機械制造裝備設(shè)計第二章習(xí)題答案及解析

第二章金屬切削機床設(shè)計

1.機床設(shè)計應(yīng)滿足哪些基本要求，其理由是什么

答：機床設(shè)計應(yīng)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(yīng)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構(gòu)造的復(fù)雜程度、設(shè)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(yīng)加工對象變化的能力，分為功能柔性和構(gòu)造

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)之間進展物料（I

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(nèi)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(nèi)，包括設(shè)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(biāo);

11）＞可靠性，應(yīng)保證機床在規(guī)定的使用條件下、在規(guī)定的時間內(nèi)，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(yīng)根據(jù)機床功能、構(gòu)造、工藝及操作控制等特點，按照人機工程學(xué)要求進展設(shè)

計。

2.機床設(shè)計的主要內(nèi)容及步驟是什么

答：一般機床設(shè)計的內(nèi)容及步驟大致如下：

（1）總體設(shè)計包括機床主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計：工藝范圍運行模式，生產(chǎn)率，性能

指標(biāo)，主要參數(shù)，驅(qū)動方式，成本及生產(chǎn)周期；總體方案設(shè)計包括運動功能設(shè)計，基

本參數(shù)設(shè)計，傳動系統(tǒng)設(shè)計，傳動系統(tǒng)圖設(shè)計，總體構(gòu)造布局設(shè)計，控制系統(tǒng)設(shè)計。

總體方案綜合評價與選擇；總體方案的設(shè)計修改或優(yōu)化

（2）詳細設(shè)計包括技術(shù)設(shè)計；施工設(shè)計。設(shè)計機床的傳動系統(tǒng)，部件裝配圖，對主

要零件進展分析計算或優(yōu)化，設(shè)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(shè)計，可進展實物樣機的制造、實驗及評價。根據(jù)實物樣機的評價結(jié)果進

展修改設(shè)計，最終完成產(chǎn)品的定型設(shè)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?。╅_展，而

同規(guī)格的各種變型機床則是系列型譜的橫向開展，因此，“系列型譜〃也就是綜合地

說明機床產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)的系列性與構(gòu)造相似性的表。

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.工件外表的形成原理是什么

答：任何一個工件外表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）稱為該外表的發(fā)生線，前者稱為母線，后者稱

為導(dǎo)線。

6.工件外表發(fā)生線的形成方法有哪些

答：工件加工外表的發(fā)生線是通過刀具切削力與工件接觸并產(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.工件外表的形成方法是什么

答：工件外表的形成方法是母線形成方法和導(dǎo)線形成方法的組合。因此，工件外表

形成所需的刀具與工件之間的相對運動也是形成母線和導(dǎo)線所需相對運動的組合。

8.機床的運動功能有哪些

答：為了完成工件外表的加工，機床上需要設(shè)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(fù)合運動。

9.機床的主運動與形狀創(chuàng)成運動的關(guān)系若何進給運動與形狀創(chuàng)成運動的關(guān)系若

何

答：主運動功能是切除加工外表上多余的金屬材料，因此運動速度高，消耗機床的

大局部動力，故稱為主運動，也可稱為切削運動，它是形成加工外表必不可少的成

形運動。形狀創(chuàng)成運動的功能是用來形成工件加工外表的發(fā)生線1包括母線和導(dǎo)線）。

有些加工中主運動除了承當(dāng)切除金屬材料的任務(wù)外，還參與形狀創(chuàng)成，而有些加工

中，主運動只承當(dāng)切削任務(wù)，不承當(dāng)發(fā)生線的創(chuàng)成任務(wù)。

當(dāng)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外表幾何形狀的，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(dāng)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外表幾何形狀(如滾齒加工)。

10.機床上的復(fù)合運動、內(nèi)聯(lián)系傳動鏈、運動軸的聯(lián)動的含義及關(guān)系若何

答：復(fù)合運動即為運動之間有嚴格運動關(guān)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(zhuǎn)運動或(和)直線運動，按照某種確定的運動關(guān)系組合而成,

則稱此成形運動為復(fù)合成形運動。

傳動鏈的兩個末端件的轉(zhuǎn)角或位移量之間如果有嚴格的比例關(guān)系要求，這樣的

傳動鏈稱為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。對機械傳動的機床來說，復(fù)合運動是通過內(nèi)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(biāo)軸(包括直線坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo))上同時

