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機械制造裝備設計復習題（一）及答案 一、選擇（10分，每小題1分） 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．利用金屬的塑性變形，使坯料在工具的沖擊力或靜壓力作用下成為具有一定形狀和尺寸的工件，同時使其性能和金相組織符合一定的技術要求的機床，稱為 [ D ]。 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．加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的精度，稱為 [ D ]。 A. 幾何精度 B. 運動精度 C. 傳動精度 D. 工作精度 5．具有摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近、運動靈敏度高，但抗振性差為特點的導軌是 [ C ]。 A. 滑動導軌 B. 卸荷導軌 C. 滾動導軌 D. 動壓導軌 6．一個四自由度平面關節(jié)型機器人，其運動功能式為[ B ]。 A. B. C. D. 7．以靈活性好，工作空間范圍大，但剛度和精度較低為特點的機器人是[ A ]。 A. 關節(jié)型機器人 B. 求坐標型機器人 C. 圓柱坐標型機器人 D. 直角坐標型機器人 8．質(zhì)量小、線脹系數(shù)小、彈性模量大、剛度大，在高速下溫升低的軸承為[ D ]。 A.角接觸球軸承 B. 雙列短圓柱滾子軸承 C.圓錐滾子軸承 D. 陶瓷滾子軸承 9．背輪機構可把變速范圍擴大到最大數(shù)值為[ D ]。 A. 8 B. 32 C. 4 D. 16 10．制造方便，工藝性好，但磨損后很難調(diào)整和補償間隙，主要用于受軸向負荷為特點的導軌為： [ D ]。 A. 矩形導軌 B. 三角形導軌 C. 燕尾形導軌 D. 圓柱形導軌 二、填空（20分，每小題1分） 1．加工精度是指加工后零件對理想尺寸、形狀和___位置___的符合程度。 2．全自動是指能自動完成工件的上料、加工和卸料的生產(chǎn)全過程；半自動則需___人工___完成上下料。 3．在系列型譜中，不同規(guī)格的產(chǎn)品，同一種參數(shù)按一定規(guī)律（通常按___等比級數(shù)___）變化。 4．各類機床按精度可分為普通精度級、___精密級___和高精度級。 5．多數(shù)機床主軸轉(zhuǎn)速是按__等比級數(shù)__排列。 6．為了限制轉(zhuǎn)速損失的最大值A max不大于__50%__，則相應的公比不得大于2。 7．對于通用機床，一般取公比＝__1.26或1.41__； 8．主軸的變速范圍應等于主變速傳動系中各變速組變速范圍的__乘積__。 9．雙公比變速傳動系是在常規(guī)變速傳動系基礎上，通過改變基本組的__級比指數(shù)__演變來的。 10．一端固定的優(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。 11．最嚴重情況時，齒輪處于軸的中部時，應驗算在齒輪處軸的撓度；當齒輪處于軸的兩端附近時，應驗算齒輪的__傾角__，此外還應驗算軸承的傾角。 12．為了得到連續(xù)的無級變速，設計時應該使分級變速箱的公比__略小于__無級變速裝置的變速范圍， 13．進給傳動與主傳動不同，驅(qū)動進給運動的傳動件是___恒轉(zhuǎn)矩___傳動。 14．機床主軸旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸、軸承、箱體孔等的制造、裝配和__調(diào)整__精度。 15．滿足結(jié)構要求的前提下，設計主軸時應盡量__縮短__懸伸量。 16．磁浮軸承特別適用于高速、__超高速__加工。 17．選取軸承精度時，前軸承的精度要選得高一點，一般比后軸承精度__高一級__。 18．支承件的主要功能是保證機床各零部件之間的相互位置和__相對運動__精度。 19．導軌的功用是承受載荷和__導向__。 20．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、反應速度快。 三、問答（15分，每小題3分） 1．系列型譜內(nèi)的產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品的基礎上經(jīng)過演變和派生而擴展成的。