《机械制造装备设计》期末试题及答案（精编版）

1、机械制造装备设计模拟试题3参考答案一、选择（ 10 分，每小题1 分）1. 为了快速响应市场，提出了许多新的制造模式，例如d。a. “刚性”生产制造模式b. 计算机辅助制造c.成组技术d.“精益敏捷柔性”2. 借助磨具对板料施加外力，迫使材料按磨具形状、尺寸进行剪裁和塑性变形，得到要求的金属板制件的设备，称为b。a.挤压机b.冲压机c.轧制机d.锻造机3. 普通车床的主要性能指标（第二主参数）是b。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. 机床在空转条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度，称为a。a.几何

2、精度b. 运动精度c. 传动精度d. 定位精度5. 称为机器人机械本体，也可称为主机的是d。a. 手臂b.末端执行器c. 机座d.操作机6. 一个四自由度平面关节型搬运（scara ）机器人，其运动功能式为b。a. o /1234 / mb. o /12 z3 / mc. o /1 zx2 / md. o /xyz/ m7. 表示被加工零件在机床上的加工过程和加工方法的技术资料，称为 。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8. 刨床进给量的单位为b。a. 毫米 /每转b.毫米/冲程c.毫米 /分钟d.转/分钟9. 把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置，称为。

3、a. 上料器b. 隔料器c.减速器d.分路器10. 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.抗振型二、填空（ 20 分，每小题1 分 ） 1机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家和地区国民经济 现代化 的程度。2. 适应控制分约束适应控制、最佳适应控制和 学习适应控制 等。3. 摇臂钻床的主参数是 最大钻孔直径 。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. 当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，这种现象，称为 爬行 。6. 工业机器人额定负载主要根据作用于机械接

4、口处的力和 力矩 来确定。7. 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的负载的 允许值 。8. 摇臂钻床的主要性能指标是主轴中心线至立柱母线的 最大距离 。9. 机床的几何精度是指机床空载条件下，在不运动或运动速度较低时各主要部件的形状，相互位置和 相对运动 的精确程度。10. 机床的抗振性包括两个方面：抵抗受迫振动和抵抗 自激振动 的能力。11. 传动轴通过轴承在箱体内轴向固定的方法有一端固定和12. 滑动导轨间隙常用 压板 和镶条来调整。 两端固定 两类。13. 目前在刀架的定位机构中，多采用锥销定位和 端面齿盘 定位。14. 滚珠丝杠常采用预拉伸方式，以提高其拉压刚度和

5、补偿其 热变形 。15. 一般可取机器人处于机械原点时的状态作为基准状态。也可以取机器人各关节轴线与基座直角坐标系轴线 平行 时的状态作为基准状态。16. 吸附式末端执行器（又称吸盘），有 气吸 式和磁吸式两种。17. 双公比变速传动系统是在常规变速传动系统基础上，通过将基本组的级比指数增大到 1+2 n 演变来的， n 是大于 1 的正整数。18. 机械手的手爪在抓住刀具后还必须有具被甩出。 锁刀 功能，以防止换刀过程中掉刀或刀19. 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齿轮外圆不相碰。 4 ，以保证滑移时20. 直线伺服电动机可直接驱动工作台进行直线运动，据文献介绍， 它的

6、最大进给速度可达到 100m/min ，最大加 /减速度为18g。三、问答（ 15 分，每小题3 分）1. 试述变速箱内传动轴的轴向固定方法及特点？ 答：有一端固定和两端固定两种，（ 1 分）采用单列向心球轴承时，可以一端固定也可以两端固定； 采用圆锥滚子轴承时，则必须两端固定。（ 1 分）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，因此，宜用于长轴。（1 分）2. 工业机器人与机床在基本功能和工作原理上有何异同?答：（ 1）相同： 1）两者的末端执行器都有位姿变化要求。2）两者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。（ 1 分）（2）不同： 1）机床以直角坐标形式为

