、位置精度、粗糙度等）；影响因素有：几何精度、传动精度、运动精度、定位精度、运动平稳性等。

强度、刚度及抗振性要求；加工稳定性要求，（切削热、摩擦热、环境热）；减少发热量、散热和隔热，均热、热补偿、控制环境温度等。

耐用度要求（磨损导致间隙，精度丧失），设计、工艺、材料、热处理、使用等方面考虑减少磨损、均匀磨损、磨损补偿。

二 主轴部件应满足的基本要求

l．旋转精度 主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。

2．刚度 主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义

3．抗振性 主轴部件的抗振性是指抵抗受追振动和自激振动的能力。在切削过程中，主轴部件不仅受静态力作用，同时也受冲击力和交变力的干扰，使主轴产生振动。

4．温升和热变形 主轴部件运转时，因各相对运动处的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主轴部件的所谓热变形。

5．精度保持性 主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力。

2、刚度 受主轴的尺寸和形状，滚动轴承的类型、数量、预紧和配置形式，传动件的布置方式，主轴组件的制造精度和装配质量等因素影响。 机械制造装备的分类

加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备

一、加工装备 采用机械制造方法制作机器零件的机床

（一）金属切削机床是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上除去多余或预留的金属，以获得符合规定尺寸、几何形状、尺寸精度和表面质量要求的零件。

加工原理进行分类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、特种加工机床、切断机床和其他机床等12类。 (二)特种加工机床：

1．电加工机床。直接利用电能对工件进行加工的机床，统称电加工机床。（一般仅指电火花加工机床、电火花切割机床和电解加工机床）

2．超声波加工机床。3．激光加工机床。4．电子束加工机床。5．离子束加工机床。 6．水射流加工机床。 (三）锻压机床

利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备，主要包括锻造机、冲压机和轧制机四大类。 二、工艺装备：

产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具，总称工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。

模具分类：1.粉末冶金模具2.塑料模具3.压铸模具4.冷冲模具5.锻压模具

夹具：安装在机床上用于定位和夹紧工件的工艺设备，以保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度。利于工艺规程的贯彻和提高生产效率。

量具：是以固定形式复现量值的计量器具的总称。如千分尺、百分表、量块。 三、仓储传送设备

包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备。机器人可作为加工装备，如焊接机器人和涂装机器人等，也可属于仓储传送设备，用于物料传送和机床上下料。 四、辅助装备

包括清洗机和排屑等设备。 金属切削机床设计

(1)精度 1.几何精度:机床在空载低速时各主要部件的形状、相互位置和相对运 动的精确程度。

2.运动精度：机床空载以工作速度运动时，执行部件的几何位置位置 精度；

3.传动精度：机床传动系统各末端执行件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规定位置的精度； 5.重复定位精度：机床运动部件在相同条件下，用同样方法重复定位时，位置的一致程度；

6.工作精度：加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度； 7.精度保持性：在规定的工作时间内，保持机床所要求的精度。 (2)刚度 指机床受载时抵抗变形的能力

(3)抗振性 1.受迫振动：来自于机床内部，如高速回转零件的不平衡。避免共振现象产生。 2.自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种

相对振动。也称为切削稳定性。影响机械振动的主要原因： 机床刚度、阻尼特性、系统的固有频率。

(4) 热变形 指机床在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。由于各部位温升不同，不同材料的热膨胀

系数不同。所以各部分材料产生的热膨胀量不同，导致机床床身、主轴和刀架等构件产生变形。 采取措施：

减少热源发热量；将热源置于宜散热位置，增加散热面积和强制冷 却；采用热管将温升较高的热量转移，减少温差；采用自动控制、温 差补偿及隔热措施等。

(5)噪声 机械噪声、液压噪声、电磁噪声、 空气动力噪声。

(6)低速运动平稳性 机床上有些运动部件，需要做低速或微小移动。当低速运动时，主动件匀速运动，


从动件会出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，也称为爬行。 危 害：影响机床的精度、工件的加工精度和表面粗糙度。

原 因：是因摩擦产生的自激振动现象。摩擦面上的摩擦系数随速度 的增加和传动系的刚度不足。

措 施：在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高 传动机构的刚度和降低移动件的质量等。 三 主轴部件应满足的基本要求

