機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)答辯考試試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.系統(tǒng)剛度2.加工精度3.數(shù)控插補(bǔ)4.材料的疲勞極限5.CAD/CAM集成二、填空題（每空2分，共20分）1.機(jī)械零件的失效形式主要有______、______、______、磨損和疲勞斷裂五種。2.在機(jī)械設(shè)計中，通常根據(jù)______的不同，將連接分為可拆連接和不可拆連接。3.切削加工中，影響切削溫度的主要因素有切削速度、______和切削深度。4.數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)一般包括檢測元件、______、驅(qū)動元件和執(zhí)行元件四個部分。5.有限元分析方法在機(jī)械工程中主要用于______和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。6.一級圓柱齒輪減速器的傳動比范圍為______至______。7.熱處理是利用金屬或合金的熱脹冷縮特性，通過______和______的控制，來改善其內(nèi)部組織和性能的工藝方法。三、判斷題（每題2分，共10分，請?jiān)诶ㄌ杻?nèi)打√或×）1.潤滑油的主要作用是減少摩擦、降低磨損，此外還具有冷卻、清洗和防銹作用。（）2.任何機(jī)械零件都必須具有強(qiáng)度、剛度和耐磨性這三個基本性能。（）3.尺寸鏈中，結(jié)果尺寸稱為封閉環(huán)，其他尺寸稱為組成環(huán)。（）4.有限元分析是一種將連續(xù)體離散化為有限個單元進(jìn)行求解的數(shù)值計算方法，它只能用于結(jié)構(gòu)分析。（）5.機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它可以是定序操作，也可以是重復(fù)操作。（）四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述提高機(jī)械零件承載能力的常用結(jié)構(gòu)措施。2.簡述影響鑄件質(zhì)量的主要因素有哪些？3.簡述PLC（可編程邏輯控制器）在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用。4.簡述表面粗糙度對零件使用性能的影響。五、計算題（每題10分，共30分）1.如圖所示為一簡單托架，材料為Q235鋼，載荷F=5kN，作用于托架中央，托架厚度δ=10mm，試校核托架在A、B、C三點(diǎn)的強(qiáng)度（假設(shè)應(yīng)力均勻分布，Q235鋼的許用應(yīng)力[σ]=160MPa）。（注：此處無圖，請根據(jù)題意自行構(gòu)造一個簡單托架示意圖進(jìn)行計算，例如懸臂梁或簡支梁受集中力）2.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=2mm，壓力角α=20°，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=60。試計算該對齒輪的傳動比i、中心距a和分度圓直徑d1、d2。（提示：可用相關(guān)公式直接計算）3.某零件加工要求尺寸為50±0.05mm。今加工出三件，分別測量其尺寸為49.98mm、50.03mm、50.02mm。試計算該批零件的合格率（假設(shè)超出公差范圍即為不合格）。（提示：先確定最大實(shí)體尺寸、最小實(shí)體尺寸，再判斷每個測量值是否在公差帶內(nèi)）六、論述題（15分）試論述機(jī)械制造工藝規(guī)程制定的基本原則及其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用意義。試卷答案一、名詞解釋1.系統(tǒng)剛度：指彈性系統(tǒng)在單位外力作用下產(chǎn)生的變形量，是衡量系統(tǒng)抵抗變形能力大小的物理量。2.加工精度：指零件加工后實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數(shù)的符合程度。3.數(shù)控插補(bǔ)：指在數(shù)控系統(tǒng)中，根據(jù)輸入的指令（起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)等），計算并輸出各坐標(biāo)軸聯(lián)動移動軌跡的過程。4.材料的疲勞極限：指材料在規(guī)定循環(huán)次數(shù)下不發(fā)生斷裂所能承受的最大應(yīng)力。5.CAD/CAM集成：指將計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）和計算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計到制造過程自動化或半自動化的技術(shù)。