《机械制造装备设计》课程考试模拟试卷及答案解析.doc

2012年9月份机械制造装备设计课程考试 模拟试卷答案考试形式：闭卷 试卷类型：A一、填空题（本大题共10小题，每小题4分，共40分）1、工件表面的形成原理是：通过机床上刀具与工件的相对运动而形成 。2. 机械制造装备设计可分为创新设计 、变型设计 和模块化设计(组合设计) 等三大类型。装备系列化产品中的“基型产品”通常采用创新 设计方法完成。3、扩大机床传动系变速范围的方法有 增加变速组、采用背轮机构 、采用双公比的传动系、采用分支机构 四种方法。4、可靠度是可靠性的度量化指标，是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定任务的概率 。5、进给传动系设计应满足的基本要求包括：具有足够的静刚度和动刚度、具有良好的快速响应性、抗振性好、具有足够宽的调速范围、进给系统的传动精度和定位精度高，结构简单，加工和装配工艺性好。6、主轴部件的传动方式有 齿轮传动、带传动、电动机直接驱动。7、机械制造过程是从原材料开始，经过热、冷加工，装配成产品，对产品进行调试和检测、包装和发运的全过程，所使用的装备类型繁多，大致可划分为加工装备 、工艺装备 、仓储传送装备 和辅助装备 四大类。8、在主变速传动系中，扩大传动系变速范围的方法有增加变速组；采用背轮机构；采用双公比的传动系；采用分支传动。9、在40度角接触球轴承、双列短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承中，同时能承受径向力和轴向载荷的轴承有角接触轴承、圆锥滚子轴承，只能承受径向载荷的轴承有 双列圆柱滚子轴承，只能承受轴向载荷的轴承有推力轴承 。10、机床运动分配式和机床运动功能式的区别在于是否确定“接地”位置 ；对机床运动分配式进行评价时，通常依据 “避重就轻” 的原则进行评价。二、简答题（本大题共3小题，每小题8分，共24分）1、请简述主变速传动系设计的一般原则。答：1传动副前多后少原则主变速传动系从电动机到主轴，通常为降速传动，接近电动机的传动件转速较高，传递的转矩较小，尺寸小一些；反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸就较大。因此在制定主变速传动系时，应尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，传动副数少的变速组放在后面，使主变速传动系中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小一些，以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。2传动顺序与扩大顺序相一致的原则变速组的扩大顺序与传动顺序一致，即基本组在最前面，依次为第一扩大组，第二扩大组，各变速组的变速范围逐渐扩大。如果不满足该原则，则在传递相同功率的情况下，受的转矩更大，传动件的尺寸更大，从而影响变速箱的造价和外形尺寸。3. 变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速组传动比时，为使中间传动轴具有较高的转速，以减少传动件的尺寸，前面的变速组降速要慢些，后面变速组降速要快些，也就是。但是，中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。通常，中间轴的最高转速不超过电动机的转速。给分要点：答出3个基本原则给4分，3个基本原则的描述给4分，具体酌情给分。2、机床主传动系的传动方式主要有哪两种？其各自的特点是什么？答：主要有集中传动方式和分离传动方式1集中传动方式1）主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内，称为集中传动方式。2）通用机床中多数机床的主变速传动系都采用这种方式。适用于普通精度的大中型机床，结构紧凑，便于实现集中操纵，安装调整方便。缺点是运转的传动件在运转过程中所产生的振动、热量，会使主轴产生变形，使主轴回转中心线偏离正确位置而直接影响加工精度。2分离传动方式1）主传动系中的大部分的传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中，然后通过带传动将运动传到主轴箱的传动方式，称为分离传动方式。2）特点是变速箱各传动件所产生的振动和热量不能直接传给或少传给主轴，从而减少主轴的振动和热变形，有利于提高机床的工作精度。运动由皮带经齿轮离合器直接传动，主轴传动链短，使主轴在高速运转时比较平稳，空载损失小；当主轴需作低速运转时，运动则由皮带轮经背轮机构的两对降速齿轮传动后，转速显著降低，达到扩大变速范围的目的。给分要点：答出两种方式给4分，答出两种方式的特点给4分，具体酌情给分。3、在机械制造装备设计中，模块化设计的主要优点有哪些？答：（1） 便于用心技术设计性能更好的模块，取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加速产品的更新换代；（2） 只需要更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期；（3） 有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量，又降低成本；（4） 模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需要更换相关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。