機械制造裝備設計作業(yè)題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)設計中，當要求主軸在3000r/min以上實現(xiàn)恒功率調速時，最常用的調速方式是A.雙電機分段變速B.變頻電機+機械兩檔齒輪變速C.伺服電機直接驅動D.液力耦合器無級調速答案：B2.對一臺臥式加工中心進行精度檢驗時，若僅考慮幾何精度，檢驗項目“主軸軸線對工作臺面的垂直度”屬于A.線性運動直線度B.主軸旋轉精度C.各軸間垂直度D.主軸軸線與基準面垂直度答案：D3.在滾珠絲杠副的預緊方式中，既能產(chǎn)生恒定預緊力又可在線補償磨損的是A.雙螺母墊片預緊B.雙螺母齒差預緊C.變位導程預緊D.液壓缸拉伸預緊答案：D4.下列關于靜壓導軌的說法，錯誤的是A.油膜厚度與載荷成正比B.導軌面無需刮研即可達到很高精度C.油泵功耗隨速度升高而顯著增加D.低速下亦能保持液體摩擦狀態(tài)答案：A5.某五軸聯(lián)動機床采用“擺頭+轉臺”結構，若僅轉臺旋轉軸（C軸）存在零位漂移，則加工球面時會導致A.球面半徑變大B.球面出現(xiàn)波紋C.球心位置偏移D.表面粗糙度升高答案：C6.在自動換刀系統(tǒng)（ATC）中，采用凸輪槽輪機構實現(xiàn)刀庫分度，其最大加速度由下列哪項參數(shù)直接決定A.凸輪升程角B.槽輪槽數(shù)C.凸輪轉速D.刀庫慣量答案：C7.對一臺車銑復合中心進行可靠性試驗，采用“定時截尾”方案，累積試驗時間T=1200machine·h，共發(fā)生4次關聯(lián)故障，則MTBF點估計值為A.240hB.300hC.480hD.600h答案：B8.在直線電機進給系統(tǒng)中，為抑制端部效應引起的推力波動，最常用的控制策略是A.前饋補償+重復控制B.PID+速度前饋C.滑模變結構控制D.模糊自整定PID答案：A9.某企業(yè)設計一臺專用磨床，要求砂輪線速度150m/s，則主軸軸承最宜選用A.角接觸球軸承油氣潤滑B.圓柱滾子軸承脂潤滑C.靜壓軸承水潤滑D.磁懸浮軸承答案：D10.在機床再制造過程中，對床身導軌面采用激光熔覆+精密磨削工藝，其主要目的是A.提高導軌耐磨性并恢復幾何精度B.降低床身固有頻率避免共振C.改善導軌面潤滑性能D.減輕床身重量答案：A二、多項選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列措施中，能夠同時提高數(shù)控機床的靜剛度和動剛度的是A.床身采用整體封閉式箱形結構B.導軌跨距加大并靠近切削力作用線C.采用阻尼比大的粘彈材料填充筋腔D.伺服電機直接驅動絲杠取消齒輪答案：A、B、C12.關于電主軸熱態(tài)特性的描述，正確的是A.軸承發(fā)熱量與轉速成冪函數(shù)關系B.冷卻油流量越大，溫升一定越低C.熱伸長量與主軸懸伸長度成正比D.采用陶瓷球軸承可降低高速溫升答案：A、C、D13.在滾齒機誤差溯源中，屬于“短周期誤差”來源的有A.分度蝸輪周節(jié)累積誤差B.滾刀主軸徑向跳動C.工作臺反向間隙D.刀架進給絲杠周期誤差答案：B、D14.以下關于機床安全防護的設計，符合ISO23125標準的有A.防護罩打開時機床立即斷電且不可重啟B.電柜門與主電源開關聯(lián)鎖C.急停回路采用雙回路冗余D.砂輪破裂監(jiān)測采用聲發(fā)射傳感器答案：A、B、C、D15.在綠色制造裝備評價指標中，屬于“資源屬性”的有A.機床總重量與功能體積比B.可回收材料占比C.單位產(chǎn)量冷卻液消耗量D.噪聲聲壓級答案：A、B、C三、判斷改錯題（每題2分，共10分，先判斷對錯，若錯則劃出錯誤部分并改正）16.對于同一型號的直線滾動導軌，其額定動載荷C值隨滑塊數(shù)量增加呈線性增大。答案：錯，呈“非線性增大，近似平方根關系”17.在數(shù)控車床尾座套筒的液壓驅動回路中，采用差動連接可實現(xiàn)套筒快速退回。答案：對18.機床固有頻率只要高于切削頻率即可避免顫振。答案：錯，還需避開“切削頻率的倍頻與主模態(tài)耦合區(qū)間”19.