【正文】 1 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》模擬試題 1 參考 答案 一、 選擇 （ 10分 ， 每小題 1分） 1． 采用“少品種、大批量”的做法，強(qiáng)調(diào)的是“規(guī)模效益”，這種制造模式被稱為 [ A ]。 A. “傳統(tǒng)模式” B. “精益生產(chǎn)” C. “敏捷制造” D. “精益 — 敏捷 — 柔性” 2． 利用工具電極與工件之間的放電現(xiàn)象從工件上去除微粒材料達(dá)到加工要求的機(jī)床，稱為 [ C ]。 A. 電火花線切割機(jī)床 B. 電解加工機(jī)床 C. 電火花加工機(jī)床 D. 電子束加工機(jī)床 3． 利用一套標(biāo)準(zhǔn)元件和通用部件按加工要求組裝而成的夾具，稱為 [ A ]。 A. 組合夾具 B. 專用夾具 C. 成組夾具 D. 隨行夾具 4． 使用要求相同的零部件按照現(xiàn)行的各種標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，稱為 [ C ]。 A. 產(chǎn)品系列化 B. 結(jié)構(gòu)典型化 C. 標(biāo)準(zhǔn)化 D. 零部件通用化 5． 機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性和均勻性精度，稱為 [ C ]。 A. 幾何精度 B. 運(yùn)動(dòng)精度 C. 傳動(dòng)精 度 D. 定位精度 6． 要求導(dǎo)軌導(dǎo)向性好，導(dǎo)軌面磨損時(shí)，動(dòng)導(dǎo)軌會(huì)自動(dòng)下沉，自動(dòng)補(bǔ)償磨損量，應(yīng)選 [ B ]。 A. 矩形導(dǎo)軌 B. 三角形導(dǎo)軌 C. 燕尾形導(dǎo)軌 D. 圓柱形導(dǎo)軌 7． 一個(gè)運(yùn)動(dòng)功能式為 MXYZO // ? 的四自由度搬運(yùn)機(jī)器人是 [ D ]。 A. 關(guān)節(jié)型機(jī)器人 B. 求坐標(biāo)型機(jī)器人 C. 圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 D. 直角坐標(biāo)型機(jī)器人 8． 一個(gè)料斗同時(shí)向幾臺(tái)機(jī)床供料時(shí)，通常使用 [ D ]。 B. 隔料器 D. 分路器 9． 磨床進(jìn)給量的單位為 [ C ]。 /每轉(zhuǎn) B. 毫米 /沖程 /分鐘 D. 轉(zhuǎn) /分鐘 10． 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)由于傳動(dòng)件摩擦、攪油、空氣阻力等原因使電動(dòng)機(jī)消耗的一部分功率，稱為 [ C ]。 B. 機(jī)械摩擦損耗功率 D. 額定功率 二、填空 （ 20分 ， 每小題 1分） 1． 20世紀(jì)末，世界已進(jìn)入 _____知識(shí) _______經(jīng)濟(jì)時(shí)代。 2． 加工后零件對(duì)理想尺寸、形狀和位置的符合程度，稱謂 ___加工精度 ______。 3．普通車床的主參數(shù)是在床身上的 ______最大回轉(zhuǎn)直徑 ______。 2 4．進(jìn)行產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)通常從 _____基型 ______產(chǎn)品開(kāi)始。 5．機(jī)床 ___抗振能力 _____是指機(jī)床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力。 6．快速運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) _____起動(dòng) ______時(shí)消耗的功率最大。 7．影響機(jī)械制造裝備加工精度的因素很多，與機(jī)械制造裝備本身有關(guān)的因素有幾何精度、傳動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)精度、定位精度和 ___低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 ____等。 8．正常人人 耳能夠聽(tīng)到的最小聲壓稱為聽(tīng)閾，其值等于 ____2 105____Pa。 9．國(guó)產(chǎn)的 GGB 型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副由制造廠用選配 _____不同直徑鋼球 ___的辦法確定間隙或預(yù)緊。 10．導(dǎo)軌間隙常用壓板、 ____鑲條 ___來(lái)調(diào)整。 11．主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指裝配后，在無(wú)載荷、 ___低速 ____轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，在安裝工件或刀具的主軸部位的徑向和端面圓跳動(dòng)。 12．在自動(dòng)換刀裝置中，蝸桿、蝸輪傳動(dòng)采用 ______單頭雙導(dǎo)程 _______蝸桿消除嚙合間隙。 13．在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，齒輪傳動(dòng)間隙的消除有剛性調(diào)整法和 ____柔 性調(diào)整法 _____兩類方法。 14．用墊片式調(diào)整滾珠絲杠螺母副的間隙時(shí)，通過(guò)改變 ____墊片的厚薄 _____來(lái)改變兩螺母之間的軸向距離，實(shí)現(xiàn)軸向間隙消除和預(yù)緊。 