擴展的方式有哪幾種？ 答：（1）縱系列產(chǎn)品：縱系列產(chǎn)品是一組功能、工作原理和結(jié)構相同，而尺寸和性能參數(shù)不同的產(chǎn)品。（1分） （2）橫系列產(chǎn)品：橫系列產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品基礎上，通過增加、減去、更換或修改某些零部件，實現(xiàn)功能擴展的派生產(chǎn)品。（1分） （3）跨系列產(chǎn)品：跨系列產(chǎn)品是采用相同的主要基礎件和通用部件的不同類型產(chǎn)品。（1分） 2．進給系統(tǒng)采用有級變速方式時，如何確定進給量？ 采用有級變速方式時，進給量一般為等比級數(shù)，其確定方法與主軸轉(zhuǎn)速的確定方法向同。首先根據(jù)工藝要求，確定最大、最小進給量f max 、f min，然后選擇標準公比或進給量級數(shù)Zf ,再由式求出其它參數(shù)。（2分） 但是，各種螺紋加工機床如螺紋車床、螺紋銑床等，因為被加工螺紋的導程是分段等差級數(shù)，故其進給量也只能按等差級數(shù)排列。（1分） 3．試述主變速傳動系統(tǒng)設計的一般原則？ 1）傳動副前多后少原則，可簡稱“前多后少”原則。（1分） 2）傳動順序與擴大順序相一致的原則，可簡稱“前密后疏”原則。（1分） 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?？珊喎Q“前慢后快”原則。（1分） 4．主傳動系統(tǒng)齒輪齒數(shù)確定后，如何驗算轉(zhuǎn)速誤差是否在允許范圍之內(nèi)？ 答：齒輪齒數(shù)確定后，還應驗算一下實際傳動比（齒輪齒數(shù)之比）與理論傳動比（轉(zhuǎn)速圖上給定的傳動比）之間的轉(zhuǎn)速誤差是否在允許范圍之內(nèi)。一般應滿足 式中，為主軸實際轉(zhuǎn)速；n為主軸的標準轉(zhuǎn)速；為公比。 5．試述小于的微量進給機構有哪些傳動？ 答：小于的進給機構有彈性力傳動、磁致伸縮傳動、電致伸縮傳動、熱應力傳動等。 四、分析推導（15分，每小題5分） 1．試述系列化設計的優(yōu)點有那些？ 答：1)可以用較少品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求。減少產(chǎn)品品種意味著提高每個品種產(chǎn)品的生產(chǎn)批量，有助于降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量的穩(wěn)定性。 2)系列中不同規(guī)格的產(chǎn)品是經(jīng)過嚴格性能試驗和長期生產(chǎn)考驗的基型產(chǎn)品演變和派生而成的，可以大大減少設計工作量，提高設計質(zhì)量，減少產(chǎn)品開發(fā)的風險，縮短產(chǎn)品的研制周期。 3）產(chǎn)品有較高的結(jié)構相似性和零部件的通用性，因而可以壓縮工藝裝備的數(shù)量和種類，有助于縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本。 4)零備件的種類少，系列中的產(chǎn)品結(jié)構相似，便于進行產(chǎn)品的維修，改善售后服務質(zhì)量。 5)為開展變型設計提供技術基礎。 2．試述主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列采用等比級數(shù)排列的主要原因？ 答：主要原因如下：如某一工序要求的合理轉(zhuǎn)速為n，但在z級轉(zhuǎn)速中沒有這個轉(zhuǎn)速，n處于nj和nj+1之間，即nj＜n＜nj+1，若采用比n轉(zhuǎn)速高的nj+1，由于過高的切削速度會使刀具壽命下降。為了不降低刀具壽命，一般選用比n轉(zhuǎn)速低的nj。這將造成（n -nj）的轉(zhuǎn)速損失，相對轉(zhuǎn)速損失率為 (2分) 在極端情況下，當n趨近于nj+1時，如仍選用nj為使用轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生的最大相對轉(zhuǎn)速損失率為 (1分) 在其它條件（直徑、進給、背吃刀量）不變的情況下，轉(zhuǎn)速的損失就反映了生產(chǎn)率的損失，對于各級轉(zhuǎn)速選用機會基本相等的普通機床，為使總生產(chǎn)率損失最小，應使選擇各級轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的相同，即 或 (1分) 可見任意兩級轉(zhuǎn)速之間的關系應為 (1分) 此外，應用等比級數(shù)排列的主軸轉(zhuǎn)速，可借助于串聯(lián)若干個滑移齒輪來實現(xiàn)。