一、概念题（每题2分，共20分） 1、柔性制造系统

答：1）是一个以网络为基础，面对车间的开方式集成制造系统。拥有CAD、 数控编程、工夹具管理、质量管理、数据采集等功能，可根据制造任务与生产环境的变化，迅速调整，以适应多品种、中想批

生产。

2、机床运动功能式

答：表示机床的运动的个数、形式、功能及排列顺序。床运动功能

3、爬行

答;当运动 部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件跳跃运动，这

种不平稳的运动称为爬行。

4、级比和级比指数

答:指主动轴转速数列公比称为级比。级比的指数，称为级比指数。

5、模块化设计

答：在对产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列通用模块，根据市场需要，对模块选择组合，可构成不同功能、不同规格的变形产品。

6、工业机器人位姿

工业机器人的位置与姿态，是指机器人末端执行器的位置坐标。其姿

态是指末端执行器的三个转动角度。

7、定位误差

8、机械制造系统中的物流

定位误差：加工工序基准，在加工方向上的，最大位置变动量。 答：原料进厂经储存、加工、装配、包装、出厂全过程的每一个环节

的移动和储存，称为生产物流。

9、生产线节拍

生产节拍：指在连续完成相同的两个产品，之间的间隔时间称为生产

节拍。即完成一个产品平均时间。

10、机器人自由度

工业机器人的自由度与姿态 ：自由度，是指机器人末端执行器的三个移动自由度，。其姿态是指末端执行器的三个转动自由度。

二、论述题（每题10分，共40分） 1、机床主要设计内容有哪些?

答 1）总体设计

（1）主要技术指标确定。 （2）总体设计：基本参数设计、传动设计、总体部局设计、 控制设计。 2）祥细设计：技术设计、施工设计。全部零件图、技术文件。

2、工业机器人的驱动方式有那些?如何选用驱动方式？

答：驱动方式：电机驱动、液压驱动、气动。 （2分） 负载在1 kw 以下的工业机器人，多采用电动机驱动。(2分)

直流伺服电机与步进电应用广泛 。 （2分） 交流服电机是新近的发展。 （2分） 液压驱动用于重型机器人，轻负荷用气动。

3、导轨的组合形式有几种？如何调整间隙？

答;机床导轨的组合型式:双三角形导轨、双矩形导轨、矩形与三角形

导轨组合、矩形与燕尾形导轨组合。 （5分） 导轨间隙调整：压板间隙调整、镶条间隙调整、导向调整板间

隙调整。

4、柔性制造系统的组成和规划内容是什么？

答：1）是一个以网络为基础，面对车间的开方式集成制造系统。拥有CAD、 数控编程、工夹具管理、质量管理、数据采集等功能，可根据制造任务与生产环境的变化，迅速调整，以适应多品种、 中想批生产。 （5分）

2)基本组成：（1）加工子系统 （2）物流子系统 （3）控制子系统

三、分析题（每题10分，共30分）

1、主轴轴承配置有几种形式？试分析各结构特点？

得 分 批阅人 答：1）图(a)前端配置：两个轴向推力轴承都置

于前支承处，前支承处发热量大，温升高，但主轴受热向后伸长，不影响轴向精度，对提高轴向刚度有利。用于高精度机床或数控机床。（4分）

2）图(b)后端配置：两个轴向推力轴承都置于后支承处 前支承处发热量小，温升低，但主轴受热向前伸长，影响轴向精度，用于普通精度机床。 （4分） 3）图(c)两端配置：主轴受热伸长时应响主轴承的轴向间隙，须有轴向补偿热膨胀，用于短主轴。

2、六点定位原理是什么？平面定位时其定位元件如何选择？

答：采用六个按一定规则布置的约束点，限制了工件的六个自由度

使工件实现了完全定位。 （4分） 粗加工采用支承钉、可调支承、自位支承定位。 （4分） 精加工支承板定位。

3．试分析及床主轴的前轴承精度，一般要比后轴承的精度高一级。

答：1）前轴承的轴心有偏移量?A， 后轴承偏移量为零时，由偏移量?A引起的主轴主端轴心偏移量为 （2分） ?A1?L?a （1分） ?Al 后轴承有偏移量?B,前轴承的轴心偏移量为零时，引起的主轴

主轴端偏移量为： （2分） ?B1?a （1分） ?BL 显然，前轴承的精度比后轴承对主轴部件应响大 （1分） 。

前 轴承 轴 端 A1 后 轴 承 B L A ? a ?A ? B B1 ? 四、计算题（共10分）

某机床的主轴转速为n=40-1800n/min，公比φ=1.41，电动机的转速 n电=1800n/min，试拟定结构式、转速图。

得 分 批阅人 解; Rn=mmax/mmin=1800/40=45 , Z—1=Lg45∕Lg1.41=11 Z=12 （2分） 结构式： 12=31

× 23 × 2 6 （4分）

1） 第1扩大组为带轮减速，速比 1/1.41 2） 一级减速比为： 1/1.41 3） 二级减速比为： 14） 三级减速比为：11.4163

1.41

速度图： （4分）

1800 42:30 36:36 42:42 100:142 24:48 22:62 18:72 1800 1280 900 640 450 320 225 180 110 78 55 40

浙师大《机械制造装备设计》试卷（闭卷）试卷编号：04

（考试时间：120分钟 适用 机制专业） 1题号 一 10 二 20 三 30 四 21 五 12 六 7 七 总分 100 复核人 分值 得分 一.选择题

1.称为机器人的机械本体,也称为主体的是 ( D )

A手臂 B.末端执行器 C.机座 D.操作机

得 分 批阅人 2.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

（ C ）

A.几何精度. B.运动静度, C.传动静度. D.定位精度. 3.要求导轨导向性好,导轨面磨损时,动导轨会自动下沉,自动补偿磨损

量,应选 ( B ).

A.矩形导轨 B,三角形导轨 C.燕尾形导轨. D.圆柱形轨

4.机床主运动空转时，由于传动件摩檫，搅拌，空气阻力等，使电动机消耗的部分功率，称为 （ C ）。

A．切削功率 B。机械摩檫耗损功率 C。空载功率 D。额定功率。 5.把毛坯从料仓送到机床加工位置，称为 （ A ）

A．上料器 B。隔料器 C。减速器 D。分路器

6.借用模具对板料施加压力,迫使板料按模具形状,尺寸进行剪裁或 塑性变形,得到要求的金属板的设备,称为 ( B )

A.挤压机 B.冲压机 C.轧制机 D.锻造机 7..机床定位部件,运动达到规定位置的精度,称为( D ). A.几何精度 B.运动精度 C.传动精度 D.定位精度 8.在自动引导小车(AGV)的导向系统中,有陀螺仪,该导航方式称为 ( B ).

