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1、制造系统自动化技术复习题第一章绪论1.机械制造、机械、系统、自动化、机械制造系统自动化的定义是什么？机械制造：将材料或毛坯加工成零件部件或产品的过程。机械：由零部件组成的，可实现运动、能量、信息传递或转换的，具有某种功能的机器、设备或仪器。 系统：是由相互联系、相互依赖、相互制约和相互作用的若干组成部分结合的，具有某种特定功能的有机整体。自动化：是针对应用对象用某种控制方法和手段，通过执行机构来实现其动作，使其按预先规定的程序自动地进行操作，而无需人直接干预的过程。 机械制造系统自动化：是机械系统用某种控制方法和手段，通过执行机构来实现其功能，使其按预先规定的程序自动地进行操作，而无需人直接干

2、预的过程。2.系统有哪几个共同特性？1.目的性 2.集合性 3.相关性 4.层次性 5.环境适应性3.机械制造系统的基本要素？被控制对象 执行元器件 检测元器件 调节控制装置4.机械制造自动化发展分为哪四个阶段，各有什么特征？第一阶段：刚性自动化单元、机械控制方式20世纪40-50年代初，以大量大批生产为主的刚性自动化系统和刚性自动化单机，其特点是高生产率刚性结构，产品固定生产节拍固定，难以实现生产产品的改变。第二阶段：数控技术、单机数控20世纪50-60年代中期，适用于多品种、中小批量生产的数控（NC）和计算机数控（CNC）技术。其特点是具有较好的柔性和加工质量，应用编程技术即可实现生产产品

3、的改变。第三阶段：柔性自动化20世纪60-80年代中期，适用多品种、中小批量生产的柔性制造技术。包括柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）和柔性加工线（FML）。其特点是高的柔性、质量和效率。第四阶段：计算机集成制造、智能集成自动化20世纪80年代至今，仍然面对多品种、中小批量生产。其技术为计算机集成制造系统（CIMS）、计算机集成制造（CIM）、智能制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造、快速原型制造、网络制造、全球制造和绿色制造等。其特点是具有更为广泛的适应性和更大的柔性，并且技术更具综合性，学科更加交叉，涉及的领域更为广泛。5.自动化的发展取决于哪几个因素？(1)客观的需求是自动化发

4、展的前提(2)基础理论研究是自动化发展的基础(3)科学技术的发展是自动化发展的保证6.当前制造自动化发展的主要趋势有哪几“化”？（1）制造敏捷化（2）制造网络化（3）制造虚拟化（4）制造智能化（5）制造全球化（6）制造绿色化7.自动化制造系统可分为哪八个子系统？1）毛坯制备自动化子系统2）热处理过程自动化子系统3）储运过程自动化子系统4）机械加工自动化子系统5）装配过程自动化子系统6）辅助过程自动化子系统7）质量控制自动化子系统8）系统控制自动化子系统第二章机械制造自动化系统的建立1.何谓系统的生命周期？包含哪四个阶段？生命周期：是指一个产品或系统从提出建立或改造开始到系统脱离运行或被新的系统

5、所代替的终止时间。四个阶段：建立期、实现期、运行期、终止期2.结合实例按阶段叙述系统建立过程。3.系统分析和系统设计的基本原则是什么？系统分析：（1）部条件与外部条件相符合（2）当前与长远利益相结合（3）整体效益和局部效益相结合（4）定量分析与定性分析相结合系统设计：（1）系统整体最优原则（2）大概率事件原则（3）反复斟酌，慎重对待需求原则（4）目标函数准确性原则 （5）充分掌握信息的原则 （6）继承和理解吸收的原则 （7）最大效益的原则（8）尽量简化的原则 （9）尽可能定量的原则 （10）动态设计的原则 （11）综合应用多学科的知识和技术的原则（12）具有法制观念原则 4.模型的概念是什么？

