“机械制造装备设计”部分习题解答第_章:1-3柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化 程度。其柔性表现在哪里？答：机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加T的性能。柔性化包括产品结构柔 性化和功能柔性化。按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工屮心、FMS、组合机床(专用机床)。普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床和加工屮心改变加工程序即可 适应新的需要，结构柔性化；FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，为结构柔性化； 组合机床(专用机床)生产率高，专门设计，适应性差，基本上无柔性。1-9机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什么？答：机械制造装备设计类型有创新设计、变型设计和模块化设计三种类型。它们的木质区别：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部 件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。1-15设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法较为重要，为什么？答：设计的评价方法有：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、产品 造型评价、标准化评价六种。对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要稈度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工 程学评价、结构丁•艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造熨评价。其原因是机械制造装备投 资较大，使用周期较长。为了保证产品质量、降低成木、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可 缺少的。可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性； 结构工艺性评价是对产品结构便于加T制造的性能进行评价，以降低生产成木，缩短生产时间；技术 经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方血对产品进行评价； 而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。成木较低，但脆性大，耐腐蚀性能羞；________:热稳定性好，精度保持性好，抗振性好，但脆性较大，抗冲击性能差；________:刚度高，抗振性好，热稳定性好，密度较低。答：提高机床支承件结构刚度和固有频率的方法是：合理选择支承件材料、截面形状和尺寸、壁厚，介理布置肋板和肋条，减少质量提高固有频率，改善支承件之间的接触刚度和与地基的联结强度。提高动态性能的措施是：改善阻尼特性（铸件砂芯不清除、充填型砂或混凝土；焊接结构采用断 续焊缝、支承件表面采用阻尼涂层等），采用新材料制造支承件，如采用树脂混凝土材料制造支承件可 使动刚度提高几倍。3-14镶条和压板有什么作用？（P174）答：压板的作用调整辅助导轨面的问隙和承受颠覆力矩； 镶条的作用是调報矩形和燕尾形导轨的侧向间隙，有平镶条和斜镶条两种。3-15导轨的卸荷方式有哪几种？各有什么特点？（P178-179）答:机械卸荷、液压卸荷和白动调节气压卸荷三种，（各种卸荷导轨特点请n己总结！）。答：导轨的预紧、导轨的润滑和防护、导轨的减摩处理（如导轨贴槊、涂层，滑动改滚动导轨、 卸荷导轨等）。（需要自己总结发挥！）3-19何谓端面齿盘定位？有何特点？（P193）答：齿盘定位是两个齿形相同的端面齿盘啮合而成的定位机构，由于啮合时各个齿的误差抵消， 起到误茅均化作用，定位精度高。其特点是定位精度高、重复定位精度好、定位刚性好、承载能力大。该机构在数控机床冋转刀架、加工屮心鼓轮式刀具库以及机床冋转工作台分度、定位机构屮得到 应用。3-20加工中心自动换刀装置包括些什么？（P195）答：加工屮心自动换刀装置包括：刀具库（伺服驱动电机、传动机构、鼓轮式或链式结构等）、a动换刀机械手（驱动装置[1]、传动机构、手臂和手爪等）等。3-21加工中心上刀库的类型有哪些？各有何特点？（P195・196）答：有四种：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式刀库。 鼓轮式刀库：结构简单、紧凑，但刀具容量较小，鼓轮冋转惯性较大。 链式刀库：外形紧凑、占用空间较小、刀具容量大。格了箱式刀库：结构紧凑、空间利用率高、刀库容量较大，但布局不灵活。 直线式刀库：结构简单、刀库容量较小。4-2工业机器人由哪几部分组成？比较它们与数控机床组成的区别？（P219・220）答：工业机器人由操作机、驱动单元和数控装置三部分组成。操作机有机座、手臂、手腕和末端 执行器组成。数控机床由机床、驷动单元和数控装置等组成。其屮机床部分由立柱[2]、支朋、工作台、 主轴箱刀具等部分组成。丁业机器人和数控机床的区别在操作机和机床部分，机器人的作用是搬运和操作工具，机床主要 是加工工件，数控机床可以说是一种特殊的机器人。4-19谐波减速器的工作原理是什么？特点是什么？ 了解在机器人设计中的一些典型用法。（P235）答:工作原理：谐波齿轮减速器由刚轮（内齿）、柔轮（外齿）和谐波发生器[3]组成，柔轮在刚轮Z内，谐波发生器在柔轮内部。柔轮在波发生器作用下变成椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮完全啮合, 短轴完全脱开[4]，其余的齿视I叫转方向的不同分别处于“啮入”、“啮处”状态，由于柔轮比刚轮少两个 齿，当波发生器连续冋转时，啮入啮出区将随着椭圆长短轴的相位的变化而依次变化，于是柔轮就相 对于不动的刚轮沿波发生器转向相反的方向作低速回转[5]。其速比[6]关系可以写成：________________二Z.RnR~nH5当波发生器主动，刚轮同定、柔轮从动时，波发生器与柔轮的减速比为nG=0,则传动比为:当波发生器主动，柔轮同定、刚轮从动时，波发生器与刚轮的减速比为jR——________lHR ~~nG S-J式屮：“,徐分别为刚轮和柔轮的齿数；分别为波发生器、柔轮和刚轮的转速。谐波齿轮减速器体积小、结构紧凑，输入和输出同轴；在工业机械人底朋、手臂和手腕的传动中 使用很普遍，典型使用见图4・29（P245）。4-20机器人的驱动方式有哪些？如何选用？（P23240）答：机器人的驱动方式主要是电机驱动方式，有育流伺服电机、步进电机和交流伺服电机三种。 其特点是无需能量转换、控制灵活、使用方便，噪声较低、起动转矩大等，用于额定负载lkN以下的 工业机器人。液压和气压驷动方式，液压驱动主要在经济型机器人、重型工业机器人和喷漆机器人中使用；气 压驱动主耍在轻负荷搬运、上下料点位操作工业机器人屮使用。4-21机器人手臂设计要求是什么？ 了解一些典型机器人手臂工作原理结构及特点。（P241・245）答：（1）应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求；（2）合理选择手臂截面形状，使用高强度的轻型材料；（3）尽量减小手臂质最和相对其关节冋转轴的转动惯量和偏心力矩；（4）设法减小机械间隙引起的运动误羌，提高运动精确性和运动刚度。典型机器人手臂结构如图4-22,图4・24,图4・27,图4・28和4-29.4-23机器人手腕设计要求是什么？ 了解一些典型的机器人手腕工作原理、结构和特点。答：⑴力求手腕结构紧凑，减轻具质最和体积；⑵不应盲H增加手腕的自由度数，一般最多为三 个自由度；（3）提高手腕动作的精确性，提高传动刚度，减小间隙反转冋弟；（4）设置限位开关和机械挡 块，防止动作超限而造成事故。典型结构见图4-31,图4-32,图4・33等。4-31什么是智能机器人？（P264）答：智能机器人是按照人工智能决定行动的机器人。智能机器人分为适应控制机器人和学习控制 机器人。4-33在机械制造系统[7]中工业机器人的选择与布局设计原则是什么？（P267）答：（1）满足作业技术参数要求；（2）性能价格比好；（3）满足系统生产节拍的要求；（4）在不发生干涉的条件下，优化与前后连接装备Z间的布置，减小占地血积，缩短运动路径。

