机械制造装备设计 第4版 教学课件 作者 李庆余、孟广耀、岳明君 习题解答 机械制造装备设计第4章习题解答

《机械制造装备》第4章习题解答4-1什么是组合机床？其工艺特点是什么？由什么主要零部件组成？有哪些配置型式？适用于什么生产模式？组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、铣削、车孔端面等工序；随着组合机床技术的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。组合机床主要由滑台、镗削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助部件等组成。其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（约为70%～90%）也是通用零件。根据大型组合机床的配置型式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。组合机床广泛应用于大批大量的生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。4-2组合机床的通用部件分为哪几类？按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类：1．动力部件动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴工艺头，如铣削头、钻削头、镗孔车端面头等，其它部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。2．支承部件支承部件是组合机床的基础部件，它包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支承和安装各种部件。组合机床各部件之间的相对位置精度、机床的刚度主要由支承部件保证。3．输送部件输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求有较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。4．控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。5．辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置，机械扳手，冷却和润滑装置，排屑装置以及上下料的机械手等。4-3组合机床的通用部件的主参数用什么表示？主参数按什么规律排列？按通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其它通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。等效采用ISO2562国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密级（M）和高精度级(G)三种精度等级。 250 320 400 500 630 800主参数排列规律4-4“1字头”滑台的导轨有哪些？导轨的热处理方式是什么？滑座导轨材料有两种，分别在型号后加A、B以区别，A表示滑座导轨材料为HT300，高频淬火42～48HRC；B表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度48HRC以上。4-5为什么“1字头”采用双矩形导轨，淘汰了精度较高的三角矩形组合导轨？“1字头”动力滑台由滑座、滑鞍和驱动部件等组成；采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。4-6数控滑台的伺服电动机的主要技术参数是什么？NC-1HJT数控机械滑台是1HJT系列机械滑台的派生产品，采用了大连组合机床研究所研制的ZHS—ACO4D交流伺服系统，能自动变换进给速度和工作循环，在较大的范围内实现自动调速、位置控制、程序控制。适合多品种小批量柔性生产。带光电编码器的交流伺服电动机采用SPWM控制技术，以下为恒扭矩调速，为恒功率调速；运动通过一级定比齿轮减速驱动滚珠丝杠，驱动滑鞍移动，开环系统伺服电动机的转角误差为±0.072º，由光栅尺组成的全闭环系统，滑鞍位置精度可达。4-7机械滑台由哪几种丝杠传动形式？11HJT滑台采用滚珠丝杠传动4-8确定组合机床工艺方案的原则是什么？拟定工艺方案的步骤是什么？制定工艺方案时，还要考虑下列几点基本原则：1.选择合适、可靠的工艺方法根据被加工零件的材料，加工部位的尺寸、形状、结构特点，加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适、可靠的工艺方法，以保证机床有稳定的加工质量和高的生产率。2.