机械制造装备设计习题.doc

2014年机械制造装备设计习题名词解释(17个)P6 柔性化 2个 结构柔性化与功能柔性化P37 可靠性 1个P71 精度 6个P72 刚度 1个P89 集中传动方式 分离传动方式 2个P117 进给传动系 1个第四章 工业机器人 位姿 手臂 末端执行器 4个其他1 机械制造装备应该具备的主要功能？ P6-102机械制造装备的分类及其各类中包含那些内容？ P10-153 机械制造装备设计的类型， P15-164 机械制造装备设计的典型步骤 P17-255 技术经济评价？结构工艺性评价（零件的加工工艺性）？合理性评价？P32-38 P46-486 机床设计应满足的基本要求？ P57-597 机床运动学原理？ P62-718 爬行的概念 原因 及预防措施？ P74-759 机床的主要参数设计？ 式子（2-1） （P82 ）A= ，（2-2）、（2-3）；公比选择等比数列排列的优点及公比选用原则？10主传动系统设计应满足的基本要求？11 主传动系统分类及传动方式？12 P90 能从图2-13a 自己画出2-13b （主轴转速为31.51400r/min）13从结构式中看出那个是基本组 、 第一扩大组、第二扩大组等14 变速范围及其极限传动比？（2-14）15 主传动系统的设计的原则？16 几种特殊设计方法？17 扩大变速范围的方法？18 齿数确定 P10219 计算转速概念及其计算？机床的功率转矩特性怎么描述？20 变速组齿轮轴向布置原则？（1）滑移齿轮中，当一对齿轮完全脱离啮合后。另一对齿轮才能进入啮合，因此固定齿轮之间的跨距的最小距离L=2B+； B为齿轮厚度，B=（612）mn，=12mm，为间隙；（2）滑移齿轮应安装在主动轴上，以减小滑移齿轮重量，便于操作。（3）滑移齿轮应采用窄式排列，以减小轴向长度。21 进给传动系的组成？22 进给传动系统设计应满足的基本要求？23 P124 机械传动部件设计？（2）（3）24 P128 机床控制系统设计概述？25 P140 26、27、28、29、31、3226 主轴部件应满足的基本要求？27 主轴的传动方式？28 主轴部件的支承数目？29 推力轴承位置配置形式及其特点？30 主轴传动件位置的合理布置 原则31 主轴主要技术参数的确定方法32 主轴的材料及其热处理33 主轴滚动轴承的特点和选用原则34 支承件应满足的基本要求 刚度公式K=m02, 支承件刚度包括哪些？ 35 支承件的截面设计原则？36 支承件肋板和肋条的布置？37 支承件的材料为什么常用铸铁？38 支承件消除内应力的方法？39 为什么要进行刚度补偿？40 提高热稳定性的方法？41 导轨应满足的基本要求？42 导轨的组合形式？43 导轨间隙的调整？44 提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施？45 机床刀架的功能和类型？46 工业机器人的概念47 工业机器人基本工作原理48 分类49 位姿描述？50 齐次坐标变换，运动方程51 工作空间解析和轨迹解析？并得出运动学解析的正解和逆解？52 谐波齿轮减速装置53 手臂 机座 手腕 末端执行器的设计要求？54 工业机器人控制系统的构成及其本质？55 平面定位 孔定位 外圆定位？定位误差的计算方法？56 P323-325 1-2057 物流系统的本质 第六章 第一节58 第七章 第一节附 2011年复习题1. 机械制造装备的地位？（首先，理解机械（非人的动力驱动的能完成一定功能的装置）、其次，理解制造业（包括工业、农业、纺织、轻工、航空、航天、交通、运输、化工、冶金等）、再次，理解机械制造业的地位（制造业要发展，离不开机械制造业的发展，是制造业的核心。）最后理解机械制造装备的地位（给制造行业提供各种工具，提高机械制造装备水平是整个机械制造业乃至国民经济稳定发展的前提）。另外，应知道机械制造装备的核心是机床，金属切削机床担负了整个机械制造业40%-60%的工作。2. 了解机械制造装备的发展史。（上世纪20年代起家，第二次世界大战取得飞速发展。 50-60年代 “规模效益”模式 70年代 “精益生产”模式 80年代 “FMS（柔性制造系统）”和“CIMS（计算机集成制造系统）”模式 90年代-至今 “敏捷制造（AM）”“精益-敏捷-柔性(LAF)生产系统”、全球制造等新模式）3. 柔性？（包括结构柔性和功能柔性）比较通用机床、组合机床、数控机床、加工中心、FMS等的柔性程度。