机械制造装备设计复习题及答案.doc

机械制造装备设计复习题（一）及答案一、选择（10分，每小题1分）1采用“消灭一切浪费”和“不断完善”，以最优的质量和最低成本的产品提供给市场，这种制造模式被称为 B 。A. “传统模式” B. “精益生产”C. “敏捷制造” D. “并行工程”2利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或静压力作用下成为具有一定形状和尺寸的工件，同时使其性能和金相组织符合一定的技术要求的机床，称为 D 。A. 挤压机 B. 冲压机C. 轧制机 D. 锻造机3一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品，称为 A 。A. 纵系列产品 B. 横系列产品C. 跨系列产品 D. 基型产品4加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的精度，称为 D 。A. 几何精度 B. 运动精度C. 传动精度 D. 工作精度5具有摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近、运动灵敏度高，但抗振性差为特点的导轨是 C 。A. 滑动导轨 B. 卸荷导轨C. 滚动导轨 D. 动压导轨6一个四自由度平面关节型机器人，其运动功能式为 B 。A. B. C. D. 7以灵活性好，工作空间范围大，但刚度和精度较低为特点的机器人是 A 。A. 关节型机器人 B. 求坐标型机器人C. 圆柱坐标型机器人 D. 直角坐标型机器人8质量小、线胀系数小、弹性模量大、刚度大，在高速下温升低的轴承为 D 。A.角接触球轴承 B. 双列短圆柱滚子轴承C.圆锥滚子轴承 D. 陶瓷滚子轴承9背轮机构可把变速范围扩大到最大数值为 D 。A. 8 B. 32C. 4 D. 1610制造方便，工艺性好，但磨损后很难调整和补偿间隙，主要用于受轴向负荷为特点的导轨为： D 。A. 矩形导轨 B. 三角形导轨C. 燕尾形导轨 D. 圆柱形导轨二、填空（20分，每小题1分）1加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和_位置_的符合程度。 2全自动是指能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程；半自动则需_人工_完成上下料。3在系列型谱中，不同规格的产品，同一种参数按一定规律（通常按_等比级数_）变化。4各类机床按精度可分为普通精度级、_精密级_和高精度级。5多数机床主轴转速是按_等比级数_排列。6为了限制转速损失的最大值A max不大于_50%_，则相应的公比不得大于2。7对于通用机床，一般取公比_1.26或1.41_；8主轴的变速范围应等于主变速传动系中各变速组变速范围的_乘积_。9双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上，通过改变基本组的_级比指数_演变来的。10一端固定的优点是轴受热后可以向另一端_自由伸长_，不会产生热应力。11最严重情况时，齿轮处于轴的中部时，应验算在齿轮处轴的挠度；当齿轮处于轴的两端附近时，应验算齿轮的_倾角_，此外还应验算轴承的倾角。12为了得到连续的无级变速，设计时应该使分级变速箱的公比_略小于_无级变速装置的变速范围，13进给传动与主传动不同，驱动进给运动的传动件是_恒转矩_传动。14机床主轴旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和_调整_精度。15满足结构要求的前提下，设计主轴时应尽量_缩短_悬伸量。16磁浮轴承特别适用于高速、_超高速_加工。17选取轴承精度时，前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承精度_高一级_。18支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的相互位置和_相对运动_精度。19导轨的功用是承受载荷和_导向_。20非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而_无磨损_、无噪声、寿命长、反应速度快。