机械冷加工专业基础知识试题及答案(高级技师)

机械冷加工专业基础知识试题及答案(高级技师)一、机械冷加工基础理论1.（单选）在金属切削过程中，剪切角φ增大时，下列哪一项变化趋势正确？A.切削力Fz增大 B.剪切面温度显著降低 C.切屑变形系数Λh减小 D.刀具前刀面磨损加剧答案：C2.（单选）用硬质合金YT15车刀精调45钢（调质260HB）外圆，当切削速度vc从120m/min提高到200m/min时，刀具耐用度T与速度的关系符合Taylor方程vT^n=C，若n=0.25，则T下降百分比约为A.42% B.58% C.68% D.75%答案：C3.（多选）下列关于积屑瘤（BUE）的描述，正确的有A.积屑瘤硬度可达工件材料2～3倍 B.采用PVD涂层可有效抑制BUE C.切削温度在300℃左右最易生成 D.增大进给量f可完全消除BUE E.积屑瘤脱落会导致刀具崩刃答案：ABCE4.（判断）高速切削钛合金时，刀具材料热导率越高，越有利于降低刀尖温度。答案：正确5.（填空）已知切削力公式Fz=CFz·ap^xFz·f^yFz·KγFz，当主偏角Kr从75°减小到45°时，修正系数KγFz约由0.92变为________（保留两位小数）。答案：0.786.（简答）阐述“最小切削厚度”对精密车削表面粗糙度Ra的影响机理，并给出经验阈值（以进给量f的倍数表示）。答案：当切削厚度hmin＜0.05f时，刃口圆弧与材料弹性恢复共同作用，使切削过程呈“犁切—滑擦”交替，Ra突然增大；经验阈值hmin≈0.03f～0.05f，低于该值需采用刃口钝圆半径rn＜2μm的金刚石刀具并辅以超声振动。7.（计算）用CA6140车床加工梯形螺纹Tr40×7，材料为9Mn2V（淬火48HRC），刀尖半径rε=0.4mm，求一次进刀背吃刀量ap=0.15mm时的理论表面粗糙度Rt（μm）。答案：Rt≈f²/(8rε)=0.112mm/(8×0.4)=35μm8.（综合）某五轴联动叶片铣削中心在精铣钛合金叶片进气边时，出现“鱼鳞状”振纹，频率约2.1kHz。已知主轴转速n=4200r/min，刀齿数z=4，叶片悬伸L=85mm。请给出完整的诊断流程与三条抑制措施。答案：诊断：①计算刀齿通过频率fz=nz/60=280Hz，与振纹频率不符，排除刀齿通过；②采用锤击法测得叶片一弯固有频率fn≈2.05kHz，判定为叶片共振；③检查刀尖轨迹，发现Y向伺服环增益过高，导致轴伺服自激。措施：①降低主轴转速至3800r/min，使f激＜0.8fn；②在叶片背弧附加阻尼合金块，阻尼比由0.03提至0.12；③将Y轴速度环增益Kv由42Hz降至28Hz，并增加低通滤波截止频率至800Hz。二、刀具材料与涂层技术9.（单选）下列超硬刀具材料中，与铁族元素亲合力最低的是A.PCD B.CVD金刚石厚膜 C.PCBN D.单晶金刚石答案：C10.（多选）关于AlTiN/AlCrN纳米多层涂层，正确的有A.高温下形成Al2O3保护膜 B.硬度可达~38GPa C.涂层残余压应力＜3GPa D.适合干式高速切削模具钢 E.涂层厚度>10μm时韧性最佳答案：ABCD11.（填空）采用HiPIMS技术沉积CrAlN涂层，若靶材Al/Cr原子比为70:30，则涂层室温硬度HV0.05约为________GPa。答案：3212.（简答）说明“柱状晶—等轴晶”过渡对PVD涂层抗裂纹扩展能力的影响，并给出工艺窗口。答案：当基体偏压|Ub|从40V增至120V时，沉积粒子能量增加，组织由开放柱状晶转变为致密等轴晶，断裂韧性KIC由1.8MPa·m½提至3.5MPa·m½；最佳过渡窗口|Ub|=80～100V，T=450～480℃，N2分压0.3Pa。13.（计算）某φ20mm整体硬质合金立铣刀，涂层厚度3μm，热膨胀系数αc=7.2×10⁻⁶K⁻¹，基体αs=5.4×10⁻⁶K⁻¹，涂层沉积温度500℃，室温20℃，求涂层残余压应力σc（E=440GPa，ν=0.22）。