A．电磁引导 B。惯性导航 C。光学引导 D。激光导航。 9.要求导轨可以承受较大的顚覆力矩，高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，应选择（ C ）

A.矩形导轨 B,三角形导轨 C.燕形导轨 D.圆柱形导轨 10．刀架定位机构要求定位精度高、重复定位精度高、定位刚度好，经常采用 （ C ）。

A.圆锥销定位。 B. .圆柱销定位 C.端面齿盘定位。 二．填空题 （20分）

1.摇臂钻床的主要参数是____最大钻孔直径________.

得 分 批阅人 2.在系列型譜中,结构典型,应用最广泛的,是所谓的_____基型_____产品.

3.机床抗振性包括两个方面:抵抗受迫振动和____自激振动________的能力.

4.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.

5.滑动导轨间隙常用_______压板______和镶条来调整.

6.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.

7.滚珠丝杠常用预拉伸长方式,以提高拉亚刚度和补偿____热变形______.

8．在数控机床进给系统中，齿轮传动间隙的消除，有刚性调整法和 柔性调整法 两类。

9．用垫片式调整滚珠丝杠螺母副的间隙时，通过改变 垫片的薄厚 来改变两螺母之间的轴向距离，实现轴向间隙消除或预紧。， 10.导轨卸荷方式有 机械卸荷 ,液压卸荷方式,气压卸荷方式.

11.在机器人关节坐标轴轴线位置的选择中,对回转关节,取 Z 与i 关节的轴线重合。

12.齐次坐标变换矩阵 [0T1] 是将 [0P1]和 ?R? 合写在一

0?1起表示。13.在末端执行器上，所夹持工件的角速度“ω”是所有回转关节的

角速度 矢量和。

14.升降台铣床的主要参数是工作台工作面的宽度，主要性能指标是工作台工作面的 长度 。

15．机械制造装备的精密化，成为普遍的发展趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至 纳米级 。

16．任何一个表面都可以看成一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或

直线）运动的轨迹，这两条曲线（或直线）称为该表面的 发生线 。

17．当运动部件低速运动时,主动件匀速运动,从动件往往出现速度不均匀的跳跃式运动,这种现象,称为__爬行________.

18．滚动轴承的预紧力分为三级，轻预紧力适用于高速主轴，中预紧力适用于中、低速主轴， 重 适用于分度主轴。 19．工作空间是指工业机器人正常运行时 手腕 参考点能在空间活动的最大范围。

20．在末端执行器的参考点P，相对于基座坐标系的速度，可通过相应

位置 变量对时间的微分而得到。 三．问答题 （30分 每小题6分）

1．主轴箱设计中，为什么要遵循“传动副前多后少”的原则 ？

得 分 批阅人 1）主变速系统从电机到主轴，通常是降速传动。接近电机传动件转

速较高，由公式 M=9550

Nn 可知。传动的转矩较小，尺寸

小些。 （2分）

2）靠近主轴转速小，转矩大，尺寸大。 (2分) 3）拟定主轴变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面， 将传动副较少的变速组安排在后面，以减小变速箱的尺寸。（2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？

工业机器人与机床在基本功能和工作原理上相同之处：1）两者都有位姿变化要求。 （2分） 2）都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化。（1分）不同之处：1）机床以直角坐标五为主，机器人以关节形式运动为主。（2分） 2）机床刚度、精度高，机器人刚度精度比较低。（1分） （共计6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 ?

1）被加工零件图。（1分） 2）加工示意图 （1分） 3）机床总联系尺寸图 （2分） 4）生产计算卡 （2分 ）。 4若主轴刚度低，支承刚度高，主轴跨度如何选择？ 可选主轴跨距略小的最佳跨距L. (3分)

主轴综合刚度主要受轴承与支承的应响，即轴承支承刚度高，主轴综合刚度也高。 （3分）

5.试述确定标准公比φ的原则是什么 ?

1）通用机床，辅助时间与准备结束时间长，，转速损失不会因起加工

周期过多的延长，为使变速箱不过于复杂，一般取φ=1.26 或1.41 等较大的公比。 （ 2分） 2）专用机床，情况相反，取φ=1.12或 1.26较小的公比。 （2分） 3）自动化小型机床，切削时间远小于辅助时间，取公比为 1.58 1.78 ，2 。以简化机床结构。 （2分）

四．分析推导题 （21分 每小题7分） 1.试述根据什么原则，选择支承件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状？为什么为该形状？ 1．答；

1）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，抗弯刚度与抗扭刚度高。 （2分） 2）圆形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯矩小。 （2分） 3)封闭界面远比开口截面的刚度高，特别是抗扭刚度高。 （1分） 4）摇臂在加工时，既有弯又有扭，因此选非圆非方空心封闭形状，且高度尺寸大于宽度尺寸。 （2分）

2.某数控机床工作台驱动如下图所示，求变换到电机的转动惯量J ? 参 数 齿轮 Z1 齿轮 Z2 n(r/min) J(kg/m)2

720 0.01 360 0．16 Ⅰ轴 360 0.004 丝 杠 360 0．012 电 机 720 0.224 得 分 批阅人

V 重量G=3000N 2 2ZZ Ⅰ 丝杠导程S=5mm Z 工作台系统图 1

2．各运动部件折算到电动机轴上的当量转动惯量为：

JL=

=0.01??KJK(2V?K2)??Mi(i)2?? （3分）

?720???720??+0.16

?360????720?22+0.04??360???720?2+0.012??360???720?2

3000?360?5?10+?9.8?720?2??3????

=0.01+0.04+0.001+0.03+0.0002

=0.054 kgm2 （4分）

3.在数控机床变速箱中，用调速电机无级调速，试导出变速箱的公比

?f等于电机恒功率调速范围

Rdn 时，变速箱的变速级数Z的 表

达式。 3．解: （7分 ）

变速箱的变速级数Z的表达式：

RnN?RdN?Z?1f （2分）

?f?Z?1RRnNdN （1分）

lgRnN_lgRdNlg?f 故：Z=当

?1 （2分）

RdN?? 时，Z=

flgRnNlg?f （2分）

五．试分析及床主轴的前轴承精度，一般要比后轴承的精度高一级。 （12分 ） 答：前轴承的轴心有偏移量?A， 后轴承偏移量为零时，偏移量?A引起的主轴主端轴心偏移量为

?A1?L?a ?Al得 分 批阅人 后轴承有偏移量?B,前轴承的轴心偏移量为零时，引起的主轴主轴端偏移量为：?B1?a L?B 显然，前轴承的精度比后轴承对主轴部件影响大。应精度高一级。

后 轴 承 B L A 前 轴承 轴 端 A1 ? a ?A ? B B1 ? 六．滚珠丝杠预拉伸的目的是什么？ 为达到预拉伸的目的，滚珠丝杠厂家采取什么措施？ （7分 ）

答：滚珠丝杠的预 拉伸量的目的，是为了提高滚珠丝杠的拉压刚度与补偿丝杠的热变形。

得 分 批阅人 1）使丝在最大轴向载荷作用下，受力方向仍然保持受拉状态。 2）丝杠的预 拉伸量应能补偿丝杠的热变形。 滚珠丝杠厂家特制丝杠螺距，比设计值小一些。

一.选择题（10分 每小题1分）

1.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. ( C ).

