第三章典型部件設計主軸部件應滿足那些根本要求？答：主軸部件應滿足的根本要求有旋轉精度、剛度、抗振性、溫升熱變形和精度保持性等。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軸向跳動。旋轉精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和調整精度。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，通常以主軸前端產生單位位移的彈性變形時，在位移方向上所施加的作用力來定義，主軸部件的剛度是綜合剛度，它是主軸、軸承等剛度的綜合反映。主軸部件的抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。主軸部件的振動會直接影響工件的外表加工質量，刀具的使用壽命，產生噪聲。主軸部件的精度保持性是指長期地保持其原始制造精度的能力，必須提高其耐磨性。主軸軸向定位方式有那幾種？各有什麼特點？適用場合答：〔1〕前端配置兩個方向的推力軸承都分布在前支撐處；特點：在前支撐處軸承較多，發熱大，升溫高；但主軸承受熱后向后伸，不影響軸向精度；適用場合：用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數控機床。〔2〕后端配置兩個方向的推力軸承都布置在后支撐處；特點：發熱小、溫度低，主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度；適用范圍：用于普通精度機床、立銑、多刀車床。〔3〕兩端配置兩個方向的推力軸承分別布置在前后兩個支撐處；特點：這類配置方案當主軸受熱伸長后，影響軸承的軸向間隙，為防止松動，可用彈簧消除間隙和補償熱膨脹；適用范圍：用于短主軸，如組合機床。〔4〕中間配置兩個方向的推力軸承配置在前支撐后側；特點：此方案可減少主軸的懸伸量，使主軸熱膨脹后向后伸長，但前支撐結構復雜，溫升可能較高。試述主軸靜壓軸承的工作原理答：主軸靜壓軸承一般都是使用液體靜壓軸承，液體靜壓軸承系統由一套專用供油系統、節流器和軸承三局部組成。靜壓軸承由供油系統供應一定壓力油，輸進軸和軸承間隙中，利用油的靜壓壓力支撐載荷、軸頸始終浮在壓力油中。所以，軸承油膜壓強與主軸轉速無關，承載能力不隨轉速而變化。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下優點：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。定壓式靜壓軸承的工作原理如以下圖所示，在軸承的內圓柱孔上，開有四個對稱的油腔1~4。油腔之間由軸向回油槽隔開，油腔四周有封油面，封油面的軸向寬度為a，軸向寬度為b。液壓泵輸出的油壓為定值P的油液，分別流經節流器T1、T2、T3和T4進入各個油腔。節流器的作用是使各個油腔的壓力隨外載荷的變化自動調節，從而平衡外載荷。當無外載荷作用〔不考慮自重〕時，各油腔的油壓相等，即p1=p2=p3=p4，保持平衡，軸在正中央，各油腔封面與軸頸的間隙相等，即h=h1=h2=h3=h4，間隙液阻也相等。當有外載荷F向下作用時，軸頸失去平衡，沿載荷方向偏移一個微小位移e，油腔3間隙減小，即h3=h-e，間隙液阻增大，流量減小，分流器T3的壓力降減小，因供油壓力P是定值，故油腔壓力P3隨之增大。同理，上油腔1間隙增大，即h1=h+e，間隙液阻減小，流量增大。節流器T1的壓力降增大，油腔壓力P1隨之減小。兩者的壓力差Δp=p3-p1，壓力差將主軸推回中心以平衡外載荷F。試分析圖3－114中，所示三種主軸軸承的配置型式的特點和適用場合。