《机械制造装备设计》复习题(2015年8月)

1、机械制造装备设计复习题（机械制造装备设计复习题（2015 年年 8 月）月）考试题型：考试题型：一、单项选择题 15 分二、填空题 15 分三、简答题 30 分四、计算题 40 分第一章第一章机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法一选择题（每题 1 分）1. 现代化机械制造装备向高效、高速、高方向发展。CA.刚度B.强度C.精度D.能耗2. 现代化机械制造装备多功能复合化、自动化的产品称为发展的主流。DA.刚性B.多品种C.性能D.柔性3. 系列型谱内一组功能、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产品。A.纵系列B.横系列C.跨系列D.基型4. 下面哪一项不属于数字化制造

2、支撑技术。DA.虚拟现实B. 计算机网络C.快速原型D.LAF 生产系统5. 下面哪一项不属于现代生产和管理技术。AA.“刚性”生产B. 准时生产C.快速可重组制造D. 并行工程6. 20 世纪 50 年代末出现的人工智能技术，它不包括下列哪一项。DA.专家系统B.人工神经网络C.遗传算法D.绿色制造7.下列哪一项不属于机械制造装备应满足的一般功能要求。DA.技术经济方面的要求B. 加工稳定性方面的要求C.耐用度方面的要求D. 自动化方面的要求8.下列哪一项不属于机械制造装备应满足的一般功能要求。DA.强 度 、 刚 度 和 抗 振 性 方 面 的 要 求B. 加工稳定性方面的要求C.耐用度方

3、面的要求D.精密化方面的要求二、填空（每空 1 分）1.数字化制造支撑技术包括虚拟现实、计算机网络、快速原型等。2.用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工的机床，称为专门化机床。3.现代生产和管理技术主要内容有准时生产、快速可重组制造、并行工程。4.在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的基型产品。5.可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面的机床，称为通用机床。620 世纪 50 年代末出现的人工智能技术，它包括专家系统、人工神经网络、遗传算法。7.用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床称为专用机床。8.机械制造装备应满足的一般功能包括加工精度方面、强

4、度、刚度和抗振性方面、加工稳定性和耐用度方面的要求。9.利用工具电极与工件之间的放电现象从工件上去除微粒材料达到加工要求的机床，称为电火花加工机床。10.系列型谱内一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品称为纵系列产品。11.可行性分析通常包括技术分析、经济分析、社会分析等。12.利用一根移动的金属丝作电极，在金属丝和工件间通过脉冲放电，并浇上液体介质，使之产生放电腐蚀而进行的切割加工的机床，称为电火花线切割机床。13.机床柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工，采用的调整方法包括备用主轴和位置可调主轴、工夹量具成组化、工作程序软件化。第二章第二章金属切削机床设计金属切削

5、机床设计一选择题（每题 1 分）1. 机床的总体结构方案设计中，刀具只有旋转运动的运动分配式为D。A.TCYZXWpfff/,/B.TCYZXWpfff/,/C.TCYZXWpfff/,/D.TCYZXWpfff/,/2.机床的总体结构方案设计中，工件具有 X 和Z方向运动的运动分配式为C。A.TCYZXWpfff/,/B.TCYZXWpfff/,/C.TCYZXWpfff/,/D.TCYZXWpfff/,/3.机床的总体结构方案设计中，刀具具有 Y 方向平动和绕 Z 轴转动的运动分配式为C。A.TCYZXWpfff/,/B.TCYZXWpfff/,/C.TCYZXWpfff/,/D.TCYZ

6、XWpfff/,/4. 下 列 为 双 公 比 变 速 传 动 系 的 结 构 式 为B。A.8412222216B.8452222216C.8421222216D.86422222165.机床的总体结构方案设计中，车床的运动功能式为A。A.TXZCWffp/,/B.TCZYXWpfff/,/C.TYZXWfap/,/D.TCBXZCWpafff/,/6. 下 列 为 双 公 比 变 速 传 动 系 的 结 构 式 为B。A.8412222216B.8432222216C.8421222216D.86422222167.机床的总体结构方案设计中，刨床的运动功能式为C。A.TXZCWffp/,/

7、B.TCZYXWpfff/,/C.TYZXWfap/,/D.TCBXZCWpafff/,/8.系列型谱内一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品称为B产品。A.横系列B. 纵系列C.跨系列D. 基型9. 主轴传动采用齿轮传动时最高线速度通常小于C。A.18 m/sB.20 m/sC.12 m/sD.5 m/s10.主传动系按变速的连续性分类可分为：分级变速传动和A。A无级变速传动B机械传动C液压传动 D电气传动11.主传动系一般由A、变速装置及执行件等部分组成。A动力源B启动、停止C换向和制动机构D压力控制系统12.机床爬行现象一般发生于C的运动情况下。A高速重载B高速轻载C低