7、主，机器人以按关节形式运动为主。（1 分2）机床的刚度精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人灵活性要求很高，其刚度精度相对较低。（ 1 分3. 在生产线专用机床的总体设计中，“三图一卡”的设计工作指的是什么？（3 分） 答：（ 1） 被加工零件工序图， （ 1 分）（2） 加工示意图（1 分）（3） 机床总联系尺寸图（1 分）（4） 生产率计算卡4. 若主轴刚度低，支承刚度高，主轴跨距应如何选择？（3 分）答：可选主轴跨距略小于最佳跨距l 0 （ 2 分）此时主轴综合刚度主要受轴承影响，即轴承支撑刚度高，主轴综合刚度也高。（ 1 分）5. 回转型夹持器与平移型夹持器各有何特点？（3 分）答：

8、（ 1）回转型夹持器结构较简单，但所夹持工件直径有变动时，将引起工件轴线的偏移；（2 分）（2） 平移型夹持器结构较复杂、体积大、制造精度要求高，但工件直径变化不影响工件轴心的位置（ 1 分）四、分析推导（12 分，每小题4 分） 1某数控机床工作台驱动系统及参数 如图 2 所示，求转换到电机轴上的等效转动惯量jl 。(4 分)v1重力:g=3000nz2丝杠导程:s=5mm电动机z1齿 轮参数轴丝杠电动机z1z2n(r/min)720360360360720j(kg/ m )0.010.160.0040.0120.224图2 工作台驱动系统2jk答： 1 j lk k2mvii（ 2 分）2

9、jl0.0127200.1623600.00423600.01223603000360510 30.017200.040.0017200.030.00027207209.872020.054( kgm2 )（2 分）2. 在数控机床变速箱中，采用调速电动机无级调速。试导出变速箱的公比f 等于电动机恒z 1功率调速范围rdn时，变速箱的变速级数z 的表达式。（ 4 分）答： 1rnnrdnfz 1rnn frdnzlg rnn lglg rdnf1（ 2 分）当 rdnf 时zlg rnn（ 2 分）lgf3. 试述根据什么原则选择支撑件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状，为什么为该形状？

10、（ 4 分）答：（ 1）无论是方形、圆形或矩形空心截面的刚度都比实心的大，同样截面形状和面积，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弯刚度和抗扭刚度都高；（ 1 分）（2） 圆（环）形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯刚度比方形的低；（ 1 分）（3） 封闭界面的刚度远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度；（ 1 分）（4） 摇臂钻床摇臂在加工时，即受弯又受扭，因此选非圆非方空心封闭形状。且高度尺寸大于宽度尺寸。俗称“耳朵”形。（ 1 分）五、转速图设计（13 分）根据图 2 所示 z3040 摇臂钻床主传动系统转速图，回答下列问题？（13 分）电3961：2000(1). 写出其结构式

11、： （ 2 分）(2). 写出 -轴间变速组的变速范围公式及其大小（ 2 分）(3). 写出轴变速范围公式及其大小（1 分）(4). 找出轴iii 的计算转速（4 分）3 5：5537： 4239： 3138：3829： 4720：5044： 341250800630500400315250200(5). 找出轴上齿轮的计算转速：（4 分）22：4420：8016012510080634025图3.z3040摇臂钻床主传动系统答：（ 1）结构式： 162 2252428； （ 2 分）(2)rx( p 1)1.268( 2 1)6.35 ；（ 2 分）（3） rn或r1r2 r3 r42 (2

12、 1)5 (2 1)4 (2 1)8(2 1)191.261980.7齿轮z20z61z44z34nc315100100250rn（4）(5)nmax nmin20002580；（ 1 分）轴号iiinc50020010080六、机器人设计计算（10 分）试求三关节平面机器人运动功能矩阵t0,m 。（ 10 分）x my mx 3y 3 3x2l3y2 2x1l2y0y1o1=o0 1x0l1答：（ 1 ）变成基准状态后，建立运动功能矩阵图3. 平面机器人 t0,mt0 ,m 123t1 t2 t2 t3 t3 tm c1s100100l 1c2s200s1c1000100s2c2000010

13、00100010000100010001100l 2c3s300100l30100s3c3000100001000100010000100010001式中：c1cos1 ， c 2cos2 ， s1sin1 ， s2sin2 （ 6 分）t0 ,m c123 s123 00s123 c123000c123 l 30s123l 310c12l 2s12l 201c1l1s1l1式中：c123cos( 123 ) ，s123sin(123 ) （4 分）七、手腕（ 10 分）图示为由圆锥齿轮传动所构成的三自由度的机械传动手腕的机构简图，试求当 b、c 轴不转动， a 轴以转速n a 单独转动时，手