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 2.采用\消灭一切浪费”和”不断完善”, 以最优的质量和最低的成本 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”

3.一组功能,工作原理和结构相同,而尺寸与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.为了降低导轨面的压力,减少摩擦阻力,提高导轨的耐磨性和低速运 动的平稳性,应选择( B ).

A.滑动导轨 B.卸荷导轨 C.滚动导轨 D.动压导轨

5. 适应中等转速和切削负载较大,要求刚度高的机床,其主轴轴承配置形式,应选择( B ).

A. 速度型 B。刚度型 C速度刚度。 D。抗振型

6.要求导轨可以承受较大的顚覆力矩，高度较小，结构紧凑，间隙调 整方便，应选择（ C ）

A.矩形导轨 B,三角形导轨 C.燕形导轨 D.圆柱形导轨 7.普通机床主要性能指标(第二性能指标)是 ( B ) A.车床的最大回转半径 B.最大工件长度 8.称为机器人机械本体,也称为主体的是 ( D )

A手臂 B.末端执行器 C.机座 D.操作机

9.数控机床主传动采用直流电机无级调速时，是采用的 （ A ）的方式来得到主轴所需转速。

A．调压，调磁 B。调频 C。调电流 D。调电容

10.利用一套标准元件和通用部件,按加工要求组装而成的夹具,称为 ( A ).

A.组合加具. B.专用加具. C.成祖加具. D.随行加具. 二．填空题 （20分，每小题1分）

1.摇臂钻床的主要参数是_____最大钻孔直径________.

2.额定负载,使之在机器人规定的性能范围内,机械接口处所能承受负载的 允许值 。

3..机床抗振性包括两个方面:抵抗受迫振动和____自激振动________的能力. 4..传动轴通过轴承,在箱体内轴向固定的方法,有一固定,和______两端固定__ 5.滑动导轨间隙常用_____压板________和镶条来调整.

6.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.

7.机床导轨材料有: 铸铁 ,, 钢 , 有色金属, 塑料等.

8.国产的GGB型直线滚动导轨副，由制造厂家用选配 不同直径钢珠 的

办法，确定间隙或预紧。

9．在数控机床进给系统中，齿轮传动间隙的消除，有刚性调整法和柔性调整

0法 两类。10.齐次坐标变换矩阵 [T1] 是将 [P1]和

0?R? 合写在一起表

0?1示。

11当前提高制造生产能力的决定性因素，不再是劳动力和 资本 的密集积累。

12．机械制造装备的精密化，成为普遍的发展趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至 纳米级 。

13.任何一个表面都可以看成一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹，这两条曲线（或直线）称为该表面的 发生线 。

14.机床的抗振性是指机床在 交变载荷 作用下，抵抗变形的能力。 15.当运动部件低速运动时,主动件匀速运动,从动件往往出现速度不均匀的跳跃式运动,这种现象,称为____爬行______.

16.设计机床主传动系统时，为避免从动轮过大，一般限制直齿圆柱齿轮的最小传动比 为避免扩大传动误差，限制最大传动比为umax≤2.

1 417.滚动轴承的预紧力分为三级，轻预紧力适用于高速主轴，中预紧力适用于中、低速主轴， 重 适用于分度头主轴。 18．角接触球轴承及圆锥滚子轴承，有泵油效应，润滑油必由 小口 进入。 19．在末端执行器的参考点P，相对于基座坐标系的速度，可通过相应 位置 变量对时间的微分而得到。

20.三联滑移齿轮的最大与次大齿轮之间，齿数差应大于或等于 ____4______以保证滑移齿轮外圆不相碰。

三．问答题 （30分 每小题6分）

.1．简述自动化立体仓库的工作过程？（6分）

答：1）由输送装备将待入库的货物放到入库装卸站，由堆垛机用货叉将货

物放到由堆垛机用货叉将货物放到托盘上。再将货物托盘存入号仓。 (2分)

2)计算计控制堆垛机在巷道内行走，自动寻找存入（或取出）仓号。 (2分)

3）托盘到达仓位后，由堆垛机用货叉将货物送到货位 （2分）。

4）若调出货物，由堆垛机用货叉将货物放到托盘上，由堆垛机将货物自动送到装卸站，由输送装备运走。（满3条给6分）

2.简述谐波齿轮减速装置的工作原理? （6分 ）

u主min?

答; 谐波齿轮减速装置是由三个基本构件组成，即内齿刚轮G ,外齿柔轮R和波发生器组成。 柔轮比刚轮少2个或几个齿。(2分)波发生器外 径比柔轮内径大些，当波发生器装入柔轮内时，使柔轮成为椭圆形，其长轴两端与刚轮内齿啮合，短轴方向的齿完全脱开，其余齿视回转方向分别处于“啮入”或“啮出”状态，当波发生器连续回转时，啮入啮出区，随着椭圆长短轴的向位变化而依次变化，于是柔轮相对不动的刚 G沿着波发生器的反方向低速回转。 （2分）

特点：结构紧凑尺寸小、传动比大、承载能力强、传动平稳、传动精度高、效

率高。广泛应用于机器人中。 （2分）

3..机器人手腕的设计要求是什么？（6分）

答：1）机器人手腕处于手的末端，应结构紧凑尺寸小、重量轻。 （2分）

2）手腕部件的自由度愈多，对作业范围大，适应能力强。但结构复杂。

（2分）

3）提高机器人手腕精度与传动刚度。 （2分）

4）各关节应有限位开关与机械挡块。 （答3条计6分）

4．试述SK型悬挂式链条和HP型套筒式链条组成刀库的形式，有何不同 ？ （ 6分）

答：1）SK型悬挂式链条组成的刀库，只能是“外转型”，故刀库为方形时

就不能充分利用中间空间。 （3分）

2)HP型悬挂式链条组成的刀库，在刀套“内转”时，不发生刀套的干涉，

刀库利用中间率高。 (3分)

5．机床主传动系统中，扩大变速范围最简便的方法有那些 ？（6分）

答：1）增加变速组是扩大变速范围最简单的方法。（2分）

2）采用背轮机构。 （2分） 3)采用双公比传动系。 （2分） 4）采用分支传动。 (答3条计6分)

四．分析推导题 （20分 每小题10分 ）

1. 试述根据什么原则，选择支承件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状？为什么为该形状？答； 1）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，抗弯刚度与抗扭刚度高。 （3分） 2）圆形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯矩小。（2分）

3)封闭界面远比开口截面的刚度高，特别是抗扭刚度。（2分）

4）摇臂在加工时，既有弯又有扭，因此选非圆非方空心封闭形状，且高度尺寸大于宽度尺寸。 (3分)

