《機械制造裝備設計》期末試題及答案

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1、《機械制造裝備設計》模擬試題3 參考答案 一、選擇（10分，每小題1分） 1．為了快速響應市場，提出了許多新的制造模式，例如 [ D ]。 A. “剛性”生產(chǎn)制造模式 B. 計算機輔助制造 C. 成組技術(shù) D. “精益—敏捷—柔性” 2．借助磨具對板料施加外力，迫使材料按磨具形狀、尺寸進行剪裁和塑性變形，得到要求的金屬板制件的設備，稱為 [ B ]。 A. 擠壓機

2、 B. 沖壓機 C. 軋制機 D. 鍛造機 3．普通車床的主要性能指標（第二主參數(shù)）是 [ B ]。 A. 床身上的最大回轉(zhuǎn)直徑 B. 最大的工件長度 C. 工作臺工作面寬度 D. 工作臺工作面長度 4．機床在空轉(zhuǎn)條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度，稱為 [ A ]。 A. 幾何精度

3、 B. 運動精度 C. 傳動精度 D. 定位精度 5．稱為機器人機械本體，也可稱為主機的是 [ D ]。 A. 手臂 B. 末端執(zhí)行器 C. 機座 D. 操作機 6．一個四自由度平面關(guān)節(jié)型搬運（SCARA）機器人，其運動功能式為[ B ]。 A. B. C.

4、 D. 7．表示被加工零件在機床上的加工過程和加工方法的技術(shù)資料，稱為[ Ｂ ]。 A.被加工零件工序圖 B. 加工示意圖 C.機床總聯(lián)系尺寸圖 D. 生產(chǎn)率計算卡 8．刨床進給量的單位為[ B ]。 A.毫米/每轉(zhuǎn) B. 毫米/沖程 C.毫米/分鐘 D. 轉(zhuǎn)/分鐘 9．把毛坯從料倉送到機床加工位置的裝置

5、，稱為[ Ａ ]。 A.上料器 B. 隔料器 C.減速器 D. 分路器 10．適應高速輕載或精密機床的主軸軸承配置形式應選擇[ A ]。 A.速度型 B. 剛度型 C.速度剛度型 D. 抗振型 二、填空（20分，每小題1分） 1．機械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標志著一個國家和地區(qū)國民經(jīng)濟_____現(xiàn)代化_____的程度。 2．適應控制分約束適應控制、最佳適應

6、控制和___學習適應控制___等。 3．搖臂鉆床的主參數(shù)是____最大鉆孔直徑_____。 4．在系列型譜中，結(jié)構(gòu)最典型、應用最廣泛的是所謂的“_____基型_____產(chǎn)品”。 5．當運動部件低速運動時，主動件勻速運動，從動件往往出現(xiàn)明顯的速度不均勻的跳躍式運動，這種現(xiàn)象，稱為______爬行_______。 6．工業(yè)機器人額定負載主要根據(jù)作用于機械接口處的力和___力矩____來確定。 7．額定負載是指在機器人規(guī)定的性能范圍內(nèi)，機械接口處所能承受的負載的___允許值____。 8．搖臂鉆床的主要性能指標是主軸中心線至立柱母線的______最大距離_______。 9．機床的幾何

7、精度是指機床空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀，相互位置和_____相對運動_____ 的精確程度。 10．機床的抗振性包括兩個方面：抵抗受迫振動和抵抗_______自激振動_______的能力。 11．傳動軸通過軸承在箱體內(nèi)軸向固定的方法有一端固定和___兩端固定_____兩類。 12．滑動導軌間隙常用_____壓板______和鑲條來調(diào)整。 13．目前在刀架的定位機構(gòu)中，多采用錐銷定位和_______端面齒盤______定位。 14．滾珠絲杠常采用預拉伸方式，以提高其拉壓剛度和補償其___熱變形_____。 15．一般可取機器人處于機械原點時的狀態(tài)作為基準狀態(tài)

