·
第三章典型部件设计
1.主轴部件应满足那些基本要求
答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。
2.主轴轴向定位方式有那几种各有什麽特点适用场合
答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。
（2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。
（3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。
（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。
3.}
4.试述主轴静压轴承的工作原理
答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承
相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。
定压式静压轴承的工作原理如下图所示，在轴承的内圆柱孔上，开有四个对称的油腔1~4。油腔之间由轴向回油槽隔开，油腔四周有封油面，封油面的轴向宽度为a，轴向宽度为b。液压泵输出的油压为定值P的油液，分别流经节流器
T 1、T
2
、T
3
和T
4
进入各个油腔。节流器的作用是使各个油腔的压力随外载荷的变
化自动调节，从而平衡外载荷。当无外载荷作用（不考虑自重）时，各油腔的油
压相等，即p
1=p
2
=p
3
=p
4
，保持平衡，轴在正中央，各油腔封面与轴颈的间隙相等，
即h=h
1=h
2
=h
3
=h
4
，间隙液阻也相等。
当有外载荷F向下作用时，轴颈失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e，
油腔3间隙减小，即h
3=h-e，间隙液阻增大，流量减小，分流器T
3
的压力降减
小，因供油压力P是定值，故油腔压力P
3
随之增大。同理，上油腔1间隙增大，
即h
1=h+e，间隙液阻减小，流量增大。节流器T
1
的压力降增大，油腔压力P
1
随
之减小。两者的压力差Δp=p
3-p
1
，压力差将主轴推回中心以平衡外载荷F。
4.试分析图3－114中，所示三种主轴轴承的配置型式的特点和适用场合。
,
答：（1）46000为圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承承受轴向负荷的能力取决于接触
角，即外圈滚道角度，角度越大，轴向负荷能力也越大；3182100是双列向心圆柱滚子轴承，这种轴承承载能力大，摩擦系数小，温升低，但不能承受轴向力。这种配置方式主要在后面的轴承承受轴向力，因此相当于后端配置，这种配置的特点是发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围是用于普通精度机床、立铣、多刀车床。
（2）这种配置方式主要在前段的轴承承受轴向力，因此这种轴承配置相当于前端配置；这种配置的特点是在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合是用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。
（3）2268000是双向推力向心球轴承，因此这种配置相当于中间配置，这种配置的特点是两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧，此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。
5.按图3－115中的主轴部件，分析轴向力如何传递间隙如何调整
答：轴向力传递如下图所示
'
调整主轴上的后螺母可消除后止推轴承的轴向间隙和角接触球轴承的径向和轴向间隙；调整主轴上的前螺母可消除前部双列向心圆柱滚子轴承的径向间隙，继续调整主轴上的后螺母，将主轴向后拉可消除前部止推轴承的轴向间隙。
6.试检查图3－116所示主轴部件中有否错误；如有，请指出错在那里应怎样改
正用另画的正确简图表示出来。
答：有多处错误，主轴前端的双列向心圆柱滚子轴承间隙不能调整；大齿轮应靠主轴前支承，主轴上有轴向力不能用弹性档圈定位，应改为螺母定位锁紧；中间支承应用向心球轴承或圆柱滚子轴承；主轴后支承两个圆锥滚子轴承应大口朝外；没有考虑密封和润滑。
7."
8.试设计一主轴部件，前支承用两个圆锥滚子轴承承受径向力和双向轴向力，后支承用一个双列圆柱滚子轴承，画出前后支承部分的结构简图。
9.在支承件设计中，支承件应满足那哪些基本要求
答：支撑件应满足的下列要求：
1）应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比。
2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声。3）·
4）热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小。
5）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。
9.支承件常用的材料有哪些有什麽特点
答：支承件常用的材料有铸铁、钢板和型钢、大然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝土等。
（1）铸铁铸铁铸造性能好、容易获得复杂结构的支承件，同时铸铁的内摩擦力人，阻尼系数大，使振动衰减的件能好，成本低。但铸件需要木模芯盒，制造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺陷，成本高，适于成批生产。铸造支承件要进行时效处理，以消除内应力。
〔2）钢板焊接结构
用钢板和型钢等焊接支承件，其特点是制造周期短，省去制作木模和铸造工艺：支承件可制成封闭结构，刚性好；便于产品更新和结构改进；钢板焊接支承件固有频率比铸铁高，在刚度要求相同情况下，采用钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半，重量减轻20％?30％。钢板焊唼结构的缺点是钢板材料内摩檫阻尼约为铸铁的1/3，抗振性较铸铁差，为提高机床抗振性能，可采用提高阻尼的方法来改善动态性能。
]
(3）预应力钢筋混凝土
预应力钢筋混凝土主要用于制作不常移动的大型机械的机身、底座、立注等支承件，预应力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。用钢筋混凝土制成支承件时，钢筋的配置对支承件影响较大。一般三个方向都要配置钢筋、总预拉力为120?150KN。缺点是脆性大，耐腐蚀性差，油渗入导致材质疏松，所以表面芘进行喷漆或喷涂塑料。
(4）天然花岗岩
天然花岗岩性能稳定，精度保持性好，抗振性好、阻尼系数比钢大15倍，耐磨性比铸铁高5?6倍，导热系数和线胀系数小，热稳定性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘合，加工方便，通过研磨和抛光容易得到很高的靖度和表面粗糙度。
(5）树脂混凝土
树脂混凝土特点是：刚度高；具有良好的阻尼性能，阻尼比为灰铸铁的8?10倍，抗振性好；热容量大，热传导率低，导热系数只为铸铁的1/25?1/40，热稳定性高，其构件热变形小；比重为铸铁的1/3，质量轻；可获得良好的几何形状精度，表面精糙度也较低；对切削油、润滑剂、冷却液有极好的耐腐蚀性；与金属粘接力强，可根据不同的结构要求，预埋金属件，使机械加工量减少，降
低成本；浇注时无大气污染；生产周期短，工艺流程短；浇注出的床身静刚度比铸铁床身提高16％?40％。总之它具有刚度高、抗振性好、耐水、耐化学腐蚀和耐热特性。缺点是某些力学性能低，但可以预埋金属或添加加强纤维。对于高速、高效、髙精度加工机床具有广泛的应用前景。
10.根据什麽原则选择支承件的截面形状，如何布置支承件上的筋板和筋条
·