2.图为三自由度机械传动手腕的机构简图，试求当S.B轴不转动时，由行星轮2和14自转运动诱导出的附加的手腕回转转速n?7与手腕俯仰运动转速 n?9 。

11 10 8 9 12 14 15 16 13 B T 7 6 5 4 3 2 1 S 三自由度机械传动手腕 1、2、3、4、5、6、7、11、12、13、14、15—齿轮 8—手爪 9、10、16---壳体 答：当 S. B轴不动时,T轴转动，齿轮Z2 Z14为行星轮，壳体10为行星架，

齿Z2 Z3 Z13 Z14连同壳体10构成两行星轮系，则行星轮Z2 自传动诱导出的手爪回转运动转速为： （5分）

n?7?ZZ(Z?Z)nZZZ6432752T （2分）

行星轮Z14 自传动诱导出的辅加手腕俯仰运动转速为：

n?9?Z(Z?Z)nZZ1213141114T （3分）

五.转速图设计：根据下图所示Z3040摇臂钻床主传动系统转速图，回答下列问题。 （15分） 1）写出其结构式

2）写出 Ⅴ---Ⅵ轴间变速组的变速范围公式及其大小。ⅠⅠ 3）写出Ⅵ轴变速范围公式及其大小。 4）找出轴Ⅲ--Ⅵ轴的计算转速。

61:39 39:31 44:34 38:38 35:55 37:42 29:47 20:50 22:44 20:80 2000 1250 800 630 500 400 315 250 200 160 125 100 80 63 40 25 Z3040摇臂转床主传动系统转速图 答：（15分）

1）结构式为： 16=22?25?24?28 （4分） 2） 3)

Rn??x(P?1)?1.268?(2?1)?6.35（3分）

Rn?R1R2R3R4??2(2?1)?5(2?1)?4(2?1)?8(2?1)???1.26?80.9

1919

（5分） 4) 计算转数轴 号 N （3分） Ⅲ 500 Ⅳ 200 Ⅴ 100 Ⅵ 80 六．假定设计??1.41 ，12=3?的变速系统有以下几种方案，试选定最佳结2?2构式，为什么？ （5分 ）

A. 12?31?23?26 C. 12?36?21?23 D.

六．答：最佳结构型式为 （A） 符合“前密后疏”的原则。

B. 12?33?26?22 12?36?23?21 得 分 批阅 人 5分） （

B《机械制造装备设计》（003） 试卷（闭卷）（试卷编号：003）

（考试时间：120分钟或规定时间, 适用机制专业）

一．填空题 ( 每空 1分 共计20分)

1.影响机械装备加工精度的主要因素有：几何精度、传动精度、（ 运动精度 ）、（ 定位精度 ）、低速运动平稳性。 得 分 2.机械制造装备的一般功能要求有：加工精度、刚度、强度、

抗振、（ 加工稳定性 ）、（ 耐用度 ）、技批阅人 术经济性。

3.机械制造装备的全自动化是指能自动完成工件的（ 上料、 ）、加工、和（ 卸料 ）的生产过程。

4.绿色产品设计是在充分考虑产品功能、( 质量 )、( 成本 )和开发周期的同时，应对环境影响最小，对资源利用率最高。

5.金属切削机床，按加工原理不同可分为：车床、钻床、镗床、磨床、( 齿轮机床 )、( 螺纹机床 )、铣床、刨床、拉床、特种机床及其它机床。

6.特种加工技床有：电加工机床、超声波加工机床、激光加工机床、( 电子束 )加工机床、( 离子束 )加工机床、水射流加工机床。

7.机械制造装备设计可分为：( 创新设计 )设计、变形式设计、和( 模块化设计 )设计等三大类。. 8.创新设计在明确设计任务后，经过：产品规划、方案设计、( 技术设计 )和( 工艺设计 )等四个阶段。 .9.总体设计中的主要结构参数包括：（ .尺寸参数 ）参数、运动参数和（ 动力参数 ）参数。

10.工艺设计阶段分为：零件图设计、装配设计图设计、（ 商平化设计 ）设计、（ 工艺化设计 ）文件。 二、选择题（下列各题的备选答案中只有一个选项是正确的，请把正确答案填在括号中。每小题1 分，共10分）

1.机电一体化是指：机械技术 、传感测量、（ B ）、得 分 自动控制、电力电子等技术的系统工程。 批阅人 A.机械技术 B. 信息处理 C.计算机技术 D.工业管理技术

2．可靠度是产品的可靠性度量（ C ），是指产品在规定的时间，规定的条件完成规定任务的概率。

A.产品数量 B. 概率 C. 标准 D.能力

3.机床的基础坐标系为Oxyz。机床的运动坐标系规定为：沿x y z 的直线运动为( A )；绕x y z 轴转动为A 、B、 C轴；平行x y z轴的辅助轴为U 、V 、W表示。

A. X 、 Y 、 Z轴 B. A 、B、 C轴 C. U 、V 、W轴 4.机床工作时的内热源有：电机、液压系统、机械摩擦、（ B ）。 A. 电机 B切削热 C.各零件 D.切屑 5.当机床部件产生爬行现象时，会影响机床的 定位精度、（ A ）、工件表面粗糙度。

A. 工件加工精度 B.平行度 C.平面都 D.垂直度 6.电气伺服进给部件的驱动方式有：步进 机、直流电机、（ A ）、直线电机。

A. 交流调速电机 B.异步电机 C.同步电机 D.伺服电机 7.数控机床，按其测量反馈装置的有无，及其位置，可以分为 开环控制系统、闭环控制系统、（ A ）。

A. 半开环控制系统 B.无反馈 C.有反馈 D.不确定 8.磁浮轴承的特点是：无机械磨损、（ A ）、运动无噪声、无润滑、无污染、温升低。

A. 理论上速度无限 B.无温升 C.简单 D.纯机械装置 9.机床支承部件的合理设计是：以最小的质量条件下，获得( A )。 A最大的静刚度。 B. 最大的动刚度。 C.最大强度 D.合理刚度.

10．导轨的间隙对机床的工作性能有着直接的影响，若间隙过大，影响（ B ）。

．A. 强度 B.精度与平稳性 C.生产率 D.温度高。

三、判断题（在题后的括号内，正确的打“√”，错误的打“×”。得 分 每小题1分，共10分）

批阅人 1.绿色产品设计是充分考虑产品的功能、质量、开发周期的同

时，使产品从 设计、制造、使用对环境影响最小，资源利用率最高。 （ × ）

2..影响机床振动主要原因：机床刚度、机床阻尼、机床系统固有频率.( √ ) 3．机床工作时的内热源有：电机、液压系统、机械摩擦、切削热。 ( √ ） 4.当机床部件产生爬行现象时，仅会影响机床的 定位精度。 ( × ） 5.直流电机的无级调速，是采用 调压和调磁的方法 ，来达到主轴所需转速。 （ √ ）

