【真题+答案】2024年10月自考02209机械制造装备设计试题

机密★启用前

2024 年 10 月高等教育自学考试全国统一考试

机械制造装备设计

（课程代码 02209）

注意事项:
本试卷分为两部分，第一部分为选择题，第二部分为非选择题。
应考者必须按试题顺序在答题卡 (纸) 指定位置上作答，答在试卷上无效。
涂写部分、画图部分必须使用 2B 铅笔，书写部分必须使用黑色字迹签字笔。

第一部分 选择题

一、单项选择题：本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分。在每小题列出的备选项中只有一项是最符合题目要求的，请将其选出。
1.机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力，被称为
A. 加工精度 B. 生产率
C. 可靠性 D. 工艺范围

2.如果机床的主运动为直线运动，主运动的运动参数为
A. 每分钟的往复次数 B. 主轴转速
C. 电机转速 D. 曲柄转速

3.机床的传动件主要根据以下哪个参数来进行设计？
A. 往复运动的频率 B. 机床的总重量
C. 动力参数 D. 机床外形尺寸

4.传动线的倾斜方式代表传动比的大小，传动比小于 1，其对数值为负，传动线
A. 不确定 B. 向下倾斜
C. 向上倾斜 D. 平行

5.夹具设计过程中，采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使得工件实现完全定位，这一原理被称为
A. 六点定位原理 B. 六点运动原理
C. 六点设计原理 D. 六点加工原理

6.根据工件加工表面的位置尺寸要求，某个自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称为
A. 不完全定位 B. 完全定位
C. 欠定位 D. 过定位

7.在进行机床夹具定位时，一个菱形销，可以定位几个自由度？
A. 1 B. 2
C. 3 D. 4

8.在进行机床夹具定位时，一块短 V 型块，可以定位几个自由度？
A. 1 B. 2
C. 3 D. 4

9.工件在加工过程中，关于定位和夹紧的先后次序，应该先进行
A. 夹紧 B. 定位
C. 根据实际情况来确定 D. 随意

10.主轴组件是机床的重要组成部分，是主运动的
A. 附属件 B. 执行件
C. 下游件 D. 上游件

11.夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的
A. 硬化 B. 内应力
C. 切削运动 D. 振动

12.夹紧机构设计过程中，应该使工件不产生过大的变形和
A. 质变 B. 表面损伤
C. 冷作硬化 D. 表面硬化

13.在机床夹具中，使得工件处于正确位置的组成部分是
A. 夹具体 B. 导向元件
C. 定位元件 D. 对刀元件

14.确定钻头类刀具的位置并引导刀具的元件是
A. 夹紧机构 B. 液压元件
C. 基座 D. 导向元件

15.在设计机床夹具的过程中，工件的自由度被限制的情况为
A. 限制 6 个 B. 限制 5 个
C. 不需要限制 D. 根据实际情况来限制

二、多项选择题：本大题共 5 小题，每小题 2 分，共 10 分。在每小题列出的备选项中至少有两项是符合题目要求的，请将其选出，错选、多选或少选均无分。
16.机床的性能直接影响到零件的
A. 生产效率 B. 材料
C. 加工精度 D. 生产成本
E. 复杂程度

17.在对机床进行总体设计时，主要的设计内容包括
A. 工艺分析 B. 掌握机床的设计依据
C. 试制样机 D. 总体布局
E. 确定主要的技术参数

18.主轴组件工作时，热变形往往是由主轴组件的温度升高而导致的，热源主要来源于
A. 齿轮啮合热的传递 B. 机床刀座的热传导
C. 切削热的传递 D. 轴承的摩擦
E. 数控系统的发热

19.加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及________的计算
A. 切削用量 B. 转矩
C. 进给力 D. 功率
E. 有关联系尺寸

20.导轨应满足的要求有
A. 导向精度 B. 精度保持性
C. 刚度 D. 低速运动平稳性
E. 结构简单、工艺性能好

第二部分 非选择题

三、填空题：本大题共 10 小题，每小题 1 分，共 10 分。
21.机械制造装备包括________、工艺装备、工件输送装备和辅助装备。
22.机床是利用去除表面材料的方法获得零件所需要的形状和________的设备。
23.按照机床的精度，机床可以分为三类：普通精度机床、________、高精度机床。
24.机床的主轴转速基本上是按照________排列的，主要原因是：设计简单，使用方便，最大相对转速损失率相等。
25.转速图包括一点三线，其中，一点是转速点，三线是________、传动轴线、传动线。
26.机床导轨的作用是支承并________运动部件沿着一定的轨迹运动。
27.成形车刀又称为样板车刀，是一种________刀具，一般需要根据工件的轮廓形状进行专门设计和制造。
28.金属切削加工时，工件在机床上的安装方式一般有________和采用机床夹具安装两种方式。
29.机床夹具的好坏将直接影响工件加工表面的________精度。
30.根据工件加工表面的位置要求，有时需要限制的自由度少于六个，这种定位方式称为________定位。