答：支承件的截面形状的选择原则主要有以下几个方面：
1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，而且同样的断面形状和相同大小的面积，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。所以为提高支承件刚度，支承件的截面应是中空形状，尽可能加大截面尺寸，在工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些。当然壁厚不能太薄，以免出现薄壁振动。
2〕圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，面抗弯刚度比方形低。因此，以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形，并以其髙度方向为受弯方向；以承受扭矩为主的支承件的截面形状应取圆（环）形。
3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。设计时应尽可能把支承件的截面作成封闭形状。但是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要，有时不能作成全封闭形状。
筋板是指联接支承件四周外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载荷传递给其它壁板，从而使整个支承件承受载荷，加强支承件的自身和整体刚度筋板的布置取决于支承件的受力变形方向，其中，水平市置的筋板有助于提高支承件水平面内弯曲刚度；垂直放置的筋板有助于提高支承件垂直面内的弯曲刚度；而斜向筋板能同时提高支承件的抗弯和抗扭刚度。
筋条配置于支承件某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，用来提高支承件的局部刚度。筋条可以纵向、横向和斜向，常常布置成交叉排列，如井字形、米字形等。必须使肋条位于壁板的弯曲平面内，才能有效地烕少壁板的弯曲变形。筋条厚度一般是床身壁厚的?倍。
11提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施
《
答： (1）提高支承件的静刚度的主要方法有根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和筋条，以提髙结构整体和局部的弯曲刚度和扭转刚度。
（2）提高动态特性的方法主要有改善阻尼特性，对于铸铁支承件，铸件内砂芯
不清除，或在支承件中填充型砂或混凝土等阻尼树料，可以起到减振作用。对于焊接支承件、除了可以在内腔中填充混凝土减振外，还可以充分利用接合面间的摩擦阻尼来减小振动。即两焊接件之间留有贴合而未焊死的表面，在振动过程中，两贴合面之间产生的相对摩擦起阻尼作用，使振动减小。间断焊缝虽使静刚度有所下降，但阻尼比大为增加，使动刚度大幅度增大。在支承件表面采用阻尼涂层，能获得较卨的阻尼比，既提高了抗振性，又提髙了机床对噪声辐射的吸收能力。采用新材料制造支承件如树脂混凝土材料它具有刚性高、抗振性好、热变形小、耐化学腐浊的特点，可以使动刚度提高几倍。
12.导轨设计中应满足那些要求
答：异轨应满足精度高、承载能力大、刚度好、摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低等要求。下面的五个要求允为突出：
（1）导向精度导向精度是导轨副在空载荷或切削条件下运动时，实际运动轨迹与给定运动轨迹之间的偏差。影响导向精度的因素很多，如导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构型式，导轨和支承件的刚度，导轨的油膜厚度和油膜刚度，导轨和支承件的热变形等等。
(2)承载能力大、刚度好根据导轨承受载荷的性质、方向和大小，合理地选择导轨的截面形状和尺寸，使导轨具有足够的刚度，保证机床的加工精度。
（3）精度保持性好精度保持性主要是由导轨的耐磨性决定的，常见的磨损形式有磨料(或磨粒）磨损、粘着磨损或咬焊、接触疲劳磨损等。影响耐磨性的因素有导轨材料、载荷状况、摩擦性质、工艺方法、润滑和防护条件等。
\
（4）低速运动平稳当动导轨作低速运动或微量进给时，应保证运动始终平稳，不出现爬行现象。影响低速运动平稳性的因素有导轨的结构形式、润滑情况、导轨摩擦面的静、动摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系刚度，
(5)结构简单、1：艺性好导轨要求结构简单，易于加工。
13.镶条和压板有什麽作用
答：导轨间隙常用压板、镶条来调整。压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。压板用螺钉固定在运动部件上，用配刮、垫片来调整间隙。镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小侧，常用的镶条有平镶条和斜镶条两种。
14.导轨的卸荷方式有那几种各有什麽特点
答：卸荷导轨用来降低导轨面的压力，减少摩擦阻力，从而提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，尤其是对大型、重型机床来说，工作台和工件的质鸶很大，导轨面上的摩擦阻力很大，常采用卸荷导轨.
【
导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。
1.机械卸荷
下图是常用的机械卸荷装置.导轨上的一部分载荷由支承在辅助导轨面a上的滚动轴承3承受。卸荷力的大小通过螺钉1和碟形弹簧2调节。卸荷点的数目由动导轨上的载荷和卸荷系数决定。特点：机械卸荷方式的卸荷力不能随外载荷的变化而调节。
2.液压卸荷导轨
将高压油压入工作台导轨上的一串纵向油槽，产生向上的浮力，分担工作台的部分外载，起到卸荷的作用。如果工作台上工件的质量变化较大，可采用类似静压导轨的节流器调整卸荷压力，如工作台全长上受载不均匀，可用节流器调整各段导轨的卸荷压力，以保证导轨全长保持均匀的接触压力。带节流器的液压卸荷导轨与静压导轨不同之处是后者的上浮力足以将工作台全部浮起，形成纯流体摩擦；而前者的上浮力不足以将工作台全部浮起，但由于介质的粘度较高，由动压效应产生的干扰较大，难以保持摩擦力基本恒定。
3.自动调节气压卸荷导轨
气压卸荷导轨的基本原理如图所示。
>
压缩空气进入工作台的气嚢，经导轨面间由表而粗糙度而形成的微小沟槽流人大气，导轨间的气压呈悌形分布，形成一个气垫，产生的上浮力对导轨进行卸荷。气垫的数量根据工作台的长度和刚度而定，长度较短或刚度较高时，气垫数暈可取少些，每个导轨面至少应有两个气垫。
气压卸荷导轨以压缩空气作为介质，无污染，无回收问题；且粘度低，动压效应影响小，但由于气体的可压缩性，气体静压导轨的刚度不如液体静压导轨。为了兼顾精度和阻尼的要求应使摩擦力基本保持恒定，即卸荷应力应随外载荷变化能自动调节出现了自动调节气压卸荷导轨，也称半气浮导轨。自动调节气压卸荷导
，比无卸荷时的接触刚度K提高了。当外轨具有自动调节卸荷导轨系统的刚度K
1
载荷有较大变化时，导轨间的接触力和摩擦力只有微小变化，保证运动平稳、不爬行。
15.提高导轨耐磨性有那些措施
答：
1）合理选择导轨的材料和热处理
2）导轨的预紧
~
3）导轨的良好润滑和可靠防护
4）争取无磨损、少磨损、均匀磨损，磨损后能补偿
16.数控机床的刀架和卧式车床的刀架有什麽不同为什麽
答：
刀架是机床的重要组成部分，用于加持切削用的刀具，卧式车床刀架只能装四把刀，加上尾架也最多装五把刀。而有些零件加工表面很多，需要更多的刀具才能完成，因而出现了转塔刀具。总体来说卧式车床刀架自动化程度不高，大部分都需要人工转动刀架进行换刀。
数控机床是一种高度自动化的机床，它的刀架一般都采用自动（电气或液压）转位方式。数控车床刀架大体分为排刀式刀架和转塔式刀架两大类。
数控机床的刀架和卧式车床的刀架的不同是由两者完全不同的自动化程度造成
的。
17..