答：〔1〕46000為圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承承受軸向負荷的能力取決于接觸角，即外圈滾道角度，角度越大，軸向負荷能力也越大；3182100是雙列向心圓柱滾子軸承，這種軸承承載能力大，摩擦系數小，溫升低，但不能承受軸向力。這種配置方式主要在后面的軸承承受軸向力，因此相當于后端配置，這種配置的特點是發熱小、溫度低，主軸受熱后向前伸長，影響軸向精度；適用范圍是用于普通精度機床、立銑、多刀車床。這種配置方式主要在前段的軸承承受軸向力，因此這種軸承配置相當于前端配置；這種配置的特點是在前支撐處軸承較多，發熱大，升溫高；但主軸承受熱后向后伸，不影響軸向精度；適用場合是用于軸向精度和剛度要求較高的高精度機床或數控機床。2268000是雙向推力向心球軸承，因此這種配置相當于中間配置，這種配置的特點是兩個方向的推力軸承配置在前支撐后側，此方案可減少主軸的懸伸量，使主軸熱膨脹后向后伸長，但前支撐結構復雜，溫升可能較高。5.按圖3－115中的主軸部件，分析軸向力如何傳遞？間隙如何調整？答：軸向力傳遞如以下圖所示調整主軸上的后螺母可消除后止推軸承的軸向間隙和角接觸球軸承的徑向和軸向間隙；調整主軸上的前螺母可消除前部雙列向心圓柱滾子軸承的徑向間隙，繼續調整主軸上的后螺母，將主軸向后拉可消除前部止推軸承的軸向間隙。6.試檢查圖3－116所示主軸部件中有否錯誤；如有，請指出錯在那里？應怎樣改正？用另畫的正確簡圖表示出來。答：有多處錯誤，主軸前端的雙列向心圓柱滾子軸承間隙不能調整；大齒輪應靠主軸前支承，主軸上有軸向力不能用彈性檔圈定位，應改為螺母定位鎖緊；中間支承應用向心球軸承或圓柱滾子軸承；主軸后支承兩個圓錐滾子軸承應大口朝外；沒有考慮密封和潤滑。試設計一主軸部件，前支承用兩個圓錐滾子軸承承受徑向力和雙向軸向力，后支承用一個雙列圓柱滾子軸承，畫出前后支承局部的結構簡圖。在支承件設計中，支承件應滿足那哪些根本要求？答：支撐件應滿足的以下要求：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，包括較大的位移阻抗〔動剛度〕和阻尼；整機的低階頻率較高，各階頻率不致引起結構共振；不會因薄壁振動而產生噪聲。熱穩定性好，熱變形對機床加工精度的影響較小。排屑暢通、吊運平安，并具有良好的結構工藝性。9.支承件常用的材料有哪些？有什麼特點？答：支承件常用的材料有鑄鐵、鋼板和型鋼、大然花崗巖、預應力鋼筋混凝土、樹脂混凝土等。〔1〕鑄鐵鑄鐵鑄造性能好、容易獲得復雜結構的支承件，同時鑄鐵的內摩擦力人，阻尼系數大，使振動衰減的件能好，本錢低。但鑄件需要木模芯盒，制造周期長，有時產生縮孔、氣泡等缺陷，本錢高，適于成批生產。鑄造支承件要進行時效處理，以消除內應力。〔2〕鋼板焊接結構用鋼板和型鋼等焊接支承件，其特點是制造周期短，省去制作木模和鑄造工藝：支承件可制成封閉結構，剛性好；便于產品更新和結構改良；鋼板焊接支承件固有頻率比鑄鐵高，在剛度要求相同情況下，采用鋼焊接支承件可比鑄鐵支承件壁厚減少一半，重量減輕20％?30％。鋼板焊唼結構的缺點是鋼板材料內摩檫阻尼約為鑄鐵的1/3，抗振性較鑄鐵差，為提高機床抗振性能，可采用提高阻尼的方法來改善動態性能。(3〕預應力鋼筋混凝土預應力鋼筋混凝土主要用于制作不常移動的大型機械的機身、底座、立注等支承件，預應力鋼筋混凝土支承件的剛度和阻尼比鑄鐵大幾倍，抗振性好，本錢較低。用鋼筋混凝土制成支承件時，鋼筋的配置對支承件影響較大。一般三個方向都要配置鋼筋、總預拉力為120?150KN。缺點是脆性大，耐腐蝕性差，油滲入導致材質疏松，所以外表芘進行噴漆或噴涂塑料。(4〕天然花崗巖天然花崗巖性能穩定，精度保持性好，抗振性好、阻尼系數比鋼大15倍，耐磨性比鑄鐵高5?6倍，導熱系數和線脹系數小，熱穩定性好，抗氧化性強，不導電，抗磁，與金屬不粘合，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的靖度和外表粗糙度。