第7练 超高速加工技术概述（2） 江苏省（职教高考）机械类《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教）一课一练的第7练，内容涵盖2-1 超高速加工技术概述。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教） 第7练 模块2 超高速加工技术 单元1 超高速加工技术概述（2） 一、单项选择题 1．在超高速数控机床中，传统的齿轮变速和皮带传动方式已不能适应要求，取而代之的是将主轴电机与机床主轴合二为一的结构，即采用无外壳电机，空心转子直接套装在主轴上。这种主轴单元称为（ ）。 A．内装式电主轴 B．机械变速主轴单元 C．气动驱动主轴 D．液压驱动主轴 2．超高速切削刀具是实现超高速加工的关键技术之一。由于超高速切削时受离心力和振动影响，刀具系统首先必须保证的是（ ）。 A．最低的制造成本和售价 B．结构安全性和高精度动 C．最轻的刀具质量和体积 D．最简单的刀具几何形状 3．超高速切削刀具材料需要同时具备高耐磨性、高强硬度、高韧性、化学稳定性和耐高热性。由于很难找到单一材料满足全部要求，目前刀具技术发展的重点是（ ）。 A．在韧性基体上涂覆高硬耐磨镀 B．全部使用陶瓷材料制造刀具 C．增加刀具尺寸以提高散热能力 D．采用多层复合钢板制造刀具 4．超高速加工进给系统已发展到采用数字化、智能化和软件化的伺服系统。为尽量减少工作台重量但又不降低刚度，超高速进给机构通常采用（ ）。 A．高强度铸铁材料 B．高强度铝合金 C．高强度不锈钢 D．碳纤维复合材料 5．为适应进给运动高速化的要求，超高速加工机床在进给系统上采取了多种措施，其中被认为将作为新一代机床基本传动形式的是（ ）。 A．大螺距滚珠丝杠传动 B．直线电机直接驱动 C．新型直线滚动导轨 D．齿轮齿条传动 6．超高速切削时，刀具与材料之间摩擦产生的切削热量和刀具磨损程度比普通切削高得多，因此对刀具材料有特殊要求。目前综合切削性能非常好的超高速加工刀具可通过将CBN和金刚石等材料烧结在（ ）。 A．高速钢基体上 B．碳素工具钢基体上 C．硬质合金或陶瓷基 D．铝合金基体上 7．超高速切削进给速度已高达50至120m/min，要实现并准确控制这样的高速，对进给系统提出了很高要求。目前超高速进给机构采用大螺距多头滚珠丝杠的目的是（ ）。 A．降低机床制造成本 B．减轻丝杠自身重量 C．不损精度下获得高 D．简化丝杠加工工序 二、填空题 8．超高速主轴单元包括____、主轴、____和机架四个主要部分。 9．超高速切削是一个复杂的系统工程，相关技术包括____技术、____工艺。 三、综合分析题 10．某机床厂计划开发一台超高速加工中心，主轴最高转速需达到40000r/min，进给速度需达到80m/min。技术团队在方案论证时面临以下抉择：（1）主轴系统是选用传统皮带传动还是电主轴方案，请从转速范围、刚性和热稳定性三个角度分析应选择哪种方案并说明理由？（2）进给系统方面，工程师提出滚珠丝杠和直线电机两种驱动方案，请从高速适应性、精度和控制特性三方面进行对比，并给出推荐方案？（3）针对该机床计划加工的钛合金航空结构件，应选用何种刀具基体材料和涂层方案，并说明超高速切削的工艺难点是什么？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教）一课一练的第7练，内容涵盖2-1 超高速加工技术概述。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《现代制造技术基础》（苏教版·凤凰职教） 第7练 模块2 超高速加工技术 单元1 超高速加工技术概述（2） 一、单项选择题 1．在超高速数控机床中，传统的齿轮变速和皮带传动方式已不能适应要求，取而代之的是将主轴电机与机床主轴合二为一的结构，即采用无外壳电机，空心转子直接套装在主轴上。这种主轴单元称为（ ）。 A．内装式电主轴 B．机械变速主轴单元 C．气动驱动主轴 D．液压驱动主轴 【答案】A 【解析】电主轴（内装式电机主轴）是超高速主轴单元的核心形式，将无外壳电机的空心转子直接套装在机床上，定子安装在主轴单元壳体内。超高速主轴性能要求包括高转速范围、足够刚性、良好热稳定性、大功率、可靠的刀具装夹性能、先进润滑冷却系统和可靠监测系统。 2．超高速切削刀具是实现超高速加工的关键技术之一。由于超高速切削时受离心力和振动影响，刀具系统首先必须保证的是（ ）。 A．最低的制造成本和售价 B．结构安全性和高精度动 C．最轻的刀具质量和体积 D．最简单的刀具几何形状 【答案】B 【解析】由于超高速切削加工时受离心力和振动的影响，刀具的结构安全性和高精度的动平衡是至关重要的，刀具系统必须有良好的平衡状态和安全性。成本、重量和形状不是首要考虑因素。 3．