6、建模有哪几种方法？建模的原则和注意要点是什么？模型是对客观实体系统的特征要素、有关信息和变化规律的一种抽象表达。它反映了系统某些本质属性，描述了实体系统各要素之间的相互关系和系统与环境之间的相互作用。建模方法： 机理建模法：一般 特殊 推理演绎法 实验建模法：特殊 一般 逻辑归纳法 综合建模法：有机结合 建模原则：简明性；正确性可靠性；实用性注意要点：目的要明确；方法要恰当；结果要验证5.自动化系统计算机仿真的基本容和三个步骤？建立系统的数学模型并将数学模型输入给计算机进行“实验”，以达到分析、研究、设计系统或训练人员的目的。1）建模阶段 2）模型变换阶段 3）模型试验阶段6.可靠度的计算，可

7、靠度分配的计算。 7.系统可靠度分配应遵循的原则是什么？1）关键子系统，可靠度指标应高些；2）易达到高可靠度的子系统，其可靠度指标可高些； 3）不易维修、更换的子系统，可靠度指标可高些；4）易受工作环境影响的子系统，可靠度指标可高些；5）结构复杂，难保证高可靠度的子系统，可靠度指标应低些；6）对系统可靠性影响不大的子系统，可靠度指标应低一些。总的原则：对总系统的可靠性影响显著，对保证系统性能起主要作用，对完成执行任务具有保障作用，容易实现高可靠度要求所组成的子系统，其可靠度要高，反之则低第三章制造过程自动化控制系统1.控制系统一般由哪几部分组成?结合实例画出控制系统框图。 简单的控制系统是由控

8、制器、执行机构、被控对象及检测与转换装置所构成的。2.分析图3-11、3-13的控制系统工作原理。根据控制框图叙述其控制过程。教材P503.分析图3-26和3-31的工作原理。教材P624.交、直流伺服电机的性能从哪六个方面进行比较？（1）机械特性和调节特性 （2）体积、重量和效率 （3）动态响应 （4）“自转”现象 （5）电刷和换向器的滑动接触 （6）放大器装置5.试根据计算机数字控制系统的组成和分类。组成：（1）硬件部分：主机 参数检测和输出驱动 输入输出（I/O）通道 人机交互设备（2）软件部分：系统软件 应用软件 按功能和结构特点分类：v数据采集处理系统v直接数字控制系统（DDC）v监

9、督控制系统（SCC）v分布控制系统（DCS）v现场总线控制系统（FCS）6.DNC系统的构成与主要功能？主要功能：（1）程序双向通讯功能（2）信息采集功能：RS-232协议的串口模式 TCP/IP协议的以太网模式 各种总线模式（3）与生产管理系统的集成功能（4）数控程序管理功能：容管理 版本管理流程控制管理程序部信息管理权限设置 （5）与PDM系统集成功能7.试述企业多级分布式计算机控制系统的一般结构及各级功用。第一级计算机控制：也称为工作站级。该级计算机专门用于控制生产过程并负责 与第二级计算机进行通信联系。第二级计算机控制：也称为单元级控制。主要功能是协调控制，协调在其控制下的低一级计算机

10、的工作，采集各台机床、观察点的运行数据，反过来又将各项命令传送给各加工过程的观察点，同时也向一台上机计算机发送或接收信息。第三级计算机控制：也称为车间级控制。实现从车间（分厂）的各个工段采集并汇总生产数据，及时向有关部门作出报告。第四级计算机控制：也称为工厂级控制。该级计算机采集和汇编来自工厂所属各车间（分厂）的数据，对各个分厂及整个工厂的工作进行汇总，完成原料价格分析、生产历史记录、管理报告编制、经济指标核算等任务，实现对整个系统的综合管理和自动化控制。第四章物料传输自动化1、物料的定向、定位、定量以及标识与跟踪的作用及方法是什么？定向：使杂乱无序的物料变为有序的确定姿态和方向的过程方法：人

11、工手动完成；自动定向：剔除法和矫正法。定位：物料在加工工位或运送工位保持和占有正确的位置 方法：加工工位、工件的定位夹具；传送过程中专用定位装置定量：散料一般以重量、容（体）积等加以定量；件料往往采用计数的方式定量。 标识与跟踪：物料的自动识别是指在没有人工干预下，对物料流动过程中某一关键特性的确定。方法：物料信息可以通过声、光、磁、电子等多种介质获取。具体实现时，是在生产的关键部位配置自动识别装置。将每一处所获取的信息经过计算机网络系统传输，并进行统一处理。从而实现在整个生产过程中对物料的信息跟踪。 2、卷料和棒料上料装置各分几种型式，各为什么原理（教材P92）卷料：1）杠杆式上料机构； 2