18.机床刀架自动换刀装置应满足什麽要求
答：
⑴满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架和刀库上能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面，为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架、刀库可以方便地转位。
⑵在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正:确位置。以保证刀具和工件间准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到被加工工件的几何形状精度和表而粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到垮应准确、并且这种精度保持件要好，以便长期保持刀具的正确位置。
⑶刀架、刀库、换刀机械手都应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力，考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架刀库和换刀机械手都必须具有足够的刚度.以使切削过程和换刀过程平稳。
⑷可靠性高。由于刀架和自动换刀装置在机床丁作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。
⑸刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。
⑹操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄（或手轮）要省力，应尽暈设置在便于操作的地方。
~
19.何谓端面齿盘定位有何特点
答：端面齿盘定位又称端齿盘定位，端齿盘定位由两个相同的端面齿盘相啮合而成，由于啮合时各个齿的误差相互补偿，起着误差均化的作用，定位精度高。齿盘的齿形角一般有2α等于90°和60°两种。齿盘的齿数z的选择应根据所要求的分度数以及齿盘外径D的大小来确定。一般齿盘外径均在100~800mm之间，且参数z、齿形角α、外径D、定位基准孔径d、重合度均已标准化。
19.加工中心的自动换刀装置包括些什麽
答：加工中心的自动换刀装置包括刀库和机械手自动换刀装置。
-
20.加工中心上刀库的类型有哪些各有何特点
答：刀库用于存放刀具，它是自动换刀装置中的主要部件之一。根据刀库存放刀具的数目和取刀方式，刀库可设计成不同类型。刀库类型有鼓轮式、链式、格子箱式、直线刀库等。以下介绍几种常见的刀库形式。
（1）直线刀库，刀具在刀库中直线排列，结构简单，存放刀具数量有限（一般8—12把），较少使用。
（2）圆盘刀库。圆盘刀库少则6—8把，多则50—60把有多种形式。特点是制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。
（3）链式刀库。链式刀库是较常使用的形式，常用的有单排式刀库和加长链条的链式刀库。链式刀库由一个主动链轮带动装有刀套的链条。
（4）其他刀库如格子箱式刀库。
21.刀库驱动电动机选择的依据有哪些
答：刀库驱动电动机的选择应同时满足刀库运转时的负载扭矩T
F
和起动时的加
速扭矩T的要求。考虑到实际情况比计算时设定条件复杂，电动机额定扭矩T
S
应为负载扭矩T
F 的~倍，即T
S
>（~）T
F
。
22.典型换刀机械手有几种各有何特点及其使用范围。
答：1）单臂单手机械手：这种机械手又分为机械手只做往复直线运动和机械手往复摆动两种。单臂单手机械手的特点是结构较简单，换刀动作均需顺序进行，时间不能重合，故换刀时间较长。
①机械手只做往复直线运动的机械手一般应用于刀具主轴与刀库刀座的轴线平行的场合。
②机械手作往复摆动的机械手又分为机械手摆动轴线与刀具主轴平行和摆动轴线与刀具主轴垂直两种，其应用场合分别对应于刀库换刀位置的刀座轴线与主轴轴线相平行的场合和刀具换刀位置的刀座的轴线与主轴轴线相垂直的场合。
2）回转式单臂双手机械手：这类机械手可以同时抓住和拔、插位于主轴和刀库见间的刀具，与单臂单手式机械手相比，可以缩短换刀时间，应用最广泛，形式也较多。
3）双手式机械手：这种机械手又分为机械手只作往复直线运动和机械手有回转运动两种。机械手只作往复直线运动的双手式机械手的特点是向刀库还回用过的刀具和选取新刀均可在主轴正在加工时进行，故换刀时间可较短，这种机械手还起到运输装置的作用，适用于容量较大的，距主轴较远的、特别是分置式刀库的换刀。
4）多手式机械手：这类机械手的特点是各个机械手顺次使用，这类机械手适用于单主轴机床或者是带双刀库的双主轴转塔机床。
第四章工业机器人设计思考题与习题 1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？ 答：我国国家标准GT/T12643-1997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机，能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”。 2.工业机器人由哪几部分组成？并比较它与数控机床组成的区别。 答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。二者组成的区别主要在于机械本体，机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。 3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处？ 答：工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。 在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。二者的主要不同之处有：机床是以直角坐标形式运
动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低 4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？ 答：工业机器人的结构类型有如下四类： 关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好，工作空间范围大（同样占地面积情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作（运动），灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较差；圆柱坐标型机器人，其特点是按圆柱坐标形式动作，灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好；直角坐标型机器人，其特点是按直角坐标形式动作，刚度和精度高，但灵活性差，工作空间范围小。 5.如何选择和确定机器人的坐标系？分析图4-5所示的PUMA机器人的坐标系是如何确定的？ 答：坐标系按右手定则确定。绝对坐标系X-Y-Z，机座坐标系X0-Y0-Z0和机械接坐标系Xm-Ym-Zm的取法参考GB-T16977-1997《工业机器人坐标系和运动命名》。 关节坐标系Xi-Yi-Zi以下简明的方法确定： (1)确定基准状态—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(或大部分关节轴线)与机座直角坐标系轴线平行时的状态作为基准状态。(2)关节坐标轴轴线位置的选取取Zi轴与i关节的运动方向一致。对于回转关节，取Zi轴与i关节的轴线重合；对于移动关节，取Zi轴与i关节的运动方向平行(或重合)。(3)关节坐标方向的选取采用右手坐标系，规定Xi、Zi轴的方向，Yi轴方向就自然确定了。原则上Xi、Zi轴的正向可视方便任意选取，但应尽可能使各坐标
1-3xx 填空 1.机械制造装备应具备的一般功能要求有：加工精度方面的要求，强度、刚度和抗振性方面的要求，加工稳定性方面的要求，耐用度方面的要求，技术经济方面的要求。 2.机械制造装备包括：加工装备，仓储传送装备，工艺装备，辅助装备四大类 工艺装备主要指：产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具 3.机械制造装备设计：创新设计、变型设计、模块化设计三大类 4.机床技术步骤有：方案设计、产品规划、技术设计、工艺设计 5.工件加工表面的发生线形成方法有：轨迹法、成形法、相切法、展成法 6.扩大分级变速主传动系变速范围的方法有：增加变速组、采用背轮机构、采用双公比的传动系、分支传动 7.机床控制系统按自动化程度分为：手动控制系统。机动控制系统。 半自动控制系统。自动控制系统 3-7xx 1.主轴部件的传动方式主要由：齿轮传动、带传动、电动机直接驱动等 噪和刚度、转速、承载能力、抗振性主轴轴承的配置形式应根据：2.声等要求来选择，常见的配置形式有：刚度型、速度型、刚度速度型。 3.提高支承件结构性能的措施有：提高支承件的静刚度和固有频率，提高动态特性，提高热稳定性 4.机床支承件的形状基本上课分有：箱型类、板块类和梁类这三大类
