机电设备评估基础练习题答案

第一次练习 5.某产品于正式生产前设计了四种工艺方案，其工艺成本组成如表所示：

求： （1）、工艺方案I、Ⅱ的临界产量Q01，当产品年产量大于Q01时，选哪种方案较为合理？ （2）、工艺方案Ⅱ、Ⅲ的临界产量Q02 （3）、若设计年产量为18000件，该选用

哪种工艺方案比较合理？

【正确答案】(1)工艺方案1,2的临界产量 Q=（B1-B2）/ (D1-D2)=(21000-25000)/(2.3-2.5)=20000件。当产量大于20000件时，选工艺

方案1较为合理 （2）工艺方案2、3的的临界产量 Q=（B3-B2）/ (D2-D3)=(18000-21000)/(2.5-2.8)=10000件。

（3）C1=Q*D1+B1=18000*2.3+25000=66400元/年 C2=Q*D2+B2=18000*2.5+21000=66000元/年

C3=Q*D3+B3=18000*2.8+18000=68400元/年 C4=Q*D4+B4=18000*3.2+16000=73600元/年

所以：若设计年产量为18000件，应该选用工艺方案2 6.某企业生产一种产品，在年产量不变的前提下原来的全年工艺成本为10000万，现在为了

降低生产成本，准备对生产设备进行技术改造。有两种改造方案：第一种方案需固定资产投

资6000万元，改造后预期全年工艺成本可以降到7000万元；第二种方案需固定资产投资9000万元，改造后预期全年工艺成本可以降低到5000万元。仅从改造固定资产投资回收期

来考虑，采用哪一种方案更为合理?

解：第一种方案的投资回收期：t1=（K1-K0）/(Cn0-Cn1)=（6000-0）/（10000-7000）=2年

第二种方案的投资回收期：t2=（K2-K0）/(Cn0-Cn2)=（9000-0）/（10000-57000）=1.8年

因为：第二种方案投资回收期较短，所以：采用方案二比较合理 Q0=（B2-B1）/ (D1-D2)=(25000-10000)/(80-50)=500件。

所以在年产量小于500件时，采用第一种工艺方案比较有利

第三次练习 1.组合机床的通用部件有哪几类？

【正确答案】组合机床的通用部件按其所起作用不同可分为五类： （1）动力部件 （2）支承部件 （3）输送部件 （4）控制部件 （5）辅助部件 2.已知某机床代号为CA6140A