8、速重载D低速轻载13.拟将一台普通车床数控化，希望改造费用较低，宜采用的进给电动机是C。A交流伺服电机B直流伺服电机C步进电机D同步电机14.刨床的主运动是直线运动，它的主运动参数是B。A每小时的往复次数B每分钟的往复次数C每秒钟的往复次数D每毫秒的往复次数15.数控机床电气伺服系统按有无检测和反馈装置分为开环、B和半闭环系统。A.电气系统B.闭环C.液压系统D.机械系统16.运动功能设计包括确定机床所需运动的个数、形式、功能及排列顺序，最后画出机床的运动A图。A.功能B.传递C.原理D.简化17.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工 件 接 触 并 产 生 相 对 运 动 而 形 成 的

9、 ， 有A、成形法、相切法和展成法。A.轨迹法B.跟踪法C.扫描法D.阵列法18.公比值小则相对转速损失B。A.大B.小C.不变D.与值无关19.进给运动消耗的功率远B于主传动功率。A. 大 于B. 小 于C. 等 于D.无法比较20.在变速传动系中，既是前一变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮，称为AA.公用齿轮B. 变位齿轮C. 斜齿轮D. 渐开线齿轮21.基本参数设计包括尺寸参数、运动参数和C参数设计。A.结构B.形状C.动力D.详细22.如要演变成双公比变速传动系，基本且的传动副数0P常选为B。A.1B.2C.3D.423.无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级 变 速 作 为

10、 扩 大 组 ， 其 公 比f理 论 上 应C无级变速装置的变速范围dR。A.大于B.小于C.等于D.无关系24. 车 床 和 铣 床 后 轴 颈 的 直 径2D等 于A倍的前轴颈的直径1D。A.0.70.85B.0.91.05C.1.11.25D. 0.40.5525.系列型谱内采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品称为C产品。A.横系列 B. 纵系列 C.跨系列 D. 基型26.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工 件 接 触 并 产 生 相 对 运 动 而 形 成 的 ， 有A、成形法、相切法和展成法。A.轨迹法B.跟踪法C.扫描法D.阵列法27.工件加工表面的发生线是通过刀具

11、切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、B、相切法和展成法。A.跟踪法B.成形法C.扫描法D.阵列法28.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、成形法、B和展成法。A.跟踪法B.相切法C.扫描法D.阵列法29.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、成形法、相切法和A。A.展成法B.跟踪法C.扫描法D.阵列法30.卧式车床的主轴孔径 d 通常不小于主轴平均直径的CA.45%50%B.40%42%C.55%56%D.62%63%31.在主传动系设计中，通常，中间轴的最高转速不超过C的转速。A.I 轴B.I

12、I 轴C.电机D.主轴32.采用公用齿轮时，两个变速组的B必须相同。A.齿数B.模数C.分度圆直径D.轴距33.数控机床的发展已经模糊了粗、精加工的工序概念，车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到B上来完成，完全打破了传统的机床分类。A.同一模块B.同一机床C.同一工作台D.同一生产线34.当激振频率D机床的固有频率时，机床将呈现“共振”现象，使振幅激增，加工表面的粗糙度也将大大增加。A.远大于B.远小于C.严格相等D.相接近35.机床运动部件产生爬行，会影响机床的A、工件的加工精度和表面粗糙度。A.定位精度B.刚度C.强度D.固有频率36.采用_ _齿轮时，两个变速组的模数必须相同。AA.

13、公 用B. 滑 移C. 直D.斜37.机床主轴或各传动件的计算转速定义为：C。A.传 递 全 部 功 率 的 最 高 转 速B. 传递全部扭矩的最低转速C.传 递 全 部 扭 矩 的 最 高 转 速D. 传递全部功率的转速二填空（每空 1 分）1.与机床振动直接关联的因素有机床刚度、机床阻尼、机床系统固有频率等。2.为防止爬行，在设计低速运动部件时，主要应采取减少静、动摩擦系数之差的措施。3.机械进给传动系的设计特点有恒转矩传动、前疏后密、采用传动间隙消除机构。4.主变速传动系设计中扩大变速范围的方法包括增加变速组、采用分支传动、采用双公比传动系、采用公用齿轮。5.主变速传动系设计的一般原则包

14、括前密后疏、前多后少、前慢后快。6.三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于 4。7.机床的热变形使产生的加工误差最大，可占全部误差的 70%左右。8.机床的主要技术参数包括尺寸参数、运动参数、动力参数。9.提高支承件结构热稳定性的主要方法包括控制温升、采用热对称结构、采用热补偿装置。10.机床上用来完成工件一个待加工表面几何形状的生成和金属的切除任务的运动，称为表面成形运动。11.沿斜置坐标系的 Z 轴运动可表示为：Z。12.最大相对转速损失率为 29%的标准公比是1.41。13.设计机床主变速传动系时，为避免从动直齿圆柱齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比为

15、 1/4。14.机床主轴或各传动件的计算转速定义为传递全部功率的最低转速。15.机床上刀具和工件运动之间有严格运动关系，称为复合运动。16.坐标系的 Z 轴为主运动可表示为：pZ。17.最大相对转速损失率为 11%的标准公比是1.12。18.设计机床主变速传动系时，为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿圆柱齿轮的最大升速比不大于 2。19.机床上各运动之间无严格运动关系，称为独立运动。20.坐标系的 Z 轴为进给运动可表示为：fZ。21.最大相对转速损失率为 21%的标准公比是1.26。22.设计机床主变速传动系时，为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制斜齿圆柱齿轮的最大升速比不大