5.直线运动导轨的界面形状有：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形导轨；回转运动导轨的界面形状有：平面环形、锥面环形、双锥面导轨。 6.常用调整导轨间隙的元件有：压板、镶条 7.工业机器人由：操作机、驱动单元、控制装置三部分组成 8..工业机器人总体方案设计包括：运动功能方案设计、传动系统方案设计、结构布局方案设计、参数设计、控制系统方案设计、总体方案评价六个方面 9.机床夹具夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不是破坏定位，一般要求主夹紧力垂直于第一定位基准面，应与工件刚度高方向一致，以利于减小工件的变形，应尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减少夹紧力 10.常用夹紧机构有：斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构；常用夹紧机构的其他夹紧机构有：定心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构；夹紧机构的动力装置有气动、液压气-液联合夹紧装置；其他动力装置有真空、电磁等的夹紧装置 特殊钻套快换钻套可换钻套固定钻套钻套夹具中的钻套有：11.四种 12.可调整夹具的调整方式有调节式更换式综合式组合式 13.现代物流系统的主要特点：采用自动化物流装备，运用现代科学技术和方法，进行设计和管理 垂直式的基本构成由：管理层控制层执行层三大部分组成 14.机械加工生产线由：加工装备工艺装备输送装备辅助装备和控制系统组成 二.名词解释 1.工业工程 2.金属切削机床 3.可靠性 4.成形运动 5.分离式运动 6.无级变速 7.时间控制 8.接触角 9.过定位10.欠定位11.集中式传动 1.工业工程(P9)
《机械制造装备设计》总复习 第一章绪论 1.机械制造装备的分类。 1、机械制造装备指的是什么？共分哪几大类？ 答：机械制造业中所使用的装备就是机械制造装备。 它共分为四大类：加工装备、工艺装备、物料储运装备和辅助装备。 1-1、加工装备都包括哪些装备？ 答：加工装备主要指机床，包括金属切削机床、特种加工机床、锻压机床和木工机床四大类。 1-2、工艺装备都包括哪些装备？ 答：工艺装备包括：刀具、夹具、模具、量具、辅助工具等。 1-3、物料储运装备都包括哪些装备？ 答：物料储运装备包括：物料输送装置、机床上下料装置、各级仓储装置与立体仓库等。 1-4、辅助装备都包括哪些装备？ 答：辅助装备包括：清洗机、排屑装置、测量设备和包装设备等。 第二章机械制造装备的设计方法 1.机械制造装备设计的类型。 2.机械制造装备设计的方法。 3.机械创新设计的思维和方法。 1、利用各种创新方式，举出多种关于热水瓶（或水杯、笔、尺……）的创意，包括功能、附加物、使用方便等，要求有详细说明。 答：如红外遥控或声控的热水瓶，附加移动装置，可以方便使用；使用经过特殊处理的材料，制成有药效功能的热水瓶或摔不破、挤不破的热水瓶；附加净化装置的可以净化水的热水瓶；装上定时定量装置，能自动加水烧水的热水瓶；节能环保的太阳能热水瓶；可以按需要的温度出水的热水瓶；瓶身能够表示瓶内水温的热水瓶……（杯+玻璃+刻度----刻度杯；杯+套（真空密封）----
保温杯（保热保冷）；杯+金属+电----电热杯；杯+温度计----温度指示杯；杯+图文----知识观赏杯；杯+盖+指南针----可指南带盖杯……） 2、利用各种创新方式，用“可折叠”对除折叠伞以外的各类物品进行改进。要求有详细说明，包括功能、附加物、使用方便等。（试举2例） 答： 3、为方便盲人使用，自选一件物品利用各种创新方式进行尝试，包括功能、附加物、使用方便等等，要求有详细说明。 答：如探路手杖，手杖端部安装探头，碰到障碍回有方向提示音，引导盲人回避；下方附加折叠凳，走路时间长了可以坐下休息；手杖能够折叠，不用时可以放入包内； 又如眼镜上安装摄像仪，通过导线连接到司管视觉的器官，盲人戴上后马上就能恢复视觉…… 第三章金属切削机床设计 3.1 设计要求、方法和步骤 1.机床设计的内容与步骤。 3.2 机床总体设计 1.机床主要技术参数的确定（主要是运动参数的确定）。 1、普通机床采用有级变速时，机床的运动参数如何确定?（3-4） 答：机床的运动参数由主运动参数和进给运动参数两大类组成。普通机床采用有级变速时，两类参数的确定方法如下： 1、主运动参数的确定 （1）最高和最低转速的确定； （2）主运动数列的公比或级数的选取。 2、进给运动参数的确定 （1）最大和最小进给量的确定； （2）进给量数列的公比或级数的选取。 2、机床主轴转速采用等比数列的主要原因是什么？（3-6）
河北科技大学理工学院2013——2014学年第1学期 《机械制造装备设计》期末考试试卷A 专业班级姓名学号 一、填空（每空1分，共20分） 1．机械制造装备设计柔性化的含义是指和柔性化。 2．机械制造装备主要包括：、、 、。 3．机床的基本参数包括：______________、_____________、_____________。 4．导轨的作用是和。 5．普通机床主轴的滚动轴承前支承的精度要比后支承的精度______________。 =1.26，采用双速电机的结构式为6．某机床主轴的转速级数Z=12，公比 _______________。 7．进给传动链的传动载荷特点是；因此，其传动系中各传动件的计算转速是其的________________。 8．专用机床总体设计的结果表现形式是三图一卡，它们是：零件的机械加工工序图、、和。 9．自动化仓库中的托盘或货箱的功能是____________。 10．料仓中隔料器的作用是__________________。
二．简答（每小题5分，共25分） 1．机床系列化设计的标志是什么？设计中遵循的四化原则是什么？ 2．机床设计应满足的基本要求是什么？ 3．机床主轴转速数列的公比?为什么要1＜?≤2 ？ 4．机床主轴的功率转矩特性是什么？（画图表示并说明） 5．直线滑动导轨常用的截面组合形式有哪些？
三、简单分析设计（15分） 1．某机床主轴的转速（速度）中等，承受的径向载荷较大，径向支承应选择哪种类型的轴承？如果主轴的转速（速度）高，承受的径向、轴向都载荷较小，又应选择哪种类型的轴承？为了提高主轴轴承的接触刚度，应采取什么措施？ 2．某龙门机床的横梁受到切削头重力和切削力的作用，试选择横梁合理的截面形状？为了提高横梁的刚度，应采取什么措施？ 3．某中型机床主传动系统主轴的转速n max=3000转/分，n min=25转/分，计算转速n j=250转/分，交流调速电机的额定转速n电=1500转/分，n电max=4500转/分,试设计无级和分级混合的传动系统。
1-1为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？ 制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现,重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综 合国力的重要标准。 1-2 机械制造装备与其他工业化装备相比,特别强调应满足哪些要求?为什么？ 柔性化精密化自动化机电一体化节材节能 符合工业工程要求符合绿色工程要求 1-3 柔性化指的是什么?试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里? 柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。 数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中,不同工件可以同时上线,实现混流加工。组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。 1－6．机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面？可获得什么好处？ 答:机械制造装备的机电一体化体现在：其系统和产品的通常结构是机械的，用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理,经控制系统,由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混合形式的执行系统进行操作,使系统能自动适应外界环境的变化,机器始终处于正常的工作状态。 采用机电一体化技术可以获得如下几方面功能：1，对机器或机组系统的运行参数进行巡查和控制；2，对机器或机组系统工作程序的控制;３,用微电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能,简化产品的机械结构。 1－7 对机械制造装备如何进行分类? 加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。 工艺装备:产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。 仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。 辅助装备:清洗机和排屑装置等设备。 １－8工业工程指的是什么？如何在设计机械制造装备时体现工业工程的需求? 答：工业工程是对人、物料、设备、能源和信息能组成的集成系统进行设计,改善和实施的一门科学。 