15．導(dǎo)軌的卸荷方式有 ___機(jī)械卸荷 __、液壓卸荷和氣壓卸荷。 16．在機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)軸軸線位置的選取中，對(duì)于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，取 ____ Zi _______與 i 關(guān)節(jié)的軸線重合。 17．齊次坐標(biāo)變換矩陣 ][ 10T 是將 ][ 10P 和 ___[0R1]_____合寫在一起表示。 18．在末端執(zhí)行 器上所夾持工件的角速度 ω 是所有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的 ___角速度 .R? ____的矢量和。 19． 升降臺(tái)銑床的主參數(shù)是工作臺(tái)工作面的寬度，主要性能指標(biāo)是工作臺(tái)工作面的 _____長(zhǎng)度 ______。 20． 各種類型機(jī)床對(duì)溫升都有一定限制，如精密機(jī)床，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下允許溫升為_(kāi)__15~20℃ _____。 三、問(wèn)答（ 15分 ，每小題 3分 ） 1．試述確定標(biāo)準(zhǔn)公比 ? 的原則？ 答：因?yàn)檗D(zhuǎn)速由 minn 至 maxn 必須遞增，所以公比 ? 應(yīng)大于 1；（ 1分） 為了限制轉(zhuǎn)速損失的最大值 maxA 不大于 50%，則相應(yīng)的公比 ? 不得大于 2，故 21 ??? ；（ 1分） 為了使用記憶方便，轉(zhuǎn)速數(shù)列中轉(zhuǎn)速呈 10 倍比關(guān)系，故 ? 應(yīng)在 110E?? （ 1E 為正整數(shù)）中取數(shù)；如采用多速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通常電動(dòng)機(jī)為（ 3000/1500） r/min或（ 3000/1500/750）r/min，故 ? 也應(yīng)在 2 2E?? （ 2E 為正整數(shù)）中取數(shù)。（ 1分） 2．試確定機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低 minn 轉(zhuǎn)速？ 答：按照典型工序的切削速度和刀具（工件）直徑，可由下式算出機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低 minn 轉(zhuǎn)速： 3 minmaxmax 1000d vn ?? r/min（ 1分） maxminmin 1000d vn ?? r/min （ 1分） 式中 maxv 、 minv 可根據(jù)切削用量手冊(cè)、現(xiàn)有機(jī)床使用情況調(diào)查或切削試驗(yàn)確定。 maxd 、 mind不是機(jī)床上可能加工的最大最小直徑，而是指實(shí)際使用情況下，采用 maxv 、 minv 時(shí)常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑。（ 1分） 3．對(duì)于普通機(jī)床，如何確定常用的經(jīng)濟(jì)加工直徑 maxd 、 mind ？ 答：對(duì)于普通機(jī)床 KDd ?max （ 1分） maxmin dRd d? （ 1分） 式中： D 為機(jī)床能安裝的最大工件直徑，臥式車床： ?K ，搖臂鉆床： ?K ，~?dR （ 1分） 4．在機(jī)床分級(jí)主軸變速箱設(shè)計(jì)中，如何選用公比 ? ？ 答：（ 1）對(duì)于通用機(jī)床，輔助時(shí)間和準(zhǔn)備結(jié)束時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)時(shí)間在加工周期中占的比重不是很大，轉(zhuǎn)速損失不會(huì)引起加工周期過(guò)多的延長(zhǎng)，為了機(jī)床變速箱結(jié)構(gòu)不過(guò)于復(fù)雜，一般取?? 或 ；（ 1分） （ 2）對(duì)于大批大；大批大量生產(chǎn)的專用機(jī)床、專門化機(jī)床及自動(dòng)機(jī)，情況卻相 反，通常取?? 或 ；（ 1分） （ 3） 對(duì)于非自動(dòng)化小型機(jī)床，加工周期內(nèi)切削時(shí)間遠(yuǎn)小于輔助時(shí)間，轉(zhuǎn)速損失大些影響不大，常采用 ?? 、 2等更大的公比，以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。（ 1分） 5． 在設(shè)計(jì)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，如何限制齒輪的最大傳動(dòng)比 maxu 和最小傳動(dòng)比 minu 及各傳動(dòng)組的最大變速范圍 maxR ？ 答：（ 1） 設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，為避免從動(dòng)齒輪尺寸過(guò)大而增加箱體的徑向尺寸，一般限制直齒圓柱齒輪的最小傳動(dòng)比 4/1min ?主u ，為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少振動(dòng)噪聲，一般限制直齒圓柱齒輪的最大升速比 2max ?主u 。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)較平穩(wěn)，可取 ?主u 。（ 1分） （ 2）各傳動(dòng)組的最大變速范圍為 10~)~2(/ m i nm a xm a x ??? 