6.磁浮轴承的特点是：有机械磨损、理论上速度有限。 （ × ） 7..机床的精度包括：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度 、工作精度、精度保持性。 （ √ ） 8导轨应满足的仅要求：导轨精度高、承载能力。 （ × ） 9．主轴轴承的配置形式：仅有速度型。 （ × ） 10..主轴轴承的配置形式：仅有刚度型。 （ × ）

四．简答题 （每小题6分 计30分）

1..试述根据什么原则，选择支承件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状？为什么为该形状？ (6分) 得 分 答

1）无论是方形、圆形、矩形，空心截面的刚度都比实心的大批阅人 同样同样截面形状和面积，外形尺寸大，而壁薄的截面比外

形尺寸小的而壁厚的截面，抗弯刚度与抗扭刚度高。 (2分)

2）圆形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯矩小。 （1分）

3)封闭界面远比开口截面的刚度高，特别是抗扭刚度。 （1分）

4）摇臂在加工时，既有弯又有扭，因此选非圆非方空心封闭形状，且高度尺寸大于宽度尺寸。

2 .机器人手腕的功能及设计要求是什么？（6分）

1）手腕的功能:（1）连接并支持末端执行器。 (1分) （2）实现末端执行器三个姿态坐标，即三个转动自由度。（1分） 2）设计要求：（1）手腕力求接构紧凑，体积小重量轻。 （1分） （2）在满足工作要求的条件下，尽量减少自由度，力求简化。（1分） （3）提高手腕的精度与刚度。 （1分） （4）手腕各关节轴，应有限位开关与机械挡块。 （1分）

3.什么叫柔性制造系统？它由哪几个基本部分组成？（6分）

答：1）是一个以网络为基础，面对车间的开方式集成制造系统。拥有CAD、 数控编程、工夹具管理、质量管理、数据采集等功能，可根据制造任务与生产环境的变化，迅速调整，以适应多品种、中小批生产。 (3分) 2)基本组成：（1）加工子系统：加工装备、工艺装备、辅助装备。 （1分） （2）物流子系统：储存装备、传输装备、搬运装备。 （1分） （3）控制子系统：过程控制与过程监视。 （1分）

4.机床主传动系设计应满足的一般原则是什么? （6 （10分） 答: 得 分 1) 传动副前多后少原则，可减小变速箱的尺寸。

批阅人 (2分)

2) 传动顺序与扩大组相一致的原则，亦可减小变速箱的尺寸。 （2分）

3) 变速组的降速要前慢后快的原则，中间轴的转速不要大于电机转速 。(2分)

5..工业机器人与机床，在基本功能和工作原理上有何异同？

答：工业机器人与机床在基本功能和工作原理上相同之处：1）两者都有位姿变化要求。2）都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化。 (3分) 不同之处：1）机床以直角坐标五为主，机器人以关节形式运动为主。2）机床刚度、精度高，机器人刚度精度比较低。

五．楔块杠杆回转夹持器的工作原理如下图（1）所示。试推导夹持力F与 驱

动力Fp之间的关系式。

解(5分)

Fp N ? .

∵Fp?2NSin?-------① 又 ∵∴ FN?CFP2bSin?

N ： N c b FN Nc=FNb-------②

得 分 批阅人

N

六．计算题: 图为车床的传动系统图。 公比φ=1.41 ，电机转速为1440 r/min 。 标准转速表如下。

试求： （1）拟定结构式； （2）确定传动级数

（3）按表查出标准转速数列 （4）画转速图 （共计20分） 解：（1）拟定结构式；

22 结构式为：12=31?3?6 （ 5分） （2）确定传动级数 : 12级 （ 2分）

（3）按表查出标准转速数列

标准转速: 40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800 （5 分 ） 4 （

（4）速度图 （8分）

电 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 36:36 42:42 60:30 22:62 18；72 1800 r/min 1250 900 630 450 315 224 160 112 80 56 40

1440 r/min 180:288 24:48

一．填空题 （ 每空1分 共计20分 ）

1. 影响机械装备加工精度的主要因素有：几何精度、传度精度、运动精度（ 定位精度 ）、（ 低速平稳性 ）。

2.机械制造装备的全自动化是指能自动完成工件的（ 上料 ）、加工、和（ 卸料 ）的生产过程。

3..金属切削机床，按加工原理不同可分为：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮机床、螺纹机床、( 铣床 )、( 刨床 )、拉床、特种机床及其它机床。 4.创新设计在明确设计任务后，经过：产品规划、方案设计、( 技术设计 )和( 工艺设计 )等四个阶段。

5.总体设计中的系统原理图包括产品总体布局图、机械传动系统图、（ 液压系统图 ）系统图、（ 电力控制图 ）控制图。. 6.工艺设计阶段分为：（ 零件图、 ）图设计、装配设计图设计、（ 商平化设计 ）设计、编制技术文件。

7..主轴部件应满足的基本要求有：旋转精度、刚度、( 抗振性 )、( 温升与热变形 )、精度保持性。

8.导轨应满足的要求：导轨精度高、承载能力强、（ 精度保持性 ）、（ 低速平稳性 ）。

9..按照机械结构类型分类，工业机器人分为四类：关节机器人、（ 球坐标机器人 ）、（ 圆柱坐标机器人 ）、直坐标机器人。

.10.物流系统的特点有：实现价值特点、主要功能特点、( 物流过程特点 )、( 物流运行特点 )。 二．选择题: (下列各题的备选答案中只有一个选项是正确的，请把正确答案填在括号中。

每小题1分，共10分）

1.产品制造过程中所使用的各种 （ A ）、模具、夹具、量具等，总称为工艺装备。

A. 刀具 B.材料 C.工艺 D.仪器仪表

2．可靠度是产品的可靠性度量标准，是指产品在规定的（ C ），规定的条件完成规定任务的概率。

A.产品数量 B. 概率 C. 时间 D.能力 3.影响机床振动主要原因：机床刚度、机床阻尼、（ A ）。

A. 机床系统固有频率 B.机床强度 C.机床重量 D.机床复杂程度 4.机床工作时的内热源有：（ B ）、液压系统、机械摩擦、切削热。 A. 液压系统 B. 电机 C.各零件 D.切屑 5.机床的噪声源来自：（ A ）、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声。 A. 机械噪声 B.击打声 C.齿轮声 D. .杂音 6.当机床部件产生爬行现象时，会影响机床的（ A ）、工件加工精度、工件表面粗糙度。

