《车工》八种机械设备加工工艺!模拟练习题及答案考试学习!

以下将详细介绍8种常见的机械加工工艺，每种机械加工工艺都有其特定的应用领域和优势。选择适当的工艺取决于零件的材料、形状、尺寸和表面要求。

车削可以分为不同的类型，包括外圆车削、内圆车削、车削平面、车削螺纹等。

在铣削作业中，刀具的旋转构成了主要切削动作。当进行卧式铣削时，平面是通过铣刀外圆面上的切削刃来生成的；而在立式铣削中，平面则是由铣刀的端面刃来形成的。提升铣刀的旋转速度可以显著加快切削速度，从而提升生产效率。然而，由于铣刀刀齿在切入和切出材料时会产生冲击，这可能导致切削过程中产生振动，进而限制了加工表面的质量提升。这种冲击还会加速刀具的磨损甚至破损，尤其是对于硬质合金刀片而言，可能会导致其碎裂。好在，在刀具与工件分离的大部分时间里，能够得到一定程度的冷却，因此散热条件相对较好。

根据铣削时刀具主运动速度与工件进给方向的关系，可以分为顺铣和逆铣两种方式。在铣削过程中，铣削力的水平分量与工件的进给方向一致。由于工件台进给丝杠与固定螺母之间通常存在一定的间隙，因此切削力可能会使工件和工作台一同向前移动，导致进给量突然增加，进而造成刀具损坏。当铣削表面硬度较高的工件（如铸件或锻件）时，顺铣会使刀齿首先接触到工件的硬皮，从而加剧了铣刀的磨损。相比之下，逆铣则可以避免顺铣时可能出现的工件窜动现象。但逆铣也有其不利之处，因为切削厚度从零开始逐渐增加，刀刃在开始阶段会在已经硬化的已加工表面上挤压滑行，这会加速刀具的磨损。同时，逆铣时铣削力会使工件上抬，容易引起振动。

铣削的加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为6.3—1.6μm。

刨削工艺是利用刨刀在工件表面上进行材料切削，以获得平坦的表面、精确的尺寸和高质量的表面光洁度。这一技术广泛应用于大型工件平坦表面的加工，如机床底座、床身等，为工件提供精确的配合面。

刨削过程通常分为粗加工和精加工两个阶段。在粗加工阶段，刨刀以较大的切削深度快速去除材料；而在精加工阶段，则减小切削深度，以追求更高的表面质量和尺寸精度。

刨削技术可分为手动刨削和自动刨削两种。手动刨削适用于小批量生产和简单的加工任务；而自动刨削则通过自动化机床控制刨刀的移动，确保加工过程的稳定性和高效性。

值得注意的是，刨削过程中刀具的往复直线运动构成了主要的切削动作。因此，刨削速度相对较慢，导致生产率较低。尽管如此，刨削过程相比铣削更为平稳，其加工精度通常能达到IT8至IT7级别，表面粗糙度范围为Ra6.3至1.6微米。在精刨加工下，平面度可达0.02毫米/1000毫米，表面粗糙度则可降至0.8至0.4微米。

插削工艺是通过插削刀具逐步深入工件进行切削，以此来塑造工件内部的复杂轮廓。它常被用于制造工件上的轮廓、凹槽、孔等复杂几何形状，且能够达成较高的加工精度和优质的表面光洁度，非常适合对零件精度和表面质量有严格要求的场合。插削工艺主要分为平面插削、轮廓插削、凹槽插削以及孔插削几种类型。

平面插削专门用于加工平坦的工件表面，旨在获取平整的表面效果和精确的尺寸。轮廓插削则针对复杂轮廓形状进行加工，例如模具和各种精密零件。凹槽插削适用于制造凹槽和沟槽，切削刃会深入工件并沿着其表面进行切削。孔插削则专注于加工孔洞的内轮廓，切削刃会伸入孔洞内部并对其内表面进行切削。

