机械制造装备设计(看完必过).doc

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1、 机械制造装备设计教案第一讲第一章 绪论一、 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用1、 制造业是国家经济发展的重要支柱，发展水平标志国家的经济实力、科技水平、国防实力。2、 机械制造业是制造业的核心，即工作母机，机械制造业的生产能力取决于机械制造装备的先进程度。3、 各年代机械制造业发展状态，传统产业柔性化自动化精密化，生产线、数控机床、加工中心及计算机辅助设计和制造等。二、 机械制造装备应具备的功能1、 一般的功能要求（常用的功能）加工精度方面的要求强度、刚度和抗振性方面的要求加工稳定性方面的要求耐用度方面的要求（长期使用精度不下降）技术经济方面的要求（成本低）2、 柔性化：少量调整或修改

2、软件，就可以改变系统的运行功能产品结构柔性化功能柔性化3、 精密化：采用误差补偿技术，提高零件的加工精度4、 自动化：机械或程序控制5、 机电一体化：机械和电子的有机结合系统6、 节材7、 符合工业工程要求：是对人、物料、设备、能源和信息所组成系统进行设计8、 符合绿色工程要求：无毒、无公害、不破坏环境三、 机械制造装备的分类1、 加工设备金属切削机床：通用机床和专用机床特种加工机床：电加工机床（电火花机床）、超声波加工机床、激光加工机床、电子束加工机床、离子束加工机床、水射流加工机床锻压机床：冲压机、挤压机、轧制机2、 工艺装备刀具：（碳素钢、合金钢、硬质合金、金钢石、陶瓷）模具：（粉未冶金

3、模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具）夹具：（专用夹具、成组夹具、组合夹具）量具：（通用量具、专用量具、标准量块、量具的检测）检具：（标准检具、专用检具、检具与生产率、产品质量的关系）3、 仓储输送装备仓储物料输送装置机床上下料装置4、 辅助装备：清洗、排屑和计量设备第二讲第二章 机械制造装备设计方法一、 机械制造装备设计的类型1、 创新设计：用新技术和原理，改造传统新产品，开发新一代的、具有高技术附加值的新产品。2、 变形设计：通过改变老产品尺寸与性能参数形成所谓的变形产品。3、 组合设计：模块化设计二、 机械制造装备设计的方法1、 机械制造装备设计的典型步骤产品规划阶段市场需求分析

4、调查研究预测可行性分析：（结合设计设计中的可行内容讲解）可行性报告包括如下内容： 产品开发的必要性 同类新产品国内外技术水平，发展趋势 从技术上预期新产品开发能达到的技术水平 从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题 投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计 现有条件下开发的可能性及准备采用的措施 编制设计任务书方案设计阶段（结合毕业设计要求讲解）对设计任务的抽象（抓住主要要求，兼顾次要要求）建立功能结构寻求原理解与求解方法初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选技术设计阶段确定结构原理方案总体设计结构设计施工设计阶段 零件图设计 完善装配图 商品化设计 编制技术文挡2、 系列化

5、设计系列化设计基本概念系列化设计的优缺点系列化设计的步骤（主参数和性能的确定、参数分级、制订系列型谱）3、 模块化设计模块化设计的基本概念模块化设计的优缺点模块化设计的步骤（明确任务、建立功能结构、确定系列型谱）4、 合理化工程（管理工程）三、 机械制造装备设计的评价主要包括：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、新产品造型评价和标准化评价1、 技术经济评价：技术的先进性、经济的合理性评价步骤 建立目标系统和确定评价标准：见图27 确定重要性系数：每个评价标准对方案优劣影响是不同的，用重要性系数来表示。左边数字由设计人员确定，右边数字表示在系统中的重要程度，其值等于其各上级