16、于 2.5。23.由刀具的点切削刃作直线运动形成轨迹的方法称为轨迹法。24. 运动功能设计包括确定机床所需运动的个数、形式、功能及排列顺序，最后画出机床的运动_原理_图。25工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、_成形法_、相切法和展成法。26. 机床精度包括几何精度、传动精度、_运动精度_、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等。27.齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类方法。28.系列化设计原则，简称“三化”，包括产品系列化、零部件通用化、零部件标准化。三、问答题（每题 5 分）1.简述机床噪声来源。简述机床噪声来源。答：机床噪声源主

17、要来自四个方面：（1 分）1) 机械噪声。如齿轮、滚动轴承及其它传动元件的振动、摩擦等。一般速度增加一倍，噪声增加 6dB。载荷增加一倍，噪声增加 3dB。故机床速度提高、功率加大都可能增加噪声污染。（1 分）2) 液压噪声。如泵、阀、管道等的液压冲击、气穴、紊流产生的噪声。（1 分）3 ) 电磁噪声。如电动机定子内的磁致伸缩等产生的噪声。（1 分）4) 空气动力噪声。如电动机风扇、转子高速旋转对空气的搅动等产生的噪声。（1 分）2.如何选择通用机床、大批量生产的专用机如何选择通用机床、大批量生产的专用机床、专门化机床、自动机以及非自动化小型机床、专门化机床、自动机以及非自动化小型机床主轴变速

18、箱的公比床主轴变速箱的公比？答：1）对于通用机床，辅助时间和准备结束时间长，机动时间在加工周期中占的比重不是很大，转速损失不会引起加工周期过多的延长，为了机床变速箱结构不过于复杂，一般取26. 1或 1.41 等较大的公比；（2 分）2）对于大批量生产的专用机床、专门化机床及自动机，情况却相反，通常取12. 1或 1.26 等较小的公比；（2 分）3）对于非自动化小型机床，加工周期内切削时间远小于辅助时间，转速损失大些影响不大，常采用58. 1、1.78 甚至 2 等更大的公比，以简化机床结构。（1 分）3.举例说明在机床主传动系统设计中，通过增举例说明在机床主传动系统设计中，通过增加变速组来

19、实现扩大变速范围的方法。（加变速组来实现扩大变速范围的方法。（5分）分）答：在原有的变速传动系内再增加一个变速组，是扩大变速范围最简便的方法。但由于受变速组极限传动比的限制，增加的变速组的级比指数往往不得不小于理论值，并导致部分转速的重复。例如，公比为41. 1，结构式为63122312的常规变速传动系，其最后扩大组的级比指数为 6，变速范围已达到极限值 8。如再增加一个变速组作为最后扩大组，理论上其结构式应为：12631222324，最后扩大组的变速范围将等于6441. 112，大大超出极限值，是无法实现的。需将新增加的最后扩大组的变速范围限制在极限值内，其级比指数仍取 6,使其变速范围84

20、1. 163R。这样做的结果是在最后两个变速组6622 中重复了一个转速，只能得到 3 级变速，传动系的变速级数只有 32（22-1）18级 ， 重 复 了 6 级 转 速 ， 变 速 范 围 可 达34441. 1118nR，结构式可写成) 122(23186631。4.在设计分级变速箱时，变速箱公比的选取有在设计分级变速箱时，变速箱公比的选取有哪几种情况哪几种情况?（5 5 分分）答：1）变速箱的公比f等于电动机的恒功率调速范围dNR，即dNfR，功率特性图是连续的，无缺口和无重合。（2 分）2）若要简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比f可取大于电动机的恒功率调速范围dNR，即沪dN

21、fR。这时，变速箱每档内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系功率特性图中出现“缺口”，称之功率降低区。使用“缺口”范围内的转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出的全部功率。为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大。（2 分）3）如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时，取变速箱公比甲；小于电动机的恒功率变速范围，即dNfR，在主传动系功率特性图上有小段重合，（1 分）5.什么是爬行？对机床和工件加工有何影响？什么是爬行？对机床和工件加工有何影响？如何避免爬行现象？如何避免爬行现象？答：1）机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运自，从动件往往出现明

22、显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象。这中在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。（1 分）2）机床运动部件产生爬行，会影响机床的定位精度、工件的加工精度和表面粗糙度。在精密、自动化及大型机床上，爬行的危害更大。（2 分）3）防止爬行，在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。（2 分）6.什么是机床的抗振能力？机床振动有何危什么是机床的抗振能力？机床振动有何危害？哪些因素会影响机床振动？害？哪些因素会影响机床振动？答：（1）机床抗振能力是指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。它包括两个方面：抵抗受迫动的能力和抵抗自激振动的能

