1、江蘇省高等教育自學考試大綱02209機械制造裝備設計孫臏第一章 機械制造及裝備設計方法第一節 概述一、全新生產制造模式的主要特征 以用戶的需求為中心 ；制造的戰略重點是時間和速度，并兼顧質量和品種；以柔性、精益和敏捷作為競爭的優勢；技術進步、人因改善和組織創新是三項并重的基礎工作； 實現資源快速有效的集成是其中心任務 ，集成對象涉及技術、人、組織和管理等，應在企業之間、制造過程和作業等不同層次上分別實施相應的資源集成；組織形式采用如“虛擬公司”在內的多種類型。第二節 機械制造裝備應具備的主要功能一、機械制造裝備應滿足的一般功能包括：（1）加工精度方面的要求；（2）強度、剛度和抗振性方面的要求；

2、（3）加工穩定性方面的要求； （4）耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括減少磨損、均勻磨損、磨損補償等5）技術經濟方面的要求二、柔性化含義：即產品結構柔性化和功能柔性化.產品結構柔性化 是指產品設計時采用模塊化設計方法和機電一體化技術，只需對結構作少量的重組和修改，或修改軟件，就可以快速地推出滿足市場需求的，具有不同功能的新產品。功能柔性化 是指只需進行少量的調整或軟件修改，就可以方便地改變產品或系統的運行功能，以滿足不同的加工需要。三、精密化采用傳統的措施，一味提高機械制造裝備自身的精度已無法奏效，需采用誤差補償技術 。誤差補償技術可以是機械式的，如為提高絲杠或分度蝸輪的精度采用的校正

3、尺或校正凸輪等。 四、自動化（詳細見P7）自動化有全自動（能自動完成工件的上料、加工和卸料的生產全過程）和半自動（人工完成上下料）之分。實現自動化的方法從初級到高級依次為： 凸輪控制、程序控制、數字控制和適應控制等 。五、機電一體化指機械技術與微電子、傳感檢測、信息處理、自動控制和電力電子等技術，按系統工程和整體化的方法，有機地組成最佳技術系統。這個系統應該是功能強、質量好和故障率低、節能和節材、性價比高，具有足夠的“結構柔性”“。六、節材七、符合工業工程要求工業工程是對人、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統進行設計、改善和實施的一門學科。其目標是設計一個生產系統及其控制方法，在保證工人和

4、最終用戶健康和安全的條件下，以最低的成本生產出符合質量要求的產品。產品設計符合要求是指：在產品開發階段，充分考慮結構的工藝性，提高標準化、通用化程度，以便采用最佳的工藝方案，選擇合理的質量標準，減少操作過程中工人的體力消耗；對市場和消費者進行調研，保證產品合理的質量標準，減少因質量標準定得過高造成不必要的超額工作量。（強度、剛度、抗振性）八、符合綠色工程要求企業必須糾正不惜犧牲環境和消耗資源來增加產出的錯誤做法，使經濟發展更少地依賴地球上的有限資源，而更多地與地球的承載能力達到有機的協調。這就是所謂的綠色工程要求。第三節 機械制造裝備的分類機械制造大致可劃分為 加工裝備 、 工藝裝備 、 倉儲

5、傳送裝備 和 輔助裝備 四大類。一、加工裝備是指采用機械制造方法制作機器零件的機床。（一） 金屬切削機床（有屑加工）是采用切削工具或特種加工等方法，從工件上除去多余或預留的金屬，以獲得符合規定尺寸、幾何形狀、尺寸精度和表面質量要求的零件。按機床的加工原理進行分類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨（插）床、拉床、特種加工機床、切斷機床和其他機床等12類。(二)特種加工機床（刀具與工件不接觸）1電加工機床。直接利用電能對工件進行加工的機床，統稱電加工機床。（一般僅指電火花加工機床、電火花切割機床和電解加工機床）2超聲波加工機床。3激光加工機床。4電子束加工機床。5離子束

6、加工機床。6水射流加工機床。(三）鍛壓機床（無屑加工）利用金屬的塑性變形特點進行成形加工，屬無屑加工設備，主要包括鍛造機、沖壓機和軋制機四大類。二、工藝裝備產品制造時所用的各種刀具、模具、夾具、量具等工具，總稱工藝裝備。它是保證產品制造質量、貫徹工藝規程、提高生產效率的重要手段。刀具：切削加工時，從工件上切除多余材料所用的工具。模具：是用來將材料填充在其型腔中，以獲得所需形狀和尺寸制件的工具。其分類：1.粉末冶金模具2.塑料模具3.壓鑄模具4.冷沖模具5.鍛壓模具等。夾具：安裝在機床上用于定位和夾緊工件的工藝設備，以保證加工時的定位精度、被加工面之間的相對位置精度。利于工藝規程的貫徹和提高生產

7、效率。量具：是以固定形式復現量值的計量器具的總稱。如千分尺、百分表、量塊。三、倉儲傳送設備包括各級倉儲、物料傳送、機床上下料等設備。機器人可作為加工裝備，如焊接機器人和涂裝機器人等，也可屬于倉儲傳送設備，用于物料傳送和機床上下料。自動運載小車（AGV或RGV）主要用于工作中心間工件的傳送。四、輔助裝備輔助裝備包括清洗機和排屑等設備。第四節 機械制造裝備設計的類型一、 機械制造裝備設計可分為 創新設計、變型設計和模塊化設計 等三大類型。適應型設計和變參數型設計統稱 變型設計 。第五節 機械制造裝備設計的方法一、系列化設計系列化設計應遵循“ 產品系列化 、 零部件通用化 、 標準化 ”原則，簡稱“

