机械设计制造及其自动化专业答辩考试试题及答案

机械设计制造及其自动化专业答辩考试试题及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.系统刚度2.加工精度3.数控插补4.材料的疲劳极限5.CAD/CAM集成二、填空题（每空2分，共20分）1.机械零件的失效形式主要有______、______、______、磨损和疲劳断裂五种。2.在机械设计中，通常根据______的不同，将连接分为可拆连接和不可拆连接。3.切削加工中，影响切削温度的主要因素有切削速度、______和切削深度。4.数控机床的伺服系统一般包括检测元件、______、驱动元件和执行元件四个部分。5.有限元分析方法在机械工程中主要用于______和结构优化设计。6.一级圆柱齿轮减速器的传动比范围为______至______。7.热处理是利用金属或合金的热胀冷缩特性，通过______和______的控制，来改善其内部组织和性能的工艺方法。三、判断题（每题2分，共10分，请在括号内打√或×）1.润滑油的主要作用是减少摩擦、降低磨损，此外还具有冷却、清洗和防锈作用。（）2.任何机械零件都必须具有强度、刚度和耐磨性这三个基本性能。（）3.尺寸链中，结果尺寸称为封闭环，其他尺寸称为组成环。（）4.有限元分析是一种将连续体离散化为有限个单元进行求解的数值计算方法，它只能用于结构分析。（）5.机器人是自动执行工作的机器装置，它可以是定序操作，也可以是重复操作。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述提高机械零件承载能力的常用结构措施。2.简述影响铸件质量的主要因素有哪些？3.简述PLC（可编程逻辑控制器）在数控机床控制系统中的作用。4.简述表面粗糙度对零件使用性能的影响。五、计算题（每题10分，共30分）1.如图所示为一简单托架，材料为Q235钢，载荷F=5kN，作用于托架中央，托架厚度δ=10mm，试校核托架在A、B、C三点的强度（假设应力均匀分布，Q235钢的许用应力[σ]=160MPa）。（注：此处无图，请根据题意自行构造一个简单托架示意图进行计算，例如悬臂梁或简支梁受集中力）2.一对标准直齿圆柱齿轮，模数m=2mm，压力角α=20°，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60。试计算该对齿轮的传动比i、中心距a和分度圆直径d1、d2。（提示：可用相关公式直接计算）3.某零件加工要求尺寸为50±0.05mm。今加工出三件，分别测量其尺寸为49.98mm、50.03mm、50.02mm。试计算该批零件的合格率（假设超出公差范围即为不合格）。（提示：先确定最大实体尺寸、最小实体尺寸，再判断每个测量值是否在公差带内）六、论述题（15分）试论述机械制造工艺规程制定的基本原则及其在实际生产中的应用意义。试卷答案一、名词解释1.系统刚度：指弹性系统在单位外力作用下产生的变形量，是衡量系统抵抗变形能力大小的物理量。2.加工精度：指零件加工后实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的符合程度。3.数控插补：指在数控系统中，根据输入的指令（起点、终点坐标等），计算并输出各坐标轴联动移动轨迹的过程。4.材料的疲劳极限：指材料在规定循环次数下不发生断裂所能承受的最大应力。5.CAD/CAM集成：指将计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术有机结合，实现从产品设计到制造过程自动化或半自动化的技术。二、填空题1.过载、断裂、塑性变形2.接触方式（或连接方式）3.进给速度4.控制器5.结构分析（或应力分析、变形分析）6.1（或2.5），10（或40）7.加热、冷却三、判断题1.√2.×（零件还需满足其他性能，如耐磨性、刚度、强度、可靠性、经济性等，具体取决于功能要求）3.√4.×（有限元分析不仅用于结构分析，还可用于热传导、流体力学、电磁场等多种物理场分析）5.√四、简答题1.提高机械零件承载能力的常用结构措施：*采用强度高、刚度大的材料。*优化零件结构设计，如采用等强度截面、减轻重量、增大危险截面尺寸等。*合理设计应力集中部位，如采用圆角过渡、加大过渡直径、避免尖角、设置卸载槽等。*利用过盈配合、紧固连接等方式提高连接强度。*增强零件的刚度和稳定性，如增加支撑点、增大截面惯性矩等。*采用热处理方法改善材料的性能，提高承载能力。2.影响铸件质量的主要因素：*原材料质量：铸造合金（金属、熔剂、造型材料）的化学成分和物理性能直接影响铸件质量。*造型工艺：模具（型腔、芯盒）的精度和表面质量，砂型（型砂、芯砂）的强度、透气性、紧实度等。*熔炼工艺：金属液的化学成分控制、温度控制、除气除渣效果。*浇注工艺：浇注温度、速度、浇注系统设计是否合理，是否产生飞溅、卷气等。*冷却与落砂：铸件冷却速度的控制，落砂（去除型砂）操作是否规范，是否造成铸件损坏。