14、抓绕轴的回转运动n5，以及当 a、c 轴不转动， b 轴以转速 n b 单独旋转时，产生的手抓绕轴回转的诱导运动'n5 。（ 10 分）答：（ 1） a 轴以转速na 单独转动时，手抓绕轴的回转运动n55anz1 z3 n z2 z4（ 2 分）（2）当 a、c 轴不转动， b 轴以转速nb 单独旋转时，n6n7z9 nbz 7（ 1 分）壳体 6、 z 3 、 z 4组成行星轮系，z 4 为行星齿轮，壳体6，为行星轮架，产生的手抓绕轴n5回转的诱导运动' 。'n3n7n5n7z 4（ 2 分）z 3n30 ，'z 3z 4n5z 4n7 ，'(z 3n

15、5z 4 ) z 9z 4z 7nb （ 5 分）八、抓手（ 10 分）求楔块杠杆式回转型夹持器中，夹紧力 fn 和驱动力fp 之间的关系式，并讨论该回转型夹持器的特性。（ 10 分）答：（ 1）受力分析如图所示（3 分）（2）推导计算；2fsin'pfp；f c'pfbnfnf c'pf cp（ 5 分）b2b sin（ 3）讨论该夹持器的特性：角增大，将使夹紧力fn 减小。楔块和滚子间为滚动接触，摩擦力小，活动灵活，且结构简单，但夹紧力小，适用于轻载场合。（2 分） 选择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

16、称为b。a.“传统模式”b. “精益生产”c. “敏捷制造”d.“并行工程”2. 借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁和塑性变形，得到要求的金属板制件的设备，称为b。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. 机床定位部件运动达到规定位置的精度，称为a. 几何精度d。b. 运动精度c. 传动精度d. 定位精度5. 为了降低导轨面的压力，减少摩差阻力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，应选b。a.滑动导轨b.卸荷导轨c.滚动导轨d.动压导轨6.

17、 一个四自由度圆柱坐标型搬运机器人，其运动功能式为c。a. o /1234 / mb. o /12 z3 / mc. o /1 zx2 / md. o /xyz/ m7. 在的导向系统中装有陀螺仪，该导航方式称为b。a. 电磁引导b. 惯性导航c.光学引导d.激光导航8. 适应中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床主轴轴承配置形式应选择b。a. 速度型c.速度刚度型 9铣床进给量的单位为c。b.d.刚度型抗振型a. 毫米 /每转b.毫米/冲程c.毫米 /分钟d.转/分钟10要求导轨可以承受较大的颠覆力矩，高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，应选c。a.矩形导轨b. 三角形导轨c. 燕尾形导轨d

18、. 圆柱形导轨填空1. 当前提高制造生产能力的决定因素不再是劳动力和 资本 的密集积累。2. 机械制造装备的精密化成为普遍的发展趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至 纳米级 。3. 升降台铣床的主参数是工作台工作面的 宽度 。4. 任何一个表面都可以看成一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。这两条曲线（或直线）称为该表面的 发生线 。5. 把听阈作为基准声压，用相对量的对数值表示，称之为声压级lp（ db），其表达式为 lp = 20 lg （ p / p0 ） 。6. 机床抗振性是指机床在 交变载荷 作用下，抵抗变形的能力。7. 当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往

19、出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时块时慢的现象。这种现象称为 爬行 。8. 设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大，一般限制直齿圆柱齿轮的最小传动比 u主 min1 / 4 ，为避免扩大传动误差，限制最大传动比u主 max2 。9. 滚动轴承的预紧力分为三级，轻预紧适用于高速主轴，中预紧适用于中、低速主轴， 重 预紧适用于分度主轴。10. 角接触球轴承及圆锥滚子轴承有泵油效应，润滑油必须由 小口 进入。11. 工作空间是指工业机器人正常运行时， 手腕 参考点能在空间活动的最大范围。12. 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。13. 在