4.机械制造装备的分类？（包括加工装备、工艺装备、仓储输送装备和辅助装备） 加工装备 采用机械制造方法制作机器零件的机床，(包括金属切削机床、锻压机床、特种加工机床和木工机床等)。金属切削机床有切屑加工，锻压机床属于无屑加工，特种加工机床利用电/水能对零件的毛坯进行电腐蚀加工。 工艺装备 产品制造过程中所用的各种工具的总称。（包括刀具、夹具、量具、模具、检具、辅具等）刀具 能从工件上切除多余材料或切断材料的工具。夹具 能夹紧工件，使工件占有正确位置的工艺装备。模具 在机床上通过压力将材料制出所需形状或制品的专用工具，用于锻压机床量具 以固定形式复现量值的计量工具 仓储输送装备 分为物料输送装置、机床上下料装置、仓储装置和立体仓库、托盘和托盘缓冲器等。辅助装置 包括清洗机和排屑装置。5 机械制造装备设计的类型？ 理解概念 3种设计方法： 创新设计（新产品开发设计）、变型设计和组合设计（模块化设计）。6. 用技术经济评价法评价产品方案时，一般认为，好的方案的技术价值的大小应该在( D)。A、 0.4左右 B、0.5左右C、 0.6左右 D、0.7左右7. 机床应具有的性能指标(工艺范围、柔性、加工精度、生产率和自动化、可靠性)工艺范围：不同的生产模式对机床的工艺范围要求不同。重点理解大批量生产、单件小批生产、多品种小批生产的工艺范围特点和各自所使用的机床。柔性：指机床适应加工对象变化的能力，分为功能柔性和结构柔性。功能柔性：对加工控制软件进行调整或修改，就可方便的改变机床的加工能力(改变工艺范围)，适应多种零件的加工要求。-数控、加工中心、FMS结构柔性：对机床某些部件只做少量修改重组，可迅速构成适应产品更新要求的新型加工机床。-通用机床加工精度：指被加工零件的形状位置精度、尺寸准确度、表面粗糙度等。机床的精度包括：机床的加工精度包括 几何精度、传动精度、运动精度、定位精度以及精度保持性几何精度：指机床不运动或空载低速运动时的精度。反映机床主要零部件的几何形状精度(直线度、平面度)、相对位置精度、相对运动轨迹精度，是评价机床质量的基本指标，取决于零部件的结构设计和制造装备精度。传动精度：指内联系传动链两末端执行件相对运动的精度。取决于传动件的制造精度和传动系统的合理性。简单说，每一个机床都有内联系传动链，传动链两末端指主轴与刀具的相对运动精度。运动精度：指机床在额定负载下运动时主要零部件的几何位置精度。它是评价机床的主要指标。取决于运动部件的制造精度、机床零部件的动态刚度和热变形程度。定位精度：指机床工作零部件运动终了时所达到的位置准确度和机床调整精度。精度保持性：指机床加工精度应保持的时间，也称使用寿命。生产率和自动化生产率：指机床在单位时间内能加工的工件数量。要提高生产率，必须缩短单个工件的切削加工时间、装卸时间和分摊到的准备终了时间(清扫切屑、检测刀具尺寸等)。自动化：指用装备取代或放大人的体力、延伸认得部分智力而自动完成工作的性能。 可靠性：机床在使用寿命期内完成规定功能的能力，包括固有可靠性和使用可靠性。机床可靠性是一项重要的技术经济指标，包括两方面：一是机床在规定时间内发生失效的难易程度；一是可修复机床失效后在规定时间内修复的难易程度。机床应具有的人机关系：信号指示系统、操纵件、造型色彩噪音8. 产品规划阶段应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术说明书。预测一般可分为定量预测和定性预测两部分。9. 金属切削机床的设计步骤？机床设计步骤包括：总体设计、技术设计、零件设计、样机试制及试验鉴定。10.机床的总体布局？指根据已确定的零件加工方法和应具有的运动确定：如何实现运动？何种部件产生运动？怎么产生所需运动？工件如何安装加工？如何对运动进行控制？机床操作位置如何？ 分配机床运动 强调四原则： 运动分配给质量小的零部件； 运动分配应有利于提高工件的加工精度； 运动分配应有利于提高部件的刚度； 运动分配应考虑工件形状。 运动形式和支承形式的选择 对于主运动：机械传动-广泛用于通用中小型机床；变速级数小于30级，传递功率大，变速范围广，传动比准确，工作可靠，缺点是有相对转速损失，工作过程中不能变速。液压传动-适用于刨床、拉床、大型磨床；能实现无级变速传动，传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直线运动。