机械制造工艺设计考试题目及答案

机械制造工艺设计考试题目及答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.工序2.工艺基准3.加工余量4.工序集中5.走刀二、简答题（每题5分，共25分）1.选择毛坯时，需要考虑哪些主要因素？2.简述粗加工和精加工在选择机床方面的主要区别。3.工艺尺寸链有哪几种类型？简述其特点。4.何谓“基准先行”原则？在工艺规程制定中如何体现？5.简述切削用量（切削速度、进给量、切削深度）对加工成本的影响。三、计算题（每题10分，共40分）1.一零件上某圆柱表面，毛坯尺寸为Φ50±0.1mm，加工后要求尺寸为Φ48±0.02mm。若该表面需经车削和磨削两次加工，假设车削余量均匀分布，磨削余量均匀分布，且每次加工的余量均为单边值。试计算车削和磨削的工序尺寸及其公差。2.已知零件材料为45钢，拟进行粗车外圆。要求加工余量Z=2mm，工件转速n=600r/min，刀具材料为硬质合金。根据切削用量手册或相关公式，确定切削速度v、进给量f和切削深度ap。（注：需说明确定依据或查表来源，并列出计算或查表结果）3.某工序需要加工一批零件，使用专用夹具定位。已知定位基准尺寸偏差ΔB=±0.05mm，定位元件制造和磨损引起的尺寸偏差ΔA=±0.02mm。为保证工件的加工尺寸精度Δγ=±0.1mm，该工序的定位误差允许值是多少？（假设为简单尺寸链）4.某零件加工工序需在一台CA6140普通车床上进行。已知该工序的基本工时为20分钟/件，辅助工时占基本工时的15%，准备与终结时间共为30分钟/批。若该零件年产量为5000件，单件材料费5元，机床设备折旧与维修费占其总价值的10%，设备占用资金年利率为10%，车间管理费占产品成本的10%。试估算该工序的单件时间成本和总成本。（可简化计算，说明主要考虑因素）四、设计题（共20分）某零件简图如下（此处应有简图，但按要求不提供，请考生自行构思一个包含外圆、内孔、平面等基本特征的简单零件图，例如：带有一个圆柱凸台的光轴，需要车削外圆、钻孔、铣端面）。该零件材料为HT200，生产类型为中批量生产。要求：1.分析零件图，说明其主要技术要求和结构特点。2.确定零件毛坯种类（如铸件），并简述理由。3.制定该零件的机械加工工艺路线，列出主要工序内容。4.选择其中一道关键工序（如轴的粗车或精车），确定其加工设备、主要工艺装备（刀具、量具）、切削用量，并简述选择依据。试卷答案一、名词解释1.工序：在一台机床或一个工作地点，对一个或一组工件所连续完成的那一部分工艺过程。**解析思路：*考察对基本定义的掌握。强调“在一台机床/一个地点”、“连续完成”、“一部分工艺过程”这几个关键要素。2.工艺基准：在工艺过程中用来确定工件上几何要素相互相对位置所依据的那些点、线、面。**解析思路：*考察基准的定义。强调基准是“点、线、面”，“确定几何要素相对位置”，“在工艺过程中”使用。3.加工余量：工件在加工过程中，从毛坯表面到最终成品的尺寸之差。**解析思路：*考察余量的基本概念。明确是“毛坯表面到成品表面”的“尺寸差”。区分总余量和工序余量概念。4.工序集中：将零件的加工任务，尽可能集中在少数几个工序中完成。**解析思路：*考察工序集中定义。强调“少数几个工序”、“尽可能集中完成”。5.走刀：在一个工步中，刀具对工件进行一次相对运动所完成的加工。**解析思路：*考察走刀的定义。强调是在“一个工步”内，“刀具对工件一次相对运动”完成的加工。二、简答题1.选择毛坯时，需要考虑的主要因素有：零件材料性能、结构形状与尺寸、生产类型、精度要求、毛坯制造的经济性、现有生产条件、零件使用性能和寿命等。**解析思路：*考察毛坯选择的影响因素。