8、。也可以取機器人各關(guān)節(jié)軸線與基座直角坐標系軸線___平行_______時的狀態(tài)作為基準狀態(tài)。 16．吸附式末端執(zhí)行器（又稱吸盤），有______氣吸________式和磁吸式兩種。 17．雙公比變速傳動系統(tǒng)是在常規(guī)變速傳動系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過將基本組的級比指數(shù)增大到_____1+2n ______演變來的，n是大于1的正整數(shù)。 18．機械手的手爪在抓住刀具后還必須有____鎖刀_____功能，以防止換刀過程中掉刀或刀具被甩出。 19．三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應大于或等于_____4____，以保證滑移時齒輪外圓不相碰。 20．直線伺服電動機可直接驅(qū)動工作臺進行直線運動，據(jù)

9、文獻介紹，它的最大進給速度可達到____100m/min________，最大加/減速度為1~8g。 三、問答（15分，每小題3分） 1．試述變速箱內(nèi)傳動軸的軸向固定方法及特點？ 答：有一端固定和兩端固定兩種，（1分） 采用單列向心球軸承時，可以一端固定也可以兩端固定； 采用圓錐滾子軸承時，則必須兩端固定。（1分） 一端固定的優(yōu)點是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產(chǎn)生熱應力，因此，宜用于長軸。（1分） 2．工業(yè)機器人與機床在基本功能和工作原理上有何異同? 答：（1）相同：1）兩者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求。 2）兩者都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要求。（1

10、分） （2）不同：1）機床以直角坐標形式為主，機器人以按關(guān)節(jié)形式運動為主。（1分 2）機床的剛度精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人靈活性要求很高，其剛度精度相對較低。（1分 3．在生產(chǎn)線專用機床的總體設計中，“三圖一卡”的設計工作指的是什么？（3分） 答：（1） 被加工零件工序圖，（1分） （2）加工示意圖（1分） （3）機床總聯(lián)系尺寸圖（1分） （4）生產(chǎn)率計算卡 4．若主軸剛度低，支承剛度高，主軸跨距應如何選擇？（3分） 答：可選主軸跨距略小于最佳跨距（2分） 此時主軸綜合剛度主要受軸承影響，即軸承支撐剛度高，主軸綜合剛度也高。（1分） 5．回轉(zhuǎn)型夾持器

11、與平移型夾持器各有何特點？（3分） 答：（1）回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但所夾持工件直徑有變動時，將引起工件軸線的偏移；（2分） （2） 平移型夾持器結(jié)構(gòu)較復雜、體積大、制造精度要求高，但工件直徑變化不影響工件軸心的位置（1分） 四、分析推導（12分，每小題4分） 1．某數(shù)控機床工作臺驅(qū)動系統(tǒng)及參數(shù)如圖2所示，求轉(zhuǎn)換到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量JL 。(4分) 答：1（2分） （2分） 2．在數(shù)控機床變速箱中，采用調(diào)速電動機無級調(diào)速。試導出變速箱的公比等于電動機恒功率調(diào)速范圍時，變速箱的變速級數(shù)Z的表達式。（4分） 答：1

12、 （2分） 當時 （2分） 3．試述根據(jù)什么原則選擇支撐件的截面形狀，搖臂鉆床搖臂的截面為何種形狀，為什么為該形狀？（4分） 答：（1）無論是方形、圓形或矩形空心截面的剛度都比實心的大，同樣截面形狀和面積，外形尺寸大而壁薄的截面比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高；（1分） （2）圓（環(huán)）形截面抗扭剛度比方形的好，而抗彎剛度比方形的低；（1分） （3）封閉界面的剛度遠大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度；（1分） （4）搖臂鉆床搖臂在加工時，即受彎又受扭，因此選非圓非方空心封閉形狀。且高度尺寸大于寬度尺寸。俗稱“耳朵”形。（1分） 五、轉(zhuǎn)速圖設

13、計（13分） 根據(jù)圖2所示Z3040搖臂鉆床主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖，回答下列問題？（13分） (1)．寫出其結(jié)構(gòu)式：（2分） (2)．寫出Ⅴ-Ⅵ軸間變速組的變速范圍公式及其大?。?分） (3)．寫出Ⅵ軸變速范圍公式及其大?。?分） (4)．找出軸III~Ⅵ的計算轉(zhuǎn)速（4分） (5)．找出Ⅴ軸上齒輪的計算轉(zhuǎn)速：（4分） 答：（1）結(jié)構(gòu)式： ； （2分） (2) ；（2分） （3） 或 ； （1分） 齒輪 Z20 Z61 Z44 Z34 nc 315 100 100 250 （4） 軸號 III Ⅳ Ⅴ Ⅵ nc

