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1、 2012年9月份《機械制造裝備設(shè)計》課程考試 模擬試卷答案 考試形式：閉卷 試卷類型：A 一、填空題（本大題共10小題，每小題4分，共40分） 1、工件表面的形成原理是：通過機床上刀具與工件的相對運動而形成 。 2. 機械制造裝備設(shè)計可分為創(chuàng)新設(shè)計 、變型設(shè)計 和模塊化設(shè)計(組合設(shè)計) 等三大類型。裝備系列化產(chǎn)品中的“基型產(chǎn)品”通常采用　創(chuàng)新 設(shè)計方法完成。 3、擴大機床傳動系變速范圍的方法有 增加變速組、采用背輪機構(gòu) 、采用雙公比的傳動系、采用分支機構(gòu) 四種方法。 4、可靠度是可靠性的度量化指標(biāo)，是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定

2、任務(wù)的概率 。 5、進給傳動系設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求包括：具有足夠的靜剛度和動剛度、具有良好的快速響應(yīng)性、抗振性好、具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍、進給系統(tǒng)的傳動精度和定位精度高，結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配工藝性好。 6、主軸部件的傳動方式有 齒輪傳動、帶傳動、電動機直接驅(qū)動。 7、機械制造過程是從原材料開始，經(jīng)過熱、冷加工，裝配成產(chǎn)品，對產(chǎn)品進行調(diào)試和檢測、包裝和發(fā)運的 全過程，所使用的裝備類型繁多，大致可劃分為加工裝備 、工藝裝備 、倉儲傳送裝備 和輔助裝備 四大類。 8、在主變速傳動系中，擴大傳動系變速范圍的方法有　增加變速組；采用背輪機構(gòu)；采用雙公比的傳動系；采用分支傳動。 9、在40度角接

3、觸球軸承、雙列短圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力軸承中，同時能承受徑向力和軸向載荷的軸承有　角接觸軸承、圓錐滾子軸承，只能承受徑向載荷的軸承有 雙列圓柱滾子軸承　，只能承受軸向載荷的軸承有　推力軸承 。 10、機床運動分配式和機床運動功能式的區(qū)別在于　是否確定“接地”位置 ；對機床運動分配式進行評價時，通常依據(jù) “避重就輕” 的原則進行評價。 二、簡答題（本大題共3小題，每小題8分，共24分） 1、請簡述主變速傳動系設(shè)計的一般原則。 答：1．傳動副前多后少原則 主變速傳動系從電動機到主軸，通常為降速傳動，接近電動機的傳動件轉(zhuǎn)速較高，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，尺寸小一些；反之，靠近主軸的

4、傳動件轉(zhuǎn)速較低，傳遞的轉(zhuǎn)矩較大，尺寸就較大。因此在制定主變速傳動系時，應(yīng)盡可能將傳動副較多的變速組安排在前面，傳動副數(shù)少的變速組放在后面，使主變速傳動系中更多的傳動件在高速范圍內(nèi)工作，尺寸小一些，以便節(jié)省變速箱的造價，減少變速箱的外形尺寸。 2．傳動順序與擴大順序相一致的原則 變速組的擴大順序與傳動順序一致，即基本組在最前面，依次為第一擴大組，第二擴大組，各變速組的變速范圍逐漸擴大。 如果不滿足該原則，則在傳遞相同功率的情況下，受的轉(zhuǎn)矩更大，傳動件的尺寸更大，從而影響變速箱的造價和外形尺寸。 3. 變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉(zhuǎn)速不宜超過電動機的轉(zhuǎn)速 從電動機到主軸之間的總趨

5、勢是降速傳動，在分配各變速組傳動比時，為使中間傳動軸具有較高的轉(zhuǎn)速，以減少傳動件的尺寸，前面的變速組降速要慢些，后面變速組降速要快些，也就是。但是，中間軸的轉(zhuǎn)速不應(yīng)過高，以免產(chǎn)生振動、發(fā)熱和噪聲。通常，中間軸的最高轉(zhuǎn)速不超過電動機的轉(zhuǎn)速。 給分要點：答出3個基本原則給4分，3個基本原則的描述給4分，具體酌情給分。 2、機床主傳動系的傳動方式主要有哪兩種？其各自的特點是什么？ 答：主要有集中傳動方式和分離傳動方式 1．集中傳動方式 1）主傳動系的全部傳動和變速機構(gòu)集中裝在同一個主軸箱內(nèi)，稱為集中傳動方式。 2）通用機床中多數(shù)機床的主變速傳動系都采用這種方式。適用于普通精度的大中型機床