三、问答（15分，每小题3分）1系列型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。扩展的方式有哪几种？答：（1）纵系列产品：纵系列产品是一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品。（1分）（2）横系列产品：横系列产品是在基型产品基础上，通过增加、减去、更换或修改某些零部件，实现功能扩展的派生产品。（1分）（3）跨系列产品：跨系列产品是采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品。（1分）2进给系统采用有级变速方式时，如何确定进给量？采用有级变速方式时，进给量一般为等比级数，其确定方法与主轴转速的确定方法向同。首先根据工艺要求，确定最大、最小进给量f max 、f min，然后选择标准公比或进给量级数Zf ,再由式求出其它参数。（2分）但是，各种螺纹加工机床如螺纹车床、螺纹铣床等，因为被加工螺纹的导程是分段等差级数，故其进给量也只能按等差级数排列。（1分）3试述主变速传动系统设计的一般原则？1）传动副前多后少原则，可简称“前多后少”原则。（1分）2）传动顺序与扩大顺序相一致的原则，可简称“前密后疏”原则。（1分）3）变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。可简称“前慢后快”原则。（1分）4主传动系统齿轮齿数确定后，如何验算转速误差是否在允许范围之内？答：齿轮齿数确定后，还应验算一下实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图上给定的传动比）之间的转速误差是否在允许范围之内。一般应满足式中，为主轴实际转速；n为主轴的标准转速；为公比。5试述小于的微量进给机构有哪些传动？答：小于的进给机构有弹性力传动、磁致伸缩传动、电致伸缩传动、热应力传动等。四、分析推导（15分，每小题5分）1试述系列化设计的优点有那些？答：1)可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。减少产品品种意味着提高每个品种产品的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。2)系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，因而可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。4)零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。5)为开展变型设计提供技术基础。2试述主轴转速数列采用等比级数排列的主要原因？答：主要原因如下：如某一工序要求的合理转速为n，但在z级转速中没有这个转速，n处于nj和nj+1之间，即njnnj+1，若采用比n转速高的nj+1，由于过高的切削速度会使刀具寿命下降。为了不降低刀具寿命，一般选用比n转速低的nj。这将造成（n -nj）的转速损失，相对转速损失率为 (2分)在极端情况下，当n趋近于nj+1时，如仍选用nj为使用转速，产生的最大相对转速损失率为 (1分)在其它条件（直径、进给、背吃刀量）不变的情况下，转速的损失就反映了生产率的损失，对于各级转速选用机会基本相等的普通机床，为使总生产率损失最小，应使选择各级转速产生的相同，即 或 (1分)可见任意两级转速之间的关系应为 (1分)此外，应用等比级数排列的主轴转速，可借助于串联若干个滑移齿轮来实现。使变速传动系统简单并且设计计算方便。3举例说明何种机床主运动为恒转矩传动，何种机床主运动为恒功率传动？答：由切削理论得知，在背吃刀量和进给量不变的情况下，切削速度对切削力的影响较小。因此，主运动是直线运动的机床，如刨床的工作台，在背吃刀量和进给量不变的情况下，不论切削速度多大，所承受的切削力基本是相同的，驱动直线运动工作台的传动件在所有转速下承受的转矩当然也基本是相同的，这类机床的主传动属恒转矩传动。