《機械制造裝備設計》期末試題及答案

機械制造裝備設計模擬試題3參考答案一、選擇（10分，每小題1分）1為了快速響應市場，提出了許多新的制造模式，例如 D 。A. “剛性”生產制造模式 B. 計算機輔助制造C. 成組技術 D. “精益敏捷柔性”2借助磨具對板料施加外力，迫使材料按磨具形狀、尺寸進行剪裁和塑性變形，得到要求的金屬板制件的設備，稱為 B 。A. 擠壓機 B. 沖壓機C. 軋制機 D. 鍛造機3普通車床的主要性能指標（第二主參數）是 B 。A. 床身上的最大回轉直徑 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機床在空轉條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度，稱為 A 。A. 幾何精度 B. 運動精度C. 傳動精度 D. 定位精度5稱為機器人機械本體，也可稱為主機的是 D 。A. 手臂 B. 末端執(zhí)行器C. 機座 D. 操作機6一個四自由度平面關節(jié)型搬運（SCARA）機器人，其運動功能式為 B 。A. B. C. D. 7表示被加工零件在機床上的加工過程和加工方法的技術資料，稱為 。A.被加工零件工序圖 B. 加工示意圖C.機床總聯系尺寸圖 D. 生產率計算卡8刨床進給量的單位為 B 。A.毫米/每轉 B. 毫米/沖程C.毫米/分鐘 D. 轉/分鐘9把毛坯從料倉送到機床加工位置的裝置，稱為 。A.上料器 B. 隔料器C.減速器 D. 分路器10適應高速輕載或精密機床的主軸軸承配置形式應選擇 A 。A.速度型 B. 剛度型C.速度剛度型 D. 抗振型二、填空（20分，每小題1分）1機械制造業(yè)的生產能力和發(fā)展水平標志著一個國家和地區(qū)國民經濟_現代化_的程度。2適應控制分約束適應控制、最佳適應控制和_學習適應控制_等。3搖臂鉆床的主參數是_最大鉆孔直徑_。4在系列型譜中，結構最典型、應用最廣泛的是所謂的“_基型_產品”。5當運動部件低速運動時，主動件勻速運動，從動件往往出現明顯的速度不均勻的跳躍式運動，這種現象，稱為_爬行_。6工業(yè)機器人額定負載主要根據作用于機械接口處的力和_力矩_來確定。7額定負載是指在機器人規(guī)定的性能范圍內，機械接口處所能承受的負載的_允許值_。8搖臂鉆床的主要性能指標是主軸中心線至立柱母線的_最大距離_。9機床的幾何精度是指機床空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部件的形狀，相互位置和_相對運動_ 的精確程度。10機床的抗振性包括兩個方面：抵抗受迫振動和抵抗_自激振動_的能力。11傳動軸通過軸承在箱體內軸向固定的方法有一端固定和_兩端固定_兩類。12滑動導軌間隙常用_壓板_和鑲條來調整。13目前在刀架的定位機構中，多采用錐銷定位和_端面齒盤_定位。14滾珠絲杠常采用預拉伸方式，以提高其拉壓剛度和補償其_熱變形_。15一般可取機器人處于機械原點時的狀態(tài)作為基準狀態(tài)。也可以取機器人各關節(jié)軸線與基座直角坐標系軸線_平行_時的狀態(tài)作為基準狀態(tài)。16吸附式末端執(zhí)行器（又稱吸盤），有_氣吸_式和磁吸式兩種。17雙公比變速傳動系統(tǒng)是在常規(guī)變速傳動系統(tǒng)基礎上，通過將基本組的級比指數增大到_1+2n _演變來的，n是大于1的正整數。18機械手的手爪在抓住刀具后還必須有_鎖刀_功能，以防止換刀過程中掉刀或刀具被甩出。19三聯滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數差應大于或等于_4_，以保證滑移時齒輪外圓不相碰。20直線伺服電動機可直接驅動工作臺進行直線運動，據文獻介紹，它的最大進給速度可達到_100m/min_，最大加/減速度為18g。三、問答（15分，每小題3分）1試述變速箱內傳動軸的軸向固定方法及特點？答：有一端固定和兩端固定兩種，（1分）采用單列向心球軸承時，可以一端固定也可以兩端固定；采用圓錐滾子軸承時，則必須兩端固定。（1分）一端固定的優(yōu)點是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產生熱應力，因此，宜用于長軸。（1分）2工業(yè)機器人與機床在基本功能和工作原理上有何異同?答：（1）相同：1）兩者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求。2）兩者都是通過坐標運動來實現末端執(zhí)行器的位姿變化要求。（1分）（2）不同：1）機床以直角坐標形式為主，機器人以按關節(jié)形式運動為主。（1分2）機床的剛度精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人靈活性要求很高，其剛度精度相對較低。