主主主 uuR （ 1分） （ 3）設(shè)計(jì)機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速通常較低，傳動(dòng)功率小，零件尺寸也較小，上述 4 限制可放 寬為 ?進(jìn)u ， 5/1min ?進(jìn)u ，最大變速范圍為 14max ?進(jìn)R （ 1 分） 四、分析推導(dǎo)（ 12分，每小題 3分） 1．試述圖 1所示諧波減速器工作原理，求出當(dāng)波發(fā)生器主動(dòng)，剛輪固定，柔輪從動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)比 GHRi ？ （ 4分） 答：（ 1）柔輪在波發(fā)生器作用下變成橢圓，使其長(zhǎng)軸兩端的齒與剛輪完全嚙合，短軸完全脫開(kāi)，其余的齒視回轉(zhuǎn)方向的不同分別處于“嚙入”、“嚙處”狀態(tài)，由于柔輪比剛輪少兩個(gè)齒，當(dāng) 波發(fā)生器連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)，嚙入嚙出區(qū)將隨著橢圓長(zhǎng)短軸的相位的變化而依次變化，于是柔輪就相對(duì)于不動(dòng)的剛輪沿波發(fā)生器轉(zhuǎn)向相反的方向作低速回轉(zhuǎn)。 （ 2分） （ 2）GRHRHG zznn nn ??? 當(dāng)剛輪固定時(shí)， 0?Gn 則傳動(dòng)比為：RGRRHGHR zz znni ???? （ 2分） 2．試述采用齒差式調(diào)整滾珠絲杠間隙的方法，求出兩螺母相對(duì)軸向位移 0s ？ （ 4分） 答：（ 1）左右螺母法蘭盤外圓上制有外齒輪，齒數(shù)常相差 1。這兩個(gè)外齒 輪又與固定在螺母體兩側(cè)的兩個(gè)齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈相嚙合。調(diào)整方法是兩個(gè)螺母相對(duì)其嚙合的內(nèi)齒圈同向都轉(zhuǎn)一個(gè)齒。則兩個(gè)螺母相對(duì)軸向位移為：2112210)()11( zz LzzkLzzks ???? （ 2分） （ 2） 當(dāng)兩齒輪齒數(shù)相差 1，并同時(shí)轉(zhuǎn)過(guò) 1 個(gè)齒：則210 zzLs ? 式中： L—— 滾珠絲杠導(dǎo)程； k—— 同時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的齒數(shù) （ 2分） 3．試證明三聯(lián)滑移齒輪的最大和次大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于 4。（ 4分） 答： )2(21)2(21)(21 *39。1*239。11 aa hzmhzmzzma ??????（ 2分） 因?yàn)?1*?ah 5 所以 )2()2()( 39。1239。11 ????? zzzz 因此 421 ??zz （ 2分） 五、轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)（ 13 分） 某數(shù)控車床，主軸最高轉(zhuǎn)速 4000max ?n r/min，最低轉(zhuǎn)速 40min ?n r/min。采用直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)功率 15?電N kW，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 1500?dn r/min，最高轉(zhuǎn)速4500max ?dn r/min。試設(shè)計(jì)分級(jí)變速箱傳動(dòng)系統(tǒng) （要求無(wú)功率缺口）。 （ 13 分） （ 1）確定主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速。（ 2分） （ 2）確定變速級(jí)數(shù) z 和公比 f? 。 （ 4分） （ 3）確定主電動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速。（ 2分） （ 4）畫出轉(zhuǎn)速圖和功率特性圖。（ 5分） 答：（ 1） 94040 0040mi nma xmi n ????????????????? nnnn j r/min（ 2分） (2) a x ??? jnN nnR。 315004500m a x ??? dddN nnR。 ???? dNnNzf RR? （ 2分） 當(dāng) 2?z 時(shí)， dNf R?? ? 有功率“缺口”； 當(dāng) 3?z 時(shí)， dNf R?? ? 無(wú)功率“缺口”，但降速比 ? ，如果帶輪部分降速比為 2，仍有降速比 4不可選用； 當(dāng) 4?z 時(shí)， dNf R?? ? 無(wú)功率“缺口”，可選用。（ 2分） （ 3）minmin ddj nnnn ? ； 40150 0m inm in ????jdd n nnn r/min（ 2分） ⅡZ 339。Z 139。Z 239。ⅠZ 1Z 2Z 3圖3 三 聯(lián)滑移齒輪a 6 （ 4） 1）分級(jí)變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式： 21 224 ?? 2）分配降速比1111140 1 ???? ????? 3）驗(yàn)算最后變速組變速范圍： )12(2)1( ???? ??pxr ? 合格 4）繪制轉(zhuǎn)速圖 （ 5分） 六、機(jī)器人設(shè)計(jì)計(jì)算（ 10分） 試求三自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能矩陣 [T0,m]（ 10分） 答：