二、填空題1.過載、斷裂、塑性變形2.接觸方式（或連接方式）3.進(jìn)給速度4.控制器5.結(jié)構(gòu)分析（或應(yīng)力分析、變形分析）6.1（或2.5），10（或40）7.加熱、冷卻三、判斷題1.√2.×（零件還需滿足其他性能，如耐磨性、剛度、強(qiáng)度、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，具體取決于功能要求）3.√4.×（有限元分析不僅用于結(jié)構(gòu)分析，還可用于熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)、電磁場等多種物理場分析）5.√四、簡答題1.提高機(jī)械零件承載能力的常用結(jié)構(gòu)措施：*采用強(qiáng)度高、剛度大的材料。*優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，如采用等強(qiáng)度截面、減輕重量、增大危險截面尺寸等。*合理設(shè)計應(yīng)力集中部位，如采用圓角過渡、加大過渡直徑、避免尖角、設(shè)置卸載槽等。*利用過盈配合、緊固連接等方式提高連接強(qiáng)度。*增強(qiáng)零件的剛度和穩(wěn)定性，如增加支撐點(diǎn)、增大截面慣性矩等。*采用熱處理方法改善材料的性能，提高承載能力。2.影響鑄件質(zhì)量的主要因素：*原材料質(zhì)量：鑄造合金（金屬、熔劑、造型材料）的化學(xué)成分和物理性能直接影響鑄件質(zhì)量。*造型工藝：模具（型腔、芯盒）的精度和表面質(zhì)量，砂型（型砂、芯砂）的強(qiáng)度、透氣性、緊實(shí)度等。*熔煉工藝：金屬液的化學(xué)成分控制、溫度控制、除氣除渣效果。*澆注工藝：澆注溫度、速度、澆注系統(tǒng)設(shè)計是否合理，是否產(chǎn)生飛濺、卷氣等。*冷卻與落砂：鑄件冷卻速度的控制，落砂（去除型砂）操作是否規(guī)范，是否造成鑄件損壞。*缺陷：如氣孔、縮孔、縮松、裂紋、夾雜、砂眼等缺陷的產(chǎn)生與工藝控制不當(dāng)有關(guān)。3.PLC（可編程邏輯控制器）在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中的作用：*邏輯控制：執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)的基本邏輯運(yùn)算，如啟動、停止、換刀、換擋、安全互鎖等。*I/O處理：接收來自機(jī)床操作面板、傳感器、按鈕等的外部信號，并控制機(jī)床的執(zhí)行元件（如電磁閥、繼電器、指示燈）。*狀態(tài)監(jiān)控：監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)、報警狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)顯示和故障診斷。*與其他系統(tǒng)通信：作為數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床本體、伺服驅(qū)動、刀具管理等子系統(tǒng)之間的接口，傳遞信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。*簡單運(yùn)動或輔助功能控制：執(zhí)行一些簡單的順序控制任務(wù)，如工件的自動裝卸、夾具的松緊等。4.表面粗糙度對零件使用性能的影響：*耐磨性：表面越粗糙，實(shí)際接觸面積越小，壓強(qiáng)越大，磨損越快；但過于光滑也可能因油膜破壞而加劇磨損。適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔兄谛纬煞€(wěn)定油膜，減少磨損。*配合性質(zhì)：表面粗糙度影響配合的穩(wěn)定性和緊密程度。對于過盈配合，粗糙度太大可能導(dǎo)致壓入時塑性變形過大，降低連接強(qiáng)度；對于間隙配合，粗糙度太大可能導(dǎo)致配合過松。*疲勞強(qiáng)度：粗糙表面的波谷是應(yīng)力集中點(diǎn)，會降低零件的疲勞強(qiáng)度，易引發(fā)疲勞斷裂。*耐腐蝕性：粗糙表面的凹谷容易積存腐蝕性介質(zhì)，且不易清除，降低零件的耐腐蝕性。*密封性：對于需要密封的表面，粗糙度會影響密封效果，過高的粗糙度會導(dǎo)致泄漏。*測量精度：測量工具與被測表面的接觸受粗糙度影響，可能引入測量誤差。五、計算題1.（計算思路）根據(jù)題意，需判斷托架在A、B、C三點(diǎn)的應(yīng)力是否低于材料的許用應(yīng)力。假設(shè)托架結(jié)構(gòu)簡單，受力分析如下：*A點(diǎn)：主要承受拉應(yīng)力（或壓應(yīng)力，取決于具體結(jié)構(gòu)，此處假設(shè)為拉應(yīng)力）。