(5〕樹脂混凝土樹脂混凝土特點是：剛度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比為灰鑄鐵的8?10倍，抗振性好；熱容量大，熱傳導率低，導熱系數只為鑄鐵的1/25?1/40，熱穩定性高，其構件熱變形小；比重為鑄鐵的1/3，質量輕；可獲得良好的幾何形狀精度，外表精糙度也較低；對切削油、潤滑劑、冷卻液有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強，可根據不同的結構要求，預埋金屬件，使機械加工量減少，降低本錢；澆注時無大氣污染；生產周期短，工藝流程短；澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身提高16％?40％。總之它具有剛度高、抗振性好、耐水、耐化學腐蝕和耐熱特性。缺點是某些力學性能低，但可以預埋金屬或添加加強纖維。對于高速、高效、髙精度加工機床具有廣泛的應用前景。10.根據什麼原那么選擇支承件的截面形狀，如何布置支承件上的筋板和筋條？答：支承件的截面形狀的選擇原那么主要有以下幾個方面：1〕無論是方形、圓形或矩形，空心截面的剛度都比實心的大，而且同樣的斷面形狀和相同大小的面積，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空形狀，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。2〕圓〔環〕形截面的抗扭剛度比方形好，面抗彎剛度比方形低。因此，以承受彎矩為主的支承件的截面形狀應取矩形，并以其髙度方向為受彎方向；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。設計時應盡可能把支承件的截面作成封閉形狀。但是為了排屑和在床身內安裝一些機構的需要，有時不能作成全封閉形狀。筋板是指聯接支承件四周外壁的內板，它能使支承件外壁的局部載荷傳遞給其它壁板，從而使整個支承件承受載荷，加強支承件的自身和整體剛度筋板的布置取決于支承件的受力變形方向，其中，水平市置的筋板有助于提高支承件水平面內彎曲剛度；垂直放置的筋板有助于提高支承件垂直面內的彎曲剛度；而斜向筋板能同時提高支承件的抗彎和抗扭剛度。筋條配置于支承件某一內壁上，主要為了減小局部變形和薄壁振動，用來提高支承件的局部剛度。筋條可以縱向、橫向和斜向，常常布置成交叉排列，如井字形、米字形等。必須使肋條位于壁板的彎曲平面內，才能有效地烕少壁板的彎曲變形。筋條厚度一般是床身壁厚的3.7?0.8倍。11提高支承件結構剛度和動態性能有哪些措施？答：(1〕提高支承件的靜剛度的主要方法有根據支承件受力情況合理地選擇支承件的材料、截面形狀和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和筋條，以提髙結構整體和局部的彎曲剛度和扭轉剛度。〔2〕提高動態特性的方法主要有改善阻尼特性，對于鑄鐵支承件，鑄件內砂芯不去除，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼樹料，可以起到減振作用。對于焊接支承件、除了可以在內腔中填充混凝土減振外，還可以充分利用接合面間的摩擦阻尼來減小振動。即兩焊接件之間留有貼合而未焊死的外表，在振動過程中，兩貼合面之間產生的相對摩擦起阻尼作用，使振動減小。間斷焊縫雖使靜剛度有所下降，但阻尼比大為增加，使動剛度大幅度增大。在支承件外表采用阻尼涂層，能獲得較卨的阻尼比，既提高了抗振性，又提髙了機床對噪聲輻射的吸收能力。采用新材料制造支承件如樹脂混凝土材料它具有剛性高、抗振性好、熱變形小、耐化學腐濁的特點，可以使動剛度提高幾倍。12.導軌設計中應滿足那些要求？答：異軌應滿足精度高、承載能力大、剛度好、摩擦阻力小、運動平穩、精度保持性好、壽命長、結構簡單、工藝性好、便于加工、裝配、調整和維修、本錢低等要求。