12、）钢珠式上料机构；3）滚轮式上料机构；棒料：不用送料夹头：自重送料方式；重锤送料方式；摩擦轮送料方式；用送料夹头：重锤凸轮送料方式；弹簧凸轮送料方式；圆盘凸轮送料方式圆柱凸轮送料方式；单独电动机送料方式；气缸送料方式；油缸送料方式。3、有一个圆柱形工件，材料为45号钢，长度，直径为D=40mm，两端倒角尺寸为245，拟采用输料槽靠自重滚送方式。试选择输料槽材料，并确定料槽宽度。若工件直径变为10mm，是否还能靠自重滚送？ （2009模拟题）4、举例说明自动导引小车如何实现自动导向。自动导引小车（AGV）：在自动化制造系统中使用的AGV大多数是磁感应式AGV。下图是一种能同时运送两个工件的AGV

13、，它由运输小车、地下电缆和控制器三部分组成。 导向原理:小车底部装有弓形天线3，跨设于以感应线4为中心且与感应线垂直的平面。感应线通以交变电流，产生交变磁场。当天线3偏离感应线任何一侧时，天线的两对称线圈中感应电压有差值，误差信号经过放大，驱动左、右电动机2;左、右电动机有转速差，经驱动轮1使小车转向，使感应线重新位于天线中心，直至误差信号为零。5、简述工业机械手的主要设计要求。1、手部的设计要求 （1）手部应有足够的夹紧力 （2）夹持围要与工件相适应 （3）夹持精度要高 （4）夹持动作要快速、灵活 （5）结构应简单紧凑、刚性好、自重轻、易磨损处应便于更换，在腕部或臂部上安装要方便，更换要迅速

14、。2、腕部的设计要求 （1）腕部自由度的选取 （2）腕部的动作要灵活、自重要轻 （3）腕部运动位置要淮确 3、臂部的设计要求 （1）臂部应承载能力大、刚性好、自重轻 （2）臂部运动速度要高、惯性要小 （3）臂部动作要灵活 （4）位置精度要高 6、物料传输机器人的末端执行器有哪几种主要类型，分别是什么原理，各有什么特点？按结构大致可分为：（1）夹钳式取料手；（2）吸附式取料手；（3）专用操作器及转换器；（4）仿生多指灵巧手。 （1）夹钳式取料手：通过手指的开合动作实现对物体的夹持。其中，弹性力手爪其夹持物体的抓力由弹性元件提供，摆动式手爪其爪的运动状态是绕固定轴摆动，平动式手爪其爪的运动状态是平

15、动的。（2）吸附式取料手：分气吸附和磁吸附。气吸附式取料手是利用吸盘的压力和大气压之间的压力差工作，具有结构简单、重量轻、吸附力均匀的有点；磁吸附式取料手是利用电磁铁通电后产生的电磁吸力取料，因此只对铁磁物体起作用，对不允许有剩磁的零件要禁止使用。7、举例说明机器人在输料自动化中的应用。纸浆成品和铸锻件搬动；CONSIGHT带视觉搬运系统8、自动化仓库由哪几大部分组成？其中自动化仓库的机械设备包括哪些装置和设备？自动化仓库由三大类设施组成：土建设施、机械设施和电气设施。机械设备一般包括：存储机械、搬运机械、输送机械、货架、托盘或货箱等设备。第五章自动化检测与监控系统1.简述检测监控子系统在制造

16、自动化系统中的作用与功能。1）确保整个系统按照设定的操作顺序运行。2）确保系统生产出的产品符合质量要求。3）防止由于系统各组成部分的异常或过程失误引起事故。4）监测及分析系统运行状态的发展趋势。5）对出现的故障进行分析和诊断。2.试说明检测监控基本单元的组成及各部分的主要作用。1）在设备及辅助装置的选定部位安装上相应的传感器，来检测设备及生产过程的运行状况信息。2）由于传感器输出的信号幅值往往很小，且带有许多噪声和干扰信号，需要对信号进行放大、滤波甚至整形等预处理。3）经预处理的信号输入计算机的数据采集接口，进行模数转换、数据格式转换等，将信号数据转换为计算机能够接受的格式。4）由于输入计算机