电气传动-广泛用于数控机床；可简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速。 对于进给运动：通用和专用机床-采用机械传动、液压传动数控机床-采用伺服电动机齿轮传动滚珠丝杠螺母 对于支承形式：机床支承件的形状卧式支承-重心低、刚度大、执行件在纵横两个方向运动，适用于中小型机床；立式支承-占地面积小，刚度较差，执行件在纵、横、垂直三个方向运动，用于加工尺寸工件和箱体工件的机床。单臂支承/龙门支承-摇臂钻床、龙门铣床等 提高机床动刚度：提高抗振性能，减少热变形，降低噪声抗振性：包括受迫振动和自激振动的概念及预防受迫振动和自激振动的措施？抗振性：指机床工作部件在交变载荷下，抵抗受迫振动和自激振动变形的能力。热变形产生的原因和减少热变形的措施？ 噪声源和降低噪声的措施？ 主要技术参数确定（主参数、尺寸参数、运动参数、动力参数）机床传动系统采用等比数列传动有何优点？机床的公比选择原则是什么？答：机床传动系统采用等比数列传动的优点：传动系统简单，使用方便，最大转速损失率相等。机床的公比选择原则：越小，转速损失Amax越小，Rn越小，如要达到一定的Rn，需增加变速组数目，则结构复杂，一般 对于中型机床：取=1.26、1.41，转速损失不大，结构又不过于复杂； 对于重型机床，取=1.26、1.12、1.06，因加工时间长，如果取小则Amax越小，机床工作效率高； 对于专用机床和自动机床，取=1.26、1.12，因生产效率高，转速损失影响较大，又不常变速，用交换齿轮变速，不会使结构复杂； 对于非自动化小型机床，取=1.58、1.78、2，因切削时间小于辅助时间，Amax影响小，为使机床结构简单，取大值。11. 主传动系的传动方式主要有两种：集中传动方式和分离传动方式。12. 进给系统中，进给驱动部件种类很多，用于机床上的有步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机和 直线电动机等。13理解四种扩大机床传动系变速范围的方法及其本质。增加变速组： 增加变速组，级数增大采用背轮机构： 增加变速组，级数增大采用双公比的传动系： 增大极限变速范围 采用分支机构： 缩短了传动链，变相的扩大变速范围14.计算转速的求法？(为清楚起见，分别对轴系和齿轮系列表表示)。以课本140页31题为例，15.转速图以课本140页27题为例，某机床主轴转速n=1001120r/min，转速级数Z=8，电动机转速n电=1440r/min，试设计该机床主传动系，包括拟定结构式和转速图。(转速查附表1，转速图画的大一些)附表1 标准数列6367717580859095100106112118125132140150160170180190200212224236250265280300315335355375400425450475500530560600630670710750800850900950100010601120118012501320140015001600170018001900解：(1) 计算公比：R=1120/100=11.2，Z=8，根据得：，得 (2) 确定传动组、传动副和扩大顺序根据传动组、传动副的拟定原则，可选方案有： 8=42 8=24 8=222在方案、 中，有三根轴，比方案少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加了传动轴额轴向长度，故选择方案。根据前密后疏原则，粗选扩大组顺序为8=212224，第二扩大组的最终确定结构式为8=212224。（1分）(3) 主轴各级转速为：100、140、200、280、400、560、800、1120m/s。确定定比传动比：取轴I的转速为800m/s，则电机轴与轴I的传动比：确定各变速组最小传动比：从800到100共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降2格。按前缓后急原则，第二变速组最小传动线下降2格，第一变速组最小传动线下降1格，第三变速组最小传动线下降3格。(4) 转速图绘制16.书上例题P113/2-317.书上例题P127/2-418. 机床控制系统应满足的要求是节省辅助时间、缩短加工时间、提高劳动生产率、提高机床使用率和改善加工质量。机床控制系统设计中，按自动化程度可以分为手动、机动、半自动和自动控制系统。一般自动控制系统由三部分组成，发令器官、执行器官和转换器官。19. 