下面的五個要求允為突出：〔1〕導向精度導向精度是導軌副在空載荷或切削條件下運動時，實際運動軌跡與給定運動軌跡之間的偏差。影響導向精度的因素很多，如導軌的幾何精度和接觸精度，導軌的結構型式，導軌和支承件的剛度，導軌的油膜厚度和油膜剛度，導軌和支承件的熱變形等等。(2)承載能力大、剛度好根據導軌承受載荷的性質、方向和大小，合理地選擇導軌的截面形狀和尺寸，使導軌具有足夠的剛度，保證機床的加工精度。〔3〕精度保持性好精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨料(或磨粒〕磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導軌材料、載荷狀況、摩擦性質、工藝方法、潤滑和防護條件等。〔4〕低速運動平穩當動導軌作低速運動或微量進給時，應保證運動始終平穩，不出現爬行現象。影響低速運動平穩性的因素有導軌的結構形式、潤滑情況、導軌摩擦面的靜、動摩擦系數的差值，以及傳動導軌運動的傳動系剛度，(5)結構簡單、1：藝性好導軌要求結構簡單，易于加工。13.鑲條和壓板有什麼作用？答：導軌間隙常用壓板、鑲條來調整。壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。壓板用螺釘固定在運動部件上，用配刮、墊片來調整間隙。鑲條用來調整矩形導軌和燕尾形導軌的側向間隙，鑲條應放在導軌受力較小側，常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。14.導軌的卸荷方式有那幾種？各有什麼特點？答：卸荷導軌用來降低導軌面的壓力，減少摩擦阻力，從而提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩性，尤其是對大型、重型機床來說，工作臺和工件的質鷥很大，導軌面上的摩擦阻力很大，常采用卸荷導軌.導軌的卸荷方式有機械卸荷、液壓卸荷和氣壓卸荷。1.機械卸荷以下圖是常用的機械卸荷裝置.導軌上的一局部載荷由支承在輔助導軌面a上的滾動軸承3承受。卸荷力的大小通過螺釘1和碟形彈簧2調節。卸荷點的數目由動導軌上的載荷和卸荷系數決定。特點：機械卸荷方式的卸荷力不能隨外載荷的變化而調節。2.液壓卸荷導軌將高壓油壓入工作臺導軌上的一串縱向油槽，產生向上的浮力，分擔工作臺的局部外載，起到卸荷的作用。如果工作臺上工件的質量變化較大，可采用類似靜壓導軌的節流器調整卸荷壓力，如工作臺全長上受載不均勻，可用節流器調整各段導軌的卸荷壓力，以保證導軌全長保持均勻的接觸壓力。帶節流器的液壓卸荷導軌與靜壓導軌不同之處是后者的上浮力足以將工作臺全部浮起，形成純流體摩擦；而前者的上浮力缺乏以將工作臺全部浮起，但由于介質的粘度較高，由動壓效應產生的干擾較大，難以保持摩擦力根本恒定。3.自動調節氣壓卸荷導軌氣壓卸荷導軌的根本原理如下圖。壓縮空氣進入工作臺的氣嚢，經導軌面間由表而粗糙度而形成的微小溝槽流人大氣，導軌間的氣壓呈悌形分布，形成一個氣墊，產生的上浮力對導軌進行卸荷。氣墊的數量根據工作臺的長度和剛度而定，長度較短或剛度較高時，氣墊數暈可取少些，每個導軌面至少應有兩個氣墊。氣壓卸荷導軌以壓縮空氣作為介質，無污染，無回收問題；且粘度低，動壓效應影響小，但由于氣體的可壓縮性，氣體靜壓導軌的剛度不如液體靜壓導軌。為了兼顧精度和阻尼的要求應使摩擦力根本保持恒定，即卸荷應力應隨外載荷變化能自動調節出現了自動調節氣壓卸荷導軌，也稱半氣浮導軌。自動調節氣壓卸荷導軌具有自動調節卸荷導軌系統的剛度K1，比無卸荷時的接觸剛度K提高了。當外載荷有較大變化時，導軌間的接觸力和摩擦力只有微小變化，保證運動平穩、不爬行。15.提高導軌耐磨性有那些措施？