8、三化”原則。有時將“ 結構的典型化 ”作為第四條原則，即所謂的“四化”原則。（一）、系列化設計的優缺點優點：1）可以用較少品種規格的產品滿足市場較大范圍的需求。2）有助于降低生產成本，提高產品制造質量的穩定性。3）產品有較高的結構相似性和零部件的通用性，有助于縮短產品的研制周期，降低生產成本。4）零備件的種類少，系列中的產品結構類似，便于進行產品的維修，改善售后服務質量。5）為開展變型設計提供技術基礎。缺點是：為以減少品種規格的產品滿足市場較大范圍的需求，每個品種規格的產品都具有一定的通用性，滿足一定范圍的使用需求，用戶只能在系列型譜內有限的一些品種規格中選擇所需的產品，選到的產品，一方面其性

9、能參數和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。（和機械圖譜相聯系）產品的主參數應盡可能采用 優先數系 。二、模塊化設計（一）模塊化設計的基本概念為了開發多種不同功能的結構，或相同功能結構而性能不同的產品，不必對每種產品單獨進行設計，而是精心設計出一批模塊，將這些模塊經過不同的組合來構造具有不同功能結構和性能的多種產品。（二）模塊化設計的優缺點采用模塊化設計方法開發產品的優缺點類似系列化設計方法，在縮短新產品開發周期、提高產品質量、降低成本和加強市場競爭能力方面綜合經濟效果十分明顯優點：1）便于用新技術設計性能更好的模塊，取代原有的模塊，提高產品的性能，組合出功能更完善、性能

10、更先進的組合產品，加快產品的更新換代。2）采用模塊化設計，只需要更換部分模塊，或設計制造個別模塊和專用部件，便可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設計和供貨周期。3）模塊化設計方法推動了整個企業技術、生產、管理和組織體制的改革。由于產品的大多數零部件由單件小批生產性質變為批量生產，有利于采用成組加工等先進工藝，有利于組織專業化生產，既提高質量又降低成本。4）模塊系統中大部分部件由模塊組成，設備如發生故障，只需要更換有關模塊，維護修理更為方便，對生產影響少。第六節 機械制造裝備設計的評價對機械制造裝備設計方案的評價內容主要包括 技術經濟 評價、 可靠性 評價、 人機工程學 評價、 結構工藝

11、性 評價、 產品造型 評價和 標準化 評價。一、可靠性評價可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。（一）可靠性特征量包括可靠度，累積失效概率，失效率，平均壽命，可靠壽命，維修度，修復率，平均修復時間。第二章 金屬切削機床設計第一節 概述一、機床設計應滿足的基本要求（詳細見P57）1、工藝范圍指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。機床的工藝范圍主要取決于 其使用哪種生產模式。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。（影響因素）生產模式：單件大批量、大量、批量。2、柔性機床的柔性是指其適應加工對象變化的能力。包括空間上的柔

12、性和時間上的柔性。所謂空間柔性（即功能柔性）是指一臺機床的工藝范圍相當于多臺機床的工藝范圍,即機床的運動功能和刀具的數目較多，工藝范圍較廣，機床能夠在同一時期內完成多品種加工的能力。所謂時間上的柔性（即結構柔性）是指的是在不同時期，機床各個部件經過重新組合，即通過機床重構，改變其功能，形成新的加工功能，以適應產品更新變化快的要求。3、與物流系統的可接近性可接近性是指機床與物流系統之間進行物料（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： 靜態剛度 、 動態剛度 、 熱態剛度 。機床的剛度直接影

13、響機床的加工精度和生產率，因此機床應有足夠的剛度。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。6、噪聲7.生產率機床的生產率通常是指單位時間內機床所加工的合格工件數量。第二節 金屬切削機床設計的基本理論一、工件表面的形成方法1、在機床上形成加工表面的發生線的方法有 軌跡法（描述法） 、成形法（仿形法） 、 相切法（旋切法） 、 展成法（范成法）。二、機床運動分類1、按運動的性質分類，可分為 直線 運動和 回轉 運動。2、按運動的功能分類，可分為 成形 運動和 非成形 運動。3、按運動之間的關系分類，可分為：獨立運動：與其他運動之間無嚴格的運動關系復合運動：與其他運動之間有嚴格的運動

14、關系二、精度（詳細見P71）包括幾何精度、運動精度、傳動精度、定位和重復定位精度、工作精度和精度保持性等。1、幾何精度是指機床在空載條件下，在不運動（機床主軸不轉或工作臺不移動及轉動等情況下）或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度。2、運動精度是指機床空載并以工作速度運動時，執行部件的幾何位置精度（又可稱為幾何運動精度）。3、傳動精度是指機床傳動系統各末端執行件之間運動的協調性和均勻性。4、定位精度和重復定位精度定位精度是指機床的定位部件運動到達規定位置的精度。5、工作精度 加工（標準）規定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。三、剛度機床剛度是指機床受載時抵抗變

