机械制造装备设计-关慧珍

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？柔性化精密化自动化机电一体化节材节能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？机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加工的性能。柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工中心、FMS、组合机床（专用机床）。普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床、柔性制造单元或系统改变加工程序即可适应新的需要，具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床（专用机床）生产率高，专门设计，适应性较差，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？答：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。采用机电一体化技术可以获得如下几方面功能：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？加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。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？答：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。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？类型：创新设计、变形设计、模块设计；它们的本质区别：创新设计是一种新的理念、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。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?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。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？答：选取原则产品的主参数应尽可能采用优先数系。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？设计的评价方法有：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、标准化评价六种。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？答：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？答：含义：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。可靠性的衡量指标有：1、可靠度；2、积累失效概率；3、失效率；4、平均寿命和平均无故障工作时间；5、可靠寿命这些可靠性衡量指标之间在数值上都与时间t相关联。2-1机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么?工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠性、造型与色彩2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？答：（一）总体设计：1、机床主要技术指标设计，包括工艺范围、运行模式、生产率、性能指标等。2、总体方案设计，包括运动功能、基本参数、总体结构布局等设计。3、总体方案综合评价与选择4、总体方案的设计修改或优化。（二）详细设计，包括技术设计和施工设计。（三）机床整机综合评价2-3机床的基本工作原理是什么？答：基本工作原理是：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。2-4机床系列型谱的含义是什么？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”。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？答：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？轨迹法、成形法、相切法、展成法2-8工件表面发生线的形成方法有哪些？1、轨迹法2、成形法3、相切法4、展成法2-9机床的运动功能有哪些？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互装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。3、CNC装置(CNC单元)组成：计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC装置是CNC系统的核心4、伺服单元、驱动装置和测量装置伺服单元和驱动装置主轴伺服驱动装置和主轴电机进给伺服驱动装置和进给电机测量装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。作用保证灵敏、准确地跟踪CNC装置指令：进给运动指令：实现零件加工的成形运动（速度和位置控制）。主轴运动指令，实现零件加工的切削运动（速度控制）5、PLC、机床I/O电路和装置PLC(ProgrammableLogicController)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。2-11.机床上的复合运动，内联系传动链，运动轴的联动的含义及关系如何？答：复合运动是运动之间有严格的运动关系。内联系传动链：两个末端件的转角或位移量之间有严格的比例关系要求。对机械传动的机床来说，复合运动是通过内联系来实现的。对数控机床来说，复合运动是通过运动轴来实现的。2-14.机床的运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？答：机床运动功能式表示机床的运动个数，形式（直线或回转运动），功能（主运动、进给运动、非成形运动）及排列顺序，是描述机床运动功能最简洁的表达形式。运动原理图是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，除了描述机床的运动轴个数，形式及排列顺序之外，还表示了机床的两个末端执行器和各个运动轴的空间相对方位，是认识分析和设计机床传动系统的依据。18.机床运动分配式的含义是什么？答：运动功能分配设计是确定运动功能式中“接地”的位置，用符号“.”表示。符号“.”左侧的运动由工件完成，右侧的运动的刀具完成。机床的运动功能式中添加上接地符号“.”后，称之为运动分配式。2-20机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？对于通用机床，机床的主参数及尺寸参数主要根据国家标准确定。对于专用机床，应根据加工工件要求，参照通用机床的有关标准来确定。机床的运动参数的确定主要依据所设计机床加工工件的尺寸、主传动类型和采用刀具的材质和类型等确定的。比如车床的设计，一定材质的车刀所承受的切削速度是一定的，工件直径增大，主轴转速应减小；反之，工件直径减小，主轴转速应增大。2-23机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动按传动装置类型：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：分极变速传动、无极变速传动主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。2-24.什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系