進展加工，而且可在計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的控制下同時協(xié)調(diào)運動進展。對數(shù)控機床,

復(fù)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(shè)計的方法及步驟若何

答：機床運動功能方案設(shè)計的方法及步驟如下：

(1)工藝分析。首先對所設(shè)計的機床的工藝范圍進展分析；然后選擇適當(dāng)?shù)募?/p>

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，應(yīng)根據(jù)可到

達的生產(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展機

床的工藝范圍選擇。

(2)機床運動功能設(shè)置。運動功能設(shè)置的方法有兩類：分析式設(shè)計方法和解析

式設(shè)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(jié)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(biāo)系若何選取

答：為了進展機床運動功能式、機床運動原理圖的描述，首先要建設(shè)機床基準(zhǔn)坐標(biāo)

系與機床運動軸坐標(biāo)系，一般采用直角坐標(biāo)系。

(1)機床基準(zhǔn)坐標(biāo)系：機床基準(zhǔn)坐標(biāo)系(即機末總體坐標(biāo)系)XYZ

(2)機床運動軸坐標(biāo)系：沿X,Y,Z坐標(biāo)軸方向的直線運動仍用X,Y,Z表示,

繞X,Y,Z軸的回轉(zhuǎn)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,Y的輔助回轉(zhuǎn)軸用D、E等表示。與機床基準(zhǔn)坐標(biāo)系坐標(biāo)方

向不平行的斜置運動軸坐標(biāo)系用加“-〃表示，如沿斜置坐標(biāo)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1直線或回轉(zhuǎn)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(shè)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（VirtualAixsMachine）是一種六個運動并聯(lián)的設(shè)計。基于讓輕

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(gòu)的優(yōu)點是：各個桿不承受彎曲載荷，受力情況好。運動件質(zhì)

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)空間小

（尤其是回轉(zhuǎn)運動范圍小），運動算法復(fù)雜。

15.分析圖2-14所示各種機床的運動原理圖，說明各個運動的所屬類型、作用

及工件加工外表的形成方法。

圖2-4a是車床的運動原理圖，旋轉(zhuǎn)運動卻為主運動；直線運動Z「和為進給運

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(zhuǎn)面（如

橢圓面）功能的數(shù)控車末，則卻一方面為主運動，另一方面卻可與組成復(fù)合運動

進展螺紋加工，或&可與L組成復(fù)合運動進展非圓回轉(zhuǎn)面加工，稱這類數(shù)控車床具

有C軸功能。

圖2-4b是銃床的運動原理圖，旋轉(zhuǎn)運動Cp為主運動；直線運動X「、Yf和Zf為

進給運動。

圖2-4c是平面刨床的運動原理圖，往復(fù)直線運動X。為主運動；直線運動》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(zhuǎn)運動g為主運動；回轉(zhuǎn)運動加、直

線運動乙和X「為進給運動；回轉(zhuǎn)運動日為砂輪的調(diào)整運動。當(dāng)X,和Z「組成復(fù)合運動

時，用碟形砂輪可磨削長圓錐面或任意形狀的回轉(zhuǎn)外表；C.和Z,組成復(fù)合運動時，

可進展螺旋面磨削。在進展長軸縱向進給磨削時，X,應(yīng)改為X”，為切入運動，但在進

展橫向進給磨削端面時，X,為橫向進給運動，Z,應(yīng)改為乙，為切入運動。假設(shè)一個運

動既可為進給運動又可為非成形運動，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(zhuǎn)運動C。為主運動；直線運動Zf為進給運

動；回轉(zhuǎn)運動C,、直線運動Z.及X.為調(diào)整運動，用來調(diào)整刀具與工件的相對位置。

圖2-4f是錢床的運動原理圖，旋轉(zhuǎn)運動。為主運動；直線運動〃為饃孔加工時

工件作進給運動，W,為鐐孔加工時錘桿作進給運動,在數(shù)控鋒床或加工中心上，鐐孔

進給通常由工件完成，只有Z「一個鑲孔進給運動；為刀具的徑向進給運動，用于

加工端面或孔槽；回轉(zhuǎn)運動雙為分度運動、直線運動X”及匕為調(diào)整運動，分別用來

調(diào)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。在像銃床上通

常X0和Y“可改為進給運動X,、Yf,用來銃削平面。

圖2-4g是滾齒機床的運動原理圖，旋轉(zhuǎn)運動&為主運動；回轉(zhuǎn)運動C和直線

運動4為進給運動。口與C組成復(fù)合運動創(chuàng)成漸開線母線；直線運動Z「創(chuàng)成直導(dǎo)