试说明C、A、6、1、40、A各为何种代号。

试说明C、A、6、40、A各自代表的意义。

该机床的主运动和进给运动是什么？ 简要说明该机床的组成、各部分的功能和动力传递路线

【正确答案】机床代号CA6140A中C为类代号，代表车床类机床；A为结构特性代号，代

表普通车床；6为组代号，代表卧式车床；1为系代号；40为主参数代号，代表最大工件回

转直径为400mm；A为机床重大改进顺序号，代表第一次重大改进。

该机床的主运动为工件的旋转运动，进给运动是车刀随刀架的纵向或横向移动。 该机床为普通车床，由三箱（主轴箱、进给箱、溜板箱），两杠（光杠、丝杠）两架（刀架、

尾架）一床身组成。

主轴箱：主轴箱是用来带动车床主轴及卡盘转动，并能使主轴得到不同的转速。

进给箱：将主轴传来的旋转运动传给丝杠或光杠，并使丝杠或光杠得到不同的转速。

丝杠：用来车螺纹，它能通过溜板箱使车刀按要求的传动比作精确的直线运动。 光杠：用来把进给箱的运动传给溜板箱使车刀作直线运动。

溜板箱：将丝杠或光杠的转动传给溜板使车刀纵向或横向运动。

刀架：用来装夹车刀。

尾架：装夹细长工件和安装钻头、铰刀等。 床身：支持和安装车床各部件用。床身导轨供纵溜板和尾架移动用。

传动路线：

第四次练习 2.试述永磁直流伺服电动机的组成、特点及性能。

2. 【正确答案】组成： 永磁直流伺服电动机由电动机本体和检测部件组成。 电动机本体主要由机壳、定子磁极和转子三部分组成。

定子磁极为永磁体，磁极的形状可以是矩形或成瓦状，目前多用瓦状结构。转子分为普通型

和小惯量型两类。

普通型转子与一般直流电动机的转子相似，也是有槽转子，只是转子铁芯上的槽数较多，且

采用斜槽，在一个槽内又分布有几个虚槽。与一般直流电动机相比，转子铁芯长度对直径的比大些，气隙小些。

特点： 普通型转子永磁直流伺服电动机与小惯量型转子直流伺服电动机相比，具有以下一

些特点：

（1）低速时输出的转矩大，惯量比较大，能与机械传动系统直接相连，省去齿轮等传动机

构，从而有利于减小机械振动和噪声，以及齿隙误差。 （2）转子的热容量大，电动机的过载性能好，一般能加倍过载几十分钟。

（3）调速范围宽，当与高性能速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围可达1：1000

以上。

（4）转子惯量比较大，为了满足快速响应的要求，需加大电动机的加速转矩，为些需要加

大电源容量。 （5）转子温升高（电动机允许温升可达150℃–180℃），可通过转轴传到机械上去，这会影

响精密机械的精度。

小惯量型转子又分为无槽转子、空心杯形转子和印刷绕组转子。无槽转子的铁芯是由无槽矽

钢片叠成的光滑圆柱体，在圆柱体的表面用漆包线编织成包子形的绕组，气隙较大。空心杯

形转子没有铁芯，由漆包线纺织成杯形，再用环氧树脂将其固化成一个整体构成。印刷绕组转子是由在圆形绝缘薄板上印制裸露的绕组构成。

小惯量型转子直流伺服电动机的转子惯量小，适用于快速响应的伺服系统，但过载能力低。

用于数控机床等进给伺服系统中，由于转子惯量与机械传动系统匹配较差，电动机轴与机械

传动系统不能直接相连，必须采取一些措施。

反馈用的检测部件有高精度的测速发电机、旋转变压器以及脉冲编码器等。检测部件同轴安 装在电动机的尾部（非轴伸出端）。

性能： 永磁直流伺服电动机的性能需要用特性曲线和数据表加以全面描述。根据永磁直流

伺服电动机的工作曲线，伺服电动机的工作区域被温度极限线、转速极限线、换向极限线、

转矩极限线以及瞬时换向极限线划分成三个区域：

Ⅰ区为连续工作区，在该区域内转矩与转速的任意组合都可以长时间连续工作。 Ⅱ区为断续工作区，在该区域内电动机只能按允许的工作时间和断电时间间歇工作。

Ⅲ区为加速和减速区，在该区域内电动机只能进行加速和减速，工作极短的时间。

永磁直流伺服电动机具有优良的调速性能，但也存在着固有的缺点，如它的电刷和换向器容

易磨损，需要经常维护；由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制，也使应用环 境受到限制；结构复杂，制造困难，成本高等。 3.数控机床对伺服系统有哪些要求？

【正确答案】数控机床的伺服系统有进给伺服系统、主轴伺服系统和辅助伺服系统。

数控机床要求进给伺服系统: ①高精度，即定位要准确，跟随精度要高。②快速响应，无超

调。要求加（减）速度足够大；负载突变时速度恢复时间短且无振荡。③调速范围宽。 ④低速大转矩，并应具有较强的过载能力，而且力矩波动要小。

⑤可靠性高，即对环境（如温度、湿度、粉尘、油污、振动、电磁干扰等）的适应性强，性

能稳定，使用寿命长，平均故障间隔时间（MBTF）长。

数控机床要求主轴伺服系统:

数控机床的主轴的工作运动是旋转运动。要求主轴驱动系统不仅要具有宽的调速范围，而且能在尽可能宽的速度范围内保持恒功率输出。

为了能加工螺纹，数控车床的主轴驱动应与进给驱动实行同步控制。

数控车床、数控磨床等机床的主轴驱动系统应具有恒线速切削功能，以保证端面加工的表面

粗糙度。

加工中心的主轴驱动系统应具有高精度的停位控制功能，以满足其自动换刀的需要。 有的数控机床还要求主轴驱动系统具有角度控制功能。 4.试述数控机床中开环、闭环及半闭环系统的组成、原理和应用特点。

