2017-2018学年第二学期机械制造技术基础作业

1、标准文档2017-2018学年第二学期机械制造技术基础作业1、切削用量三要素包含哪些？请分别解释它们的定义，并说明如何计算。答：切削用量三要素：切削速度 V、进给量f、背吃刀量ap 切削速度 Vc：主运动的速度，大多数切削加工的主运动采用回 转运动。进给量f :进给速度 Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s（mm/min）。进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动 方向的相对位移，单位是 mm/r。背吃刀量ap:对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，单位mm2、刀具前角和主偏角对切削力有何影响？切削力三个分力对工艺系统各有何影响？答：1）刀具前角增

2、大，切削力减小。2）主偏角增大，切深抗力减小，而进给抗力增大。3）主切削力是最大切削力，直接影响机床主电机功率选择、主 轴强度和刚度设计以及刀具强度设计。4） 进给抗力直接影响机床进给系统的功率、强度和刚度的设计。5）切深抗力是造成让刀和细长工件变形从而引起加工形状和尺寸误差的主要原因。3、刀具切削部分材料应具备哪些性能 ？为什么？答:刀具切削材料应具备的性能:高的硬度和耐磨性；足够 的强度和韧度；高的耐热性； 良好的工艺性；满足良好 的经济性。 原因：在切削过程中，刀具直接切除工件上的余量 并形成已加工表面。切削加工时，由于摩擦与变形，刀具承受了 很大的压力和很高的温度，因此在选择刀具材料时

3、应该要考虑材 料的硬度、耐磨性、强度、韧度、耐热性、工艺性及经济性。刀 具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影响，因此要 重视刀具材料的正确选择和合理使用4、切削热是怎样产生？它对切削加工有何影响？ 答：切削加工过程中，切削功几乎全部转化为热能，将产生大量 的热量，将这种产生于切削过程的热量称为切削热。其来源主要有3种：（1 ）切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源。（2）切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量。（3）零件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。传入零件的切削热，使零件产生热变形，影响加工精度，特别是加工薄壁零件、细长零件 和精密零件时，热变形的影响更大。磨削淬火钢件时，

4、磨削温度 过高，往往使零件表面产生烧伤和裂纹， 影响零件的耐磨性和使 用寿命。传入刀具的切削热，比例虽然不大，但由于刀具的体积 小，热容量小，因而温度高，高速切削时切削切削温度可达 1000 度，加速了刀具的磨损。5、试描述积屑瘤现象及成因。积屑瘤对切削过程有哪些影响？答：在切削速度不高而又能形成连续切削，加工一般钢材或其他塑性材料，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块，称为积屑瘤。其硬度很高，为工件材料的 23倍，处于稳定状 态时可代替刀尖进行切削。成因：在中低速切削塑性金属材料时,刀一屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面，两接触表面的金属原子产生强大的吸引力，使少量切屑金属粘

5、结 在前刀面上，产生了冷焊，并加工硬化，形成瘤核。瘤核逐渐长大 成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。影响：积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损；积屑瘤使刀具的实际工作前角大， 有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降 低了工件的加工精度；积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。 由此可见：积屑瘤对粗加工有利，生产中应加以利用；而对精加 工不利，应以避免。6、金属切削过程的实质是什么？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？由此如何减少切削变形？答：金属切削过程形成过程的实质：是如果忽略了摩擦、温度和 应变速度的影响，金属切割过程如同压缩过程， 切削层受刀具挤 压后也会产生弹性变形、塑

6、性变形、晶格剪切滑移直至破裂，最 终完成切削，完成切削过程。切削层金属的变形程度指标：相对滑移、变形系数A h。 切削变形程度主要受到前角、剪切 角的影响。如果增大前角和剪切角，使E和Ah减小，则切削变形减小。 只能近视地表示切削变形程度。因为A h主要从塑形 压缩方面分析；而主要从剪切变形考虑。所以和人h都只能近似地表示剪切变形程度。7、分别说明切削速度和背吃刀量的改变对切削温度的影响？ 答：（1 ）切削速度v的影响 随着切削速度的提高，切削温度 将显著上升。这是因为：切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀 面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来