23、力。（1分）（2）机床振动会降低加工精度、工件表面质量和刀具寿命，影响生产率并加速机床的损坏，而且会产生噪声，使操作者疲劳等。（2 分）（3）影响机床振动的主要原因有：1)机床的刚度。如构件的材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布，接触表面的预紧力、表面粗糙度、加工方法、几何尺寸等。2)机床的阻尼特性。提高阻尼是减少振动的有效方法。机床结构的阻尼包括构件材料的内阻尼和部件结合部的阻尼。结合部阻尼往往占总阻尼的 70%一 90%左右，应从设计和工艺上提高结合部的刚度和阻尼。3)机床系统固有频率。若激振频率远离固有频率，将不出现共振。（2 分）7.机床主传动系统设计机床主传动系统设计的一般原则？（的一

24、般原则？（5 分）分）答：（1）传动副前多后少的原则1）主变速传动系统从电动机到主轴，通常为降速传动。接近电动机传动件转速较高，根据公式nNM9550可知，传动的转矩 M 较小，尺寸小些，因此，在拟定主变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面。（2 分）（2）传动顺序与扩大顺序相一致的原则当各传动轴最高转速相同时，前密可使最低转速提高，从而减少传动件尺寸。（2 分）（3）变数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。从电机轴到主轴之间总的趋势是降速传动，在分配各变速组传动比时，应前面变速组降速慢些，后面快些，以使中间传动轴具有较高的转速，以减少扭矩，从而减少传动件尺寸。（1

25、分）8.试说明在试说明在机床主传动系统设计中，如何采用机床主传动系统设计中，如何采用双公比的传动系来扩大变速范围。（双公比的传动系来扩大变速范围。（5 分）分）答：在通用机床的使用中，每级转速使用的机会不太相同。经常使用的转速一般是在转速范围的中段，转速范围的高、低段使用较少。双公比传动系就是针对这一情况而设计的。主轴的转速数列有两个公比，转速范围中经常使用的中段采用小公比，不经常使用的高、低段用大公比。（2 分）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。设常规变速传动系8412222216，26. 1，变速范围32116nR，基本组是第二个变速组，其级比指数

26、 X。1;如要演变成双公比变速传动系，基本且的传动副数 P。常选为 2。将基本组的级比指数 X。1 增大到 1+2n，n 是大于 1 的正整数。（2 分）本例中，n2，基本组的级比指数成为 5，结构式变成8452222216，主轴转速范围的高、低段各出现 n = 2 个转速空挡，各有 2 级转速的公比等于58. 12，比原来常见变速传动系增加了 4 级转速的变速范围，即从原来的变速范围 32 增加到80120nR。（1 分）9.模块化设计除类似系列化设的优点外还有哪模块化设计除类似系列化设的优点外还有哪些优点？些优点？答：1)根据科学技术的发展，便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有旧的模块

27、，书高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。2)采用模块化设计，只需更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快翅满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。3）模块化设计方法推动了整个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。由于产品创大多数零部件由单件小批生产性质变为批量生产，有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量，又降低成本。4）模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需更换有关模块，维护催理更为方便，对生产影响少。10.机械进给传动系设计有哪些特点？机械进给传动系设计有哪些特点？答：(1)进给传动是恒转矩传动

28、（1 分）(2)进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速（1 分）(3)进给传动的转速图为前疏后密结构（1 分）(4)进给传动系变速组的变速范围可取比主变速组较大的值，即8 . 25/1进u，变速范围14nR。（1分）(5）进给传动系采用传动间隙消除机构（1 分）(6)快速空程传动的采用(7）微量进给机构的采用11.某传动系结构式某传动系结构式 Z = 233 3226，请根据此讨，请根据此讨论下列问题：论下列问题：（1）该传动系统在传动上有何特点？（1 分）（2）可以采用的最大公比max是多少？（2 分）（3）如采用双速电机时，公比应为多少？（2分）答：1）无基本组，双公比，上下各空一级转

29、速。（1 分）2）8)12(6)1(333Pxr，41. 1max（2 分）3）2)12(3)1(Pxr电，26. 1（2 分）12.主轴变速箱设计中，主轴变速箱设计中， “前多后少前多后少”原则的原则的含义？（含义？（5 分）分）答：1）主变速传动系统从电动机到主轴，通常为降速传动。接近电动机传动件转速较高，根据公式nNM9550可知，传动的转矩 M 较小，尺寸小些；（2 分）2）反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸较大。（1 分）3）因此，在拟定主变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，将传动副较少的变速组安排在后面，使主变速传动系统中更多的传动件在高速范围内工作

30、，尺寸小些，以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。（2 分）13.试述试述进给传动系设计要能满足基本要求。进给传动系设计要能满足基本要求。答：1）具有足够的静刚度和动刚度；2）具有良好的快速响应性；做低速进给运动或微量进给时不爬行，运动平稳，灵敏度高。3）抗震性好，不会因摩擦自振而引起传动件的抖动或齿轮传动的冲击噪声；（3 分）4）具有足够宽的调速范围，保证实现所要求的进给量，以适应不同的加工材料；5）进给系统的传动精度和定位精度要高；6）结构简单，加工和装配工艺性好。调整维修方便，操纵轻便灵活。（2 分）四、计算题四、计算题1. 设计一台 8 级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为 n