（1分3在生產線專用機床的總體設計中，“三圖一卡”的設計工作指的是什么？（3分）答：（1） 被加工零件工序圖，（1分）（2）加工示意圖（1分）（3）機床總聯系尺寸圖（1分）（4）生產率計算卡4若主軸剛度低，支承剛度高，主軸跨距應如何選擇？（3分）答：可選主軸跨距略小于最佳跨距（2分）此時主軸綜合剛度主要受軸承影響，即軸承支撐剛度高，主軸綜合剛度也高。（1分）5回轉型夾持器與平移型夾持器各有何特點？（3分）答：（1）回轉型夾持器結構較簡單，但所夾持工件直徑有變動時，將引起工件軸線的偏移；（2分）（2） 平移型夾持器結構較復雜、體積大、制造精度要求高，但工件直徑變化不影響工件軸心的位置（1分）四、分析推導（12分，每小題4分）1某數控機床工作臺驅動系統(tǒng)及參數如圖2所示，求轉換到電機軸上的等效轉動慣量JL 。(4分)答：1（2分）（2分）2在數控機床變速箱中，采用調速電動機無級調速。試導出變速箱的公比等于電動機恒功率調速范圍時，變速箱的變速級數Z的表達式。（4分）答：1 （2分）當時 （2分）3試述根據什么原則選擇支撐件的截面形狀，搖臂鉆床搖臂的截面為何種形狀，為什么為該形狀？（4分）答：（1）無論是方形、圓形或矩形空心截面的剛度都比實心的大，同樣截面形狀和面積，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彎剛度和抗扭剛度都高；（1分）（2）圓（環(huán)）形截面抗扭剛度比方形的好，而抗彎剛度比方形的低；（1分）（3）封閉界面的剛度遠大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度；（1分）（4）搖臂鉆床搖臂在加工時，即受彎又受扭，因此選非圓非方空心封閉形狀。且高度尺寸大于寬度尺寸。俗稱“耳朵”形。（1分）五、轉速圖設計（13分）根據圖2所示Z3040搖臂鉆床主傳動系統(tǒng)轉速圖，回答下列問題？（13分）(1)寫出其結構式：（2分）(2)寫出-軸間變速組的變速范圍公式及其大小（2分）(3)寫出軸變速范圍公式及其大?。?分）(4)找出軸III的計算轉速（4分）(5)找出軸上齒輪的計算轉速：（4分）答：（1）結構式： ； （2分） (2) ；（2分）（3）或 ； （1分）齒輪Z20Z61Z44Z34nc315100100250（4）軸號IIInc50020010080(5)六、機器人設計計算（10分）試求三關節(jié)平面機器人運動功能矩陣T0,m 。（10分）答：（1）變成基準狀態(tài)后，建立運動功能矩陣T0,m式中：，（6分）式中：，（4分）七、手腕（10分）圖示為由圓錐齒輪傳動所構成的三自由度的機械傳動手腕的機構簡圖，試求當B、C軸不轉動，A軸以轉速單獨轉動時，手抓繞軸的回轉運動n5，以及當A、C軸不轉動，B軸以轉速單獨旋轉時，產生的手抓繞軸回轉的誘導運動。（10分）答：（1）A軸以轉速單獨轉動時，手抓繞軸的回轉運動n5 （2分）（2）當A、C軸不轉動，B軸以轉速單獨旋轉時，（1分）殼體6、組成行星輪系，為行星齒輪，殼體6，為行星輪架，產生的手抓繞軸回轉的誘導運動。 （2分），（5分）八、抓手（10分）求楔塊杠桿式回轉型夾持器中，夾緊力FN和驅動力Fp之間的關系式，并討論該回轉型夾持器的特性。（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：角增大，將使夾緊力減小。楔塊和滾子間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且結構簡單，但夾緊力小，適用于輕載場合。（2分）選擇1采用“消滅一切浪費”和“不斷完善”，以最優(yōu)的質量和最低成本的產品提供給市場，這種制造模式被稱為 B 。A. “傳統(tǒng)模式” B. “精益生產”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、工作原理和結構相同，而尺寸和性能參數不同的產品，稱為 A 。A. 縱系列產品 B. 橫系列產品C. 跨系列產品 D. 基型產品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為了降低導軌面的壓力，減少摩差阻力，提高導軌的耐磨性和低速運動的平穩(wěn)性，應選 B 。A. 滑動導軌 B. 卸荷導軌C. 滾動導軌 D. 動壓導軌6一個四自由度圓柱坐標型搬運機器人，其運動功能式為 C 。A. B. C. D. 7在的導向系統(tǒng)中裝有陀螺儀，該導航方式稱為 B 。A.電磁引導 B. 慣性導航C.光學引導 D. 激光導航8適應中等轉速和切削負載較大，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 B. 毫米/沖程C.毫米/分鐘 D. 