产品设计符合工业工程的需求:在产品开发阶段, 充分考虑结构的工艺性,提高标准化、通用化程度， 以便采用最佳的工艺方案，选择最合理的制造设备, 减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装备的 总体布局，优化操作步骤和方法,减少操作过程中工 人的体力消耗;对市场和消费者进行调研,保证产品合 理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要 的超频工作量。 1-９机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区 别是什么? 1.）机械制造装备设计包括创新设计、变形设计、 模块化设计; 2.)创新设计，一般需要较长的设计开发周期， 投入较大的研制开发工作量;变型设计，变型设计不 是孤立无序的设计，而是在创新设计的基础上进行的, 模块化设计,对一定范围内不同性能，不同规格的产 品进行功能分析，划分一系列的功能模块,而后组合 而成的; 1－１2哪些产品宜采用系列化设计方法?为什么? 有哪些优缺点? 系列化设计方法是在设计的某一类产品中,选择 功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型，运用结 构典型化、零部件通用化、标准化的原则,设计出其 他各种尺寸参数的产品,构成产品的基型系列。 优点：1)用较少品种规格的产品满足市场较大范围的 需求。 2）可以减少设计工作量，提高设计质量,减 少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。 3）可以压缩工艺装备的数量和种类,有助于 缩短产品的研制周期,降低生产成本。 4)零备件的种类少,系列中的产品结构相似, 便于进行产品的维修,改善售后服务质量。 ５）为开展变型设计提供技术基础 缺点：用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择 所需的产品，选到的产品,一方面其性能参数和功能 特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功能还 可能冗余。 1-1３系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什 么？公比选得过大或过小会带来哪些问题? 答:选取原则产品的主参数应尽可能采用优先数系。 主参数系列公比如选得较小，则分级较密,有利于用 户选到满意的产品，但系列内产品的规格品种较多， 系列化设计的许多优点得不到充分利用;反之，则分 级较粗,系列内产品的规格品种较少，可带来系列化 设计的许多优点，但为了以较少的品种满足较大使用 范围内的需求,系列内每个品种产品应具有较大的通 用性,导致结构相对复杂,成本会有待提高，对用户来 说较难选到称心如意的产品。 1－１5 设计的评价方法很多,结合机械制造装备设 计，指出哪些评价方法极为重要,为什么？ 技术经济评价可靠性评价人机工程学评价 结构工艺性评价产品造型评价标准化评价 1-１６有些方案的技术评价较高，但经济评价一般或 不好，有些方案可能是相反的情况，如何对这些方案 进行综合评价？ 答:设计方案的技术评价Tj和经济评价Ｅj经常不会 同时都是最优,进行技术和经济的综合评价才能最终 选出最理想的方案。技术经济评价TEj有两种计算方 法： 1、当Tj和Ej的值相差不太悬殊时,可用均值法计 算TＥj值,即ＴＥj=（Tj+Eｊ）/２。 2、当Tｊ和Ｅj的值相差很悬殊时，建议用双曲线 法计算TEj值,即TEj＝根号（Ｔj＋Ej)。 技术经济评价值TEｊ越大，设计方案的技术经济综 合性能越好,一般TＥj值不应小于0.65。 １-17可靠性指的是什么?有哪些可靠性衡量指标?它 们之间有哪些数值上的联系? 答:含义:可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时 间内，完成规定任务的能力。 可靠性的衡量指标有:１、可靠度；２、积累失效 概率；３、失效率;4、平均寿命和平均无故障工作时 间；5、可靠寿命 这些可靠性衡量指标之间在数值上都与时间t相关 联。 ２-1机床设计应满足哪些基本要求?其理由是什 么? 工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、 精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠 性、造型与色彩 2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？ 答：(一)总体设计:1、机床主要技术指标设计,包括 工艺范围、运行模式、生产率、性能指标等。2、 总体方案设计,包括运动功能、基本参数、总体结 构布局等设计。３、总体方案综合评价与选择4、 总体方案的设计修改或优化。（二）详细设计， 包括技术设计和施工设计。(三)机床整机综合评 价 ２-3机床的基本工作原理是什么? 答:基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相 对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料,使工件 具有要求的尺寸和精度的几何形状。 ２-4机床系列型谱的含义是什么？
《机械制造装备设计》第三版思考题与习题答案 第一章机械制造及装备设计方法 1.为什么机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用？ 答：制造业是国民经济发展的的支柱产业，也是科学技术发展的载体及其转化为规模生产力的工具与桥梁。机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。 2.机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什么？ 答：机械制造装备与其它工业装备相比应具备的主要功能中，除了一般的功能要求外，应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求；更加注重加工精度方面的要求、强度、刚度和抗振性方面的要求、加工稳定性方面的要求、耐用度方面的要求、技术经济方面的要求。 3.柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统 的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 答：即产品结构柔性化和功能柔性化。产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。功能柔性化是指只需进行少量的调整，或修改软件可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。普通机床、组合机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度依次增高，其柔性表现在机床结构柔性化和功能柔性化，其中，柔性制造系统的柔性化程度最高。 4.如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来？ 答：采用机械误差补偿技术或采用数字化技术分析各种引起加工误差的因素，建立误差的数学模型，将误差的数学模型存入计算机。在加工时，由传感器不断地将引起误差的因素测出，输入计算机，算出将产生的综合误差，然而由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。 5.机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面？ 答：机电一体化是指机械技术与微电子、传感检测、信息处理，自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体优化的方法，有机地组成的最佳技术系统。采用机电一体化体的机械制造装备功能强、质量好、故障率低、节能和节材、性能价格比高，具有足够的“结构
一、填空题 1、机械制造装备的组成包括（加工设备）、（工艺设备）、（工件输送装备）和（辅助装备）。 2、加工装备主要指（金属切削机床）、（特种加工机床）以及（金属成型机床）。 3、工艺装备是机械加工中所使用的（刀具）、（模具）、（机床夹具）、（量具）、（工具）的总称。 4、辅助装备包括（清洗剂）、（排屑装置）、（计量装置）等。 2、机床运动分配的四个原则：（将运动分配给质量小的零件）、（运动分配应有利于提高工件的加工精度）、（运动分配应有利于提高运动部件的刚度）、（运动分配应视工件形状而定）。 2、机床设计大致包括：(总体设计)、(技术设计)、（零件设计及资料编写）、（样机试制和试验鉴定）四个阶段。 3、机械制造装备设计可分为：（创新设计），（变形设计）和（模块化设计）。 4、机床的总体方案拟定包括（ 掌握机床的设计依据）、（工艺分析 ）、（总体布局 ）、（ 确定主要的技术参数 ）。 5、机床的主要技术参数包括（ 主参数）、（ 尺寸参数 ）、（ 运动参数 ）、（动力参数 ）。 尺寸参数：指影响机床加工性能的一些尺寸。 运动参数：指机床执行件（主轴或工作台、刀架）的运动速度. 动力参数：包括驱动机床的各种电动机功率或转矩，液压马达和液压缸的牵引力等 6、主轴的尺寸参数主要有：（主轴前后支撑轴颈21,D D ），（主轴内孔直径d ），（主轴前端的悬伸量a ）和（主轴的支承跨距L ）。 6、主轴的技术要求：主轴轴承是根据（载荷性质）、（转速)、（机床的精度）选择的。 6、机床总体布局中提高动刚度的措施：（提高抗震性）、（减小热变形）、（降低噪声）。 7、推力轴承在主轴上的位置影响主轴的轴向精度和主轴（热变形方向和大小），设计时，一般普通机床采用（后端定位），数控机床采用（前端定位），组合机床采用（两端定位）。 8、推力轴承位置配置方式：（前端定位），（后端定位），（两端定位），(中间定位)。 9、机床的主传动形式有：（机械传动）、（液压传动）、（电气传动）。 10、机床主轴组件应满足的基本要求是（旋转精度）、（刚度）、（抗振性）、（温升与热变形）、（精度保持性） 11、提高主轴部件性能措施：（提高旋转精度）、（提高刚度）、（提高动刚度）。 12、导轨应满足的要求：（导向精度 ）、（精度保持性 ）、（有足够的刚度 ）、（低速运动平稳性）、（结构简单，工艺性好）。 13、机械制造装备应满足的功能包括：（加工精度），（强度）、（刚度和抗震性），（加工稳定性），（耐用度和性价比）。 12、转速图的一点三线包括：（转速点）、（转速线）、（传动轴线）、（传动线）。 13、主轴滚动轴承的选择：（双列圆柱滚子轴承）、（双向推力角接触轴承)、 (圆锥滚子轴承和深沟球轴承)、(角接触球轴承)。