粗、精加工要合理安排一般情况下，在大批大量生产或零件加工精度要求较高时，应将粗、精加工工序分开，以利于保证加工精度和保持精加工机床的工作精度；在生产批量不大时，在能够保证加工质量的前提下，也可将粗、精加工集中在同一机床上进行，以利于减少机床台数，提高经济效益。3.工序集中的原则为了提高机床生产率，减少机床台数，要求尽量贯彻工序集中的原则。但是，工序集中程度过高会使机床结构复杂，调整使用不便，可靠性下降，并有可能由于切削负荷过大而引起工件变形，降低加工精度。所以，应合理的考虑工序集中。例如，单一工序可以相对集中在一台机床或同一工位上完成。如钻孔、镗孔、攻丝等，但要考虑孔距的限制，以免给多轴箱的设计带来困难或无法进行；大量的钻、镗孔工序则不宜集中在同一主轴箱上完成，因为钻孔和镗孔的直径及加工时所采用的转速都相差很大，会导致主轴箱的设计困难，且钻孔的轴向力会影响镗孔的加工精度；铰孔和镗孔也不宜集中在同一主轴箱上完成，因为铰孔用低转速、大进给量切削，而镗孔则用高转速、小进给量，会使主轴箱设计困难。4.定位基准及夹紧点的选择原则粗基准的选用要求是：保证能迅速可靠的加工出精基准；保证各加工表面有足够的加工余量，并尽量使主要加工表面加工余量均匀；保证各加工表面与不加工表面之间的相互位置精度。同时须考虑定位准确、夹紧可靠，夹具结构简单、操作方便。因此，应选择毛坯上平整、光洁，尺寸较大，没有浇口、冒口的不加工表面或加工余量小的表面作粗基准。箱体类和法兰类零件一般选择“一面两孔”为精定位基准；轴类零件一般选择V形铁定位；且在加工过程中应尽量使用统一的精基准。同时应注意组合机床多刀、多面、多工位加工的特性，选择定位基准和夹紧部位时，应使工件有较多的敞开面，以利于加工。另外，还应注意组合机床加工时切削力大、工件受力方向经常改变的特点，结合工件、夹紧刚度的因素，慎重地选择夹紧点。组合机床总体设计内容和步骤与普通机床相同，但由于组合机床只加工一种或数种工件的特定工序，工艺范围窄，主要技术参数已知；且工艺方案一旦确定，也就确定了结构布局；因而总体设计的侧重点不同，主要是通过工件等掌握机床设计的依据，画出详细的加工零件工序图；通过工艺分析，画出加工示意图；然后进行总体布局，画出机床尺寸联系图。4-9被加工零件工序图与机械加工工艺学中的工序图有何异同？被加工零件工序图有什么作用，表示什么内容，如何绘制？被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。在被加工零件工序图上应标注的内容：（1）加工零件的形状、主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。绘制被加工零件工序图的一些规定：（1）本工序的加工部位用粗实线绘制，其余部位用细实线绘制。定位基准、夹紧部位、夹紧方向等需用符号表示；本道工序保证的尺寸、角度等，均在尺寸下用横线标出。（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准算起。但有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准算起，其余各孔的位置尺寸再从该孔算起。当定位基准与设计基准不重合时，要进行换算。位置尺寸的公差不对称时，要换算成对称公差尺寸，如尺寸应换算成9.8±0.1。（3）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹。（4）对简单的零件，可直接在零件图上作必要的，而不必另行绘制被加工零件工序图。如铣削组合机床和单轴镗孔组合机床等。一般被加工零件工序图不能用零件图代替。4-10加工示意图有什么作用，表示什么内容，如何绘制？加工示意图是被加工零件工艺方案在图纸上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。在加工示意图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程；（2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。如工件端面至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。刀具应按加工终了位置绘制。4-11导向机构分为哪两类，什么是内滚式导向、外滚式导向？滚动导向适用于什么场合？滚动导向的导杆与主轴为什么方式连接？导向装置有两大类，即固定式导向套和旋转式导向套。在加工孔径不大于40mm或摩擦表面的线速度小于20m/min时，一般采用固定式导向套，刀具或刀杆的导向部分，在导向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、可换导套和压套螺钉组成。中间套的作用是在可换导套磨损后，可较为方便的更换，不会破坏钻模体上的孔的精度。