6、目标圆圈左侧数字的乘积。 确定各设计的评价分数： 总权重值ZQ 技术评价T经济评价E2、 可靠性评价： 可靠性特征量：可靠度、累积失效概率、平均寿命和无故障时间、可靠寿命、维修度、平均修复时间、瞬时有效度、 可靠性预测：串联系统、并联系统、混联系统、表决系统、旁联系统、复杂系统 可靠性指标的分配：可靠性分配的原则、可靠性分配方法、3、 人机工程学评价： 人因素方面：人体静态尺寸、人体动态尺寸、人体操纵力、人的视觉和听觉特征、 机器因素方面：信号显示装置设计、操纵装置设计、安全保障技术、人体舒适和使用方便性 环境因素方面：作业环境、物理环境、化学环境 人机系统方面：4、 结构工艺性评价（目的是降

7、低成本、提高质量）加工工艺性产品结构的合理组合：零件设计时的集成度、零件装配联接面情况、零件采用的材料、零件的加工工艺性：零件的结构形状、材料、尺寸、表面质量、公差和配合、零件或毛坯结构设计规律如下 铸件类零件：尽可能不采用型芯或形状简单的型芯、结构形状应考虑拔模方便、避免大面积的水平壁和截面、壁厚应均匀且不能小于最小允许尺寸合理考虑分模面、加工面有退刀槽、避免倾斜的加工面、孔在同一个轴线上采用同一个公差 模锻件类零件：结构形状应充分考虑拔模方便、避免过大的薄平面、采用较大过渡圆角、避免过小的槽和冲孔 冷挤压件类零件：尽可能采用对称结构、避免断面突然变化 车削加工类零件：结出必要的退刀槽、尽可

8、能不在内孔开沟槽、轴上的环肩还要太高 有钻孔加工类零件：尽是采用通孔、避免盲孔、斜孔的进出口处有垂直于孔轴线的凸台 有铣削加工类零件：尽量采用平面且一次走刀完成 有磨削加工类零件：尽量没有台肩、足够的退刀槽装配工艺性便于装配的产品结构：平行装配、尽可能减少装配量、采用统一装配工具和方法、便于装配的零件结合部位结构：便于装配的零件结构维修工艺性：平均维修时间短、配件互换性好、维修工具品种少、技术复杂性低、维修人员少、成本低5、 产品造型评价：产品造型设计符合美学原则、尺度与比例合理、对称均匀、6、 标准化评价：标准化的目的：简化产品的口称规格、提高信息传递效率、节约人力和物力、提高产品交换与服务

9、质量、消除技术壁垒标准分类（图221）企业标准体系结构（图222）产品设计标准化：企业标准的审查、设计文件的标准化审查、工艺文件的标准化审查、工装设计文件的标准化审查第三讲第三章 金属切削机床设计第一节概述一、 机床设计应满足的基础要求1、 工艺范围：机床应具备的工艺范围是加工方法、工件类型、加工表面形状等2、 柔性：空间柔性是指功能柔性即一台机床具备有几台机床的功能，时间柔性是指结构柔性即经过重组构成新的机床功能3、 与物流系统的可亲性：机床与物流之间进行物料交接的方便程度4、 刚度：静刚度、动态刚度、热态刚度5、 精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度、加工精度6、 噪声7、 生产率

10、和自动化8、 成本9、 生产周期10、 可靠性11、 造型和色彩二、机床设计方法：机床设计方法根据其设计类型而定 通用机床采用系列化设计方法 创新设计采用分析式设计（类比法，目前一般采用）或创成式设计（解析式设计，尚在研究中）三、机床设计步骤1、 总体设计（图31机床设计系统框图） 主要技术指标设计：用途：即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等生产率：加工对象的种类、批量生产率性能指标：加工对象所要求的精度、机床精度、刚度、热变形、噪声等主要参数：驱动方式：普通电动机驱动、步进电机驱动、伺服电机驱动成本及生产周期 总体方案设计运动功能设计：机床所需运动的个数、形式（直线、回转

11、）功能（主运动、进给运动、其它运动）、排列顺序、机床运动功能图基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力参数设计传动系统设计：传动方式、传动原理图、传动系统图设计总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结构形式、总体方案图设计 总体方案综合评价与选择： 总体方案的设计修改式优化2、 详细设计 技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化 施工设计：颠倒反转科设计、商品化设计、编制技术文档3、 机床整体综合评价：对整机进行性能综合评价第二节 金属切削机床设计的基本理论一、精度机床精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等几方面零件精度：尺寸精度、形状和位置误差要求、表面粗糙度三项1、

