机械设计制造自动化知识考点

机械设计制造自动化知识考点姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.机械设计制造自动化中的传感器按功能可分为：

A.检测传感器、执行传感器

B.位置传感器、速度传感器

C.触觉传感器、视觉传感器

D.热传感器、力传感器

2.在自动化控制系统中，PLC的输入模块通常采用：

A.光电耦合器

B.模数转换器

C.数字输入模块

D.模拟输入模块

3.机械臂关节运动精度要求最高的环节是：

A.齿轮减速器

B.伺服电机

C.关节传动轴

D.控制系统

4.以下哪项不属于机械设计制造自动化中的传感器：

A.触觉传感器

B.碰撞传感器

C.温度传感器

D.电磁传感器

5.在数控机床中，伺服系统的动态功能指标包括：

A.速度、位置、加速度

B.速度、刚度、精度

C.精度、刚度、稳定性

D.稳定性、精度、速度

6.机械设计制造自动化中，用于实现零件加工过程自动化的技术是：

A.传感器技术

B.控制技术

C.伺服技术

D.加工技术

7.机械臂的运动控制通常采用以下哪种算法：

A.PID控制

B.滑模控制

C.最优化控制

D.反向运动学算法

8.以下哪种传感器可以实现非接触式测量：

A.压力传感器

B.温度传感器

C.电位计

D.光电传感器

答案及解题思路

1.答案：B

解题思路：传感器按功能可以分为检测传感器和执行传感器。检测传感器用于获取信息，如位置传感器、速度传感器等；执行传感器用于输出控制信号，如执行电机等。

2.答案：A

解题思路：PLC（可编程逻辑控制器）的输入模块通常采用光电耦合器来隔离输入信号，以防止外界干扰，提高系统的稳定性。

3.答案：B

解题思路：机械臂关节运动精度要求最高的环节是伺服电机，因为它是机械臂运动控制的直接动力源，直接影响运动精度。

4.答案：D

解题思路：电磁传感器通常用于检测电磁特性，不属于传感器的常见类型。

5.答案：A

解题思路：伺服系统的动态功能指标主要包括速度、位置和加速度，这些指标直接关系到机床的加工精度和效率。

6.答案：B

解题思路：控制技术是实现零件加工过程自动化的关键技术，包括PLC控制、工业控制等。

7.答案：A

解题思路：PID控制因其算法简单、易于实现、调整方便等优点，被广泛应用于机械臂的运动控制中。

8.答案：D

解题思路：光电传感器可以非接触式地测量物体的位置、距离、速度等参数，常用于自动化控制系统中。二、填空题1.机械设计制造自动化中的按应用领域可分为、。

答案：工业、服务、特种

解题思路：根据机械设计制造自动化领域中的分类，工业应用于工业生产，服务应用于生活服务领域，特种应用于特殊环境或任务。

2.在数控机床中，伺服系统主要由、和等部分组成。

答案：伺服电机、伺服驱动器、位置反馈装置和控制器

解题思路：数控机床的伺服系统负责控制机床的运动，其组成包括驱动电机、驱动器、位置反馈装置和控制器，这些部件共同实现机床的高精度运动控制。

3.机械臂的运动控制中，和是影响运动精度的主要因素。

答案：运动速度和运动加速度

解题思路：机械臂的运动精度受到多种因素的影响，其中运动速度和运动加速度是直接影响运动精度的关键因素。合理的速度和加速度控制可以提高机械臂的精度。

4.传感器按功能可分为、等。

答案：位置传感器、速度传感器、力传感器

解题思路：传感器在机械设计制造自动化领域扮演着重要角色，根据其功能可分为位置传感器、速度传感器和力传感器等，它们分别测量和反馈不同的物理量。

5.在机械设计制造自动化中，PLC的主要作用是实现、和。

答案：控制、监测和协调

解题思路：可编程逻辑控制器（PLC）在机械设计制造自动化中具有重要作用，其主要作用是实现设备控制、过程监测和设备协调。通过编程，PLC可以实现对设备的精确控制，提高生产效率。

答案及解题思路：

1.答案：工业、服务、特种

解题思路：根据机械设计制造自动化领域中的分类，工业应用于工业生产，服务应用于生活服务领域，特种应用于特殊环境或任务。

2.答案：伺服电机、伺服驱动器、位置反馈装置和控制器

解题思路：数控机床的伺服系统负责控制机床的运动，其组成包括驱动电机、驱动器、位置反馈装置和控制器，这些部件共同实现机床的高精度运动控制。

3.答案：运动速度和运动加速度

解题思路：机械臂的运动精度受到多种因素的影响，其中运动速度和运动加速度是直接影响运动精度的关键因素。合理的速度和加速度控制可以提高机械臂的精度。

4.答案：位置传感器、速度传感器、力传感器

解题思路：传感器在机械设计制造自动化领域扮演着重要角色，根据其功能可分为位置传感器、速度传感器和力传感器等，它们分别测量和反馈不同的物理量。

5.答案：控制、监测和协调

解题思路：可编程逻辑控制器（PLC）在机械设计制造自动化中具有重要作用，其主要作用是实现设备控制、过程监测和设备协调。通过编程，PLC可以实现对设备的精确控制，提高生产效率。三、判断题1.机械臂的运动控制中，加速度控制是保证运动精度的重要环节。（√）