使變速傳動系統(tǒng)簡單并且設計計算方便。 3．舉例說明何種機床主運動為恒轉(zhuǎn)矩傳動，何種機床主運動為恒功率傳動？ 答：由切削理論得知，在背吃刀量和進給量不變的情況下，切削速度對切削力的影響較小。因此，主運動是直線運動的機床，如刨床的工作臺，在背吃刀量和進給量不變的情況下，不論切削速度多大，所承受的切削力基本是相同的，驅(qū)動直線運動工作臺的傳動件在所有轉(zhuǎn)速下承受的轉(zhuǎn)矩當然也基本是相同的，這類機床的主傳動屬恒轉(zhuǎn)矩傳動。 主運動是旋轉(zhuǎn)運動的機床，如車床、銑床等機床的主軸，在背吃刀量和進給量不變的情況下，主軸在所有轉(zhuǎn)速下承受的轉(zhuǎn)矩與工件或銑刀的直徑基本上成正比，但主軸的轉(zhuǎn)速與工件或銑刀的直徑基本上成反比?？梢?，主運動是旋轉(zhuǎn)運動的機床基本上是恒功率傳動。 五、計算題（本大題共2題，每小題10分，共20分） 1. 試求兩自由度機器人運動功能矩陣[T0,m] 。（10分） 答： （5分） 式中：，，，，（1分） （4分） 2. 圖示為三自由度的機械傳動手腕的機構簡圖，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。（10分） 答：B軸單獨旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動殼體9的俯仰運動為： （4分） 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 （6分） 六、綜合應用（本大題共2題，每小題10分，共20分） 1. 設計一臺8級轉(zhuǎn)速的車床主傳動系統(tǒng)，主軸最高轉(zhuǎn)速為nmax = 1000 r/min。要求采用轉(zhuǎn)速為1440/710 r/min的雙速電機。（10分） （1）．寫出結(jié)構式（2分） （2）．求出公比（1分） （3）．驗算最后變速組的變速范圍（1分） （4）．分配降速比（2分） （5）．畫出轉(zhuǎn)速圖（4分） 答：（1）結(jié)構式：（2分） (2) 公比：； （1分） （3）最后變速組的變速范圍 合格（1分） （4）分配降速比 ； r/min， 取 r/min （2分） （5）繪制轉(zhuǎn)速圖（5分） 2. 如圖左右旋絲杠平移型夾持器中，夾緊力和驅(qū)動力之間的關系式，并討論該夾持器的特性。（10分） 答：（1）受力分析如圖所示（3分） （2）推導計算； ； ；（5分） ——絲杠螺紋的中經(jīng) ——螺紋的螺旋角 （3）由電動機1驅(qū)動的一對旋向相反的絲杠2提供準確的平移夾緊動作。兩絲杠協(xié)調(diào)一致地安裝在同一軸上。由導軌3保證鉗爪桿4的平移運動。這種夾持器若配置一單獨的伺服電動機或步進電動機驅(qū)動，可方便地通過編程控制電動機的旋轉(zhuǎn)來夾緊和松開不同尺寸規(guī)格的工件。如果采用滾珠絲杠和滾動導軌，能得到很高的重復定位精度（可達0.005mm）。平移型鉗爪可使工件自動定心，但其結(jié)構復雜，制造費用高。（2分） 機械制造裝備設計復習題（二）及答案 一、選擇（10分，每小題1分） 1下列結(jié)構式中，符合級比規(guī)律的是 [C ]。 A. B. C. D. 2齒輪、滾動軸承及其它傳動元件的振動摩擦產(chǎn)生的噪聲稱為[A ]。 A.機械噪聲 B. 液壓噪聲 C.電磁噪聲 D. 空氣動力噪聲 3銑床的主要性能指標（第二主參數(shù)）是 [D ]。 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刀具是線切削刃，與工件發(fā)生線吻合，因此發(fā)生線由刀刃實現(xiàn)，發(fā)生線不需要刀具與工件的相對運動，該發(fā)生線的生成方法為 [ B ]。 A. 軌跡法 B. 成形法 C. 相切法 D. 展成法 5清楚的表明機床的形式和布局，規(guī)定各部件的輪廓尺寸及相互間的裝配關系和運動關系，是展開各部件設計的依據(jù)，該資料稱為[C ]。 