17、的信号是多种因素综合作用的结果，难以直接用于被监测对象的状态识别，计算机根据要求，采用相应的信号处理方法，从输入的信号中提取出能够表征被监测对象状态变化的特征值。5）状态判别模块根据相应的判别策略和方法，对输入的状态特征值进行处理（如果采用智能方法，则需对相关算法进行学习训练），得出被监测项目的状态，最后交给推理机。6）推理机根据系统初始状态及相关的知识和数据，做出最后决策，并将处理的结果和有关信息上报给系统管理计算机，如果需对系统进行反馈控制和调整，则向执行机构发出控制命令和相关参数。3.传感器的输入输出特性包括哪些?各自含义及在传感器设计或使用中如何考虑这些特性?传感器的输入输出特性包括灵

18、敏度、线性度、滞环和动特性。1）灵敏度：传感器在稳态下输出量与输入量之比。一般情况下，希望灵敏度高一些，并保持为常数。但应用于机械工业的保护检测、位置检测等某些场合时，有时并不要求太高的灵敏度，以免引起超前或过于频繁的不必要的动作。2）非线性度误差：传感器输出量和输入量的关系曲线与理想曲线偏离的程度。通常希望传感器具有优良的线性度，对线性度较差的输出，必要时可采取“线性化”的措施。在小尺寸、位移、厚度、外形等参数检测是，要求传感器在工作区有较好的线性度。3）滞环：由于材料性能、制造工艺等原因，当输入增加（加载）或减少（卸载）时，传感器的上升曲线和下降曲线不重合，即特性不一致，形成滞环。最大滞环

19、率一般都希望尽量减小滞环锁引起的输出误差，但在某些场合也可利用这个特性满足特殊的要求。4）动特性：指传感器对激励（输入）的响应（输出）特性。 表 达：传递函数；分析方法：频率法；要 求：响应快、失真小、死区小、稳定度大。4.画图说明应变式测力传感器的工作原理。教材P1685.举例说明物料传送线上如何实现简单零件的形状识别。教材P1706.简要说明加工误差检测与补偿系统的基本组成和工作原理。教材P1747.对于自动检测，你还能举出哪些自动生产线上的应用实例？教材P176。1）通过在线检测加工尺寸的变化检测刀具的磨损和破损。2）刀具状态在线检测。3）刀具状态的智能化在线监控系统。第六章装配自动化1

20、.装配、装配工艺过程、装配工艺规程、装配自动化的概念是如何定义的？1）装配: 按技术要求将零件进行组合、连接成部件、复合件或成品的过程。2）装配工艺过程：装配的方法、路线及容的安排。包括装配、调整、检测、试验。3）装配工艺规程：将装配工艺过程按一定格式以文件的形式固定下来的过程。4）装配自动化：对某种产品用某种控制方法和手段，通过执行机构，使其按预先规定的程序自动地进行装配，而无需人直接干预的过程。2.自动化装配系统分为哪两种类型？1）刚性自动装配：装配对象不可变换，产品规格不可调整。2）柔性自动装配：装配对象可变换，产品规格在一定围可调整。3.自动化装配对零部件的结构工艺性、装配工具、传输机

21、构提出那些要求？1）结构工艺性：1.零件几何形状尽量规则，结构要便于自动传输、自动上料和定向识别。2.零件结构要便于夹持，刚度要满足夹持力的要求，受力后的变形应在弹性围，而且变形量不应给装配带来困难。3.零件结构设计时应考虑避免采用在自动上料时相互镶嵌等不易顺利分开的结构。4.设计者应考虑零件装配的初始连接时易于导入，如设计倒角、锥面等。5.应尽量采用便于装配的联接方式，而且尽可能的减少零件数量。 6.零件设计尽量做到标准化、通用化和系列化，这样可以减少装配工装的种类。7.设计时应尽量考虑统一的装配方向，减少翻转装配次数。2）装配工具：1.根据总体布局、零件结构尺寸和几何形状及质量、经济性等合