“机械制造装备设计”部分习题解答

第_章:

1-3柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的柔性化 程度。其柔性表现在哪里？

答：机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加T的性能。柔性化包括产品结构柔 性化和功能柔性化。

按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工屮心、FMS、组合机床(专用机床)。

普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床和加工屮心改变加工程序即可 适应新的需要，结构柔性化；FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，为结构柔性化； 组合机床(专用机床)生产率高，专门设计，适应性差，基本上无柔性。

1-9机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什么？

答：机械制造装备设计类型有创新设计、变型设计和模块化设计三种类型。

它们的木质区别：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部 件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。

目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。

1-15设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法较为重要，为什么？

答：设计的评价方法有：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、产品 造型评价、标准化评价六种。

对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要稈度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工 程学评价、结构丁•艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造熨评价。其原因是机械制造装备投 资较大，使用周期较长。为了保证产品质量、降低成木、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可 缺少的。

可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性； 结构工艺性评价是对产品结构便于加T制造的性能进行评价，以降低生产成木，缩短生产时间；技术 经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方血对产品进行评价； 而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。

成木较低，但脆性大，耐腐蚀性能羞；________:热稳定性好，精度保持性好，抗振性好，但脆性

较大，抗冲击性能差；________:刚度高，抗振性好，热稳定性好，密度较低。

答：提高机床支承件结构刚度和固有频率的方法是：合理选择支承件材料、截面形状和尺寸、壁

厚，介理布置肋板和肋条，减少质量提高固有频率，改善支承件之间的接触刚度和与地基的联结强度。

提高动态性能的措施是：改善阻尼特性（铸件砂芯不清除、充填型砂或混凝土；焊接结构采用断 续焊缝、支承件表面采用阻尼涂层等），采用新材料制造支承件，如采用树脂混凝土材料制造支承件可 使动刚度提高几倍。