A. 定位精度 B.平行度 C.平面都 D.垂直度

7.直流电机的无级调速，是采用 调压和 （ A ） 的方法来达到主轴所需转速。

A.调 磁 B.调电流 C.调电容 D.调电阻 8.主轴的传动方式主要有：（ A ）、带传动、电机直接驱动、

A. 齿轮传动）、 B.齿条传动 C.蜗轮蜗杆传动 .D.摩擦传动

9．导轨的间隙对机床的工作性能有着直接的影响，( B )，运动阻力大，磨损增加。

A间隙过大 B.. 间隙过小 C. 无.间隙 ．

10自动换刀系统的顺序换刀方式是按照工艺要求，依次将所用的刀具（ A ）中，加工时按顺序调刀。

A. 按顺序插入刀座 B.不同工件顺序向同。 C.任意插入刀座

三、判断题（在题后的括号内，正确的打“√”，错误的打“×”。每小题1分，共10分）

1.机电一体化是仅指：机械技术 、传感测量。 （ × ）

2.绿色产品设计是充分考虑产品的功能、质量、开发周期的同时，使产品从 设计、制造、包装、运输、使用、报废处理整 个生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。 ( √ ) 3.产品制造过程中所使用的各种 刀具、模具、总称为工艺装备。 （ × ） 4.影响机床振动主要原因：机床刚度、机床阻尼。 ( ×

)

5.机床工作时的内热源有：电机、液压系统、机械摩擦。 （ × ） 6.当机床部件产生爬行现象时，会影响机床的 定位精度、工件加工精度、工件表面粗糙度。 （ √ ） 7.磁浮轴承的特点是：无机械磨损、理论上速度无限、运动无噪声、无润滑、无污染、温升低。 （ √ ）

8．主轴轴承的配置形式：仅有速度型。 （ × ）

9.导轨应满足的仅要求：导轨精度高、承载能力。 （ × ）

10工业机器人的手腕是连接手臂与末端执行器部件，实现末端执行器在空间 的三个姿态 。( √ )

四．简答题 （每小题6分 计30分）

1．谐波齿轮减速装置的工作原理及其特点？下图为原理图。

1)由三个基本构件组成，即内齿刚轮G ,外齿柔轮R和波发生器组成。柔轮比刚2个或几个齿。 (1分)

2)波发生器外 径比柔轮内径大些，波发生器装入柔轮内时，使柔轮成为椭圆形，

其长轴两端与刚轮内齿啮合，短轴方向的齿完全脱开. （1分） 3)波发生器连续回转时，啮入啮出区，随着椭圆长短轴的向位变化而依次变。

（1分）

4)柔轮相对不动的刚

G沿着波发生器的反方向低速回转。 （1分）

5)特点：尺寸小、传动比大、承载能力强、传动平稳、传动精度 ,效率高. 2.在机床分级变速箱中，如何选用公比 φ ？ （6分）

答：1）通用机床，辅助时间与准备结束时间长，机动时间在加工周期中占的比重不大，转速损失不会因起加工周期过多的延长，为使变速箱不过于复杂，一般取φ=1.26 或1.41 等较大的公比。 (2分) 2）大批量的专用机床，情况相反，通常取φ=1.12或 1.26较小的公比 。（2分） 3）自动化小型机床，切削时间远小于辅助时间，通常取公比为 1.58 1.78 ，2 。以简化机床结构。

3..工业机器人与机床，在基本功能和工作原理上有何异同？ （6分）

答：工业机器人与机床在基本功能和工作原理上相同之处： (3分)

1）两者都有位姿变化要求。

2）都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化。

不同之处： （3分）

1）机床以直角坐标五为主，机器人以关节形式运动为主。 2）机床刚度、精度高，机器人刚度精度比较低。

4..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 ? （6分） 答：

1）被加工零件图。 （2分） 2）加工示意图 （2分） 3）机床总联系尺寸图 （1分） 4）生产计算卡 。 （1分）

5 .机器人手腕的功能及设计要求是什么？（6分）

答：1）机器人手腕处于手的末端，应结构紧凑尺寸小、重量轻。 （2分） 2）手腕部件的自由度愈多，对作业范围大，适应能力强。但结构复杂。

（2分）

3）提高机器人手腕精度与传动刚度。 （1分） 4）各关节应有限位开关与机械挡块。

五．分析题 (10分) 试分析机床主轴的前轴承精度，一般要比后轴承的精度高一级。

3．答：1）前轴承的轴心有偏移量?A， 后轴承偏移量为零时，由偏移量?A引起的主轴主端轴心偏移量为

L?a A （3分） ?1Al?? 后轴承有偏移量?B,前轴承的轴心偏移量为零时，引起的主轴主轴端偏

移量为：

a （3分） BL 显然，前轴承的精度比后轴承对主轴部件应响大,故前轴承的精度比后轴

承的精度应高一级。 (4分)

??B1?后 轴 承 B L A 前 轴承 轴 端 A1? a ?A ? BB1 。

?

六．机算题 (计20，分每小题10分) 1.某机床主轴转速为：

d1000r/min180r/min n? 电机转速为: n?maxmin1440r/min(7.5 kw) 公比φ=1.41 n?

1）试拟定结构式 2）确定皮带轮直径 3)确定表准转速数列.

某机床主轴转速为：

1000r/min n?max180r/min n?min电机转速为:

1440r/min(7.5 kw) 公比φ=1.41 n?d

1）试拟定结构式 (5分)

Rn?nmaxn?1000min180?5.56

?z?1?lgRnlg??1?lg5.56lg1.41?1?4.99?6

Rn?nmaxn?1000?5.56 min180

?z?1?lgR?nlg?1?lg5.56lg1.41?1?4.99?6 结构式为：6=31?23 2））确定皮带轮直径：

∵ 14401000?280200

∴ 电机带轮 200 m m 主轴带轮 280m m （。2分） 3）确定转数列： 计算转速数列为: 1000、709、503、357、253、179

由表查出标准速数列为：1000、710、500、355、250、180

2.. 楔块杠杆回转夹持器的工作原理如下图（1）所示。

已知

Fp=1000N b=300 m m, c=500 mm, α=15? 楔块杠杆回转夹持器的工作原理如下图（1）所示。 已知F， b=300 m m, c=500 mm, α=15?p=1000N 求FN=？ 解：

（3分）求

FN=？

Fp N N N ? c b F N ?2NSin?∵F-------① 又 ∵ Nc=FNb-------② （5p分）

∴ FN?2bSin?CFP

分)

FN?

500?10003220N (5??300?sin152bSin?2CFP=

（10分）

《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 分值 一 10 二 20 三 28 四 15 五 20 六 7 七 总分 100 复核人 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（ C ）三种。

得 分 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（ A ）、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、（ C ）、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、（ A ）、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、

（ B ） 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、（ C ）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（ A ）、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 ）。

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. ( C ).

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

( C ).