31、max= 1400 r/min。要求采用转速为1440/710 r/min 的双速电机。（1）写出结构式（2）求出公比（3）验算最后变速组的变速范围（4）分配降速比（5）画出转速图答：（1）结构式：4122228（ 2 ）公 比：27101440)12(2)1(pxr电；1.412 （ 3 ） 最 后 变 速 组 的 变 速 范 围841.41)12(4)1(pxr， 合格。（4）分配降速比1minmaxznnnR；35.12641. 11400181maxminznnr/min，取125minnr/min3205055. 5min111141. 1112571011nn电（5）绘制转速图2.

32、 已知某中型车床，主轴最高转速2000maxnr/min，主轴最低转速45minnr/min，公比41. 1。采用异步电动机，电动机额定转速1440dnr/min。试设计主轴变速箱传动系统。（1）确定主轴转速级数。（2）写出结构式。采用双速电机的车床主传动系统电（3）验算最后变速组变速范围。（4）分配降速比。（5）画出转速图。答：（1）12141. 1lg452000lg1lglgnRz（2）63122312（3）8841. 1)12(6)1(pxr满足要求（4）分配降速比43209. 109.1009.10min1111141. 1145144011nnUd总降（5）绘制转速图Z1:Z2Z5

33、:Z6Z13:Z14电14004563901251805003552507102000Z11:Z12Z3:Z4Z9:Z10Z7:Z810001440120:1703. 根据图示某车床主传动系统转速图，回答下列问题？（1）写出其结构式（2）写出-轴间变速组的变速范围（3）轴变速范围公式及其大小（4）找出各轴的计算转速（5）找出轴上齿轮的计算转速答： （1）结构式：63122312；（2）841. 1)12(6)1(pxr；（3）4441. 11111)12(6)12(3)13(1321rrrRn或445 .311400minmaxnnRn；（4）9041. 15 .31131213minzjnn

34、r/min（5）轴号IIIIIInj71035512590齿轮Z18Z60Z62Z42nj3551251253554. 某车床的主轴转速为 n401800 r/min ，公比1.41，电动机的转速 n电1440 r/min ，试：（1）确定主轴转速级数。（2）写出结构式。（3）验算最后变速组变速范围。（4）分配降速比。（5）画出转速图。答：（1）该主轴的变速范围为:45401800minmaxnnRn根据变速范围、公比可求变速的级数12141. 1lg45lg1lglgnRZ（2）拟定结构式。根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的原则确定（3）最后扩大组的变速范围：841. 1)12(

35、6)1(iiPxiR符合要求（4）43243. 143.1043.10min1111141. 1140144011nnUd总降（5）查表可获得 12 级转速为 40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、631223121800作转速图如下：5. 某机床主轴转速 n1001120 r/min，转速级数 z8，电动机转速 n 电1440 r/min ，试：（1）确定公比。（2）写出结构式。（3）验算最后变速组变速范围。（4）分配降速比。（5）画出转速图。解：（1）2 .111001120minmaxnnRn712 .11ZnR1.41（2）拟定 8 级转速

36、的结构式：根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定4212228（ 3 ） 最 后 扩 大 组 的 变 速 范 围 ：8441. 1)12(4)1(iiPxiR符合要求（4）3218 . 18 . 78 . 7min1111141. 11100144011nnUd总降（5）查表可获得 8 级转速为 100，140，200，280，400，560，800，1120第三章第三章典型部件设计典型部件设计一、一、单项选择题（每题单项选择题（每题 1 分）分）1.CA6140 车床主轴前支承釆用B。A滑动轴承B 双列圆柱滾子轴承C.静压滑动轴承D.动压滑动轴承2.要求导轨导向性好,导轨面

37、磨损时,动导轨会自动下沉,自动补偿磨损量时应选B。A.矩形导轨B.三角形导轨C.燕尾形导轨D.圆柱形导轨3.直线运动导轨的截面形状主要有四种：矩形、A、燕尾形和圆柱形，并可互相组合。A. 三角形B. 凹形C. 凸形D.环形4.适应高速轻载或精密机床的主轴轴承配置形式应选择A。A. 速度型B. 刚度型C.速度刚度型D. 抗振型5.导轨按结构形式可分为B和闭式导轨。A矩形B开式导轨C燕尾形D 三角形6.双矩形组合导轨有制造简单及C的优点。A调整简单B精度保持性好C承载能力大D承受较大倾覆力矩7.数控机床进给系统中采用齿轮传动副时，如果不采用消隙措施，将会D。A增大驱动功率B降低传动效率C增大摩擦力