7、不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。另外，随着切削 速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例地增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。（2）进给量f的影响 随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多， 切 削热增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的 幅度不如切削速度那么显著。 这是因为：单位切削力和单位切削 功率随增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了，同时增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多， 故切削区的温度上升不甚显著。（3）背吃刀量ap的影响 背吃刀量 对切削温度的影响很小。这是因为，增大以后，切削区

8、产生的热量虽增加，但切削刃参加工作的长度增加， 散热条件改 善，故切削温度升高并不明显。切削温度对刀具磨损和耐用度 影响很大。由以上规律，可知，为有效控制切削温度以提高刀具 耐用度，选用大的背吃刀量或进给量，比选用大的切削速度有利。8说明高速钢刀具在低速、中速产生磨损的原因，硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损的原因？答：低速、中速高速钢磨损的原因： 磨粒磨损对高速钢作用较 明显。在切削过程中有一些比刀具材料硬度更高的碳化物、氧化物、氮化物和积屑瘤碎片等硬颗粒起着磨粒切削的作用，造成磨损，是低速时磨损的主要原因。 粘结磨损由于接触面滑动 在粘结处产生破坏造成的。在低速切削时，温度低，在压力作用

9、的接触点处产生塑性变形；在中速切削时，温度较高，促使材料 软化和加速分子间运动，更容易造成粘结。 相变磨损：在中速 切削时，温度较高，当超过相变温度时，刀具表面金相组织发生 变化。中速、高速硬质合金磨损的原因： 粘结磨损，在高温作用下钛元素之间的亲和作用，会造成粘结磨损口扩散磨 损：在高温作用下，切削接触面间分子活动能量大，合金过元素 相互扩散，降低刀具材料力学性能，经摩擦作用，加速刀具磨损。氧化磨损：在温度较高时，硬质合金中WC Co与空气中的02 化合成脆、低强度的氧化膜 W02受到氧化皮、硬化层等摩擦和 冲击作用，形成了边界摩损。9、试分析下图中各定位元件所限制的自由度数。b)10什么是

10、定位？什么是夹紧？定位与夹紧的区别什么？答：定位是指工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程。夹紧是指工件定位后用外力将其固定， 使其在加工过程中保持定 位位置不变的操作。11、加工阶梯轴如下图，试列表制订加工工艺过程（包括定位） 单件小批生产。实用大全答：加工工艺过程如下:工序号工序内容设备1车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角车床2铣键槽、去毛刺铣床3磨外圆外圆磨床12、试确定在批量生产条件下，下图所示阶梯轴的加工工艺过程。 材料为45钢，表面硬度要求35-40HRC请拟定工序，定位粗基 准和精基准，工序内容，加工方法。其余矽HA 1X45-13、选择下图所示的摇杆零件的定位基准。零

11、件材料为HT200,毛坯为铸件（提示：考虑铸件毛坯一般具有哪些可能的缺陷），生产批量5000，单位：件答：毛坯为铸件，且两孔的中心距有公差，故小孔12不用铸出。 选择粗基准：对于同时具有加工表面和不加工表面 的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择不加工表面作为粗基准。 40无表面要求，故不加工， 40为粗基准，加工 20H7,及端面A。 选择精基准：从保 证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。. 两孔的中心距有公差，应选 20H7为精基准，加工 12H7, 面Co .B面、C面有公差，应选 C面为精基准，加工 B面。14、试分析钻孔、扩孔和铰孔三种加工方法的工

