機械制造裝備設計習題答案關慧貞教學教材

1、機械制造裝備設計第三版思考題與習題答案第一章 機械制造及裝備設計方法1. 為什么機械制造裝備在國民經濟發(fā)展中占有重要作用？ 答：制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的的支柱產業(yè)，也是科學技術發(fā)展的載體及其轉化為規(guī)模生 產力的工具與橋梁。 機械制造業(yè)的生產能力主要取決于機械制造裝備的先進程度， 裝備制造 業(yè)是一個國家綜合制造能力的集中體現(xiàn)， 重大裝備研制能力是衡量一個國家工業(yè)化水平和綜 合國力的重要標準。2. 機械制造裝備與其它工業(yè)裝備相比，特別強調應滿足哪些要求，為什么？ 答：機械制造裝備與其它工業(yè)裝備相比應具備的主要功能中，除了一般的功能要求外， 應強調柔性化、 精密化、自動化、 機電一體化、 節(jié)材節(jié)能、

2、符合工業(yè)工程和綠色工程的要求； 更加注重加工精度方面的要求、強度、剛度和抗振性方面的要求、加工穩(wěn)定性方面的要求、 耐用度方面的要求、技術經濟方面的要求。3. 柔性化指的是什么？試分析組合機床、普通機床、數控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng) 的柔性化程度。其柔性表現(xiàn)在哪里？ 答：即產品結構柔性化和功能柔性化。產品結構柔性化是指產品設計時采用模塊化設計 方法和機電一體化技術， 只需對結構作少量的重組和修改， 或修改軟件， 就可以快速地推出 滿足市場需求的， 具有不同功能的新產品。 功能柔性化是指只需進行少量的調整， 或修改軟 件可以方便地改變產品或系統(tǒng)的運行功能， 以滿足不同的加工需要。 數控機床、

3、柔性制造單 元或系統(tǒng)具有較高的功能柔性化程度。 在柔性制造系統(tǒng)中， 不同工件可以同時上線， 實現(xiàn)混 流加工。普通機床、組合機床、 數控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的柔性化程度依次增高， 其柔性表現(xiàn)在機床結構柔性化和功能柔性化，其中，柔性制造系統(tǒng)的柔性化程度最高。4. 如何解決用精密度較差的機械制造裝備制造出精密度較高機械制造裝備來？ 答：采用機械誤差補償技術或采用數字化技術分析各種引起加工誤差的因素，建立誤 差的數學模型， 將誤差的數學模型存入計算機。 在加工時， 由傳感器不斷地將引起誤差的因 素測出， 輸入計算機， 算出將產生的綜合誤差， 然而由誤差補償裝置按算出的綜合誤差進行 補償。5.

4、機械制造裝備的機電一體化體現(xiàn)在哪些方面？ 答：機電一體化是指機械技術與微電子、傳感檢測、信息處理，自動控制和電力電子 等技術， 按系統(tǒng)工程和整體優(yōu)化的方法， 有機地組成的最佳技術系統(tǒng)。 采用機電一體化體的 機械制造裝備功能強、質量好、故障率低、節(jié)能和節(jié)材、性能價格比高，具有足夠的“結構 柔性”。產品的機械結構簡化，具有較高的可靠性、維修方便、性能價格比高、便于組織社 會化的大生產。6. 對機械制造裝備如何進行分類？ 答：機械制造裝備分為加工裝備、工藝裝備、倉儲輸送裝備和輔助裝備四大類； 加工裝備分為金屬切削機床、特種加工機床和鍛壓機床； 工藝裝備包括各種刀具、模具、夾具、量具等工具； 倉儲輸送