四、名词解释题：本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分。
31.机床的加工精度
32.转速图
33.动刚度
34.工件输送装备
35.孔加工复合刀具

五、简答题：本大题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分。
36.写出机床应该具有的性能指标；在这些性能中，决定被加工工件精度的性能指标是哪个？
37.机床主传动系统的主要作用是什么？设计过程中必须满足的基本要求是什么？
38.简述机床夹具设计主要分为多少个阶段，每个阶段的主要工作是什么？
39.简述孔加工复合刀具的设计要点。

六、综合分析题：本大题共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分。
40.分析机床夹具的主要用途和作用，使用场合，以及基本组成。
41.分析主轴组件的组成，在机床中的地位，功能和作用，应满足的基本要求，及其对机床性能的影响情况。

2024 年 10 月高等教育自学考试全国统一命题考试

机械制造装备设计 参考答案

课程代码 02209

一、单项选择题：本大题共 15 小题，每小题 1 分，共 15 分。
1.C. 可靠性
2.A. 每分钟的往复次数
3.C. 动力参数
4.B. 向下倾斜
5.A. 六点定位原理
6.D. 过定位
7.A.1
8.B.2
9.B. 定位
10.B. 执行件
11.D. 振动
12.B. 表面损伤
13.C. 定位元件
14.D. 导向元件
15.D. 根据实际情况来限制

二、多项选择题：本大题共 5 小题，每小题 2 分，共 10 分。
16.A. 生产效率；C. 加工精度；D. 生产成本
17.B. 掌握机床的设计依据；D. 总体布局；E. 确定主要的技术参数
18.A. 齿轮啮合热的传递；D. 轴承的摩擦
19.A. 切削用量；B. 转矩；D. 功率；E. 有关联系尺寸
20.A. 导向精度；B. 精度保持性；C. 刚度；D. 低速运动平稳性；E. 结构简单、工艺性能好

三、填空题：本大题共 10 小题，每小题 1 分，共 10 分。
21.加工装备
22.尺寸
23.精密机床
24.等比数列
25.结构线
26.引导
27.定形
28.直接安装
29.位置
30.不完全

四、名词解释题：本大题共 5 小题，每小题 3 分，共 15 分。
31.机床的加工精度：
指机床在加工过程中，工件实际尺寸、几何形状及表面相互位置与理想要求的符合程度。主要包括尺寸精度、形状精度和位置精度，受机床结构、刚性、热变形及制造误差等因素影响。

32.转速图：
表示机床主运动传动系统中各传动轴转速及其相互关系的线图。通过直线或曲线展示传动链的转速级数、传动比及传动路线，用于分析和设计机床的传动系统结构。

33.动刚度：
机床或机械系统在动态载荷 (如周期性切削力) 作用下抵抗振动的能力。通常以单位振幅所需激振力衡量，与系统阻尼、固有频率及振动特性密切相关，直接影响加工表面质量和精度。

34.工件输送装备：
用于制造系统中自动或半自动搬运、传递和定位工件的装置，如输送带、机械手、自动导引车 (AGV) 等。其作用是提高生产效率、减少人工干预，并确保工艺流程的连贯性。

35.孔加工复合刀具：
集成多种孔加工功能 (如钻孔、扩孔、铰孔、锪孔等) 于一体的刀具。通过一次装夹完成多道工序，减少换刀时间，提高加工效率和孔系位置精度，常见形式有钻铰复合刀具、阶梯钻头等。

五、简答题：本大题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分。
36.性能指标：
(1)加工精度 (尺寸、形状、位置精度)
(2)刚度 (静刚度和动刚度)
(3)热稳定性 (抗热变形能力)
(4)抗震性 (抵抗切削或运动振动的能力)
(5)生产率 (加工效率与自动化程度)
(6)可靠性 (长期稳定运行能力)

决定工件精度的关键指标：
加工精度是直接反映工件质量的指标，而刚度和热稳定性是影响加工精度的核心性能。刚度不足会导致变形，热变形会引发误差积累，二者共同决定精度保持性。