特种加工

特种加工方法是指区别于传统切削加工方法，利用化学、物理(电、声、光、热、磁)或电化学方法对工件材料进行加工的一系列加工方法的总称。这些加工方法包括：化学加工(CHM)、电化学加工(ECM)、电化学机械加工(ECMM)、电火花加工(EDM)、电接触加工(RHM)、超声波加工(USM)、激光束加工(LBM)、离子束加工(IBM)、电子束加工(EBM)、等离子体加工(PAM)、电液加工(EHM)、磨料流加工(AFM)、磨料喷射加工(AJM)、液体喷射加工(HDM)及各类复合加工等。

电火花加工

电火花加工技术是一种非传统的加工方法，它基于工具电极与工件电极之间瞬间火花放电产生的高温来蚀除工件表面的材料。电火花加工机床的核心构成包括脉冲电源、自动进给装置、机床主体以及工作液的循环与过滤系统。在加工过程中，工件被稳固地安装在机床的工作台上。

脉冲电源为加工过程提供必要的能量，其正负两极分别与工具电极和工件相连。随着工具电极在自动进给装置的驱动下逐渐靠近工件，并在工作液中形成间隙，极间电压会击穿该间隙，引发火花放电，释放出巨大的热量。工件表面局部材料因吸收这些热量而急剧升温（超过10000℃），进而熔化甚至气化，最终被蚀除，留下一个微小的凹坑。

为了确保加工过程的顺利进行，工作液的循环与过滤系统发挥着关键作用。它迫使清洁的工作液以一定的压力流经工具电极与工件之间的间隙，及时清除电蚀产物，并将这些产物从工作液中有效过滤掉。随着多次放电的发生，工件表面会累积大量的凹坑。

在自动进给装置的持续驱动下，工具电极不断下降，其轮廓形状逐渐被“复制”到工件上。尽管工具电极材料在加工过程中也会被蚀除，但其蚀除速度远低于工件材料。利用特殊形状的工具电极，电火花成形加工机床能够加工出相应形状的工件。

①加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；

②加工半导体材料及非导电材料；

③加工各种型孔、曲线孔和微小孔；

④加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、塑料模的模膛；

⑤用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。用线电极加工二维轮廓形状工件的电火花线切割机床。

电 解 加 工

电解加工是一种利用电化学原理，特别是金属在电解液中的阳极溶解现象，来对工件进行成型加工的技术。在这个过程中，工件被连接到直流电源的正极，而工具则被连接到负极，它们之间维持着一个微小的间隙（通常在0.1毫米至0.8毫米之间）。

同时，有一定压力（范围在0.5兆帕至2.5兆帕）的电解液以高速（流速在15米/秒至60米/秒之间）通过这个间隙。随着工具阴极不断地向工件进给，工件表面上与阴极相对的部分会按照阴极型面的形状逐渐溶解。这个溶解过程中产生的电解产物会被高速流动的电解液迅速带走。

因此，随着加工的进行，工具型面的形状就被“复制”到了工件上，实现了对工件的精确成型加工。

① 工作电压小，工作电流大；

②以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔；③可加工难加工材料；

④生产率较高，约为电火花加工的5～10倍；

⑤加工中无机械切削力或切削热，适于易变形或薄壁零件的加工；⑥平均加工公差可达±0.1mm左右；⑦附属设备多，占地面积大，造价高；

⑧电解液既腐蚀机床，又容易污染环境。电解加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻印等。

激 光 加 工

激光加工机是用于对工件实施激光加工的关键设备，其构成主要包括激光器、电源供应装置、光学组件以及机械系统。在这些组件中，激光器（常见的类型有固体激光器和气体激光器）负责将电能转化为光能，进而产生所需的激光束。这束激光经过光学系统的精确聚焦后，会被引导至工件上进行加工操作。

工件被稳固地安装在一个三坐标精密工作台上，这个工作台由先进的数控系统进行操控和驱动。在加工过程中，数控系统会精确地控制工作台的移动，即工件的进给运动，以确保加工过程按照预定的要求进行。