给分标准：每点2分。三、分析题（本大题共3小题，各小题分别为10分、10分、16分，共36分）1、某数控车床，主轴最高转数nmax3000 r/min，最低转数nmin=35 r/min，计算转速nj=180 r/min,采用直流电动机，电动机的额定转速为nd=1500 r/min，最高转速为4000 r/min，试设计分级变速箱的传动系统，画出其转速图。给分标准：公式给出正确，计算结果正确，可酌情给至6分，转速图为4分。解： Rn=3000/180 =16.67 ,Rd=4000/1500=2.67 , Rn= Rd*Z-1取 Z=2 , 16.67/2.67=6.24转数图 2、简述速度型、刚度型、刚度速度型主轴轴承配置形式的特点，并指出下图为哪种配置形式。答：1） 速度型。主轴前后轴承都采用角接触球轴承（两联或三联）。角接触轴承具有良好的高速性能，但它的承载能力较小，因而适用于高速轻载或精密机床，如高速镗削单元、高速CNC车床等。2） 刚度型。前轴承采用双列圆柱滚子轴承承受径向载荷，角接触双列推力球轴承承受轴向载荷，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。这种轴承配置的主轴部件，适用于中等转速和切削负载较大、要求刚度高的机床。如数控车床主轴、镗削主轴单元等。3） 刚度速度型。前轴承采用三联角接触球轴承，后轴承采用双列圆柱滚子轴承。主轴的动力从后端传入，后轴承要承受较大的传动力，所以采用双列圆柱滚子轴承。前轴承的配置特点是：外侧的两个角接触球轴承大口朝向主轴工作端，收成主要方向的轴向力；第三个角接触球轴承则通过轴套与外侧的两个轴承背靠背配置，使三联角接触球轴承有一个较大的支承跨距，以提高承受颠覆力矩的刚度。上图为高度CNC车床的主轴轴承配置形式，对应于速度型配置形式。给分要点：总分10分，指出图中所示为速度型配置形式给3分，描述速度型、刚度型、刚度速度型轴承配置形式特点给7分，具体酌情给分。3、下图为多刀半自动车床的主变速传动系图，请据此写出该主传动系的结构式，画出转速图，分析具有多速电机的主变速传动系的特点，并指出基本组、第一扩大组和第二扩大组。 答：多刀半自动车床采用双速电动机，电动机变速范围为2，转速级数共8级。公比141，其结构式为电变速组作为第L扩大组，I一轴间的变速组为基本组，传动副数为2，一轴间变速组为第二扩大组，传动副数为2，可简化机床的机械结构，使用方便，并可在运转中变速，适于半自动、自动机床及普通机床。缺点是当电动机在高速时，没有完全发挥其能力。给分要点：答出结构式给3分，画出转速图给8分，正确指出基本组、第一和第二扩大组给3分， 答对多速电机的主变速传动系的特点给2分，具体酌情给分。选择1采用“消灭一切浪费”和“不断完善”，以最优的质量和最低成本的产品提供给市场，这种制造模式被称为 B 。A. “传统模式” B. “精益生产”C. “敏捷制造” D. “并行工程”2借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁和塑性变形，得到要求的金属板制件的设备，称为 B 。A. 挤压机 B. 冲压机C. 轧制机 D. 锻造机3一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品，称为 A 。A. 纵系列产品 B. 横系列产品C. 跨系列产品 D. 基型产品4机床定位部件运动达到规定位置的精度，称为 D 。A. 几何精度 B. 运动精度C. 传动精度 D. 定位精度5为了降低导轨面的压力，减少摩差阻力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，应选 B 。A. 滑动导轨 B. 卸荷导轨C. 滚动导轨 D. 动压导轨6一个四自由度圆柱坐标型搬运机器人，其运动功能式为 C 。A. B. C. D. 7在的导向系统中装有陀螺仪，该导航方式称为 B 。A.电磁引导 B. 惯性导航C.光学引导 D. 激光导航8适应中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床主轴轴承配置形式应选择 B 。A.速度型 B. 刚度型C.速度刚度型 D. 抗振型9铣床进给量的单位为 C 。A.毫米/每转 B. 毫米/冲程C.毫米/分钟 D. 转/分钟10要求导轨可以承受较大的颠覆力矩，高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，应选 C 。A. 矩形导轨 B. 三角形导轨C. 燕尾形导轨 D. 圆柱形导轨填空1当前提高制造生产能力的决定因素不再是劳动力和_资本_的密集积累。2机械制造装备的精密化成为普遍的发展趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至_纳米级_。3升降台铣床的主参数是工作台工作面的_宽度_。4任何一个表面都可以看成一条曲线（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_。5把听阈作为基准声压，用相对量的对数值表示，称之为声压级Lp（dB），其表达式为_ Lp = 20 lg（ p / p0 ）_。6机床抗振性是指机床在_交变载荷_作用下，抵抗变形的能力。7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，即时走时停或者时块时慢的现象。这种现象称为_爬行_ 。8设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大，一般限制直齿圆柱齿轮的最小传动比_，为避免扩大传动误差，限制最大传动比。