机械制造装备设计课后习题答案整理

1-1为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。1-2机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？为什么？（需要看教材确认答案）1)柔性化精密化自动化机电一体化节材节能2)符合工业工程要求符合绿色工程要求1-3柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？1)柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。2)数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。1-6机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面？可获得什么好处？1)机械制造装备的机电一体化体现在：其系统和产品的通常结构是机械的，用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理，经控制系统，由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混合形式的执行系统进行操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态。2)好处：1.对机器或机组系统的运行参数进行巡查和控制；2.对机器或机组系统工作程序的控制；3.用微电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构。1-7对机械制造装备如何进行分类？1)加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。2)工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。3)仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。4)辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。1-8工业工程指的是什么？如何在设计机械制造装备时体现工业工程的需求？1)工业工程:是对人、物料、设备、能源和信息能组成的集成系统进行设计，改善和实施的一门科学。2)产品设计符合工业工程的需求：在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择最合理的制造设备，减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装备的总体布局，优化操作步骤和方法，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要的超频工作量。1-9机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区别是什么？1)类型：机械制造装备设计包括创新设计、变形设计、模块化设计；2)本质区别：创新设计：一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量；变型设计：变型设计不是孤立无序的设计，而是在创新设计的基础上进行的；模块化设计：对一定范围内不同性能，不同规格的产品进行功能分析，划分一系列的功能模块，而后组合而成的；1-12哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有哪些优缺点?（再看教材确认）1)系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。2-1)优点1）用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2）可以减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。3）可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。4）零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。5）为开展变型设计提供技术基础2-2)缺点:用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功能还可能冗余。1-13系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什么？公比选得过大或过小会带来哪些问题？1)选取原则:产品的主参数应尽可能采用优先数系。2)主参数系列公比如选得较小，则分级较密，有利于用户选到满意的产品，但系列内产品的规格品种较多，系列化设计的许多优点得不到充分利用；反之，则分级较粗，系列内产品的规格品种较少，可带来系列化设计的许多优点，但为了以较少的品种满足较大使用范围内的需求，系列内每个品种产品应具有较大的通用性，导致结构相对复杂，成本会有待提高，对用户来说较难选到称心如意的产品。1-15设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法极为重要，为什么？1)评价方法：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、产品造型评价、标准化评价2)对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要程度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造型评价。其原因是机械制造装备投资较大，使用周期较长。为了保证产品质量、降低成本、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可缺少的。可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性；结构工艺性评价是对产品结构便于加工制造的性能进行评价，以降低生产成本，缩短生产时间；技术经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方面对产品进行评价；而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。1-16有些方案的技术评价较高，但经济评价一般或不好，有些方案可能是相反的情况，如何对这些方案进行综合评价？设计方案的技术评价Tj和经济评价Ej经常不会同时都是最优，进行技术和经济的综合评价才能最终选出最理想的方案。技术经济评价TEj有两种计算方法：1)当Tj和Ej的值相差不太悬殊时，可用均值法计算TEj值，即TEj=（Tj+Ej）/2。2)当Tj和Ej的值相差很悬殊时，建议用双曲线法计算TEj值，即TEj=根号（Tj+Ej）。技术经济评价值TEj越大，设计方案的技术经济综合性能越好，一般TEj值不应小于0.65。1-17可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指标？它们之间有哪些数值上的联系？