机械制造装备设计_试卷及答案第06套
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《机械制造装备设计》试卷（闭卷）（试卷编号：06） （考试时间：120分钟适用机制专业） 1题号一二三四五六七总分复核人分值10 20 28 15 20 7 100 得分 一、选择题（每题1分，共10分） 1.随行夹具的返回型式有上方返回、下方返回和（） 得分 三种。 批阅人（A）直线通过式；（B）折线通过式； （C）水平返回； 2.按照工艺范围，机床可分为（）、专用机床、专门化机床 （A）通用机床；（B）车床；（C）数控机床； 3.根据数控机床的工作原理，它一般由信息载体、（）、伺服 统、机床本体等四部分组成。 （A）伺服电机；（B）加工装备；（C）数控装置；4.仓储设施的型式按其功能分有原材料库、（）、在制品库、零部件 成品库、维修件和备件库、产成品库、工夹量具等工艺装备库等； （A）外购件库；（B）车间级库；（C）厂级库； 5.数控机床电气伺服系统按有无检测和反馈装置分为开环、（） 和半闭环系统. （A）电气系统；（B）闭环；（C）液压系统； 6.回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、（）和双锥 导轨。 （A）平面形；（B）锥面环形；（C）三角形；
7.钻模按其结构特点可分为（）、回转式钻模、翻转式钻模 盖板式钻模、滑柱式钻模等五种类型。 （A）固定式钻模；（B）分离式钻模；（C）可调式钻模； 8.采用"少品种,大批量”的作法，强调的是“规模效益”.这种制造模式称为（）。 A.“传统模式“ B.“精益生产” C．“敏捷制造“D。”精益—敏捷—柔性 9.使用要求相同的部件,另件,按现行的各种标准和规范,进行设计与制造., ,称为. ( ). A.产品系列化. B.结构典型化. C.通用化标准化/ S.另件.通用化 10机床传动系统各末端执行件之间的运动协调性,和均匀性精度,称为( ). A.几何精度. B.运动静度, C.传动静度. D.定位精度. 二．判断题（20分，每小题2分） 1．机械制造装备包括加工装备、机床、仓储输送装备和 得分 辅助装备四种，它与制造工艺、方法紧密联系在一起， 批阅人 是机械制造技术的重要载体。（） .2。可调支承是支承点位置可以调整的支承。它不起定位作用，主要用于工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基准面定位的工序中。（） .3.刀具识别装置是自动换刀系统的重要组成部分。常用的有顺序选刀和任意选刀两种型式。( ) 4.机床间的工件传递和运送装置目前包括有：托盘和随行夹具..有轨小车 (RGV)和无轨小车(AGV)等。（）
《机械制造装备设计》第三版思考题与习题答案第一章机械制造及装备设计方法 1.为什么机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用？ 答：制造业是国民经济发展的的支柱产业，也是科学技术发展的载体及其转化为规模生产力的工具与桥梁。机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。 2.机械制造装备与其它工业装备相比，特别强调应满足哪些要求，为什么？ 答：机械制造装备与其它工业装备相比应具备的主要功能中，除了一般的功能要求外，应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程的要求；更加注重加工精度方面的要求、强度、刚度和抗振性方面的要求、加工稳定性方面的要求、耐用度方面的要求、技术经济方面的要求。 3.柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 答：即产品结构柔性化和功能柔性化。产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。功能柔性化是指只需进行少量的调整，或修改软件可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。普通机床、组合机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度依次增高，其柔性表现在机床结构柔性化和功能柔性化，其中，柔性制造系统的柔性化程度最高。 4.如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来？
机械制造装备设计复习题（一）及答案 一、选择（10分，每小题1分） 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，这种制造模式被称为[ B ]。 A. “传统模式” B. “精益生产” C. “敏捷制造” D. “并行工程” 2．利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或静压力作用下成为具有一定形状和尺寸的工件，同时使其性能和金相组织符合一定的技术要求的机床，称为[ D ]。 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．加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的精度，称为 [ D ]。 A. 几何精度 B. 运动精度 C. 传动精度 D. 工作精度 5．具有摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近、运动灵敏度高，但抗振性差为特点的导轨是 [ C ]。 A. 滑动导轨 B. 卸荷导轨 C. 滚动导轨 D. 动压导轨 6．一个四自由度平面关节型机器人，其运动功能式为[ B ]。 A. M O //4321γγγγ B. M Z O //321γγγ C. M ZX O //21γγ D. M XYZ O //γ 7．以灵活性好，工作空间范围大，但刚度和精度较低为特点的机器人是[ A ]。 A. 关节型机器人 B. 求坐标型机器人
C. 圆柱坐标型机器人 D. 直角坐标型机器人 8．质量小、线胀系数小、弹性模量大、刚度大，在高速下温升低的轴承为[ D ]。 A.角接触球轴承 B. 双列短圆柱滚子轴承 C.圆锥滚子轴承 D. 陶瓷滚子轴承 9．背轮机构可把变速范围扩大到最大数值为[ D ]。 A. 8 B. 32 C. 4 D. 16 10．制造方便，工艺性好，但磨损后很难调整和补偿间隙，主要用于受轴向负荷为特点的导轨为：[ D ]。A. 矩形导轨 B. 三角形导轨 C. 燕尾形导轨 D. 圆柱形导轨 二、填空（20分，每小题1分） 1．加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和___位置___的符合程度。 2．全自动是指能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程；半自动则需___人工___完成上下料。
《机械制造装备设计》试卷（闭卷）（试卷编号：06） （考试时间：120分钟 适用机制专业） 1题号 一 二 三 四 五 六 七 总分 复核人 分值 10 20 28 15 20 7 100 得分 一、选择题（每题1分，共10分） 1.随行夹具的返回型式有上方返回、下方返回和（ ）三种。 （A ）直线通过式； （B ）折线通过式； （C ）水平返回； 2.按照工艺范围，机床可分为（ ）、专用机床、专门化机床 （A ）通用机床； （B ）车床； （C ） 数控机床； 3.根据数控机床的工作原理，它一般由信息载体、（ ）、伺服 统、机床本体等四部分组成。 （A ）伺服电机； （B ）加工装备； （C ）数控装置； 4.仓储设施的型式按其功能分有原材料库、（ ）、在制品库、零部件成品库、维修件和备件库、产成品库、工夹量具等工艺装备库等； （A ）外购件库； （B ）车间级库； （C ）厂级库； 5.数控机床电气伺服系统按有无检测和反馈装置分为开环、（ ） 和半闭环系统. （A ）电气系统； （B ）闭环； （C ）液压系统； 6.回转运动导轨的截面形状有三种：平面环形、（ ）和双锥 导轨。 （A ）平面形； （B ）锥面环形； （C ）三角形； 得 分 批阅人
