《机械制造技术基础》期末考试试卷及答案

《机械制造技术基础》期末考试试卷及答案适用专业：机械设计制造及其自动化、机械电子工程考试时间：120分钟满分：100分一、填空题（每空1分，共20分）1.刀具耐用度是指刀具从开始切削到__________为止的总切削时间。2.金属切削过程中，切削运动可分为__________和__________两类，其中速度最高、消耗功率最多的是__________。3.机床夹具通常由定位元件、夹紧装置、__________、__________、夹具体五大核心部分组成。4.定位基准按使用场合可分为__________和__________两类，其中工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和__________。5.机械加工精度包含尺寸精度、__________和__________三个方面的内容。6.砂轮的特性主要由磨料、粒度、__________、__________、组织和强度六大参数决定。7.工艺系统刚度是指工艺系统抵抗__________的能力，其倒数等于工艺系统各组成环节刚度的__________。8.装配生产的组织形式通常分为固定式装配、__________和__________三类。9.尺寸链由封闭环和__________组成，其中封闭环的公差等于所有组成环公差的__________（极值法条件下）。10.金属切削层的三个几何参数分别是切削厚度、__________和__________。二、判断题（每题1分，共10分，对的打√，错的打×）1.积屑瘤会增大刀具实际前角，因此精加工过程中应合理利用积屑瘤降低切削力。（）2.过定位会导致工件装夹变形或定位不稳定，因此生产过程中绝对不允许采用过定位方案。（）3.其他切削条件不变的前提下，切削速度越高，刀具耐用度越低。（）4.工序尺寸的公差通常按入体原则标注，即轴类尺寸的上偏差为0，孔类尺寸的下偏差为0。（）5.装配尺寸链的封闭环通常是装配过程中最后形成的尺寸，也就是需要保证的装配精度要求。（）6.磨削硬度较高的工件材料时，应选择硬度较高的砂轮，保证砂轮的耐磨性。（）7.粗加工时切削负荷大，应选用冷却性能为主的乳化液；精加工时对表面质量要求高，应选用润滑性能为主的切削油。（）8.六点定位原理要求任何情况下都必须限制工件的全部6个自由度，否则就属于欠定位。（）9.机械加工表面层的冷作硬化程度越高，表面层的耐磨性越好。（）10.修配装配法需要预留修配余量，适合大批量、高精度的产品装配。（）三、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列常用刀具材料中，耐热性（红硬性）最好的是（）A.高速钢B.硬质合金C.立方氮化硼（CBN）D.聚晶金刚石（PCD）2.下列定位方案中属于欠定位的是（）A.加工光轴的通槽，仅限制工件4个自由度B.加工阶梯轴的端面沉孔，限制工件5个自由度C.加工箱体上的不通孔，限制工件5个自由度D.加工圆盘类零件的周向键槽，限制工件3个自由度3.下列加工方法中，属于无屑塑性加工的是（）A.铰孔B.外圆滚压C.内孔珩磨D.端面铣削4.下列工艺系统误差中，属于静误差的是（）A.刀具磨损误差B.工艺系统受力变形误差C.工艺系统热变形误差D.机床调整误差5.下列装配方法中，要求各组成环公差之和等于封闭环公差的是（）A.完全互换装配法B.大数互换装配法C.修配装配法D.固定调整装配法6.下列夹具类型中，无需单独找正即可直接保证工件相对于机床、刀具的正确位置的是（）A.通用夹具B.专用夹具C.组合夹具D.随行夹具7.金属切削过程中，消耗功率占总切削功率70%以上的切削分力是（）A.主切削力（Fc）B.进给抗力（Ff）C.背向力（Fp）D.摩擦力8.下列孔加工工艺方案中，适合加工精度IT7、表面粗糙度Ra0.8μm的淬火钢孔的是（）A.钻-扩-铰B.钻-拉C.粗镗-半精镗-磨削D.粗铣-精铣-金刚镗9.机械加工工艺过程中，划分工序的核心依据是（）A.生产批量大小B.工作地点是否变动、加工是否连续C.操作工人数量D.设备类型10.下列加工误差类型中，属于常值系统误差的是（）A.毛坯余量不均引起的误差B.刀具的线性热伸长误差C.机床的制造误差D.工件残余应力引起的变形误差四、简答题（每题5分，共20分）1.简述积屑瘤的形成原因、对切削加工的影响及常用控制措施。2.简述机床夹具的主要组成部分及各部分的作用。3.什么是机械加工工艺规程？简述工艺规程的常规设计步骤。4.简述保证装配精度的4种常用装配方法及各自的适用场合。