主轴应满足的基本要求：旋转精度、刚度、抗振性、温升与热变形、精度保持性。20. 主轴的传动方式主要有齿轮传动、带传动、同步齿形带传动、电动机直接驱动等。选择依据：主轴的转速、所传递的转矩、对运动平稳性的要求、结构紧凑及装卸维修方便等。(1) 齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大转矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广，但线速度不能过高，一般不超过12-15m/s，不如带传动平稳。(2) 带传动：靠摩擦力传动，结构简单、制造容易、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动，可吸振，传动平稳，噪声小，适宜高速传动，有过载保护。但传动比不够准确。(3) 同步齿形带：无相对滑动，传动比大且准确，传动精度高、效率高，可传递大动力(100KW)，传动平稳，噪声小，对轴和轴承压力小，无需特别张紧，无需润滑，耐水，耐腐蚀，耐高温，维护保养方便。但制造工艺复杂，安装条件要求高。(4) 电动机直接驱动：对于转速小于3000r/min以下的主轴，采用异步电动机和联轴器直接驱动主轴；对于转速小于8000r/min大于3000r/min的主轴，采用变频调速电动机直接驱动主轴。21. 主轴主要结构参数有主轴前、后轴颈直径D1和D2、主轴内孔直径d、主轴前端悬伸量a和主轴主要支承间跨距L，这些参数直接影响主轴旋转精度和主轴刚度。22.主轴滚动轴承的特点及选用原则：(1)特点：能在转速和载荷变化幅度很大的情况下稳定工作；能在无间隙甚至在预紧(有一定过盈量)的条件下工作，有利于减少发热；润滑容易，一般用黄油或油脂(用油比滑动轴承耗油量少，用脂则依次填装后可用至修理时再换)；由轴承厂生产，质量稳定且成本低。(2) 选用原则：转速较高，负载小，而旋转精度要求高时，应采用球轴承；转速较低，负载大或有冲击负载时，应采用滚子轴承；径向载荷和轴向载荷都较大时，若转速高，应采用角接触轴承；若转速低，应采用圆锥滚子轴承；轴向载荷比径向载荷大得多时，应采用两种不同类型的轴承组合，分别承受轴向载荷和径向载荷；径向载荷比轴向载荷大得多且转速较高时，应采用深沟球轴承；支承刚度要求较高时，可采用成对的角接触型轴承。23.支承件截面设计原则：截面积一定时，空心截面比实心截面惯性矩大，满足工艺要求时，应尽量减少壁厚，以提高抗弯强度；承受一个方向弯矩的支承件，当高度方向为受弯方向时，截面形状应为矩形；承受弯扭作用的支承件，截面形状应为方形；承受纯转矩作用的支承件，截面形状应为圆环形；不封闭截面刚度小于粉笔截面刚度，尽量将支承件制成封闭的形式；截面不能封闭的支承件，应采用刚度补偿措施。24.刚度补偿措施(1)为什么要进行刚度补偿？从抗弯刚度、铸造工艺、支承件功用综合考虑，支承件截面不能完全封闭，存在刚度损失；导轨和床身的过渡连接处存在局部刚度损失；箱体轴承孔处存在刚度损失。(2)机械补偿方法：肋板；a纵向：提高抗弯；b横向：提高抗扭；c斜向：提高弯扭。加强肋。a用加强肋提高导轨和床身过渡连接处的局部刚度损失；b用加强肋提高箱体轴承孔处的局部刚度损失(3)支承件开孔后的刚度补偿：立柱或横梁为安装机件或工艺需要，应开孔，从而造成抗扭抗弯刚度损失。其补偿方法为在孔上加盖板，用螺钉将盖板固定在壁上；将孔的周边加厚，再加盖板；(4)提高接触刚度的措施？相对滑动的接触面和重要的固定结合面须精磨或配对刮研，以增加接触面积；紧固螺栓使结合面有大于2MPa的接触压强，消除结合面平面度误差，以增大结合面积；结合面承受弯扭时，应使较多的紧固螺栓布置在受拉面，承受拉应力；结合面承受转矩时，螺栓远离扭矩中心，均匀分布在四周。25. 为什么支承件常采用铸铁件？支承铸件消除内应力的方式有哪些？答：因为铸铁其铸造、切削性能好，易得到复杂形状；阻尼大，有良好的抗振性能；加入合金元素可提高耐磨性；且成本低。支承铸件消除内应力的方式有： 铸铁壁厚不均匀，冷却产生铸造变形，铸造后进行自然时效处理； 精密机床支承件，粗加工前自然失效，粗加工后人工失效，充分消除铸造应力； 床身、立柱、横梁等进行振动时效，消除内应力。26.导轨的分类：27.(1)导轨截面形状：直线运动的导轨截面形状主要有四种：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形。