答案：σc=E/(1ν)·(αcαs)·ΔT=440/0.78×1.8×10⁻⁶×480≈0.49GPa14.（综合）某航空企业采用φ8mmTiAlN涂层铣刀高速铣削7050T7451铝合金腹板，出现“涂层剥落—刀尖崩缺”复合失效。请给出失效树（FTA）顶层事件与三条底层根本原因。答案：顶层事件：刀具早期失效寿命＜15min。底层原因：①涂层/基体界面污染（氧含量>8at.%）导致结合强度<60N；②刃口钝圆半径rn=8μm，切削时局部拉应力>2.1GPa，超过涂层抗拉强度；③冷却液浓度4%，pH=8.7，诱发界面电化学腐蚀，产生微坑。三、高速精密加工工艺15.（单选）高速切削淬硬钢时，若采用ae/D=0.02的极径向切深，其主要目的是A.降低切削温度 B.减小刀具磨损 C.实现“铣代磨”镜面加工 D.提高材料去除率答案：C16.（多选）下列关于超声椭圆振动车削（UEVT）的描述，正确的有A.临界切削速度vcrit=2πaf，超过后效果消失 B.表面粗糙度Ra可达10nm以下 C.刀具前角可减小至20°仍保持锋利 D.对单晶锗加工可有效抑制微裂纹 E.需要采用高频滑环供电答案：ABD17.（填空）采用氮气低温冷却（196℃）铣削Ti6Al4V，若切削速度vc=300m/min，相比干切，刀具耐用度可提高________倍（经验系数）。答案：3.218.（计算）用φ6mm两刃CBN球头铣刀精铣H13模具钢（52HRC），每齿进给fz=6μm，轴向切深ap=20μm，径向切宽ae=0.2mm，主轴转速n=30000r/min，求材料去除率Q（mm³/min）。答案：Q=fz·z·n·ae·ap=6×10⁻³×2×30000×0.2×0.02=1.44mm³/min19.（简答）说明“镜面铣削”中切削刃微观缺陷对表面光泽度的影响规律，并给出刃口质量评价指标。答案：当刃口锯齿度Δr>0.3μm时，划痕深度hs=Δr²/(2R)，光泽度Gs下降20%；评价指标：刃口钝圆rn≤0.2μm，锯齿度Δr≤0.1μm，无崩缺>0.5μm，采用白光干涉仪测量。20.（综合）某企业采用五轴高速铣削中心加工航空铝合金整体壁板，要求腹板厚度公差±0.02mm，实际加工出现“两端厚—中间薄”0.08mm鞍形误差。请给出完整的误差源鱼骨图与补偿策略。答案：误差源：①主轴热伸长—20000r/min温升12μm；②工作台Z轴导轨倾斜—直线度3μm/500mm；③工件装夹—真空吸力不均，腹板弹性下凹5μm；④刀具长度L在热机状态下变化8μm；⑤数控插补—五轴旋转中心偏移2μm。补偿：①采用温度传感器实时补偿主轴伸长，模型ΔZ=0.8ΔT；②Z轴采用双频激光干涉仪标定，导入交叉补偿表；③真空分区控制，边缘吸力降30%；④采用热缩刀柄+预冷缩补偿；⑤RTCP动态标定，误差映射后精度提升至±0.015mm。四、数控编程与后置处理21.（单选）在西门子840Dsl系统中，采用“COMPCAD”压缩器功能，其主要作用是A.减小NC文件长度 B.提高曲面精度 C.降低伺服环负荷 D.抑制高频振动答案：C22.（多选）关于海德汉iTNC530的“平滑滤波”功能，正确的有A.可自动降低拐角加速度 B.对G643样条有效 C.会牺牲部分轮廓精度 D.可提高表面光泽度 E.需要机床参数SC[31]开启答案：ABCD23.（填空）编写FANUC31i五轴螺旋铣φ30mm内螺纹程序，螺距P=1.5mm，螺纹深10mm，若采用G91增量，每圈Z轴下降________mm。答案：1.524.（计算）某五轴叶片加工程序，刀轨总长度L=38m，平均进给F=3000mm/min，换刀时间Tt=15s，程序暂停Tp=8s，求理论加工周期Tcycle（min）。答案：Tcycle=L/F+(Tt+Tp)/60=38/3+23/60≈13.05min25.（简答）说明“旋转轴非线性误差”在五轴联动中的产生机理，并给出最大非线性误差Emax的估算公式。