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机械制造装备设计习题及解答一、 填空题1.机床精度包括：几何精度，传动精度，运动精度和定位精度。2.相邻两个变速组齿轮，采用 交错 排列或 共用齿轮 传动机构可以缩短其轴向长度。3. 矩 型导轨和 燕尾 型导轨常用镶条来调整侧面间隙，镶条分为 平 镶条和 斜 镶条两种。4.机床夹具的基本组成部分包括定位元件，夹紧装置，夹具体三部分。5.减小夹紧变形的方法合理确定夹紧力的方向、作用点和大小，在可能条件下采用机动夹紧，并使各接触面上所受的单位压力相等，提高工件和夹具元件的装夹刚度。6.在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位 ，夹紧。7.在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。8.一个尚未定位的工件其位置是不确定的，空间直角坐标系中有6个自由度。9.机床应具有的性能指标包括：工艺范围，加工精度，生产率，自动化程度和可靠性。10.矩形导轨和燕尾形导轨可采用 镶条 来调整侧面间隙，辅助导轨副用 压板 来调整间隙。11.主轴上的传动方式主要有 带 传动和 齿轮 传动；精密机床、高速加工中心和数控车床常用的驱动方式是： 电动机直接驱动主轴 。12.定位元件中适合于工件以精基准圆柱孔定位的元件有定位轴，定位销，心轴。13.分度装置的分度精度等级一般分为 超精密 ，级精密级，普通级三种。14.基准误差研究的主要对象是工件的定位基准，工序基准两个基准。15.定位是确定工件在夹具中的占有正确位置的过程。16.定位方法中属于不正确的定位方式是欠定位。17.一个变速组内的 最大传动比 与 最小传动比 的比值称为变速组的变速范围；其中，级比指数为 1 的变速组称为基本组，第一扩大组的级比指数为 x1=x0p0 （用公式表示）。18.加强筋（肋）的主要用途是加强局部刚度和减少薄壁振动。19.主轴组件由 主轴 、 支承轴承 、 传动件 、 定位元件等组成。20.机动夹紧装置包括力源装置，中间传力机构，夹紧元件三部分21.按夹紧力的方向单件联动夹紧有三种方式单件同向联动夹紧，单件对向联动夹紧，互垂力或斜交力联动夹紧。22.定位元件中适合于工件以外圆柱面定位的元件有半圆套，V形块。23.用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度称为六点定位规则。24.支承板比较适合于工件以精基准平面定位。25.扩大传动系统变速范围，可采用增加变速组，背轮机构，对称混合公比和双速电机 等方法。26.隔板的作用是将 局部 载荷传递给 其他壁板 ，从而使整个支承件能比较均匀地承受载荷。27.机构中适合于轴向分度对定的机构有钢球对定 ，圆柱销对定，菱形销对定，圆锥销对定。28.夹紧力作用点的确定原则中作用点的位置应当落在定位元件的支承范围内，选在工件刚度较高的部位，尽量靠近加工表面 。 29.属于机动夹紧装置力源装置的有电动装置，气动装置，磁力装置。30.回转分度装置按分度盘和对定销相对位置的不同可分为两种基本形式轴向分度，径向分度。31.长方体大表面由的三个支承点（不在同一直线）定位可限制3个自由度。32.工件以“两孔一面”组合定位时可限制工件 六个 自由度。二、判断题判断下面各题的正误，并分别用（表示正确）和（表示错误）填入小题的括号中。（ ）1.设计大型机床的分级变速主传动系统时，应选用较小的公比。（ ）2.机床的空载功率是指切削力引起的传动件摩擦功率。（ ）3.通常在夹紧力作用下，工件在夹具体中不能快速移动，我们称之为定位。（ ）4.圆锥心轴和普通圆柱心轴对工件的自由度限制数量相同，两者可互换。（ ）5.工件以粗基准平面定位通常采用呈现点接触的定位元件。（ ）6在定位元件的设计中，只需考虑定位元件的制造精度即可。（ ）7在夹紧装置设计中，夹紧力越大越好。（ ）8为了满足夹紧需求，可以改变工件定位后的正确位置。（ ）9偏心夹紧机构与斜楔夹紧机构相比前者夹紧力和夹紧行程较大自锁性好。（ ）10减小分度盘的计算直径可以有效的提高分度精度。（ ）11.机床的尺寸参数是指在机床上所能加工的工件最大尺寸。（ ）12.在相同截面积时，方形截面抗弯能力强；圆形截面抗扭能力强。（ ）13工件被夹紧后，其位置不能动了，所以也就定为了，这种理解是正确的。（ ）14.对于同一个轴类零件而言，定位套的长短不会影响其自由度的限制数量。（ ）15.工件以精基准平面定位时通常采用呈现面接触的定位元件。