1)概念：可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定任务的能力。2)可靠性的衡量指标有：可靠度R(t)、累计失效概率F(t)、失效率、平均寿命和平均无故障工作时间、可靠寿命、维修度、修复率、平均修复时间等（P37-38）3)这些可靠性衡量指标之间在数值上都与时间t相关联,F(t)=1-R(t)。1-18从系统设计的角度，如何提高产品的可靠性？1)从系统设计角度，提高产品可靠性要提高其组成各单元的可靠性水平，因此要进行系统和单元可靠性的预测。（P39）2)此外要将系统可靠性指标合理分配到各组成单元中，明确各组成单元的可靠性设计要求。（P42）2-1机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么?机床设计应满足如下基本要求：1）工艺范围，机床工艺范围是指机床适应不同生产要求的能力，也可称之为机床的加工功能。机床的工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造成本、加工效率和自动化程度。2）柔性，机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力，分为功能柔性和结构柔性；3）与物流系统的可接近性，可接近性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）流动的方便程度；4）刚度，机床的刚度是指加工过程中，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。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。机床的刚度直接影响机床的加工精度和生产率；5）精度，机床精度主要指机床的几何精度和机床的工作精度。机床的几何精度指空载条件下机床本身的精度，机床的工作精度指精加工条件下机床的加工精度（尺寸、形状及位置偏差）。6）噪声；7）、自动化；8）、生产周期；9）生产率，机床的生产率通常是指单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率越高。10）成本，成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护、再利用和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标；11）可靠性，应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率要高。12）造型与色彩，机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学要求进行设计。2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？一般机床设计的内容及步骤大致如下:1)总体设计:机床主要技术指标设计：包括工艺范围运行模式，生产率，性能指标，主要参数，驱动方式，成本及生产周期。总体方案设计包括运动功能设计，基本参数设计，传动系统设计，传动系统图设计，总体结构布局设计，控制系统设计。总体方案综合评价与选择；总体方案的设计修改或优化;2)详细设计:包括技术设计,施工设计。设计机床的传动系统，部件装配图，对主要零件进行分析计算或优化，设计液压部件装配图，电气控制系统等。3)机床整机综合评价4)定型设计:可进行实物样机的制造、实验及评价。根据实物样机的评价结果进行修改设计，最终完成产品的定型设计。2-3机床设计的基本理论有哪些？其定义、原理、要求如何？1)机床的运动学原理:研究、分析和实现机床期望的加工功能所需的运动配置原理：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件具有要求的尺寸和精度的几何形状2)精度：机床的精度包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等3)刚度：机床刚度指机床系统抵抗变形的能力。4)抗振性：机床抗振性指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。5)热变形产生原因：机床工作时受到内部热源（如电动机)液压系统，机械磨擦副，切削热）和外部热源（如环境温度，周围热源辐射等）的影响，使机床各部分温度发生变化，因不同的材料的热膨胀系数不同，机床各部分的变形不同，导致机床产生热变形。6)噪声：机床工作时产生各种不同的振动，这些不同频率，不同振幅的振动将产生不同频率)不同强度的声音，这些声音无规律地组合在一起即成为噪声。7)低速运动平稳性爬行：机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即：时走时停，时快时慢的现象——爬行。2-4机床系列型谱的含义是什么？（P76）。为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户的不同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先确定一种用途最广)需要量较少的机床系列作为“基型系列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若干种变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型”构成了机床的“系类型谱”。（参考：每类通用机床都有它的主参数系列，而每一规格又有基型和变型，合称为这类机床的系列和型谱。机床的主参数系列是系列型谱的纵向（按尺寸大小）发展，而同规格的各种变型机床则是系列型谱的横向发展，因此，“系列型谱”也就是综合地表明机床产品规格参数的系列性与结构相似性的表。）2-5机床的基本工作原理是什么？通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，使工件具有要求的几何形状和尺寸。2-6工件表面的形成原理是什么？任何一个表面都可以看成是一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线，前者称为母线，后者称为导线。而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。2-7工件表面发生线的形成方法有哪些？1)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2)方法有四种：轨迹法)成形法)相切法)展成法2-8工件表面的形成方法是什么？工件表面的形成方法是母线形成方法和导线形成方法的组合。因此，工件表面形成所需的刀具与工件之间的相对运动也是形成母线和导线所需相对运动的组合。2-9机床的运动功能有哪些？为了完成工件表面的加工，机床上需要设置各种运动，各个运动的功能是不同的。可以分为成形运动和非成形运动，或简单运动和复合运动。(参考：1)操作面板它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。2)控制介质与输入输出设备控制介质是记录零件加工程序的媒介输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交