主运动是旋转运动的机床，如车床、铣床等机床的主轴，在背吃刀量和进给量不变的情况下，主轴在所有转速下承受的转矩与工件或铣刀的直径基本上成正比，但主轴的转速与工件或铣刀的直径基本上成反比。可见，主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。五、计算题（本大题共2题，每小题10分，共20分）1. 试求两自由度机器人运动功能矩阵T0,m 。（10分）答： （5分）式中：，（1分）（4分）2. 图示为三自由度的机械传动手腕的机构简图，试求当S、T轴不转，B轴以转动时，驱动壳体9的俯仰运动，及由诱导出齿轮7的自转运动。（10分）答：B轴单独旋转时，驱动壳体9的俯仰运动为： （4分）由于壳体9的转动，也将引起圆锥齿轮7作行星运动：由诱导出齿轮7的自转运动为： ，产生诱导运动 （6分）六、综合应用（本大题共2题，每小题10分，共20分）1. 设计一台8级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为nmax = 1000 r/min。要求采用转速为1440/710 r/min的双速电机。（10分）（1）写出结构式（2分）（2）求出公比（1分）（3）验算最后变速组的变速范围（1分）（4）分配降速比（2分）（5）画出转速图（4分）答：（1）结构式：（2分）(2) 公比：； （1分）（3）最后变速组的变速范围 合格（1分）（4）分配降速比； r/min，取 r/min（2分）（5）绘制转速图（5分）2. 如图左右旋丝杠平移型夹持器中，夹紧力和驱动力之间的关系式，并讨论该夹持器的特性。（10分）答：（1）受力分析如图所示（3分） （2）推导计算； ； ；（5分）丝杠螺纹的中经螺纹的螺旋角（3）由电动机1驱动的一对旋向相反的丝杠2提供准确的平移夹紧动作。两丝杠协调一致地安装在同一轴上。由导轨3保证钳爪杆4的平移运动。这种夹持器若配置一单独的伺服电动机或步进电动机驱动，可方便地通过编程控制电动机的旋转来夹紧和松开不同尺寸规格的工件。如果采用滚珠丝杠和滚动导轨，能得到很高的重复定位精度（可达0.005mm）。平移型钳爪可使工件自动定心，但其结构复杂，制造费用高。（2分）机械制造装备设计复习题（二）及答案一、选择（10分，每小题1分）1下列结构式中，符合级比规律的是 C 。A. B. C. D. 2齿轮、滚动轴承及其它传动元件的振动摩擦产生的噪声称为A 。A.机械噪声 B. 液压噪声C.电磁噪声 D. 空气动力噪声3铣床的主要性能指标（第二主参数）是 D 。A. 床身上的最大回转直径 B. 最大的工件长度C. 工作台工作面宽度 D. 工作台工作面长度4刀具是线切削刃，与工件发生线吻合，因此发生线由刀刃实现，发生线不需要刀具与工件的相对运动，该发生线的生成方法为 B 。A. 轨迹法 B. 成形法C. 相切法 D. 展成法5清楚的表明机床的形式和布局，规定各部件的轮廓尺寸及相互间的装配关系和运动关系，是展开各部件设计的依据，该资料称为C 。A.被加工零件工序图 B. 加工示意图C.机床总联系尺寸图 D. 生产率计算卡6具有良好的抗振性、工艺性和耐磨性等为特点的导轨为A 。A.铸铁导轨 B. 镶钢导轨C.有色金属导轨 D. 塑料导轨7刀库的特点是结构简单紧凑，应用较广，容量较小，一般不超过32把刀具，指的是A 。A.鼓轮式刀库 B. 链式刀库C.格子箱刀库 D. 直线式刀库8控制阀将来自气泵的压缩空气自喷嘴通入，形成高速射流，将吸盘内腔中的空气带走而形成负压，使吸盘吸住物体，该吸盘称为B 。A.挤压排气式吸盘 B. 气流负压式吸盘C.真空泵排气式吸盘 D. 磁吸式吸盘9在刀具识别位置上，利用光学系统将刀具的形状投影到带有许多光电元件组成的屏幕上，从而将刀具的形状变成电信号，经信息处理后存入记忆装置中，该刀具识别法称为 C 。A. 非接触式磁性识别法 B. 光学纤维刀具识别C. 图像识别技术 D. PLC实现随机换刀10首先应用在平面多关节型（SCARA型）装配机器人中的驱动机器人关节轴的电机是 C 。A. 直流伺服电动机 B. 交流伺服电动机C. 双定子结构直接驱动电动机 D. 步进电动机二、填空（20分，每小题1分）1普通车床和升降台铣床的主参数系列公比为_1.25_。2一般机械传动元件的速度增加一倍，噪声增加_6_dB。3一般机械传动元件的载荷增加一倍噪声增加_3_dB。