回转运动的导轨截面形状主要有三种：平面环形、锥面环形和双锥面导轨。(2)28. 辅助导轨副间隙调整：压板(用法)；镶条(安装方位)29.工业机器人：是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。(1) 基本工作原理：与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要。不同之处：机床是按直角坐标形式运动为主，对刚度、精度要求高，灵活性相对较低；而工业机器人是按关节形式运动为主，对灵活性要求高，其刚度、精度相对较低。(2) 构成：操作机(执行机构)、控制装置(控制系统)和驱动单元(驱动系统)。(3) 分类：按机械结构类型分为：关节型机器人、球坐标型机器人、圆柱坐标系机器人和直角坐标系机器人四大类；按控制方式分为：点位控制和连续轨迹控制两类。(4) 工业机器人的位姿是指其末端执行器在指定坐标系中的位置和姿态。一般有两种描述方式，其一是用动作功能的要求来描述，其二是用机器人的运动来描述。正运动学解析用于工作空间解析。而逆运动学解析用于轨迹解析。(5) 谐波齿轮减速装置中，当波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动时，波发生器和柔轮的减速传动比计算公式为。当波发生器主动，柔轮固定，刚轮从动时，波发生器和钢轮的减速传动比计算公式为。其中，、分别为刚轮和柔轮的齿数。(6) 工业机器人手臂的设计要求： 手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求； 根据手臂所受载荷和结构的特点，合理选择截面形状和高强度轻质合金； 尽量减少手臂质量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏心力矩，以减小驱动装置的负荷，减少运转的动载荷和冲击，提高手臂运动的响应速度； 要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的准确度和运动刚度。(7) 工业机器人手腕的设计要求：；。(8) 工业机器人末端执行器的设计要求：；。(9) 工业机器人是一种通用性较强的自动化作业设备，末端执行件则是直接执行作业任务的装备。根据其用途和结构的不同，可以分为机械式夹持器、吸附式末端执行件和专用工具(如焊枪、喷嘴、电磨头等)。(10) 机器人控制的层次分为三个层次：人工智能级、控制模式级和一般自动化级，其中控制模式级任务描述为直接给定r(t)，控制器建立r(t)和T(t)之间的双向关系，即r(t)q(t)(t)T(t)。30. 机床夹具的功能、要求及类型？答：机床夹具的功能：保证加工精度、提高生产率、扩大机床使用范围、保证生产安全。要求：基本要求(保证加工精度)、节拍要求、安全要求、工艺要求、排屑要求。类型：按夹具的使用范围：通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具。31.常用的定位元件：支承钉、支承板、定位销。32.定位基准及定位元件的合理选择：(1)平面：粗基准：固定支承钉、可调支承钉、浮动支承；精基准：平头支承钉。(2)圆孔：粗基准：三点式定心可胀心轴(长定位孔采用两组，短定位孔采用一组)；精基准：定位销。(3)外圆柱面：粗基准：定心定位元件；精基准：定心定位元件和间隙定位套、无间隙弹簧薄壁套等。(4)锥孔：顶尖。33.定位误差分析与计算按图2所示定位方案铣削工件上的台阶面。工件高度尺寸为400.14mm，要求保证尺寸200.15mm。试分析和计算定位误差，并判断定位方案是否合理，若不合理，如何改进。图2解：(1)计算误差：如图工件的加工定位基准为B面，尺寸200.15mm的设计基准为A面，故存在基准不重合误差。因定位尺寸，公差值。(2) 比较：本工序要求保证的加工尺寸为，其允差为。故 ，因此该方案不合理。(3) 改进： 34. 机床专用夹具设计中总体方案包括三部分内容定位方案、夹紧方案和夹具的总体形式。35. 工厂中物流系统的总体规划与设计一般要完成四项任务，合理规划厂区、合理布局车间工位、合理确定库存量和合理选用搬运装备。36. 自动化立体仓库系统一般由存储系统(厂房和配置设施)、搬运系统、输送系统、消防系统、电控系统、计算机管理系统等组成。而其中涉及到的机械装备包括：高层货架、托盘(货箱)、堆垛机、安全保护装置、输送机等 。11