五、定位误差分析题（共10分）某工厂采用铣削工艺加工阶梯轴上的通槽，工件以φ50h6外圆在夹角α=90°的V形块上定位，加工要求如下：（1）槽宽12H9；（2）槽底至工件轴线的尺寸为35±0.15mm；（3）槽侧面与工件轴线的平行度公差为0.08mm。已知φ50h6的尺寸公差为0.016mm，试完成以下分析：（1）该加工要求下，需要限制工件的哪几个自由度？是否存在欠定位或过定位？（4分）（2）计算槽底尺寸35±0.15mm的定位误差，判断该定位方案是否满足该尺寸的加工要求。（6分）六、工艺尺寸链计算题（共10分）某箱体零件上有一φ60H7的装配孔，孔内需加工键槽，键槽深度设计要求为64.5±0.2mm，加工工艺路线如下：工序1：粗镗孔至尺寸φ59.6±0.05mm；工序2：插键槽，保证工序尺寸A；工序3：进行调质热处理；工序4：精磨内孔至φ60H7（φ60H7的上偏差为+0.03mm，下偏差为0）。试用极值法求解工序2的工序尺寸A及其上、下偏差。七、工艺路线设计题（共10分）某传动轴的两个支撑轴颈尺寸为φ30k6，要求精度等级IT6，表面粗糙度Ra≤0.8μm，材料为45钢，要求整体调质处理220-250HBW，生产批量为中小批量（年产500件），轴颈表面不允许有氧化层。试制定该支撑轴颈的加工工艺路线，说明每道工序的加工设备、工装及单边加工余量。参考答案及评分标准一、填空题（每空1分，共20分）1.达到磨钝标准2.主运动、进给运动、主运动3.对刀导向元件、连接元件4.设计基准、工艺基准、装配基准5.形状精度、位置精度6.结合剂、硬度7.外力变形、倒数之和8.移动式装配、流水式装配9.组成环、总和10.切削宽度、切削面积二、判断题（每题1分，共10分）1.×解析：积屑瘤存在脱落、粘结现象，会增大表面粗糙度，精加工过程中必须避免积屑瘤产生。2.×解析：当工件定位基准精度高、定位元件精度高时，过定位可提高工件装夹刚度，允许合理采用。3.√4.√5.√6.×解析：磨削硬材料时应选择软砂轮，保证磨钝的磨粒及时脱落，露出新的锋利磨粒。7.√8.×解析：当加工要求不需要限制全部6个自由度时，允许采用不完全定位，只要满足加工要求即可，不属于欠定位。9.×解析：冷作硬化程度过高会导致表面层脆性过大，易出现剥落，耐磨性反而下降。10.×解析：修配装配法生产效率低，适合单件小批量、高精度的产品装配。三、单项选择题（每题2分，共20分）1.C解析：立方氮化硼的红硬性可达1400℃以上，远高于硬质合金（800-1000℃）和高速钢（600℃），金刚石耐热性仅700℃且不适宜加工铁族材料，因此CBN耐热性最优。2.D解析：加工圆盘类零件周向键槽需要限制绕轴线的转动自由度、径向两个移动自由度和轴向移动自由度，共4个，仅限制3个属于欠定位，其余选项均为满足加工要求的不完全定位。3.B解析：滚压加工是利用塑性变形使表面平整，无切屑产生，其余选项均属于切削加工，有切屑产生。4.D解析：静误差是加工前就存在的误差，机床调整误差属于加工前的误差，其余均为加工过程中产生的动误差。5.A解析：完全互换法要求所有组成环公差之和不大于封闭环公差，极值法下按等于计算，可实现完全互换。6.B解析：专用夹具是针对特定工序设计，定位元件和对刀元件的位置已经预先调整好，无需再次找正。7.A解析：主切削力是切削合力在主运动方向的分力，消耗功率占总切削功率的70%-90%。8.C解析：淬火钢硬度高，铰、拉、铣等工艺难以加工，磨削适合加工淬火钢，可达到IT7精度和Ra0.8μm的粗糙度。9.B解析：工序的定义是一个或一组工人，在一个工作地点对同一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程，核心依据是工作地点和加工连续性。10.C解析：常值系统误差是大小和方向固定不变的误差，机床制造误差属于这类，其余属于随机误差或变值系统误差。四、简答题（每题5分，共20分）1.答案要点：（1）形成原因：中低速切削塑性金属材料时，切屑底层与刀具前刀面之间的摩擦阻力大于切屑内部的结合力，导致部分切屑金属粘结在刀尖附近，形成硬度是工件2-3倍的积屑瘤。（1分）（2）对加工的影响：有利影响包括增大刀具实际前角10°-15°、降低切削力30%左右、保护刀尖减少磨损；不利影响包括增大切削厚度的波动（波动量可达0.02-0.2mm）、增大工件表面粗糙度Ra值2-3级、积屑瘤脱落嵌入工件表面会导致表面缺陷。（2分）（3）控制措施：避开中速切削区间（切削速度低于3m/min或高于100m/min）、增大刀具前角10°左右、采用润滑性能好的极压切削油、对工件进行正火处理提高硬度降低塑性。（2分）2.答案要点：（1）定位元件：与工件定位基准接触，确定工件在夹具中的正确位置，消除工件的自由度，保证工件位置精度。