14、 500 200 100 80 (5) 六、機器人設計計算（10分） 試求三關(guān)節(jié)平面機器人運動功能矩陣[T0,m] 。（10分） 答：（1）變成基準狀態(tài)后，建立運動功能矩陣[T0,m] 式中：，，，（6分） 式中：，（4分） 七、手腕（10分） 圖示為由圓錐齒輪傳動所構(gòu)成的三自由度的機械傳動手腕的機構(gòu)簡圖，試求當B、C軸不轉(zhuǎn)動，A軸以轉(zhuǎn)速單獨轉(zhuǎn)動時，手抓繞Ⅲ軸的回轉(zhuǎn)運動n5，以及當A、C軸不轉(zhuǎn)動，B軸以轉(zhuǎn)速單獨旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生的手抓繞Ⅲ軸回轉(zhuǎn)的誘導運動。（10分） 答：（1）A軸以轉(zhuǎn)速單獨轉(zhuǎn)動時

15、，手抓繞Ⅲ軸的回轉(zhuǎn)運動n5 （2分） （2）當A、C軸不轉(zhuǎn)動，B軸以轉(zhuǎn)速單獨旋轉(zhuǎn)時， （1分） 殼體6、、組成行星輪系，為行星齒輪，殼體6，為行星輪架，產(chǎn)生的手抓繞Ⅲ軸回轉(zhuǎn)的誘導運動。 （2分） ，，（5分） 八、抓手（10分） 求楔塊杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器中，夾緊力FN和驅(qū)動力Fp之間的關(guān)系式，并討論該回轉(zhuǎn)型夾持器的特性。（10分） 答：（1）受力分析如圖所示（3分） （2）推導計算； ； （5分） （3）討論該夾持器的特性：角增大，將使夾緊力減小。楔塊和滾子間為滾動接觸，摩

16、擦力小，活動靈活，且結(jié)構(gòu)簡單，但夾緊力小，適用于輕載場合。（2分） 選擇 1．采用“消滅一切浪費”和“不斷完善”，以最優(yōu)的質(zhì)量和最低成本的產(chǎn)品提供給市場，這種制造模式被稱為 [ B ]。 A. “傳統(tǒng)模式” B. “精益生產(chǎn)” C. “敏捷制造” D. “并行工程” 2．借助模具對板料施加外力，迫使材料按模具形狀、尺寸進行剪裁和塑性變形，得到要求的金屬板制件的設備，稱為 [ B ]。 A. 擠壓機

17、 B. 沖壓機 C. 軋制機 D. 鍛造機 3．一組功能、工作原理和結(jié)構(gòu)相同，而尺寸和性能參數(shù)不同的產(chǎn)品，稱為 [ A ]。 A. 縱系列產(chǎn)品 B. 橫系列產(chǎn)品 C. 跨系列產(chǎn)品 D. 基型產(chǎn)品 4．機床定位部件運動達到規(guī)定位置的精度，稱為 [ D ]。 A. 幾何精度

18、 B. 運動精度 C. 傳動精度 D. 定位精度 5．為了降低導軌面的壓力，減少摩差阻力，提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性，應選 [ B ]。 A. 滑動導軌 B. 卸荷導軌 C. 滾動導軌 D. 動壓導軌 6．一個四自由度圓柱坐標型搬運機器人，其運動功能式為[ C ]。 A. B. C.