12、几何精度：机床空载时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度包括导轨的直线度，主轴的跳动及轴向窜动，主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度。2、 运动精度：机床高速运动时主要部件的几何精度。如回转精度等，是重要指标3、 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。影响4、 定位精度：是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度，机床构件和进给控制系统的精度、刚度发及其动态特性5、 工作精度：6、 精度保持性：主要是磨损，与结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护使用条件有关二、刚度： 1、 概述：指机床系统抵抗变形的2、 整机刚度：机床在载荷作用下各构件及结合部件都要产

13、生变形，这些变形引起刀具和工件之间相对位移。在机床设计中要考虑提高各部件刚度同时也要考虑结合部刚度及各部件间刚度匹配三、抗振性：1、 受迫振动：受迫振动来自机床内部，如回转零件不平衡，2、 自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种相对振动，一般情况，切削量增加，切削力愈大，自激振动就愈剧烈3、 振动影响因素： 机床的刚度：包括构件材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布 机床的阻尼特性：包括构件的阻尼材料、部件结合部的阻尼很大占80% 机床系统固有频率：四、热变形：1、 概述：内部热源如电动机、液压系统、机械磨擦、切削热和外部热源如环境温度、周围热源而导致机床产生热变形，占工件误差的70%2、 热平衡

14、的温度场：是指机床大致热平衡时形成温度场，可分析机床热源并了解热变形的影响。采用措施：减少热源的发热量、合理安置热源位置、增加散热、温度补偿、隔热、自动温度控制五、噪声：1、 概述：2、 噪声的度量指标：物理度量可用声压级或声强级表示，单位是Pa3、 机床噪声来源： 机械噪声：齿轮、轴承 液压噪声：泵、阀、管道的液压冲击等 电磁噪声：电动机 空气动力噪声：电动机风扇、高速旋转对空气的搅动六、低速运动平稳性1、 爬行现象和机理（见图32）爬行现象危害极大，是评价机床质量的一个重要指标。是摩擦自激振动现象、传动机构的刚度不足引起2、 爬行的度量：描述时走时停的爬行现象3、 消除爬行的措施：减少动、

15、静摩擦系数，提高传动件的刚度，降低移动件的质量第四讲第三节金属切削机床总体设计一、 机床系列型谱的制定（表31）系列：通用机床都有它的主参数系列，按尺寸大小发展型谱：同规格的各种机床的变形，各变形机床之间在部分零件是相同的，部分零件可以通用，另一部分结构相似。二、 机床的运动功能设计1、 机床的工作原理：刀具与工件之间的相对运动，使工件达到其加工精度，控制部分采用人工或自动控制2、 工件表面的形成方法： 几何表面的形成原理： 发生线的形成：轨迹法、成型法、相切法、范成法 加工表面的形成方法：加工表面的形成方法是母线形成方法和导线形成方法的组合3、 运动分类： 按运动的功能分类：成形运动和非成形

16、运动。 成形运动：完成一个表面的加工所必须的最基本的运动 非成形运动：辅助运动，如刀具切入、分度运动 独立运动、复合运动4、 机床运动功能方案设计： 工艺分析：对机床的工艺范围进行分析 选取坐标系： 写出机床运动功能式：:p主运动、f进给运动、a非成形运动、T刀具、W工件、绕XYZ轴的回转运动分别用ABC表示。（图形3-6） 画出机床运动功能图：只表示运动的个数，形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。 绘制机床传动原理图：将动力源与执行件、不同执行件之间的运动及传动关系同时表示出来。图形37，传动原理图对机械式变速传动机床是必要的，对变 调速、伺服电机的数控机床而言可以不要。 并联运

