機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第四版李慶余課后習(xí)題答案

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第4版

習(xí)題參考答案

第一章

M機(jī)床應(yīng)滿足哪些基本要求？什么是人機(jī)關(guān)系？

機(jī)床應(yīng)具有的性能指標(biāo):1、工藝范圍；2、加工精度；3、生產(chǎn)率和自動化；4、可靠性；

人機(jī)關(guān)系：使機(jī)床符合人的生理和心理特征，’實(shí)現(xiàn)人機(jī)環(huán)境高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，為操作者創(chuàng)

造一個(gè)安全、舒適、可靠、高效的工作條件；能減輕操作者精神緊張和身體疲勞。

機(jī)床的信號指示系統(tǒng)的顯示方式、顯示器位置等都能使人易于無誤地接受；機(jī)床的操縱

應(yīng)靈活方便，符合人的動作習(xí)慣，使操作者從接收信號到產(chǎn)生動作不用經(jīng)過思考，提高正確

操作的速度，不易產(chǎn)生誤操作或故障。

機(jī)床造型應(yīng)美觀大方，色彩協(xié)調(diào)，提高作業(yè)舒適度。另外，應(yīng)降低噪聲，減少噪聲污染。

1-2機(jī)床設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟是什么？

機(jī)床設(shè)計(jì)大致包括總體設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)，零件設(shè)計(jì)，樣機(jī)試制和試驗(yàn)鑒定四個(gè)階段。

1-3機(jī)床的總體方案擬定包括什么內(nèi)容？機(jī)床總布局的內(nèi)容和步驟是什么？

總體設(shè)計(jì)：I、掌握機(jī)床的設(shè)計(jì)依據(jù)；2、工藝分析；3、總體布局；4、確定主要的技術(shù)

參數(shù)

機(jī)床總體布局：1、分配機(jī)床運(yùn)動；2、選擇傳動形式和支承形式；3、安排操縱部位；

4、擬定提高動剛度的措施。

1-4機(jī)床分配運(yùn)動的原則是什么？驅(qū)動型式如何選擇？

機(jī)床運(yùn)動的分配應(yīng)掌握四個(gè)原則：I、將運(yùn)動分配給質(zhì)量小的零部件；2、運(yùn)動分配應(yīng)有

利于提高工件的加工精度；3、運(yùn)動分配應(yīng)有利于提高運(yùn)動部件的剛度；4、運(yùn)動分配應(yīng)視工

件形狀而定。

機(jī)床的主傳動按驅(qū)動電動機(jī)類型分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)

動乂分為單速電動機(jī)、雙速電動機(jī)及變頻調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動。機(jī)床傳動的形式有機(jī)械傳動，液

壓傳動等。機(jī)械傳動靠滑移齒輪變速，變速級數(shù)一般少于30級，它傳遞功率大，變速范圍

較廣，傳動比準(zhǔn)確，工作可靠，廣泛用于通用機(jī)床中，尤其是中小型機(jī)床中。缺點(diǎn)是有相對

轉(zhuǎn)速損失，工作中不能變速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)速一多楔帶一齒輪傳動

組合的傳動已成為機(jī)床主傳動的主導(dǎo)形式。液壓無級變速傳動平穩(wěn)，運(yùn)動換向沖擊小，易于

實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，適用于刨床、拉床、大型矩臺平面磨床等機(jī)床的主運(yùn)動中。機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動的

傳動多采用機(jī)械傳動（齒掄副、絲杠螺母副、齒輪齒條等）或液壓無級傳動。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給

運(yùn)動采用伺服電動機(jī)一齒輪傳動一滾珠絲杠副傳動。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況，以滿足使用要求

為原則，合理選定。

1-5機(jī)床的尺寸參數(shù)包括的哪些參數(shù)？如何確定？

機(jī)床的尺寸參數(shù)是指影響機(jī)床加工性能的一些尺寸。主參數(shù)代表機(jī)床的規(guī)格的大小，是

最重要的尺寸參數(shù)。另外，機(jī)床尺寸參數(shù)還包括第二主參數(shù)和一些重要的尺寸。

1-6怎樣減少機(jī)床的振動，減小齒輪的噪聲值？

對來自機(jī)床外部的振源，最可靠最有效的方法就是隔離振源。應(yīng)盡量使主運(yùn)動電動機(jī)與

主機(jī)分離，并且采用帶傳動（如：平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動等）驅(qū)動機(jī)床的主運(yùn)動，

避免了電機(jī)振動的傳遞。對無法隔離的振源（如：立式機(jī)床的電動機(jī)）或傳動鏈內(nèi)部形成的

振源，則應(yīng)：①選擇合理的傳動形式（如：采用變頻無級調(diào)速電機(jī)或雙速電機(jī)），盡審減短

傳動鏈，減少傳動件個(gè)數(shù)，即減少振動源的數(shù)量；②提高傳動鏈各傳動軸組件，尤其是主軸

組件的剛度，提高其固有角頻率；③大傳動件應(yīng)作動平衡或設(shè)置阻尼機(jī)構(gòu)；④箱體外表面涂

刷高阻尼涂層，如機(jī)床膩了等，增加阻尼比；⑤提高各部件結(jié)合面的表面精度，增強(qiáng)結(jié)合面

的局部剛度。

自激振動,與機(jī)床的阻尼比,特別是主軸組件的阻尼比，刀具以及切削用量,尤其是切

削寬度密切相關(guān)。除增大1:作部件的阻尼比外，還可調(diào)整切削用量來避免自激振動，使切削

穩(wěn)定。

減少熱變形最簡單最有效的方法是隔離熱源。除將電動機(jī)盡量與主機(jī)分離外，液壓泵、

液壓閥、油箱等應(yīng)與主機(jī)隔離，減少傳給機(jī)床的熱量，從而減小機(jī)床熱變形。加強(qiáng)空氣流通，

改善環(huán)境溫度，也是減少熱變形的有效措施之一。

不能分離的熱源，應(yīng)采用以下措施：①產(chǎn)生熱量較大的熱源，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。如切削液

冷卻加工部位，壓力潤滑油循環(huán)冷卻主軸軸承等。精密機(jī)床可在恒溫下加工；②熱源相對結(jié)

構(gòu)對稱，熱變形后中心位置不變。如臥式車床主軸水平位置基本對稱，機(jī)床溫度升高后，機(jī)

床主軸水平位移很小；③改善排屑狀態(tài)。數(shù)控車床的床身導(dǎo)軌傾斜于主軸后上方，使切屑在

自重作用下落入下面小車中或切屑輸送機(jī)上，切屑不與床身和導(dǎo)軌副接觸，避免了切屑攜帶

的切削熱傳給床身導(dǎo)軌，減少了熱變形。

減少齒輪噪聲的措施:①縮短傳動鏈，減少傳動件的個(gè)數(shù)；②采用小模數(shù)、硬齒面齒輪，

降低傳動件的線速度。實(shí)踐證明：線速度降低50%,噪聲降低6db；③提高齒輪的精度；④

采用增加齒數(shù)、減小壓力角或采用斜齒圓柱齒輪，增加齒輪嚙合的重合度，機(jī)床齒輪的重合

度應(yīng)不小于1.3；⑤提高傳動件的阻尼比，增加支承組件的剛度。

1-7機(jī)床的主運(yùn)動參數(shù)如何確定？等比傳動有何優(yōu)點(diǎn)？通用機(jī)床公比選用原則是什么？

不同的機(jī)床，對主運(yùn)動參數(shù)的要求不同。專用機(jī)床和組合機(jī)床是為特定工件的某一特定

工序而設(shè)計(jì)的，每根主軸只有一種轉(zhuǎn)速，根據(jù)最佳切削速度而定。通用機(jī)床是為適應(yīng)多種工

件加工而設(shè)計(jì)的，工藝范圍廣，工件尺寸變化大，主軸需要變速。因此需確定主軸的變速范

圍，即最高轉(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速。主運(yùn)動可采用無級變速，也可采用分級變速。如果采用分級變

速，則還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速級數(shù)，

1-8標(biāo)準(zhǔn)公比有哪些，是根據(jù)什么確定的？數(shù)控機(jī)床分級傳動的公比是否為標(biāo)準(zhǔn)值?

~（P~~~~L06|1712|L26""|""L41""|""L58""|"""L78""|2~

公比。越小，最大相對轉(zhuǎn)速損失率Amax就?。坏兯俜秶搽S之變小，要達(dá)到一定的

變速范圍，就必須增加變速組數(shù)目、增加傳動副個(gè)數(shù)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于中型機(jī)床，公比0

一般選取1.26或1.41；對于大型重型機(jī)床，加工時(shí)間長，公比0應(yīng)小一些，一般選取1.26、

1.12或1.06；非自動化小型機(jī)床，加工時(shí)間小于輔助時(shí)間，轉(zhuǎn)速損失對機(jī)床勞動效率影響不

大，為使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，公比?？蛇x大一些，可選擇1.58、1.78,甚至2。專用機(jī)床原則上

不變速，但為適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步，可作適當(dāng)性能儲備，公比e可選擇1.12、1.26。

數(shù)控機(jī)床分級傳動的公比不是為標(biāo)準(zhǔn)值。

1-9機(jī)床的動力參數(shù)如何選擇？數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的動力參數(shù)確定方法有什么不同？

1、機(jī)床主運(yùn)動的功率P主為心=%+與+為

普通機(jī)床主運(yùn)動的功率根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速，典型工藝參數(shù)確定。普通機(jī)床主運(yùn)動電動機(jī)，恒

速轉(zhuǎn)動，無恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速段,數(shù)控機(jī)床主軸電動機(jī)既有恒功率轉(zhuǎn)速，又有恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范圍；主

運(yùn)動功率根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速、恒功率變速范圍、典型工藝參數(shù)確定。

進(jìn)給運(yùn)動電動機(jī)功率的確定：

2、普通機(jī)床進(jìn)給運(yùn)力電動機(jī)功率的確定：⑴進(jìn)給運(yùn)動與主運(yùn)動合用一臺電動機(jī)時(shí)，可

不單獨(dú)計(jì)算進(jìn)給功率，而是在確定主電動機(jī)功率時(shí)引入一個(gè)系數(shù)機(jī)床主電動機(jī)功沃為

生=2+與

⑵進(jìn)給運(yùn)動中工作進(jìn)給與快速移動合用一臺電動機(jī)時(shí)，快速電動機(jī)滿載起動，且加速度

大，所消耗的功率遠(yuǎn)大于工作進(jìn)給功率，且工作進(jìn)給與快速移動不同時(shí)進(jìn)行所以該電動機(jī)

功率按快速移動功率選取，數(shù)控機(jī)床屬于這類情況。

⑶進(jìn)給運(yùn)動單獨(dú)使用一臺電動機(jī)時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動電動機(jī)功率Pf按下式計(jì)算

Qv,

P,=—^—

'60000%

3.快速移動電動機(jī)功率的確定

⑴交流異步快速移動電動機(jī)功率的確定快速移動電動機(jī)起動時(shí)間短、移動部件加速度

大。在較短時(shí)間內(nèi)（0.5~ls）,使質(zhì)量較大的移動部件達(dá)到所需的移動速度，電動機(jī)一方面

要克服移動部件和傳動系統(tǒng)的慣性力，使其起動并迅速加速；另一方面電動機(jī)需克服移動部

件因移動而產(chǎn)生的摩擦力。起動過程中消耗的功率P由克服慣性力所需功率P,和克服摩擦

力所需的功率6組成。移動部件在起動過程中，是勻加速運(yùn)動，平均速度是「皿/2,但由

于起動時(shí)間短，計(jì)算電動機(jī)起動功率時(shí)可按最大移動速度計(jì)算。當(dāng)移動部件達(dá)到所需的移動

速度后，移動部件變?yōu)楹闼龠\(yùn)動，電動機(jī)僅需克服移動部件的摩擦力就能維持其運(yùn)動，即快

速移動時(shí)所消耗的功率為8。因此，快速移動電動機(jī)的功率應(yīng)按起動時(shí)所需功率選取，即

由十電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大十額定轉(zhuǎn)矩，血電動機(jī)的功率是按連續(xù)工作狀態(tài)確定的，起動功率折

算成連續(xù)（額定）功率為

r=P{+P2_Mun?/>

k19550h

⑵伺服電動機(jī)選擇：1）進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，是同

步型電動機(jī)，即只要電磁軀動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)轉(zhuǎn)速與定子磁場轉(zhuǎn)速相等，且進(jìn)給

運(yùn)動速度不受切削負(fù)載變化的影響；數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)屬恒轉(zhuǎn)矩特性，為使進(jìn)給運(yùn)動平穩(wěn)，生［服

電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)不小于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩

MM=（-u1M+M+"”?

/2

?L2000叫

2）起動轉(zhuǎn)矩和加速特性伺服電動機(jī)可用式1-16計(jì)算所需起動轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動機(jī)

乙為伺服系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的?半。由工作臺的移動速度u=〃iP〃=3（）3尸得工作臺的

加速時(shí)間乙和加速度。

2.確定傳動順序及傳動副數(shù)的原則

從傳動順序來講，應(yīng)盡量使前面的傳動件多一些。即：前多后少的原則?？傊畱?yīng)采用三

聯(lián)或雙聯(lián)滑移齒輪變速組，且三聯(lián)滑移齒輪變速組在前。數(shù)學(xué)表達(dá)式為

3>Pa>Ph>P>...

3.確定擴(kuò)大順序

擴(kuò)大順序應(yīng)采用前密后疏。數(shù)學(xué)表達(dá)式為

&vw...

4.確定最小傳動比的原則

最小傳動比應(yīng)采取前緩后急的原則，也稱為遞降原則。最后變速組的最小傳動比常取l/4o

數(shù)學(xué)表達(dá)式為

1

Iam.in>—L匕m.in>-Irmi.n>—???>——

2-6機(jī)床轉(zhuǎn)速圖中，為什么要有傳動比限制，各變速組的變速范闈是否一定在限定的范

圍內(nèi)，為什么？

極限傳動比、極限變速范圍原則

在設(shè)計(jì)機(jī)床傳動時(shí)，為防止傳動比過小造成從動齒輪太大，增加變速箱的尺寸，一般限

制最小傳動比為"代1/4；為減少振動，提高傳動精度，直齒輪的最大傳動比心小2,斜齒

圓柱齒輪，maxW2.5；直齒輪變速組的極限變速范圍是

/?=2x4=8

斜齒圓柱齒輪變速組的極限變速范圍為

r=2.5x4=10

最后變速組變速范圍可為單【可曲機(jī)構(gòu)（背輪機(jī)構(gòu)），最大變速范圍為16。

2-7機(jī)床傳動系統(tǒng)為什么要前多后少，前密后疏，前緩后急？

機(jī)床的主傳動系統(tǒng)為絳速傳動（大部分甚至全部轉(zhuǎn)速低丁?電動機(jī)的轉(zhuǎn)速）。傳動件越靠

近電動機(jī)其轉(zhuǎn)速就越高，在電動機(jī)功率一定的情況下，所需傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小，傳動件和傳

動軸的幾何尺寸就越小。因此，從傳動順序來講，應(yīng)盡量使前面的傳動件多一些。即：前多

后少的原則。

變速組）的變速范圍是弓,在公比一定的情況下，級比指數(shù)和傳動副數(shù)是影

響變速范圍的關(guān)鍵因素。只有控制馬（舄-1）的大小，才能使變速組的變速范圍不超過允許

值。傳動副數(shù)多時(shí)，級比指數(shù)應(yīng)小一些?？紤]到傳動順序中有前多后少的原則，擴(kuò)大順序應(yīng)

采用前密后疏。

使更多的傳動件在相對高速下工作，減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸，除在傳動順序上前多月少、

擴(kuò)大順序上前密后疏外，最小傳動比應(yīng)采取前緩后急的原則，也稱為遞降原則C傳動件在傳

遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動的同時(shí)，也瘠其自身的轉(zhuǎn)角誤差按傳動比的大小放大縮小，依次向后傳遞，最

終反映到執(zhí)行件上。如果最后變速組的傳動比小于I,就會將前面各傳動件傳遞來的轉(zhuǎn)角誤

差縮小，傳動比越小，傳遞來的誤差縮小倍數(shù)就越大，從而提高傳動鏈的精度。因此采用先

緩后急的最小傳動比原則，有利于提高傳動鏈末端執(zhí)行件的旋轉(zhuǎn)精度。

2-8公比0=1.26,結(jié)構(gòu)式為24=32X23X26X212，計(jì)算各變速組的級比、變速范圍

及總變速范圍，并指出該結(jié)構(gòu)式表示什么類型的傳動鏈。在保證結(jié)構(gòu)式性質(zhì)不變的情況下，

若想縮短傳動鏈，應(yīng)采用什么措施？

2(3-1)x23<2-,)x3

個(gè)=1.26=1.58r,=l.26=2.52咪=I,26=2z;=1.26=2

612

(Pa=1.26=4乙=1.26(2-DX6=4中"=126=16=1.26,2TM?=咐

R=1.26247+2=1.2625=315

第二變速組為基本組，級比指數(shù)為3,因而該系統(tǒng)為對稱雙公比傳動鏈；最后擴(kuò)大組的

變速范圍為16,是單回由機(jī)構(gòu)；故該結(jié)構(gòu)式表示的傳動鏈?zhǔn)蔷哂袉位厍鷻C(jī)構(gòu)的對稱雙公比

傳動鏈。

由于基本組傳動副數(shù)為2,級比也為3,可由雙速電動機(jī)代替，雙速電動機(jī)為動力源，

必須為第一變速組。結(jié)構(gòu)是調(diào)整為：24=23X32X26X21

2-9某機(jī)床公比°=1.26,主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=I6,nj=40r/min,nniax=2000i/min,試擬定

出結(jié)構(gòu)式，畫出結(jié)構(gòu)網(wǎng)；若電動機(jī)功率P=4kW,額定轉(zhuǎn)速nm=1440r/min,確定齒輪齒數(shù),

畫出轉(zhuǎn)速圖。

該機(jī)床的變速范圍是

T=5。

需要的理論轉(zhuǎn)速級數(shù)為

z，=jg50=18>16

電。

采用對稱雙公比傳動，大公比格數(shù)為：

/=18-16=2為偶數(shù)，且小于8；

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

x

16=2"222x24x28

按前密后疏的原則

16=22x23x24x28

結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖如圖所示。（注：（1）轉(zhuǎn)速圖不是唯一的，（2）第2變速組傳動比乘以

1.06,第3變速組傳動比除以1.06）

40

22232428

題9某機(jī)床主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖

題9某機(jī)床主傳動鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

2-10某機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速為n=40?l800r/min,公比。=1.41,電動機(jī)轉(zhuǎn)速nm=1440r/niin.

試擬定結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖；確定齒輪齒數(shù)、帶輪直徑比，驗(yàn)算轉(zhuǎn)速誤差；畫出傳動系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

1800

R==45

40

需要的理論轉(zhuǎn)速級數(shù)為

Jg45

=喧。+1=12

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

12=3,x23x26

結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖如圖所示。（注：轉(zhuǎn)速圖不是唯一的；第一變速組傳動比除以1.06,第

三變速組傳動比乘以1.06）

題10某機(jī)床主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖

題10某機(jī)鉆床主傳動鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

產(chǎn)卷-會……

44

,,=1-—=2.22%

45

2-11某機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速為n=100?1120r/min,轉(zhuǎn)速級數(shù)Z=8,電動機(jī)轉(zhuǎn)速nm=1440r/min,

試擬定結(jié)構(gòu)式、畫出轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

穴=￡222=1]2

100

該機(jī)床的公比為

0=8/11.2=1.41

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

12=2,x2,x24

題11某機(jī)床主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖

題11某機(jī)鉆床主傳動鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

轉(zhuǎn)速圖中：第二變速組傳動比除以1.()6,第三變速組傳動比除以1.06。傳動系統(tǒng)圖略。

2-12寬式排列中是否有滑移齒輪齒數(shù)差要求，最大滑移齒輪是否一定居中，能否實(shí)現(xiàn)

順序變速？為什么？

寬式排列滑移齒輪滑移嚙合變速過程中，位于中間位置的滑移齒輪沒有越過任何固定齒

輪，不存在齒頂干涉問題，因而寬式排列中沒有最大、次大或最小滑移齒數(shù)差不小于4的條

ab

題12無齒頂干涉條件的排歹J

a）最大滑移齒輪居中的無齒頂干涉條件的排列b）最小滑移齒輪居中的無齒頂干涉條件的排冽

件，三個(gè)滑移齒輪可任意排列；能實(shí)現(xiàn)順序變速。

2-13適用于大批最生產(chǎn)模式的專門化機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n=45?500r/min,為簡化結(jié)構(gòu)采

用了雙速電動機(jī)，nm=720/1440r/min,試畫出該機(jī)床的轉(zhuǎn)速圖和傳動系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

及=嘿=心

需要的理論轉(zhuǎn)速級數(shù)為

電。

該機(jī)床專門化機(jī)床，原則上不變速，但為適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步，可作適當(dāng)性能儲備，公比0可

選擇1.12、1.26。若采用G=I.26

1g11.2

Z'=4-1=11.5

lg1.26

題13某機(jī)床主傳動鏈轉(zhuǎn)速圖

題13某機(jī)鉆床主傳動鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

該機(jī)床采用雙速電動機(jī)，則該機(jī)

床床的結(jié)構(gòu)式為

12=23x3,x255

轉(zhuǎn)速圖中第二變速組，傳動比除

以1.06；第三變速組的傳動比乘以

1.06。

傳動系統(tǒng)圖略

2-14舉例說明避免背輪機(jī)構(gòu)高

速空轉(zhuǎn)的措施。

2-15求圖2-33所示傳動系統(tǒng)的

各齒輪、主軸、傳動軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。

主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速=63/7min

題2-14避免背輪機(jī)構(gòu)高速空轉(zhuǎn)

IV軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n.=180"min

HI軸il算轉(zhuǎn)速nj=180/7niin

H軸計(jì)算轉(zhuǎn)速?y=500/7min

I軸計(jì)算轉(zhuǎn)速力=1000r/min

z23:z65（1￥軸~\］軸）齒輪副主動輪計(jì)算轉(zhuǎn)速勺=180"min

z23:z65（V軸~1￥軸）齒輪副主動輪計(jì)算轉(zhuǎn)速n.=500r/min

z21:z59、z40:z40齒輪副主動輪計(jì)算轉(zhuǎn)速丐二500”min

z20:z40、z25:z35、z30:z30齒輪副主動輪計(jì)算轉(zhuǎn)速=1000r1min

2-16某數(shù)控機(jī)床，主軸片31.5?

3（X）（）r/niin,計(jì)算轉(zhuǎn)速嶼=125r/min：主傳

動采用變頻電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為

nm=6?4500r/min,額定轉(zhuǎn)速n產(chǎn)1500

r/min,功率為P=7.5kW。試設(shè)計(jì)電動機(jī)串

聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。

1）主軸要求的恒功率變速范圍

3000=24

125

2）電動機(jī)的恒功率變速范圍是3,即

Rp,n=Qm=3

3）該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級數(shù)、變

速組數(shù)

Zmin

==2.89

電3

1g2.89

&min=----------=J.53

愴2

取k=2,Z=4

4)分級傳動系統(tǒng)的實(shí)際公比為

5)結(jié)構(gòu)式為4=2,X22

125I

6)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為

根據(jù)前緩后急的原則取

111

In=5

7)其它傳動副的傳利比為

2

L="欣=-X22=1

4

8)調(diào)速電動機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

%"nin=31.5xI2r/min=378r/nin

9)電動機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

匕mi.xX=7.5x焉ZW=L89ZW

〃（）1500

2-17某數(shù)控機(jī)床，主軸n=22.5?4500r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速叼=750r/min；主傳動采用變頻

電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為0后6?4500r/min,額定轉(zhuǎn)速nd=1500r/min,功率為P=7.5kW.

試設(shè)計(jì)電動機(jī)串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。

1）主軸要求的恒功率變速范圍

4500

P〃750

2）電動機(jī)的恒功率變速范圍是3,即R?“=%”=3

3）該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級數(shù)、變速組數(shù)

1

2際=里民=躍=1-63?二喘二。-7

illinitc

Ige”館31g2

取k=l,Z=2

4)分級傳動系統(tǒng)的實(shí)際公比為

殳」=2

~z3|&3

5)結(jié)構(gòu)式為2=2.

75()1

6)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為

min-1506-2

根據(jù)前緩后急的原則取

1

%=2%=1

7)其它傳動副的傳切比為

i“2="WF=；X2=1

8)調(diào)速電動機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

=22.5x2〃/min=45r/min

9)電動機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

>245

Pmin=Px=7.5x^—kW=0.225kW

Mm，nm%1500

2-18某數(shù)控機(jī)床，主軸n=31.5?2400r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速坨=200r/min：主傳動采用變頻

電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為小=6?4500r/min,額定轉(zhuǎn)速小=1500r/min,功率為P=7.5kW。

試設(shè)計(jì)電動機(jī)串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。

1)主軸要求的恒功率變速范圍

V患“

2)電動機(jī)的恒功率變速范圍是3,即Rpm=

3)該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級數(shù)、變速組數(shù)

Zmin=型瓦'=叱=2.26

IDini1c

lg。,”lg3

取k=2,Z=4

4）分級傳動系統(tǒng)的實(shí)際公比為

5）結(jié)構(gòu)式為4=2I,x2,4

2001

6）分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為z=

min1500-75

根據(jù)前緩后急的原則取

.11.1

lbi~2S2?i=2

7)其它傳動副的傳動比為

j-=*1.58=倉

^2=^F=T77XL582=1

8）調(diào)速電動機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

nmmin=31.5x7.577nin=236r/min

9）電動機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

2min=""x"L=7.5x4^W=1.18RW

mm，n%1500

2-19無級變速有哪些優(yōu)點(diǎn)？

無級變速能使機(jī)床獲得最佳切削速度，無相對轉(zhuǎn)速損失；口能夠在加工過程中變速，保

持恒速切削；無級變速器通常是電變速組，恒功率變速范圍為2?16,恒轉(zhuǎn)矩變速范圍大于

100,這樣，縮短了傳動鏈長度，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；無級變速系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動化操作。

2-20數(shù)控機(jī)床主傳動設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？

電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的最高轉(zhuǎn)速。主軸

的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍&則決定了電動機(jī)恒轉(zhuǎn)矩變速范圍的大小，=R『，電動機(jī)恒轉(zhuǎn)

矩變速范圍凡,加經(jīng)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比，產(chǎn)生主軸的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍。

2-21機(jī)床進(jìn)給傳動鏈與主傳動鏈相比，有哪些不同？

主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)床，主運(yùn)動鏈大部分為恒功率變速，轉(zhuǎn)速圖前多后少、前密后疏、前

緩后急；而機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈全部是恒轉(zhuǎn)矩變速，轉(zhuǎn)速圖須前少后多、前疏后密、前急

后緩，以獲得相對較大的驅(qū)動功率。

2-22三聯(lián)滑移齒輪的最大與次大齒輪的齒數(shù)差小于4時(shí)，為順利滑移嚙合變速，應(yīng)采

用什么措施？

當(dāng)最大、次大滑移齒輪齒數(shù)差小于4時(shí)，可采用亞寬式排列，讓滑移的小齒輪越過固定

的小齒輪，改變嚙合變速條件，使最大和最小齒輪齒數(shù)差不小于4；直接采用寬式排列，不

存在齒輪齒頂干涉問題；也可采用變位齒輪使兩齒頂圓直徑之差不小于4個(gè)模數(shù)：或采用牙

嵌離合器變速，使齒輪不動。

2-23有公用齒輪的交錯(cuò)排列有什么優(yōu)點(diǎn)？

交錯(cuò)排列能減少兩齒輪變速組的軸向長度，采用公用齒輪使兩齒輪變速組的軸向長度更

短。

2-24提高傳動鏈的傳動精度應(yīng)采用什么措施？

制造誤差、裝配誤差、軸承的徑向圓跳動及傳動軸的橫向彎曲等，都能使齒輪等傳動件

形成幾何偏心和運(yùn)動偏心，產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差。要提高傳動精度，需從以下幾方面采取措施。

1）盡量縮短傳動鏈。傳動副越少，誤差源越少。

2）使盡量多的傳動路線采用先緩后急的降速傳動，且末端傳動組件（包括軸承）要有較

高的制造精度、支承剛度，必要時(shí)采用校正機(jī)構(gòu)，這樣可縮小前面?zhèn)鲃蛹膫鲃诱`差，且末

端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動誤差。

3）升速傳動、尤其是傳動比大的升速傳動，傳動件的制造精度應(yīng)高一些，傳動軸組件應(yīng)

有較高的支承剛度。減小誤差源的誤差值，避免誤差在傳動中擴(kuò)大。

4）傳動鏈應(yīng)有較高的剛度，減少受載后的彎曲變形。主軸及較大傳動件應(yīng)作動平衡，

或采用阻尼減振結(jié)構(gòu)，提高抗振能力。

2-25結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它是否具有乘法的交換率和分配率？為什么？

結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但不具有乘法的交換率和分配率。因?yàn)楦鹘M數(shù)字表示各

變速組在傳動鏈的位置，第一變速組、第二變速組、笫三變速組等，大數(shù)字表示該變速組的

傳動副數(shù)，下角數(shù)字表示該變速組的級比指數(shù)。

2-26直線運(yùn)動的主傳動鏈和進(jìn)給傳動鏈其載荷特性是否相同？其計(jì)算轉(zhuǎn)速怎樣確定？

直線運(yùn)動的主傳動鏈和進(jìn)給傳動鏈其我荷特性相同，皆為恒轉(zhuǎn)矩載荷。計(jì)算轉(zhuǎn)速（速度）

是直線運(yùn)動的主傳動鏈和進(jìn)給傳動鏈的最高轉(zhuǎn)速（速度

2-27誤差傳遞的規(guī)律是什么？如何提高傳動鏈的傳動精度？傳動件的轉(zhuǎn)角誤差與哪些

因素有關(guān)？

誤差傳遞的規(guī)律是：在傳動鏈中，前一級傳動件的轉(zhuǎn)角誤差，經(jīng)縮小放大后，和從動齒

輪的轉(zhuǎn)角誤差一起，傳給后一級傳動副，再按后一級傳動副傳動比的大小進(jìn)行擴(kuò)大或縮小。

即在傳動鏈中，傳動件在傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，也將傳動件的轉(zhuǎn)角誤差按傳動比的大小進(jìn)

行放大或縮小，依次向后傳遞，最終反映到執(zhí)行件上。如該傳動件至執(zhí)行件的總傳動比小于

1，則該傳動件的轉(zhuǎn)角誤差在傳動中被縮小：反之，將被擴(kuò)大。

傳動件的轉(zhuǎn)角誤差：為坯的幾何中心O與機(jī)床工作臺旋轉(zhuǎn)軸心Oi的同軸度誤差，偏量

為修，幾何偏心；同樣齒輪的幾何中心O與傳動軸軸心02也存在同軸度誤差，偏移量為

e]o

2-28某機(jī)床主運(yùn)動鏈的結(jié)構(gòu)式為16=22*24x25x28,公比°=1.26,主軸的最高轉(zhuǎn)

速為〃max=2000"min。試確定機(jī)床主軸的各級轉(zhuǎn)速。

主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為

1I1

仆x?>x<

(p(p

"max=々6=2000"min=nA(p

=鳥6=2000/31.5rmin=63/7min

n]2=500r/min%=250r/nin-125r/niin

,19〃154\2000../

n=/(9)=----------r/mui=25r/min

}31.5x2x0

n14==25x31.5〃min=800r/min

n5=100r/min=200r/min=400r/niin?14=800r/min

=/?!)/10r/min=40/7minn4-80r/minn7=160r/ininnw=31577min

ny3=630r/min?I5=10?6=1250r/min

2-29某機(jī)床主運(yùn)動鏈的結(jié)構(gòu)式為24=3產(chǎn)23x26x2”“，公比p=1.26,主軸的最低

轉(zhuǎn)速為〃min=1（）*min。試確定機(jī)床主軸的各級轉(zhuǎn)速。

~/1公比0=1.26

=

〃min=10"ninn4=20r/min%=40/*/rrrinn]()=80r/min

2

n2=\0(pr/min=12.5r/minn3=10^?r/min=16r/min

ns=25r/minn6=31.5r/min=50r/min=63r/rrrinn}l=l(X)r/niin

“4~〃24公比0=1-26最后變速組級比指數(shù)理論值為12；選取10.5肯定是受到需求

的最高轉(zhuǎn)速的限制；同理，%面=1()—八】山]也是根據(jù)實(shí)際需要確定的；若要保留傳動鏈能得

到的主軸級數(shù)，高低速段交叉：級比指數(shù)為0.5的奇數(shù)倍，能使主軸中段(高低速交叉段)

形成公比9=1.12轉(zhuǎn)速段，符合工藝需求。因而高速段應(yīng)首先最高轉(zhuǎn)速確定，

24,-,5I5，5

H24=10^--=10^^V1400r/min=315x4x1.12/7min=140)r/min

=710r/min=355r/min=180/*/min

=1120r/minn22=9(X)r/niin

〃2()=560r/ninn]9=450r/minn}7=280r/min/?16=224r/min

~公比0=1.12

0,5

/?12=100(/7r/niin=112r/nin

0>o

/?13=2779r/min=125/7rrrin=H]2^nu=n]1/c/)r/nin=l40r/min=7z,y(p'

第三章

3-1為什么對機(jī)床主軸要提出旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫升及耐磨性要求？

主軸組件的功用是縮小主運(yùn)動的傳動誤差并將運(yùn)動傳遞給工件或刀具進(jìn)行切削，形成表

面成形運(yùn)動；承受切削力和傳動力等載荷。主軸組件直接參與切削，其性能影響加工精度和

生產(chǎn)率。

末端傳動組件（包括軸承）要有較高的制造精度、支承剛度，必要時(shí)采用校正機(jī)構(gòu)，這

樣可縮小前面?zhèn)鲃蛹膫鲃诱`差，且末端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動誤差。

旋轉(zhuǎn)精度是主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動

值。它取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔等的制造精度，裝配和調(diào)整精度。

動態(tài)剛度包括抗振性、熱變形、噪聲。耐磨性是精度保持性的體現(xiàn)。故機(jī)床主軸要提出

旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫升及耐磨性要求。

3-2主軸部件采用的滾動軸承有那些類型，其特點(diǎn)和選用原則是什么？

雙列圓柱滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承、角接觸球軸承、雙列圓錐滾子軸承。

雙列圓柱滾子軸承，滾子直徑小，數(shù)量多（50~60個(gè)），具有較高的剛度；兩列滾子交錯(cuò)

布置，減少了剛度的變化量；外圈無擋邊，加工方便：主軸內(nèi)孔為錐孔，錐度1:12,軸向

移動內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實(shí)體保持架，利于軸承散熱。NN3000K

超輕系列軸承。

軸承型號為234400,接觸角60。，滾動體直徑小，極限轉(zhuǎn)速高；外圈和箱體孔為間隙配

合，安裝方便，且不承受徑向載荷：與雙列圓柱滾子軸承配套使用,

角接觸球軸承常用的型號有7000C系列和7000AC系列，前者接觸角為15。，后者為

25%7000C系列多用于極限轉(zhuǎn)速高，軸向負(fù)載小的機(jī)床.如內(nèi)圓磨床主軸等；7000AC系列

多用于極限轉(zhuǎn)速高于雙列滾子軸承，軸向載荷較大的機(jī)床，如車床主軸和加工中心主軸。為

提高支承剛度，可采用兩個(gè)角接觸球軸承組合安裝。

圓錐滾子軸承，與圓錐齒輪相似，內(nèi)圈滾道錐面、外圈滾道錐面及圓錐滾子軸線形成的

錐面相交于…點(diǎn)，以保證圓錐滾子的純滾動。圓錐滾子軸線形成的錐面與軸承軸線的夾角

（即半錐角），等于接觸角。由于圓錐滾子軸承是線接觸，所以承載能力和剛度較高。圓錐

滾子旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力的軸向分力使?jié)L子大端與內(nèi)圈擋邊之間滑動摩擦，摩擦面積大，發(fā)熱量

大，因而極限轉(zhuǎn)速較低。軸承代號為30000。

雙列圓錐滾子軸承有一個(gè)公用外圈，兩個(gè)內(nèi)圈，且內(nèi)圈小端無擋邊，可取出內(nèi)圈，修磨

中間隔套，調(diào)整預(yù)緊量。雙列圓錐滾子軸承是背靠背的用接觸軸承，支點(diǎn)距離大，線接觸,

滾子數(shù)量多，剛度和承載能力大?？沙惺芗儚较蛄?，也可承受以徑向力為主的徑向與雙向軸

向載荷。適用于中低速、中等以上教荷的機(jī)床主軸前支承。常用的型號為350000。

機(jī)床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動載荷，約為

l/10o因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)；主軸軸承，

應(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速來選擇。軸承的剛度與軸承的類型有關(guān)，線接觸的滾子軸

承比點(diǎn)接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當(dāng)預(yù)緊不

僅能提高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。軸承的極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動體的形狀有關(guān)，同等尺寸的

軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高于圓錐滾子軸承；同一

類型的軸承，滾動體的分布圓越小，滾動體越小，極限轉(zhuǎn)速越高。軸承的軸向承載能力和剛

度，由強(qiáng)到弱依次為：推力球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承；承

受軸向載荷軸承的極限轉(zhuǎn)速由高到低為:角接觸球軸承、準(zhǔn)力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、

推力球軸承。

3-3試分析主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)：跨度/、懸伸量〃、外徑。及內(nèi)孔d對主軸部件彎曲剛度的影

響？

由材料力學(xué)可知：當(dāng)湍部受尸力時(shí)，在剛性支承上彈性主軸端部變形印為

eFd~/.\

。.=-(/+a)

*3EI'7

主軸的兩支承之間的外徑、內(nèi)徑可按當(dāng)量直徑。,、4計(jì)算，當(dāng)量直徑可按下式計(jì)算

9=質(zhì)4=疑

式中0”、4，右、4——階梯軸各段外徑、內(nèi)徑及其長度(mm)。

主軸的當(dāng)量慣性矩為

/=5。：一"；)=0?49(比々；)

3-4主軸前后軸承的徑向跳動最分別為之、為，試計(jì)算2、品在主軸前端。處引起的徑

向跳動。

剛性主軸彈性支承引起的主軸端部變形久為

61=必+&2

=“(+7a卜\與7a=/F+(7〃卜丫豆F⑺(a\

3-5提高主軸剛度的措施有哪些？

提高剛度除提高主軸自身剛度外，可采用以下措施：.①角接觸軸承為前支承時(shí)，接觸

線與主軸軸線的交點(diǎn)應(yīng)位于軸承前面：②傳動件應(yīng)位于后支承外側(cè)，且傳動力使主軸端部變

形的方向，不能和切削力造成的主軸端部的變形方向相同，兩者的夾角應(yīng)大一些，最佳為

180。，以部分補(bǔ)償切削力造成的變形；主軸為皮帶傳動時(shí)，應(yīng)采用卸荷式機(jī)構(gòu)，避免主軸承

受皮帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機(jī)構(gòu)；③適當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承數(shù)目，適度預(yù)緊，采

用輔助支承提高支承剛度，

提高動剛度除提高主軸組件的靜剛度，使固有頻率增高，避免共振外，可采用如下措

施:①用圓錐液壓漲套取代螺紋等軸向定位件;徑向定位采用小錐度過盈配合或漸開線花鍵:

滑移齒輪采用漸開線花鍵配合；②采用三支承主軸；③旋轉(zhuǎn)零件的非配合面全部進(jìn)行較精密

的切削加工，并做動平衡；④設(shè)置消振裝置，增加阻尼?？稍谳^大的齒輪上切削出一個(gè)圓環(huán)

槽，槽內(nèi)灌注鉛，主軸轉(zhuǎn)動時(shí)，鉛就會產(chǎn)生相對微量運(yùn)動，消耗振動能量，從而抑制振動；

如果是水平主軸，可采用動壓滑動軸承，提高軸承阻尼；圓錐滾子軸承的滾子大端有滑動摩

擦，阻尼比其它滾動軸承高，因而在極限轉(zhuǎn)速許可的情況下，優(yōu)先采用圓錐滾子軸承；增加

滾動軸承的預(yù)緊力，也可增加軸承的阻尼；⑤采用動力油潤滑軸承，控制溫升，減少熱變形。

3-6主軸的軸向定位有幾種，各有什么特點(diǎn)？CA6I40車床為什么采用后端定位，而數(shù)控機(jī)

床為什么都采用前端定位？

推力軸承在主軸上的位置，影響主軸的軸向精度和主軸熱變形的方向和大小。為使主軸

具有足夠的軸向剛度和軸向定位精度，必須恰當(dāng)配置推力軸承的位置。軸向推力軸承配置:

⑴前端定位：推力軸承安裝在前釉承內(nèi)側(cè)，前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，主軸受熱膨

脹向后伸長，對主軸前端位置影響較??；適用于軸向精度和剛度要求高的高精度機(jī)床和數(shù)控

機(jī)床。⑵后端定位：前支承結(jié)構(gòu)簡單，無軸向力影響，溫升低：但主軸受熱膨脹向前伸長，

主軸前端軸向誤差大。使用于軸向精度要求不高的普通機(jī)床，如：臥式車床CA6140,立銃

等。⑶兩端定位：推力軸承安裝在前后兩支承內(nèi)側(cè)，前支承發(fā)熱較小，兩推力軸承之間的主軸

受熱膨脹時(shí)會產(chǎn)生彎曲，即影響軸承的間隙，又使軸承處產(chǎn)生角位移，影響機(jī)床精度。用于

較短的主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機(jī)床，如鉆床、組合機(jī)床。

3-7怎樣根據(jù)機(jī)床切削力的特性選擇主軸滾動軸承的精度。

切削力方向固定不變的主軸，按內(nèi)圈滾道表面相對于軸承外徑軸線的同軸度選擇；切削

力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸，按外圈滾道表面用對于軸承外徑軸線的同軸度選擇。

3-8選擇主軸材料的依據(jù)是什么？

主軸的載荷相對較小，一般情況下，引起的應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼的屈服極限.因此，機(jī)械強(qiáng)度

不是選擇主軸材料的依據(jù)，

當(dāng)主軸的直徑、支承跨距、懸伸量等尺寸參數(shù)一定時(shí)，主軸的慣性矩為定值；主軸的剛

度取決于材料的彈性模量。但各種鋼材的彈性模量￡=2.06x1()5^04,差別很小。因此

剛度也不是主軸選材的依據(jù)。

主軸的材料，只能根據(jù)耐磨性、熱處理方法及熱處理后的變形大小來選擇。耐磨性取決

于硬度，故機(jī)床主軸材料為淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。

普通機(jī)床主軸，一般采用45或60號優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基

面，高頻淬火，硬度為50?55HRC；精密機(jī)床主軸，可采用40Cr高頻淬硬或低碳合金鋼(如

20Cr,16MnCr5)滲碳淬火，硬度不低于60HRC。高精度機(jī)床主軸，可采用65Mn,淬硬52?

58HRC：高精度磨床砂輪主軸，鑲床、加工中心主軸，采用滲氮鋼(如38CrMoAlA),表面

硬度為IIOO~I2OOHV。必要時(shí)，進(jìn)行冷處理。

3-9主軸的技術(shù)要求主要有哪幾項(xiàng)？若達(dá)不到這些要求，會有什么影響？

主軸的技術(shù)要求主要有：直徑中公差、圓度t和圓柱度tl、傾斜度12、跳動t3、同軸度

t4、表面粗糙度Ra。定位基面的精度按機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)選擇。普通機(jī)床主軸，安裝齒輪等傳動

件的部位與兩支承軸頸軸心線的同軸度允差可取尺寸公差的一半，轉(zhuǎn)速大于600r/min的主

軸，非配合表面的表面粗糙度值R￡1.6〃〃7；線速度丫23m/$的主軸，主軸組件應(yīng)做一級動

平衡。

若達(dá)不到這些要求咋不能保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度。

3-1()為什么多數(shù)數(shù)控車床采用傾斜床身？

數(shù)控車床的床身導(dǎo)軌傾斜于主軸后上方，使切屑在自重作用下落入下面小車中或切屑輸

送機(jī)上，切屑不與床身和導(dǎo)軌副接觸，避免了切屑攜帶的切削熱傳給床身導(dǎo)軌，減少了熱變

形。

切屑不與床身導(dǎo)軌，宋身可做成封閉的截面。提高其靜剛度。

封閉的床身導(dǎo)軌空腔內(nèi)可保留型芯或沖入水泥，提高其動剛度。

3-11怎樣提高支承件的動態(tài)剛度？

1、提高靜剛度和固有頻率

在不增加支承件質(zhì)量的前提卜，合理的選擇支承件的截面形狀，合理的布置隔板和加強(qiáng)

筋，是提高靜剛度和固有頻率的簡單而有效的方法。

2、增加阻尼

對于鑄鐵支承件，可保留型芯、采用封砂結(jié)構(gòu)，或在空腔內(nèi)充徑或高阻尼材料；采用阻

尼焊接結(jié)構(gòu)，并在空腔內(nèi)充碎或高阻尼材料：采用高阻尼材料作支承件?；支承件外表面可刷

涂高阻尼材料。

3-12隔板和加強(qiáng)筋有什么作用，使用原則有哪些？

縱向隔板能提高抗彎剛度；縱向隔板的高度方向應(yīng)庭直于彎曲面的中性層。橫向隔板能

提高抗扭剛度；橫向隔板的間距/=(0.865~1.31)，。斜向隔板即能提高抗彎剛度，又能提

高抗扭剛度；較長的支承件常采用這種隔板。

3-13試述鑄鐵支承件、焊接支承件的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明其應(yīng)用范圍。

一般支承件用灰口鑄鐵制成，在鑄鐵中加入少量合金元素如銘、硅、稀土元素等可提高

耐磨性。鑄鐵鑄造性能好，容易得到復(fù)雜的形狀，且阻尼大，有良好的抗振性能，阻尼比

J二(0.5?3)x10-。鑄件因壁厚不勻?qū)е略诶鋮s過程中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，所以鑄造后必須進(jìn)

行時(shí)效處理，并盡量采用自然時(shí)效。自然時(shí)效是將鑄件放在露天，任其口哂雨淋，少則一年

多則三至五年；精密機(jī)床支承件，除粗加工前進(jìn)行自然時(shí)效外，粗加工后應(yīng)進(jìn)行人工時(shí)效處

理，充分消除鑄造應(yīng)力。人工時(shí)效是將工件放在200c以卜的退火爐中，以60?80℃/h的加

熱速度緩慢加溫到530?55OC,鑄件壁厚20mm時(shí)保溫4小時(shí)，壁厚每增加25mm保溫時(shí)

間增加2小時(shí)，然后以30C/h的冷卻速度爐冷至200C以下出爐。梁類支承件如床身、立

柱、橫梁等，也可利用共振原理進(jìn)行振動時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力。振動時(shí)效時(shí)，支承件放在彈性

支承(如廢輪胎)上，激振器安裝在支承件中部；激振器的頻率為一次橫向彎曲振動的共振

頻率。激振器可視為質(zhì)量偏心的、偏心矩可調(diào)的、無級變速電動機(jī)。這種方法時(shí)效時(shí)間短；

較人工時(shí)效節(jié)能。缺點(diǎn)是，按照一次彎曲共振頻率時(shí)效，中間部分振幅大，消除應(yīng)力效果好，

兩端振幅小，效果較差。

用鋼板和型鋼焊接支承件，制造周期短，不用制作木模，特別適合于生產(chǎn)數(shù)量少品種多

的大中型機(jī)床床身的制造；由于鋼的彈性模量E=2.06x105^。。，鑄鐵的彈性模量

E=1.22xlOsMP67,鋼的彈性模量約為鑄鐵的1.7倍，所以鋼板焊接床身的抗彎剛度約為

鑄鐵床身的1.45倍；剛度要求相同時(shí)，焊接床身的壁厚比鑄鐵床身減少?半，質(zhì)量減輕20?