7.钻模按其结构特点可分为（ ）、回转式钻模、翻转式钻模 盖板式钻模、滑柱式钻模等五种类型。 （A ）固定式钻模； （B ）分离式钻模； （C ）可调式钻模； 8.采用"少品种,大批量”的作法，强调的是“规模效益”.这种制造模式称为 （ ）。 A.“传统模式“ B.“精益生产” C ．“敏捷制造“ D 。”精益—敏捷—柔性 9.使用要求相同的部件,另件,按现行的各种标准和规范,进行设计与制造., ,称为. ( ). A.产品系列化. B.结构典型化. C.通用化标准化/ S.另件.通用化 10机床传动系统各末端执行件之间的运动协调性,和均匀性精度,称为 ( ). A.几何精度. B.运动静度, C.传动静度. D.定位精度. 二．判断题 （20分，每小题2分） 1．机械制造装备包括加工装备、机床、仓储输送装备和辅助装备四种，它与制造工艺、方法紧密联系在一起，是机械制造技术的重要载体。 （ ） .2。可调支承是支承点位置可以调整的支承。它不起定位作用，主要用于 工件的毛坯制造精度不高，而又以粗基准面定位的工序中。 （ ） .3.刀具识别装置是自动换刀系统的重要组成部分。常用的有顺序选刀和任意选刀两种型式。 ( ) 4.机床间的工件传递和运送装置目前包括有：托盘和随行夹具..有轨小车 (RGV)和无轨小车(AGV)等。（ ） 得 分 批阅人
《机械制造装备设计》试题1答案 一、简答题（每题3分，共12分） 1. 能将几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，使每个多轴箱依次转动到加工位置对工件进行加工的组合机 床。 2. 利用刀齿的轮廓与工件最终加工表面形状相似，切削齿高度向后递增，工件的余量被一层一层地切去， 由最后一个刀齿切出所要求的尺寸，经校准齿修光达到预定的加工精度的拉削。 3. 机床夹具是机械加工中用来确定加工工件的正确位置，并使工件固定，以承受切削力，便于接受加工的工艺 装备。 4. 指机床上，工件安装基面至机床底面的垂直距离。 二、填空题（每空1分，共16分） 1. 夹具、模具、刀具、量具 2. 被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、机床生产率卡。 3. 锯齿头支承钉、一组支承板、可胀心轴、定位销 4. 保护压板和避免螺栓弯曲，直接压紧工件，支承压板，卸料工件时托住压板。 三、问答题（12分） 见教材 四、问答题（15分） 1. 夹具与机床连接时使夹具定位表面相对机床主轴（或刀具）、机床运动导轨有准确的位置和方向的过程称 为夹具的对定。 2．夹具的对定包括三个方面：一是夹具在机床上的定位，即夹具对切削成形运动的定位；二是夹具的对刀， 即夹具对刀具的对准；三是分度和转位定位，即夹具对加工位置的定位。 3．使用夹具加工工件时，只有首先保证夹具在机床上的对定要求，其对定误差要小于工件的允许误差，才能 使工件在夹具中相对刀具及成形运动处于正确位置，即夹具定位。从而保证工件的加工尺寸精度和相互位置加工 精度。 五、问答题（15分） 见教材 六、设计题（15分） 1. 计算公比φ 已知：1001120=R ，Z=8 . 根据 1-=Z R ?, 则7 19.11lg 1lg lg =-=Z R ?, 即：φ= 2．确定传动组、传动副和扩大顺序 根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：① Z=4ⅹ2； ② Z=2ⅹ4；③ Z=2ⅹ2ⅹ2 在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③： Z=2ⅹ2ⅹ2 根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21ⅹ22ⅹ24 3. 转速图绘制设计 ① 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560，800，1120 r/min ② 确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min ，则电机轴与轴 的传动比为： ③ 确定各变速组最小传动比 从转速点800 r/min 到100r/min 共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓
《机械制造装备设计》习题及解答 一、填空题 1.机床精度包括：几何精度，传动精度，运动精度和定位精度。 2.相邻两个变速组齿轮，采用交错排列或共用齿轮传动机构可以缩短其轴向长度。 3.矩型导轨和燕尾型导轨常用镶条来调整侧面间隙，镶条分为平镶条和斜镶条两种。 4.机床夹具的基本组成部分包括定位元件，夹紧装置，夹具体三部分。 5.减小夹紧变形的方法合理确定夹紧力的方向、作用点和大小，在可能条件下采用机动夹紧，并使各接触面上所受的单位压力相等， 提高工件和夹具元件的装夹刚度。 6.在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位，夹紧。 7.在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。 8.一个尚未定位的工件其位置是不确定的，空间直角坐标系中有6个自由度。 9.机床应具有的性能指标包括：工艺范围，加工精度，生产率，自动化程度和可靠性。 10.矩形导轨和燕尾形导轨可采用镶条来调整侧面间隙，辅助导轨副用压板来调整间隙。 11.主轴上的传动方式主要有带传动和齿轮传动；精密机床、高速加工中心和数控车床常用的驱动方式是：电动机直接驱动主轴。 12.定位元件中适合于工件以精基准圆柱孔定位的元件有定位轴，定位销，心轴。 13.分度装置的分度精度等级一般分为超精密，级精密级，普通级三种。 14.基准误差研究的主要对象是工件的定位基准，工序基准两个基准。 15.定位是确定工件在夹具中的占有正确位置的过程。 16.定位方法中属于不正确的定位方式是欠定位。
17.一个变速组内的最大传动比与最小传动比的比值称为变速组的变速范围；其中，级比指数为1的变速组称为基本组，第一扩大组的级比指数为 x1=x0×p0（用公式表示）。 18.加强筋（肋）的主要用途是加强局部刚度和减少薄壁振动。 19.主轴组件由主轴、支承轴承、传动件、定位元件等组成。 20.机动夹紧装置包括力源装置，中间传力机构，夹紧元件三部分 21.按夹紧力的方向单件联动夹紧有三种方式单件同向联动夹紧，单件对向联动夹紧，互垂力或斜交力联动夹紧。 22.定位元件中适合于工件以外圆柱面定位的元件有半圆套，V形块。 23.用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度称为六点定位规则。 24.支承板比较适合于工件以精基准平面定位。 25.扩大传动系统变速范围，可采用增加变速组，背轮机构，对称混合公比和双速电机等方法。 26.隔板的作用是将局部载荷传递给其他壁板，从而使整个支承件能比较均匀地承受载荷。 27.机构中适合于轴向分度对定的机构有钢球对定，圆柱销对定，菱形销对定，圆锥销对定。 28.夹紧力作用点的确定原则中作用点的位置应当落在定位元件的支承范围内，选在工件刚度较高的部位，尽量靠近加工表面。 29.属于机动夹紧装置力源装置的有电动装置，气动装置，磁力装置。 30.回转分度装置按分度盘和对定销相对位置的不同可分为两种基本形式轴向分度，径向分度。 31.长方体大表面由的三个支承点（不在同一直线）定位可限制3个自由度。 32.工件以“两孔一面”组合定位时可限制工件六个自由度。 二、判断题
机械制造装备设计考试题及答案 西北工业大学考试题（A卷）（考试时间120分钟） 学院：专业： 姓名：学号： 一．填空题（共30分，每空1分） 1.机械制造装备创新设计的步骤 可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶 段。P17 2.可靠性预测是对新产品设计的 可靠性水平进行评估，计算出产品或其零部件可能达到的可靠 性指标。P38 3.机床的柔性包括空间上的柔性 和时间上的柔性。P57 4.变速组的级比是指主动轴上同 一点传往从动轴相邻两传动线 的比值。P92 5.机床控制系统可分为时间控制、 程序控制、数字控制、误差补偿控制和自适应控制。P129 6.支承件的主要功能是保证机床 各零部件之间的相互位置和相 对运动精度。P161 7.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。P223 8.伺服电动机驱动单元一般由伺 服电动机、传感器、减速器和制动器组成。 P238 9.可调整夹具的调整方式可分为 调节式、更换式、综合式和组合式。P307
10. 铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和仿形进给式三类。P321 二． 判断题（共10分，每题1分） 1. 采用分支传动方式除了能较大地减小变速范围外，还具有缩短高速传动路线、提高传动效率、 减少噪声的优点。P99 （×） 2. 钢板焊接结构的缺点是钢板材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3。P166 （√） 3. 机器人对灵活性要求很高，其刚 度、精度相对较低。P218 （√） 4. 在工业机器人中常柔软且拉伸 变形大的钢带传递运动。P237 （×） 5. 机器人手臂的结构随其机械结构类型和驱动系统类型的不同 而有很大差别。P241 （√） 6. 调节式可调整夹具适用于位置精度高的场合。P308 （×） 7. 在OXYZ 坐标系中，物体有三个自由度。P275 （×） 8. 组合夹具特别适用于单件、小批量生产，以及新产品试制。P311 （√） 9. 带式传送机的输送能力大、运距大，可输送的物料品种多，结构 比较简单，营运费用较低。P373 （√） 10. 柔性制造系统对集成于其中 的加工设备是有一定要求的，不 是任何加工设备均可纳入柔性制造系统中。P437 （√） 三． 名词解释（共20分，每题5分）
