2014機械制造裝備設計習題

1、2014年機械制造裝備設計習題名詞解釋(17個)P6 柔性化 2個 結構柔性化與功能柔性化P37 可靠性 1個P71 精度 6個P72 剛度 1個P89 集中傳動方式 分離傳動方式 2個P117 進給傳動系 1個第四章 工業(yè)機器人 位姿 手臂 末端執(zhí)行器 4個其他1 機械制造裝備應該具備的主要功能？ P6-102機械制造裝備的分類及其各類中包含那些內容？ P10-153 機械制造裝備設計的類型， P15-164 機械制造裝備設計的典型步驟 P17-255 技術經濟評價？結構工藝性評價（零件的加工工藝性）？合理性評價？P32-38 P46-486 機床設計應滿足的基本要求？ P57-597 機床

2、運動學原理？ P62-718 爬行的概念 原因 及預防措施？ P74-759 機床的主要參數(shù)設計？ 式子（2-1） （P82 ）A= ，（2-2）、（2-3）；公比選擇等比數(shù)列排列的優(yōu)點及公比選用原則？10主傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求？11 主傳動系統(tǒng)分類及傳動方式？12 P90 能從圖2-13a 自己畫出2-13b （主軸轉速為31.51400r/min）13從結構式中看出那個是基本組 、 第一擴大組、第二擴大組等14 變速范圍及其極限傳動比？（2-14）15 主傳動系統(tǒng)的設計的原則？16 幾種特殊設計方法？17 擴大變速范圍的方法？18 齒數(shù)確定 P10219 計算轉速概念及其計算？機床

3、的功率轉矩特性怎么描述？20 變速組齒輪軸向布置原則？（1）滑移齒輪中，當一對齒輪完全脫離嚙合后。另一對齒輪才能進入嚙合，因此固定齒輪之間的跨距的最小距離L=2B+； B為齒輪厚度，B=（612）mn，=12mm，為間隙；（2）滑移齒輪應安裝在主動軸上，以減小滑移齒輪重量，便于操作。（3）滑移齒輪應采用窄式排列，以減小軸向長度。21 進給傳動系的組成？22 進給傳動系統(tǒng)設計應滿足的基本要求？23 P124 機械傳動部件設計？（2）（3）24 P128 機床控制系統(tǒng)設計概述？25 P140 26、27、28、29、31、3226 主軸部件應滿足的基本要求？27 主軸的傳動方式？28 主軸部件的支

4、承數(shù)目？29 推力軸承位置配置形式及其特點？30 主軸傳動件位置的合理布置 原則31 主軸主要技術參數(shù)的確定方法32 主軸的材料及其熱處理33 主軸滾動軸承的特點和選用原則34 支承件應滿足的基本要求 剛度公式K=m02, 支承件剛度包括哪些？ 35 支承件的截面設計原則？36 支承件肋板和肋條的布置？37 支承件的材料為什么常用鑄鐵？38 支承件消除內應力的方法？39 為什么要進行剛度補償？40 提高熱穩(wěn)定性的方法？41 導軌應滿足的基本要求？42 導軌的組合形式？43 導軌間隙的調整？44 提高導軌精度、剛度和耐磨性的措施？45 機床刀架的功能和類型？46 工業(yè)機器人的概念47 工業(yè)機器人

5、基本工作原理48 分類49 位姿描述？50 齊次坐標變換，運動方程51 工作空間解析和軌跡解析？并得出運動學解析的正解和逆解？52 諧波齒輪減速裝置53 手臂 機座 手腕 末端執(zhí)行器的設計要求？54 工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的構成及其本質？55 平面定位 孔定位 外圓定位？定位誤差的計算方法？56 P323-325 1-2057 物流系統(tǒng)的本質 第六章 第一節(jié)58 第七章 第一節(jié)附 2011年復習題1. 機械制造裝備的地位？（首先，理解機械（非人的動力驅動的能完成一定功能的裝置）、其次，理解制造業(yè)（包括工業(yè)、農業(yè)、紡織、輕工、航空、航天、交通、運輸、化工、冶金等）、再次，理解機械制造業(yè)的地位（制造業(yè)