3-14镶条和压板有什么作用？（P174）

答：压板的作用调整辅助导轨面的问隙和承受颠覆力矩； 镶条的作用是调報矩形和燕尾形导轨的侧向间隙，有平镶条和斜镶条两种。

3-15导轨的卸荷方式有哪几种？各有什么特点？（P178-179）

答:机械卸荷、液压卸荷和白动调节气压卸荷三种，（各种卸荷导轨特点请n己总结！）。

答：导轨的预紧、导轨的润滑和防护、导轨的减摩处理（如导轨贴槊、涂层，滑动改滚动导轨、 卸荷导轨等）。（需要自己总结发挥！）

3-19何谓端面齿盘定位？有何特点？（P193）

答：齿盘定位是两个齿形相同的端面齿盘啮合而成的定位机构，由于啮合时各个齿的误差抵消， 起到误茅均化作用，定位精度高。

其特点是定位精度高、重复定位精度好、定位刚性好、承载能力大。

该机构在数控机床冋转刀架、加工屮心鼓轮式刀具库以及机床冋转工作台分度、定位机构屮得到 应用。

3-20加工中心自动换刀装置包括些什么？（P195）

答：加工屮心自动换刀装置包括：刀具库（伺服驱动电机、传动机构、鼓轮式或链式结构等）、a动换刀机械手（驱动装置^[1]、传动机构、手臂和手爪等）等。

3-21加工中心上刀库的类型有哪些？各有何特点？（P195・196）

答：有四种：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式刀库。 鼓轮式刀库：结构简单、紧凑，但刀具容量较小，鼓轮冋转惯性较大。 链式刀库：外形紧凑、占用空间较小、刀具容量大。

格了箱式刀库：结构紧凑、空间利用率高、刀库容量较大，但布局不灵活。 直线式刀库：结构简单、刀库容量较小。

4-2工业机器人由哪几部分组成？比较它们与数控机床组成的区别？（P219・220）

答：工业机器人由操作机、驱动单元和数控装置三部分组成。操作机有机座、手臂、手腕和末端 执行器组成。数控机床由机床、驷动单元和数控装置等组成。其屮机床部分由立柱^[2]、支朋、工作台、 主轴箱刀具等部分组成。

丁业机器人和数控机床的区别在操作机和机床部分，机器人的作用是搬运和操作工具，机床主要 是加工工件，数控机床可以说是一种特殊的机器人。

4-19谐波减速器的工作原理是什么？特点是什么？ 了解在机器人设计中的一些典型用法。（P235）

答:工作原理：谐波齿轮减速器由刚轮（内齿）、柔轮（外齿）和谐波发生器^[3]组成，柔轮在刚轮Z内，谐波发生器在柔轮内部。柔轮在波发生器作用下变成椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮完全啮合, 短轴完全脱开^[4]，其余的齿视I叫转方向的不同分别处于“啮入”、“啮处”状态，由于柔轮比刚轮少两个 齿，当波发生器连续冋转时，啮入啮出区将随着椭圆长短轴的相位的变化而依次变化，于是柔轮就相 对于不动的刚轮沿波发生器转向相反的方向作低速回转^[5]。其速比^[6]关系可以写成：

________________二Z.R

nR~nH5

当波发生器主动，刚轮同定、柔轮从动时，波发生器与柔轮的减速比为

nG=0,则传动比为:

当波发生器主动，柔轮同定、刚轮从动时，波发生器与刚轮的减速比为

jR——________

lHR ~~

nG S-J

式屮：“,徐分别为刚轮和柔轮的齿数；分别为波发生器、柔轮和刚轮的转速。

谐波齿轮减速器体积小、结构紧凑，输入和输出同轴；在工业机械人底朋、手臂和手腕的传动中 使用很普遍，典型使用见图4・29（P245）。

4-20机器人的驱动方式有哪些？如何选用？（P23240）

答：机器人的驱动方式主要是电机驱动方式，有育流伺服电机、步进电机和交流伺服电机三种。 其特点是无需能量转换、控制灵活、使用方便，噪声较低、起动转矩大等，用于额定负载lkN以下的 工业机器人。

液压和气压驷动方式，液压驱动主要在经济型机器人、重型工业机器人和喷漆机器人中使用；气 压驱动主耍在轻负荷搬运、上下料点位操作工业机器人屮使用。

4-21机器人手臂设计要求是什么？ 了解一些典型机器人手臂工作原理结构及特点。（P241・245）

答：（1）应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求；

（2）合理选择手臂截面形状，使用高强度的轻型材料；

（3）尽量减小手臂质最和相对其关节冋转轴的转动惯量和偏心力矩；

（4）设法减小机械间隙引起的运动误羌，提高运动精确性和运动刚度。

典型机器人手臂结构如图4-22,图4・24,图4・27,图4・28和4-29.

4-23机器人手腕设计要求是什么？ 了解一些典型的机器人手腕工作原理、结构和特点。

答：⑴力求手腕结构紧凑，减轻具质最和体积；⑵不应盲H增加手腕的自由度数，一般最多为三 个自由度；（3）提高手腕动作的精确性，提高传动刚度，减小间隙反转冋弟；（4）设置限位开关和机械挡 块，防止动作超限而造成事故。

典型结构见图4-31,图4-32,图4・33等。

4-31什么是智能机器人？（P264）

答：智能机器人是按照人工智能决定行动的机器人。智能机器人分为适应控制机器人和学习控制 机器人。

4-33在机械制造系统^[7]中工业机器人的选择与布局设计原则是什么？（P267）

答：（1）满足作业技术参数要求；

（2）性能价格比好；

（3）满足系统生产节拍的要求；

（4）在不发生干涉的条件下，优化与前后连接装备Z间的布置，减小占地血积，缩短运动路径。