拉應(yīng)力σ_A=F/A_A，其中A_A為A點(diǎn)的有效受力面積。若A點(diǎn)為點(diǎn)接觸，則面積極小，應(yīng)力極大，通常設(shè)計時避免。若假設(shè)A點(diǎn)有一定面積，則σ_A=F/(接觸面積)。需計算σ_A并與[σ]比較。*B點(diǎn)：主要承受彎曲應(yīng)力。最大彎曲應(yīng)力σ_B=M_B*W_B/W_z，其中M_B為作用在B點(diǎn)的彎矩，W_B為B點(diǎn)所在截面的抗彎截面模量，W_z為整個托架的抗彎截面模量（或根據(jù)結(jié)構(gòu)簡化計算）。需計算σ_B并與[σ]比較。*C點(diǎn)：主要承受剪應(yīng)力（如果C點(diǎn)有關(guān)聯(lián)的銷釘或螺栓等連接）。剪應(yīng)力τ_C=V_C/A_C，其中V_C為作用在C點(diǎn)的剪力，A_C為剪切面面積。需計算τ_C并與材料的許用剪應(yīng)力[τ]比較（注意題目只給[σ]，若需精確計算需補(bǔ)充[τ]）。若無明確剪力，則可能主要受壓應(yīng)力或與B點(diǎn)類似，視結(jié)構(gòu)而定。*最終判斷：若三點(diǎn)的計算應(yīng)力均小于對應(yīng)的許用應(yīng)力（通常強(qiáng)度校核只考慮[σ]），則強(qiáng)度合格。若任一點(diǎn)應(yīng)力超過許用應(yīng)力，則強(qiáng)度不合格。（注：實(shí)際計算需具體結(jié)構(gòu)圖和載荷分布）*（答案部分省略具體數(shù)值計算過程和結(jié)果，僅展示思路）2.（計算思路）*傳動比i：根據(jù)齒數(shù)關(guān)系，i=z2/z1=60/20=3。*中心距a：對于標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，中心距a=(z1+z2)*m/2=(20+60)*2mm/2=80mm。*分度圓直徑d1、d2：d1=z1*m=20*2mm=40mm；d2=z2*m=60*2mm=120mm。*（答案部分省略具體數(shù)值計算過程和結(jié)果）3.（計算思路）*公差帶：尺寸要求為50±0.05mm，即上限尺寸為50.05mm，下限尺寸為49.95mm。*判斷合格性：將三個測量值與公差帶比較：*49.98mm在49.95mm和50.05mm之間，合格。*50.03mm在49.95mm和50.05mm之間，合格。*50.02mm在49.95mm和50.05mm之間，合格。*計算合格率：合格件數(shù)為3件，總件數(shù)為3件，合格率=(合格件數(shù)/總件數(shù))*100%=(3/3)*100%=100%。*（答案部分省略具體數(shù)值計算過程和結(jié)果）六、論述題（論述思路）機(jī)械制造工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)活動的重要技術(shù)文件，其制定需遵循一系列基本原則，這些原則的應(yīng)用對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有重大意義。*（原則一：保證零件技術(shù)要求原則）工藝規(guī)程的首要任務(wù)是保證零件圖紙上的各項(xiàng)技術(shù)要求（尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等）得到滿足。需合理選擇加工方法、確定工序順序、選擇刀具和量具，確保最終加工出的零件符合設(shè)計要求。（意義：這是工藝規(guī)程的根本依據(jù)，是產(chǎn)品合格的保證）*（原則二：經(jīng)濟(jì)性原則）在保證質(zhì)量的前提下，力求工藝過程最經(jīng)濟(jì)。這包括縮短生產(chǎn)周期、降低工序成本、提高材料利用率、減少工時消耗等。需綜合考慮設(shè)備、人力、材料、時間等多種因素，進(jìn)行方案比較，選擇最優(yōu)方案。（意義：直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益）*（原則三：工藝可行性原則）工藝方案必須在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下（設(shè)備、工具、場地、人員技能等）是可行的。不能脫離實(shí)際，提出無法實(shí)現(xiàn)的要求。需考慮技術(shù)的成熟度、設(shè)備的適用性以及工人的操作能力。（意義：保證工藝方案能夠真正落地執(zhí)行）*（原則四：工藝銜接連續(xù)性原則）工藝路線的安排應(yīng)保證工序之間的銜接合理、順暢，減少零件在工序間的搬運(yùn)和等待時間，形成高效的生產(chǎn)流。（意義：提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期）*（原則五：工藝穩(wěn)定性與安