6、要發(fā)展，離不開機械制造業(yè)的發(fā)展，是制造業(yè)的核心。）最后理解機械制造裝備的地位（給制造行業(yè)提供各種工具，提高機械制造裝備水平是整個機械制造業(yè)乃至國民經濟穩(wěn)定發(fā)展的前提）。另外，應知道機械制造裝備的核心是機床，金屬切削機床擔負了整個機械制造業(yè)40%-60%的工作。2. 了解機械制造裝備的發(fā)展史。（上世紀20年代起家，第二次世界大戰(zhàn)取得飛速發(fā)展。 50-60年代 “規(guī)模效益”模式 70年代 “精益生產”模式 80年代 “FMS（柔性制造系統(tǒng)）”和“CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）”模式 90年代-至今 “敏捷制造（AM）”“精益-敏捷-柔性(LAF)生產系統(tǒng)”、全球制造等新模式）3. 柔性？（包括結構

7、柔性和功能柔性）比較通用機床、組合機床、數(shù)控機床、加工中心、FMS等的柔性程度。4.機械制造裝備的分類？（包括加工裝備、工藝裝備、倉儲輸送裝備和輔助裝備） 加工裝備 采用機械制造方法制作機器零件的機床，(包括金屬切削機床、鍛壓機床、特種加工機床和木工機床等)。金屬切削機床有切屑加工，鍛壓機床屬于無屑加工，特種加工機床利用電/水能對零件的毛坯進行電腐蝕加工。 工藝裝備 產品制造過程中所用的各種工具的總稱。（包括刀具、夾具、量具、模具、檢具、輔具等）刀具 能從工件上切除多余材料或切斷材料的工具。夾具 能夾緊工件，使工件占有正確位置的工藝裝備。模具 在機床上通過壓力將材料制出所需形狀或制品的專用工具

8、，用于鍛壓機床量具 以固定形式復現(xiàn)量值的計量工具 倉儲輸送裝備 分為物料輸送裝置、機床上下料裝置、倉儲裝置和立體倉庫、托盤和托盤緩沖器等。輔助裝置 包括清洗機和排屑裝置。5 機械制造裝備設計的類型？ 理解概念 3種設計方法： 創(chuàng)新設計（新產品開發(fā)設計）、變型設計和組合設計（模塊化設計）。6. 用技術經濟評價法評價產品方案時，一般認為，好的方案的技術價值的大小應該在( D)。A、 0.4左右 B、0.5左右C、 0.6左右 D、0.7左右7. 機床應具有的性能指標(工藝范圍、柔性、加工精度、生產率和自動化、可靠性)工藝范圍：不同的生產模式對機床的工藝范圍要求不同。重點理解大批量生產、單件小批生產

9、、多品種小批生產的工藝范圍特點和各自所使用的機床。柔性：指機床適應加工對象變化的能力，分為功能柔性和結構柔性。功能柔性：對加工控制軟件進行調整或修改，就可方便的改變機床的加工能力(改變工藝范圍)，適應多種零件的加工要求。-數(shù)控、加工中心、FMS結構柔性：對機床某些部件只做少量修改重組，可迅速構成適應產品更新要求的新型加工機床。-通用機床加工精度：指被加工零件的形狀位置精度、尺寸準確度、表面粗糙度等。機床的精度包括：機床的加工精度包括 幾何精度、傳動精度、運動精度、定位精度以及精度保持性幾何精度：指機床不運動或空載低速運動時的精度。反映機床主要零部件的幾何形狀精度(直線度、平面度)、相對位置精度