（1分）（2）夹紧装置：对工件施加夹紧力，保证工件在加工过程中定位位置不发生变化，承受切削力、惯性力、重力等载荷，避免工件位移或振动。（1分）（3）对刀导向元件：确定刀具相对于夹具的正确位置，或引导刀具进给方向，保证刀具与工件的相对位置精度，减少对刀时间。（1分）（4）连接元件：实现夹具与机床工作台、主轴的连接，保证夹具相对于机床的位置精度，消除夹具安装误差。（1分）（5）夹具体：作为夹具的基础件，将所有夹具元件连接为一个整体，保证各元件之间的位置精度，承受切削力、夹紧力等载荷。（1分）3.答案要点：（1）工艺规程的定义：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，是指导生产的核心技术文件，也是生产计划、调度、工人操作的依据。（1分）（2）设计步骤：①分析零件图和装配图，进行工艺审查，核对零件的技术要求、材料、结构工艺性是否合理；②确定毛坯类型和制造方法，根据生产批量、材料性能、结构尺寸选择铸件、锻件、型材等毛坯；③拟定工艺路线，确定各工序的加工方法和顺序，合理划分加工阶段、安排热处理和辅助工序；④确定各工序的工序尺寸、公差和技术要求，通过工艺尺寸链计算工序尺寸；⑤确定各工序的设备、工装、切削参数和工时定额，选择符合精度要求的机床和刀具、夹具、量具；⑥填写工艺文件，包括工艺过程卡、工序卡、检验卡等，完成审批流程后投入使用。（4分，每少1个要点扣0.5分）4.答案要点：（1）完全互换装配法：依靠零件的加工精度保证装配精度，装配时无需选配、修配或调整，生产效率高，适合大批量生产、装配精度要求不高或组成环数量≤3个的产品。（1.5分）（2）大数互换装配法：按概率法分配零件公差，可放大组成环的公差，降低加工成本，存在0.27%的不合格装配概率，适合大批量生产、组成环数量≥5个的产品。（1.5分）（3）修配装配法：预留修配余量，装配时通过修配指定组成环的尺寸保证装配精度，可在零件加工精度较低的情况下获得很高的装配精度，但生产效率低，适合单件小批量、装配精度要求高的产品。（1分）（4）调整装配法：通过更换不同尺寸的调整件或调整调整件的位置保证装配精度，装配效率高，适合大批量、装配精度要求高且组成环数量多的产品。（1分）五、定位误差分析题（共10分）答案：（1）自由度限制分析：以工件轴线为X轴，槽宽方向为Y轴，槽深方向为Z轴，加工通槽需要限制的自由度包括：沿X轴（轴线方向）移动、沿Y轴移动、沿Z轴移动、绕Y轴转动、绕Z轴转动，共5个自由度（3分），绕X轴转动的自由度不影响槽宽、槽深和平行度要求，允许不限制，属于不完全定位，无欠定位和过定位问题（1分）。（2）定位误差计算：定位误差由基准不重合误差和基准位移误差两部分组成。①基准不重合误差：槽底尺寸的设计基准是工件轴线，定位基准也是工件轴线，基准重合，因此基准不重合误差ΔB=0（2分）。②基准位移误差：工件以外圆在V形块上定位，轴线的垂直方向（槽深方向）位移量ΔY=Td/(2sin(α/2))，其中Td为外圆直径公差0.016mm，α为V形块夹角90°，代入得ΔY=0.016/(2×sin45°)=0.016/(2×0.7071)≈0.0113mm（2分）。③定位误差ΔD=ΔB+ΔY=0+0.0113≈0.0113mm，该值远小于槽底尺寸公差的1/3（0.3/3=0.1mm），远低于允许的定位误差限值，因此该定位方案满足加工要求（2分）。六、工艺尺寸链计算题（共10分）答案：（1）绘制尺寸链图：封闭环为键槽深度尺寸64.5±0.2mm（加工最后自然形成的尺寸，也是需要保证的设计尺寸）；增环为工序尺寸A、磨孔后的半径尺寸30+0.015/0mm（φ60H7的半径尺寸，上偏差+0.015，下偏差0，磨孔后半径增大会使键槽深度增大）；减环为粗镗后的半径尺寸29.8±0.025mm（φ59.6±0.05的半径尺寸，上偏差+0.025，下偏差-0.025，粗镗半径越大，需要的A值越小才能保证最终键槽深度）（3分）。（2）根据极值法尺寸链基本尺寸计算公式：封闭环的基本尺寸=所有增环基本尺寸之和-所有减环基本尺寸之和即64.5=A+30-29.8，解得A=64.5-30+29.8=64.3mm（2分）。（3）封闭环上偏差计算公式：封闭环的上偏差=所有增环上偏差之和-所有减环下偏差之和即+0.2=ES(A)+0.015-(-0.025)，解得ES(A)=0.2-0.015-0.025=+0.16mm（2分）。（4）封闭环下偏差计算公式：封闭环的下偏差=所有增环下偏差之和-所有减环上偏差之和即-0.2=EI(A)+0-0.025，解得EI(A)=-0.2+0.025=-0.175mm（2分）。（5）最终工序尺寸A为64.3+0.16/-0.175mm