5、裝備包括各級倉儲、物料輸送、 機床上下料等， 機器人可作為加工裝備， 如焊 接機器人和噴漆機器人等，也可屬于倉儲輸送裝備，用于物料輸送和機床上下料。輔助裝備則包括清洗機、排屑和計量等設備。7. 工業(yè)工程指的是什么？如何在設計機械制造裝備時體現(xiàn)工業(yè)工程的要求？ 答：工業(yè)工程是對由人、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統(tǒng)進行設計、改善和 實施的一門學科。 其目標是設計一個生產系統(tǒng)及其控制方法， 在保證工人和最終用戶健康和 安全的條件下，以最低的成本生產出符合質量要求的產品。產品設計符合工業(yè)工程的要求是指：在產品開發(fā)階段，充分考慮結構的工藝性，提高 標準化、通用化程度，以便采用最佳的工藝方案， 選

6、擇最合理的制造設備， 減少工時和材料 的消耗； 合理地進行機械制造裝備的總體布局， 優(yōu)化操作步驟和方法， 減少操作過程中工人 的體力消耗； 對市場和消費者進行調研， 保證產品正確的質量標準， 減少因質量標準訂得過 高造成不必要的超額工作量。8. 機械制造裝備設計有哪些類型？它們的本質區(qū)別是什么？ 答：機械制造裝備設計可分為創(chuàng)新設計、變型設計和組合設計等三大類型；創(chuàng)新設計通 常應從市場調研和預測開始，明確產品設計任務， 經過產品規(guī)劃、 方案設計、技術設計和施 工設計等四個階段； 還應通過產品試制和產品試驗來驗證新產品的技術可行性； 通過小批試 生產來驗證新產品的制造工藝和工藝裝備的可行性； 一般

7、需要較長的設計開發(fā)周期， 投入較 大的研制開發(fā)工作量。變型設計是依據原有產品，變型產品的基本工作原理和主要功能結構與原有產品相同， 在設計和制造工藝方面是已經過了關的。 這就是變型設計之所以可以在較短時間內， 高質量 地設計出符合市場需要產品的原因。組合設計又稱模塊化設計， 是按合同要求， 選擇適當的功能模塊， 直接拼裝成所謂的 “組 合產品”。進行組合產品的設計，應首先對一定范圍內不同性能、不同規(guī)格的產品進行功能 分析的基礎上， 劃分并設計出一系列功能模塊， 通過這些模塊的組合， 構成不同類型或相同 類型不同性能的產品，以滿足市場的多方面需求。9. 創(chuàng)新設計的步驟是什么？為什么應重視需求分析

8、和可行性論證？答：創(chuàng)新設計的步驟可劃分為產品規(guī)劃、方案設計、技術設計和施工設計等四個階段。 產品設計是為了滿足市場的需求，而市場的需求往往是不具體的，有時是模糊的、潛在的， 甚至是不可能實現(xiàn)的。 需求分析的任務是將這些需求具體化和恰到好處， 明確設計任務的要求。需求分析本身就是設計工作的一部分，是設計工作的開始， 而且自始至終指導設計工作的進行。通過調查研究與預測后，對產品開發(fā)中的重大問題應進行充分的技術經濟論證，判斷是否可行，即進行產品設計的可行性分析。可行性分析一般包括技術分析、經濟分析和社會分析三個方面，是提出可行性報告的依據。10. 哪些產品宜采用系列化設計方法，為什么？有哪些優(yōu)缺點？

9、答：各種類型的機床因功能、結構和尺寸比較典型，且要求功能相似，機構和尺寸各不相同的產品適合采用系列設計方法。因為系列化設計方法是在設計的某一類產品中，選擇功能、結構和尺寸等方面較典型產品為基型，以它為基礎，運用結構典型化、零部件通用化、 標準化的原則，設計出其它各種尺寸參數的產品，構成產品的基型系列。在產品基型系列的基礎上，同樣運用結構典型化、零部件通用化、標準化的原則，增加、減去、更換或修改少 數零部件，派生出不同用途的變型產品，構成產品派生系列。系列化設計的優(yōu)點1）可以較少品種規(guī)格的產品滿足市場較大范圍的需求。減少產品品種意味著提高每個品種產品的生產批量，有助于降低生產成本，提高產品制造質