（ ）16.定位设计尽量遵循基准不重合原则。（ ）17.夹紧力越大，夹紧越牢固，故而应不断加大夹紧力。（ ）18.夹紧力的作用点可以任意选取不受限制。（ ）19.相同制造精度条件下，圆锥销对定比圆柱销对定精度低。（ ）20.角接触球轴承的接触角越大，轴向载荷的承载能力越强。（ ）21.设计非自动化小型机床的有级主传动系统时，应选用较小的公比。（ ）22.快速移动电动机的功率是指起动时克服摩擦力所需的功率。（ ）23.完全定位与过定位都是合理的定位方式，设计定位方式时应尽量采用。（ ）24.在车床上仅采用三爪卡盘夹紧圆柱时，圆柱的六个自由度被全部限制。（ ）25.夹具是一种装夹工件的检测装备。（ ）26.夹紧为工件定位后提供了安全、可靠的加工条件。（ ）27.用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度称为自由原则。（ ）28.长方体大表面由的三个支承点（在同一直线）定位可限制四个自由度（ ）29.工件在夹具中定位的任务是在切削力作用下保持既定的位置。（ ）30.定位方法中属于正确定位方式的是不完全定位。（ ）31.机床的主参数代表机床规格的大小。（ ）32.在相同截面积时，空心截面的刚度比实心截面的刚度高。（ ）33.工件定位时，为提高定位精度，工件被限制的自由度越多越好。（ ）34.欠定位就是不完全定位，定位设计时要彻底消除。（ ）35.成组夹具中不属于基础结构部分的机构是定位元件。（ ）36.对定机构中对定精度最高的结构型式是圆锥销对定结构。（ ）37.在各种类型的固定支承钉中球面销适合于精基准平面定位。（ ）38.一个较窄的支承板支承工件精基准面可限制工件五个自由度（ ）39关于辅助支承的说法正确的是对工件既起到支承作用又限制工件运动自由度（ ）40工件以两孔一面定位中圆柱销和菱形销组合限制工件一个移动自由度。三、简答题1.主轴组件由哪些部分组成？主轴组件的功用是什么？主轴组件应满足的基本要求是什么？ 答：主轴组件由主轴、主轴轴承、传动件和定位件等部分组成。主轴组件的功用是：缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀具进行切削；同时承受切削力和传动力等载荷。主轴组件应满足的基本要求是：旋转精度、静刚度、动刚度、温升与热变形、精度保持性2. 支承件的静刚度包括哪三种刚度？提高支承件静刚度的措施有哪些？答：支承件的静刚度包括：自身刚度、局部刚度和接触刚度等三种刚度。提高支承件静刚度的措施有：采用隔板和加强筋、支承件开孔后加盖板、提高接触刚度3. 按摩擦性质和受力状态分类，导轨分别有哪些类型？导轨的基本要求有哪些？答：按摩擦性质和受力状态分类，导轨分别有：滑动导轨、滚动导轨以及开式导轨、闭式导轨等。导轨的基本要求有：导向精度、精度保持性、刚度、低速运动平稳性和结构简单、工艺性好。4. 主轴上的传动方式主要有哪两种？各有何特点？分别适用于什么场合？ 答：主轴上的传动方式主要有：带传动和齿轮传动两种。带传动：靠摩擦力传递动力，结构简单，中心距调整方便；能抑制振动，噪声低，特别适用于高速主轴。齿轮传动：能传递较大的转矩，结构紧凑，尤其适用于变速传动。5.工业机器人由哪几部分组成，比较它与数控机床组成的区别。答: 工业机器人由操作机、驱动单元、控制装置 三部分组成。其驱动单元、控制装置与数控机床相近，但在空间运动轨迹形成方面工业机器人由操作机的类手臂结构独立完成；而数控机床则由主轴、刀架或工件在直角坐标系下通过相对运动轨迹来完成较为简单。其结构区别很大。6.工业机器人的基本功能和基本工作原理什么？它与机床主要有何相同于不同之处？答：工业机器人的基本功能是提供作业所需的运动和动力，基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动的实现手部作业的动作功能及技术要求。在基本功能和基本工作原理上其相同之处二者都有位姿变化要求，二者的不同之处机床是按直角坐标形式运动为主，而机器人是按关节形式运动为主；机床对精度、刚度要求高，灵活性相对较低，而机器人对灵活性要求较高，其刚度、精度相对较低。7.工业机器人的结构类型有哪些，各种类型的特点如何？答： 关节型机器人、直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人。 关节型机器人的特点是灵活性好，工作空间范围大(同样占地面积情况下)，但刚度和精度较低。 球坐标型机器人特点是灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较差。 