要求列举关键因素，并能简要说明其重要性（如材料决定工艺方法，生产类型影响毛坯类型，经济性是重要考量）。2.粗加工和精加工在选择机床方面的主要区别在于：粗加工要求机床有较高的刚性和较大的功率，以能承受较大的切削力；精加工则要求机床有较高的精度和刚度，以及较小的热变形，以保证加工精度和表面质量。**解析思路：*考察粗精加工设备选择的区别。抓住核心差异：刚性、功率（粗）、精度、热变形（精）。3.工艺尺寸链有后尺寸链和前尺寸链（或称简单尺寸链和复合尺寸链）两种类型。**解析思路：*考察尺寸链的分类。给出最基本、最常用的两种分类名称。可进一步简述其特点（后尺寸链封闭环在最后，前尺寸链有封闭环在前面）。4.“基准先行”原则是指：在加工零件的第一个工序中，必须首先加工出定位基准。这是因为后续工序的加工通常需要以第一个工序加工出的基准为依据。**解析思路：*考察基准选择原则。解释“基准先行”的含义（第一个工序加工基准）及其原因（后续工序依赖）。5.切削用量对加工成本的影响：切削速度和进给量主要影响切削功率和刀具磨损速度，通常越大，单件时间越长，刀具寿命越短，成本越高；切削深度主要影响每次走刀的效率和切削力，对刀具磨损影响相对较小。需综合考虑，寻求成本最低的合理组合。**解析思路：*考察切削用量与成本的关系。分析各因素（v,f,ap）如何影响时间成本（效率）、刀具成本（寿命）、设备成本（功率），并指出需综合优化。三、计算题1.解：*总余量（粗车后）：毛坯尺寸-成品尺寸=50-48=2mm*总余量（磨削后）：成品尺寸上偏差-毛坯尺寸下偏差=(48+0.02)-(50-0.1)=0.12mm*假设余量均匀分布，则各工序余量基本为总余量的一半。*粗车工序尺寸=毛坯尺寸-粗车余量=50-2=48mm（粗车后尺寸范围约为47.98mm-48.02mm）*磨削工序尺寸=粗车工序尺寸-磨削余量=48-0.12=47.88mm（磨削后成品尺寸范围为47.88mm-47.98mm）*磨削工序尺寸公差=总余量（磨削后）/2=0.12/2=0.06mm。考虑到成品公差为±0.02mm，磨削工序尺寸公差应更小，取±0.03mm或限制在47.88±0.02mm范围内（取决于后续工序能力）。*答案：粗车工序尺寸为48mm（公差约为±0.02mm）；磨削工序尺寸为47.88mm（公差约为±0.03mm）。**解析思路：*考察工艺尺寸链的计算。应用毛坯尺寸、成品尺寸、总余量、工序余量之间的关系。注意区分总余量和工序余量，注意公差链的计算方法（极值法）。2.解：查《切削用量简明手册》或相关资料，根据45钢，粗车外圆，可选用硬质合金外圆车刀。参考切削速度范围（例如，v=100-150m/min），选择一个中间值，如v=120m/min。*n=v*1000/(π*d)=120*1000/(π*48)≈796r/min。选择CA6140车床，其主轴转速有800r/min，选择n=800r/min。*根据所选n=800r/min，查表或用公式计算进给量f。粗车外圆，可参考f=0.8-1.2mm/r。选择f=1.0mm/r。*切削深度ap=工序余量/走刀次数。假设单边走刀完成，ap=2mm/1=2mm。*答案：推荐切削用量：v≈120m/min，n=800r/min，f=1.0mm/r，ap=2mm。（具体数值可能因查表方法不同略有差异）**解析思路：*考察切削用量的选择与计算。需结合手册或公式，依次确定v,n,f,ap。强调依据（手册/公式）和计算过程。注意单位。3.解：定位误差ΔD=∑ΔA+∑ΔB。这里假设是简单尺寸链，定位元件误差ΔA只影响一个环节。*定位误差ΔD=ΔA+ΔB=0.02+0.05=0.07mm。*但工件加工尺寸公差Δγ=±0.1mm，定位误差ΔD必须小于或等于工件加工尺寸公差的一半（或允许的定位误差范围），才能保证加工精度。