12、艺特点，并说明 这三种孔加工工艺之间的联系。答：钻孔它是用钻床进行加工的，工艺过程包括：确定孔位置、 样冲做标记、在钻床上装夹、根据要求选钻头。扩孔就是在前面 的工艺基础上增加了一定的孔径， 但是扩孔要比钻孔的孔壁表面 粗糙度好。铰孔的作用在于使孔的精度与粗糙度达到生产要求， 工艺过程也是在前面的基础之上的。 它们之间有先后，麻花钻先 加工出孔，然后再视其要求选择其它工具，再加工扩孔、铰孔。但是它们的精度要求也是不同的，要求是越来越高。15、车床结构形式有哪些？试列举 3种车床类型，并说明各自的 加工特点。答：（1）车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半

13、自动车床、仿形车床及多刀 车床和各种专门化车床。（2）举例：仿形车床：能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环（见仿形机床），适 用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。自动化车床：按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件， 适用于中、大批、大量生产。数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定 的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备。这种类型的车床高度自动化，加工可重复，能精确确保所需尺寸，并降低 工人的技术要求。它们适合中、小批量生产。16、对比周铣与端铣、顺铣与

14、逆铣，它们各有什么优缺点？如何 应用？答：（1）端铣：同时工作的刀齿比较多，铣削力波动小，工作比 较平稳；周铣：同时工作的刀齿较少，铣削力波动大，工作不够 平稳。为了弥补这一缺点，圆柱铣刀一般做成较大的螺旋角。两种铣削方式相比，端铣具有铣削较平稳，加工质量及刀具耐用 度均较高的特点，且端铣用的面铣刀易镶硬质合金刀齿，可采用大的切削用量，实现高速切削，生产率高。但端铣适应性差，主 要用于平面铣削。周铣的铣削性能虽然不如端铣，但周铣能用多种铣刀，铣平面、沟槽、齿形和成形表面等，适应范围广，因此 生产中应用较多。（2）顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，如果丝杠螺母副存在轴向间隙，当纵向切削

15、力 大于 工作台与导轨之间的摩擦力时， 会使工作台带动丝杠出现左右窜 动，造成工作台进给不均匀，严重时会出现打刀现象。在铣削铸 件或锻件等表面有硬度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮， 加剧了铣刀的磨损。粗铣时，宜采用逆铣方式加工。逆铣:可以避免顺铣时发生的窜动现象。逆铣时，切削厚度从零开始逐渐增大，因而刀刃开始经历了一段在切削硬化的已加工表面上挤 压滑行的阶段，加速了刀具的磨损。同时，逆铣时，铣削力将工 件上抬，易引起振动，这是逆铣的不利之处。17、拉削加工方法有何特点？其主要应用范围和限制如何？试 分析成形式、渐成式、轮切式及综合式拉削方式所用拉刀的切削 部分的设计特点。1. 拉削的加工范

16、围圆孔方孔长方孔六角孔三角 孔鼓形孔键槽尖齿孔内齿轮外齿轮2. 拉削特点拉削是利用一种带许多刀齿的拉刀做匀速直线运 动，通过固定的工件，切下一层薄薄的金属层，从而使工件表面 达到较高精度和光洁度的高生产率加工方法。当刀具在切削时所承受的是压力而不是拉力时，这种刀具称为 推刀。推刀容易弯曲折断，长度受到限制，不如拉刀用的广泛。 拉削加工与其他切削方法相比，具有以下一些特点：？拉削过程只有主运动（拉刀运动），没有进给运动（由拉刀本身的齿升 量完成），因此拉床结构简单；？拉刀是多刃刀具，一次行程即可同时完成粗、精加工，因此生产效率很高。在大量生产时， 成本较低，特别是加工大批特殊形状的孔或外表面时，

