机械制造造装备设计复习资料(1)

机械制造造装备设计复习资料 第一章 机械制造及装备设计方法第一章 机械制造及装备设计方法 1 1 机械制造生产模式的演变历程 机械制造生产模式的演变历程 20 世纪 50 年代前机械制造业推行的是 刚性 生产模式 自动化程度低 在 20 世纪 70 年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降 低成本 从 20 世纪 80 年代起机械制造装备普遍具有 柔性化 自动化 和 精密化 的 特点适应多品种 小批量生产和经常更新品种的需要 进而有制造资源规划 MRP 等 此 外加工现场柔性制造单元 FMC 和柔性制造系统 FMS 控制生产线的可编程序控制器 PLC 等 20 世纪末期 数字化设计与制造的应用也日趋广泛 现代飞速发展的高新技术对制造业的 作用越来越大 产品又由 大批量 生产方式向 中小型 生产甚至是 个性化 生产的 方式转变以满足竞争激烈的市场需求 2 2 智能制造技术 智能制造技术 借助于现代的工具和方法 通过集成传统制造技术 计算机与自动化科 学 信息技术和人工智能等发展了一种新型的制造技术系统即智能制造技术 3 3 智能机床 智能机床 机床能对自己进行监控 可自行分析与众多机床 加工状态 环境有关的信 息及其他因素 然后自行采取应对措施来保证最优化的加工 4 4 智能机床应该具有如下功能的数控机床或加工中心 智能机床应该具有如下功能的数控机床或加工中心 机床能够感知其自身的状态和加工能力 并能够进行自我标定 预测机床在不同的状态 下所能达到的加工精度 将相关信息以标准协议的形式存储在不同额数据库中 以便机床 内部的信息流动 更新和被操作者查询 为使机床在最佳状态下完成加工 机床具有能 够监视和优化自身加工行为的能力 它能够自校准 自诊断 自修复和自调整 发现误差 并补偿误差 它所有的智能组件能够预测出即将出现的故障 以提示机床需要维护和进行 远程诊断 它能够根据加工中和加工后获得的数据来更新机床的应用模型 具有自学习的 能力 它可以根据在加工过程中获得的数据或在线测量的数据 估计最终产品的精度 能够对所加工的工件质量进行评估 5 5 机械制造装备应具备的主要功能 机械制造装备应具备的主要功能 一般的功能要求 柔性化 精密化 自动化 机电一 体化 节材节能 符合工业工程和绿色工程的要求 6 6 机械制造装备应满足的一般功能包括 机械制造装备应满足的一般功能包括 加工精度方面的要求 强度 刚度和抗震性方面 的要求 加工稳定性方面的要求 耐用度方面的要求 技术经济方面的要求 7 7 柔性化 柔性化 即产品结构的柔性化 和功能柔性化 8 8 机电一体化 机电一体化 是指机械技术与微电子 传感检测 信息处理 自动控制和电力电子等技 术 按系统工程和整体优化的方法 有机地组成的最佳技术系统 9 9 机械制造装备的种类 机械制造装备的种类 加工装备 工艺装备 仓促装备和辅助装备 1010 特种加工机床 特种加工机床 安其工作原理分为电加工 超声波加工 激光加工 电子束加工 离子 束加工 水射流加工 1111 产品制造产品制造时所使用的刀具 模具 夹具 量具等工具总称为工艺装备 1212 机械制造装备设计机械制造装备设计可分为创新设计 变形设计和模块化设计三大类型 1313 系列化设计方法系列化设计方法 是在设计某一类产品中 选择功能 结构和尺寸等方面较典型的产品 为基型 以他为基础 运用结构典型化 零部件通用化 标准化的原则 设计出其他尺寸 参数的产品 构成产品基型系列 1414 系列化设计的优点系列化设计的优点 可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求 系列中不同 规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的 可以大大 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 产品有较 高的机构相似性和零部件通用性 因而可以压缩工艺装备的数量和种类 将有助于缩短产 品的研制周期 降低生产成本 零备件的种类少 系列中的产品结构相似 便于产品的维 修 改善售后服务质量 为开展变形设计提供技术基础 1515 系列化设计的缺点系列化设计的缺点 为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求 每个品种规格 的产品都具有一定的通用性 满足一定范围的使用需求 用户只能在系列型谱内有限的品 种规格中选择所需的产品 选到产品 一方面性能参数和功能特性不一定最符合用户要求 另一方面有些功能还可能冗余 1616 模块化设计 模块化设计 为了开发多种不同功能结构 或相同功能结构而性能不同的产品 不必对 每种产品单独进行设计 而是精心设计出一批模块 将这些模块经过不同的组合来构造具 有不同功能结构和性能的多种产品 1717 模块和设计的优点 模块和设计的优点 根据可续技术的发展 