1-1 为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着 重要的作用？ 制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。 1-2 机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？为什么？ 柔性化精密化自动化机电一体化节材节能 符合工业工程要求符合绿色工程要求 1-3 柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？ 柔性化有俩重含义：产品机构柔性化和功能柔性化。 数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。 1-6．机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面？可获得什么好处？ 答：机械制造装备的机电一体化体现在：其系统和产品的通常结构是机械的，用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理，经控制系统，由机械、液压、气动、电气、电子及他们的混合形式的执行系统进行操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态。 采用机电一体化技术可以获得如下几方面功能：1，对机器或机组系统的运行参数进行巡查和控制；2，对机器或机组系统工作程序的控制；3，用微电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构。 1-7 对机械制造装备如何进行分类？ 加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。 工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。 仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。 辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。 1-8工业工程指的是什么？如何在设计机械制造装备时体现工业工程的需求？ 答：工业工程是对人、物料、设备、能源和信息能组成的集成系统进行设计，改善和实施的一门科学。 产品设计符合工业工程的需求：在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择最合理的制造设 备，减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装 备的总体布局，优化操作步骤和方法，减少操作过程 中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证 产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成 不必要的超频工作量。 1-9 机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区 别是什么？ 1.）机械制造装备设计包括创新设计、变形设计、 模块化设计； 2.）创新设计，一般需要较长的设计开发周期， 投入较大的研制开发工作量；变型设计，变型设计不 是孤立无序的设计，而是在创新设计的基础上进行 的，模块化设计，对一定范围内不同性能，不同规格 的产品进行功能分析，划分一系列的功能模块，而后 组合而成的； 1-12 哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有 哪些优缺点? 系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择 功能、结构和尺寸等方面较典型产品为基型，运用结 构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其 他各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。 优点：1）用较少品种规格的产品满足市场较大范围 的需求。 2）可以减少设计工作量，提高设计质量，减 少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。 3）可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于 缩短产品的研制周期，降低生产成本。 4）零备件的种类少，系列中的产品结构相似， 便于进行产品的维修，改善售后服务质量。 5）为开展变型设计提供技术基础 缺点：用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择 所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能 特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功能还 可能冗余。 1-13系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什 么？公比选得过大或过小会带来哪些问题？ 答：选取原则产品的主参数应尽可能采用优先数系。 主参数系列公比如选得较小，则分级较密，有利于用 户选到满意的产品，但系列内产品的规格品种较多， 系列化设计的许多优点得不到充分利用；反之，则分 级较粗，系列内产品的规格品种较少，可带来系列化 设计的许多优点，但为了以较少的品种满足较大使用 范围内的需求，系列内每个品种产品应具有较大的通 用性，导致结构相对复杂，成本会有待提高，对用户 来说较难选到称心如意的产品。 1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计， 指出哪些评价方法极为重要，为什么？ 技术经济评价可靠性评价人机工程学评价结 构工艺性评价产品造型评价标准化评价 1-16有些方案的技术评价较高，但经济评价一般或不 好，有些方案可能是相反的情况，如何对这些方案进 行综合评价？ 答：设计方案的技术评价Tj和经济评价Ej经常不会 同时都是最优，进行技术和经济的综合评价才能最终 选出最理想的方案。技术经济评价TEj有两种计算方 法： 1、当Tj和Ej的值相差不太悬殊时，可用均值法 计算TEj值，即TEj=（Tj+Ej）/2。 2、当Tj和Ej的值相差很悬殊时，建议用双曲线 法计算TEj值，即TEj=根号（Tj+Ej）。 技术经济评价值TEj越大，设计方案的技术经济综合 性能越好，一般TEj值不应小于0.65。 1-17可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指标？ 它们之间有哪些数值上的联系？ 答：含义：可靠性是指产品在规定的条件下和规定的 时间内，完成规定任务的能力。 可靠性的衡量指标有：1、可靠度；2、积累失效 概率；3、失效率；4、平均寿命和平均无故障工作时 间；5、可靠寿命 这些可靠性衡量指标之间在数值上都与时间t相关 联。 2-1 机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么? 工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、 精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠 性、造型与色彩 2-2机床设计的主要内容及步骤是什么？ 答：（一）总体设计：1、机床主要技术指标设计，包 括工艺范围、运行模式、生产率、性能指标等。2、 总体方案设计，包括运动功能、基本参数、总体 结构布局等设计。3、总体方案综合评价与选择4、 总体方案的设计修改或优化。（二）详细设计， 包括技术设计和施工设计。（三）机床整机综合评 价 2-3机床的基本工作原理是什么？ 答：基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相 对运动，由刀具切除工件上多余的金属材料，使工件 具有要求的尺寸和精度的几何形状。 2-4机床系列型谱的含义是什么？ 为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户的不 同需求，通常是按照该类机床的主参数标准，先确定 一种用途最广、需要量较少的机床系列作为“基型系 列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若 干种变型机床，形成“变型系列”。“基型”和“变型” 构成了机床的“系类型谱”。 最新可编辑word文档