線，用干加工直齒輪，假設(shè)4與C組成復(fù)合運動,則創(chuàng)成螺旋導(dǎo)線，用干加工斜齒

輪；回轉(zhuǎn)運動&為調(diào)整運動，用來調(diào)整刀具的安裝角，使刀具與工件的齒向一致；

直線運動L為經(jīng)向切入運動，當(dāng)用徑向進給法加工蝸論時L為徑向進給運動；Za

為滾刀的軸向竄刀運動，為調(diào)整運動，用來調(diào)整滾刀的軸向位置，當(dāng)用切向進給法

加工蝸論時Z“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(dāng)一對相互嚙合的直齒圓柱齒輪，往復(fù)直線運動4為主運動；回轉(zhuǎn)運動品、

品為進給運動，并組成復(fù)合運動，創(chuàng)成漸開線母線；直線運動匕為切入運動。

圖2-4i是直齒錐齒輪刨齒機的運動原理圖，刨刀的往復(fù)直線運動心為主運動；

回轉(zhuǎn)運動的（假想齒輪逐架回轉(zhuǎn)）和乙「（工件回轉(zhuǎn)）組成復(fù)合運動，產(chǎn)生范成運動；

回轉(zhuǎn)運動不.為分度運動，直線運動Z.為趨近與退離運動，回轉(zhuǎn)運動氏為調(diào)整運動，

根據(jù)刀傾角進展調(diào)整，使刀具運動方向與工件齒根平行。

圖26j是弧齒錐齒輪鈦齒機的運動原理圖。Cp是銃刀盤的旋轉(zhuǎn)運動，為主運動，

銃刀盤的刀刃為直線形，銃刀盤作旋轉(zhuǎn)運動時刀刃軌跡形成假想齒輪（平面齒輪或

平頂齒輪）上的一個齒的齒廓面；C為假想齒輪的往復(fù)擺動運動（即搖架的擺動），C,

為工件的回轉(zhuǎn)運動，C「和復(fù)合組成范成運動；&為工件的分度運動，Z.為趨近與

退離運動，B”為調(diào)整運動，按工件的齒根角進展調(diào)整。銃刀盤一面進展作旋轉(zhuǎn)運動

CP,一面隨搖架作擺動運動C「，擺動一次為一個行程，一個行程內(nèi)完成一個齒的加工，

行程終了，工件退離、分度，進展下一個齒的加工。

16.機床的傳動原理圖若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(guān)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(guān)系。

17.機床運動分配式的含義是什么

答：運動功能式的主要含義在于確定根基支承件設(shè)在何處（即“接地〃的位置），用

“?〃符號表示“接地"?！ǚ栕髠?cè)的運動由工件完成，右側(cè)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(shè)計，可以得到多個運動分配式。

18.機床總體構(gòu)造概略設(shè)計過程大致若何

(1)構(gòu)造布局設(shè)計

同一種運動分配式又可以有多種構(gòu)造布局型式，這樣運動分配設(shè)計階段評價后

保存下來的運動分配式方案的全部構(gòu)造布局方案就有很多。因此需要再次進展評價,

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(shè)計結(jié)果得到是的機床總體構(gòu)造布局形態(tài)空。

(2)機床總體構(gòu)造的概略形狀與尺寸設(shè)計

該階段主要是進展功能(運動或支承)部件的概略形狀和尺寸設(shè)計，設(shè)計的主

要依據(jù)是：機床總體構(gòu)造布局設(shè)計階段評價后所保存的機床總體構(gòu)造布局形態(tài)圖，

驅(qū)動與傳動設(shè)計結(jié)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(shè)計中在兼顧成本的同時應(yīng)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(shè)計過程大致如下：

①首先確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸。

②設(shè)計末端執(zhí)行件與其相鄰的下一個功能部件的結(jié)合部的形式、概略尺寸。假

設(shè)為運動導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一側(cè)相當(dāng)滑臺，相鄰部件一側(cè)相當(dāng)滑座，考慮導(dǎo)軌