① 不需要加工工具；

② 激光束的功率密度很高，几乎对任何难加工的金属和非金属材料都可以加工；

③ 激光加工是非接触加工，工件无受力变形；

④ 激光打孔、切割的速度很高，加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响，工件热变形很小。

⑤激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。激光加工已广泛用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、发散式气冷冲片的多孔蒙皮、发动机喷油咀、航空发动机叶片等的小孔加工以及多种金属材料和非金属材料的切割加工。

超 声 波 加 工

超声波加工是一种独特的工艺，它利用频率为16KHz至25KHz的工具端面振动来冲击悬浮在工作液中的磨料颗粒。这些磨料颗粒在受到工具端面的冲击后，会以极高的速度撞击并抛磨工件表面，从而实现材料的去除和工件的加工。

在这个过程中，超声发生器起到了将工频交流电能转换为具有特定功率输出的超声频电振荡的作用。这个电振荡随后通过换能器被转化为超声机械振动。为了增强振动的效果，振幅扩大棒被用来将振动的位移幅值从0.005mm至0.01mm放大到0.01mm至0.15mm，从而驱动工具进行振动。

在振动的作用下，工具端面不断地冲击工作液中的磨料颗粒，使它们以巨大的速度撞击工件表面。虽然每次撞击去除的材料量很少，但由于撞击的频率非常高，因此仍然能够保持一定的加工速度。同时，工作液的循环流动确保了被去除的材料微粒能够被及时带走，避免了对加工过程的干扰。

随着工具的逐渐深入，其形状便被精确地“复印”到了工件上。此外，超声波加工还可以与其他加工方法相结合，形成复合加工技术，如超声车削、超声磨削、超声电解加工和超声线切割等。这些复合加工方法能够充分发挥各自的优势，显著提高加工效率、加工精度以及工件的表面质量。