4水射流加工是利用具有很高速度的细水柱或参有_磨料_的细水柱，冲击工件的被加工部位，使被加工部位上的材料剥离。5_可接近性_是指机床与物流系统之间进行物料流动的方便程度。6_传动比_用主动齿轮与从动齿轮的齿数比或主动带轮与从动带轮的直径比表示。7采用多速电动机的缺点之一就是当电动机在高速时，没有完全发挥其_能力_。8齿轮的齿槽到孔壁或键槽底部的壁厚a应大于或等于_2m _，以保证齿轮具有足够的强度。9导向精度是导轨副在空载或切削条件下运动时，实际运动导轨与给定运动_轨迹_之间的偏差。10影响低速运动平稳性的因素有导轨的结构形式，润滑情况，导轨摩擦面的_静、动摩擦因素_的差值，以及传动导轨的传动系统刚度。11在机床设计中，既要考虑各个部件的刚度，同时也要考虑结合部刚度及各部件间的刚度_匹配_。12当激振频率和机床的固有频率接近时，机床将呈现“_共振_”现象，使振幅激增，加工表面粗糙度也将大大增加。13磁浮轴承利用_磁力_来支撑运动部件使其与固定部件脱离接触来实现轴承功能。14气体静压轴承摩擦小，功率损耗小，能在极高_转速_或极低温度下工作，振动噪声特别小，旋转精度高，寿命长，基本上不需要维护。15手腕能实现绕空间三个坐标轴的转动，即回转运动（）、左右偏摆运动（）和_俯仰_运动（）。16工作进给长度等于被加工部位的长度与刀具切入长度和_切出_长度之和。17由各关节的运动量求机器人的位置及姿态，称为机器人的_正_运动学解析。18机器人各关节的运动都是坐标运动，坐标运动可用_齐次坐标变换_矩阵表示。19机器人末端执行器与机座之间的相对运动可以用_运动_矩阵表示。20由机器人末端执行器的位资求关节运动量，称为机器人的_逆运动学_解析。三、问答（15分，每小题3分）1何谓算转速？如何确定中型普通车床等比传动的计算转速？答：主轴和各传动件传递全部功率的最低转速。（2分）（1分）2试述防止低速运动部件产生爬行的措施？答：1应减少静、动摩擦系数之差；2 提高传动机构的刚度；3 降低移动部件的质量4 增大系统阻尼。（答对3个，即得3分）3采用公用齿轮传动的系统有何特点？（3分）答：（1） 可以减少齿轮的数目，简化结构，减少轴向尺寸；（2）两个变速组的模数必须相等；（3）弯曲疲劳需用应力比非公用齿轮要低，尽可能选择较大的齿轮作公用齿轮；（4）双公用齿轮降速传动时，其传动顺序与扩大顺序不一致。（答对3个，即得3分）4试述传动件在主轴上轴向位置合理布置的原则？（3分）答：1传动力Q引起的主轴弯曲要小（1分）；2 引起主轴前轴端在加工精度敏感方向上的位移要小；（1分）3 因此，主轴上传动件轴向布置时，应尽量靠近前支承，有多个传动件时，其中最大件应靠近前支承。（1分）5试述双列短圆柱滚子轴承的特点?（3分）答：（1）内圈有1:12得锥孔，与主轴的锥形轴颈相匹配，轴向移动内圈可以将内圈涨大用来调整轴承的径向间隙和预紧。（1分）（2）轴承的滚动体为滚子，能承受较大的径向载荷和较高的转速；（1分）（3）轴承有两列滚子交叉排列，数量较多，因此刚度很高；（4）不能承受轴向载荷。（答对3个，即得3分）四、分析推导（15分，每小题5分）1某一丝杠，导程为10 mm，直径d = 40 mm？全长共有110圈螺纹，跨距L = 1300 mm，工作时丝杠温度预计比床身高，钢的热膨胀系数 ，求预拉伸量（预拉伸量应略大于热伸长量）。（5分）答： 螺纹段长度螺纹段热伸长量预拉伸量应略大于，取螺纹段预拉伸量，当温升后，还有的剩余拉伸量，与拉伸力有所下降，但未完全消失，补偿了热膨胀引起的变形。装配时丝杠的预拉伸力通常由测量丝杠伸长量来控制，丝杠全长上预拉伸量为：2试导出快速运动电动机起动时克服惯性力所需的功率表达式（5分）答：（1） (kW) (kW)（2分）（2） ； t为电动机的起动时间（s），对于重型机床，对于大型机床（1分）（3）各运动部件折算到电动机轴上的转动惯量（1分）（4）（1分）3试述同步齿形带传动的优点？（5分）答：（1）同步齿形带无相对滑动，传动比准确，传动精度高；（2）可传递100kW以上的功率；（3）厚度小、质量小、传动平稳、噪声小、适用于高速传动，可达50m/s；（4）无需特别张紧，对轴和轴承压力小，传动效率高；（5）不需要润滑，耐水耐腐蚀，能在高温下工作；（6）传动比大，可达1 :1