特点是灵活性较好，上作空间范围较大，刚度、精度较好。圆柱坐标型机器人 直角坐标型机器人与机床相似，按直角坐标形式动作。刚度和精度高，但灵括性差，工作空间范围小。8.机器人的自由度表示什么？它与机床中的轴数与原动件是否相等？答：自由度是表示工业机器人动作灵活程度的参数，以直线运动和回转运动的独立运动数表示。机器人的自由度数相当于机床的轴数，都表示运动的个数。工业机器人的自由度越多，灵活性越好，但结构和控制越复杂。一般来说，机器人的自由度数与原动件数目相等。9.钻模按其结构特点可分为固定式钻模,回转式钻模,翻转式钻模,盖板式钻模,滑柱式钻模等五种类型.10.仓储设施的型式按其功能分有原材料库, 外购件库,在制品库,零部件成品库,维修件和备件库,产成品库,工夹量具等工艺装备库等;11.在工业机器人中的谐波减速传动装置的特点具有传动比大,承载能力强,传动精度高,传动平稳,效率高,体积小,质量轻等优点.12.在工厂物流是指从原材料和毛坯进厂,经过储存,加工,装配,检验,包装,直至成品和废料出厂,在仓库,车间,工序之间流转,移动和储存的全过程. 13.机械加工生产线主要由加工装备,工艺装备,输送装备,辅助装备和控制系统组成.四、分析论述题1.试述下图中单件对向联动夹紧装置的夹紧与放松工作原理及工作过程？分析要点：工作过程中活塞杆下移杠杆铰链作用下工件夹紧 活塞杆上升杠杆铰链作用下工件放松2.分析下图中各对定机构的名称、特点及其在分度装置中的作用。分析要点：a钢球对定：一般用于预定位b圆柱销对定 ：用于一般精度定位c菱形销对定：一般用于防转定位d圆锥销对定：用于精度较高的定位e双斜面楔形槽对定: 用于精度较高的周向定位f单斜面楔形槽对定: 用于一般精度的周向定位g正多面体对：用于一般精度定位h滚珠对定：一般用于预定位3.下图为某机床主轴组件结构图，要求： 1）、在图上画出主轴双向轴向力的传递路线； 2）、画出主轴推力轴承配置形式示意图； 3) 、说明主轴轴向定位方式及其特点，并说明这类主轴组件适用于什么场合？ 1.如上图23、主轴轴向定位方式为：前端定位。其特点为：推力轴承安装在主轴前端，前支承结构复杂，受力大，温升高，主轴受热膨胀向后伸长，对主轴前端位置影响较小。这类主轴组件适用于：轴向精度和刚度要求较高的高精度机床和数控机床。4.下图为某机床主轴组件结构图，要求： 1)、在图上画出主轴双向轴向力的传递路线； 2)、画出主轴推力轴承配置形式示意图； 3)、说明主轴轴向定位方式及其特点，并说明这类主轴组件适用于什么场合？ 1、见图。2、3、主轴轴向定位方式为后端定位。优点：前支承结构简单，发热小，温升低；主轴悬伸量小，后支承调整方便。缺点：主轴受热膨胀向前伸长，影响轴向精度；主轴受压段较长，易弯曲变形（细长轴），精度（刚度）较差。该类主轴组件适用于轴向精度要求不高的普通机床。五、综合应用题1.欲设计某普通车床的主传动系统。已知：主轴最高转速nmax1500r/min，主轴最低转速nmin33.5r/min，电动机转速n电1500r/min，主轴转速公比1.41。公比1.06的标准数列为：11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.5完成内容：1、求出主轴的变速范围Rn；2、用公式计算出主轴转速级数Z；3、由给定的公比1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速；4、写出至少4个不同的结构式；5、确定一个合理的结构式，并说明其合理性；6、画出5中结构式对应的结构网；7、画出合理的转速图（要求标注齐全）；8、确定各传动轴的计算转速（nj95 r/min）；9、确定第二扩大组内各齿轮的计算转速.答： 1、主轴的变速范围Rn1500/33.545；2、主轴转速级数Z12；3、主轴各级标准转速为：33.5、47.5、67、95、132、190、265、375、530、750、1060、1500 r/min；4、4个不同的结构式： 12312326；12312623；12233126；12262331。5、合理的结构式为：12312326。合理性： 符合变速级数、级比规律； 传动件“前多后少”； 结构网“前密后疏”； 第二扩大组的变速范围r1.4168，满足极限变速范围要求。123123267、合理的转速图：具体分析。（画出转速图）8、各传动轴的计算转速：根据转速图，具体分析。9、第一扩大组内各齿轮的计算转速：根据转速图，具体分析。（7、8无唯一答案）2.设计一台车床的主传动系统。