一、单选题（每题1分，共20分）

1. 数控车床的G代码中，G01表示（）（1分）

A. 快速定位   B. 直线插补   C. 圆弧插补   D. 回参考点

【答案】B  【解析】G01是直线插补指令。

2. 切削速度一般用（）表示（1分）

A. mm/min   B. m/min   C. r/min   D. m/s   

【答案】B  【解析】切削速度的国际单位是米每分钟（m/min）。

3. 螺纹的导程是指（）（1分）

A. 螺纹牙顶到牙底的垂直距离   B. 螺栓旋转一周时沿轴线移动的距离

C. 螺纹的最大直径   D. 螺纹的最小直径

【答案】B  【解析】导程是螺纹旋转一周时沿轴线移动的长度。

4. 刀具磨损的主要形式是（）（1分）

A. 脆性断裂   B. 塑性变形   C. 磨损   D. 蠕变

【答案】C  【解析】刀具磨损是切削过程中常见的失效形式。

5. 数控程序段“G00 X100 Z50；”表示（）（1分）

A. 直线插补至（100，50）   B. 快速定位至X100，Z50   

C. 圆弧插补至（100，50）   D. 切削至X100，Z50   

【答案】B  【解析】G00是快速定位指令。

6. 铣削时，铣刀的转速与切削速度的关系是（）（1分）

A. 成正比   B. 成反比   C. 无关   D. 时成正比时成反比

【答案】A  【解析】切削速度与刀具半径成正比。

7. 数控机床的进给率用（）表示（1分）

A. F   B. S   C. T   D. M   

【答案】A  【解析】F是进给率指令。

8. 精加工通常采用（）（1分）

A. 较大的切削深度   B. 较高的切削速度

C. 较小的进给量   D. 较大的刀具直径

【答案】C  【解析】精加工追求尺寸精度和表面质量，需较小的进给量。

9. 下列材料中，最适合制造车刀的是（）（1分）

A. 高速钢   B. 碳钢   C. 合金钢   D. 铝合金

【答案】A  【解析】高速钢（HSS）具有良好韧性，适合切削加工。

10. 数控系统中的“坐标系”包括（）（1分）

A. 工件坐标系和机床坐标系   B. 直角坐标系和极坐标系

C. 用户坐标系和全局坐标系   D. 以上都对

【答案】A  【解析】数控编程涉及工件坐标系和机床坐标系。

11. 切削过程中，切削热主要来源于（）（1分）

A. 刀具磨损   B. 工件变形   C. 刀具与工件摩擦   D. 电机损耗

【答案】C  【解析】摩擦是切削热的主要产生原因。

12. 螺纹的螺距是指（）（1分）

A. 螺纹牙顶到牙底的垂直距离   B. 相邻两牙中径线上的轴向距离

C. 螺纹的最大直径   D. 螺纹的最小直径

【答案】B  【解析】螺距是相邻两牙中径线上轴向距离。

13. 铣削时，铣刀的旋转方向与工件进给方向的关系是（）（1分）

A. 相同   B. 相反   C. 无关   D. 时相同时相反

【答案】A  【解析】通常采用顺铣提高加工质量。

14. 数控程序中，“M03”表示（）（1分）

A. 主轴停止   B. 主轴反转   C. 主轴正转   D. 冷却液开启

【答案】C  【解析】M03是主轴正转指令。

15. 刀具磨损到一定程度会导致（）（1分）

A. 加工表面粗糙度增大   B. 加工效率提高

C. 切削力减小   D. 刀具寿命延长

【答案】A  【解析】磨损影响表面质量。

16. 数控车床的“刀架”类型包括（）（1分）

A. 固定刀架和回转刀架   B. 液压刀架和电动刀架

C. 气动刀架和液压刀架   D. 以上都对

【答案】A  【解析】常见的有固定和回转刀架。

2. 影响切削效率的因素有（）（4分）

A. 切削速度   B. 切削深度   C. 进给量   D. 刀具材料

E. 切削热

【答案】A、B、C  【解析】效率由切削用量决定，D、E与效率间接相关。

3. 数控程序的常见格式错误包括（）（4分）

A. 变量未定义   B. 单位错误   C. 指令重复   D. 坐标值超程

E. 字符缺失

【答案】A、B、C、D、E  【解析】以上均会导致程序中断或报警。

4. 螺纹加工的注意事项有（）（4分）

A. 选择合适的螺距   B. 控制切削深度

C. 保持刀具锋利   D. 防止工件振动

E. 使用合适的切削液

【答案】A、B、C、D、E  【解析】螺纹加工对精度要求高，需全面控制。

5. 数控机床的安全操作要求包括（）（4分）

A. 佩戴防护眼镜   B. 定期检查刀具

C. 避免带手套操作   D. 切削过程中不停机调整

E. 工作区域保持整洁

【答案】A、B、C、E  【解析】D会导致事故，需暂停调整。

三、填空题（每空2分，共24分）

1. 数控编程的常用代码包括______（准备功能）、______（辅助功能）和______（进给

功能）。（6分）【答案】G代码；M代码；F代码

2. 切削过程中，切削力主要由______力、______力和______力组成。（6分）【答案】

主切削力；进给力；背向力

