《机械制造装备设计》期末试题及答案

机械制造装备设计模拟试题3参考答案一、选择（10分，每小题1分）1为了快速响应市场，提出了许多新的制造模式，例如 D 。A. “刚性”生产制造模式 B. 计算机辅助制造C. 成组技术 D. “精益敏捷柔性”2借助磨具对板料施加外力，迫使材料按磨具形状、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普通车床的主要性能指标（第二主参数）是 B 。A. 床身上的最大回转直径 B. 最大的工件长度C. 工作台工作面宽度 D. 工作台工作面长度4机床在空转条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度，称为 A 。A. 几何精度 B. 运动精度C. 传动精度 D. 定位精度5称为机器人机械本体，也可称为主机的是 D 。A. 手臂 B. 末端执行器C. 机座 D. 操作机6一个四自由度平面关节型搬运（SCARA）机器人，其运动功能式为 B 。A. B. C. D. 7表示被加工零件在机床上的加工过程和加工方法的技术资料，称为 。A.被加工零件工序图 B. 加工示意图C.机床总联系尺寸图 D. 生产率计算卡8刨床进给量的单位为 B 。A.毫米/每转 B. 毫米/冲程C.毫米/分钟 D. 转/分钟9把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置，称为 。A.上料器 B. 隔料器C.减速器 D. 分路器10适应高速轻载或精密机床的主轴轴承配置形式应选择 A 。A.速度型 B. 刚度型C.速度刚度型 D. 抗振型二、填空（20分，每小题1分）1机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家和地区国民经济_现代化_的程度。2适应控制分约束适应控制、最佳适应控制和_学习适应控制_等。3摇臂钻床的主参数是_最大钻孔直径_。4在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的“_基型_产品”。5当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，这种现象，称为_爬行_。6工业机器人额定负载主要根据作用于机械接口处的力和_力矩_来确定。7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的负载的_允许值_。8摇臂钻床的主要性能指标是主轴中心线至立柱母线的_最大距离_。9机床的几何精度是指机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和_相对运动_ 的精确程度。10机床的抗振性包括两个方面：抵抗受迫振动和抵抗_自激振动_的能力。11传动轴通过轴承在箱体内轴向固定的方法有一端固定和_两端固定_两类。12滑动导轨间隙常用_压板_和镶条来调整。13目前在刀架的定位机构中，多采用锥销定位和_端面齿盘_定位。14滚珠丝杠常采用预拉伸方式，以提高其拉压刚度和补偿其_热变形_。15一般可取机器人处于机械原点时的状态作为基准状态。也可以取机器人各关节轴线与基座直角坐标系轴线_平行_时的状态作为基准状态。16吸附式末端执行器（又称吸盘），有_气吸_式和磁吸式两种。17双公比变速传动系统是在常规变速传动系统基础上，通过将基本组的级比指数增大到_1+2n _演变来的，n是大于1的正整数。18机械手的手爪在抓住刀具后还必须有_锁刀_功能，以防止换刀过程中掉刀或刀具被甩出。19三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于_4_，以保证滑移时齿轮外圆不相碰。20直线伺服电动机可直接驱动工作台进行直线运动，据文献介绍，它的最大进给速度可达到_100m/min_，最大加/减速度为18g。三、问答（15分，每小题3分）1试述变速箱内传动轴的轴向固定方法及特点？答：有一端固定和两端固定两种，（1分）采用单列向心球轴承时，可以一端固定也可以两端固定；采用圆锥滚子轴承时，则必须两端固定。（1分）一端固定的优点是轴受热后可以向另一端自由伸长，不会产生热应力，因此，宜用于长轴。（1分）2工业机器人与机床在基本功能和工作原理上有何异同?答：（1）相同：1）两者的末端执行器都有位姿变化要求。2）两者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。（1分）（2）不同：1）机床以直角坐标形式为主，机器人以按关节形式运动为主。（1分2）机床的刚度精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人灵活性要求很高，其刚度精度相对较低。（1分3在生产线专用机床的总体设计中，“三图一卡”的设计工作指的是什么？（3分）答：（1） 被加工零件工序图，（1分）（2）加工示意图（1分）（3）机床总联系尺寸图（1分）（4）生产率计算卡4若主轴刚度低，支承刚度高，主轴跨距应如何选择？（3分）答：可选主轴跨距略小于最佳跨距（2分）此时主轴综合刚度主要受轴承影响，即轴承支撑刚度高，主轴综合刚度也高。（1分）5回转型夹持器与平移型夹持器各有何特点？（3分）答：（1）回转型夹持器结构较简单，但所夹持工件直径有变动时，将引起工件轴线的偏移；（2分）（2） 平移型夹持器结构较复杂、体积大、制造精度要求高，但工件直径变化不影响工件轴心的位置（1分）四、分析推导（12分，每小题4分）1某数控机床工作台驱动系统及参数如图2所示，求转换到电机轴上的等效转动惯量JL 。(4分)答：1（2分）（2分）2在数控机床变速箱中，采用调速电动机无级调速。试导出变速箱的公比等于电动机恒功率调速范围时，变速箱的变速级数Z的表达式。（4分）答：1 （2分）当时 （2分）3试述根据什么原则选择支撑件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状，为什么为该形状？（4分）答：（1）无论是方形、圆形或矩形空心截面的刚度都比实心的大，同样截面形状和面积，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弯刚度和抗扭刚度都高；（1分）（2）圆（环）形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯刚度比方形的低；（1分）（3）封闭界面的刚度远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度；（1分）（4）摇臂钻床摇臂在加工时，即受弯又受扭，因此选非圆非方空心封闭形状。且高度尺寸大于宽度尺寸。俗称“耳朵”形。（1分）五、转速图设计（13分）根据图2所示Z3040摇臂钻床主传动系统转速图，回答下列问题？（13分）(1)写出其结构式：（2分）(2)写出-轴间变速组的变速范围公式及其大小（2分）(3)写出轴变速范围公式及其大小（1分）(4)找出轴III的计算转速（4分）(5)找出轴上齿轮的计算转速：（4分）答：（1）结构式： ； （2分） (2) ；（2分）（3）或 ； （1分）齿轮Z20Z61Z44Z34nc315100100250（4）轴号IIInc50020010080(5)六、机器人设计计算（10分）试求三关节平面机器人运动功能矩阵T0,m 。（10分）答：（1）变成基准状态后，建立运动功能矩阵T0,m式中：，（6分）式中：，（4分）七、手腕（10分）图示为由圆锥齿轮传动所构成的三自由度的机械传动手腕的机构简图，试求当B、C轴不转动，A轴以转速单独转动时，手抓绕轴的回转运动n5，以及当A、C轴不转动，B轴以转速单独旋转时，产生的手抓绕轴回转的诱导运动。（10分）答：（1）A轴以转速单独转动时，手抓绕轴的回转运动n5 （2分）（2）当A、C轴不转动，B轴以转速单独旋转时，（1分）壳体6、组成行星轮系，为行星齿轮，壳体6，为行星轮架，产生的手抓绕轴回转的诱导运动。 （2分），（5分）八、抓手（10分）求楔块杠杆式回转型夹持器中，夹紧力FN和驱动力Fp之间的关系式，并讨论该回转型夹持器的特性。（10分）答：（1）受力分析如图所示（3分） （2）推导计算； ；（5分）（3）讨论该夹持器的特性：角增大，将使夹紧力减小。楔块和滚子间为滚动接触，摩擦力小，活动灵活，且结构简单，但夹紧力小，适用于轻载场合。（2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