17、效果更显著；？由于拉削速度低，拉削过程平稳，切削层厚度很薄，因 此能提高加工精度（可达二级）与光洁度（一般可达7以上。若拉刀尾部装有浮动挤压环时， 则还可以提高，可达 10左右）； ?对操作人员的技术水平和熟练程度要求低。但是拉削加工的应用也有移动的局限性，即盲孔和加工表面有挡墙的工件就不能 采用拉削；拉倒的结构较为复杂，制造成本高，因此只适用于大 量或成批生产。18、试说明非回转表面加工中所用机床夹具的组成部分及各部分 作用？答：组成：夹具体、定位元件或装置、刀具导向元件或装置（对 刀块）、夹紧元件或装置、连接元件和其它元件或装置。（1）夹具体：连接夹具元件及装置，使这成为一个整体，并通过他

18、将 夹具安装在机床上。（2）定位元件装置：确定工件在夹具中的位置。 （3）刀具导向元件或装置：引导刀具或者调整刀具 相对于夹具的位置。（4）夹紧元件或装置：夹紧工件。（5）连接元件：确定夹具在机床上的位置并与机床相连接。（6）其它元件或装置：某些夹具上的分度装置、防错装置、安全保护 装置等。19、 加工非回转表面主要有哪些定位方式、常用哪些定位元件？ 答：定位方式：平面定位、“一面两孔”定位、平面与单孔的组 合定位。定位元件：常用平面定位元件有圆柱支承、可调支承、自位支承、辅助支承。圆孔定位大都属于定心定位（定位基准为孔的轴线），常用的定位元件有定位销、圆 柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。20、说

19、明非回转零件加工常用的夹紧机构有哪些及各自的特点。答：常用夹紧机构有：斜楔夹紧机构：结构简单，工作可 靠，机械效率低，很少直接用于手动夹紧，常用在工件尺寸公差 较小的机动夹紧机构中；螺旋夹紧机构：螺旋升角小于斜楔的楔角，扩力作用远大于斜楔夹紧机构，结构也很简单，易于制 造，夹紧行程大，扩力较大，自锁性能好，应用适合手动夹紧机 构。但夹紧动作缓慢，效率低，不宜使用在自动化夹紧装置上； 偏心夹紧机构：操作方便，夹紧迅速，结构紧凑；缺点是夹紧 行程小，夹紧力小，自锁性能差，因此常用于切削力不大，夹紧 行程较小，振动较小的场合。21、说明原始误差、工艺系统静误差、工艺系统动误差的概念， 并说明加工误差

20、与原始误差的关系及误差敏感方向的概念。原始误差:工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素 . 工艺系统静误差:若原始误差是在加工前已存在，即无切削负荷 的情况下检验的，称为工艺系统静误差.工艺系统传统动误差:若在有切削的负荷的情况下产生的称为工 艺系统传动误差.加工误差与原始误差的关系:由于原始误差的存在，使工艺系统 各组成部分之间的位置关系或速度关系 ，偏离了理想状态，致使 加工后的零件产生了加工误差.误差敏感方向:对加工误差影响最大的那个方向(即通过刀刃的加工表面的法线方向)称为误差敏感方向22、何谓工艺系统的刚度、柔度？它们有何特点？工艺系统刚度 对加工精度有何影响？怎样提高工艺系统的刚度

21、？答：1 工艺系统刚度：指切削力在加工表面法向的分力Fc与Fx、Fy、Fz同时作用下产生的沿法向的变形Y系统之间的 比值。即：K系统=Fc/Y系统。工艺系统的柔度：刚度的倒数称为柔度C(mm/N)，可表示为：C=1/K系统=Y 系统/Fc。2 .特点：工艺系统在削力作用下都会产生不同程度的变形，导致刀刃和加工表面在作用力方向上的相对位置发 生变化，于是产生加工误差。整个工艺系统的刚度比其中刚度最小的那个环节的刚度还小。3 .影响： 切削过程中力作用位置的变化对加工精度的影响；切削过程中受力大小变化对加工 精度的影响。 4 .提高措施： 合理的结构设计； 提高连接 表面的接触刚度；采用合理的装夹