結(jié)合部的剛度及導(dǎo)向精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。

③根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計結(jié)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(cè))的概略形狀與尺寸。

④重復(fù)上述過程，直到根基支承件(底座、立柱、床身等)設(shè)計完畢。

⑤假設(shè)要進展機床構(gòu)造模塊設(shè)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，進展模塊提取與設(shè)置。

⑥初步進展造型與色彩設(shè)計。

⑦機床總體構(gòu)造方案的綜合評價。

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(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計時可根據(jù)市場的需求在主參數(shù)系列

標(biāo)準(zhǔn)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)是指機床的主要構(gòu)造尺寸參數(shù)，通常包括：

(1)與被加工零件有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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)若何確定驅(qū)動方式若何選擇數(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(zhuǎn)運功的機床，如車床、銃床等，其主運動參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速。對于專用機床

和組合機床用于對特定的工件進展特定工序的加工，主軸的轉(zhuǎn)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(yīng)一定范圍的不同尺寸和不同材質(zhì)零件的加

工需要。要求主軸具有不同的轉(zhuǎn)速(即應(yīng)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(zhuǎn)速，對主軸轉(zhuǎn)速進展合理排列，然后確定標(biāo)

準(zhǔn)公比值。和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速數(shù)列，選用公比0,最后程出變速范圍Rn,公比。和級數(shù)Z

之間的關(guān)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(zhuǎn)速確實定方法一樣。首先根據(jù)工藝要求，確定最大、最小進給

量fw、Mn，然后選擇標(biāo)準(zhǔn)公比力或進給量級數(shù)乙，再求出其它參數(shù)。

機床運動的驅(qū)動方式常用的有電動機驅(qū)動和液壓驅(qū)動，驅(qū)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)若何確定數(shù)控機床與普通機床確實定方法有什么不同

動力參數(shù)包括機床驅(qū)動的各種電動機的功率或扭矩。通常動力參數(shù)可通過調(diào)查

類比法(或經(jīng)歷公式)，試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類型由那些局部組成

主傳動系可按不同的特征來分類：

(1)按驅(qū)動主傳動的電動機類型可分為交流電動機驅(qū)動和直流電動機驅(qū)動。

交流電動機驅(qū)動中又可分單速交流電動機或調(diào)速交流電動機驅(qū)動。調(diào)速交流電動機

驅(qū)動又rr多速交流電動機和無級調(diào)速交流電動機驅(qū)動。無級調(diào)速交流電動機通常采

用變頻調(diào)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0-表

示。級比0一中的指數(shù)*值稱為級比指數(shù)，它相當(dāng)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(shè)計時要使主軸轉(zhuǎn)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。基本組的級比指數(shù)用X。表示，即X0=l,后面變速蛆因起變

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)兄一般等于基本組的傳

動副數(shù)匕，即％=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X2=Po

XP.o如有更多的變速組，則依次類推。上述設(shè)計是傳動順序和擴大順序相一致的情

況，假設(shè)將基本組和各擴大組采取不同的傳動順序，還有許多方案。

24.什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(guān)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。

各變速組的變速范羽相應(yīng)受到限制:主傳動各變速組的最大變速范圍為K*海=〃

主nJu主（2-2.5）/0.25=870；對于進給傳動鏈，由于轉(zhuǎn)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〃進8,u進01/5,故R進皿

W14。

主軸的變速范圍應(yīng)等于主變速傳動系中各變速組變速范圍的乘積，即

Rn=RoR-2…Rj

25.某車床的主軸轉(zhuǎn)速為n=40?1800r/min,公比。=1.41,電動機的轉(zhuǎn)速n

電=1440r/min,試擬定構(gòu)造式，轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)，帶輪直徑，驗算轉(zhuǎn)速

誤差；畫出主傳動系圖。

解：

該主軸的變速范圍為：

根據(jù)變速范圍、公比可求變速的級數(shù)

擬定構(gòu)造式。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,X23X26查表可獲得12級轉(zhuǎn)速為40、56、80、112、160、

224、315、450、630、900、1250、1800

作轉(zhuǎn)速圖如下：

"主max=。2=14產(chǎn)=2<2符合要求

〃主min="=1.4L=1/4>1/4符合要求

最后擴大組的變速范圍：R,=婷…=1.41^-0=8符合要求

帶輪的直徑計算（因功率參數(shù)等不詳僅舉例說明）：查表取小帶輪的基準(zhǔn)直徑為

125mm

則大帶輪直徑4=，4（1-￡）￡取0.015

4=U(l—￡)=1.6x125x(1—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)確實定：III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)一樣的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則三對傳動副的齒輪和一樣