20、末端执行器上的参考点p 相对于基座坐标系的速度，可通过相应间的微分而得到。 位置 变量对时14. 机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大 工作能力 的一种参数。15. 系列化设计应遵循“产品系列化、零部件原则。 通用化 、标准化”原则，简称“三化”16. 主轴组件的精度保持性是指长期保持其 原始制造精度 的能力。17. 卸荷系数 h 表示导轨 卸荷量 的大小，由hfn /fw 式确定。18. 机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式和 自由度 数表示。19. 工业机器人额定速度是指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中， 机械接口中心的 最大速度 。20 各种类型机床对温升都有一定限制，

21、如普通机床，连续运转条件下允许温升为 3040 。问答1. 试述机床的基本参数包括哪些内容？答：（ 1）尺寸参数：指机床主要结构尺寸参数，通常包括与被加工零件有关的尺寸；标准化工具或夹具安装面尺寸。（2） 运动参数：机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台）的运动速度。（3） 动力参数：包括机床驱动的各种电动机的功率或转矩。2. 非接触式刀具识别装置有何特点？常用哪两种识别法？答： 1 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，适用于高速、换刀频繁的工作场合。2 常用的种识别方法为：磁性识别法和光电识别法。3. 试述 sk 型悬挂式链条与hp 型套筒式链条组成

22、刀库的形式有何不同？答：（ 1） sk 型悬挂式链条组成的刀库，只能是“外转型”，故当刀库为方形时，就不能充分利用中间空间；（2） hp 型套筒式链条组成的刀库，再刀套“内转”时，不发生刀套之间的干涉；（3） 故刀库空间利用率比悬挂式高4. 主轴变速箱设计中，为什么要遵循“前多后少”的原则？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m9550 nn可知，传动的转矩m 较小，尺寸小些；（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。（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

23、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，尺寸小些， 以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。 5机床主传动系统设计中，扩大变速范围的方法有哪些？答：（ 1）增加变速组； 是扩大变速范围最简单的方法，但增加的变速组的级比指数不得不小于理论值，导致部分转速重复。（2） 采用背轮机构高速直连传动时，应使背轮脱开，以减少空载功率损失、噪声和发热及避免超速现象。（3） 采用双公比的传动系统（4） 采用分支传动分析推导1. 试述主轴液体静压滑动轴承的工作原理。答：（ 1）当有外载荷f 向下作用时，轴径失去平衡， 沿载荷方向偏移一个微小位移e。油腔3 间隙减小，即h3he 间隙液阻增大，

24、流量减小， 节流器t3 的压力降减少， 因供油压力ps 是定值，故油腔压力p3 随着增大；（2）同理，上油腔1 间隙增大，即h1he间隙液阻减小， 流量增大， 节流器t3 的压力yj降增大，油腔压力p1 随着减小；zi（ 3）两者的压力差pp3p1 ，将主轴推回中心以平衡外载荷f。ojxj-3zj5oiyi 4xi图1. 坐标系o j 相对于参考坐标系oi 绕坐标轴的旋转与平移2. 杆件动坐标系oj 相对于参考坐标系oi 先绕 z i 轴转 90°再绕 xj 轴转 90°然后平移。求齐次变换矩阵 itj 。答： 1i tj 1000100010004010310050011

25、0000100000010001001000101041003010500013根据结构式z = 2 3×32× 26 分析，（1） 该传动系统有何特点？（2） 可以采用的最大公比是多少？（3） 如采用双速电机时，公比应为多少？答：（ 1）无基本组，双公比，上下各空一级转速。（2） r3x 3 ( p3 1)6( 2 1)8 ，1.41（3） r电x( p 1)3( 2 1)2 ，1.26转速图设计设计一台 12 级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为nmax = 1500 r/min 。要求采用转速为 1500/750 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： 12233126(2) 公比：r电1500750x( p 1)23(2 1)；3 21.26（3） 最后变速组的变速范围rx( p 1)1.26 6( 2 1)48 合格（4） 分配降速比rnm axnnm inz 1 ；nnmaxminz 115001.2612 1118电r/min采用双速电机的车床主传动系统1电nminn175011811.26818121214（5）绘制转速图机器人设计计算试求三自由度机器人运动功能矩阵t0,m 。