22、理选择机械手、机器人还是其它结构装置抓取或推进零件装配。2.机械手或机器人的手腕夹爪的夹紧力要与零件的允许变形量和零件表面精度的要求相匹配。应尽量避免抓取零件精加工表面，如果无法避免时，不得损坏零件表面精度，并且夹爪要采取保护措施。3.在计算装配工具对零件的夹紧力时，应考虑装配力和零件的重力，其装配力与零件的配合种类有直接关系。4.机械手或机器人手腕移动时一定要平稳，注意惯性力，接近装配位置时要减速。5.在零件初始装入时，装配工具在装配力的作用下应有一定的柔性，发生异常应发报警信号。3）传输机构和整体布局：1.传输机构方便零件的传输和定向。2.零件传输到装配位置时，准确的定位系统及安全保护系统

23、，不到位不能发生装配指令。3.如果采用柔性自动化装配，应考虑传输系统设计时的柔性，以适应零件品种规格的变换。4.零件的传输和自动上料机构设计时，要考虑尽量减少振动和噪声。5.在考虑自动化装配线时，应考虑装配中的自动检测、清理、不合格零件的自动识别和剔除、故障诊断和报警等。6.总体平面布置时充分利用现有面积、计算好装配的节拍和设备及工位的数量。7.对于单件小批生产的柔性自动化装配的选配法，应做好分组选配的装配方式的设计，分组选配即是组的完全互换法4.掌握轴套装配系统电气控制线路图原理。5.电磁振动送料装置，当物体不腾空时，保证爬升的条件是什么？（即当滑道以加速度为ash斜上方运动和以加速度为aj

24、斜下方运动时，对加速度提出何种要求？）6.207球轴承的自动装配要经过哪几个过程？并作简要说明。1）合套：从选配机送来的环和外环首先要合装在一起。2）拨环：轴承环从合套工位运送到下一工位的过程中，由于底面与轨道摩擦的结果，环总是沿运送方向偏靠在前进的后方，为了便于装配机构的配置，希望环垂直于运送方向偏靠在外环上，所以在装入钢球以前，需用力Q将环拨到所需的位置上。3）装入钢球：在、外环的弧形空间装入规定数量的钢球，装球过程中，往往最后一粒钢球会堆积在其他钢球上面，所以需有压球机构将最后一粒钢球压进去。4）将环拨到中心位置：将环拨向中心时，常常会碰到最外边两粒钢球之间的距离B小于环沟道直径的情况，

25、这时需在外环上加以一定的压力P，使之产生一定程度的弹性形变，使尺寸B增大，然后环便可在径向力N的作用下顺利地拨到中心位置上。5）分球：用分球器将钢球均匀分布在沟道圆周上，应将、外环适当固定，以免整个轴承移动或受力抬起。同时从上一工位运送到分球工位时，应注意保持图（d）所示的正确位置，否则，如果轴承在圆周上错位后，可能使分球叉正顶着钢球，以致装配工作无法进行，甚至导致故障。6）装入保持架：图(f)，当采用钢制两半保持架时，一般均先装下半保持架，再装上半保持架，然后进行扣合、焊接或铆合。这一过程有时需在2-3个工位上进行。第七章汽车变速箱壳体制造自动化系统（AGS-MAS）的总体设计1.变速箱壳体

26、加工的粗基准和精基准是如何选择的？为什么？粗基准：其一，为保证主要轴承孔的加工余量均匀，以轴承孔作为粗基准。此方式夹具结构复杂，零件定位后需加辅助支撑，工件加工放置稳定性较差。其二，是在变速箱壳体的毛坯上铸出作为粗基准的工艺凸台，为此要求工艺凸台至主要加工表面保持严格的尺寸和精度，这种粗基准的选择可保证主要加工平面和轴承孔有足够的加工余量，并使加工余量均匀，工件放置稳定。故采用第二种粗基准选择方案。精基准：精基准的选择是变速箱壳体结合平面和两个工艺孔，此方案可使夹具结构简单、装夹工件方便可靠，即一面两销的定位方式。但设计基准和工艺基准不重合，壳体前、后端面对轴承孔垂直度的精度不易保证。故决定将