查表可得凡可以取得60,72,84,96等。

取邑=72可以確定三個傳動副的齒數(shù)為

1：1傳動副3636

1：1.41傳動副3042

1：2傳動副2448

同理可確定IIIII軸的齒數(shù)和取84

1：1傳動副齒數(shù)取4242

1：2.82傳動副齒數(shù)取2262

IIIIV之間的傳動副齒數(shù)和取90

2：1的傳動副齒數(shù)取6030

1：4的傳動副齒數(shù)取1872

轉(zhuǎn)速誤差的計算

主軸各級轉(zhuǎn)速所獲得的實際轉(zhuǎn)速按下面的公式計算

級傳動比

實際轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速

數(shù)

電機電TI-IIII-IIIIII-IV速8)速(n)誤差

(Z)

11440100160363640406030180018000%

21440100160304240406030128612503%

314401001602448404060309009000%

414401001603636215960306416302%

514401001603042215960304584502%

614401001602448215960303203152%

714401001603636404018722252240%

814401001603042404018721611600%

914401001602448404018721131120%

10144010016036362159187280800%

11144010016030422159187257562%

12144010016024482159187240400%

允許誤差：lOx(0—l)%=10x(1.41—1)%=4.1%

根據(jù)上表可知轉(zhuǎn)速誤差率在允許的范圍內(nèi)

繪制傳動系統(tǒng)圖如下：

26.某機床主軸轉(zhuǎn)速n=100?1120r/min,轉(zhuǎn)速級數(shù)z=8,電動機轉(zhuǎn)速n電=

1440r/min,試設(shè)計該機床主傳動系，包括擬定構(gòu)造式和轉(zhuǎn)速圖，畫出主傳動系

圖。

解：

^=Z^=VTL2=1.41

查表可獲得8級轉(zhuǎn)速為100,140,200,280,400,560,800,1120

擬定8級轉(zhuǎn)速的構(gòu)造式：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=2x22x24

〃主max="=L41』.41<2符合要求

〃主min=/=14r3=1/2.82>1/4符合要求

最后擴大組的變速范圍：R,=*…=1.414(2-,)=4<8符合要求

繪制傳動系統(tǒng)圖如下：

27.試從。=L26,z=18級變速機構(gòu)的各種傳動方案中選出其最正確方案，并

寫出構(gòu)造式，畫出轉(zhuǎn)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)x33x29

〃主max='=1263=2<2符合要求

〃土min=/=1.26-6=1/4>1/4符合要求

最后擴大組的變速范圍：為=*…=1.26,e)=8W8符合要求

28.用于成批生產(chǎn)的車床，主軸轉(zhuǎn)速n電=45?500r/min,為簡化機構(gòu)采用雙

速電動機，n電=720/1440r/min,試畫出該機床的轉(zhuǎn)速圖和傳動系圖。

解：采用雙速電機時公比一般取1.41和L2C本例中取1.41

查表可獲得8級轉(zhuǎn)速為45,63,90,125,180,250,360,500

擬定8級轉(zhuǎn)速的構(gòu)造式：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，即確定的構(gòu)造式為：8=22X2,X24

〃主max="=L4f=l?41<2符合要求

仆min=*=1.41=1/2.82>1/4符合要求

最后擴大組的變速范圍：=1.4心2力=4<8符合要求

29.試將圖2-19所示的背輪機構(gòu)合理化，使軸m高速旋轉(zhuǎn)時背輪軸脫開。

答：背輪機構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意超速問題，當(dāng)合上離合器時，齒輪副ZI/Z2應(yīng)脫離嚙合,

齒輪副Z4/Z3也應(yīng)脫離嚙合。當(dāng)合上離合器傳動軸I、HI高速轉(zhuǎn)動時，要防止軸

n因升速空轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。

傳動軸計算轉(zhuǎn)速為各傳動軸能滿足傳遞全部功率要求的最低轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)公式