答案：当旋转轴C、B运动时，刀尖距旋转中心越远，线性轴需补偿的弧长越大；Emax≈L·sin(Δθ/2)，其中L为刀尖到旋转中心距离，Δθ为程序段内旋转角变化量。26.（综合）某企业采用UGNX12生成叶轮五轴程序，后置处理器为日本大隈MU5000V，实际加工发现叶片前缘过切0.12mm。请给出诊断流程与后置修正方案。答案：诊断：①比对刀轨—机床日志，发现C轴在90°→120°区间插补滞后12ms；②验证RTCP，机床参数SC[8]未开启；③检查后置，旋转轴坐标未按“刀尖跟随”输出，导致线性轴补偿不足。修正：①开启SC[8]，设定RTCP有效；②在后置.tcl中增加“ROTARY_TCPC”指令，输出格式改为“C=IC(_c_pos)B=IC(_b_pos)”；③重新计算刀轨，过切降至0.01mm。五、精密测量与误差补偿27.（单选）使用雷尼绍XL80激光干涉仪检测立式加工中心X轴定位精度，若采用“双向逐点”法，下列哪项设置可消除“死程”误差A.环境补偿传感器置于机床右端 B.反射镜固定于主轴 C.激光束与导轨高度一致 D.材料温度传感器贴于丝杠螺母答案：C28.（多选）关于三坐标测量机（CMM）扫描测头“动态半径补偿”，正确的有A.需输入探针红宝石球径校准值 B.可消除离心变形误差 C.扫描速度越高，预压量应增大 D.对碳纤维测杆必须进行质量惯性补偿 E.补偿后残余误差可<0.3μm答案：ABDE29.（填空）采用主轴热漂移测试，连续运行5000r/min2h，测得Z向漂移+42μm，若热漂移模型ΔZ=k·t^0.6，则常数k=________μm/h^0.6。答案：42/2^0.6≈27.830.（计算）用φ3mm碳化物探针校准环规φ25±0.5μm，CMM测得25.0012mm，探针校准球径2.9998mm，温度20.3℃，线膨胀系数α=10.5×10⁻⁶K⁻¹，求20℃下的真实直径D20。答案：D20=25.0012+10.5×10⁻⁶×0.3×25≈25.0013mm31.（简答）说明“阿贝误差”在精密轴系中的产生条件，并给出消除方法。答案：当测量轴线与移动轴线不重合时，角运动θ引起线性误差δ=H·sinθ；消除：①导轨与光栅尺共面安装，阿贝偏移H<0.5mm；②采用双读数头平均；③软件补偿θ误差。32.（综合）某超精密车床加工φ50mm光学铝镜，面形精度要求PV<0.2μm，实际PV=0.35μm，检测发现X轴直线度2μm/200mm，且主轴径向跳动0.8μm。请给出完整的误差分离与补偿方案。答案：误差分离：①采用“反转法”分离主轴—导轨误差，测得主轴误差0.6μm，导轨误差1.8μm；②用毛细管气动量仪测得主轴平均漂移0.15μm/min。补偿：①X轴采用压电微动台，闭环补偿直线度，残余0.2μm；②主轴安装液体动静压轴承，跳动降至0.2μm；③采用离线测量+误差映射，在U轴加反向修正，最终PV=0.18μm。六、工装夹具与柔性制造33.（单选）采用液性塑料夹具夹紧薄壁铝件，若塑料腔压力P=25MPa，夹套有效面积A=1200mm²，则总夹紧力F≈A.15kN B.30kN C.45kN D.60kN答案：B34.（多选）关于零点快换夹具，正确的有A.重复定位精度<±0.005mm B.拉钉材料需采用沉淀硬化不锈钢 C.可缩短辅助时间80% D.适用于五轴联动加工 E.需要定期更换拉爪弹簧答案：BCDE35.（填空）采用磁悬浮夹具夹持单晶硅片，若悬浮高度h=0.2mm，真空磁导率μ0=4π×10⁻⁷H/m，磁通密度B=0.8T，则单位面积磁压Pm=________kPa。答案：Pm=B²/(2μ0)=0.64/(8π×10⁻⁷)≈255kPa36.（计算）某柔性夹具系统由48个独立夹持单元组成，每个单元最大夹紧力500N，若同时利用率80%，求系统总夹紧力。答案：F=48×500×0.8=19.2kN37.（简答）说明“夹具系统动刚度”对薄壁件铣削颤振的影响，并给出提升措施。答案：动刚度Kd=F/δ，δ越大越易颤振；提升：①采用高阻尼铸铁HT300；②夹具与工件接触面加聚氨酯垫，损耗