便于用新技术设计性能更好的模块 取代原 有的旧模块 提高产品性能 组合出功能更加完善 性能更加先进的组合产品 加快产品 的更新换代 采用模块化设计 只需要更换部分模块 或设计制造个别模块和专用部件 便可快速满足用户提出的特殊订货要求 大大缩短了设计和供货周期 模块化设计方法推 动了整个企业技术 生产 管理和组织体制的改革 模块化系统中大部分部件由模块组成 设备如果发生故障 只需更换有关模块 维护和修理更为方便 对生产影响少 1818 机械制造装备设计评价的内容机械制造装备设计评价的内容 技术经济评价 可靠性评价 人机工程评价 结构工艺 性评价 产品造型评价和标准化评价 第二章 金属切削机床设计第二章 金属切削机床设计 1 1 柔性柔性 机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力 包括空间上的柔性和时间上的柔性 2 2 刚度刚度 机床的刚度是指将过程中 在切削力的作用下 抵抗刀具相对于工件在影响加工 精度方向变形的能力 包括静态刚度 动态刚度 热态刚度 3 3 机床整机综合评价 机床整机综合评价 对所涉及的机床进行整机性能分析和综合评价 可对所设计的机床 进行计算机建模 得到所谓的数字化样机 又称虚拟样机 采用虚拟样机技术对所设计的 机床进行运动学仿真和性能仿真 在实际样机没有试造出来之前对其进行综合评价 可以 大大减少新产品研制的风险 缩短研制周期 提高研制质量 4 4 发生线 发生线 工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的 有四种方法 轨迹法 成形法 相切法和展成法 5 5 机床运动坐标系 机床运动坐标系 沿 X Y Z 坐标轴方向的直线运动仍用 XYZ 表示 绕 XYZ 轴的回转运 动分别用 ABC 表示 平行于 XYZ 轴的辅助轴用 UVW 及 PQR 表示 6 6 机床运动功能式机床运动功能式 运动功能式表示机床运动个数 形式 功能 及排列顺序 是描述机 床运动功能最简洁的表达式 左边写工件 用 W 表示 右边写刀具 用 T 表示 中间写运 动 按运动顺序排列 工件 运动和刀具之间用 分开 下标 p 表示主运动 下标 f 表 示进给运动 下标 a 表示非成形运动 7 7 几何精度 几何精度 是指机床在空载条件下 不在运动或运动速度较低时机床主要独立部件的形 状 相互位置 旋转 和相对运动位移精确程度 8 8 运动精度运动精度 是指机床空载并以工作速度运动时 执行部件的几何位置精度 是机床质量 的一个重要指标 9 9 传动精度 传动精度 是指机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性 1010 定位精度 定位精度 是指机床的定位部件运动到达到规定位置的精度 对于数控机床而言 是指 实际运动到达的位置与指令位置一致的程度 1111 重复定位精度 重复定位精度 是指机床运动部件在相同条件下 用相同的方法重复定位时位置的一致 程度 1212 工作精度 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 机床的工作精度 是各种因素综合影响的结果 包括机床自身的精度 刚度 热变形和刀具 夹具及工件的 刚度及热变形等 1313 精度保持性 精度保持性 在规定工作期间内 保持机床所要求的精度 称之为精度保持性 1414 机床的抗震能力 机床的抗震能力 是指机床在交变载荷作用下抵抗震动的能力 它包括两个方面 抵抗 受迫振动的能力和抵抗自激震动的能力 1515 影响机床震动的原因 影响机床震动的原因 机床的刚度 机床的阻尼特性 机床系统固有频率 1616 热变形热变形 机床在工时受到内部热源和外部热源的影响 时机床的温度高于环境温度 称 之为温升 由于机床各部位温升不同 不同材料的热膨胀是系数不同 机床各部分材料产 生的热膨胀量也就不同 导致机床床身 主轴和刀架等构件产生变形 称之为机床热变形 1717 减少机床热变形影响的措施 减少机床热变形影响的措施 减少热源的发热量 将热源置于易散热的位置 或增加散 热面积和采用强制冷却 是产生的热量尽量的发散出去 采用热管等将温升较高的部位热 量转移至温升较低的部位 以减少机床各部位之间的温差 减少机床热变形 也可以采用 温度自动控制 温度自动补偿及隔热措施改变机床的温度场 减少机床热变形 1818 噪声 噪声 物体震动是声音产生的来源 机床工作时各种振动频率不同 振幅也不同 他们 将产生不同频率和不同强度的声音 这些声音无规律的组合在一起就是噪声 声音的度量 有主观和客观两种方法 Lp20lgp p0 1919 机床噪声的来源 机床噪声的来源 机械噪声 液压噪声 电磁噪声 空气动力噪声 2020 低速运动不平稳性低速运动不平稳性 当运动部件低速运动时 主动件匀速运动 从动件往往会出现明显 的速度不均匀的跳跃式运动 即时走时停或者时快时慢的现象 这种在低速运动是产生的 运动不平稳性成为爬行 2121 为防止爬行 