10、、相對運動軌跡精度，是評價機床質量的基本指標，取決于零部件的結構設計和制造裝備精度。傳動精度：指內聯(lián)系傳動鏈兩末端執(zhí)行件相對運動的精度。取決于傳動件的制造精度和傳動系統(tǒng)的合理性。簡單說，每一個機床都有內聯(lián)系傳動鏈，傳動鏈兩末端指主軸與刀具的相對運動精度。運動精度：指機床在額定負載下運動時主要零部件的幾何位置精度。它是評價機床的主要指標。取決于運動部件的制造精度、機床零部件的動態(tài)剛度和熱變形程度。定位精度：指機床工作零部件運動終了時所達到的位置準確度和機床調整精度。精度保持性：指機床加工精度應保持的時間，也稱使用壽命。生產率和自動化生產率：指機床在單位時間內能加工的工件數(shù)量。要提高生產率，必須縮

11、短單個工件的切削加工時間、裝卸時間和分攤到的準備終了時間(清掃切屑、檢測刀具尺寸等)。自動化：指用裝備取代或放大人的體力、延伸認得部分智力而自動完成工作的性能。 可靠性：機床在使用壽命期內完成規(guī)定功能的能力，包括固有可靠性和使用可靠性。機床可靠性是一項重要的技術經濟指標，包括兩方面：一是機床在規(guī)定時間內發(fā)生失效的難易程度；一是可修復機床失效后在規(guī)定時間內修復的難易程度。機床應具有的人機關系：信號指示系統(tǒng)、操縱件、造型色彩噪音8. 產品規(guī)劃階段應在市場調查與預測的基礎上識別產品需求，進行可行性分析，制訂設計技術說明書。預測一般可分為定量預測和定性預測兩部分。9. 金屬切削機床的設計步驟？機床設計

12、步驟包括：總體設計、技術設計、零件設計、樣機試制及試驗鑒定。10.機床的總體布局？指根據(jù)已確定的零件加工方法和應具有的運動確定：如何實現(xiàn)運動？何種部件產生運動？怎么產生所需運動？工件如何安裝加工？如何對運動進行控制？機床操作位置如何？ 分配機床運動 強調四原則： 運動分配給質量小的零部件； 運動分配應有利于提高工件的加工精度； 運動分配應有利于提高部件的剛度； 運動分配應考慮工件形狀。 運動形式和支承形式的選擇 對于主運動：機械傳動-廣泛用于通用中小型機床；變速級數(shù)小于30級，傳遞功率大，變速范圍廣，傳動比準確，工作可靠，缺點是有相對轉速損失，工作過程中不能變速。液壓傳動-適用于刨床、拉床、大

13、型磨床；能實現(xiàn)無級變速傳動，傳動平穩(wěn)，運動換向沖擊小，易于實現(xiàn)直線運動。電氣傳動-廣泛用于數(shù)控機床；可簡化機械結構，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負載下變速。 對于進給運動：通用和專用機床-采用機械傳動、液壓傳動數(shù)控機床-采用伺服電動機齒輪傳動滾珠絲杠螺母 對于支承形式：機床支承件的形狀臥式支承-重心低、剛度大、執(zhí)行件在縱橫兩個方向運動，適用于中小型機床；立式支承-占地面積小，剛度較差，執(zhí)行件在縱、橫、垂直三個方向運動，用于加工尺寸工件和箱體工件的機床。單臂支承/龍門支承-搖臂鉆床、龍門銑床等 提高機床動剛度：提高抗振性能，減少熱變形，降低噪聲抗振性：包括受迫振動和自激振動的概念及預防受迫振動和