22、和加工方法。23、何谓误差复映规律？误差复映系数的含义是什么？它与哪些因素有关？减小误差复映有哪些工艺措施？答：1误差复映规律：在待加工表面有什么样的误差，加工表面 也必然出现同样性质的误差。2.含义：误差复映系数是为了衡量加工后工件精度提高的程度， 值越小表示加工后零件的精度 越高。3.它主要是因为系统有弹性变形。 是由于加工时毛坯的 尺寸和形位误差、装卡的偏心等原因导致了工件加工余量变化，而工件的材质也会不均匀，故引起切削力变化而使工艺系统变形 量发生改变产生的加工误差。 4.减小误差复映的工艺措施：（1）. 走刀次数（或工步次数）愈多，总的误差愈小，零件的形状精度 愈高，对于轴类零件则是

23、径向截面的形状精度愈高。（2）.系统刚度愈好，加工精度愈高。24、表面质量的含义包括哪些主要内容？为什么机械零件的表面 质量与加工精度具有同等重要的意义？答：1、表面质量是指机器零件加工后表面层的微观集合形状和 物理机械性能。机械加工表面质量的含义有两方面的内容：（1）表面层的几何形状特征，其包括表面粗糙度和表面波度；（2）表面层的物理机械性能，其包括表面层冷作硬化、 表面层金相组织的变化和表面残余应力。2、之所以说机械零件的表面质量与加工精度具有同等重要的意义是因为： 一个零件的加工质量分 为两部分，一是零件加工精度（含尺寸、形状、位置精度），二 是表面质量（含表面粗糙度和表面变质层）。前者

24、是从宏观上保 证加工的零件满足设计要求，后者是说微观上所存在加工缺陷。它主要影响零件的装配精度、 疲劳强度等。所以就是从不同的角 度保证零件的加工精度以满足使用要求。25、影响磨削加工的表面粗糙度的主要因素有哪些？并考虑如何 降低表面粗糙度。答:影响磨削后的表面粗糙度的因素也可以归纳为与磨削过程和 砂轮结构有关的几何因素，与磨削过程和被加工材料塑性变形有 关的物理因素及工艺系统的振动因素三个方面。从几何因素看，砂轮上磨粒的微刃形状和分布对于磨削后的表面粗糙度是有 影响的。 从物理因素看，大多数磨粒只有滑擦，耕犁作用。另 外引起磨削表面粗糙度值增大的主要原因还往往是工艺系统的 振动所致，增大工艺

25、系统刚度和阻尼， 做好砂轮的动平衡以及合 理地修正砂轮可显著减小粗糙度值。26、什么是冷作硬化现象？其产生的主要原因是什么？什么是磨 削“烧伤”？为什么磨削加工常产生“烧伤”？试举例说明减少 磨削烧伤及裂纹的办法有哪些？答：冷作硬化：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑 性变形后，引起强度和硬度都有所提高的现象。产生原因: 切削（磨削）加工时，表面层金属由于塑性变形使晶粒间产生剪 切滑移，晶格扭曲，经理发生拉长、破碎、纤维化，从而使表面 层材料强化，强度和硬度提高。磨削加工时，切削力大，切削速度也非常高，去除单位体积的材 料所消耗的功率，是其他切削方法的数十倍。 这样大的能量消耗 绝大部

26、分转换成了热量。而磨削的体积小数量少，砂轮的导热性 有相当的差，磨削过程中有 70%以上的热量都瞬时传给了工件。 在很短的时间内磨削区域内温度可上升到4001000C，甚至超过钢的熔点这样大的加热速度，促使加工表面局部形成瞬时聚 热现象，温升超过相变温度，并有很大的温度梯度，导致金相组 织的变化，出现强度和硬度下降，产生残余应力甚至导致裂纹， 这就是磨削烧伤现象。27、超精加工、珩磨、研磨等光整加工方法与细密磨削相比较， 其工作原理有何不同？为什么把它们作为最终加工工序？它们 都应用在何种场合？答：1、光整加工时按照随机创制成形原理，加工中磨具与工件的相对运动尽可能复杂，尽可能使磨料不走重复的