3. 数控车床的常用刀柄类型有______和______。（4分）【答案】7:24莫氏锥度；BT

系列锥度

4. 刀具磨损的监测方法包括______、______和______。（6分）【答案】听声法；振动

法；温度法

5. 切削液的作用包括______、______和______。（6分）【答案】冷却；润滑；防锈

四、判断题（每题2分，共10分）

1. 数控机床的坐标系原点固定不变。（）（2分）

【答案】（×）【解析】机床坐标系原点固定，工件坐标系原点可移动。

2. 切削速度越高，切削效率越高。（）（2分）

【答案】（×）【解析】过高的切削速度可能加剧磨损和振动。

3. 螺纹的导程与螺距总是相等。（）（2分）

【答案】（×）【解析】单头螺纹导程等于螺距，多头螺纹导程是螺距的倍数。

4. 数控编程时，G00和G01都可以实现直线插补。（）（2分）

【答案】（×）【解析】G00是快速定位，不插补；G01是直线插补。

5. 切削过程中产生的热量主要靠切削液带走。（）（2分）

【答案】（×）【解析】热量主要由工件和刀具分担，部分靠切削液带走。

五、简答题（每题4分，共16分）

1. 简述数控车床的主要组成部分及其功能。（4分）

【答案】

（1）主轴系统：提供切削动力；

（2）进给系统：控制刀具和工件相对运动；

（3）数控系统：存储并执行加工程序；

（4）冷却系统：降低切削温度；（5）刀架：安装和更换刀具。

2. 切削过程中，如何减少切削热的影响？（4分）

【答案】

（1）选择合适的切削参数；

（2）使用锋利刀具；

（3）充分润滑；（4）优化切削方式（如顺铣）。

3. 数控编程时，绝对坐标和相对坐标的区别是什么？（4分）

【答案】

绝对坐标：以固定原点计算坐标；相对坐标：以当前点为基准计算位移。

4. 刀具磨损的常见形式有哪些？（4分）

【答案】

（1）磨料磨损；

（2）粘结磨损；

（3）扩散磨损；（4）疲劳破损。

六、分析题（每题10分，共20分）

1. 某零件图纸要求外圆直径为φ50±0.05mm，试分析加工过程中可能影响尺寸精度的因

素。（10分）

【答案】

（1）机床精度：主轴径向跳动、导轨误差；

（2）刀具磨损：直径变化；

（3）切削热：热变形；

（4）夹具误差：定位不准确；

（5）测量误差：量具精度不足；（6）切削用量选择：切削深度和进给量不当。

2. 比较数控车削和普通车削在加工效率、精度和成本方面的差异。（10分）

【答案】

（1）加工效率：数控车削自动化程度高，效率远超普通车削；

（2）精度：数控车削重复精度高，普通车削依赖人工经验；（3）成本：数控车床初期

投入大，但长期稳定生产降低综合成本，普通车削初期成本低但人工成本高。

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1. 某零件加工程序如下，请解释程序功能并计算第一刀的切削参数。（25分）

``` 

O1000; 

G50 X0 Z0; 

G97 S600 M03; 

G00 X50 Z2; 

G01 X30 F100 Z-10; 

M05; 

G28 Z0; 

``` 

【答案】

（1）程序功能：

- 初始化坐标系；

- 主轴正转600rpm；

- 快速定位至起刀点（50,2）；

- 直线插补加工X30至Z-10（切削深度10mm）；

- 主轴停止；  - X轴自动回参考点。

（2）切削参数计算：

- 切削速度：v=πDS/1000=π×30×600/1000≈56.6m/min；

- 进给率：F=100mm/min；

- 切削深度：a=10mm；  - 切削宽度：b=50-30=20mm。

2. 设计一个圆柱外圆加工的数控加工程序，要求直径φ40±0.03mm，长度50mm，材料45

钢。（25分）

【答案】

``` 

O2000; 

G50 X0 Z0; 

G97 S800 M03; 

G00 X50 Z5; 

G01 X40 F80 Z-50; 

G00 X0 Z0; 

M05; 

G28 Z0; 

``` 

- 主轴转速800rpm，进给率80mm/min；

- 加工范围X0→X40（直径补偿需单独编程）；  - 检查程序满足图纸尺寸要求。

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**标准答案**  一、单选题：1.B 2.B 3.B 4.C 5.B 6.A 7.A 8.C 9.A 10.A 11.C 12.B 

13.A 14.C 15.A 16.A 17.B 18.A 19.D 20.A 

二、多选题：1.A、B、C、E 2.A、B、C 3.A、B、C、D、E 4.A、B、C、D、E 5.A、B、C、

E 

三、填空题：1.G代码；M代码；F代码 2.主切削力；进给力；背向力 3.7:24莫氏锥度；

BT系列锥度 4.听声法；振动法；温度法 5.冷却；润滑；防锈

四、判断题：1.（×） 2.（×） 3.（×） 4.（×） 5.（×）

五、简答题略（参照答案部分）

六、分析题略（参照答案部分）

七、综合应用题略（参照答案部分）