14、自激振動的措施？抗振性：指機床工作部件在交變載荷下，抵抗受迫振動和自激振動變形的能力。熱變形產生的原因和減少熱變形的措施？ 噪聲源和降低噪聲的措施？ 主要技術參數(shù)確定（主參數(shù)、尺寸參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)）機床傳動系統(tǒng)采用等比數(shù)列傳動有何優(yōu)點？機床的公比選擇原則是什么？答：機床傳動系統(tǒng)采用等比數(shù)列傳動的優(yōu)點：傳動系統(tǒng)簡單，使用方便，最大轉速損失率相等。機床的公比選擇原則：越小，轉速損失Amax越小，Rn越小，如要達到一定的Rn，需增加變速組數(shù)目，則結構復雜，一般 對于中型機床：取=1.26、1.41，轉速損失不大，結構又不過于復雜； 對于重型機床，取=1.26、1.12、1.06，因加工時間長

15、，如果取小則Amax越小，機床工作效率高； 對于專用機床和自動機床，取=1.26、1.12，因生產效率高，轉速損失影響較大，又不常變速，用交換齒輪變速，不會使結構復雜； 對于非自動化小型機床，取=1.58、1.78、2，因切削時間小于輔助時間，Amax影響小，為使機床結構簡單，取大值。11. 主傳動系的傳動方式主要有兩種：集中傳動方式和分離傳動方式。12. 進給系統(tǒng)中，進給驅動部件種類很多，用于機床上的有步進電動機、直流伺服電動機、交流伺服電動機和 直線電動機等。13理解四種擴大機床傳動系變速范圍的方法及其本質。增加變速組： 增加變速組，級數(shù)增大采用背輪機構： 增加變速組，級數(shù)增大采用雙公比的

16、傳動系： 增大極限變速范圍 采用分支機構： 縮短了傳動鏈，變相的擴大變速范圍14.計算轉速的求法？(為清楚起見，分別對軸系和齒輪系列表表示)。以課本140頁31題為例，15.轉速圖以課本140頁27題為例，某機床主軸轉速n=1001120r/min，轉速級數(shù)Z=8，電動機轉速n電=1440r/min，試設計該機床主傳動系，包括擬定結構式和轉速圖。(轉速查附表1，轉速圖畫的大一些)附表1 標準數(shù)列63677175808590951001061121181251321401501601701801902002122242362502652803003153353553754004254504755

17、00530560600630670710750800850900950100010601120118012501320140015001600170018001900解：(1) 計算公比：R=1120/100=11.2，Z=8，根據(jù)得：，得 (2) 確定傳動組、傳動副和擴大順序根據(jù)傳動組、傳動副的擬定原則，可選方案有： 8=42 8=24 8=222在方案、 中，有三根軸，比方案少一根軸，但有一個傳動組內有四個傳動副，增加了傳動軸額軸向長度，故選擇方案。根據(jù)前密后疏原則，粗選擴大組順序為8=212224，第二擴大組的最終確定結構式為8=212224。（1分）(3) 主軸各級轉速為：100、14

18、0、200、280、400、560、800、1120m/s。確定定比傳動比：取軸I的轉速為800m/s，則電機軸與軸I的傳動比：確定各變速組最小傳動比：從800到100共有6格，三個變速組的最小傳動線平均下降2格。按前緩后急原則，第二變速組最小傳動線下降2格，第一變速組最小傳動線下降1格，第三變速組最小傳動線下降3格。(4) 轉速圖繪制16.書上例題P113/2-317.書上例題P127/2-418. 機床控制系統(tǒng)應滿足的要求是節(jié)省輔助時間、縮短加工時間、提高勞動生產率、提高機床使用率和改善加工質量。機床控制系統(tǒng)設計中，按自動化程度可以分為手動、機動、半自動和自動控制系統(tǒng)。一般自動控制系統(tǒng)由三