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 6具有良好的抗振性、工藝性和耐磨性等為特點的導軌為[A ]。 A.鑄鐵導軌 B. 鑲鋼導軌 C.有色金屬導軌 D. 塑料導軌 7刀庫的特點是結(jié)構簡單緊湊，應用較廣，容量較小，一般不超過32把刀具，指的是[A ]。 A.鼓輪式刀庫 B. 鏈式刀庫 C.格子箱刀庫 D. 直線式刀庫 8控制閥將來自氣泵的壓縮空氣自噴嘴通入，形成高速射流，將吸盤內(nèi)腔中的空氣帶走而形成負壓，使吸盤吸住物體，該吸盤稱為[B ]。 A.擠壓排氣式吸盤 B. 氣流負壓式吸盤 C.真空泵排氣式吸盤 D. 磁吸式吸盤 9在刀具識別位置上，利用光學系統(tǒng)將刀具的形狀投影到帶有許多光電元件組成的屏幕上，從而將刀具的形狀變成電信號，經(jīng)信息處理后存入記憶裝置中，該刀具識別法稱為[ C ]。 A. 非接觸式磁性識別法 B. 光學纖維刀具識別 C. 圖像識別技術 D. PLC實現(xiàn)隨機換刀 10首先應用在平面多關節(jié)型（SCARA型）裝配機器人中的驅(qū)動機器人關節(jié)軸的電機是[ C ]。 A. 直流伺服電動機 B. 交流伺服電動機 C. 雙定子結(jié)構直接驅(qū)動電動機 D. 步進電動機 二、填空（20分，每小題1分） 1普通車床和升降臺銑床的主參數(shù)系列公比為____1.25____。 2一般機械傳動元件的速度增加一倍，噪聲增加____6___dB。 3一般機械傳動元件的載荷增加一倍噪聲增加______3____dB。 4水射流加工是利用具有很高速度的細水柱或參有___磨料____的細水柱，沖擊工件的被加工部位，使被加工部位上的材料剝離。 5___可接近性__是指機床與物流系統(tǒng)之間進行物料流動的方便程度。 6___傳動比___用主動齒輪與從動齒輪的齒數(shù)比或主動帶輪與從動帶輪的直徑比表示。 7采用多速電動機的缺點之一就是當電動機在高速時，沒有完全發(fā)揮其____能力__。 8齒輪的齒槽到孔壁或鍵槽底部的壁厚a應大于或等于____2m ____，以保證齒輪具有足夠的強度。 9導向精度是導軌副在空載或切削條件下運動時，實際運動導軌與給定運動____軌跡___之間的偏差。 10影響低速運動平穩(wěn)性的因素有導軌的結(jié)構形式，潤滑情況，導軌摩擦面的___靜、動摩擦因素__的差值，以及傳動導軌的傳動系統(tǒng)剛度。 11在機床設計中，既要考慮各個部件的剛度，同時也要考慮結(jié)合部剛度及各部件間的剛度_____匹配_____。 12當激振頻率和機床的固有頻率接近時，機床將呈現(xiàn)“____共振___”現(xiàn)象，使振幅激增，加工表面粗糙度也將大大增加。 13磁浮軸承利用___磁力____來支撐運動部件使其與固定部件脫離接觸來實現(xiàn)軸承功能。 14氣體靜壓軸承摩擦小，功率損耗小，能在極高____轉(zhuǎn)速__或極低溫度下工作，振動噪聲特別小，旋轉(zhuǎn)精度高，壽命長，基本上不需要維護。 15手腕能實現(xiàn)繞空間三個坐標軸的轉(zhuǎn)動，即回轉(zhuǎn)運動（）、左右偏擺運動（）和_____俯仰____運動（）。 16工作進給長度等于被加工部位的長度與刀具切入長度和___切出___長度之和。 17由各關節(jié)的運動量求機器人的位置及姿態(tài)，稱為機器人的__正__運動學解析。 18機器人各關節(jié)的運動都是坐標運動，坐標運動可用______齊次坐標變換____矩陣表示。 19機器人末端執(zhí)行器與機座之間的相對運動可以用____運動____矩陣表示。 20由機器人末端執(zhí)行器的位資求關節(jié)運動量，稱為機器人的__逆運動學___解析。 三、問答（15分，每小題3分） 1何謂算轉(zhuǎn)速？如何確定中型普通車床等比傳動的計算轉(zhuǎn)速？ 答：主軸和各傳動件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速。（2分） （1分） 2試述防止低速運動部件產(chǎn)生爬行的措施？ 答：1應減少靜、動摩擦系數(shù)之差； 2 提高傳動機構的剛度； 3 降低移動部件的質(zhì)量 4 增大系統(tǒng)阻尼。 （答對3個，即得3分） 3采用公用齒輪傳動的系統(tǒng)有何特點？（3分） 答：（1） 可以減少齒輪的數(shù)目，簡化結(jié)構，減少軸向尺寸； （2）兩個變速組的模數(shù)必須相等； （3）彎曲疲勞需用應力比非公用齒輪要低，盡可能選擇較大的齒輪作公用齒輪； （4）雙公用齒輪降速傳動時，其傳動順序與擴大順序不一致。 （答對3個，即得3分） 4試述傳動件在主軸上軸向位置合理布置的原則？（3分） 答：1傳動力Q引起的主軸彎曲要?。?分）； 2 引起主軸前軸端在加工精度敏感方向上的位移要??；（1分） 3 因此，主軸上傳動件軸向布置時，應盡量靠近前支承，有多個傳動件時，其中最大件應靠近前支承。（1分） 5試述雙列短圓柱滾子軸承的特點?（3分） 答：（1）內(nèi)圈有1:12得錐孔，與主軸的錐形軸頸相匹配，軸向移動內(nèi)圈可以將內(nèi)圈漲大用來調(diào)整軸承的徑向間隙和預緊。（1分） （2）軸承的滾動體為滾子，能承受較大的徑向載荷和較高的轉(zhuǎn)速；（1分） （3）軸承有兩列滾子交叉排列，數(shù)量較多，因此剛度很高； （4）不能承受軸向載荷。 （答對3個，即得3分） 四、分析推導（15分，每小題5分） 1某一絲杠，導程為10 mm，直徑d = 40 mm？全長共有110圈螺紋，跨距L = 1300 mm，工作時絲杠溫度預計比床身高，鋼的熱膨脹系數(shù) ，求預拉伸量（預拉伸量應略大于熱伸長量）。（5分） 答： 螺紋段長度 螺紋段熱伸長量 預拉伸量應略大于，取螺紋段預拉伸量，當溫升后，還有的剩余拉伸量，與拉伸力有所下降，但未完全消失，補償了熱膨脹引起的變形。 裝配時絲杠的預拉伸力通常由測量絲杠伸長量來控制，絲杠全長上預拉伸量為： 2試導出快速運動電動機起動時克服慣性力所需的功率表達式（5分） 答：（1） (kW) (kW)（2分） （2） ； t為電動機的起動時間（s），對于重型機床，對于大型機床（1分） （3）各運動部件折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量（1分） （4）（1分） 3試述同步齒形帶傳動的優(yōu)點？（5分） 答：（1）同步齒形帶無相對滑動，傳動比準確，傳動精度高； （2）可傳遞100kW以上的功率； （3）厚度小、質(zhì)量小、傳動平穩(wěn)、噪聲小、適用于高速傳動，可達50m/s； （4）無需特別張緊，對軸和軸承壓力小，傳動效率高； （5）不需要潤滑，耐水耐腐蝕，能在高溫下工作； （6）傳動比大，可達1 :10，。 （答出5個序號中的第一句話即可滿分） 五、計算題（本大題共2題，每小題10分，共20分） 1. 設計平面搬運機器人的運動功能方案，作業(yè)動作功能要求將工件 W從a平面搬運到b平面上，手抓抓取工件Xw方向(工件窄方向)，如圖所示。試用創(chuàng)成式設計法（）建立四自由度機器人運動功能矩陣[T0,m]。（10分） 答：變成基準狀態(tài)后，建立運動功能矩陣[T0,m] 式中：，，，，（5分） 2. 圖示為三自由度的機械傳動手腕的機構簡圖，試求當S軸不轉(zhuǎn)，T、B軸同時以相同旋向旋轉(zhuǎn)時，手腕的俯仰運動N9。（10分） 答：（1）B軸單獨旋轉(zhuǎn)時， ；（2分） （2）T軸單獨旋轉(zhuǎn)時， 、為行星傳動： ，（3分） 產(chǎn)生誘導運動：（3分） 合成運動（2分） 六、綜合應用（本大題共2題，每小題10分，共20分） 1. 根據(jù)圖1所示某車床主傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖，回答下列問題？ （1）寫出其結(jié)構式：（2分） （2）寫出Ⅲ-Ⅳ軸間變速組的變速范圍及（2分） （3）Ⅳ軸變速范圍公式及其大小：（2分） （4）找出各軸的計算轉(zhuǎn)速（2分） （5）找出Ⅲ軸上齒輪的計算轉(zhuǎn)速：（2分） 答：（1）結(jié)構式： ； （2分） (2) ；（2分） （3） 或 ； （2分） （4） 取200r/min 軸號 I II III Ⅳ nc 800 310 200 200 （2分） 齒輪 Z8 Z10 Z13 Z11 nc 200 500 200 315 （5） （2分） 2. 求內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器中，夾緊力FN和驅(qū)動力FP之間的關系式，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： 在結(jié)構尺寸b、c和驅(qū)動力一定時， 夾緊力 與角的正切成反比，當角較小時，可獲得較大的夾緊力，當時此時鉗爪已張開到最大極限位置。適合于內(nèi)孔薄壁零件的夾持。（2分）