17、动与串联运动：并联运动从原理上比较，具有精度高、刚度高、运动部件质量小、速度高的优点。图38三、 机床总体结构方案设计 运动功能分配设计 结构布局设计：立式、卧式、斜式 机床总体结构的概略形状与尺寸设计：主要是进行功能（运动或支承）部件的概略形状和尺寸设计。四、 机床主要参数的设计：主参数、基本参数包括尺寸参数、运动参数及动力参数1、 机床主参数和尺寸参数：表示机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数2、 运动参数：主轴转数、切削速度、工件或刀具直径 最低和最高转速的确定：公式31，也可以根据需要而定例题：P71页，计算最高和最低转数 主轴转数的合理排列：目前，多数机床主轴转数是按等比级数

18、排列，其主要原因是在转数范围内的转速相对损失均匀。 标准公比 值和标准转速数列：（要求熟悉表32、33）公比值在12之间， 公比的选用：选取公比值大小的原则，公比值小则相对转速损失小，当变速范围一定时变数级数将增多，结构复杂。通用机床，取1.26、大批大量生产专用机床，取1.12或1.26、非自动化小型机床切削时间远小于辅助时间，取1.58或1.78或2变数范围、公比、和级数Z的关系：公式32，结果圆整为标准数和整数 变速范围 ，公比 和级数Z的关系3、进给量的确定：数控机床采用无级变速，普通机床有级变速方式与主轴转数的确定方法相同，进给量一般采用等比级数。但螺纹加工机床的进给量按等差级数排列

19、。4、 变速形式与驱动方式选择：机床的主运动和进给运动的变速方式有无级和有级两种形式，常用的有电动机和液压驱动。五、动力参数的确定：1、 主电动机功率的确定2、 进给驱支电动机功率的确定第五讲第四节主传动系设计一、主传动系设计应满足的基本要求1、 满足机床使用性能要求2、 满足机床传递动力要求3、 满足机床工作性能的要求4、 满足产品设计经济性的要求5、 调整维修方便，结构简单二、主传动系分类和传动方式：主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（台主轴、刀架、工作台），以及开停、拘役和制动机构等部分组成。动力源给执行件提供动力，并使其得到一定的运动速度和方向变速装置传递动力以及变换运

20、动速度执行件执行机床所需的运动，完成旋转或直线运动。1、 主传动系分类： 按主传动的电动机类型分：交流电动机驱动和直流电动机驱动 按传动装置类型分：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合 按变速的连续性分：分级变速和无级变速分级变速传动在一定的变速范围内只能得到某些转速，变速级数一般不超过2030级。分级变速传动方式有滑移齿轮变速、交换齿轮变速和离合器（如摩擦式、牙嵌式、齿轮式离合器）变速。因它传递功率较大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，广泛地应用于通用机床，尤其是中小型通用机床中。缺点是有速度损失，不能在运转中进行变速无级变速可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最

21、有利的切削速度，能在运转中变速，便于实现速度自动化，能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器实现。机械无级变速器结构简单、使用可靠，常用在中小型车床、铣床等主传动中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动中。电气无级变速器有直流电动机或交流电动机两种，由于可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载于变速，应用起来越来越广泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气变速。数控机床和大型机床中，有时为了在变速

22、范围内，满足一定恒功率和恒扭矩的要求，或为进一步扩大变速范围，常在无级变速器后面串接机械分级变速装置。2、 主传动系的传动方式：集中传动方式和分离传动方式 集中传动方式：主传动的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，其特点是结构紧凑，便于集中操作，安装调整方便。缺点是传动件在运转过程中所产生的振动，将直接影响主轴的运转平稳性，产生的热量会使主轴产生热变形，影响加工精度。适用于普通精度的大中型机床，如铣床 分离传动方式：主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，主轴箱与变速箱分离。其特点是变速箱产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴。第六讲三、分级变速主传动系：分级变速