19、部分組成，發(fā)令器官、執(zhí)行器官和轉換器官。19. 主軸應滿足的基本要求：旋轉精度、剛度、抗振性、溫升與熱變形、精度保持性。20. 主軸的傳動方式主要有齒輪傳動、帶傳動、同步齒形帶傳動、電動機直接驅動等。選擇依據(jù)：主軸的轉速、所傳遞的轉矩、對運動平穩(wěn)性的要求、結構緊湊及裝卸維修方便等。(1) 齒輪傳動：結構簡單、緊湊，能傳遞較大轉矩，能適應變轉速、變載荷工作，應用最廣，但線速度不能過高，一般不超過12-15m/s，不如帶傳動平穩(wěn)。(2) 帶傳動：靠摩擦力傳動，結構簡單、制造容易、成本低，特別適用于中心距較大的兩軸間傳動，可吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小，適宜高速傳動，有過載保護。但傳動比不夠準確。(3)

20、同步齒形帶：無相對滑動，傳動比大且準確，傳動精度高、效率高，可傳遞大動力(100KW)，傳動平穩(wěn)，噪聲小，對軸和軸承壓力小，無需特別張緊，無需潤滑，耐水，耐腐蝕，耐高溫，維護保養(yǎng)方便。但制造工藝復雜，安裝條件要求高。(4) 電動機直接驅動：對于轉速小于3000r/min以下的主軸，采用異步電動機和聯(lián)軸器直接驅動主軸；對于轉速小于8000r/min大于3000r/min的主軸，采用變頻調速電動機直接驅動主軸。21. 主軸主要結構參數(shù)有主軸前、后軸頸直徑D1和D2、主軸內孔直徑d、主軸前端懸伸量a和主軸主要支承間跨距L，這些參數(shù)直接影響主軸旋轉精度和主軸剛度。22.主軸滾動軸承的特點及選用原則：(

21、1)特點：能在轉速和載荷變化幅度很大的情況下穩(wěn)定工作；能在無間隙甚至在預緊(有一定過盈量)的條件下工作，有利于減少發(fā)熱；潤滑容易，一般用黃油或油脂(用油比滑動軸承耗油量少，用脂則依次填裝后可用至修理時再換)；由軸承廠生產，質量穩(wěn)定且成本低。(2) 選用原則：轉速較高，負載小，而旋轉精度要求高時，應采用球軸承；轉速較低，負載大或有沖擊負載時，應采用滾子軸承；徑向載荷和軸向載荷都較大時，若轉速高，應采用角接觸軸承；若轉速低，應采用圓錐滾子軸承；軸向載荷比徑向載荷大得多時，應采用兩種不同類型的軸承組合，分別承受軸向載荷和徑向載荷；徑向載荷比軸向載荷大得多且轉速較高時，應采用深溝球軸承；支承剛度要求較

22、高時，可采用成對的角接觸型軸承。23.支承件截面設計原則：截面積一定時，空心截面比實心截面慣性矩大，滿足工藝要求時，應盡量減少壁厚，以提高抗彎強度；承受一個方向彎矩的支承件，當高度方向為受彎方向時，截面形狀應為矩形；承受彎扭作用的支承件，截面形狀應為方形；承受純轉矩作用的支承件，截面形狀應為圓環(huán)形；不封閉截面剛度小于粉筆截面剛度，盡量將支承件制成封閉的形式；截面不能封閉的支承件，應采用剛度補償措施。24.剛度補償措施(1)為什么要進行剛度補償？從抗彎剛度、鑄造工藝、支承件功用綜合考慮，支承件截面不能完全封閉，存在剛度損失；導軌和床身的過渡連接處存在局部剛度損失；箱體軸承孔處存在剛度損失。(2)

23、機械補償方法：肋板；a縱向：提高抗彎；b橫向：提高抗扭；c斜向：提高彎扭。加強肋。a用加強肋提高導軌和床身過渡連接處的局部剛度損失；b用加強肋提高箱體軸承孔處的局部剛度損失(3)支承件開孔后的剛度補償：立柱或橫梁為安裝機件或工藝需要，應開孔，從而造成抗扭抗彎剛度損失。其補償方法為在孔上加蓋板，用螺釘將蓋板固定在壁上；將孔的周邊加厚，再加蓋板；(4)提高接觸剛度的措施？相對滑動的接觸面和重要的固定結合面須精磨或配對刮研，以增加接觸面積；緊固螺栓使結合面有大于2MPa的接觸壓強，消除結合面平面度誤差，以增大結合面積；結合面承受彎扭時，應使較多的緊固螺栓布置在受拉面，承受拉應力；結合面承受轉矩時，螺