38、D造成反向死区8.滚珠丝杠的主要载荷是B。A径向载荷B轴向载荷C运动载荷D静止载荷9.主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速机构传给主轴，使主轴带动工件按规定转速旋转，以实现C。A旋转运动B进给运动C主运动D辅助运动10. 滚珠丝杠的支承方式中，一端固定，另一端自由方式，常用于短丝杠和B。A.长丝杠B. 竖直丝杠C. 大导程丝杠D. 细丝杠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D。A.曲率B.刚度C.强度D.挠度12.丝杠传动的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度，支承刚度和A三部分组成。A. 螺母刚度B.静刚度C.动刚度D.接触刚度13.支承件结构的合理设计是应在最小质量条件下

39、，具有最大A.A.静刚度B.动刚度C.局部刚度D.接触刚度14.在磁路构造上，A伺服电动机一般做成双边型，磁场对称，不存在单边磁拉力，在磁场中受到的总推力可较大。A.直线B.直流C. 同 步 交流D.异步交流二、填空题（每空二、填空题（每空 1 分）分）1.两个方向的推力轴承都配置在前支承处的配置形式称为前端配置。2.两个方向的推力轴承都配置在后支承处的配置形式称为后端配置。3.两个方向的推力轴承分别布置在前、后两个支承处的配置形式称为两端配置。4.开式导轨的特点是结构简单，但不能承受较大的颠覆力矩。5.非接触式刀具识别方法主要包括磁性识别法、光电识别法、图像识别法。6.刀库容量较大，当采用多

40、环时，外形较紧凑，占用空间较小为特点的刀库是链式刀库。7.为了降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，应选卸荷导轨。8.丝杠的预拉伸量应能补偿丝杠的热变形。9.在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有的抗干扰能力更高。10.利用一套标准元件和通用部件按加工要求组装而成的夹具，称为组合夹具。11.齿轮传动间隙的消除有_刚性_调整法和柔性调整法两类方法。三、问答题（每题 5 分）1.提高支承件结构性能的措施有哪些？答：（1）提高支承件的静刚度和固有频率，主要方法是：1）根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和肋条；2）可

41、以用有限元方法进行定量分析，以便在较小质量下得到较高的静刚度和固有频率；3)改善支承件间的接触刚度以及支承件与地基联结处的刚度。（2 分）（2）提高动态特性，1）改善阻尼特性，2）采用新材料制造支承件。（1 分（3）提高热稳定性，1)控制温升，2)采用热对称结构，3)采用热补偿装置。（2 分）2.导轨有哪些组合形式？各自的特点为何？（1）双三角形导轨，不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好。但是，工艺性差，加工、检验和维修不方便。多用在精度要求较高的机床中，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。（2 分）（2）双矩形导轨，承载能力大，制造简单。多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车

42、床、组合机床、升降台铣床等。（1 分）（3）矩形和三角形导轨的组合，这类组合的导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。（1 分）(4)矩形和燕尾形导轨的组合能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。（1 分）3.机床导轨应满足哪些要求？答：(1) 导向精度高，导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度、导轨的结构形式、导轨和支承件的刚度、导轨的油膜厚度和油膜刚度、导轨和支承件的热变形等等。（1 分）(2)承载能力大，刚度好，根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，

43、合理地选择导轨截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。（1 分）(3)精度保持性好，精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨（或硬粒）磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。（1分）(4)低速运动平稳，当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出爬行现象。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、摩擦因数的差值，以及传动导轨运动的传动系刚度。（1分）(5)结构简单、工艺性好（1 分）4.简述滚珠丝杠的三种支承方式，并分别说明其适用场合。（5 分）答：滚

44、珠丝杠的支承方式有三种：一端固定一端自由方式；一端固定一端简支方式；两端固定方式。（2 分）(1)一端固定，另一端自由方式；常用于短丝杠和竖直丝杠。（1 分）(2)一端固定，一端简支承方式，常用于较长的卧式安装丝杠。（1 分）(3)两端固定，用于长丝杠或高转速，要求高拉压刚度的场合。（1 分）5.陶瓷滚动轴承有哪些特性？（5 分）答：陶瓷滚动轴承的材料为氮化硅(Si3N4),密度为33kg/m102 . 3，仅为钢(33kg/m108 . 7)的 40%，线膨胀系数为C/103o6，比轴承钢小得多（C/105 .12o6），弹性模量为 315GPa，比轴承钢大。在高速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚动

45、轴承相比：质量小，作用在滚动体上的离心力及陀螺力矩较小，从而减小了压力和滑动摩擦；滚动体线胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；弹性模量大，轴承的刚度增大。6.磁浮轴承有哪些特点?1)磁浮轴承的特点是无机械磨损，理论上无速度限制；（1 分）2)运转时无噪声，温升低、能耗小；不需要润滑，不污染环境，省掉一套润滑系统和设备；（1 分）3）能在超低温和高温下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蚀性环境中。（1 分）4)装有磁浮轴承的主轴可以适应控制，通过监测定子绕组的电流，灵敏地控制切削力，通过检测切削力微小变化控制机械运动，以提高加工质量。（1 分）5)因此磁浮轴承特别适用于高速、超