19、 D. 7．在　ＡＧＶ的導向系統(tǒng)中裝有陀螺儀，該導航方式稱為[ B ]。 A.電磁引導 B. 慣性導航 C.光學引導 D. 激光導航 8．適應中等轉(zhuǎn)速和切削負載較大，要求剛度高的機床主軸軸承配置形式應選擇[ B ]。 A.速度型 B. 剛度型 C.速度剛度型 D. 抗振型 9．銑床進給量的單位為[ C

20、 ]。 A.毫米/每轉(zhuǎn) B. 毫米/沖程 C.毫米/分鐘 D. 轉(zhuǎn)/分鐘 10．要求導軌可以承受較大的顛覆力矩，高度較小，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙調(diào)整方便，應選 [ C ]。 A. 矩形導軌 B. 三角形導軌 C. 燕尾形導軌 D. 圓柱形導軌 填空 1．當前提高制造生產(chǎn)能力的決定因素不再是勞動力和______資

21、本_______的密集積累。 2．機械制造裝備的精密化成為普遍的發(fā)展趨勢，從微米級發(fā)展到亞微米級，乃至_____納米級_____。 3．升降臺銑床的主參數(shù)是工作臺工作面的____寬度______。 4．任何一個表面都可以看成一條曲線（或直線）沿著另一條曲線（或直線）運動的軌跡。這兩條曲線（或直線）稱為該表面的______發(fā)生線_____。 5．把聽閾作為基準聲壓，用相對量的對數(shù)值表示，稱之為聲壓級Lp（dB），其表達式為____ Lp = 20 lg（ p / p0 ）___。 6．機床抗振性是指機床在____交變載荷____作用下，抵抗變形的能力。 7．當運動部件低速運動時，主動

22、件勻速運動，被動件往往出現(xiàn)明顯的速度不均勻的跳躍式運動，即時走時?；蛘邥r塊時慢的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為______爬行_______ 。 8．設計機床主傳動系統(tǒng)時，為避免從動齒輪尺寸過大，一般限制直齒圓柱齒輪的最小傳動比________，為避免擴大傳動誤差，限制最大傳動比。 9．滾動軸承的預緊力分為三級，輕預緊適用于高速主軸，中預緊適用于中、低速主軸， __重___預緊適用于分度主軸。 10．角接觸球軸承及圓錐滾子軸承有泵油效應，潤滑油必須由____小口____進入。 11．工作空間是指工業(yè)機器人正常運行時，_____手腕______參考點能在空間活動的最大范圍。 12．額定負載是指在機

23、器人規(guī)定的性能范圍內(nèi)，___機械接口__處所能承受負載的允許值。 13．在末端執(zhí)行器上的參考點P相對于基座坐標系的速度，可通過相應___位置__變量對時間的微分而得到。 14．機床主參數(shù)是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大____工作能力____的一種參數(shù)。 15．系列化設計應遵循“產(chǎn)品系列化、零部件___通用化___、標準化”原則，簡稱“三化”原則。 16．主軸組件的精度保持性是指長期保持其___原始制造精度___的能力。 17．卸荷系數(shù)αH表示導軌__卸荷量____的大小，由式確定。 18．機器人的機械結(jié)構(gòu)類型特征，用它的結(jié)構(gòu)坐標形式和___自由度____數(shù)表示。 19．工業(yè)機器

24、人額定速度是指工業(yè)機器人在額定負載、勻速運動過程中，機械接口中心的____最大速度_____。 20．各種類型機床對溫升都有一定限制，如普通機床，連續(xù)運轉(zhuǎn)條件下允許溫升為____30~40℃_____。 問答 1．試述機床的基本參數(shù)包括哪些內(nèi)容？ 答：（1）尺寸參數(shù)：指機床主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，通常包括與被加工零件有關(guān)的尺寸；標準化工具或夾具安裝面尺寸。 （2）運動參數(shù)：機床執(zhí)行件如主軸、工件安裝部件（工作臺）的運動速度。 （3）動力參數(shù)：包括機床驅(qū)動的各種電動機的功率或轉(zhuǎn)矩。 2．非接觸式刀具識別裝置有何特點？常用哪兩種識別法？ 答：1非接觸式刀具識別裝置沒有機械直接接觸，因