23、主传动系设计的内容和步骤如下：根据己确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式转速图合理分配各变速组中各传动副的传动比确定齿轮齿数皮带轮直径绘制主传动系图。1、 拟定转数图和结构式： 转数图：在设计和分析分级变速主传动系时，用到的工具是转速图。在转数图中可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的关系，主轴的各级转数值及其传动路线，各传动轴的转数分级和转数值，各传动副的传动比等。讲解转数图中各线点的含义（图313b） 结构式：为了便于分析和比较不同传动设计方案，常使用结构式，明确结构式中各数字的含义：变速组、传动副、级比指数、连续的等比数列、基本组、各扩大组之间的关系，2、 各变数组的变数范围及极限传动

24、比：变数组中最大与最小传动比的比值，称为该变数组的变数范围。在机床主变速传动系设计中，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制升降速传动比。主传动变速范围小于810，进给变速小于14。变速组的变速范围一般可写为公式314为使最后扩大组的变速范围不超出允许值，最后扩大组的传动副一般取2较合适。例题讲解第七讲3、 主变速主传动系设计的一般原则 传动副前多后少原则：考虑到传动中的转数、扭矩、尺寸等因素，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使高速范围内工作传动副尺寸小，节小变速箱的尺寸 传动顺序与扩大顺序相一致的原则：高速轴在前，扭矩小。图314， 变速组的

25、降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转数，一般是向右下方降二格。中间轴的转数不宜过高，以免产生振动、发热和噪声。4、 主变速传动系的几种特殊设计：在实际应用中，还常常采用多速电动机传动，交换齿轮传动和公用齿轮传动等特殊设计。 具有多速电动机的主变速传动系设计：采用多速电动机和其它方式联合使用 具有交换齿轮的变速传动系 采用公用齿轮的变速传动系：在变速传动系中，即是前一变速组的被动齿轮，又是后一变速的主动齿轮，称为公用齿轮。采用齿轮可以减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。5、 扩大传动系变速范围的方法： 增加变速组 采用背轮机构 采用双公比的传动系 采用分支6、 齿轮齿数和的确定：当

26、各变速组的传动比确定这后，可确定齿轮齿数和、带轮直径。如变速组内所有齿轮的模数相同，并且是标准齿轮，则各传动副的齿轮齿数和应该是相同的。确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和是很关键的，考虑到扭矩、中心距、齿轮模数等因素，因此越后面的变数组的齿数和选择较大值，有助于上述因素的合理安排。变速传动组齿数和的确定有时需经过多次反复，这是因为要使主被动齿轮齿数和、齿轮模数、齿轮中心距、齿轮承受的扭矩符合设计要求。一般在主传动中，取最小齿轮齿数大于1820。采用三联滑移齿轮时，三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或毛等于4，以保证滑移时齿轮之间不相碰。齿轮齿数确定后，还应验算一下实际传动比与理论传动

27、比之间的转速误差是否在允许范围之内。第八讲7、 计算转速8、 变速箱内传动件的空间布置与计算 变速箱内各传动轴的空间布置 变速箱内各传动轴的轴向固定 各传动轴的估算和验算分级变速主传动系设计小结：（习题应用） 主变速传动系的运动参数：最高和最低转数的确定、标准公比的确定、转数级数的确定、变速范围的确定 合理拟定结构式：传动副、基本组、扩大组和级比指数的关系， 画出转数图：转数图中水平转数线与公比的关系，中间轴的转数不能超过电机转数，降速不能过快 校验最后输出轴的传动比：主传应小于810 确定齿轮齿数和带轮直径：初级变速后应落在转数节点上 绘制主变速传动系图：四、无级变速主传动系1、 无级变速装

28、置的分类：无级变速是指在一定范围内，转数（或速度）能连续地变换，从而获得最有利的切削速度。 变速电动机 机械无级变速电动装置 液压无级变速装置2、 无级变速主传动系设计原则 尽量选择功率和扭矩特性符合传动要求的无级变速装置 无级变速装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。五、数控机床主传动系设计特点：三高要求，高速度、高精度、高效率。对机床的性能要求越来越高，如转数高、调速范围大、恒扭矩调速范围大、切削中变速、机床结构简单、噪声小、可靠性高1、 主传动系采用直流电动机调速2、 数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计3、 数控

