2025年注冊機械工程師考試機械制造工藝與設備專項訓練沖刺試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、試述金屬切削過程中切削力產生的原因，并說明影響切削力的主要因素有哪些？在制定工藝規(guī)程時，如何利用控制切削用量的方法來降低切削力？二、某車床主軸箱內一軸頸，材料為45鋼，要求加工后的尺寸為?50H8（mm），表面粗糙度Ra值為0.8μm。該軸頸在箱體上的位置如圖所示（此處無圖，請想象一個典型軸頸在箱體中的位置）。若該軸頸的毛坯尺寸為?52mm，試制定其加工工藝路線，并說明選擇粗、精加工余量的原則和計算方法。在加工過程中，應選擇哪種基準作為定位基準？為什么？三、簡述組合夾具的組成及其優(yōu)點。在加工一批形狀復雜的薄板零件的內孔時，若零件剛性較差，試分析采用組合夾具裝夾該零件可能遇到的問題，并提出相應的改進措施。四、某銑削加工工序，加工一批零件上的平面，工件材料為鑄鐵，硬度為180HBW。已知銑刀直徑D=100mm，齒數(shù)Z=10，切削速度vc=30m/min，進給量f=0.2mm/z。試計算該工序的切削厚度ac和切削寬度ae（假設為端銑）。若該銑床主軸允許的最大輸出功率為Pd=7.5kW，試計算該工序的理論切削功率Pc，并判斷該加工過程是否需要考慮冷卻潤滑？說明理由。五、試分析影響鑄件氣孔形成的主要原因，并提出防止氣孔產生的措施。在鑄造生產中，如何通過選擇合適的澆注系統(tǒng)來減少或避免氣孔缺陷的產生？六、簡述焊接殘余應力的類型及其對焊接結構可能產生的影響。為了減小焊接殘余應力，可以采取哪些工藝措施？請列舉兩種主要措施并說明其原理。七、某零件需加工一批孔，材料為鋁合金，要求孔的尺寸為?10H7（mm），表面粗糙度Ra值為1.6μm。毛坯上該處為未加工的孔，孔壁較薄。試比較在立鉆、搖臂鉆和數(shù)控鉆床上加工該批孔的優(yōu)缺點，并說明選擇哪種機床更為合適。若采用鉆-擴-鉸的加工方案，請簡述各工序的加工目的。八、試述齒輪加工中，產生齒形誤差的主要來源有哪些？在磨齒加工中，為了獲得精確的齒形，通常采用哪種磨齒方法？簡述該方法的基本原理。九、某加工車間生產一批軸類零件，發(fā)現(xiàn)零件表面出現(xiàn)磨削燒傷現(xiàn)象。試分析產生磨削燒傷的主要原因，并提出防止磨削燒傷的常用措施。十、在機械裝配過程中，如何選擇裝配基準？試述保證裝配精度的常用方法有哪些？例如，解釋什么是“修配法”及其適用場合。試卷答案一、金屬切削過程中，切削力產生的主要原因是切削刃對工件切屑層施加的切削作用力，以及切屑與前面、工件與后面之間的摩擦力。影響切削力的主要因素包括：切削用量（切削速度、進給量、切削深度）；被加工材料（強度、硬度、塑性、韌性）；刀具幾何參數(shù)（前角、后角、主偏角等）；切削環(huán)境（如冷卻潤滑條件）。在制定工藝規(guī)程時，可以通過控制切削用量來降低切削力。具體措施包括：在保證加工質量的前提下，盡量選擇較大的切削深度和進給量（但需考慮機床、刀具的承載能力）；適當降低切削速度（尤其對于韌性較好的材料）；采用斷續(xù)切削等方式。選擇合適的刀具幾何參數(shù)（如增大前角）也可以有效降低切削力。二、加工工藝路線建議如下：1.車削：粗車外圓至?51.5mm左右，半精車外圓至?49.8mm，精車外圓至?50.05mm。2.鉆孔：鉆孔至?49.5mm（或根據(jù)后續(xù)加工需要確定毛坯孔徑）。3.熱處理：調質處理（淬火+高溫回火），以獲得良好的綜合力學性能。4.銑削：銑削端面，保證端面與軸心線的垂直度。5.車削：半精車軸頸至?50.2mm，精車軸頸至?50.04mm，保證尺寸和表面粗糙度。6.磨削：對外圓進行研磨（或高精度車削），最終保證尺寸?50H8，表面粗糙度Ra0.8μm。粗加工余量：毛坯?52mm-粗車后尺寸?51.5mm≈0.5mm。精加工余量：?50.04mm-精車后尺寸?50.05mm≈0.01mm（此處精加工余量較小，實際可能需根據(jù)磨削余量重新核算）。