46、高速加工。（1 分）7.主轴组件前轴承精度为何高于后轴承？答：主轴轴承中，前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的，前轴承轴心有偏移a，后轴承轴心偏移量为零，由偏移量a引起的主轴端轴心偏移为aaLaL1（2 分）后轴承轴心有偏移b，前轴承轴心偏移量为零，由偏移量b引起的主轴端轴心偏移为bbLa1（2分）显然，前支撑的精度比后支撑对主轴部件的旋转精度影响较大。因此，选取轴承精度时，前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承的精度高一级。（1 分）8.端齿盘定位有何特点。1)定位精度高。由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘，其分度精度一般可达土 3左右，最高可达 0.4以

47、上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。（2 分）2)重复定位精度好。由于多齿啮合相当于上下齿盘齿的反复磨合对研，越磨合精度进高，重复定位精度也越好。（2 分）3)定位刚性好，承载能力大。两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿；啮合率不少于 90%，齿面啮合长度不少于 60%，故定位刚性好，承载能力大。（1 分）9 常用的消除齿轮传动间隙的方法有哪几种？简述各自特点？（1）齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类方法。（1 分）（2）刚性调整法是调整后的齿侧间隙不能自动进行补偿，如偏心轴套调整法、

48、变齿厚调整法、斜齿轮轴向垫片调整法等。特点是结构简单，传动刚度较高。但要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差，否则将影响运动的灵活性。（2分）（3）柔性调整法是指调整后的齿侧间隙可以自动进行补偿，结构比较复杂，传动刚度低些，会影响传动的平稳性。主要有双片直齿轮错齿调整法，薄片斜齿轮轴向压簧调整法，双齿轮弹簧调整法等。（2 分）第四章第四章工业机器人设计工业机器人设计一单项选择题（每题一单项选择题（每题 1 分）分）1.一个三自由度圆柱坐标型机器人，其运动功能式为C。A.MO/321B.MYO/321C.MYZO/321D.MYZXO/3212.关节型机器人的特点是灵活性好，工作空间范围大，但刚度和B

49、较低。A.强度B. 精度C.柔度D.可靠性3.关节型机器人的特点是B好，工作空间范围大，但刚度和精度较低。A.强度B. 灵活性C.柔度D.可靠性4.关节型机器人的特点是灵活性好，工作空间范围大，但B和精度较低。A.强度B. 刚度C.柔度D.可靠性5.对轻负荷的搬运，上、下料点位操作的工业机器人，则可以考虑采用A驱动方式。A.气动B.液压C.电机D.磁力二填空（每空 1 分）1.利用电磁控制阀将吸盘与真空泵相联，当抽气时，吸盘腔内的空气被抽出，形成负压而吸住物体称为真空泵排气式吸盘。2.靠向下挤压力将吸盘内的空气排出，使其内部形成负压，将工件吸住称为挤压排气式吸盘。3.控制阀将来自气泵的压缩空气

50、自喷嘴通人，形成高速射流，将吸盘内腔中的空气带走而形成负压，使吸盘吸住物体称为气流负压式吸盘。4.额定负载是指在机器人规定的性能范围内，机械接口处所能承受负载的允许值。包括末端执行 器 的 重 力 、 抓 取 工 件 的 重 力 及 惯 性 力（矩）、外界的作用力（矩）。5.下列哪项是工业机器人额定速度的定义指在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。6.机械手的手爪在抓住刀具后还必须有锁刀功能，以防止换刀过程中掉刀或刀具被甩出。7.工业机器人常用的驱动方式有电动机驱动、液压驱动、气动驱动。8.称为机器人机械本体，也可称为主机的是操作机。9.按照用途分类，工业机器人主要有焊接机器人、

51、冲压机器人和水下机器人等。10.操作机通常包括手臂、末端执行器、机座。11.对轻负荷的搬运，上、下料点位操作的工业机器人，则可以考虑采用的驱动方式为气动。12. 对双波传动谐波齿轮减速装置，刚轮和柔轮的齿数差应为_2_。13.机器人性能指标按作业要求确定。一般指位姿_准确度_及位姿重复性（点位控制）、轨迹准确度及轨迹重复性（轨迹控制）、最小定位时间及分辨率等。14.工业机器人的运动功能设计，也可称为自由度设计。其设计内容包括自由度个数、各关节运动的性质及排列_顺序_，在基准状态时关节轴的方位等等。三、问答题（每题 5 分）1.简述工业机器人按机械结构类型分为哪几类简述工业机器人按机械结构类型分

52、为哪几类?各有何特点？各有何特点？答：分为关节型机器人，球坐标型机器人，圆柱坐标型机器人和直角坐标型机器人。（1 分）(1) 关节型机器人，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。（1 分）(2) 球坐标型机器人，其特点是灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较差。（1 分）(3) 圆柱坐标型机器人，按圆柱坐标形式动作。其特点是灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好。（1 分）(4)直角坐标型机器人，刚度和精度高，但灵活性差，工作空间范围小。（1 分）2.何为工业机器人的手腕？有何功能？何为工业机器人的手腕？有何功能？手腕是联接手臂和末端执行