6、，結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)集中操縱，安裝調(diào)整方便。缺點是運轉(zhuǎn)的傳動件在運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的振動、熱量，會使主軸產(chǎn)生變形，使主軸回轉(zhuǎn)中心線偏離正確位置而直接影響加工精度。 2．分離傳動方式 1）主傳動系中的大部分的傳動和變速機構(gòu)裝在遠(yuǎn)離主軸的單獨變速箱中，然后通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方式，稱為分離傳動方式。 2）特點是變速箱各傳動件所產(chǎn)生的振動和熱量不能直接傳給或少傳給主軸，從而減少主軸的振動和熱變形，有利于提高機床的工作精度。運動由皮帶經(jīng)齒輪離合器直接傳動，主軸傳動鏈短，使主軸在高速運轉(zhuǎn)時比較平穩(wěn)，空載損失小；當(dāng)主軸需作低速運轉(zhuǎn)時，運動則由皮帶輪經(jīng)背輪機構(gòu)的兩對降速齒輪傳動后，轉(zhuǎn)速顯著降

7、低，達(dá)到擴大變速范圍的目的。 給分要點：答出兩種方式給4分，答出兩種方式的特點給4分，具體酌情給分。 3、在機械制造裝備設(shè)計中，模塊化設(shè)計的主要優(yōu)點有哪些？ 答： （1） 便于用心技術(shù)設(shè)計性能更好的模塊，取代原有舊的模塊，提高產(chǎn)品的性能，組合出功能更完善、性能更先進的組合產(chǎn)品，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代； （2） 只需要更換部分模塊，或設(shè)計制造個別模塊和專用部件，便可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設(shè)計和供貨周期； （3） 有利于采用成組加工等先進工藝，有利于組織專業(yè)化生產(chǎn)，既提高質(zhì)量，又降低成本； （4） 模塊系統(tǒng)中大部分部件由模塊組成，設(shè)備如發(fā)生故障，只需要更換相關(guān)模塊，維護

8、修理更為方便，對生產(chǎn)影響少。 給分標(biāo)準(zhǔn)：每點2分。 三、分析題（本大題共3小題，各小題分別為10分、10分、16分，共36分） 1、某數(shù)控車床，主軸最高轉(zhuǎn)數(shù)nmax＝3000 r/min，最低轉(zhuǎn)數(shù)nmin=35 r/min，計算轉(zhuǎn)速nj=180 r/min,采用直流電動機，電動機的額定轉(zhuǎn)速為nd=1500 r/min，最高轉(zhuǎn)速為4000 r/min，試設(shè)計分級變速箱的傳動系統(tǒng)，畫出其轉(zhuǎn)速圖。 給分標(biāo)準(zhǔn)：公式給出正確，計算結(jié)果正確，可酌情給至6分，轉(zhuǎn)速圖為4分。 解： Rn=3000/180 =16.67 ,Rd=4000/1500=2.67 , Rn= Rd*ΦZ-1

9、 取 Z=2 , Φ＝16.67/2.67=6.24 轉(zhuǎn)數(shù)圖 2、簡述速度型、剛度型、剛度速度型主軸軸承配置形式的特點，并指出下圖為哪種配置形式。 答： 1） 速度型。主軸前后軸承都采用角接觸球軸承（兩聯(lián)或三聯(lián)）。角接觸軸承具有良好的高速性能，但它的承載能力較小，因而適用于高速輕載或精密機床，如高速鏜削單元、高速CNC車床等。 2） 剛度型。前軸承采用雙列圓柱滾子軸承承受徑向載荷，角接觸雙列推力球軸承承受軸向載荷，后軸承采用雙列圓柱滾子軸承。這種軸承配置的主軸部件，適用于中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大

10、、要求剛度高的機床。如數(shù)控車床主軸、鏜削主軸單元等。 3） 剛度速度型。前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承，后軸承采用雙列圓柱滾子軸承。主軸的動力從后端傳入，后軸承要承受較大的傳動力，所以采用雙列圓柱滾子軸承。前軸承的配置特點是：外側(cè)的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，收成主要方向的軸向力；第三個角接觸球軸承則通過軸套與外側(cè)的兩個軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個較大的支承跨距，以提高承受顛覆力矩的剛度。 上圖為高度CNC車床的主軸軸承配置形式，對應(yīng)于速度型配置形式。 給分要點：總分10分，指出圖中所示為速度型配置形式給3分，描述速度型、剛度型、剛度速度型軸承配置形式特點給7分，具體酌情