解题思路：机械臂在执行复杂运动任务时，需要高精度的控制，加速度控制作为运动控制的三要素之一（速度、位置、加速度），对于控制机械臂的运动轨迹、达到预设的精确位置具有的作用。

2.在数控机床中，伺服系统的动态功能越高，加工精度越高。（√）

解题思路：数控机床的伺服系统是执行运动控制的核心，动态功能越好，系统能够快速响应并稳定执行指令，减少动态误差，从而提高加工精度。

3.传感器按功能分类，位置传感器只能测量位置信息。（×）

解题思路：虽然位置传感器主要用于测量物体的位置信息，但现代传感器技术使得许多位置传感器具备多种功能，如同时测量角度、速度等。

4.在自动化控制系统中，PLC可以替代单片机进行控制。（×）

解题思路：PLC（可编程逻辑控制器）和单片机虽然都属于工业控制领域，但它们在功能和设计理念上有所不同。PLC主要用于顺序逻辑控制，而单片机更适合复杂运算和实时性要求高的控制。两者在某些场景下可以相互补充，但不可完全替代。

5.机械臂的运动控制中，速度控制比位置控制更重要。（×）

解题思路：在机械臂的运动控制中，位置控制和速度控制同样重要。位置控制决定机械臂执行任务的精确性，而速度控制则关系到任务完成的效率。两者是相辅相成的，缺一不可。四、简答题1.简述机械设计制造自动化中传感器的作用及分类。

答案：

机械设计制造自动化中传感器的作用包括：采集环境或机械状态的信息、实现信号检测与处理、完成对机械动作的控制与调节。传感器的主要分类有：

（1）按照检测原理分类：接触式传感器、非接触式传感器；

（2）按照输出信号分类：模拟量传感器、数字量传感器；

（3）按照安装方式分类：固定式传感器、移动式传感器。

解题思路：

明确传感器在机械设计制造自动化中的重要性；根据检测原理、输出信号、安装方式三个方面进行分类说明。

2.简述数控机床伺服系统的组成及作用。

答案：

数控机床伺服系统由以下几部分组成：

（1）伺服驱动器：将控制信号转换为电动机驱动信号；

（2）电动机：将驱动信号转换为机械运动；

（3）反馈元件：将电动机的位移、速度等信息反馈给控制系统；

（4）控制系统：根据反馈信息调整伺服驱动器输出，实现对机械运动的精确控制。

数控机床伺服系统的作用包括：

（1）提高数控机床的加工精度；

（2）提高生产效率；

（3）提高加工质量。

解题思路：

明确数控机床伺服系统的组成部分；分别说明各个组成部分的作用。

3.简述机械臂的运动控制原理。

答案：

机械臂的运动控制原理主要包括以下步骤：

（1）传感器采集机械臂各个关节的位置、速度、加速度等信息；

（2）将这些信息传输到控制单元；

（3）控制单元根据预设的运动轨迹和运动参数，计算出各关节的实时运动指令；

（4）通过驱动器将运动指令传递给电动机，使机械臂按照预定轨迹运动。

解题思路：

说明机械臂运动控制的基本步骤；依次阐述每个步骤的实现方式。

4.简述PLC在机械设计制造自动化中的应用。

答案：

PLC（可编程逻辑控制器）在机械设计制造自动化中的应用包括：

（1）实现生产线自动化控制；

（2）完成生产线各个设备之间的协调；

（3）实时监测生产线运行状态，提高生产效率；

（4）降低生产成本，提高产品质量。

解题思路：

明确PLC在机械设计制造自动化中的应用领域；依次说明PLC在各个应用领域的具体作用。五、论述题论述机械设计制造自动化在制造业中的应用和发展趋势。一、引言1.简述机械设计制造自动化的定义及重要性

2.机械设计制造自动化在制造业中的地位二、机械设计制造自动化在制造业中的应用1.自动化生产线

a.生产线自动化程度分析

b.生产线自动化优势

2.柔性制造系统（FMS）

a.FMS的基本构成

b.FMS在制造业中的应用案例

3.数控技术

a.数控技术原理

b.数控技术在制造业中的应用

4.工业

a.工业的分类

b.工业在制造业中的应用案例三、机械设计制造自动化的发展趋势1.智能化

a.智能制造的概念

b.智能制造在机械设计制造自动化中的应用

2.网络化

a.工业互联网的发展

b.网络化在机械设计制造自动化中的应用

3.绿色化

a.绿色制造的概念

b.绿色制造在机械设计制造自动化中的应用四、结论1.总结机械设计制造自动化在制造业中的应用和发展趋势

2.对未来机械设计制造自动化的展望

答案及解题思路：

答案：

1.机械设计制造自动化是指利用现代自动化技术，实现机械产品的设计、制造、检测、装配等环节的自动化、智能化和集成化。

2.机械设计制造自动化在制造业中的重要性体现在提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量、改善工作环境等方面。