已知条件：主轴最高转速nmax1800r/min，最低转速nmin40r/min，电动机转速n电1500r/min。主轴转速公比1.41。1.06的标准数列为：11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.5完成内容：1、求出主轴的变速范围Rn；2、用公式计算出主轴转速级数Z；3、由给定的1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速；4、写出至少4个不同的结构式；5、画出所列结构式中至少2个相应的结构网；6、确定一个合理的结构式，并说明其合理性；7、画出合理的转速图（要求标注齐全）;8、写出各传动轴的计算转速（nj112 r/min，要求与转速图中的符号相对应）；9、写出第一扩大组内各齿轮的计算转速。答：1、主轴的变速范围：Rnnmax/nmin1800/4045；2、主轴转速级数：Zlg Rn/lg1lg45/lg1.41112.08，取Z12；3、主轴各级标准转速为：40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800。4、4个不同的结构式为：12312326；12322126；12322621；12312623。 共有18种，可写出任意4种。5、2个相应的结构网如下图：（共有18个，可画出任意2个）。12312326 123221266、合理的结构式：12312326合理性： 符合变速级数、级比规律； 传动件“前多后少”； 结构网“前密后疏”； 第二扩大组的变速范围r1.4168，满足极限变速范围要求。7、合理的转速图：具体分析。（画出转速图）8、各传动轴的计算转速：根据转速图，具体分析。9、第一扩大组内各齿轮的计算转速：根据转速图，具体分析。（7、8无唯一答案）3.已知某机床的主轴转速为n=100-1120r/min，转速级数Z=8，电动机转速nm=1440r/min。试根据机床主传动系统的设计原则，完成：1. 拟定传动系统的结构式；2. 设计转速图；3. 画出转速图。11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.51. 计算公比 已知：，Z=8 . 根据 , 则, 即：=1.41 2确定传动组、传动副和扩大顺序根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有： Z=42； Z=24； Z=222在方案，中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案：Z=222 根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=212224 3. 转速图绘制设计 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560，800，1120 r/min 确定定比传动比：取轴的转速值为800r/min，则电机轴与轴 的传动比为： 确定各变速组最小传动比从转速点800 r/min到100r/min共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。 4. 绘制转速图4.已知某机床的主轴转速为n=118-1320r/min，转速级数Z=8，电动机转速n电=1440r/min。试根据机床主传动系统的设计原则，完成：1. 拟定传动系统的结构式； 2. 设计转速图； 3. 画出转速图。11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.51. 计算公比 已知：，Z=8 . 根据 , 则, 即：=1.41 2确定传动组、传动副和扩大顺序根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有： Z=42； Z=24； Z=222在方案，中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案：Z=222 根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=212224 3. 转速图绘制设计 主轴各级转速为：118，170，236，335，475，670，950，1320 r/min 确定定比传动比：取轴的转速值为800r/min，则电机轴与轴 的传动比为： 确定各变速组最小传动比从转速点950 r/min