15、型的能力。公式：K=F/y四、振動(詳細見P73)機床的抗振能力是指機床在交變載荷作用下抵抗振動的能力。包括：抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。習慣上稱之為：抗振性，后者常稱為：切削穩定性。(平穩)1.受迫振動2.自激振動3.影響機床振動的主要原因有：機床的剛度、機床的阻尼特性、機床系統固有頻率。五、熱變形由于機床各部件的材料的熱膨脹系數不同，因而其熱膨脹量也就不同，導致機床床身、主軸和刀架等構件產生變形，稱之為機床熱變形。六、噪聲機床噪聲源主要來自四個方面：1.機械噪聲2.液壓噪聲3.電磁噪聲4.空氣動力噪聲七、低速運動平穩性爬行：是機械振動中自激振動的一種，表現形式為時快時慢的不穩定

16、的運動形式。低速運動時產生的運動不平穩現象。第三節 金屬切削機床總體設計一、機床主要參數設計（詳細見P80）機床的主要技術參數包括機床的 主參數 和 基本參數 ，基本參數可包括 尺寸參數 、 運動參數 和 動力參數 。第四節 主傳動系設計一、主傳動系分類和傳動方式（詳細見P89）（一）主傳動系分類按變速的連續性可分為 分級變速傳動 和 無極變速傳動 。（二）主傳動系的傳動方式主傳動系的傳動方式主要有兩種： 集中傳動方式 和 分離傳動方式。1、集中傳動方式 主傳動系的全部傳動和變速機構集中裝在同一個主軸箱內，稱為集中傳動方式。（適用于普通精度的大中型機床。）其特點：結構緊湊，便于實現集中操縱，安

17、裝調整方便。缺點是傳動件在高速運轉中產生的振動將直接影響主軸的運轉平穩性。傳動件產生的熱量會使主軸產生熱變形而直接影響加工精度。2、分離傳動方式 主傳動系中的大部分的傳動和變速機構裝在遠離主軸的單獨變速箱中，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式。其特點：變速箱各傳動件所產生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機床的工作精度。主軸高速運轉時比較平穩。二、分級變速主傳動系的設計（詳細見P93）（一）傳動軸格線間轉速點的連接線稱為 傳動線 ， 表示兩軸間一對傳動副的傳動比u，用主動齒輪與從動齒輪的齒數比或主動帶輪與從動帶輪的輪徑比表示。（

18、二）變速組的級比 是指主動軸上同一點傳往從動軸相鄰兩傳動線的比值。用xi表示，指數xi稱為級比指數。（三）主變速傳動系設計的一般原則傳動副前多后少原則（即：在擬定主變速傳動系時，應盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數少的放在后面。）傳動順序與擴大順序相一致的原則變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速。（即：從電動機到主軸之間的總趨勢是降速傳動，在分配各變速組傳動比時，為了使中間傳動軸具有較高的轉速，以減少傳動件的尺寸，前面的變速組降速要慢些，后面變速組降速要快些，但是中間軸的轉速不應過高，以免產生振動、發熱和噪聲。通常，中間軸的最高轉速不超過電動機的轉速。）（四）主

19、變速傳動系的幾種特殊設計1、具有多速電動機的主變速傳動系設計2、具有交換齒輪的變速傳動系3、采用公用齒輪的變速傳動系（采用公用齒輪可以減少齒輪的數目，簡化結構，縮短軸向尺寸。）（五）擴大傳動系變速范圍的方法 增加變速組 采用背輪機構（背輪機構應放在主軸后面，速度不宜太快。）（六）齒輪齒數的確定1、齒輪可套裝在軸上的條件為 齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽底部的壁厚a應大于或等于2m ( m 為齒輪模數)，以保證齒輪具有足夠強度。齒數過小的齒輪傳遞平穩性也差。一般在主傳動中，取最小齒輪齒數Zmin 1820 。2、三聯滑移齒輪順利嚙合的條件是 其最大和次大齒輪之間的齒數差應4 。（七）計算轉速1、計算轉速

20、就是 計算主軸或各傳動件傳遞全部功率的最低轉速。2、機床的直線進給運動傳動系統一般為 恒轉矩 傳動系統。3、機床的旋轉運動傳動系統一般為 恒功率 傳動系統。（八）變速箱內各傳動軸的軸向固定1、傳動軸通過軸承在箱體內軸向固定的方法有 一端固定 和 兩端固定 兩類。2、采用深溝球軸承時，可以一端固定，也可以兩端固定。3、采用圓錐滾子軸承時，必須兩端固定。4、一端固定的優點：軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產生熱應力，因此宜用于長軸。兩端固定適用于短軸。三、無極變速主傳動系（詳細見P109）（一）無級變速裝置的分類無級變速是指在一定范圍內轉速（或速度）能連續地變換的特點，從而獲取最有利的切削速度。

21、1、無級變速裝置的分類： 變速電動機 、 機械無級變速裝置 和 液壓無級變速裝置。2、特點：無極變速傳動可以在一定的變速范圍內連續改變轉速，以便達到最有利的切削速度。能在運轉中變速，便于實現變速自動化。第五節 進給傳動系設計一、進給傳動系設計應滿足的基本要求進給傳動系用來實現機床的進給運動和輔助運動。（一）進給傳動系的組成進給傳動系一般由動力源、變速機構、換向機構、運動分配機構、過載保險機構、運動轉換機構和執行件等組成。（二）進給傳動系設計應滿足的基本要求具有足夠的靜剛度和動剛度。具有良好的快速響應性，作低速進給運動或微量進給時不爬行，運動平穩，靈敏度高。抗振性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的