29、机床高速主传动设计4、 数控机床采用部件标准化、模块化结构设计5、 数控机床的柔性化、复合化6、 虚拟轴机床设计第九讲第五节 进给传动系设计一、进给传动系设计应满足的基本要求 进给传动系用来实现机床的进给运动和辅助运动。 (一)进给传动系的组成 组成：动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构、运动转换机构和执行件等组成。 动力源：可以采用单独电动机作为动力源，也可以与主传动共用一个动力源。 变速机构：交换齿轮变速、滑移齿轮变速、齿轮离台器变速、机械无级变速和伺服电动机变速等。 运动分配机构用来转换传动路线，常采用离合器。 过载保险机构的作用是在过载时自动断开进给运动，过载排除后自

30、动接通。常用的有牙嵌离台器、片式安全离合器、脱落蜗杆等。 (二)进给传动系设计应满足的基本要求 1)具有足够的静刚度和动刚度； 2)具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高； 3)抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声； 4)具有足够宽的调速范围，保证实现所要求的进给量(进给范围、数列)，以适应不同的加工材料，使用不同刀具，满足不同的零件加工要求，能传动较大的扭矩； 5)进给系统的传动精度和定位精度要高； 6)结构简单，加工和装配工艺性好。调整维修方便，操纵轻便灵活。 二、机械进给传动系的设计的特点 主要有机械进给传动、液压进给传动、电

31、伺服进给传动等。机械进给传动系虽然结构较复杂，制造及装配工作量较大，但由于工作可靠，便于检查和维修，仍有很多机床采用。 1进给传动是恒扭矩传动 切削加工中，当进给量较大时，一般采用较小的背吃刀量；当背吃刀量较大时，多采用较小的进给量。所以进给传动与主传动不同，驱动进给运动的传动件不是恒功率传动，而是在恒扭矩传动。 2进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速 因为进给系统是恒扭矩传动，故各传动件的计算转速是其最高转速。3进给传动的转速图为前疏后密结构 传动件至末端输出轴的传动比越大，传动件承受的扭矩越大，进给传动系转速图的设计刚巧与主传动系相反，是前疏后密的，即采用扩大顺序与传动顺序不一致的结

32、构式。 4进给传动的变速范围进给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数较小，因此，进给传动系变速组的变速范围可取比主变速组较大的值。5进给传动系采用传动问隙消除机构 对于精密机床、数控机床的进给传动系，为保证传动精度和定位精度，尤其是换向精度，要有传动间隙消除机构。6快速空程传动的采用 7微量进给机构的采用 三、电气伺服进给系统 电气伺服系统是数控装置和机床之间的联系环节，是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，其作用是接受来自数控装置发出的进给脉冲，经变换和放大后驱动工作台按规定的速度和距离移动。电气伺服系统按有无检测和反馈装置分为开环、闭环和半闭环系统。1开环系统 开环伺服系统的

33、精度取决于步进电动机的步距角精度，例图341 2闭环系统在闭环系统中，使用位移测量元件测量机床执行部件的移(转)动量，将执行部件的实际移(转)动量和控制量进行比较，比较后的差值用信号反馈给控制系统，对执行部件的移(转)动进行补偿，直至差值为零。例如图342 闭环控制可以消除整个系统的误差、间隙和失动，其定位精度取决于检测装置的精度，其控制精度、动态性能等较开环系统好；但系统比较复杂，安装、调整和测试比较麻烦，成本高，用于精密型数控机床上。 3半闭环系统如果检测元件不是直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中间部位的旋转部件上，称之为半闭环系统，如图343所示。 (二)电气伺服进给系统驱动部

34、件电气伺服进给系统由伺服驱动部件和机械传动部件组成。伺服驱动部件如步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机等，机械传动部件如齿轮、滚珠丝杠螺母等。1对进给驱动部件的基本要求 1）调速范围要宽2) 快速响应性好，电动机具有较小的转动惯量。3) 抗负载振动能力强4) 可承受频繁启动、制动和反转。 5) 振动和噪音小，可靠性高，寿命长。 6) 调整、维修方便。 2进给驱动部件的类型和特点 (1)步进电动机 (2)直流伺服电动机(3)交流伺服电动机 （4）直线伺服电动机如图346b所示。直线伺服电动机的优缺点 (三) 电伺服进给传动系中的机械传动部件 1机械传动部件应满足的要求1) 机械传动部件要采