27、轨迹， 让工件加工表面各点都 受到具有随机性的接触条件， 以使凸出的高点相互修整， 使误差 逐步均化而得到消除，从而获得极光的表面和高于磨具原始精度 的加工精度。2 、几种光整加工相比较原理及适用场合：珩磨是利用磨头上的细粒度砂条对孔进加工和方法，在大批量生产中应用很普遍；珩磨时，珩磨头作旋转运动和往复运动，被加工 表面上呈现交叉而互不重复的网状痕迹，造成了储存润滑油的良好条件。压力低、切深小，功率小，工件表面层的变形小，切削 能力弱。对前工序遗留下来的几何形状误差进行一定程度的修 正，不能修正孔间的相对位置误差；精密光整加工是用细粒度的砂条以一定的压力压在做低速旋转运动的工作表面上，并在轴向

28、做往复振动，工作或砂条还做轴向进给运动， 以进行微量切削 的加工方法，常用于加工内外圆柱、圆锥面和滚动轴承套的沟道； 精密光整加工四个加工阶段：强切削阶段、正常切削阶段、微弱 切削阶段和自动停止切削阶段；研磨以一定的相对滑动速度与被加工面作复杂相对运动的一种光整加工方法。精度和粗糙度很大程度上取决于前道工序的加工质量。可用于各种钢、铸铁、铜、铝、硬质合金等金属，也可用于玻璃、半导体、陶瓷及塑料等制 品的加工。可加工的表面形状有平面、内外圆柱面、圆锥面、球 面、螺纹、齿轮及其他型面。3、光整加工工艺是指经济加工精度在IT5-IT7级以上，表面粗糙度值小于 0.16um，表面物理机 械性能也处于良

29、好状态的各种加工工艺方法。4、光整加工工艺的共同特点：没有与磨削深度相对应的磨削力和切削热都很 小，从面能获得很低的表面粗糙度值，表面层不会产生热损伤， 并具有残余压应力。所使用的工具都是浮动的连接，由加工面自身导向，而相对于工件的定位基准没有确定的位置，所使用的机床也不需要具有非常精确的成形运动。28、如下图所示套筒零件，铣削表面 A时要求保证尺寸100O.2mm 若在铣床上采用调整法加工时以左端端面定位， 试标注此工序的 工序尺寸。答：1强迫振动是工艺系统在一个稳定的外界周期性干扰力作用 下引起的振动。2.自激振动是指由振动过程本身一起切削力周 期性变化，又由这个周期性变化的切削力反过来加

30、强和维持振 动，使振动系统补充了由阻尼作用消耗的能量，让振动过程维持下去的振动。3.区分振动的类型：振动频率与干扰作用频率相同， 并随干扰作用的频率改变而改变，随干扰作用去除而消失的为强迫振动；振动频率与系统固有频率相等或相近，机床转速改变时振动频率不变或稍变，随切削过程停止而消失的是自激振动。4.主要原因：（1）强迫振动：是在外界周期性干扰力的作用下产 生的。内部振源有机床回转零件的不平衡、机床运动传递的振动和往复部件的冲击、切削过程中的冲击；外部振源通过机床地基 传给机床的振动。（2）有两种产生自激振动的原因：再生自激 振动和振型耦合自激振动。3 普jk丝A6O00529、圆柱套筒内孔设计尺寸为48.8卫oiomm,加工过程稳定，精镗加工一批后测量发现内孔直径尺寸为正态分布，其均方根差为 0.003mm，分布曲线顶峰向右偏离 0.009mm。试完成如下各题：（1）绘出内孔直径尺寸分布曲线图（标明有关参数）；（2）确定该序的工艺能力、给出加工合格率；（3）给出后续加工废品率最低的刀具调整量。30、什