11、給分。 3、下圖為多刀半自動車床的主變速傳動系圖，請據(jù)此寫出該主傳動系的結(jié)構(gòu)式，畫出轉(zhuǎn)速圖，分析具有多速電機的主變速傳動系的特點，并指出基本組、第一擴大組和第二擴大組。 答：多刀半自動車床采用雙速電動機，電動機變速范圍為2，轉(zhuǎn)速級數(shù)共8級。公比1．41，其結(jié)構(gòu)式為 電變速組作為第L擴大組，I一Ⅱ軸間的變速組為基本組，傳動副數(shù)為2，Ⅱ一Ⅲ軸間變速組為第二擴大組，傳動副數(shù)為2，可簡化機床的機械結(jié)構(gòu)，使用方便，并可在運轉(zhuǎn)中變速，適于半自動、自動機床及普通機床。缺點是當(dāng)電動機在高速時，沒有完全發(fā)揮其

12、能力。 給分要點：答出結(jié)構(gòu)式給3分，畫出轉(zhuǎn)速圖給8分，正確指出基本組、第一和第二擴大組給3分， 答對多速電機的主變速傳動系的特點給2分，具體酌情給分。 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

13、性變形，得到要求的金屬板制件的設(shè)備，稱為 [ B ]。 A. 擠壓機 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(dá)到規(guī)定位置

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

15、]。 A. B. C. D. 7．在?。粒牵值膶?dǎo)向系統(tǒng)中裝有陀螺儀，該導(dǎo)航方式稱為[ B ]。 A.電磁引導(dǎo) B. 慣性導(dǎo)航 C.光學(xué)引導(dǎo) D. 激光導(dǎo)航 8．適應(yīng)中等轉(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大，要求剛度高的機床主軸軸承配置形式應(yīng)選擇[ B ]。 A.速度型 B. 剛度型 C.速度剛度型

16、 D. 抗振型 9．銑床進給量的單位為[ C ]。 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(dǎo)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(yīng)選 [ C ]。 A. 矩形導(dǎo)軌 B. 三角形導(dǎo)軌 C. 燕尾形導(dǎo)軌 D.

17、 圓柱形導(dǎo)軌 填空 1．當(dāng)前提高制造生產(chǎn)能力的決定因素不再是勞動力和______資本_______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(zhǔn)聲壓，用相對量的對數(shù)值表示，稱之為聲壓級Lp（dB），其表達(dá)式為____ Lp = 20 lg（ p / p0 ）___。 6．機床抗振性是指機

18、床在____交變載荷____作用下，抵抗變形的能力。 7．當(dāng)運動部件低速運動時，主動件勻速運動，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(shè)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(yù)緊力分為三級，輕預(yù)緊適用于高速主軸，中預(yù)緊適用于中、低速主軸， __重___預(yù)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(yīng)，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

19、時，_____手腕______參考點能在空間活動的最大范圍。 12．額定負(fù)載是指在機器人規(guī)定的性能范圍內(nèi)，___機械接口__處所能承受負(fù)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(biāo)系的速度，可通過相應(yīng)___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(shè)計應(yīng)遵循“產(chǎn)品系列化、零部件___通用化___、標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)軌__卸荷量____的大小，由式確定。 18．機器人

20、的機械結(jié)構(gòu)類型特征，用它的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)形式和___自由度____數(shù)表示。 19．工業(yè)機器人額定速度是指工業(yè)機器人在額定負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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

21、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，因而無磨損、無噪聲、壽命長、反應(yīng)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(dāng)?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(shè)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

22、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； （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(shè)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(dǎo)致部分轉(zhuǎn)速重復(fù)。 （2）采用背輪機構(gòu) 高速直連傳動時，應(yīng)使背輪脫開，以減少空載功率損失、

23、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 分析推導(dǎo) 1．試述主軸液體靜壓滑動軸承的工作原理。 答：（1）當(dāng)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?。? （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(biāo)系Oj相對于參考坐標(biāo)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]。

24、 答：1 3．根據(jù)結(jié)構(gòu)式Z = 233226分析， （1）該傳動系統(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(yīng)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(shè)計 設(shè)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

25、組的變速范圍 合格 （4）分配降速比 ； r/min （5）繪制轉(zhuǎn)速圖 機器人設(shè)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)出齒輪7的自轉(zhuǎn)運動為： ，，產(chǎn)生誘導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)時，為極小值 大工《機械制造裝備設(shè)計》課程考試 模擬試卷（A）答案 第10頁 共10頁