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。

得 分 批阅人

（ × ）

.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。（ √ ）

5．导轨按结构型式可分为开式导轨和闭式导轨。（ ） 6．若需要限制的自由度少于六个，定位时正好限制了这几个自由 则为完全定位 。 （ √ ） 7．工业机器人的驱动系统，是带动操机作各运动副的动力源，常用

的驱动方式包括手动、电动机驱动、液压或气动三种。 （ √ ）

8．在工业机器人中的谐波减速传动装置，具有传动比大、承载能力强、传动精度高、传动平稳、效率高、体积小、质量轻等优点。

（ √ ）

9．在工厂“物流”是指从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工序之间流 转位、移动和储存的全过程。（ √ ）

10．机械加工生产线主要由加工装备、工艺装备、输送装备、辅助备 和控制系统组成。

三、简答题（每题7分，共28分）

.1．简述自动化立体仓库的工作过程？（7分）

答：1）由输送装备将待入库的货物放到入库装

得 分 批阅人

卸站，由堆垛机用货叉将货物放到由堆垛机用货叉将货物放到托盘上。再将货物托盘存入号仓。 (2分) 2)计算计控制堆垛机在巷道内行走，自动寻找存入（或取出）仓号。 3）托盘到达仓位后，由堆垛机用货叉将货物送到货位。(2分)

4）若调出货物，由堆垛机用货叉将货物放到托盘上，由堆垛机将货物自动送到装卸站，由输送装备运走。 (1分) 2．谐波齿轮减速装置的工作原理及其特点？（7分）

谐波齿轮减速装置是由三个基本构件组成，即内齿刚轮G ,外齿柔轮R和波发生器组成。柔轮比刚轮少2个或几个齿。（3分）波发生器外 径比柔轮内径大些，当波发生器装入柔轮内时，使柔轮成为椭圆形，其长轴两端与刚轮内齿啮合，短轴方向的齿完全脱开，其余齿视回转方向分别处于“啮入”或“啮出”状态，当波发生器连续回转时，啮入啮出区，随着椭圆长短轴的向位变化而依次变化，于是柔轮相对不动的刚 G沿着波发生器的反方向低速回转。

特点：结构紧凑尺寸小、传动比大、承载能力强、传动平稳、传动精度高、效率高。广泛应用于机器人中。 （1分） 3。.什么是机械加工生产线？它主要由哪几个基本部分组成?（7分） 在机械产品生产过程中，对于一些工序较多的工件，为保证质量、提高效率、降低成本，可把加工装备按照一定的顺序依次排列，并用一些输送装备与辅助装备，将它们连接起来成为一体，使之能完成

工件指定的加工过程。这种生产作业线称为 机械加工生产线。 基本组成部分：加工装备、工艺装备、输送装备、辅助装备和控制系统组成。 4.试述变速箱内传动轴的轴向固定方法及特点？ ( 7分) 答：有一端固定与两端固定 。 （ 2分）

采用单列向心轴承时，可一端固定，也可两端固定。（2分） 采用圆锥滚子轴承时，必须两端固定（3分）

四、分析题（15分）

．试分析及床主轴的前轴承精度，一般要比后轴承的精度高一级。

答：1）前轴承的轴心有偏移量?A， 后轴承偏移量为零时，偏移量(2分)

?A1?L?a （2分） ?Al得 分 批阅人 ?A引起的主轴主端轴心偏移量为

2）后轴承有偏移量?B,前轴承的轴心偏移量为零时，引起的主轴主轴端偏移量为： （2分）

?B1?a (2分) L?B3) 显然，前轴承的精度比后轴承对主轴部件影响大。应精度高一级。 (2分)

后 轴 承 B L A 前 轴承 轴 端 A1 ? a ?A ? B B1 ? 作图 (5分)

五、设计题（20分）

已知：图示是某机床主传动系统图。公比 ?＝1.41，采用双速电机（710/1440r/min），试分析该机床主传动系统。包括：

1．写出主传动路线表达式； 2．分析主轴的转速级数Z； 3．按表查出主轴标准转速数列； 4．写出结构式并画出转速图；

得 分 批阅人

标准数列表

1.传动路线表达式

?1440?1?4572?2?5954?3????电?????????? ?3625?????710??81??88?

2．由机床主传动系统图得：

Ⅰ-Ⅱ轴的变速组为基本组，传动副为 2 （1分） Ⅱ-Ⅲ轴的变速组为第二扩大组，传动副为2 （1分）

双速电机为第一扩大组，变速范围为 2， （1分） 公比为 ? =1.41 （1分） 3.结构式为：8?22?21?24 （5分）

4．当电机转速为 710 r/min

主轴转速为：90 r/min 125 r/min 345 r/min 485 r/min (2分) 当电机转速为1440 r/min

主轴转速为：185 r/min 255 r/min 700 r/min

1000r/min

(2分) 标准转速数列为：90、125、190、250、355、475、700、1000 (2分) 5.主传动转速图 （5分）

1440 710 电 Ⅰ Ⅱ 59:54 Ⅲ 45:72 1000 700 485 345 255 185 125 90 180:180 36:81 25:88

六． 2.在数控机床变速箱中，用调速电机无级调速，试导出变速箱的公比 ?f等于电机恒功率调速范围

Rdn 时，变速箱的变速级数

Z的 表达式。 (7分 ) 变速箱的变速级数Z的表达式：

得 分 批阅人 RnN?RdN?Z?1f （2分）

?Z?1f?RRnNdN （1分）

?1 （2分） lgRnNlg?f 故：Z=当

lgRnN_lgRdNlg?fRdN?? 时，Z=

f （2分）

《机械制造装备设计》试卷（闭卷）（试卷编号：08）

（考试时间：120分钟 适用机制 专业） 1题号 一 10 二 30 三 30 四 10 五 20 六 七 总分 100 复核人 分值 得分 一、概念题（每题2分，共10分） 1、生产节拍

生产节拍：指在连续完成相同的两个产品，之间的间隔时间称为生产节拍。

2、机器人自由度和位姿

得 分 工业机器人的自由度与姿态 ：自由度，是指机器

批阅人 人末端执行器的三个移动自由度，。其姿态是指末端执行器的三个转动自由度。

3、完全定位和不完全定位

完全与不完全定位：工件的六个自由度全部被限制，为完全定位。工

序必须限制的自由度少于六个，都被限制，称为不完全定位。 4、立体仓库

立体仓库：自动化仓库称为立体仓库。采用多层货架，自动存取物料

的系统。

5、定位

定位：通过定位元件，使工件处于一个确定位置。

二、简述题（每题分6，共30分） 1、工业机器人的设计内容有那些 ?