10、量的穩(wěn)定性；2）系列中不同規(guī)格的產品是依據經過嚴格性能試驗和長期生產考驗的基型產品演變和派生而成的，可以大大減少設計工作量，提高設計質量，減少產品開發(fā)的風險，縮短產品的研制周期；3）產品有較高的結構相似性和零部件的通用性，因而可以壓縮工藝裝備的數量和種類，有助于縮短產品的研制周期，降低生產成本；4）零備件的種類少，系列中的產品結構相似， 便于進行產品的維修，改善售后服務質量；5）為開展變型設計提供技術基礎。系列化設計的缺點是：為以較少品種規(guī)格的產品滿足市場較大范圍的需求，每個品種規(guī)格的產品都具有一定的通用性，滿足一定范圍的使用需求，用戶只能在系列型譜內有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產品，選到的

11、產品，一方面其性能參數和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。11. 系列化設計時主參數系列公比的選取原則是什么？公比選得過大或過小會帶來哪些問題？答：產品的主參數應盡可能采用優(yōu)先數系，優(yōu)先數系是公比為N10, N= 5、10、20或40的等比數列；主參數系列公比如選得較小，則分級較密，有利于用戶選到滿意的產品，但系列內產品的規(guī)格品種較多，上述系列化設計的許多優(yōu)點得不到充分利用；反之，則分級較粗，系列內產品的規(guī)格品種較少， 可帶來上述系列化設計的許多優(yōu)點，但為了以較少的品種滿足較大使用范圍內的需求，系列內每個品種產品應具有較大的通用性，導致結構相對復雜、成本會有所提高，對用

12、戶來說較難選到稱心如意的產品。12. 哪些產品宜采用模塊化設計方法，為什么？有哪些優(yōu)缺點？答：組合產品的設計宜采用模塊化設計方法，它是按合同要求，選擇適當的功能模塊， 直接拼裝成所謂的“組合產品” ，不同模塊中的零部件盡可能標準化和通用化。采用模塊化設計方法可縮短新產品開發(fā)周期、 提高產品質量、 降低成本和加強市場競爭 能力方面的綜合經濟效果十分明顯。除此之外，模塊化設計尚有如下優(yōu)點：1) 根據科學技術的發(fā)展， 便于用新技術設計性能更好的模塊取代原有舊的模塊， 提高 產品的性能，組合出功能更完善、性能更先進的組合產品，加快產品的更新?lián)Q代。2) 采用模塊化設計， 只需更換部分模塊， 或設計制造個

13、別模塊和專用部件， 便可快速 滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設計和供貨周期。3) 模塊化設計方法推動了整個企業(yè)技術、 生產、 管理和組織體制的改革。 由于產品的 大多數零部件由單件小批生產性質變?yōu)榕可a， 有利于采用成組加工等先進工藝， 有利于 組織專業(yè)化生產，既提高質量，又降低成本。4) 模塊系統(tǒng)中大部分部件由模塊組成， 設備如發(fā)生故障， 只需更換有關模塊， 維護修 理更為方便，對生產影響少。13. 可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指標，它們之間有哪些數值上的聯(lián)系？ 答：可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力?？煽啃院饬?指標有可靠度、累積失效概率、失效率、平

14、均壽命和平均無故障工作時間等?？煽慷戎傅氖钱a品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內， 完成規(guī)定功能的概率； 累積失效概 率指的是產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內失效的概率， 其數值等于一減可靠度； 失效率 指的是工作到某時刻尚未失效的產品， 在該時刻后單位時間內發(fā)生失效的概率； 平均壽命(平 均無故障工作時間) 指的是壽命 (無故障工作時間)的平均值。可靠性衡量指標都與時間有 關是時間的函數。14. 從系統(tǒng)設計的角度，如何提高產品的可靠性？ 答：將系統(tǒng)要求的可靠度指標合理地分配到系統(tǒng)的各個組成單元，從而明確各組成單元 的可靠性設計要求，以便在單元設計、制造、試驗、驗收時加以保證。為保證機械制造裝備可靠