37.主要作用：
为机床提供动力并传递运动，实现主轴所需的转速和扭矩，适应不同加工材料和工艺需求。

基本设计要求：
(1)转速范围：覆盖加工所需的最低至最高转速。
(2)功率匹配：传动系统需满足最大切削功率需求。
(3)传动效率：减少能量损失，结构紧凑。
(4)运动平稳性：传动链短、振动小，确保加工表面质量。
(5)操作便捷性：变速机构灵活可靠 (如无级变速或分级变速)。

38.分为四个阶段：
(1)方案设计阶段：明确设计目标，进行功能分析，确定总体布局和传动方案。
(2)技术设计阶段：完成关键部件结构设计、计算校核 (如刚度、强度) 及系统优化。
(3)工作图设计阶段：绘制详细装配图、零件图，标注技术要求与工艺规范。
(4)试制与试验阶段：制造样机，进行性能测试与改进，验证设计合理性。

39.设计要点：
(1)功能集成与工序顺序：合理规划钻孔、扩孔、铰孔等工序的加工顺序，避免干涉。
(2)刀具结构设计：采用阶梯式或组合式结构，兼顾各刃部尺寸与几何角度 (如钻尖角、后角) 。
(3)排屑与冷却：优化容屑槽形状，确保切屑顺利排出；设计内冷通道或外部冷却液通路。
(4)刚性与耐磨性：选用高刚性材料 (如硬质合金)，关键部位进行涂层处理 (如 TiN)。
(5)精度保证：严格控制各加工部位的尺寸公差与同轴度，避免累积误差。

六、综合分析题：本大题共 2 小题，每小题 15 分，共 30 分。
一、主要用途和作用
(1)定位作用：确保工件在加工过程中相对于机床和刀具具有正确的位置，保证加工精度。
(2)夹紧作用：固定工件，防止加工过程中因切削力、振动等因素导致工件位移。
(3)提高效率：通过快速定位和夹紧，减少装夹时间，提升批量生产的效率。
(4)保证一致性：适用于批量生产，确保同一夹具下加工的多件工件尺寸一致性。
(5)复杂加工支持：适用于形状复杂或加工面多的工件，简化装夹难度。

二、使用场合
(1)批量生产：如汽车零部件、标准件制造等，需高效重复装夹的场合。
(2)高精度加工：如精密孔系加工、齿轮加工等对位置精度要求高的工序。
(3)异形工件加工：如薄壁件、不规则形状工件的固定与定位。
(4)多工序集中加工：在加工中心或复合机床上，通过夹具实现多面加工。

三、基本组成
(1)定位元件 (如定位销、V 形块)：确定工件位置。
(2)夹紧装置 (如压板、螺栓、气动 / 液压夹紧机构)：固定工件。
(3)导向元件 (如钻套、镗套)：引导刀具路径，保证加工方向。
(4)夹具体：基础件，连接所有元件并安装在机床上。
(5)辅助装置 (如分度盘、对刀块)：实现特殊功能，如分度加工或刀具定位。

41.一、组成
(1)主轴：传递动力和扭矩的核心轴件。
(2)轴承 (滚动 / 滑动轴承)：支撑主轴并保证旋转精度。
(3)传动件 (齿轮、皮带轮、联轴器)：连接动力源与主轴。
(4)密封与润滑装置：防止污染并减少摩擦损耗。
(5)调整机构 (预紧装置、间隙调节)：保证轴承精度和精度。

二、地位与功能
(1)核心地位：主轴组件是机床的 “心脏”，直接影响加工质量和效率。
(2)动力传递：将电机的旋转运动传递给刀具或工件。
(3)支撑作用：承受切削力、径向 / 轴向载荷，确保加工稳定性。
(4)精度保障：通过高精度旋转运动保证加工表面质量和尺寸精度。

三、基本要求
(1)高刚度：抵抗切削力变形，避免振动。
(2)旋转精度：主轴径向 / 轴向跳动需满足加工精度要求。
(3)热稳定性：减少温升引起的热变形，保持长期精度。
(4)耐磨性：延长轴承和传动件的使用寿命。
(5)动态平衡：减少高速旋转时的振动和噪声。

四、对机床性能的影响
(1)加工精度：主轴跳动或变形直接导致工件尺寸误差和表面粗糙度增加。
(2)切削效率：高刚度主轴可承受更大切削参数，提升加工效率。
(3)机床寿命：润滑不良或轴承磨损会缩短主轴组件寿命，影响整机可靠性。
(4)振动与噪声：动态不平衡的主轴会引发机床振动，降低加工质量并危害操作环境。
(答案仅供参考，以官版评分标准为准。)