采用磁柵尺作為全閉環(huán)檢測元件時，無需考慮溫度漂移對定位精度的影響。答案：錯，仍需考慮“熱膨脹導致的尺帶伸縮”20.在加工中心刀柄HSKA63中，“A”代表法蘭接觸面有鍵槽且采用雙面接觸。答案：對四、簡答題（每題8分，共24分）21.某立式加工中心立柱采用“人”字形筋板布局，試從力流路徑與模態(tài)特性兩方面說明其優(yōu)勢，并給出筋腔填充阻尼材料后的前兩階固有頻率變化趨勢（定性即可）。答案：（1）力流路徑：人字筋可將主軸箱重力與切削力沿斜筋直接傳遞至床身，避免橫筋產(chǎn)生的附加彎矩，等效剛度提高約18%。（2）模態(tài)特性：人字筋使立柱整體呈“金字塔”封閉框架，扭轉模態(tài)剛度高，第一階扭轉頻率由92Hz升至115Hz；填充阻尼材料后，阻尼比由0.03增至0.08，頻率略降至110Hz，但振幅衰減加快，切削顫振臨界寬度提高35%。22.闡述電主軸“油氣潤滑”與“脂潤滑”在高速性能上的差異，并給出臨界dmn值（軸承節(jié)圓直徑mm×轉速r/min）劃分。答案：油氣潤滑以微量油滴+壓縮空氣帶走熱量，摩擦功耗低，dmn可達2.0×10?；脂潤滑因攪油損耗大，dmn一般≤1.0×10?；當dmn>1.5×10?時，脂潤滑溫升每升高10000r/min約增加8℃，壽命急劇下降，故高速段優(yōu)先選油氣潤滑。23.試說明“直線電機進給系統(tǒng)”采用水冷次級板的原因，并給出冷卻流量對推力波動的影響曲線特征。答案：水冷次級板可抑制永磁體溫升，避免熱退磁及熱變形導致的“氣隙變化”；實驗表明，當冷卻流量從0L/min增至6L/min時，推力波動幅值由±12%降至±3%，流量繼續(xù)增大至10L/min，波動改善趨于平緩，呈指數(shù)衰減特征，拐點位于6.5L/min。五、計算題（共31分）24.（10分）一臺數(shù)控車床主軸箱采用兩級齒輪變速，輸入轉速n?=1500r/min，電機功率P=15kW，總傳動比i=9，齒輪效率η=0.97，軸承效率η_b=0.99，試求：（1）主軸輸出扭矩T?；（2）若主軸材料為40Cr，調質硬度HB250，許用扭轉剪應力[τ]=65MPa，按扭轉強度計算最小軸徑d。答案：（1）P?=P·η2·η_b3=15×0.972×0.993=13.6kWn?=n?/i=1500/9=166.7r/minT?=9550×P?/n?=9550×13.6/166.7=780N·m（2)d≥3√(16T?/(π[τ]))=3√(16×780×103/(π×65))=38.2mm取標準軸徑40mm。25.（11分）某加工中心X軸采用滾珠絲杠副，導程P=10mm，支承間距L=800mm，絲杠底徑d?=32mm，彈性模量E=2.06×10?MPa，密度ρ=7.85×103kg/m3，伺服電機最高轉速n_max=3000r/min，試計算：（1）絲杠臨界轉速n_cr（按固定簡支模型）；（2）最大允許線速度v_max是否滿足n_max要求；（3）若目標快速進給速度v=30m/min，求電機所需最低轉速n_m。答案：（1）慣性矩I=πd??/64=π×32?/64=5.15×10?mm?n_cr=(30×λ2)/(L2×10??)√(EI/ρA)，λ=3.927（固定簡支）A=πd?2/4=804mm2n_cr=3.9272×30/(0.82)√(2.06×1011×5.15×10??/(7850×804×10??))=2680r/min（2）v_max=n_cr·P/103=2680×0.01=26.8m/minn_max對應v=3000×0.01=30m/min>26.8m/min，不滿足，需加導程或改支承方式。（3）n_m=v/P=30/0.01=3000r/min，與電機最高轉速持平，無裕量，建議選P=12mm。26.（10分）一臺五軸聯(lián)動機床采用RTCP（RotationToolCenterPoint）功能，已知刀長L=150mm，C軸旋轉中心到刀尖矢量r=[0,0,150]?，當C軸旋轉Δθ=1°時，求刀尖在工件坐標系中的線性偏差ΔP，并給出減小該誤差的熱態(tài)