加工孔径较大或线速度大于20m/min时，一般采用旋转式导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动（导向）副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式导向两种；滚动轴承安装在刀杆上的旋转导向装置为内滚式导向，中间导向套只作直线移动，导向长度为（2~3）d1（d1刀杆直径），导向至工件端面的距离为20~50mm，视导向结构而定；滚动轴承内圈安装在中间导向套上，中间导向套不随主轴一起移动的旋转导向为外滚式导向装置，导向长度为（2.5~3.5）d1。旋转式导向装置的极限转速由轴承的极限转速和刀具允许的切削速度决定，导向精度由轴承精度和刀杆、导向套的精度决定。旋转式导向装置一般通过专用十字滑块联轴器与主轴“浮动”联接。4-12组合机床联系尺寸图的作用和主要内容是什么？机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形型式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它是进行多轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。机床联系尺寸图的内容包括机床的布局型式，通用部件的型号、规格，动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数，工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等等。4-13怎样确定组合机床的装料高度、最低主轴高度和中间底座的长度？装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。组合机床标准中,推荐装料高度为1060mm,但根据具体情况，如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素，在850～1060mm范围内选取。对于卧式组合机床，要保证多轴箱内的润滑油有足够的容量，又不致于从主轴衬套中泄露出去，一般推荐＞。中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需要。中间底座长度尺寸根据所选动力部件（滑台、滑座）及配套部件（侧底座）的位置关系确定。同时应考虑多轴箱处于终了位置时,多轴箱与夹具体之间应有适当距离,以便于机床调整、维修；另外中间底座周边应有不小于70～100mm的排屑或冷却液回流槽。中间底座长度方向尺寸L（参考图4-12），要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。一般可按下式计算4-14多轴箱箱体是通用零件，为什么还要绘制补充加工图？在多轴箱后盖内只有一对齿轮啮合，且啮合的齿轮外廓（相啮合的两齿轮的中心距与两齿轮齿顶圆半径之和）不超出后盖与动力箱连接法兰的范围时，若采用总宽44mm的传动齿轮，可选用50mm的后盖，若采用总宽84mm的传动齿轮时，可选用90mm的后盖，但后盖窗口要按齿轮外廓加以扩大并进行补充加工。4-15钻削主轴和攻螺纹主轴有什么区别？什么是短主轴，有什么用途？钻削主轴与接杆固定键连接，钻孔时，钻削主轴旋转同时轴向移动；攻螺纹主轴与靠模杆滑动键连接，攻螺纹时，主轴箱不动，攻螺纹主轴只有旋转运动。滚针轴承主轴，前后支承均为无内圈滚针轴承和推力球轴承，径向尺寸小。适用于主轴间距较小的多轴箱。根据与刀具的连接方式，多轴箱主轴又分为浮动主轴和刚性主轴。浮动主轴在多轴箱前盖外的悬伸长度为75mm（立式主轴为60mm），因而又称为短主轴；采用滑块联轴器与刀杆浮动连接，长导向或双导向装置导向，以保证加工精度；用于镗、扩、铰孔等工序。刚性主轴在多轴箱前盖外的悬伸长度大于75mm（立式主轴大于60mm），因而又称为长主轴，主轴内孔与刀具或接杆尾部的配合代号为H7/h6，配合长度与主轴内孔直径之比大于1.6，连接刚度高,刀具前端的下垂量小，配以单导向，适用于钻孔、扩孔、倒角及锪平面等工序。4-16多轴箱传动设计与通用机床的主传动设计有什么不同，多轴箱设计原则是什么？多轴箱的特点是：针对某零件的特定工序恒速加工，传动链短；多主轴同时加工，传动链分支多。因此，多轴箱的传动设计，以获得需要的主轴转速和旋向为原则，不存在通用机床前缓后急的最小传动比限制，甚至可用升速传动副驱动主轴。对多轴箱传动系统的一般要求1）从面对主轴的位置看去，所有主轴（除非特殊要求外）应逆时针方向旋转。2）保证主轴转速和转向的前提下，应力求用最少的传动轴和齿轮（数量和规格）。因此，应尽可能用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略微改变传动比的方法解决。3）尽量避免主轴兼作传动轴用，以免增加主轴负荷，影响加工质量。遇到主轴分布较密，布置齿轮的空间受到限制，或主轴负荷较小，加工精度要求不高时，也可用一根强度较高的主轴带动1~2根主轴的传动方案。4）多轴箱内齿轮传动副的最大传动比，最小传动比；最佳传动比为1.5-1≤≤1.5，以使多轴箱结构紧凑；后盖内的齿轮传动比≤2，≤3.5-1；除传动链的最后可采用升速传动外，应尽可能避免升速传动，以避免增大空转功率损失。