22、抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲。具有足夠寬的調速范圍，保證實現所要求的進給量，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，能傳動較大的轉矩。進給系統的傳動精度和定位精度要高。結構簡單，加工和裝配工藝性好。調整維修方便，操作靈活。二、機械進給傳動設計系的設計特點進給傳動是恒轉矩傳動。進給傳動系中各傳動件的計算轉速是其最高轉速。進給傳動的轉速圖為前疏后密結構。進給傳動的變速范圍Rn14進給傳動系采用傳動間隙消除機構（如：消除傳動齒輪的傳動間隙和滾珠絲杠螺母副的軸向間隙）三、電氣伺服進給系統（詳細見P120）（一）齒輪傳動間隙的消除齒輪傳動間隙的消除有 剛性調整法 和 柔性調整法 。剛性調

23、整法是指調整后的齒側間隙不能自動進行補償。柔性調整法是指調整后的齒側間隙可以自動進行補償。（二）滾珠絲杠及其支承1、滾珠絲杠是將旋轉運動轉換成執行件的直線運動的運動轉換機構。由 螺母、絲杠、滾珠、回珠器、密封環 等組成。滾珠絲杠的摩擦系數小，傳動效率高。2、滾珠絲杠的支承方式有三種：一端固定，另一端自由方式。（常用于短絲杠和豎直絲杠。）一端固定，另一端簡支承方式。（常用于較長的臥式安裝絲杠。）兩端固定方式。（用于長絲杠或高轉速，要求高拉壓剛度的場合。）3、滾珠絲杠螺母副間隙消除和預緊滾珠絲杠在軸向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸區會產生接觸變形。如果滾珠絲杠螺母副存在間隙，當滾珠絲杠反向旋轉時，

24、螺母不會立即反向，存在死區，影響絲杠的傳動精度。因此需要對滾珠絲杠螺母副進行消除間隙，并施加預緊力。第三章 典型部件設計第一節 主軸部件設計主軸部件，作為機床的執行件，它的功能是支承并帶動工件或刀具旋轉進行切削，承受切削力和驅動力等載荷，完成表面成形運動。主軸部件由主軸及其支承軸承、傳動件、密封件及定位元件等組成。一、主軸部件應滿足的基本要求1、旋轉精度（主軸的旋轉精度是指裝配后，在無載荷、低速轉動條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和端面圓跳動。）2、剛度（主軸部件的剛度是指其在外加載荷作用下抵抗變形的能力。）3、抗振性（主軸部件的抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。）4、溫升和熱變

25、形（主軸部件運轉時，因各相對運動處的摩擦生熱、切削區的切削熱等是主軸部件的溫度升高，形狀尺寸和位置發生變化，造成主軸部件的所謂熱變形。）5、精度保持性（主軸部件的精度保持性是指長期保持其原始制造精度的能力。）二、主軸的傳動方式主軸的傳動方式主要有 齒輪傳動 、 帶傳動 和 電動機直接驅動 。三、主軸部件結構設計（一）推力軸承位置配置形式 （詳細見P145）（1）前端配置（兩個方向的推力軸承都布置在前支承處。）特點：在前支承處軸承較多，結構較復雜，溫升較高；主軸受熱變形，向后伸長，不影響軸向精度，精度高。有利于提高主軸部件的剛度。適用范圍：對軸向精度和剛度要求較高的高速、精密機床主軸（如精密車床

26、、鏜床、坐標鏜床等）及對抗振性要求較高的普通機床主軸（如臥式車床、多刀車床、銑床等）。（2）后端配置（兩個方向的推力軸承都布置在后支承處。）特點：前支承的結構簡單、溫升較小；主軸受熱向前伸長，影響主軸的軸向精度；剛度及抗振性較差。 適用范圍：不宜用于精密、抗振性要求高的機床，可用于要求不高的中速、普通精度機床的主軸（臥式車床、多刀車床、立式銑床等）。 （3）兩端配置 （兩個方向的推力軸承分別布置在前后支承處。）特點：支承結構簡單，間隙調整方便；主軸受熱伸長會改變軸承間隙，影響軸承的旋轉精度及壽命；剛度和抗振性較差。適用范圍：軸向間隙變化不影響正常工作的機床主軸，如鉆床。支距短的機床主軸，如組合

27、機床。有自動補償軸向間隙裝置的機床主軸。（4）中間配置 （兩個方向的推力軸承配置在前支承的后側。）特點：這類配置方案可減少主軸的懸伸量，并是主軸受熱后向后伸長。但前支承結構較復雜，溫升也可能較高。（二）主軸傳動件位置的合理布置傳動件在主軸軸向位置的合理布局 ：合理布置傳動件在主軸上的位置，可以改善主軸的受力情況，減少主軸變形，提高主軸的抗振性。合理布局的原則是：傳動力引起的主軸彎曲變形要小，引起主軸前軸端在影響加工精度敏感方向上的位移要小。因此，主軸上傳動件布置時，應盡量靠近前支承，有多個傳動件時，其中最大傳動件應靠近前支承。（三）主軸主要結構參數的確定（1）主軸前端懸伸量a的確定 主要取決于