選擇粗、精加工余量原則：粗加工余量需考慮毛坯誤差、加工余量不均勻性、各表面余量分配等；精加工余量需保證最終加工精度和表面質量要求，數(shù)值較小且均勻。定位基準選擇：應選擇零件在箱體中的裝配基準或設計基準作為加工定位基準，通常是軸頸本身或與之緊密配合的端面，以符合基準統(tǒng)一、基準不變原則，保證加工精度和裝配精度。三、組合夾具通常由標準化的夾具體、定位元件、夾緊元件、連接件和輔助元件等組成。其優(yōu)點是：組裝靈活、方便、快速；可重復使用；成本相對較低；適用于單件、中小批量生產及新產品試制。加工薄板零件內孔時，采用組合夾具可能遇到的問題：1.夾緊力過大導致工件變形，影響孔的尺寸精度和位置精度。2.定位不穩(wěn)定，薄板易變形或位移。3.夾具本身剛度不足，在切削力作用下產生變形，影響加工精度。改進措施：1.采用彈性夾緊裝置或可調小夾緊力的元件，分散夾緊力點。2.增加定位支撐點或使用輔助定位元件，提高定位穩(wěn)定性。3.選用剛度更高的夾具體或增加加強筋，必要時采用輔助夾具（如壓板）加強支撐。4.優(yōu)化夾具設計，減少接觸點，避免應力集中。四、切削厚度ac=ap*sin(φ)，其中ap為切削深度，φ為主偏角。假設端銑時主偏角φ=90°，則ac≈ap。若ap按總余量的一半估算，即ap≈(52-50)/2=1mm。切削寬度ae≈D*sin(εr)，εr為刀尖角，對于端銑，εr≈90°，則ae≈D=100mm。切削速度vc=30m/min，進給量f=0.2mm/z，銑刀齒數(shù)Z=10。每齒進給量fz=f/Z=0.2/10=0.02mm/z。切削厚度ac≈ap=1mm。切削寬度ae≈100mm。切削功率Pc=vc*f*Z*ap*ae/1000=30*0.2*10*1*100/1000=6kW。比較：理論切削功率Pc(6kW)<機床允許最大輸出功率Pd(7.5kW)。判斷：該加工過程理論計算上功率足夠，但需考慮實際切削力可能因斷續(xù)切削、刀具磨損等因素增大，且未考慮輔助時間、空行程等功耗。為保證安全高效，建議選擇較低些的切削用量，并監(jiān)控實際功率。需要冷卻潤滑，因為鋁合金切削易產生熱量和積屑瘤，且切屑呈連續(xù)片狀，使用冷卻潤滑可降低溫度、減少摩擦、沖走切屑、提高表面質量。五、鑄件氣孔產生的主要原因：型腔內氣體在金屬液澆注和冷卻過程中未能及時排出；金屬液中含有過多氣體（如水分、揮發(fā)物）；金屬液吸氣；澆注溫度過高導致氣體溶解度下降而在后期析出；鑄型（砂型）透氣性差。防止氣孔產生的措施：1.提高型砂和芯砂的透氣性：選擇透氣性好的原砂，合理控制型砂水分和緊實度，使用排氣針、排氣槽等結構。2.排除型腔中的氣體：澆注前充分預熱鑄型，開設足夠數(shù)量的出氣孔。3.減少金屬液中的氣體：對金屬液進行充分的熔煉和精煉處理，去除氣體和雜質；控制澆注溫度，避免溫度過高。4.優(yōu)化澆注系統(tǒng)設計：采用合理的澆注系統(tǒng)結構（如帶有過濾裝置），使金屬液平穩(wěn)流動，減少卷氣；適當提高澆注速度，利用金屬液的動能幫助排氣，但要避免沖砂和飛濺。六、焊接殘余應力類型：根據(jù)應力存在的位置，分為焊接表面殘余應力、焊接內部殘余應力（拉應力為主）。對焊接結構的影響：導致結構產生變形（翹曲、扭曲、收縮）；降低結構的靜載和疲勞強度；可能引起應力腐蝕開裂或延遲裂紋；影響結構的尺寸精度和穩(wěn)定性。減小焊接殘余應力的工藝措施：1.焊后熱處理（預熱+緩冷/退火）：預熱可以降低焊縫和附近區(qū)域的冷卻速度，減少應力產生；緩冷或退火可以使焊縫和母材內部原子重新排列，降低殘余應力水平。這是最常用且有效的方法。2.合理設計焊接結構：采用對稱結構、增加剛性拘束度、設置加強筋、采用斜焊縫、預留收縮余量等。3.優(yōu)化焊接工藝：采用較小的焊接線能量（如快速焊接、小電流、窄間隙焊）；分段退焊、對稱焊接；調整層間溫度等。4.錘擊或振動時效：對焊后冷卻到一定溫度范圍的結構進行錘擊或施加振動，利用沖擊或振動能量使殘余應力松馳。