《机械制造装备设计》模拟试题3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） 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/?1?2?3?4/M B. O/?1?2Z?3/M C. O/?1ZX?2/M D. O/XYZ?/M

7．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[ Ｂ ]。 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[ Ａ ]。 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。

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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___两端固定_____两类。 12．滑动导轨间隙常用_____压板______和镶条来调整。

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+2n ______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____锁刀_____功能，以防止换刀过程中掉刀或刀具被甩出。 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_____4____，以保证滑移时齿轮外圆不相碰。

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，它的最大进给速度可达到____100m/min________，最大加/减速度为1~8g。 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）

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（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）

5．回转型夹持器与平移型夹持器各有何特点？（3分） 答：（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V1如图2所示，求转换到电机轴上的等重力:G=3000NZ效转动惯量JL 。(4分)

Ⅰ

电动机丝杠导程:S=5mm

Z

齿 轮丝杠Ⅰ轴电动机参数 ZZ720360360360720n(r/min)

J(kg/m ) 0.010.160.0040.0120.224 图2 工作台驱动系统

2112??k??vi?J?J?m答：1L?k???i??（2分）

??????k223000?360?5?10?3??720??360??360??360???JL?0.01???0.16???0.004???0.012????9.8?720?2???720??720??720??720???0.01?0.04?0.001?0.03?0.0002?0.054(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等于电动机恒功率调速范围RdN时，变速箱的变速级数Z的表达式。（4分） 答：1 RnN?RdN?f

z?1?1?z?f22222RnNlgRnN?lgRdN z??1（2分） RdNlg?f- 3 -

当RdN??f时 z?lgRnN（2分） lg?f3．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？（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电ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ200039：转速图，回答下列问题？（13分） 161250：3435441：3(1)．写出其结构式：（2分） ：95537：42338：38800(2)．写出Ⅴ-Ⅵ轴间变速组的变速范围公式及其29：63047500大小（2分）

400315(3)．写出Ⅵ轴变速范围公式及其大小（1分）

250200(4)．找出轴III~Ⅵ的计算转速（4分）

16022：(5)．找出Ⅴ轴上齿轮的计算转速：（4分） 12544100 8063

40

25

图3.Z3040摇臂钻床主传动系统

20：5020：80答：（1）结构式：16?22?25?24?28 ； （2分） (2) ?r??x(p?1)（2分） ?1.268(2?1)?6.35；

（3）Rn?r1r2r3r4??2(2?1)?5(2?1)?4(2?1)?8(2?1)??19?1.2619?80.7 或

齿轮 nc Z20 315 Z61 100 Z44 100 Z34 250 Rn?nmax2000??80 ； （1分） nmin25（4） (5)

轴号 nc III 500 Ⅳ 200 - 4 -

Ⅴ 100 Ⅵ 80

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）

y

y O=O 答：（1）变成基准状态后，建立运动功能矩阵[T0,m]

01ymy3θ3x2L3y2θ2x1L210θ1x0L1图3.平面机器人[T0,m]?[T1][1T2][T2][2T3][T3][3Tm]?C1?S??1?0??0?10?01??00??00?S100??10?01C100???010??00??001??000l2??C3?S3?S00???3C310??00??01??000l1??C2?S00???210??0??01??000??10?0100???10??00??01??00?S2C200001000?00?? 10??01?l3?0??0??1?式中：C1?cos?1，C2?cos?2，S1?sin?1，S2?sin?2（6分）

?C123?S[T0,m]??123?0??0?S123C123000C123l3?C12l2?C1l1?0S123l3?S12l2?S1l1??

?10?01?式中：C123?cos(?1??2??3)，S123?sin(?1??2??3)（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nA单独转动时，手抓绕Ⅲ轴的回转运动n5，以及当A、C轴不转动，B轴以

'转速nB单独旋转时，产生的手抓绕Ⅲ轴回转的诱导运动n5。（10分）

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x3xm

答：（1）A轴以转速nA单独转动时，手抓绕Ⅲ轴的回转运动n5

n5?Z1Z3nA （2分） Z2Z4（2）当A、C轴不转动，B轴以转速nB单独旋转时，

n6?n7?Z9nB（1分） Z7壳体6、Z3、Z4组成行星轮系，Z4为行星齿轮，壳体6，为行星轮架，产生的手抓绕Ⅲ轴

'回转的诱导运动n5。

n3?n7Z4 （2分） ??'Z3n5?n7'?n3?0，?n5?Z3?Z4(Z?Z4)Z9'n7，?n5?3nB（5分） Z4Z4Z7

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）

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（2）推导计算；

2Fp'sin??Fp； Fp'c?FNb FN?Fp'cb?Fpc2bsin?（5分）

（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）

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