27、变速箱壳体的两个工艺孔安排在箱体的同一侧，这既可满足定位精度，又可使夹具结构简单、容易调整。2.变速箱壳体自动化制造系统的加工工序是如何安排的？1）铣削加工上盖连接平面、钻扩铰两个定位工艺销孔。2）铣削输送棘爪平面、铣削前端面、前端面上螺纹孔的钻孔和攻丝。3）铣轴承孔两端面、轴承孔端面上螺纹孔的钻孔和攻丝、钻扩铰倒车轴承孔。4）镗轴承轴承孔、精铣加工轴承孔端面。5）上盖连接平面螺纹孔的钻孔和攻丝。3. 铣削变速箱壳体上盖结合面与精铣前后端面的夹具是如何工作的？由工件交换机构将工件从物料传输机构推送到夹具2、3、4支撑板上，并由气动装置将其推向前和向左，使工件工艺凸台紧靠支撑板前面及左面，油缸7

28、辅助顶紧工件，压板1、5在油缸8、6作用下夹紧工件，完成工件的安装。此夹具工作时以箱体连接平面和两个工艺孔做预定位。支撑板与上盖连接平面预留1mm间隙。齿条活塞杆3、6通过齿轮5是心轴1、4传入轴承孔限制4个自由度。用四个相同的油缸7，首先通过弹簧使倾斜角为7的斜楔顶起四个相同的支撑钉9，保证4个支撑钉与工件接触，并将上盖结合平面托平，然后油缸锁紧。另由削边销8限制一个移动自由度。夹紧点在箱体顶部。4. 变速箱壳体自动化制造系统的控制管理系统顶层数据流控制过程是如何进行的？（图见教材P231）分三个过程：1）过程名：作业计划管理输入流：原始数据、基础数据、状态数据、仿真数据输出流：原始数据、控

29、制协调数据、报表、图形过程逻辑：根据加工任务单和实时运行状态按优化规则编制作业计划，对系统的工艺设备资源进行分配和平衡后，形成可供实施的作业计划；监督作业计划的执行；输出图形和报表。2）过程名：过程协调控制 输入流：控制协调数据 输出流：状态数据 过程逻辑：根据作业计划，根据优化原则，协调控制各设备的运行，并尽量减少因故障阻碍作业计划的实施，保证计划的顺利完成，检测监控各种设备，并向上级汇报加工完成情况。3）过程名：仿真过程 输入流：原始数据、基础数据 输出流：仿真数据 过程逻辑：根据输入的原始数据和具有各种知识和规则库的基础数据，根据边界条件和仿真模型进行计算，给出仿真结果，指导作业计划的制

30、定。5. 变速箱壳体自动化制造系统的生产计划调度模型是如何设计和实现的？（图见教材P233）AGS-MAS控制管理系统中对零件生产计划调度的管理分为三个阶段:1）初始作业分配：主要是根据任务订单的输入、单元生产作业班次计划的制定和工时定额自学习的维护调整来完成。2）静态调度：主要是完成零件的最优分组，对系统负荷进行最优排序。3）动态调度：主要是根据生产实际情况，对零件生产进行实时动态排序，并对系统资源进行实时调度与控制。 实现过程：系统管理员输入生产任务单，并对其合法性进行验证，然后又基本数据库及相关决策支持子系统对输入的任务单进行初始作业分配，分配的结果由一系列仿真进行评价。如果初始作业分配

31、满意，则输出作业计划到静态调度子系统，否则即可进行调整，调整方式包括参数调整、自动分配和表格调整三种方式。6. 变速箱壳体自动化制造系统中刀具是如何识别的？AGS-MAS中刀具的识别采用软件记忆法，将刀具上的每一刀座进行编号，得到每一刀座的“地址”。将刀库中的每一个刀具再编一个刀具号，然后在控制系统部建立一个刀具数据表，将原始状态刀具在刀库的“地址”一一填入，并不得再随意变动。刀库上有检测装置，可以读出刀库在换刀位置的地址。取刀时，控制系统根据刀具号在刀具数据表中找出该刀具地址，按优化原则转动刀库，当刀库上的检测装置读出的地址与取刀地址一致时，刀具便停在换刀位置上，等待换刀；若欲将换下的刀具送回刀库，也不必寻找刀具原位，只要按优化原则送到任意空位即可，控制系统将根据此时换刀位置的地址跟新刀具数据表，并记住刀具在刀库中新的位置地址。