*缺陷：如气孔、缩孔、缩松、裂纹、夹杂、砂眼等缺陷的产生与工艺控制不当有关。3.PLC（可编程逻辑控制器）在数控机床控制系统中的作用：*逻辑控制：执行数控系统的基本逻辑运算，如启动、停止、换刀、换挡、安全互锁等。*I/O处理：接收来自机床操作面板、传感器、按钮等的外部信号，并控制机床的执行元件（如电磁阀、继电器、指示灯）。*状态监控：监控机床的运行状态、报警状态，实现状态显示和故障诊断。*与其他系统通信：作为数控系统与机床本体、伺服驱动、刀具管理等子系统之间的接口，传递信息，实现协调控制。*简单运动或辅助功能控制：执行一些简单的顺序控制任务，如工件的自动装卸、夹具的松紧等。4.表面粗糙度对零件使用性能的影响：*耐磨性：表面越粗糙，实际接触面积越小，压强越大，磨损越快；但过于光滑也可能因油膜破坏而加剧磨损。适当的表面粗糙度有助于形成稳定油膜，减少磨损。*配合性质：表面粗糙度影响配合的稳定性和紧密程度。对于过盈配合，粗糙度太大可能导致压入时塑性变形过大，降低连接强度；对于间隙配合，粗糙度太大可能导致配合过松。*疲劳强度：粗糙表面的波谷是应力集中点，会降低零件的疲劳强度，易引发疲劳断裂。*耐腐蚀性：粗糙表面的凹谷容易积存腐蚀性介质，且不易清除，降低零件的耐腐蚀性。*密封性：对于需要密封的表面，粗糙度会影响密封效果，过高的粗糙度会导致泄漏。*测量精度：测量工具与被测表面的接触受粗糙度影响，可能引入测量误差。五、计算题1.（计算思路）根据题意，需判断托架在A、B、C三点的应力是否低于材料的许用应力。假设托架结构简单，受力分析如下：*A点：主要承受拉应力（或压应力，取决于具体结构，此处假设为拉应力）。拉应力σ_A=F/A_A，其中A_A为A点的有效受力面积。若A点为点接触，则面积极小，应力极大，通常设计时避免。若假设A点有一定面积，则σ_A=F/(接触面积)。需计算σ_A并与[σ]比较。*B点：主要承受弯曲应力。最大弯曲应力σ_B=M_B*W_B/W_z，其中M_B为作用在B点的弯矩，W_B为B点所在截面的抗弯截面模量，W_z为整个托架的抗弯截面模量（或根据结构简化计算）。需计算σ_B并与[σ]比较。*C点：主要承受剪应力（如果C点有关联的销钉或螺栓等连接）。剪应力τ_C=V_C/A_C，其中V_C为作用在C点的剪力，A_C为剪切面面积。需计算τ_C并与材料的许用剪应力[τ]比较（注意题目只给[σ]，若需精确计算需补充[τ]）。若无明确剪力，则可能主要受压应力或与B点类似，视结构而定。*最终判断：若三点的计算应力均小于对应的许用应力（通常强度校核只考虑[σ]），则强度合格。若任一点应力超过许用应力，则强度不合格。（注：实际计算需具体结构图和载荷分布）*（答案部分省略具体数值计算过程和结果，仅展示思路）2.（计算思路）*传动比i：根据齿数关系，i=z2/z1=60/20=3。*中心距a：对于标准直齿轮，中心距a=(z1+z2)*m/2=(20+60)*2mm/2=80mm。*分度圆直径d1、d2：d1=z1*m=20*2mm=40mm；d2=z2*m=60*2mm=120mm。*（答案部分省略具体数值计算过程和结果）3.（计算思路）*公差带：尺寸要求为50±0.05mm，即上限尺寸为50.05mm，下限尺寸为49.95mm。*判断合格性：将三个测量值与公差带比较：*49.98mm在49.95mm和50.05mm之间，合格。*50.03mm在49.95mm和50.05mm之间，合格。*50.02mm在49.95mm和50.05mm之间，合格。*计算合格率：合格件数为3件，总件数为3件，合格率=(合格件数/总件数)*100%=(3/3)*100%=100%。*（答案部分省略具体数值计算过程和结果）六、论述题（论述思路）机械制造工艺规程是指导生产活动的重要技术文件，其制定需遵循一系列基本原则，这些原则的应用对保证产品质量、提高生产效率、降低生产成本具有重大意义。*（原则一：保证零件技术要求原则）工艺规程的首要任务是保证零件图纸上的各项技术要求（尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等）得到满足。需合理选择加工方法、确定工序顺序、选择刀具和量具，确保最终加工出的零件符合设计要求。（意义：这是工艺规程的根本依据，是产品合格的保证）*（原则二：经济性原则）在保证质量的前提下，力求工艺过程最经济。这包括缩短生产周期、降低工序成本、提高材料利用率、减少工时消耗等。需综合考虑设备、人力、材料、时间等多种因素，进行方案比较，选择最优方案。（意义：直接关系到企业的生产效率和经济效益）*（原则三：工艺可行性原则）工艺方案必须在现有生产条件下（设备、工具、场地、人员技能等）是可行的。不能脱离实际，提出无法实现的要求。需考虑技术的成熟度、设备的适用性以及工人的操作能力。（意义：保证工艺方案能够真正落地执行）*（原则四：工艺衔接连续性原则）工艺路线的安排应保证工序之间的衔接合理、顺畅，减少零件在工序间的搬运和等待时间，形成高效的生产流。（意义：提高生产效率，缩短生产周期）*（原则五：工艺稳定性与安