*允许的定位误差=γ/2=0.1/2=0.05mm。*答案：定位误差为0.07mm，超过了允许值0.05mm。这意味着仅靠当前基准和定位元件的精度，无法保证工件的加工尺寸精度要求Δγ=±0.1mm。**解析思路：*考察定位误差的计算。应用简单尺寸链公式。关键在于将计算出的定位误差与允许值进行比较，判断其是否满足精度要求。4.解：*基本工时T_b=20分钟/件。*辅助工时T_f=T_b*15%=20*0.15=3分钟/件。*单件作业工时T_单件=T_b+T_f=20+3=23分钟/件。*准备终结时间T_准终=30分钟/批。*批量N=5000件。*年生产时间=5000小时/年（假设两班制，每小时生产2件，则5000件需2500小时，若按件计算效率，此处简化处理，关键在于批次数）。*年生产批次数=年产量/批量=5000/5000=1批/年（此简化假设下，准备终结时间影响不大，主要用于分析单件成本）。*单件时间成本=(单件作业工时+批量/年生产批次数*准备终结时间)*(材料费+设备成本+管理费)。*年设备成本=资金*年利率=M*10%。*年管理费=产品成本*10%。*产品成本=材料费+设备成本+管理费=5+M*0.1+(5+M*0.1)*0.1=5+0.1M+0.5+0.01M=5.5+0.11M。*单件时间成本≈(23+30/1)*(5.5+0.11M)=53*(5.5+0.11M)=291.5+5.83M元/件。*答案：（由于M值未知，给出表达式）单件时间成本约为(291.5+5.83M)元/件。其中M为机床设备价值（元）。总成本=单件成本*年产量=(291.5+5.83M)*5000。**解析思路：*考察工艺成本估算。区分时间成本和总成本。时间成本计算涉及单件工时和批量。总成本计算涉及材料、设备折旧（简化的资金M）、管理费。注意简化假设和公式应用。四、设计题（注：因缺少零件图，此部分答案为基于假设的通用框架，需考生根据实际构思的零件图进行具体回答）1.分析：（假设零件为带凸台的光轴）*材料HT200：铸造材料，有一定强度和耐磨性，价格较低。*结构特点：带圆柱凸台的光轴，轴线平行，有外圆、台阶、孔等特征。主要表面有轴颈、凸台外圆、端面、内孔。*技术要求：通常外圆有尺寸公差和表面粗糙度要求，孔有尺寸公差和粗糙度要求，端面有平面度或粗糙度要求。凸台与轴的连接可能有关联要求。*加工难点：可能存在铸造缺陷，需去除；台阶和孔的尺寸精度、位置精度（如轴心线与孔轴心线垂直度）要求较高；热处理可能需要考虑。*答案：（总结上述分析）2.毛坯：选择铸件（HT200）。*理由：*成本低，适合中批量生产。*材料性能满足一般轴类零件要求。*可以方便地铸出带凸台等复杂结构。*铸件内部组织相对均匀，可进行后续热处理改善性能。*生产效率高。*答案：（总结理由）3.工艺路线：（示例，需根据具体零件图调整）*下料（铸造毛坯）。*锻造（改善组织，去除部分内部缺陷，获得近终形毛坯）。*热处理（正火或调质，均匀组织，消除内应力）。*毛坯检验。*钻孔（钻出所有需要的外圆和内孔毛坯）。*车削：*车端面，去毛刺，平基准面。*车外圆（粗车、半精车、精车），达到尺寸和粗糙度要求，注意台阶过渡圆角。*车内孔（粗车、半精车、精车），达到尺寸和粗糙度要求。*车凸台外圆和端面，达到要求。*（如有需要）半精加工后的检验。*热处理（如淬火+回火，提高硬度和耐磨性）。*（如有需要）磨削（对精度和粗糙度要求高的外圆、内孔进行精加工）。*磨削后的检验。*（如有需要）表面处理（如镀硬铬）。*最终检验。*包装入库。*答案：（列出主要工序）4.工序选择与设计：（选择“轴的粗车”为例）*设备：CA6140普通车床。理由：加工范围广，刚度足够，适用于轴类零件的粗车。*主要工艺装备：*硬质合金外圆车刀（