3.自动化生产线在制造业中的应用主要体现在提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量等方面。

4.柔性制造系统（FMS）在制造业中的应用案例包括汽车制造、电子制造等行业。

5.数控技术在制造业中的应用包括机床数控化、数控编程、数控加工等方面。

6.工业在制造业中的应用案例包括焊接、喷涂、搬运等。

7.智能化是机械设计制造自动化的发展趋势之一，体现在智能制造技术的应用。

8.网络化是机械设计制造自动化的发展趋势之一，体现在工业互联网的应用。

9.绿色化是机械设计制造自动化的发展趋势之一，体现在绿色制造技术的应用。

解题思路：

1.首先了解机械设计制造自动化的定义及重要性，明确其在制造业中的地位。

2.分析自动化生产线、柔性制造系统、数控技术和工业在制造业中的应用，结合实际案例进行阐述。

3.探讨智能化、网络化和绿色化在机械设计制造自动化中的应用和发展趋势，结合当前制造业的发展现状进行论述。

4.总结机械设计制造自动化在制造业中的应用和发展趋势，并对未来进行展望。六、设计题1.设计一个简单的数控车床控制系统

1.1系统概述

简述数控车床控制系统的主要功能及组成部分。

1.2PLC控制设计

设计PLC控制逻辑图，包括输入输出分配、控制流程等。

说明PLC控制程序的设计思路和关键代码段。

1.3伺服电机驱动设计

选择合适的伺服电机型号，并说明选择理由。

设计伺服电机驱动电路，包括驱动器选择、接口电路等。

1.4传感器采集设计

选择合适的传感器，如编码器、接近开关等。

设计传感器信号采集电路，包括信号调理、放大等。

2.设计一个机械臂的运动控制系统

2.1系统概述

简述机械臂运动控制系统的主要功能及组成部分。

2.2运动规划设计

设计机械臂的运动轨迹，包括起点、终点、路径等。

说明运动规划的算法和实现方法。

2.3位置控制设计

设计机械臂的位置控制算法，如PID控制等。

说明位置控制参数的设置和调整方法。

2.4速度控制设计

设计机械臂的速度控制算法，如S曲线加减速等。

说明速度控制参数的设置和调整方法。

答案及解题思路：

1.设计一个简单的数控车床控制系统

答案：

系统概述：数控车床控制系统主要用于实现车床的自动化加工，包括PLC控制、伺服电机驱动、传感器采集等功能。

PLC控制设计：设计PLC控制逻辑图，实现车床的启停、速度调节、进给控制等功能。

伺服电机驱动设计：选择型号为的伺服电机，设计驱动电路，实现电机的精确控制。

传感器采集设计：选择编码器作为位置传感器，设计信号采集电路，实现位置信息的实时采集。

解题思路：

根据车床加工需求，确定系统功能。

设计PLC控制逻辑，实现基本控制功能。

选择合适的伺服电机，设计驱动电路，保证电机功能。

选择合适的传感器，设计信号采集电路，实现实时数据采集。

2.设计一个机械臂的运动控制系统

答案：

系统概述：机械臂运动控制系统主要用于实现机械臂的自动化运动，包括运动规划、位置控制、速度控制等功能。

运动规划设计：设计机械臂的运动轨迹，实现从起点到终点的平滑过渡。

位置控制设计：设计机械臂的位置控制算法，实现精确的位置控制。

速度控制设计：设计机械臂的速度控制算法，实现平稳的加减速运动。

解题思路：

根据机械臂的应用场景，确定系统功能。

设计机械臂的运动轨迹，保证运动过程的平滑性。

设计位置控制算法，实现精确的位置控制。

设计速度控制算法，实现平稳的加减速运动。七、案例分析题一、案例分析题背景某企业为了提高生产效率，降低人力成本，决定对其生产线进行自动化改造。对该企业生产线自动化改造过程的案例分析，包括自动化设备的选择、安装调试、运行维护等环节。二、自动化设备选择1.分析企业生产线的现状，确定自动化改造的需求。

2.根据生产线的特点，选择合适的自动化设备。

3.比较不同供应商的设备功能、价格、售后服务等因素，做出最终选择。三、安装调试1.对所选自动化设备进行现场安装。

2.调试设备，保证其满足生产线的需求。

3.对操作人员进行培训，使其掌握设备的操作方法。四、运行维护1.建立设备运行监控体系，实时掌握设备运行状态。

2.定期对设备进行维护保养，保证其正常运