35、用低摩擦传动。比如，导轨可以采用静压导轨、滚动导轨；丝杠传动可采用滚珠丝杠螺母传动；齿轮传动采用磨齿齿轮。2) 伺服系统和机械会动系匹配要合适。输出轴上带有负载的伺服电动机的时间常数与伺服电动机本身所具有的时间常数不同，如果惯性矩和齿轮等匹配不当，就达不到快速反应的性能。3) 选择最佳降速比来降低惯量，最好采用直接传动方式。4) 采用预紧办法来提高整个系统的刚度。5) 采用消除传动间隙的方法，减小反向死区误差，提高运动平稳性和定位精度。总之，为保证伺服系统的工作稳定性和定位精度，要求机械传动部件无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振和适宜的阻尼比。2机械传动部件设计 (1) 最佳降速比的确定传

36、动副的最佳降速比应按最大加速能力和最小惯量的要求确定，以降低机械传动部件的惯量。对于开环系统，电动机的步距角决定。对于闭环系统，主要由最大进给速度或负载扭矩决定。 (2)齿轮传动间隙的消除：有刚性调整法和柔性调整法两类方法。 (3)滚珠丝杠及其支承：由螺母、丝杠、滚珠、回珠器、密封环等组成。滚珠丝杠的摩擦系数小，传动效率高。 (4)丝杠的拉压刚度计算 (5)滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧：目的、方法(6)滚珠丝杠的预拉伸：目的、方法 第十讲第六节主轴部件设计 一、主轴部件应满足的基本要求l旋转精度：旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。轴承支承端面，主轴轴肩及相关零件端面对主

37、轴回转中心线的垂直度误差，止推轴承的滚道及滚动体误差等将造成主轴轴向跳动；主轴主要定心面的径向跳动和轴向跳动。 2刚度主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。 3抗振性主轴部件的抗振性是指抵抗受追振动和自激振动的能力。 4温升和热变形 5精度保持性 二、主轴部件的传动方式主轴部件的传动方式：齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等。主轴传动方式的选择，主要决定于主轴的转速、所传递的扭矩、对运动平稳性的要求以及结构紧凑、装卸维修方便等要求。还须考虑成本。 1齿轮传动：特点、应用 2带传动：带的种类、特点、应用 3电动机直接驱动方式 三、主轴部件结构设计 (一)主轴部件的支承数目 (二

38、)推力轴承位置配置型式 1前端配置2后端配置 3两端配置 4中间配置 、 (三)主轴传动件位置的合理布置 1传动件在主轴上轴向位置的合理布置 2驱动主轴的传动轴位置的合理布置 (四)主轴主要结构参数的确定主轴的主要结构参数有主轴前、后轴颈直径D1和D2，主轴内孔直径d，主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间的跨距L， 1主轴前轴颈直径D1的选取 2主轴内孔直径d的确定，内孔的作用 3主轴前端悬伸量a的确定 4主轴主要支承间跨距工的确定 (五)主轴 1主轴的构造 2主轴的材料和热处理 3主轴的技术要求 四、主轴滚动轴承 主轴部件中最重要的组件是轴承。轴承的类型、精度、结构、配置方式、安装调整、润滑和冷

39、却等状况，都直接影响主轴部件的工作性能。1、 轴承的种类、特点及应用2、 轴承的润滑3、 轴承的密封第十一讲第七节 支承件设计 一、支承件的功能和应满足的基本要求 (一) 支承件的功能 (二) 支承件应满足的基本要求 1) 应具有足够的刚度和较高的刚度一质量比。 2) 应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗(动刚度)和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。 3) 热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。 4) 排屑畅通、吊运安全，并具有怠好的结构工艺性。 二、支承件的结构设计 (一) 机床的类型、布局和支承件的形状(1) 以切削力为主的中小型机床这