为防止爬行 在设计低速运动部件时应减少静 动摩擦系数之差 提高传动机构刚度和 降低移动件的质量 第三章 典型部件设计第三章 典型部件设计 1 1 主轴部件由主轴主轴部件由主轴及其支撑轴 传动件 密封件及定位元件组成 2 2 旋转精度旋转精度 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端面圆跳动 3 3 主轴传动方式 主轴传动方式 齿轮传动 带传动 电动机直接驱动 4 4 推力轴承位置配置形式 推力轴承位置配置形式 前端配置 后端配置 两端配置 中间配置 5 5 主轴主要结构参数的确定 主轴主要结构参数的确定 主轴前轴直径 D1 的选取 一般按机床类型 主轴传递功率或 最大加工直径选取 主轴内孔直径 d 的确定 很多机床的主轴是空心的 内孔直径与其用 途有关 主轴前端悬伸量 a 主轴前端悬伸量 a 是指主轴前端面到前轴承径向反力作用中 点的距离 主轴主要支承间跨距 L 的确定 6 6 主轴部件主支承常用滚动轴承 主轴部件主支承常用滚动轴承 角接触球轴承 双列短圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 推力轴承 双向推力角接触球轴承 陶瓷滚动轴承 磁浮轴承 7 7 主轴滚动轴承的预紧 主轴滚动轴承的预紧 预紧是提高主轴部件的旋转精度 刚度和抗震性的重要手段 所 谓预紧就是采用预加载荷的方法消除轴向间隙 而且有一定的过盈量 使滚动体和内外圈 接触的部分产生预变形 增加接触面积 提高支撑刚度和抗震性 有轴向和径向两种 8 8 液体静压轴承 液体静压轴承 有一套专用供油系统 节流阀和轴承三部分组成 静压轴承有供油系统 给一定压力油 输进轴和轴承间隙 利用油的静压力支承载荷 轴颈始终浮在压力油中 优点 承载能力高 旋转精度高 油膜有均化误差的作用 可提高加工精度 抗振性好 运转平稳 既能在极低转速下工作也能在及高转速下工作 摩擦小 寿命长 缺点 需要 一套专用供油设备 轴承制造工艺复杂 成本较高 9 9 支承件结构的支承件结构的合理设计应是在最小质量的条件下 具有最大静刚度 静刚度主要包括抗 弯刚度和抗扭刚度 1010 导轨的功用和分类导轨的功用和分类 导轨的功用是承受载荷和导向 它承受安装在导轨上的运动部件的 重力和切削力 导轨按结构形式分为开式导轨和闭式导轨 11 直线运动导轨的截面形状 矩形 三角形 燕尾形和圆柱形 1212 回转运动导轨的截面形状 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 1313 导轨间隙的调整 导轨间隙的调整 导轨面间的间隙对机床工作性能有直接影响 如果间隙过大 将影响 运动精度和平稳性 间隙过小 运动阻力过大 导轨的磨损加快 因此必须保证导轨具有 合理的间隙导轨间隙调整常用压板 镶条来调整 1414 导轨的结构类型 导轨的结构类型 滑动导轨 静压导轨 卸荷导轨 滚动导轨 1515 静压导轨原理静压导轨原理 通常在动导轨面上均匀分布有油腔和封油面 把具有一定压力的液体活 气体介质经节流器送到内腔 是导轨面间流体产生压力将导轨微微抬起 与支撑导轨脱离 接触 浮在压力油膜或汽膜上 静压导轨摩擦系数小 在启动和停止时没有磨损 精度保 持性好 其缺点是 结构复杂 需要一套专门液压或气压设备 维修 调整比较麻烦 1616 机床刀架的功能 机床刀架的功能 机床刀架用于夹持切削用的刀具 时机床的重要部件 许多刀架还直 接参与切削工作 承受极大的切削力 1717 机床刀架的转位机构机床刀架的转位机构 液压驱动的活塞齿条齿轮转位机构 圆柱凸轮步进式转位机构 伺服电动驱动的刀架转位 第四章 工业机器人设计第四章 工业机器人设计 1 1 工业机器人定义工业机器人定义 是一种能自动控制 可重复编程 多功能 多自由度操作机 能搬运 材料 工件 或操持工具 用以完成作业 2 2 工业机器人的构成 工业机器人的构成 操作机 驱动单元 控制装置 3 3 工业机器人分类 工业机器人分类 按机械结构类型分类 关节型机器人 球坐标型机器人 圆柱坐标型 机器人 直角坐标型机器人 按用途和作业类别分类 焊接 冲压 浇注 搬运 装配 喷漆 切削加工 检测 采掘 水下机器人等 4 4 额定负载 额定负载 是指在机器人规定的性能范围内 机械接口处所能承受负载的允许值 5 5 额定速度 额定速度 是指工业机器人在额定负载 匀速运动过程中 机械接口中心的最大速度 6 6 工业机器人的位姿工业机器人的位姿 是指其末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态 7 7 谐波齿轮减速装置工作原理谐波齿轮减速装置工作原理 谐波齿轮传动装置由三个基本构件组成 即具有内齿轮的 钢轮 G 具有外齿容易变形的薄壁圆筒状柔轮 R 和波发生器 H 若 G 为固定件 H 为主动件 R 为从动件 则当将波发生器装入柔轮时 由于波发生器两棍子外侧之间的距离略大于柔 轮直径 会使原为圆形的柔轮产生变形