24、栓遠離扭矩中心，均勻分布在四周。25. 為什么支承件常采用鑄鐵件？支承鑄件消除內應力的方式有哪些？答：因為鑄鐵其鑄造、切削性能好，易得到復雜形狀；阻尼大，有良好的抗振性能；加入合金元素可提高耐磨性；且成本低。支承鑄件消除內應力的方式有： 鑄鐵壁厚不均勻，冷卻產生鑄造變形，鑄造后進行自然時效處理； 精密機床支承件，粗加工前自然失效，粗加工后人工失效，充分消除鑄造應力； 床身、立柱、橫梁等進行振動時效，消除內應力。26.導軌的分類：27.(1)導軌截面形狀：直線運動的導軌截面形狀主要有四種：矩形、三角形、燕尾形和圓柱形。回轉運動的導軌截面形狀主要有三種：平面環(huán)形、錐面環(huán)形和雙錐面導軌。(2)28.

25、 輔助導軌副間隙調整：壓板(用法)；鑲條(安裝方位)29.工業(yè)機器人：是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。(1) 基本工作原理：與機床有如下相同之處：二者的末端執(zhí)行器都有位姿變化要求；二者都是通過坐標運動來實現(xiàn)末端執(zhí)行器的位姿變化要。不同之處：機床是按直角坐標形式運動為主，對剛度、精度要求高，靈活性相對較低；而工業(yè)機器人是按關節(jié)形式運動為主，對靈活性要求高，其剛度、精度相對較低。(2) 構成：操作機(執(zhí)行機構)、控制裝置(控制系統(tǒng))和驅動單元(驅動系統(tǒng))。(3) 分類：按機械結構類型分為：關節(jié)型機器人、球坐標型機器人、圓柱坐標系

26、機器人和直角坐標系機器人四大類；按控制方式分為：點位控制和連續(xù)軌跡控制兩類。(4) 工業(yè)機器人的位姿是指其末端執(zhí)行器在指定坐標系中的位置和姿態(tài)。一般有兩種描述方式，其一是用動作功能的要求來描述，其二是用機器人的運動來描述。正運動學解析用于工作空間解析。而逆運動學解析用于軌跡解析。(5) 諧波齒輪減速裝置中，當波發(fā)生器主動，剛輪固定，柔輪從動時，波發(fā)生器和柔輪的減速傳動比計算公式為。當波發(fā)生器主動，柔輪固定，剛輪從動時，波發(fā)生器和鋼輪的減速傳動比計算公式為。其中，、分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。(6) 工業(yè)機器人手臂的設計要求： 手臂的結構和尺寸應滿足機器人完成作業(yè)任務提出的工作空間要求； 根據(jù)手臂所受載荷和結構的特點，合理選擇截面形狀和高強度輕質合金； 盡量減少手臂質量和相對其關節(jié)回轉軸的轉動慣量和偏心力矩，以減小驅動裝置的負荷，減少運轉的動載荷和沖擊，提高手臂運動的響應速度； 要設法減小機械間隙引起的運動誤差，提高運動的準確度和運動剛度。(7) 工業(yè)機器人手腕的設計要求：；。(8) 工業(yè)機器人末端執(zhí)行器的設計要求：；。(9) 工業(yè)機器人是一種通用性較強的自動化作業(yè)設備，末端執(zhí)行件則是直接執(zhí)行作業(yè)任務的裝備。根據(jù)其用途和結構