28、主軸端部的結構、前支承軸承配置和密封裝置的形式和尺寸，由結構設計確定。由于前端懸伸量對主軸部件的剛度、抗振性的影響很大，因此在滿足結構要求的前提下，應盡量縮短該懸伸量。（2）主軸主要支承間跨距L的確定 當支承跨距L實際 L合理 時，應提高軸承的強度。當支承跨距L實際 L合理 時，應提高軸的剛度。四、主軸滾動軸承（詳細見P149）（一）主軸部件主支承常用滾動軸承（1）角接觸球軸承 （2）雙列短圓柱滾子軸承（3）圓錐滾子軸承（4）推力軸承（二）滾動軸承精度等級的選擇原則是“前高后低”。前軸承的精度比后軸承對主軸部件的旋轉精度影響較大。因此，選取軸承精度時，前軸承的精度要比后軸承精度高一級。（三）主

29、軸滾動軸承的預緊預緊是提高主軸部件的旋轉精度、剛度和抗振性的重要手段。預緊就是采用預加載荷的方法消除軸承間隙，而且有一定的過盈量，使滾動體和內外圈接觸部分產生預變形，增加接觸面積，提高支承剛度和抗振性。滾動軸承間隙的預緊方法：徑向預緊軸承間隙（雙列圓柱滾子軸承）一是用螺母軸向移動軸承的內圈，1：12的錐度預緊。二是用調整環的長度實現預緊，采用過盈套進行軸向固定。軸向預緊軸承的間隙（角接觸軸承）是用螺母使內、外圈產生軸向錯位來實現徑向和軸向預緊。 （四）滾動軸承的潤滑和密封（1）主要采用潤滑脂或潤滑油來潤滑。1）、脂潤滑 適用于軸承的速度、溫度較低且不需要冷卻的場合。如果密封效果好，能夠避免潤滑

30、油、冷卻液及其他雜質混入潤滑脂中，則軸承中的潤滑脂可長期使用，拆修前不需要補充或更換。潤滑脂不要把軸承空間填滿，以免發熱過高，并引起潤滑脂熔化外流，通常充填量約為軸承空間的1/3。2）、油潤滑 適用于速度、溫升較高的軸承，由于粘度低、摩擦系數小，潤滑及冷卻效果都較好。潤滑油的粘度通常根據軸承的速度參數選擇。 （2）主軸滾動軸承密封 作用：防止切削液、切屑、雜質等進入軸承，并使潤滑劑無泄漏地保持在軸承內，保證軸承的使用性能和壽命。類型：主要有接觸式密封和非接觸式密封兩大類。接觸式密封的特點是：密封性好，散熱性差，安裝方便。非接觸式密封的特點是：散熱性好，密封性不是很好。五、主軸滑動軸承液體靜壓軸

31、承系統由一套專用供油系統、節流閥和軸承三部分組成。優點：承載能力高，旋轉精度高，油膜有均化誤差的作用，可提高加工精度，抗振性好，運轉平穩，既能在極低轉速下工作也能在極高轉速下工作，摩擦小，軸承壽命長。缺點：需要一套專用供油設備，軸承制造工藝復雜、成本較高。第二節 支承件設計一、支承件的功能和應滿足的基本要求（一）支承件的功能機床的支承件是指床身、立柱、橫梁、底座等大件，相互固定連接成機床的基礎和框架。主要功能是保證機床各零部件之間的相互位置和相對運動精度，并保證機床有足夠的靜剛度、抗振性、熱穩定性和耐用度。（二）支承件應滿足的基本要求應具有足夠的剛度和較高的剛度-質量比。應具有較好的動態特性，

32、包括較大的位移阻抗（動剛度）和阻尼。熱穩定性好，熱變形對機床加工精度的影響較小。排屑暢通、吊運安全，并具有良好的結構工藝性。二、支承件的結構設計（一）支承件的截面形狀和選擇支承件結構的合理設計是在最小質量條件下，具有最大靜剛度。無論圓形、正方形還是矩形，空心截面的剛度都比實心的大；而且同樣的截面形狀和相同大小的面積，外形尺寸大而壁薄截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高。所以為提高支承件剛度，支承件的截面應是中控形狀，盡可能加大截面尺寸，在工藝可能的前提下壁厚盡量薄一些。當然壁厚不能太薄，以免出現薄壁振動。圓（環）形截面的抗扭剛度比正方形好，而抗彎剛度比正方形差。因此，以承受彎

33、矩為主的支承件的截面形狀應取矩形，并以其高度方向為受彎方向；以承受扭矩為主的支承件的截面形狀應取圓（環）形。封閉截面的剛度遠遠大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度。設計時應盡量把支承件的截面做成封閉形狀。但是為了排屑和在床身內安裝一些機構的需要，有時不能做成全封閉形狀。（二）支承件肋板和肋條的布置肋板的布置取決于支承件的受力變形方向。一般將肋條配置于支承件某一內壁上，主要為了減少局部變形和薄壁振動，用來提高支承件的局部剛度。三、支承件的材料（詳細見P166）（一）鑄鐵 鑄造支承件要進行時效處理，以消除內應力。鑄鐵鑄造性能好，阻尼系數大，振動衰減的性能好，成本低，適于成批生產。（二）鋼板焊接結構用