超高速切削刀具材料需要同时具备高耐磨性、高强硬度、高韧性、化学稳定性和耐高热性。由于很难找到单一材料满足全部要求，目前刀具技术发展的重点是（ ）。 A．在韧性基体上涂覆高硬耐磨镀 B．全部使用陶瓷材料制造刀具 C．增加刀具尺寸以提高散热能力 D．采用多层复合钢板制造刀具 【答案】A 【解析】在具有比较好抗冲击韧度的刀具材料基体上，再加上高热硬性和耐磨性镀层的刀具是刀具技术发展的重点。也可通过CBN和金刚石等硬度很高的材料烧结在硬质合金或陶瓷基体上得到综合性能好的刀具。 4．超高速加工进给系统已发展到采用数字化、智能化和软件化的伺服系统。为尽量减少工作台重量但又不降低刚度，超高速进给机构通常采用（ ）。 A．高强度铸铁材料 B．高强度铝合金 C．高强度不锈钢 D．碳纤维复合材料 【答案】D 【解析】为了尽量减少工作台重量但又不降低刚度，超高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料。铸铁太重在高速下惯性大，铝合金刚度不足，不锈钢性价比不合适。 5．为适应进给运动高速化的要求，超高速加工机床在进给系统上采取了多种措施，其中被认为将作为新一代机床基本传动形式的是（ ）。 A．大螺距滚珠丝杠传动 B．直线电机直接驱动 C．新型直线滚动导轨 D．齿轮齿条传动 【答案】B 【解析】国内外机床专家和许多机床厂家普遍认为直线电机直接驱动是新一代机床的基本传动形式，具有控制特性好、增益大、滞动小、在高速运动中保持较高位移精度等优点。 6．超高速切削时，刀具与材料之间摩擦产生的切削热量和刀具磨损程度比普通切削高得多，因此对刀具材料有特殊要求。目前综合切削性能非常好的超高速加工刀具可通过将CBN和金刚石等材料烧结在（ ）。 A．高速钢基体上 B．碳素工具钢基体上 C．硬质合金或陶瓷基 D．铝合金基体上 【答案】C 【解析】综合切削性能非常好的超高速加工刀具，还可以通过CBN和金刚石等硬度很高的材料烧结在抗冲击韧度好的硬质合金或陶瓷材料的基体加工得到。高速钢和碳素工具钢的硬度和耐热性远不能满足超高速加工要求。 7．超高速切削进给速度已高达50至120m/min，要实现并准确控制这样的高速，对进给系统提出了很高要求。目前超高速进给机构采用大螺距多头滚珠丝杠的目的是（ ）。 A．降低机床制造成本 B．减轻丝杠自身重量 C．不损精度下获得高 D．简化丝杠加工工序 【答案】C 【解析】超高速进给机构采用大螺距多头滚珠丝杠，其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度。大螺距意味着主轴每转一圈工作台移动距离更大，多头意味着承载能力和刚性更好。 二、填空题 8．超高速主轴单元包括____、主轴、____和机架四个主要部分。 【答案】主轴动力源；轴承 【解析】本题考查基础术语的识记与理解。两个填空分别对应主轴动力源和轴承，理解其含义和使用场景即可。 9．超高速切削是一个复杂的系统工程，相关技术包括____技术、____工艺。 【答案】刀具；切削 【解析】本题考查基础术语的识记与理解。两个填空分别对应刀具和切削，理解其含义和使用场景即可。 三、综合分析题 10．某机床厂计划开发一台超高速加工中心，主轴最高转速需达到40000r/min，进给速度需达到80m/min。技术团队在方案论证时面临以下抉择：（1）主轴系统是选用传统皮带传动还是电主轴方案，请从转速范围、刚性和热稳定性三个角度分析应选择哪种方案并说明理由？（2）进给系统方面，工程师提出滚珠丝杠和直线电机两种驱动方案，请从高速适应性、精度和控制特性三方面进行对比，并给出推荐方案？（3）针对该机床计划加工的钛合金航空结构件，应选用何种刀具基体材料和涂层方案，并说明超高速切削的工艺难点是什么？ 【答案】（1）应选择电主轴方案。传统皮带传动在40000r/min转速下无法满足要求；电主轴将电机转子直接套装在主轴上，具有高转速范围、足够刚性和良好热稳定性，配备先进润滑冷却和监测系统，是超高速机床无一例外采用的结构形式。（2）推荐直线电机直接驱动方案。滚珠丝杠在80m/min高速下临界转速和热变形问题突出；直线电机消除传动环节，控制特性好、滞动小、高速精度高，被公认为新一代机床基本传动形式。（3）刀具方案：以抗冲击韧度好的硬质合金为基体，烧结CBN或金刚石获得高硬度高耐磨性和足够韧性的复合刀具。工艺难点：钛合金属难加工材料，超高速切削机理尚在探索，切屑形成机理、切削力热变化规律和刀具磨损影响均为当前研究焦点和生产难点。 【解析】本题以机床开发方案论证为场景，融合了超高速加工三大关键技术：主轴系统（电主轴选型）、进给系统（直线电机vs滚珠丝杠对比）、刀具系统（CBN/金刚石复合刀具在硬质合金基体上烧结）。同时触及了超高速切削机理研究的现实难点，钛合金等难加工材料的工艺规范尚不完善。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $