《机械制造装备设计》第 4版第一章习题参考答案
1-1机床应满足哪些基本要求？什么是人机关系？
机床应具有的性能指标：1、工艺范围；2、加工精度；3、生产率和自动化；4、可靠性； 人机关系：使机床符
合人的生理和心理特征，
实现人机环境高度协调统一，
为操作者创
造一个安全、舒适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧张和身体疲劳。
机床的信号指示系统的显示方式、 显示器位置等都能使人易于无误地接受； 机床的操纵 应灵活方便，符合人的动作习惯， 使操作者从接收信号到产生动作不用经过思考， 操作的速度，不易产生误操作或故障。
机床造型应美观大方， 色彩协调，提高作业舒适度。另外，应降低噪声，减少噪声污染。 1-2 机床设计的内容和步骤是什么？
机床设计大致包括总体设计，技术设计，零件设计，样机试制和试验鉴定四个阶段。
提高正确
1-3机床的总体方案拟定包括什么内容？机床总布局的内容和步骤是什么？
总体设计：1、掌握机床的设计依据；2、工艺分析；3、总体布局；4、确定主要的技术 参数 机床总体布局：1、分配机床运动；2、选择传动形式和支承形式； 3、安排操纵部位；4、
拟定提高动刚度的措施。
1-4 机床分配运动的原则是什么？驱动型式如何选择？
机床运动的分配应掌握四个原则： 1、将运动分配给质量小的零部件； 2、运动分配应有 利于提高工件的加工精度； 3、运动分配应有利于提高运动部件的刚度； 4、运动分配应视工 件形状而定。
机床的主传动按驱动电动机类型分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。 动又分为单速电动机、 双速电动机及变频调速电动机驱动。 压传动等。机械传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于 速。随着变频调速技术的迅速发展， 组合的传动已成为机床主传动的主导形式。
实现直线运动，适用于刨床、拉床、大型矩台平面磨床等机床的主运动中。 轮传动一滚珠丝杠副传动。 为原则，合理选定。
交流电动机驱
液
机床传动的形式有机械传动，
30级，它传递功率大，变速范围
变频调速一多楔带一齿轮传动
较广，传动比准确，工作可靠，广泛用于通用机床中，尤其是中小型机床中。缺点是有相对 转速损失，工作中不能变
液压无级变速传动平稳，运动换向冲击小，易于
机床进给运动的
传动多采用机械传动（齿轮副、丝杠螺母副、齿轮齿条等）或液压无级传动。数控机床进给 运动采用伺服电动机一齿
设计时根据具体情况，以满足使用要求
1-5机床的尺寸参数包括的哪些参数？如何确定？
机床的尺寸参数是指影响机床加工性能的一些尺寸。
主参数代表机床的规格的大小，
是
最重要的尺寸参数。另外，机床尺寸参数还包括第二主参数和一些重要的尺寸。
1-6怎样减少机床的振动，减小齿轮的噪声值？
对来自机床外部的振源，最可靠最有效的方法就是隔离振源。
应尽量使主运动电动机与
主机分离，并且采用带传动（如:平带传动、V带传动、多楔带传动等）驱动机床的主运动， 避免了电机振动的传递。
对无法隔离的振源（如： 立式机床的电动机） 或传动链内部形成的
，尽量减短 ④箱体外表面涂
刀具以及切削用量，尤其是切
使切削
②提高传动链各传动轴组件，尤其是主轴
振源，则应：①选择合理的传动形式（如：采用变频无级调速电机或双速电机） 传动链，减少传动件个数，即减少振动源的数量；
组件的刚度，提高其固有角频率；③大传动件应作动平衡或设置阻尼机构；
自激振动，与机床的阻尼比，特别是主轴组件的阻尼比， 稳定。
减少热变形最简单最有效的方法是隔离热源。除将电动机尽量与主机分离外，液压泵、
液压阀、油箱等应与主机隔离，减少传给机床的热量，从而减小机床热变形。加强空气流通， 改善环境温度，也是减少热变形的有效措施之一。
不能分离的热源，应采用以下措施： 冷却加工部位，压力润滑油循环冷却主轴轴承等。
①产生热量较大的热源，进行强制冷却。如切削液
精密机床可在恒温下加工；
②热源相对结
刷高阻尼涂层，如机床腻子等，增加阻尼比；⑤提高各部件结合面的表面精度，增强结合面 的局部刚度。 削宽度密切相关。除增大工作部件的阻尼比外，还可调整切削用量来避免自激振动，
构对称，热变形后中心位置不变。如卧式车床主轴水平位置基本对称，
床主轴水平位移很小；③改善排屑状态。数控车床的床身导轨倾斜于主轴后上方， 自重作用下落入下面小车中或切屑输送机上， 的切削热传给床身导轨，减少了热变形。
机床温度升高后，机
使切屑在
切屑不与床身和导轨副接触， 避免了切屑携带
减少齿轮噪声的措施： ①缩短传动链，减少传动件的个数；②采用小模数、硬齿面齿轮， 降低传动件的线速度。实践证明：线速度降低
高传动件的阻尼比，增加支承组件的刚度。
50%，噪声降低6db;③提高齿轮的精度；④
采用增加齿数、减小压力角或采用斜齿圆柱齿轮， 增加齿轮啮合的重合度， 机床齿轮的重合 度应不小于1.3 :⑤提
1-7机床的主运动参数如何确定？等比传动有何优点？通用机床公比选用原则是什么？
不同的机床，对主运动参数的要求不同。 围广， 数。
专用机床和组合机床是为特定工件的某一特定
工序而设计的，每根主轴只有一种转速，根据最佳切削速度而定。通用机床是为适应多种工 件加工而设计的，工艺范
工件尺寸变化大，主轴需要变速。因此需确定主轴的变速范
围，即最高转速、最低转速。主运动可采用无级变速，也可采用分级变速。如果采用分级变 速，则还应确定转速级
1-8 标准公比有哪些，是根据什么确定的？
1.06
公比 越小，最大相对转速损失率
数控机床分级传动的公比是否为标准值？
] 1.12 | 1.26 | 1.41 | 1.58 丨 1.78 | 2
Amax就小；但变速范围也随之变小，要达到一定的
应小一些，一般选取 1.26、
变速范围，就必须增加变速组数目、增加传动副个数，使结构复杂。对于中型机床，公比 一般选取1.26或1.41；对于大型重型机床，加工时间长，公比
1.12或1.06；非自动化小型机床， 加工时间小于辅助时间，
大，为使机床结构简单，公比
转速损失对机床劳动效率影响不
可选大一些，可选择 1.58、1.78,甚至2。专用机床原则上
可选择1.12、1.26。
不变速，但为适应技术进步，可作适当性能储备，公比
数控机床分级传动的公比不是为标准值。
1-9机床的动力参数如何选择？数控机床与普通机床的动力参数确定方法有什么不同？
1、机床主运动的功率 P主为
普通机床主运动的功率根据计算转速，
P主 P切 P空 P附
典型工艺参数确定。 普通机床主运动电动机，
又有恒转矩转速范围；主
恒
速转动，无恒转矩转速段。数控机床主轴电动机既有恒功率转速， 运动功率根据计算转速、恒功率变速范围、典型工艺参数确定。
进给运动电动机功率的确定：
2、普通机床进给运动电动机功率的确定：⑴进给运动与主运动合用一台电动机时，可 不单独计算进给功率，而是在确定主电动机功率时引入一个系数
k，机床主电动机功率为
k
机
快速电动机满载起动， 且加速度
⑵进给运动中工作进给与快速移动合用一台电动机时， 取。数控机床属于这类情况。
⑶进给运动单独使用一台电动机时，进给运动电动机功率
大，所消耗的功率远大于工作进给功率， 且工作进给与快速移动不同时进行。 所以该电动机 功率按快速移动功率选
Pf按下式计算
Pf
3. 快速移动电动机功率的确定
⑴交流异步快速移动电动机功率的确定
Qv f 60000 f
快速移动电动机起动时间短、移动部件加速度
大。在较短时间内（0.5~1s），使质量较大的移动部件达到所需的移动速度，电动机一方 面要克服移动部件和传动系统的惯性力，
使其起动并迅速加速； 另一方面电动机需克服移动
部件因移动而产生的摩擦力。起动过程中消耗的功率
P由克服惯性力所需功率 R和克服摩
擦力所需的功率F2组成。移动部件在起动过程中，是匀加速运动，平均速度是 由于起动时间短，计算电动机起动功率时可按最大移动速度计算。 动速度后，移动部件变为恒速运动，
Vmax/2，但
当移动部件达到所需的移
即
电动机仅需克服移动部件的摩擦力就能维持其运动，
快速移动时所消耗的功率为 P2。因此，快速移动电动机的功率应按起动时所需功率选取， 即由于电动机起动转矩大于额定转矩，
折算成连续（额定）功率为
p
而电动机的功率是按连续工作状态确定的， 起动功率
P F2
ki Man F2
9550 ki ki
伺服电动机的转子由永磁材料制成，是同 电动机转速与定子磁场转速相等，
且进给
⑵伺服电动机选择：1）进给运动的平稳性
步型电动机，即只要电磁驱动转矩大于负载转矩， 运动速度不受切削负载变化的影响；
数控进给系统属恒转矩特性， 为使进给运动平稳， 伺服
电动机的额定转矩 Me应不小于最大切削负载转矩
ML
F p
M fi M f2）i
2000 nn
Me > ML （
2）起动转矩和加速特性
伺服电动机可用式1-16计算所需起动转矩，交流伺服电动机ta
为伺服系统时间常数的一半。由工作台的移动速度 速时间ta和加速度a
V niPh 30 Phi/ ，得工作台的加
t
a
(J
M
JL)
Ph. i 2
冗max
30M amax
V
amax
max
JL
60ta
60ta
《机械制造装备设计》第 3版第二章习题参考答案
2-1何谓转速图中的一点三线？机床的转速图表示什么？
转速图包括一点三线：转速点，主轴转速线，传动轴线，传动线。
⑴转速点主轴和各传动轴的转速值，用小圆圈或黑点表示，转速图中的转速值是对数 值。 ⑵主轴转速线
由于主轴的转速数列是等比数列，所以主轴转速线是间距相等的水平
轴号写在上面。铅
传动比大于1，
代表该变速组的传动副数；
各传
线，相邻转速线间距为lg 。
⑶传动轴线 距离相等的铅垂线。从左到右按传动的先后顺序排列， 垂线之间距离相等是为了图示清楚，不表示传动轴间距离。
⑷传动线两转速点之间的连线。传动线的倾斜方式代表传动比的大小， 其对数值为正，传动线向上倾斜；传动比小于 平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。
转速图是表示主轴各转速的传递路线和转速值， 动副的传动比的线图。
各传动轴的转速数列及转速大小，
度表示了升降速度的大小。 一个主动转速点引出的传动线的数目，
1，其对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程
2-2结构式与结构网表示机床的什么内容？
只表示传动比的相对关系，主轴转速的传递路线， 大小的线图称为结构网。
结构式是结构网的数学表达式或等比数列变速系统原理数学表达式。
而不表示传动轴(主轴除外)转速值
2-3等比传动系统中，总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系？与主轴的转速级 数有什么关系？
总变速范围为
R 5甲2 rj Xj
PpP
P°P2
P
Pj 1 Z 1
2-4等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律? 第j扩大组的级比指数为
02
P
(j1)
2-5拟定转速图的原则有哪些？ 1. 极限传动比、极限变速范围原则
一般限制最小传动比为imin > 1/4 ；为减少振动，提高传动精度，直齿轮的最大传动比imax W 2，斜齿圆柱齿轮imax三2.5 ；直齿轮变速组的极限变速范围是
r 2 4
斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为
8
r 2.5 4 10
2. 确定传动顺序及传动副数的原则
从传动顺序来讲，应尽量使前面的传动件多一些。
即:前多后少的原则。总之应采用三
联或双联滑移齿轮变速组，且三联滑移齿轮变速组在前。数学表达式为
3> Pa > Pb》Pc》…
3. 确定扩大顺序
扩大顺序应采用前密后疏。数学表达式为
Xa V Xb V Xc V …
4. 确定最小传动比的原则
最小传动比应采取前缓后急的原则，也称为递降原则。最后变速组的最小传动比常取 1/4。数学表达式为
1
i
a m in》 b m in》 c min》…》
i
i
4
2-6机床转速图中，为什么要有传动比限制，各变速组的变速范围是否一定在限定的范 围内，为什么？
极限传动比、极限变速范围原则
在设计机床传动时， 为防止传动比过小造成从动齿轮太大， 增加变速箱的尺寸， 一般限 制最小传动比为
imin > 1/4 ；为减少振动，提高传动精度，直齿轮的最大传动比 imax三2,斜
齿圆柱齿轮imax < 2.5 ；直齿轮变速组的极限变速范围是
r 2 4
斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为
8
r 2.5 4 10
最后变速组变速范围可为单回曲机构(背轮机构)
，最大变速范围为16。
2-7机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急？
机床的主传动系统为降速传动(大部分甚至全部转速低于电动机的转速) 近电动机其转速就越高，
在电动机功率一定的情况下，
Xj(Pj 1)
。传动件越靠 传动件和传
所需传递的转矩就越小，
动轴的几何尺寸就越小。因此，从传动顺序来讲，应尽量使前面的传动件多一些。即：前多 后少的原则。
变速组j的变速范围是「
，在公比一定的情况下，
级比指数和传动副数是影
响变速范围的关键因素。只有控制Xj(Pj 1)的大小，才能使变速组的变速范围不超过允许 值。传动副数多时，级比指数应小一些。 考虑到传动顺序中有前多后少的原则，扩大顺序应 采用前密后疏。
使更多的传动件在相对高速下工作， 扩大顺序上前密后疏外， 递转矩和运动的同时，
减少变速箱的结构尺寸， 除在传动顺序上前多后少、
也称为递降原则。 传动件在传
依次向后传递，最
最小传动比应采取前缓后急的原则，
也将其自身的转角误差按传动比的大小放大缩小，
终反映到执行件上。如果最后变速组的传动比小于 则，有利于提高传动链末端执行件的旋转精度。
1,就会将前面各传动件传递来的转角误
差缩小，传动比越小，传递来的误差缩小倍数就越大，从而提高传动链的精度。因此采用先 缓后急的最小传动比原
2-8公比 1 .26，结构式为24 32 23 2 6 212，计算各变速组的级比、变速范 围及总变速范围，并指出该结构
式表示什么类型的传动链。 在保证结构式性质不变的情况下， 若想缩短传动链，应采用什么措施？
Xa
1.26 1.58 1.266 4
2
ra 1.26
(3 1) 2
2.52
Xd
Xb
1.26 2
3
rb 1.26
(2 1) 3
2
Xc
rc 1.26(2 1) 6 4 1.2612 16 5 1.26(2 1) 12 16
R 1.2624 1 2 1.2625 315
第二变速组为基本组，级比指数为
3，因而该系统为对称双公比传动链；最后扩大组的
变速范围为16,是单回曲机构；故该结构式表示的传动链是具有单回曲机构的对称双公比 传动链。
由于基本组传动副数为
2，级比也为3,可由双速电动机代替，双速电动机为动力源，
24 23 32 26 212
必须为第一变速组。结构是调整为：
2-9某机床公比
画出转速图。
该机床的变速范围是
1.26，主轴转速级数 Z=16，n1=40r/min，nmax =2000 r/min，试拟定
P=4kW，额定转速nm=1440 r/min，确定齿轮齿数，
出结构式，画出结构网；若电动机功率
02210机械制造装备设计第4版课后习题答案(李庆余)