34、鋼板和型鋼等焊接支承件，其優點：制造周期短；支承件可制成封閉結構，剛性好；便于產品更新和結構改進。缺點：抗振性較鑄鐵差。（三）預應力鋼筋混凝土抗振性好，成本低。（四）天然花崗巖優點：性能穩定，精度保持性好，抗振性好，熱穩定性好，抗氧化性強，不導電，抗磁，與金屬不粘結，加工方便。缺點：抗沖擊性能差，脆性大，油和水等液體易滲入晶界中，使表面局部變形脹大，難于制作復雜的零件。（五）樹脂混凝土優點：剛度高；抗振性好；熱穩定性高；有良好的幾何形狀精度；耐水、耐化學腐蝕和耐熱特性。缺點：某些力學性能差，但可以預埋金屬或添加加強纖維。四、提高支承件結構性能的措施（一）提高支承件的靜剛度和固有頻率提高支承件的

35、靜剛度和固有頻率的主要方法是：合理地選擇支承件的材料、截面形狀、尺寸和壁厚；合理地布置肋板和肋條，以提高結構整體和局部的抗彎剛度和抗扭剛度。（二）提高動態特性（1）改善阻尼特性（2）采用新材料制造支承件（如樹脂混凝土材料）第三節 導軌設計一、導軌的功用和應滿足的基本要求（一）導軌的功用和分類導軌的功用是 承受載荷 和 導向 。導軌按結構形式分為 開式導軌 和 閉式導軌 。導軌副按導軌面的摩擦性質可分為滑動導軌副和滾動導軌副。滑動導軌副中又可分為普通滑動導軌、靜壓導軌和卸荷導軌等。（二）導軌應滿足的要求導向精度高 承載能力大、剛度好 精度保持性好 低速運動平穩 結構簡單、工藝性好、壽命長、便于加

36、工、裝配、調整和維修、成本低等。二、導軌的截面形狀選擇和導軌間隙的調整（詳細見P173）（一）直線運動導軌的截面形狀（1）矩形導軌 特點：承載能力大，剛度高，加工、維修較方便。但磨損后不能自動補償間隙。必須設置間隙調整裝置。存在側面間隙，需用鑲條調整，導向性差。適用范圍：適用于載荷較大而導向性要求略低的機床。（2）三角形導軌特點：導軌面磨損時，動導軌自動下沉，自動補償磨損量，不會產生間隙。其導向性隨頂角的大小而改變。頂角越小導向性越好，但摩擦力也越大。頂角一般為90度，小于90度可提高導向精度，110120度時可提高承載能力。小頂角用于輕載精密機械；大頂角用于大型或重型機床。（3）燕尾形導軌特

37、點：導軌的高度較小，結構緊湊，間歇調整方便，可以承受較大的顛覆力矩。剛度差，加工、檢驗和維修不方便。適用于受力小、層次多、要求間隙調整方便的部件中（如車床刀架）。（4）圓柱形導軌特點：制造方便，工藝性好。磨損后間隙很難調整和補償。適用范圍：主要用于受軸向負荷的導軌，應用較少。（如拉床、鉆床的主軸和導向套組成的導軌副。）（二）導軌的組合形式機床直線運動導軌通常由兩條導軌組合而成，根據不同要求，機床導軌主要有如下形式的組合：（1）雙三角形導軌優點：不需要鑲條調整間隙，接觸剛度好，導向性和精度保持性好。缺點：工藝性差，加工、檢驗和維修不方便。適用范圍：多用在精度要求較高的機床中，如絲杠車床、導軌磨床

38、、齒輪磨床等。（2）雙矩形導軌優點：承載力大，制造簡單。缺點：側導向面需要用鑲條調整間隙。適用范圍：多用在普通精度機床和重型機床中，如重型車床、組合機床、升降臺銑床等。雙矩形導軌的導向方式有兩種：由兩條導軌的外側導向時，叫做寬式組合。分別由一條導軌的兩側導向時，叫做窄式組合。窄式雙矩形導軌的導向性比寬式雙矩形導軌好。（3）矩形和三角形導軌的組合特點:這類組合的導向性好，剛度高，制造方便，應用最廣。如車床、磨床、龍門銑床的床身導軌。（4）矩形和燕尾形導軌的組合特點：能承載較大力矩，調整方便，多用在橫梁、立柱、搖臂導軌中。（三）導軌間隙的調整間隙過大，將影響運動精度和平穩性；間隙過小，運動阻力大，

39、導軌磨損加快。因此必須保證導軌具有合理間隙，磨損后又能方便地調整。導軌間隙常用 壓板 和 鑲條 來調整。（1）壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。（2）鑲條用來調整矩形導軌和燕尾形導軌側向間隙。鑲條應放在導軌受力較小一側。常用的有平鑲條和斜鑲條兩種。第四章 工業機器人設計第一節 概述一、工業機器人的定義和工作原理（詳細見P218）（一）機器人的定義工業機器人是一種自動化生產設備。用于生產的機器人。可以廣義的把機器人理解為模仿人的機器。我國國家標準將工業機器人定義為：是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或夾持工具，用以完成各種作業。（二）工業機器人的基