4. 【正确答案】开环控制数控机床不带位置检测反馈装置。CNC装置输出的指令脉冲经驱

动电路的功率放大，驱动步进电动机转动，再经传动机构带动工作台移动。这类数控机床工

作比较稳定，反应快，调试方便，维修方便，但控制精度和速度都比较低，因此多为经济型。 闭环控制数控机床带有位置检测反馈装置。位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机

床工作台的实际运行位置，并与CNC装置的指令位置进行比较，用差值进行控制。这类数

控机床由于能够减小乃至于消除由于传动部件制造、装配所带来的误差，因而可以获得很高

的加工精度。但是，环内包含的机械传动环节比较多，如丝杠螺母副、工作台等。丝杠与螺

母间，工作台与导轨间的摩擦特性，各部件的刚性都是可变的，这些都直接影响伺服系统的调节参数，而且有一些参数是非线性的。如果设计、调整得不好，将会造成系统的不稳定。

因此，这类数控机床伺服系统的设计和调试都有较大的难度，如果不是精度要求很高的数控

机床，一般不采用这种控制方式。

半闭环控制数控机床将检测元件安装在电动机的端头或丝杠的端头。由于半闭环的环路内不

包括工作台及丝杠螺母副，所以可以获得比较稳定的控制特性。它的控制精度虽不如闭环控 制数控机床的高，但调试比较方便，因而被广泛采用。 5.试述数控机床的组成。

5. 【正确答案】数控机床由CNC系统、机床主机和辅助装置组成。

其中，CNC系统由程序，输入输出(I/O)设备，CNC装置及主轴、进给驱动单元组成。

因为数控机床是按照预先编写好的零件加工程序进行自动加工的，所以零件加工程序是CNC系统的重要组成部分。

输入输出设备主要用于零件加工程序的编制、存储、打印、显示等。简单的输入输出设备只

包括键盘、米字管和数码管等。一般的输入输出设备除了人机对话编程键盘和阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器LCD外，还包括纸带、磁盘或磁带输入机、穿孔机和电传机等。

高级的输入输出设备还包括自动编程机乃至CAD/CAM系统。 CNC装置是CNC系统的核心部件，它由三部分组成，即计算机(硬件和软件)、可编程序控

制器(PLC)和接口电路。

主轴驱动装置用于控制主轴的旋转运动，实现在宽调速范围内连续可调，并能提供切削所需

要的功率。进给驱动装置用于控制机床各坐标轴的切削进给运动，提供切削过程中所需要的扭矩，配以位置控制系统即可实现对工作台(或刀具)位置的精确控制。驱动装置由驱动部件

和速度控制单元组成。主轴驱动部件由直流或交流主轴电动机和速度检测元件组成。进给驱

动部件由功率步进电动机(多用于经济型数控机床)或交、直流伺服电动机与速度检测元件组

成。

辅助装置包括液压、气动装置，交换工作台，数控转台，数控分度头，排屑装置，刀具及监 控检测装置等。 6.试述永磁同步交流伺服电动机与永磁直流伺服电动机的区别？

6. 【正确答案】永磁同步交流伺服电动机与永磁直流伺服电动机相比，其区别有以下几点：

（1）永磁同步交流伺服电动机转子是永磁体。而永磁直流伺服电动机的定子是永磁体的。

（2）两种电动机的工作原理不同。永磁同步交流伺服电动机的工作原理是：定子三相绕组接上电源后，产生一旋转磁场，该旋转磁场吸引转子的永磁磁级带动转子一起旋转。永磁直

流伺服电动机的基本工作原理是：通电的转子绕组在定子磁场中受电磁力而产生转距，使转

子转动。

（3）永磁同步交流伺服电动机与永磁直流伺服电相比，机械特性更硬；另外，断续工作区

的范围扩大，这更有利于提高电动机的加、减速能力。 （4）两种电动机的调速方法不同。永磁同步交流伺服电动机主要采用改变电源频率的方法，