15、性，需以已有的可靠性技術以及企業(yè)大量同類產品的故障數據 積累為基礎， 以故障模式影響危害性分析結果為依據， 按照產品可靠性設計準則、 可靠性設 計檢查表以及可靠性綜合設計方法的要求對機械制造裝備進行設計研發(fā)， 全面考慮環(huán)境、 維 修、運輸、應力、材料、溫度、磨損、老化等環(huán)節(jié)和因素對產品可靠性的影響，對樣機的設 計方案進行詳細驗證和檢查，盡可能在設計階段消除樣機可能存在的故障隱患。15. 在機械制造裝備設計中，用到哪些人機工程學的概念和方法，解決了什么問題？答 ：人機工程學是研究人機關系的一門學科， 它把人和機作為一個系統(tǒng)， 研究人機系統(tǒng) 應具有什麼樣的條件， 才能使人機實現(xiàn)高度的協(xié)調性， 人只

16、需付出適宜的代價使系統(tǒng)取得最 大的功效和安全。它不僅涉及到工程技術理論，還涉及到生理學、人體解剖學、心理學、和 勞動衛(wèi)生學等的理論和方法，是一門綜合性的邊緣學科。(1) 人因素方面：人體靜態(tài)與動態(tài)的形體尺寸參數，人對信息的感知特性，人的反應及 能力特性，人在勞動中的心理特征等(2) 機器因素方面：信號顯示裝置設計，操縱裝置設計，安全保障技術，人體舒適性和 使用方便性；(3) 環(huán)境因素方面：作業(yè)空間，物理環(huán)境，化學環(huán)境(4) 人機系統(tǒng)方面：1) 產品系統(tǒng)中人的功能和其它各部分功能之間的聯(lián)系和制約條件， 以及人機之間功能 的合理分配方法。2) 系統(tǒng)中被控對象狀態(tài)信息的處理過程，人機控制鏈的優(yōu)化。3

17、) 人機系統(tǒng)可靠性和安全性。4) 環(huán)境因素對勞動質量及生活質量的影響，提高作業(yè)舒適度和安全保障系統(tǒng)的設計。16. 工業(yè)產品造型設計的重要性體現(xiàn)在什么地方？與一般藝術品的造型設計有何共性和差別？答：產品造型設計是工業(yè)設計領域根據消費者和客戶需求，對產品的造型外觀、材料、 功能、結構等產品屬性進行整體研發(fā)、設計和投產進行全過程參與的設計活動。與一般藝術品的造型設計共性表現(xiàn)為： 良好的產品造型必須符合美學原則， 美學原則包 括如下幾個方面：尺度與比例、對稱與均衡、安定與輕巧、對比與調和、過渡與呼應、節(jié)奏 與韻律、重點與一般差別表現(xiàn)為： 機械產品的造型不同于一般的藝術品。 其造型必須與功能相適應， 即

18、功能 決定造型，造型表現(xiàn)功能。機械產品的造型也必須建立在系列化、通用化和標準化基礎上， 同一系列產品應具有風格一致的造型。 機械產品的造型的總原則是經濟實用、 美觀大方?！敖?濟”指的是造型成本低，并有助于提高產品的可靠性、壽命和人機界面。 “實用”指的是使 用操作方便、舒適、符合人體的生理和心理特征，使人機系統(tǒng)的工作效能達到最高。 “美觀 大方”是指產品的外觀形象給人的心理、生理及視覺效應良好。17. 設計過程中遵守標準化原則的重要意義是什么，以及如何貫徹設計的標準化？答： 產品設計的標準化對提高設計水平，保證設計質量，有利于提高工程質量；可以減 少重復勞動，加快設計速度，簡化設計程序；有利于采用和推廣新技術；節(jié)約設計費，降低 工程造價，提高經濟效益。從編制產品設計任務書到設計、試制、鑒定各個階段，都必須充 分考慮標準化的要求，認真進行標準化審查。需重點從以下幾方面貫徹設計的標準化：1) 企業(yè)標準的審查：包括編號、文件格式、編制方法是否符合上級標準的要求和有關規(guī)定。2）設計文件的標