25、而無磨損、無噪聲、壽命長、反應速度快，適用于高速、換刀頻繁的工作場合。 2常用的種識別方法為：磁性識別法和光電識別法。 3．試述SK型懸掛式鏈條與HP型套筒式鏈條組成刀庫的形式有何不同？ 答：（1） SK型懸掛式鏈條組成的刀庫，只能是“外轉(zhuǎn)型”，故當?shù)稁鞛榉叫螘r，就不能充分利用中間空間； （2）HP型套筒式鏈條組成的刀庫，再刀套“內(nèi)轉(zhuǎn)”時，不發(fā)生刀套之間的干涉； （3）故刀庫空間利用率比懸掛式高 4．主軸變速箱設計中，為什么要遵循“前多后少”的原則？ 答：（1）主變速傳動系統(tǒng)從電動機到主軸，通常為降速傳動。接近電動機傳動件轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)公式可知，傳動的轉(zhuǎn)矩M較小，尺寸小些； （

26、2）反之，靠近主軸的傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸較大。 （3）因此，在擬定主變速系統(tǒng)時，盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，將傳動副較少的變速組安排在后面，使主變速傳動系統(tǒng)中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小些，以便節(jié)省變速箱的造價，減少變速箱的外形尺寸。 5．機床主傳動系統(tǒng)設計中，擴大變速范圍的方法有哪些？ 答：（1）增加變速組；是擴大變速范圍最簡單的方法，但增加的變速組的級比指數(shù)不得不小于理論值，導致部分轉(zhuǎn)速重復。 （2）采用背輪機構(gòu) 高速直連傳動時，應使背輪脫開，以減少空載功率損失、噪聲和發(fā)熱及避免超速現(xiàn)象。 （3）采用雙公比的傳動系統(tǒng) （4）采用分支傳動

27、分析推導 1．試述主軸液體靜壓滑動軸承的工作原理。 答：（1）當有外載荷F向下作用時，軸徑失去平衡，沿載荷方向偏移一個微小位移e。油腔3間隙減小，即間隙液阻增大，流量減小，節(jié)流器的壓力降減少，因供油壓力是定值，故油腔壓力隨著增大； （2）同理，上油腔1間隙增大，即 間隙液阻減小，流量增大，節(jié)流器的壓力降增大，油腔壓力隨著減小； （3）兩者的壓力差，將主軸推回中心以平衡外載荷F。 2．桿件動坐標系Oj相對于參考坐標系Oi先繞Zi軸轉(zhuǎn)90再繞Xj軸轉(zhuǎn)90然后平移。求齊次變換矩陣[iTj]。 答：1 3．根據(jù)結(jié)構(gòu)式Z = 233226分析， （1）該傳動系

28、統(tǒng)有何特點？ （2）可以采用的最大公比是多少？ （3）如采用雙速電機時，公比應為多少？ 答：（1）無基本組，雙公比，上下各空一級轉(zhuǎn)速。 （2） ， （3）， 轉(zhuǎn)速圖設計 設計一臺12級轉(zhuǎn)速的車床主傳動系統(tǒng)，主軸最高轉(zhuǎn)速為nmax = 1500 r/min。要求采用轉(zhuǎn)速為1500/750 r/min的雙速電機。 （1）．寫出結(jié)構(gòu)式 （2）．求出公比 （3）．驗算最后變速組的變速范圍 （4）．分配降速比 （5）．畫出轉(zhuǎn)速圖 答：（1）結(jié)構(gòu)式： (2) 公比：； （3）最后變速組的變速范圍 合格 （4）分配降速比 ； r/min （5）繪制轉(zhuǎn)速圖

29、 機器人設計計算 試求三自由度機器人運動功能矩陣[T0,m] 。 答： 式中：，，，， 手腕 圖示為三自由度的機械傳動手腕的機構(gòu)簡圖，試求當S、T軸不轉(zhuǎn)，B軸以轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動殼體9的俯仰運動，及由誘導出齒輪7的自轉(zhuǎn)運動。 答：B軸單獨旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動殼體9的俯仰運動為： 由于殼體9的轉(zhuǎn)動，也將引起圓錐齒輪7作行星運動：由誘導出齒輪7的自轉(zhuǎn)運動為： ，，產(chǎn)生誘導運動 抓手 如圖齒條平行連桿式平移型夾持器中，夾緊力和驅(qū)動力之間的關(guān)系式，并討論該夾持器的特性。 答：（1）受力分析如圖所示 （2）推導計算； ； （3）討論該夾持器的特性：在驅(qū)動力和一定時，夾緊力將隨增大而增大。 當時，為極小值