40、本工作原理工業機器人是一種生產裝備，其基本功能是提供作業所須得運動和動力，其基本原理是通過操作機上各運動構件的運動，自動地實現手部作業的動作功能及技術要求。工業機器人與機床的異同：同：二者的末端執行器都有位姿變化要求。二者都是通過坐標運動來實現末端執行器的位姿變化要求。異：機床是按直角坐標形式運動為主；機器人是按關節形式運動為主；機床對剛度、精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人對靈活性要求很高，其剛度、精度相對較低。二、工業機器人的構成及分類（一）工業機器人的構成1）操作機 是機器人的機械本體，也稱為主機。通常由末端執行器（又稱手部）、手腕、手臂（又可分為大臂和小臂）及機座（又稱機身或立柱

41、）組成。2）驅動單元 由驅動裝置（工業機器人常用的驅動方式：電動機驅動、液壓、氣壓三種）、減速器和內部檢測元件等組成，為操作機各運動部件提供動力和運動。3）控制裝置 由檢測和控制兩部分組成，用來控制驅動單元，檢測其運動參數并進行反饋。（二）工業機器人的分類(詳細見P221)1）關節型機器人（所謂關節就是運動副，由于關節型機器人的動作呢類似人的關節動作，故將其運動副成關節。）其特點：靈活性好，工作空間范圍大。 剛度和精度較低。2）球坐標型機器人（又稱極坐標型）其特點：靈活性好，工作空間范圍大。 剛度、精度較差。3）圓柱坐標型機器人其特點：靈活性較好，工作空間范圍較大。 剛度、精度較好。4）直角坐

42、標型機器人其特點：靈活性差，工作空間范圍小。 剛度和精度高。三、工業機器人的主要特性表示方法（一）機械結構類型機器人的機械結構類型特征，用它的結構坐標形式和自由度數表示。自由度 是表示工業機器人動作靈活程度的參數，以直線運動和回轉運動的獨立運動數表示。（二）工作空間工作空間指工業機器人正常運行時，手腕參考點能在空間活動的最大范圍，用它來衡量機器人工作范圍能力的大小。機床的工作空間一般為長方體或圓柱體空間；而機器人的工作空間形狀復雜。四、工業機器人的設計方法（一）基本技術參數的選擇1）用途，如搬運等。2）額定負載 （即指在機器人規定的性能范圍內，機械借口出所能負載的允許值。）3）按作業要求確定工

43、作空間，同時考慮作業對象對機器人末端執行器的位置和姿態要求。4）額定速度 （指工業機器人在額定負載、勻速運動過程中，機械接口中心的最大速度。）5）驅動方式的選擇6）性能指標 一般指位姿準確度及位姿重復性、軌跡準確度及軌跡重復性、最小定位時間及分辨率等。性能指標應按作業要求確定。第二節 工業機器人運動功能設計一、工業機器人的位姿描述工業機器人的位姿是指其末端執行器在制定坐標系中的位置和姿態。（一）作業功能姿態描述法所謂用作業動作功能要求來描述機器人位姿，就是直接用末端執行器和機座之間的齊次坐標變換來描述。（二）工業機器人的軌跡解析正運動解析：知道各關節運動量來求執行元件的軌跡。優點：結果直觀，修

44、改方便。 缺點：工作量大，操作難度大。逆運動解析：由機器人的末端執行器的位姿求關節運動量。優點：結果不是唯一的，簡單易行。 缺點：成本高，生命周期短。第三節 工業機器人傳動系統設計一、工業機器人的傳動系統設計（一）諧波齒輪減速裝置1、工作原理諧波齒輪傳動裝置是由三個基本構件組成的，即具有內齒的 剛輪G ，具有外齒容易變形的薄壁圓筒狀 柔輪R 和 諧波發生器H ，如右圖。2、傳動比計算1）波發生器主動、剛輪固定、柔輪從動時，波發生器與柔輪的減速傳動比：2）波發生器主動、柔輪固定、剛輪從動時，波發生器和剛輪的減速傳動比：3、諧波減速器在機器人中的應用 諧波減速器的特點：優點：傳動比大、承載能力強、

45、傳動精度高、傳動平穩、效率高、體積小、質量輕。缺點：傳動功率小、成本高、制作復雜。第四節 工業機器人的機械結構系統設計工業機器人機械結構系統由機座、手臂、手腕、末端執行器和移動裝置組成。一、工業機器人的手腕手腕是連接手臂和末端執行器的部件，其功能是通過機械接口連接并支承末端執行器，在手臂和機座實現了末端執行器在作業空間的三個位置坐標（自由度）的基礎上，再由手腕來實現末端執行器在作業空間的三個姿態（方位）坐標，即實現三個旋轉自由度。（一）設計要求對工業機器人手腕設計的要求有：應力求手腕部件的結構緊湊，減小其質量和體積。為此腕部機構的驅動裝置多采用分離傳動，將驅動器安裝在手臂的后端。手腕的自由度愈

46、多，其動作的靈活性愈高，會使手腕結構復雜，運動控制加度加大。通用目的機器手手腕多配置三個自由度，因此，設計時根據作業實際需要，可減少其自由度數，甚至可以不設置手腕，以簡化結構。為提高手腕動作的精確性，應提高傳動的剛度，應盡量減少機械傳動系統中由于間隙產生的反轉回差。對手腕回轉各關節軸上要設置限位開關和機械檔塊，以防止關節超限造成事故。第五章 機床夾具設計第一節 機床夾具的功能和應滿足的要求一、機床夾具的功能保證加工精度一是工件通過夾具上的定位元件獲得正確的位置，稱為定位。二是通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保證不變，稱為夾緊。提高生產率使用夾具來安裝工件，可減少劃線、找正、對刀等輔助時