53、器的部件，其功能是通过机械接口连接并支撑末端执行器，在手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐标（自由度）的基础上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态（方位）坐标，即实现三个旋转自由度。（3 分）通常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（）。当有特殊需要时，还可以实现小距离的横移运动。手腕的自由度愈多，结构和控制愈复杂。因此，应根据机器人的作业要求来决定其应具有的自由度数目。在多数情况下，手腕具有一两个自由度即可满足作业要求。（2 分）3.工业机器人的手腕设计应满足哪些要求？工业机器人的手腕设计应满足哪些要求？答：1)由于手腕处于手臂末端

54、，为减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减小其质量和体积。为此腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安置在手臂的后端。2)手腕部件的自由度愈多，各关节角的运动范围愈大，其动作的灵活性愈高，机器人对作业的适应能力也愈强。但增加手腕自由度，会使手腕结构复杂，运动控制难度加大。因此，设计时，不应盲目增加手腕的自由度数。通用目的机器手手腕多配置三个自由度，某些动作简单的专用工业机器人的手腕，根据作业实际需要，可减少其自由度数，甚至可以不设置手腕，以简化结构。3)为提高手腕动作的精确性。应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。如齿轮传动中的齿侧间隙、丝杠螺母中的传动间

55、隙、联轴器的扭转间隙等。对分离传动采用链、同步齿带传动或传动轴。4)对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械挡块，以防止关节超限造成事故。4.工业机器人机座结构设计有哪些要求？工业机器人机座结构设计有哪些要求？答：1)要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性。（2 分）2)机座承受机器人全部重力和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力。（1 分）3)机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大。因此机座与手臂的联接要有可靠的定位基准面，要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构。（2 分）5. 工业机器人和操作机在工业机器人和操作机在 GB/12643-1997 中是中是如

56、何定义的？如何定义的？答：工业机器人定义：“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或挟持工具，用以完成各种作业”；（3 分）操作机定义：“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。（2 分）6 6图示为带环形柔轮的外啮合复波式谐波传动图示为带环形柔轮的外啮合复波式谐波传动机构，简述其工作原理及特点。机构，简述其工作原理及特点。答：图 4-19 是这种外啮合复波式谐波传动原理简图。图中 H为波发生器，G1为第一级固定刚轮，G2为第二级输出的活动刚轮，R1和 R2为固连在一宽柔轮上的两个柔轮齿圈，在宽度上分别与刚轮 G2和 G1啮合。

57、于是，波发生器 H、柔轮 R2和刚轮 G2组成第一级谐波减速传动（波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动）。而波发生器 H、柔轮 R2和刚轮 G2组成第二级谐波减速传动（波发生器主动，柔轮相对固定，刚轮从动）。复波式谐波齿轮传动使用于大传动比、高精度的减速装置中。其特点是结构简单、传动比范围大，精度高，但齿间磨损较大，传动效率约为 65%。7.简述回转型夹持器和平移型夹持器各自的特简述回转型夹持器和平移型夹持器各自的特点？点？答：1）回转型夹持器结构较简单，但当所夹持工件的直径有变动时，将引起工件轴心的偏移。这个偏移量称为夹持误差。（2 分）2）对平移型夹持器，工件直径的变化不影响其轴心的位置。但其

58、结构较复杂，体积大，制造精度要求高。（2 分）3）当设计机械式夹持器时，在满足工件定位精度要求条件下（工件的定位精度取决于操作机的定位精度和夹持器的夹持误差大小），尽可能采用结构较简单的回转型夹持器。（1 分）8.气吸式末端执行器有哪几种方式？各有何特气吸式末端执行器有哪几种方式？各有何特点？点？答：气吸式末端执行器有挤压排气式吸盘、气流负压式吸盘和真空泵排气式吸盘三种。（2分）(1) 挤压排气式吸盘靠向下挤压力将吸盘 3内的空气排出，使其内部形成负压，将工件 4吸住。结构简单、质量小，成本低的优点，但吸力不大，多用于吸取尺寸不大，薄而轻物体。（1 分）(2)气流负压式吸盘控制阀将来自气泵的压

59、缩空气自喷嘴通人，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。这种吸盘比较方便，且成本低。（1 分）(3)真空泵排气式吸盘利用电磁控制阀将吸盘与真空泵相联，当抽气时，吸盘腔内的空气被抽出，形成负压而吸住物体。这种吸盘工件可靠，吸力大，但需配备真空泵及其控制系统，费用较高。（1 分）四、计算题四、计算题1. 试求两自由度机器人运动功能矩阵T0,m 。x0ymzmz1x1z0c0a1o0z2y2c2o1omo21000100001000011000100001000011000010000010010100000010010100100001000000100010000100

60、001100010000100001100010000100001100001000000100000001001000010000001000100001000012211111022111111111111102221110, 0cZaCSSCccZCSSCCSaSCCSSCcTTTTTTmm式中：90，11cosC，11sinS，1000010000122111122111, 0caZcSSCaZcCCSTm2.试求两自由度平面机器人运动功能矩阵T0,m 。x0y0ymxmy1x2L1L221x1y1O1=O0O2答：10000100001000110000100000010000100