《机械制造装备设计》期末试题及答案

《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）为了快速响应市场提出了许多新的制造模式例如 [ D ]。“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”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. 锻造机普通车床的主要性能指标（第二主参数）是[ B ]。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、相互位置和相对动的精确程度，称为[ A ]。A.几何精度 B.运动精度C.传动精度 D.定位精度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.操作机一个四自由度平面关节型搬运机器人，其运动功能式[ B 。A. O/ /M B.O/Z /M1 2 3 4 1 2 3C. O/ZX /M D.O/XYZ/M1 2[Ｂ。A.被加工零件工序图C.机床总联系尺寸图8B]。B.加工示意图D.生产率计算卡A.毫米/每转B.毫米/冲程C.毫米/分钟D.转/分钟把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置，称[ Ａ]A.上料器 B.隔料器C.减速器 D.分路器适应高速轻载或精密机床的主轴轴承配置形式应选[ 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现代程度。适应控制分约束适应控制、最佳适应控制学习适应控等。摇臂钻床的主参数最大钻孔直。在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的基产品。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运动，这种现象，称爬。6．工业机器人额定负载主要根据作用于机械接口处的力力矩 来确定。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允许。摇臂钻床的主要性能指标是主轴中心线至立柱母线最大距。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，相互位置相对运的精确程度。机床的抗振性包括两个方面：抵抗受迫振动和抵自激振的能力。传动轴通过轴承在箱体内轴向固定的方法有一端固定两端固两类。滑动导轨间隙常压和镶条来调整。目前在刀架的定位机构中，多采用锥销定位端面齿定位。滚珠丝杠常采用预拉伸方式，以提高其拉压刚度和补偿热变。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座直角坐标系轴平时的状态作为基准状态。1．吸附式末端执行器（又称吸盘，有 气 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+2n 演变来的是大于1的正整数。18．机械手的手爪在抓住刀具后还必须锁刀 功能，以防止换刀过程中掉刀或具被甩出。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4 以保证滑移齿轮外圆不相碰。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最大进给速度可到 100m/min ，最大/减速度为1~8g。三、问答（15分，每小题3分）1答：有一端固定和两端固定两种1分）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）?）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）机床以直角坐标形式为主，机器人以按关节形式运动为主（1分2）（1分在生产线专用机床的总体设计中3分）1分）加工示意图分）机床总联系尺寸图分）生产率计算卡分答：可选主轴跨距略小于最佳跨距l0（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）分）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）心的位置分）四、分析推导（124分）2JL。(4分)

ZV1重力:G=3000NZ2Ⅰ丝杠导程:S=5mm 电动机Z1参数Ⅰ轴参数Ⅰ轴丝杠电动机n(r/min)Z1720Z2360360360720J(kg/m)0.010.160.0040.0120.224答：1JL

k

2 k k

2 m i（2 i

图2工作台驱动系统7202

3602

3602

3602

300036051032J 0.16 0.004 0.012 L 720 720 720 720

9.8

720 0.010.040.0010.030.00020.054(kgm2)（2分）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 等于电动机恒f

时，变速箱的变速级数Z（4）dN答：1 R

R

z1RnN

lgRz

lgRdN

1（2分）nN dN f

f RdNlgR

lgf当R dN

时 zf

lg

nN（2分）f）（）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）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）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）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）(1)．写出其结构式：（2分）(2大小（2分）(3)．写出Ⅵ轴变速范围公式及其大小分）(4)．找出轴III~Ⅵ的计算转速）(5．找出Ⅴ轴上齿轮的计算转速4分）

2000电Ⅰ电ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ3935：44：345537：4238：3839：31720：2：4800630500400315250200160125100806340答）结构式：162 2 2 2 ；2分2 5 4 8(2)

25图3.Z3040摇臂钻床主传动系统齿轮齿轮ncZ20315Z61100Z44100Z34250rx(p)1.268(2)6.35（2分）（3）R

rrrr

2(21)5(21)4(21)8(21)

191.261980.7n 1234或R

nmax

200080；（1分）n（4）

n 25minnncIII500Ⅳ200Ⅴ100Ⅵ80六、机器人设计计算（10分）0,m试求三关节平面机器人运动功能矩]（10分）0,mymxxymxxm3θ23y3θx221yy 01O=O1 0θ0 x1[ [ 0,m

图3.平面机器人[T0,m

][T1

][1T2

][T2

][2T3

][T3

][3T ]m0SC C S 0SC

0 0 lC S 0 0S1 C1 1 1

1 2 2 0 010 2 2 0 0100 0 1 00 0 1 0

0 1 001000 01000 10 0 0

10 0 11 0

0 lC2

S 3

01

0 0 l301 0 0S013

C 0 00 1 0 030 0 1 03

0 1 00 0 1 000 0 00 0

0 0 10 0 0 1式中：C cos ，C cos ，S sin，S sin （6分）1 1 2 2 1 1 2 2123C 123

0 C

C

Cl]

S123

123C

12312330 S l1233

12122S l122

1111S110,m 0

0 1 0 12300 0 1 12300C12323S12323（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C轴以转速n 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C轴以转速n 单独转动时，手抓绕Ⅲ轴的回转运动n5以A及当、C轴不转动轴以转速n 单独旋转时，B产生的手抓绕Ⅲ轴回转的诱导运动n'（10分）5A回转运动n5n Z15 Z2