（1）旋转精度：是指装配后，在无载荷、低速转 动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。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。

（2）刚度：是指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变性的能力。主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。

(3）抗振性：是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。

（4）温升和热变性：主轴部件运转时，因各相对处 的摩擦生热，切削区的切削热等使主轴部件的温度升高，形状尺寸和位置发生变化，造成主 轴部件的所谓热变性。 （5）精度保持性：是指长期地保持其原始制造精度的能力。

主轴部件的传动方式主要有齿轮传动、带传动、 电机直接驱动等。

（1）齿轮传动：结构简单、紧凑，能够传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。缺点是线速度小于12~15m/，不如带传动平稳。

（2）带传动：特点是靠摩擦力传动（除同步齿形带外）、结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。皮带有弹性可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动。带传动在过载中会打滑，能起到过载保护作用。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。 支承件的基本要求

1.具有足够静刚度和较高固有频率

在满足刚度的前提下，尽量减小支承件的质量 m，提高固有频率ωo。 2.良好的动态特性 支承件有较高静刚度、固有频率、还应有较大阻尼， 3.结构合理 通过失效处理充分消除内应力，形状稳定。4.排屑畅通，工艺性好，成本低，吊运安装方便。

加强肋（肋条） 配置在外壁内侧或内壁上，其作用是加强局部刚度和减少薄壁振动。

支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、天然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等。

（一）铸铁：铸造性能好，阻尼系数大，振动衰减 性能好，成本低，适于成批生产。要进行时 效处理，以消除内应力。

（二）钢板焊接结构：制造周期短，刚性好，便于产品更新和结构改进，重量轻。 （三）预应力钢筋混凝土：抗振性好，成本低。

（四）天然花岗岩：性能稳定，精度保持性好，抗振性好，热稳定性好，抗氧化性强，不导电 ，抗磁，与金属不粘结，加工方便。

（五）树脂混凝土：刚度高，具有良好的阻尼性能 ，抗振性好，热稳定性高，质量轻，可有良 好的几何形状精度，极好的耐腐蚀性，成本 提高支承件的结构性能

提高结构性能的措施 提高支承件的静刚度和固有频率主要方法 是根据支承件受力情况合理的选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的布置 肋板和肋条，以提高结构整体和局部的弯曲 刚度和扭转刚度。

提高动态特性 改善阻尼特性 采用新材料制造支承件(刚性高、抗振性 好，热变形小、耐化学腐蚀 )

提高热稳定性 控制温升 采用热对称结构 采用热补偿装置。

导轨应满足的要求： 导向精度；承载能力大，刚度好；精度保持性好 ；低速运动平稳；结构简单、工艺性好导轨要求结构简单，易于加工。 。

直线导轨的截面形

（1）矩形导轨：承载能力大、刚度高、制造简单、检验和维修方便等优点。适于载荷较大而 导向要求略低的机床。

（2）三角形导轨：磨损时自动补偿磨损量，不产生间隙。导轨顶角越小，导向性越好，但摩擦力也越大。小顶角用于轻载荷精密机械，大顶角用于大型或重型机床。三角形导轨结构有对称式和不对称式两种。 （3）燕尾形导轨：承载较大的颠覆力矩，导轨的 高度较小，结构紧凑，间隙调整方便。但刚 度性较差，加工检验维修都不大方便。适于受力小、层次多、要求间隙调整方便的部件。

（4）圆柱形导轨：制造方便，工艺性好，但磨损后较难调整和补偿间隙。主要用于受轴向负荷的导轨，应用较少。

回转运动导轨的截面形状 平面环形、锥面环形和双锥面导轨。

机床影响振动的主要因素

机床的刚度：构件的材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布等； 机床的阻尼：提高阻尼可减少振动。提高接合部阻尼（其占70-90%) 机床系统固有频率：远离激振频率（预测各阶固有频率及激振频率） 热变形措施：减少发热，加快散热、热均衡、温度自动补偿及隔热等。 噪声机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声

低速运动平稳性 低速爬行（主动件低速运动时，从动件时快时慢甚至停止）

原因：摩擦引起自激振动，摩擦系数变化及刚度不足 措施：减少静、动摩擦系数差提高机构刚度；降低移动件的质量

夹紧机构的设计原则：

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