轉/分鐘10要求導軌可以承受較大的顛覆力矩，高度較小，結構緊湊，間隙調整方便，應選 C 。A. 矩形導軌 B. 三角形導軌C. 燕尾形導軌 D. 圓柱形導軌填空1當前提高制造生產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把聽閾作為基準聲壓，用相對量的對數值表示，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當運動部件低速運動時，主動件勻速運動，被動件往往出現明顯的速度不均勻的跳躍式運動，即時走時?；蛘邥r塊時慢的現象。這種現象稱為_爬行_ 。8設計機床主傳動系統(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滾動軸承的預緊力分為三級，輕預緊適用于高速主軸，中預緊適用于中、低速主軸， _重_預緊適用于分度主軸。10角接觸球軸承及圓錐滾子軸承有泵油效應，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，_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相對于基座坐標系的速度，可通過相應_位置_變量對時間的微分而得到。14機床主參數是代表機床規(guī)格大小及反映機床最大_工作能力_的一種參數。15系列化設計應遵循“產品系列化、零部件_通用化_、標準化”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H表示導軌_卸荷量_的大小，由式確定。18機器人的機械結構類型特征，用它的結構坐標形式和_自由度_數表示。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)運轉條件下允許溫升為_3040_。問答1試述機床的基本參數包括哪些內容？答：（1）尺寸參數：指機床主要結構尺寸參數，通常包括與被加工零件有關的尺寸；標準化工具或夾具安裝面尺寸。（2）運動參數：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：包括機床驅動的各種電動機的功率或轉矩。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“外轉型”，故當刀庫為方形時，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“內轉”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速較高，根據公式可知，傳動的轉矩M較小，尺寸小些；（2）反之，靠近主軸的傳動件轉速較低，傳遞的轉矩較大，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不得不小于理論值，導致部分轉速重復。（2）采用背輪機構 高速直連傳動時，應使背輪脫開，以減少空載功率損失、噪聲和發(fā)熱及避免超速現象。（3）采用雙公比的傳動系統(tǒng)（4）采用分支傳動分析推導1試述主軸液體靜壓滑動軸承的工作原理。答：（1）當有外載荷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，油腔壓力隨著減小；（3）兩者的壓力差，將主軸推回中心以平衡外載荷F。2桿件動坐標系Oj相對于參考坐標系Oi先繞Zi軸轉90再繞Xj軸轉90然后平移。求齊次變換矩陣iTj。答：1 3根據結構式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，公比應為多少？答：（1）無基本組，雙公比，上下各空一級轉速。 （2） ，（3），轉速圖設計設計一臺12級轉速的車床主傳動系統(tǒng)，主軸最高轉速為nmax = 1500 r/min。要求采用轉速為1500/750 r/min的雙速電機。（1）寫出結構式（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）畫出轉速圖答：（1）結構式：(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）繪制轉速圖機器人設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簡圖，試求當S、T軸不轉，B軸以轉動時，驅動殼體9的俯仰運動，及由誘導出齒輪7的自轉運動。答：B軸單獨旋轉時，驅動殼體9的俯仰運動為： 由于殼體9的轉動，也將引起圓錐齒輪7作行星運動：由誘導出齒輪7的自轉運動為： ，產生誘導運動 抓手如圖齒條平行連桿式平移型夾持器中，夾緊力和驅動力之間的關系式，并討論該夾持器的特性。答：（1）受力分析如圖所示 （2）推導計算； ； （3）討論該夾持器的特性：在驅動力和一定時，夾緊力將隨增大而增大。當時，為極小值