5）用于粗加工主轴上的齿轮，应尽可能设置在前端第Ⅰ排，以减少主轴的扭转变形；精加工主轴上的齿轮，应设置在第III排，以减小主轴端的弯曲变形。6）同一主轴箱内，如有粗、精加工主轴，最好从动力箱驱动轴后，就分两条路线传动，以免影响精加工主轴的加工精度。7）刚性镗孔主轴上的齿轮，其分度圆直径要尽可能大于被加工孔的孔径，以减少振动，提高运动平稳性。8）驱动轴直接带动的传动轴数不要超过两根，以免给装配带来困难。多轴箱传动设计中，当齿轮排数Ⅰ～Ⅳ不够用时，可在保证齿轮强度的前提下增加排数，如在第Ⅰ排齿轮的位置上设两排薄齿轮或在前盖内设置0排齿轮。4-17多轴箱主视图的作用是什么，怎样绘制？传动系统图是表示传动关系的示意图，即用已确定的传动件将驱动轴和各主轴连接起来，绘制在多轴箱轮廓内的传动示意图。组合机床主轴数量多，为使传动系统图传动路线清晰可辨，必须标出传动齿轮在多轴箱体内的轴箱位置。另外，应检查同排的非啮合齿轮是否齿顶干涉；还应在画出主轴直径和轴套直径，以避免齿轮和相邻的主轴轴套相碰。主视图主要表明多轴箱的主轴、传动轴位置及齿轮传动系统。因此，绘制主视图就是在设计的传动系统图上，画出润滑系统，标出主轴、油泵轴的转向，最低主轴高度，及径向轴轴承的外径，以检查相邻孔的最小壁厚。主轴箱多数为标准件，如定位销及销孔结构尺寸，连接螺栓直径及数量，放油塞，注油杯等，在主视图中可示意画出或省略。4-18多轴箱展开图的作用是什么，怎样绘制？展开图主要表示主轴、传动轴上各零件的装配关系。图中各个零件应按比例画出。对结构相同的同类型主轴和传动轴，可只画一根，但在轴端部须注明各结构相同的同类型主轴和传动轴号；对轴径相同，轴向结构基本相同，只是齿轮齿数及轴向位置不同的两根或两组轴，可合画在一起，即轴心线两边各表示一根或一组轴。展开图上还应标出箱体厚度和内腔有联系的尺寸。4-19为什么攻螺纹时要用攻螺纹靠模装置？如何控制攻螺纹行程长度？攻螺纹时攻丝卡头相对于攻螺纹主轴端部的位移量等于丝锥的攻螺纹行程（切入长度、攻丝长度、切出长度之和），即丝锥卡头相对于攻螺纹主轴是滑移的。为保证丝锥越过切入量并顺利切入工件，必须采用攻螺纹靠模装置。攻螺纹组合机床应设有回转轮式行程控制机构，在较小的攻螺纹多轴箱中或回转式攻螺纹行程控制机构安装困难的攻螺纹组合机床中，可采用直线式攻螺纹行程控制机构。4-20试述钻孔、攻螺纹混合的多轴箱的工作循环？攻螺纹主轴为什么要用单独的电动机驱动？钻孔主轴的进给运动是由动力滑台提供的，而攻螺纹是自引法，只要丝锥及丝锥卡头转动，丝锥就会产生轴向运动；攻螺纹时攻丝卡头相对于攻螺纹主轴端部的位移量等于丝锥的攻螺纹行程（切入长度、攻丝长度、切出长度之和）与多轴箱进给量之差，即丝锥卡头相对于攻螺纹主轴是滑移的；为保证丝锥越过切入量并顺利切入工件，钻攻混合的多轴箱仍采用攻螺纹靠模装置攻丝，为使丝锥能退离工件，攻丝主轴采用单独的电动机和传动系统，利用电动机的正反转使丝锥攻进和退回。靠模机构安装在靠模板上，靠模板利用固定在多轴箱前盖上的导杆导向，快速移动时随多轴箱一起移动，因而称为活动靠模板；工进时靠模板利用分别固定在攻丝模板和夹具上的定位装置（定位销、定位孔）定位，即：工进时，靠模板固定不动，与攻螺纹多轴箱相同。当滑台的进给量为（mm/min），攻螺纹主轴转速为（r/min），靠模螺纹导程为（mm）时，丝锥攻丝和退回时滑台带动多轴箱移动的距离为当模板定位后，多轴箱进给一段距离才起动攻丝电动机时，则L应增大。另外，应尽量选择较小的L值和较大的L0值，以减小丝锥和螺纹底孔的同轴度误差。同样钻攻混合的多轴箱应设置行程控制装置，以便在达到攻螺纹深度时能及时使攻螺纹电动机反转，退出丝锥。4-21攻螺纹主轴箱的前盖厚度为什么加厚到300mm，而钻攻混合的主轴箱采用厚度为55mm的通用前盖？纯攻螺纹工序使用T0281型攻螺纹靠模装置，攻螺纹多轴箱的前盖加厚为300mm。压板将套筒固定在攻螺纹多轴箱前盖上；螺纹靠模螺杆前盖外的悬伸长度为125mm；螺纹卡头前端装卡丝锥，卡头的芯杆插入靠模螺杆中；靠模螺杆的中部支承在衬套中，并与靠模螺母组成螺纹摩擦副，靠模螺杆的尾部插入攻螺纹主轴孔内。攻螺纹主轴靠双键将旋转运动传给靠模杆。靠模螺杆在攻螺纹主轴内的最大轴向位移为60mm，即最大攻螺纹长度为60mm。靠模螺母通过结合子与套筒相连接，当靠模螺杆转动时，由于靠模螺母固定不动，迫使攻丝靠模螺杆轴向移动，推动丝锥切入工件。当丝锥因故不能前进时，扭矩增大导致套筒与靠模螺杆同步转动，停止轴向进给，避免靠模机构与丝锥损坏。钻孔、攻螺纹混合的多轴箱中，有钻孔主轴和攻螺纹主轴，因而采用通用多轴箱体，前盖厚度为55mm（立式为70mm）。4-22攻螺纹行程控制机构有几种，目前主要使用那种类型，为什么？攻螺纹行程控制机构分为回转轮式行程控制机构和直线式攻螺纹行程控制机构。目前主要使用回转轮式行程控制机构；在较小的攻螺纹多轴箱中或回转式攻螺纹行程控制机构安装困难的攻螺纹组合机床中，才使用直线式攻螺纹行程控制机构。