9滚动轴承的预紧力分为三级，轻预紧适用于高速主轴，中预紧适用于中、低速主轴， _重_预紧适用于分度主轴。10角接触球轴承及圆锥滚子轴承有泵油效应，润滑油必须由_小口_进入。11工作空间是指工业机器人正常运行时，_手腕_参考点能在空间活动的最大范围。12额定负载是指在机器人规定的性能范围内，_机械接口_处所能承受负载的允许值。13在末端执行器上的参考点P相对于基座坐标系的速度，可通过相应_位置_变量对时间的微分而得到。14机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大_工作能力_的一种参数。15系列化设计应遵循“产品系列化、零部件_通用化_、标准化”原则，简称“三化”原则。16主轴组件的精度保持性是指长期保持其_原始制造精度_的能力。17卸荷系数H表示导轨_卸荷量_的大小，由式确定。18机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式和_自由度_数表示。19工业机器人额定速度是指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的_最大速度_。20各种类型机床对温升都有一定限制，如普通机床，连续运转条件下允许温升为_3040_。问答1试述机床的基本参数包括哪些内容？答：（1）尺寸参数：指机床主要结构尺寸参数，通常包括与被加工零件有关的尺寸；标准化工具或夹具安装面尺寸。（2）运动参数：机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台）的运动速度。（3）动力参数：包括机床驱动的各种电动机的功率或转矩。2非接触式刀具识别装置有何特点？常用哪两种识别法？答：1非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快，适用于高速、换刀频繁的工作场合。2常用的种识别方法为：磁性识别法和光电识别法。3试述SK型悬挂式链条与HP型套筒式链条组成刀库的形式有何不同？答：（1） SK型悬挂式链条组成的刀库，只能是“外转型”，故当刀库为方形时，就不能充分利用中间空间；（2）HP型套筒式链条组成的刀库，再刀套“内转”时，不发生刀套之间的干涉；（3）故刀库空间利用率比悬挂式高4主轴变速箱设计中，为什么要遵循“前多后少”的原则？答：（1）主变速传动系统从电动机到主轴，通常为降速传动。接近电动机传动件转速较高，根据公式可知，传动的转矩M较小，尺寸小些；（2）反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸较大。（3）因此，在拟定主变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，将传动副较少的变速组安排在后面，使主变速传动系统中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小些，以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。5机床主传动系统设计中，扩大变速范围的方法有哪些？答：（1）增加变速组；是扩大变速范围最简单的方法，但增加的变速组的级比指数不得不小于理论值，导致部分转速重复。（2）采用背轮机构 高速直连传动时，应使背轮脱开，以减少空载功率损失、噪声和发热及避免超速现象。（3）采用双公比的传动系统（4）采用分支传动分析推导1试述主轴液体静压滑动轴承的工作原理。答：（1）当有外载荷F向下作用时，轴径失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e。油腔3间隙减小，即间隙液阻增大，流量减小，节流器的压力降减少，因供油压力是定值，故油腔压力随着增大；（2）同理，上油腔1间隙增大，即间隙液阻减小，流量增大，节流器的压力降增大，油腔压力随着减小；（3）两者的压力差，将主轴推回中心以平衡外载荷F。2杆件动坐标系Oj相对于参考坐标系Oi先绕Zi轴转90再绕Xj轴转90然后平移。求齐次变换矩阵iTj。答：1 3根据结构式Z = 233226分析，（1）该传动系统有何特点？（2）可以采用的最大公比是多少？（3）如采用双速电机时，公比应为多少？答：（1）无基本组，双公比，上下各空一级转速。 （2） ，（3），转速图设计设计一台12级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为nmax = 1500 r/min。要求采用转速为1500/750 r/min的双速电机。（1）写出结构式（2）求出公比（3）验算最后变速组的变速范围（4）分配降速比（5）画出转速图答：（1）结构式：(2) 公比：； （3）最后变速组的变速范围 合格（4）分配降速比； r/min（5）绘制转速图机器人设计计算试求三自由度机器人运动功能矩阵T0,m 。答： 式中：，手腕图示为三自由度的机械传动手腕的机构简图，试求当S、T轴不转，B轴以转动时，驱动壳体9的俯仰运动，及由诱导出齿轮7的自转运动。答：B轴单独旋转时，驱动壳体9的俯仰运动为： 由于壳体9的转动，也将引起圆锥齿轮7作行星运动：由诱导出齿轮7的自转运动为： ，产生诱导运动 抓手如图齿条平行连杆式平移型夹持器中，夹紧力和驱动力之间的关系式，并讨论该夹持器的特性。答：（1）受力分析如图所示 （2）推导计算； ； （3）讨论该夹持器的特性：在驱动力和一定时，夹紧力将随增大而增大。当时，为极小值大工机械制造装备设计课程考试 模拟试卷（A）答案 第10页 共10页