30%；焊接床身可做成封閉的結(jié)構(gòu)；焊接床身的缺點(diǎn)是阻尼約為鑄鐵的1/3,抗振性能差。

為提高抗振性能，可采用阻尼焊接結(jié)構(gòu)或在空腔內(nèi)充入碎等措施。

3-14樹脂混凝土支承件有什么特點(diǎn)，目前應(yīng)用于什么類型的機(jī)床。

樹脂混凝土是制造機(jī)床床身的新型材料?，又稱為人造花崗巖。之所以稱為樹脂混凝土，

是因?yàn)橐詷渲拖♂寗┐婊炷林械乃嗪退?，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖塊或大理石塊等

骨料均勻混合、搗實(shí)固化而形成的。樹脂為粘接劑，相當(dāng)于水泥，常用不飽和聚酯樹脂、環(huán)

氧樹脂、丙烯酸樹脂等合成樹脂；稀釋劑的作用是降低樹脂粘度，澆注時(shí)有較好的滲透力，

防止固化時(shí)產(chǎn)生氣泡：有時(shí)還要加入固化劑，改變樹脂分子鏈結(jié)構(gòu)，使原有的線型或支鏈型

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成體型分子鏈結(jié)構(gòu)。有時(shí)還要加入增韌劑，提高樹脂混凝土的抗沖擊性能和抗彎強(qiáng)

度。樹脂混凝土的阻尼比為灰口鑄鐵的8?10倍，因而抗振性能好；對切削油、潤滑劑等有

極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強(qiáng)，可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)要求，預(yù)埋金屬件，減少金屬加工量；

生產(chǎn)周期短，澆注時(shí)無大氣污染，澆注出的床身靜剛度比鑄鐵床身高16?40%。缺點(diǎn)是某些

力學(xué)性能如抗拉強(qiáng)度低，可增加預(yù)應(yīng)力鋼筋或加強(qiáng)纖維來提高抗彎剛度；用鋼板焊接出支承

件的周邊框架，在空腔中充入樹脂混凝土而形成的結(jié)構(gòu)，適合于大中型機(jī)床結(jié)構(gòu)較簡單的支

承件。

3-15支承件截面形狀的選用原則是什么？

①空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓尺寸，減少壁厚，可提高支承件的剛度；

設(shè)計(jì)時(shí)在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。②方形截面的抗彎剛度比圓形截面的剛

度大，而抗扭剛度比圓形截面的剛度低；矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比方形截畝大，

而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形的低；因此，承受一個(gè)方向彎矩為主的支承件，

其截面形狀應(yīng)為矩形，高度方向?yàn)槭軓澐较?；承受彎扭組合作用的支承件，截面形狀應(yīng)為方

形；承受純扭矩的支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形；③不封閉截面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的截面

剛度，其抗扭剛度下降更大：因此，在可能的情況下，應(yīng)盡量把支承件做成封閉形狀。截面

不能封閉的支承件應(yīng)采取補(bǔ)償剛度的措施。

3-16怎樣補(bǔ)償不封閉支承件的剛度損失？

為彌補(bǔ)開孔后的剛度損失，可在孔上加蓋板，用螺栓將蓋板固定在壁上；也可將孔的周

邊加厚（翻邊），如表3-12中的序號6；在翻邊的基礎(chǔ)上，加嵌入式蓋板，補(bǔ)償效果最佳，

表3-12中的序號6加嵌入式蓋板后，相對抗彎剛度為0.91,相對抗扭剛度為0.41。另外,

在孔周邊翻邊，可增加局部剛度，翻邊直徑。與孔徑d之比。/402,壁厚/與翻邊高度

的比值〃力￡2時(shí)，剛度增加較大。

3-17為什么固定結(jié)合面要求有較高的表面精度？

相對滑動的連接面和重要的固定結(jié)合面須進(jìn)行精磨或配時(shí)刮研，以增加真實(shí)的接觸面積,

提高其接觸剛度。

緊固螺栓應(yīng)使結(jié)合面有不小于2MPa的接觸壓強(qiáng)，以消除結(jié)合面的平面度誤差，增大真

實(shí)的結(jié)合面積，提高結(jié)合剛度。結(jié)合面承受彎矩時(shí)，應(yīng)使較多的緊固螺栓布置在受拉一側(cè)，

承受拉應(yīng)力；結(jié)合面承受田矩時(shí)，螺栓應(yīng)遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，均勻的分布于四周。支承件的連接

凸緣可采用加強(qiáng)筋增加局部剛度，

3-18導(dǎo)軌的基本要求有哪些？

⑴導(dǎo)向精度

⑵精度保持性

⑶剛度

⑷低速運(yùn)動平穩(wěn)性

⑸結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好

3-19按摩擦性質(zhì)導(dǎo)軌分為哪幾類，各具有什么摩擦性質(zhì)，適用于什么場合？什么是閉式導(dǎo)

軌，開式導(dǎo)軌，主運(yùn)動導(dǎo)軌，進(jìn)給運(yùn)動導(dǎo)軌？大多數(shù)普通滑動導(dǎo)軌屬于什么摩擦性質(zhì)？

按摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌又細(xì)分為靜壓滑動導(dǎo)軌、動壓猾動導(dǎo)

軌和普通滑動導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌是液體摩擦，導(dǎo)軌副之間有一層壓力油膜，多用于高精度機(jī)床

進(jìn)給導(dǎo)軌。動壓導(dǎo)軌也是液體摩擦，與靜壓導(dǎo)軟的區(qū)別僅在于油膜的形成不同，靜壓導(dǎo)軌靠

液壓系統(tǒng)提供壓力油腴；動壓導(dǎo)軌利用滑移速度帶動潤滑油從大間隙處向狹窄處流動，形成

動壓油膜；因而動壓導(dǎo)軌適用于運(yùn)動速度較高的主:運(yùn)動導(dǎo)軌。普通滑動導(dǎo)軌為混合摩擦，導(dǎo)

軌間有一定動壓效應(yīng)，但由于速度較低,油楔不能隔開導(dǎo)軌面，導(dǎo)軌