Z3nZ 4

（2分）（2）当C轴不转动轴以转速n 单独旋转时，BZn n6 7

9nZ 7

（1分）壳体、Z、Z 组成行星轮系，Z 为行星齿轮，壳体6，为行星轮架，产生的手抓绕Ⅲ轴3 4 4回转的诱导运动n'。5n n3 7

Z

（2分）n'n5 7

Z3Z

(Z Z)Zn 0，n'3 5

3 4nZ 74

n' 3 45 Z4

9n （5分）Z B7求楔块杠杆式回转型夹持器中，夹紧力FN和驱动力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））受力分析如图所示3分）推导计算；2F'sinF；p pF'cFbp NF'cF p

Fcp （5分）N b sinFN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，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．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 。纵系列产品 B.横系列产品C.跨系列产品 D.基型产品机床定位部件运动达到规定位置的精度，称为[ D ]。几何精度 B.运动精度C.传动精度 D.定位精度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[ B 。滑动导轨 B.卸荷导轨C.滚动导轨 D.动压导轨一个四自由度圆柱坐标型搬运机器人，其运动功能式[ C ]。A. O/1234/M B.O/12Z3/C. O/1ZX2/M D.O/XYZ/M在ＡＧＶ的导向系统中装有陀螺仪，该导航方式称[ B ]。A.电磁引导 B.惯性导航C.光学引导 D.激光导航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[ B ]。A.速度型C.速度刚度型9C]。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[ C 。A.矩形导轨 B.三角形导轨C.燕尾形导轨 D.圆柱形导轨填空当前提高制造生产能力的决定因素不再是劳动力资的密集积累。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 纳级 。升降台铣床的主参数是工作台工作面宽。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）称为该表面发生。p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L（d其表达式 pLp=20lg（p/p0） 。机床抗振性是指机床交变载作用下，抵抗变形的能力。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃运动，即时走时停或者时块时慢的现象。这种现象称爬。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比 u 1/4 ，为避免扩大传动误差，限制最大传动比u 2。主min 主max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。角接触球轴承及圆锥滚子轴承有泵油效应，润滑油必须小进入。工作空间是指工业机器人正常运行时手参考点能在空间活动的最大围。额定负载是指在机器人规定的性能范围内机械接处所能承受负载的允许值。在末端执行器上的参考点P相对于基座坐标系的速度，可通过相位变量对间的微分而得到。机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最工作能的一种参数。系列化设计应遵循“产品系列化、零部通用、标准化”原则，简称“三化原则。主轴组件的精度保持性是指长期保持原始制造精的能力。αH

表示导卸荷的大小，由H

F /FN

式确定。机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式自由数表示。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 最大速。．各种类型机床对温升都有一定限制，如普通机床，连续运转条件下允许温升为 30~40℃ 问答试述机床的基本参数包括哪些内容？（）工具或夹具安装面尺寸。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。动力参数：包括机床驱动的各种电动机的功率或转矩。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。试述SK型悬挂式链条与HP型套筒式链条组成刀库的形式有何不同？）SK型悬挂式链条组成的刀库，只能是“外转型分利用中间空间；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；故刀库空间利用率比悬挂式高主轴变速箱设计中，为什么要遵循“前多后少”的原则？）根据公式M9550NM较小，尺寸小些；n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。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？（）于理论值，导致部分转速重复。避免超速现象。采用双公比的传动系统1．试述主轴液体静压滑动轴承的工作原理。1．试述主轴液体静压滑动轴承的工作原理。）当有外载荷F。油腔3间隙减小，即h3heT的3pp随s 3着增大；1间隙增大，即h1

he间隙液阻减小，流量增大，节流器T随着减小；3两者的压力差pp3推回中心以平衡外载荷F。

p，将主轴1yj杆件动坐标系Oj相对于参考坐标系Zi90Xj90[iTj]。

zioj xj-3z 5 oi j 4xi答 ： 1

图1.坐标系O相对于参考坐标j系O绕坐标轴的旋转与平移i1 0 0 40

0 01 0 0 0

1 0 40 1 0 31

0 00 0 1

1 0 0 [iTj

]0

0 1 50

1 00

1 0 0

1 0 50 0 0 10

0 0 10 0

0 1

0 0 1根据结构式Z=2×3

分析，3 2 6该传动系统有何特点？可以采用的最大公比是多少？如采用双速电机时，公比应为多少？）无基本组，双公比，上下各空一级转速。r3r电

x(P6(21)8，1.413 x(P3(21)2，3 转速图设计12级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为nmax=15001500/750r/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）结构式：1223

323232(2)公比r电

1500750

x(p1)3(21)2；

1.26（3）最后变速组的变速范围rx(p1)1.266(21)48合格n

n 1500R maxn nmin

z；

min

maxz

1.26121

电 Ⅰ Ⅱ Ⅲr/min1n电nmin

1750118

1 11.268 8

11 12 2 4（5）绘制转速图机器人设计计算T0,]

采用双速电机的车床主传动系统om3x o31z21o θ221o1θxz1 10c0o0 x0图4.关节机器人答：[T0,m

][0T1

][T1

][1T2

][T2

][2T3

][T3

][3T ]m1 0

0 0C0 0S1

S 1C

01 0 0 000 C S 0 1

1

式中：0 0 1 c0 0 0 0 0

1 00 S

C c1 1 10

0 10

0 1CS2

S 0