《機械制造裝備設(shè)計》課程考試模擬試卷及答案解析.doc

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，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??；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)速顯著降低，達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)nmax3000 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*Z-1取 Z=2 , 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)速和切削負載較大、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141，其結(jié)構(gòu)式為電變速組作為第L擴大組，I一軸間的變速組為基本組，傳動副數(shù)為2，一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到規(guī)定位置的精度，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 。A. B. C. D. 7在的導(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 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. 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），其表達式為_ Lp = 20 lg（ p / p0 ）_。6機床抗振性是指機床在_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)機器人正常運行時，_手腕_參考點能在空間活動的最大范圍。12額定負載是指在機器人規(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)H表示導(dǎo)軌_卸荷量_的大小，由式確定。18機器人的機械結(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_3040_。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、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?。唬?）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。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