答：1〕合理選擇導軌的材料和熱處理2〕導軌的預緊3〕導軌的良好潤滑和可靠防護4〕爭取無磨損、少磨損、均勻磨損，磨損后能補償數控機床的刀架和臥式車床的刀架有什麼不同？為什麼？答：刀架是機床的重要組成局部，用于加持切削用的刀具，臥式車床刀架只能裝四把刀，加上尾架也最多裝五把刀。而有些零件加工外表很多，需要更多的刀具才能完成，因而出現了轉塔刀具。總體來說臥式車床刀架自動化程度不高，大局部都需要人工轉動刀架進行換刀。數控機床是一種高度自動化的機床，它的刀架一般都采用自動〔電氣或液壓〕轉位方式。數控車床刀架大體分為排刀式刀架和轉塔式刀架兩大類。數控機床的刀架和臥式車床的刀架的不同是由兩者完全不同的自動化程度造成的。機床刀架自動換刀裝置應滿足什麼要求？答：⑴滿足工藝過程所提出的要求。機床依靠刀具和工件間相對運動形成工件外表，而工件的外表形狀和外表位置的不同，要求刀架和刀庫上能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件外表，為了實現在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架、刀庫可以方便地轉位。⑵在刀架、刀庫上要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具時還應能精確地調整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應能保證刀具交換前后都能處于正:確位置。以保證刀具和工件間準確的相對位置。刀架的運動精度將直接反映到被加工工件的幾何形狀精度和表而粗糙度上，為此，刀架的運動軌跡必須準確，運動應平穩，刀架運轉的終點到垮應準確、并且這種精度保持件要好，以便長期保持刀具的正確位置。⑶刀架、刀庫、換刀機械手都應具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動轉換過程中方向變換較復雜，而且有些刀架還直接承受切削力，考慮到采用新型刀具材料和先進的切削用量，所以刀架刀庫和換刀機械手都必須具有足夠的剛度.以使切削過程和換刀過程平穩。⑷可靠性高。由于刀架和自動換刀裝置在機床丁作過程中，使用次數很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。⑸刀架和自動換刀裝置是為了提高機床自動化而出現的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以利于提高生產率。⑹操作方便和平安。刀架是工人經常操作的機床部件之一，因此它的操作是否方便和平安，往往是評價刀架設計好壞的指標。刀架上應便于工人裝刀和調刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調整刀架的手柄〔或手輪〕要省力，應盡暈設置在便于操作的地方。何謂端面齒盤定位？有何特點？答：端面齒盤定位又稱端齒盤定位，端齒盤定位由兩個相同的端面齒盤相嚙合而成，由于嚙合時各個齒的誤差相互補償，起著誤差均化的作用，定位精度高。齒盤的齒形角一般有2α等于90°和60°兩種。齒盤的齒數z的選擇應根據所要求的分度數以及齒盤外徑D的大小來確定。一般齒盤外徑均在100~800mm之間，且參數z、齒形角α、外徑D、定位基準孔徑d、重合度均已標準化。19.加工中心的自動換刀裝置包括些什麼？答：加工中心的自動換刀裝置包括刀庫和機械手自動換刀裝置。20.加工中心上刀庫的類型有哪些？各有何特點？答：刀庫用于存放刀具，它是自動換刀裝置中的主要部件之一。根據刀庫存放刀具的數目和取刀方式，刀庫可設計成不同類型。刀庫類型有鼓輪式、鏈式、格子箱式、直線刀庫等。以下介紹幾種常見的刀庫形式。直線刀庫，刀具在刀庫中直線排列，結構簡單，存放刀具數量有限〔一般8—12把〕，較少使用。圓盤刀庫。圓盤刀庫少那么6—8把，多那么50—60把有多種形式。特點是制造本錢低。主要部件是