47、間，采用多件、多工位夾具，以及氣動、液壓動力夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產率。擴大機床的使用范圍有些機床夾具實質上是對機床進行了部分改造，擴大了原有機床的功能和使用范圍。減輕工人的勞動強度，保證生產安全。二、機床夾具應滿足的要求保證加工精度。（這是必須做到的基本要求。其關鍵是正確的定位、夾緊和導向方案，夾具制造的技術要求，定位誤差的分析和驗證。）夾具的總體方案應與年生產綱領相適應。安全、方便、減輕勞動強度。排泄順暢。機床夾具應有良好的強度、剛度和結構工藝性。第二節 機床夾具的類型和組成一、機床夾具的類型（詳細見P272）（1）通用夾具（通用性強，一般不需調整就可適應多種工件的安裝加

48、工，在單件小批量生產中廣泛應用。）（2）專用夾具（用于某一特定工序的夾具，稱為專用夾具。廣泛用于成批和大批量生產中。）（3）可調整夾具和成組夾具（可調整夾具在結構上可分為基礎部分和可調整部分兩大部分。特點是具有一定的可調性，或稱“柔性”。用于多品種、中小批量生產中。）（4）組合夾具（它是由一系列的標準化元件組裝而成，標準元件有不同的形狀，尺寸和功能，其配合部分有良好的互換性和耐磨性。它特別適合單件小批生產中位置精度要求較高的工件的加工。）（5）隨行夾具（這是一類在自動線和柔性制造系統中使用的夾具。）二、機床夾具的基本組成（1）定位元件及定位裝置（用于確定工件正確位置的元件或裝置。）（2）夾緊元

49、件及夾緊裝置（用于固定工件已獲得的正確位置的元件或裝置。）（3）導向及對刀元件（用于確定工件與刀具相互位置的元件。）（4）動力裝置（5）夾具體（6）其他元件及裝置第三節 機床夾具定位機構的設計一、工件定位（詳細見P277）（一）六點定位原理 采用六個一定規則布置的約束點，限制工件的六個自由度，使工件實現完全定位。（二）完全定位和不完全定位 根據工件加工表面的位置要求，需要將工件的六個自由度全部限制，稱之為完全定位。有時需要限制的自由度少于六個，稱之為不完全約束。（三）定位的正常情況與非正常情況根據加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，就稱為定位的正常情況，它可以是完全定位，也可以

50、是不完全定位。（1）根據加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度沒有完全被限制，稱之為欠定位。（2）根據加工表面的位置尺寸要求，某自由度被兩個或兩個以上的約束重復限制，稱之為過定位。（3）欠定位，不能保證位置精度，在加工中絕對不允許的。（4）過定位在以下兩種特殊場合中是允許的。一是工件剛度很差，在夾緊力、切削力作用下會產生變形，此時過定位只是提高工件某部位的剛度，減小變形。二是工件的定位表面和定位元件在尺寸、形狀、位置精度已很高時，過定位有利于提高剛度。二、典型的定位方式、定位元件及裝置（詳細見P280）（一）平面定位 對于箱體、床身、機座、支架類零件的加工，最常用的定位方式是以平面為基準。1

51、、支承釘和支承板 也稱為固定支撐。2、可調支承和自位支承3、輔助支承（主要作用是用于增加工件的剛度，減小切削變形。）（二）孔定位常用定位元件是各種心軸和定位銷。（三）外圓定位工件以外圓柱表面定位有兩種形式，一種是定心定位，另一種是支承定位（V型塊定位）。三、定位誤差的分析與計算（一）定位誤差定位誤差指工序基準在加工方向上的最大位置變動量所引起的加工誤差。（二）產生定位誤差的原因（詳細見P289）1、定位基準不重合誤差（1） 平面定位情形（2） V型塊定位（120V形塊定位精度高，但穩定性差。60V形塊定位精度低，但穩定性高。90V形塊定位精度和穩定性居中，應用最多。）2、位移誤差第四節 機床夾

52、具夾緊機構的設計一、夾緊機構設計應滿足的要求設計夾緊機構應遵循的主要原則是：夾緊必須保證定位準確可靠，而不能破壞定位。工件和夾具的變形必須在允許的范圍內。夾緊機構必須可靠。夾緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習慣。夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產綱領和工廠的條件相適應。二、夾緊力的確定夾緊力包括方向、作用點和大小三個要素。三、常用夾緊機構斜楔夾緊機構 螺旋夾緊機構 偏心夾緊機構第五節 機床夾具的其它裝置一、孔加工刀具的導向裝置（一）鉆孔的導向裝置 鉆床夾具中鉆頭的導向采用鉆套，鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套四種。（二）鏜孔的導向第七章 機械加工生產線總體設計第一節 概述一、機械加工生產線定義及其基本組成在機械產品生產過程中，為保證產品質量、提高生產率和降低成本，往往把加工裝備按照加工工藝順序依次排列，并用一些傳送裝備與輔助裝備將它們連接成一個整體，使之能夠完成工件的指定加工過