計算得到III軸計算轉(zhuǎn)速為185r/min;II軸-315r/min>

I軸-710r/min0

各齒輪的計算轉(zhuǎn)速依次為：H軸TII軸變速組中：

n88-185r/min,n26-640r/min,n54-345r/min,n59-315r/min,

I軸-H軸變速組中：nsi-315r/min,n36-710r/min,

070-438r/min,n45-710r/min。

31.求圖2-62中各齒輪、各軸的計算轉(zhuǎn)速。

傳動軸計算轉(zhuǎn)速為各傳動軸能滿足傳遞功率要求的最低轉(zhuǎn)速。首先根據(jù)公式

〃產(chǎn)/，“計算得到V軸計算轉(zhuǎn)速為63r/min;依次可以得到其他各軸的計算轉(zhuǎn)速IV

軸-63r/min>III軸T80r/min、II軸-710r/min>I軸T440r/min。

各齒輪的計算轉(zhuǎn)速依次為：IV軸-V軸變速組中：

n70-63r/min、n25180r/min、n67-63r/min、n67-63r/min

TT軸-V軸中：n67-500r/min^n47-710r/min,

IH軸TV軸中：n67-63r/min、n24T80r/min,

II軸-HI軸中:neo-180r/min,ni5-710r/min>n44-500nr/min>n31-710r/min>

I軸-H軸中：n31-1440r/min、n31T440r/min、n37-1000r/min、

n26T440r/minn40-710r/min、n20-1440r/min。

32.某數(shù)控車床，主軸最高轉(zhuǎn)速nmax=4000r/min,最低轉(zhuǎn)速min=40

r/min,計算轉(zhuǎn)速nj=160r/min,采用直流電動機，電動機功率N電=15kw,

電動機的額定轉(zhuǎn)速為nc=1500r/min,最高轉(zhuǎn)速為4500r/min,試設(shè)計分級變速

箱的傳動系，畫出其轉(zhuǎn)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(diào)速范圍為：RnN=4000/160=25,

電動機可到達的恒功率調(diào)速范圍為：R1N=4500/1500=3,

取巴=2VR",根據(jù)Z=l+-

可算出變速箱的變速級數(shù)Z=4.06,取Z=4

機械分級構(gòu)造式可寫作Z=4=2,X22

轉(zhuǎn)速圖和功率特性箋如下：

40r/min的主軸轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電機消耗的功率為3.6KW,

因°f=2VRdN,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(shè)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(diào)速，在設(shè)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(shè)計分級變速箱時，考慮機床構(gòu)造

復(fù)雜程度，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求等因素。

34.進給傳動系設(shè)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(yīng)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?qū)挼恼{(diào)速范圍，保證實現(xiàn)所要求的進給量（進給范圍、數(shù)列），

以適應(yīng)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）構(gòu)造簡單，加工和裝配工藝性好。調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。

35.試述進給傳動與主傳動相對比，有那些不同的特點

（1）進給傳動是恒轉(zhuǎn)矩傳動

（2）進給傳動系中各傳動件的計算轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速

（3）進給傳動的轉(zhuǎn)速圖為前疏后密構(gòu)造

（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(gòu)

（6）快速空程傳動的采用

（7）微量進給機構(gòu)的采用

36.進給伺服系的驅(qū)動部件有那幾種類型其特點和應(yīng)用范圍

進給驅(qū)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

慣量直流電動機、交流調(diào)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(zhuǎn)換器。它每承受數(shù)控裝置輸出的一個電脈沖信號，電動機軸就

轉(zhuǎn)過一定的角度，稱為步距角。轉(zhuǎn)速可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。改變繞組通電的順

序，可以控制電動機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。步進電動機的優(yōu)點是沒有累積誤差，構(gòu)造簡單,

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，

小慣量直流電動機優(yōu)點是轉(zhuǎn)子直徑較小，軸向尺寸大，長徑比約為5,故轉(zhuǎn)動慣

量小，僅為普通直流電動機的1/10左右，因此響應(yīng)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(diào)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(diào)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(zhuǎn)，輸出扭矩大。寬調(diào)速電動機可以內(nèi)裝測速發(fā)電機，還可以根據(jù)用戶需要，

在電動機內(nèi)部加裝旋轉(zhuǎn)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(diào)整簡單、工作平穩(wěn)。缺點是轉(zhuǎn)

子溫度高、轉(zhuǎn)動慣量大、時間響應(yīng)較慢。

（3）交流伺服電動機自80