40、类机床的外载荷以切削力为主；(2) 以移动件的重力和热应力为主的精密和高精密机床；(3) 重力和切削力必须同时考虑的大型和重型机床这2机床的布局形式对支承件形状的影响平床身、平拖板；后倾床身、平拖板；平床身、前倾拖板；前倾床身，前倾拖板。主要区别是排屑方便，床身设计成封闭的箱形，能保证有足够的抗弯和抗扭强度。 3支承件的形状 支承件的形状基本上可以分为三类：箱形类、板块类、梁类 (二) 支承件的截面形状和选择支承件结构的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度。 (三)支承件肋板和肋条的布置 (四) 合理选择支承件的壁厚 为减轻机床的重量，支承件的壁厚应根据工艺上的可能选择得薄些。 三、支

41、承件的材料 (一) 铸铁：耐磨性、铸造性能好、阻尼系数大、成本低。但铸件需要木模芯盒，制造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺陷，成本高，适于成批生产。常用的铸件牌号有HT200、HTl50、HTl00。 (二) 钢板焊接结构 (三) 预应力钢筋混凝土 主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立柱等支承件。 (四) 天然花岗岩 四、提高支承件结构性能的措施(一) 提高支承件的静刚度和固有频率(二)提高动态特性：1改善阻尼特性，2采用新材料制造支承件 (三) 提高热稳定性：1控制温升，2采用热对称结构，3 采用热补偿装置第八节 导轨设计 一、导轨的功用和应满足的基本要求 导轨的功用是承受载荷和导向

42、。它承受安装在导轨上的运动部件及工件的质量和切削力，运动部件可以沿导轨运动。运动的导轨称为动导轨，不动的导轨称为静导轨或支承导轨。动导轨相对于静导轨可以作直线运动或者回转运动。 导轨按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨是指在部件自重和载荷的作用下，运动导轨和支承导轨的工作面(如图3101a中c面和d面)始终保持接触、贴合。其特点是结构简单，但不能承受较大颠覆力矩的作用。 导轨应满足的要求：导向精度、承载能力大，刚度好、精度保持性好、低速运动平稳、结构简单、工艺性好 二、导轨的截面形状选择和导轨间隙的调整(一) 直线运动导轨的截面形状：矩形导轨、三角形导轨、燕尾形导轨、圆柱形导轨 (二

43、)回转运动导轨的截面形状：平面环形导轨、锥面环形导轨、双锥面导轨(三)导轨的组合形式：双三角形导轨、双矩形导轨、矩形和三角形导轨的组合、矩形和燕尾形导轨的组合 (四) 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，如果间隙过太，将影响运动精度和平稳性；间隙过小，运动阻力大，导轨的磨损加快。因此必须保证导轨具有合理间隙，磨损后又能方便地调整。导轨间隙常用压板、镶条来调整。 三、导轨的结构粪型殛特点 (一) 滑动导轨：粘贴塑料软带导轨、金属塑料复合导轨板、3塑料涂层、4镶钢导轨 (二) 静压导轨 (三) 卸荷导轨(四) 滚动导轨(五) 导轨的设计 四、提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施 (一

44、) 合理选择导轨的材料和热处理： 1铸铁导轨 2 镶钢导轨 3有色金属导轨 4塑料导轨第十二讲第五章 机床夹具设计第一节机床夹具的功能和应满足的要求 一、机床夹具的功能 (1) 保证加工精度 工件通过机床夹具进行安装，包含了二层含义：一是定位；二是夹紧。 (2) 提高生产率、辅助时间。 (3) 扩大机床的使用范围 (4)减轻工人的劳动强度，保证生产安全。 二、机床夹具应满足的要求 (1)正确的定位、夹紧和导向。(2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应(3) 安全、方便、减轻劳动强度。 (4) 排屑顺畅。(5) 机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性、有利于制造。第二节机床夹具的类型和组成 一、机床夹具的类型 (1) 通用夹具 (2) 专用夹具 (3) 可调整夹具和成组夹具 (4) 组合夹具 (5) 随行夹具