七、比較：*立鉆：優(yōu)點是結構簡單、價格低、操作靈活，適合加工中小批量、單件生產或工件剛性較好的孔。缺點是排屑和冷卻不如搖臂鉆方便，加工大直徑孔或深孔效率低，精度相對不高。*搖臂鉆：優(yōu)點是主軸可沿立柱移動和回轉，方便加工不同位置上的孔，排屑和冷卻較好，適合加工大型工件或需要多工位加工的孔。缺點是結構復雜、成本高，移動和回轉主軸時存在慣性，剛性不如立鉆。*數(shù)控鉆床：優(yōu)點是加工精度高、加工效率高、自動化程度高，可加工復雜孔系，適用于大批量、高精度生產。缺點是設備投資大，編程和操作相對復雜。選擇：對于鋁合金材料、?10H7尺寸、Ra1.6μm要求、毛坯未加工孔、孔壁較薄的情況，若批量不大，數(shù)控鉆床是最佳選擇，能保證精度和效率。若批量較小，數(shù)控鉆床成本可能過高，立鉆是較經濟的選擇，但需注意孔壁薄可能導致振動和變形，需選擇合適的參數(shù)或使用輔助支撐。搖臂鉆適用于大型工件，在此場景下可能不是最優(yōu)。鉆-擴-鉸加工方案：*鉆削：去除毛坯材料，為后續(xù)加工形成初步孔形。*擴孔：擴大鉆削后的孔徑，使孔壁更光潔，尺寸精度更高，并去除部分鉆削時的變形。*鉸削：對孔進行精加工，獲得最終的尺寸精度（H7）、形狀精度和表面粗糙度（Ra1.6μm）要求。八、齒輪加工中產生齒形誤差的主要來源：1.刀具誤差：刀具本身的制造誤差（如齒形誤差、齒距誤差）、磨損。2.機床誤差：分度機構誤差、進給機構誤差、齒條或蝸桿傳動的誤差、床身導軌誤差等。3.機床安裝誤差：刀具相對工件安裝不準確（如徑向圓跳動、軸向竄動）、工件裝夾誤差。4.工件誤差：毛坯齒坯的加工誤差（如齒圈徑向跳動、齒距累積誤差）。5.切削過程誤差：如分度不精確、進給不均勻、切削力波動等。磨齒加工中，為了獲得精確的齒形，通常采用成形法磨齒。其基本原理是：利用一個具有精確齒形的砂輪輪齒（或成形刀具），通過與工件齒槽進行相對運動（展成運動和磨削運動），逐步磨除齒槽內的多余金屬，從而復制出精確的齒形。這種方法能直接獲得高精度的齒形。九、磨削燒傷產生的主要原因：在磨削過程中，由于高速切削產生大量熱量，導致工件磨削表面溫度急劇升高（超過材料的回火溫度），使已加工的表面組織發(fā)生局部回火現(xiàn)象，硬度和耐磨性下降，顏色變深（呈黃、褐、黑等），形成磨削燒傷。防止磨削燒傷的常用措施：1.改善冷卻條件：使用高壓大流量冷卻液，并使其充分噴淋到磨削區(qū)；采用內冷卻方式；選擇合適的冷卻液種類（如乳化液、合成冷卻液）。2.選擇合適的磨削用速：降低砂輪線速度，減少切削熱量產生；提高工件線速度，相對降低磨削比，減少單位面積產生的熱量。3.選擇合適的磨削用量：適當增大進給量，同時相應降低砂輪速度或工件速度；控制磨削深度（背吃刀量）。4.選擇合適的砂輪：選用硬度較低、組織疏松、具有一定韌性的砂輪，以減少切削力和摩擦熱。5.控制磨削余量：盡量采用較小的磨削余量。6.采用緩進磨削：對于韌性較好的材料或精密磨削，采用緩進磨削，一次磨削深度很小，進給次數(shù)多，散熱條件好。十、裝配基準的選擇原則：1.設計基準優(yōu)先原則：優(yōu)先選用零件圖上標注的設計尺寸的基準作為裝配基準，以保證裝配后的尺寸關系和相對位置精度。2.工藝基準優(yōu)先原則：在保證設計要求的前提下，選用便于裝配、定位穩(wěn)定的表面作為基準。3.統(tǒng)一基準原則：盡可能選用同一基準定位零件上的多個相關尺寸，簡化裝配過程。4.自為基準原則：在某些情況下，將加工精度要求高的表面作為裝配基準。裝配精度保證的常用方法：1.互換裝配法：零件加工精度較高，裝配時無需挑選或修配，能保證裝配精度。適用于大批量生產。2.選配裝配法：從一批規(guī)格稍有不同的零件中，挑選合適的零件進行配對裝配，以達到裝配精度要求。適用于中批量生產。3.修配裝配法：在裝配過程中，對其中某個或某幾個零件的特定部位進行加工（如刮削、研磨、銼削、鉆孔等），以消除累積誤差，保證裝配精度。適用于單件、小批