得 分 总体设计：（1）基本参数的选择：负载、作业空间、 批阅人 速度、性能指标。 （2分）

（2）总体方案设计：运动功能、传动系统、结构布局、控制方案、

总体评价。 （2分）

2）结构设计：技术设计、施工设计 （1分） 3）总体综合评价。 （1分）

2．简述自动化立体仓库的工作过程？（6分）

答; 1）由输送装备将待入库的货物放到入库装卸站，由堆垛机用货 叉将货物放到由堆垛机用货叉将货物放到托盘上。再将货物托盘存入 号仓。 （2分）

2)计算计控制堆垛机在巷道内行走，自动寻找存入（或取出）仓号。 （2分）

3）托盘到达仓位后，由堆垛机用货叉将货物送到货位。（1分） 4）若调出货物，由堆垛机用货叉将货物放到托盘上，由堆垛机将货物自动送到装卸站，由输送装备运走。 （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 ?1）被加工零件图。（1分） 2）加工示意图 （1

分）

3）机床总联系尺寸图 （2分） 4）生产计算卡 （2分） 。 4．试述机床的基本参数包括那些内容 ？

1）尺寸参数：指机床主要结构尺寸参数，通常包括与被加工零件

有关尺寸，标准化工具或夹具安面平面尺寸。 （2分）

2)运动参数：机床执行件，如主轴、工件安装部件（工作台）

的运动速度。 （2分）

3)动力参数：包括机床的各种驱动电机的功率或转矩。（2分） 5．主轴箱设计中，为什么要遵循，传动副“前多后少”的原则 ？ 1）主变速系统从电机到主轴，通常是降速传动。接近电机传动件

转速较高，由公式 M=9550

Nn 可知。传动的转矩较小，尺

寸小些。 （2分）

2）靠近主轴转速小，转矩大，尺寸大。 （2分） 3）拟定主轴变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前

面，将传动副较少的变速组安排在后面，以减小变速箱的尺寸。 （2分）

三、分析题（每题10 分，共30分）

得 分

1、工业机器人有那几部分构成？？（10分） 答：（1）操作机：是机器人的机械本体，由末端执

批阅人 行器、手腕、手臂、机座组成。 （4分）

（2）驱动装置：电机（液压马达）、减速器。 （3分） （3）控制装置：检测、控制两部分。 （3分） 2．有级变速系统中，主传动系统的转速排列为何常采用等比数列？（10分）

答：1）某工序要求合理转速为 n, 但在Z级转速中没有这个转速，其 nj

n?nj

n

极限速度损失率为 Amaxn?J?1?njj?1n

（3分） 速度损失率就是生产损失率，对普通机床为使总生产损失率最小，则 Amax?常数 即 Amaxn?J?1?njj?1n=常数

nnj?常数?1j?1?

所以转速为等比级数。

3.什么叫柔性制造系统？它由哪几个基本部分组成？（10分） 答：1）是一个以网络为基础，面对车间的开方式集成制造系统。拥有CAD、 数控编程、工夹具管理、质量管理、数据采集等功能，可根据制造任务与生产环境的变化，迅速调整，以适应多品种、中想批生产。 (4分)

2)基本组成：

（1）加工子系统：加工装备、工艺装备、辅助装备。 （2分） （2）物流子系统：储存装备、传输装备、搬运装备。 (2分)

（3）控制子系统：过程控制与过程监视。 （2分）

四．.简述谐波齿轮减速装置的工作原理? （10分 ）

得 分 批阅人 答; 1）谐波齿轮

减速装置是由三个基本构件组成，即内齿刚轮G ,外齿柔轮R和波发生器组成。柔轮比刚轮少2个或几个齿。

(3分) 2）波发生器外 径比柔轮内径大些，当波发生器装入柔轮内时，使柔轮成为椭圆形，其长轴两端与刚轮内齿啮合，短轴方向的齿完全脱开。，当波发生器连续回转时，柔轮相对不动的刚轮 G沿着波发生器的反方向低速回转。 （4分） 3）特点：结构紧凑尺寸小、传动比大、承载能力强、传动平稳、

传动精度高、效率高。 (3分)

五、计算题（共20分）

如图所示为柴油机顶柱套筒铣槽工序的定位简图，

得 分 大孔采用一个长圆柱销，小孔采用一个菱形销。已

1?25知D?0.0130 1?25mm，d0?0.009102?mm，D?0.0090批阅人 mm，

?0.013d10?40?0.052??0.019mm，Lmm，试计算该定位方案能否满足加工槽

??45??10与两孔中心连线间所成角度?的要求？并分析各定位原件

所限制的何种自由度？

答：1）传动路线表达式：

?24??48??电??56????10036???40?--Ⅲ （5分） 1430??????Ⅰ--Ⅱ?????32??19836?????64???7.5kw???30???42??

2）机算φ，级数 z , 速度范围R n （5分）

Rn=nmax?nminz_110001000?1.41 ?? , z=6 ??51801803）结构式为 （5分）

11111???? 6?31?23 13143081.4121.411.41180

电机带轮为第一扩大组，级比指数为2， Ⅰ--Ⅱ轴间的变速组为基本组，级比指数为1，Ⅱ-Ⅲ轴间的变速组为第二扩大组级比指数为3。4）转速图 （5分 ）

（5分） 1430 36:36 56:40 100:198 24:48 32:64

1000 720 500 360 250 180

一、概念题（每题2分，共10分） 1、工业机器人位姿

工业机器人的位置与姿态，是指机器人末端执行器的位置坐标。其姿态是指末端执行器的三个转动角度。

2、定位误差

定位误差：加工工序基准，在加工方向上的，最大位置变动量。

3．立体仓库

自动化仓库称为立体仓库。采用多层货架，自动存取物料的系统。

4、生产线节拍

生产节拍：指在连续完成相同的两个产品，之间的间隔时间称为生产节拍。

5、机器人自由度

工业机器人的自由度与姿态 ：自由度，是指机器人末端执行器的三个移动自由度，。 （1分） 其姿态是指末端执行器的三个转动自由度。

二、简述题（每题10分，共40分）

1、工业机器人的驱动方式有那些?如何选用驱动方式？ 答；1）驱动方式：电机驱动、液压驱动、气动。 2）：（1）负载在1 kw 以下的工业机器人，多采用电动机驱

(2)直流伺服电机与步进电应用广泛,交流服电机是新近的发展。 (4)液压驱动用于重型机器人，轻负荷用气动。 （2分） 2、柔性制造系统的组成和规划内容是什么？

答：1）是一个以网络为基础，面对车间的开方式集成制造系统。拥

有CAD、 数控编程、工夹具管理、质量管理、数据采集等功能，可根据制造任务与生产环境的变化，迅速调整，以适应多品种、

中想批生产。 （4分） 2)基本组成：（1）加工子系统：加工装备、工艺装备、辅助装备

(3分)。

（2）物流子系统：工件流、刀具流 (2分) (3)控制子系统。 (1分) 3.试述根据什么原则，选择支承件的截面形状，摇臂钻床摇臂的截面为何种形状？为什么为该形状？ 答；（计10分）

1），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，抗弯刚度与抗扭刚度高。 (3分) 2）圆形截面抗扭刚度比方形的好，而抗弯矩小。 （2分） 3)封闭界面远比开口截面的刚度高，特别是抗扭刚度。 （2分） 4）摇臂在加工时，既有弯又有扭，因此选非圆非方空心封闭形状，且高度尺寸大于宽度尺寸。 (3分) 4、六点定位原理是什么？平面定位时其定位元件如何选择？ .答：（计10分）

1）采用六个按一定规则布置的约束点，限制了工件的六个自由

度 ，使工件实现了完全定位。 （4分）

2）粗加工采用支承钉、可调支承、自位支承定位。 (3分) 3） 精加工支承板定位。 （3分）