中南大学机械制造工艺学复习思考题及答案.pdf

第第 1 章思考题章思考题 1、有人说： “工件在夹具中装夹，只要有 6 个定位支承点就是完全定位” ， “凡是少于 6 个定 位支承点，就是欠定位” ， “凡是少于 6 个定位支承点，就不会出现过定位” ，上面这些说法 都对吗?为什么？试举例说明 2、 “工件夹紧后，位置不动了，其所有自由度就都被限制了” 。这种说法对吗？为什么？ 3、某机床厂年产 CW6140 普通车床 500 台，已知机床主轴的备品率为 20%，废品率为 4%， 试计算主轴的年生产纲领。此主轴属于何种生产类型？工艺过程应有什么特点？ 4、如图 1 所示一批工件，钻 415 孔时，若加工过程分别为： （1）用 4 轴钻同时钻 4 个孔； （2）先钻 1 个孔，然后使工件回转 90 度钻下一个孔，如此循环操作，直至把 4 个孔钻 完。以上两种加工情况各有几个工步和工位？ 图 1 工件 5、根据六点定位原理，分析图 2 所示定位方案中定位元件限制自由度的情况。 图 2 定位分析 3活动锥销 1 6、图 3 所示为某箱体零件的零件图及工序图，试在图中指出： （1）铣削平面 2 时的设计基准，定位基准及测量基准； （2）镗孔 4 时的设计基准，定位基准及测量基准。 图 3 基准分析 2 第 1 章思考题答案 1、有人说： “工件在夹具中装夹，只要有 6 个定位支承点就是完全定 位” ， “凡是少于 6 个定位支承点，就是欠定位” ， “凡是少于 6 个定位 支承点，就不会出现过定位” ，上面这些说法都不对。例如：在球体 上铣通平面只需一个定位支承点限制一个自由度就可满足要求， 而这 种定位方式并不是欠定位。 2、 “工件夹紧后，位置不动了，其所有自由度就都被限制了” ，这种 说法不对。因为在分析定位时不应考虑力的影响。 “工件的自由度被 限制”是指工件在某座标方向上有了确定的位置，而不是指工件在受 到使之脱离支承点的外力时， 不能运动。 “工件夹紧后， 位置不动了” ， 这是夹紧的任务，并不一定就说明工件的所有自由度就都被限制了。 4、都只有 1 个工步。工位： （1）1； （2）4 5、限制 5 个自由度 6、 （1）铣削平面 2 时的设计基准：3；定位基准：1；及测量基准：1 （2）镗孔 4 时的设计基准：5；定位基准：1；及测量基准：不定 3 第第 2 章章 思考题思考题 1、试分析下图所示的三种加工情况，加工后工件表面会产生何种形状误差？假设工件的刚 度很大，且车床床头刚度大于尾座刚度 2、 横磨一刚度很大的工件 （见下图） ， 若径向磨削力为 300N， 头、 尾架刚度分别为 50000 N/mm 和 40000N/mm，试分析加工后工件的形状，并计算形状误差。 3、在无心磨床上磨削销轴，销轴外径尺寸要求为 120.01。现随机抽取 100 件进行测量， 结果发现其外径尺寸接近正态分布，平均值为 X = 11.99，均方根偏差为 S = 0.003。试： 画出销轴外径尺寸误差的分布曲线； 计算该工序的工艺能力系数； 估计该工序的废品率； 分析产生废品的原因，并提出解决办法。 4、磨削 CW6140 车床床身导轨，若床身长 L=2240mm，床身高 H=400mm，磨削后床身上 下面温差t = 5。 试计算由于工件热变形所引起的加工误差 （工件材料热胀系数=110-5） 。 5、普通车床床身导轨在垂直平面内及水平面内的直线度对车削圆轴类零件的加工误差有什 么影响，影响程度各有何不同？ 4 6、试分析在转塔车床上将车刀垂直安装加工外圆时，影响直径误差的因素中，导轨在垂直 平面内及水平面内的弯曲，哪个影响大？与卧式车床比较有什么不同？为什么？ 7、试举例说明下列保证和提高加工精度途径的原理及应用场合： （1）减少误差； （2）转移误差； （3）均分误差； （4）均化误差。 5 1、试分析下图所示的三种加工情况，加工后工件表面会产生何种形状误差？假设工件的刚 度很大，且车床床头刚度大于尾座刚度 、试分析下图所示的三种加工情况，加工后工件表面会产生何种形状误差？假设工件的刚 度很大，且车床床头刚度大于尾座刚度 a） 在径向切削力的作用下，尾顶尖处的位移量大于前顶尖处的位移量，加工后工件外圆表 面成锥形，右端直径大于左端直径。 b） 在轴向切削力的作用下，工件受到扭矩的作用会产生顺时针方向的偏转。若刀具刚度很 大，加工后端面会产生中凹。 c）由于切削力作用点位置变化，将使工件产生鞍形误差，且右端直径大于左端直径。 2、 横磨一刚度很大的工件 （见下图） ， 若径向磨削力为、 横磨一刚度很大的工件 （见下图） ， 若径向磨削力为300N， 头、 尾架刚度分别为， 头、 尾架刚度分别为50000 N/mm 和和 40000N/mm，试分析加工后工件的形状，并计算形状误差。，试分析加工后工件的形状，并计算形状误差。 A 点处的支反力： N D 点处的支反力： N 在磨削力的作用下，A 点处的位移量：mm 在磨削力的作用下，D 点处的位移量：mm 由几何关系，可求出 B 点处的位移量：mm C 点处的位移量：mm 加工后，零件成锥形，锥度误差为 0.001 mm。 6 3、在无心磨床上磨削销轴，销轴外径尺寸要求为、在无心磨床上磨削销轴，销轴外径尺寸要求为 120.01。现随机抽取。现随机抽取 100 件进行测量， 结果发现其外径尺寸接近正态分布，平均值为 件进行测量， 结果发现其外径尺寸接近正态分布，平均值为 X = 11.99，均方根偏差为，均方根偏差为 S = 0.003。试：。试： 画出销轴外径尺寸误差的分布曲线；画出销轴外径尺寸误差的分布曲线； 计算该工序的工艺能力系数；计算该工序的工艺能力系数； 估计该工序的废品率；估计该工序的废品率； 分析产生废品的原因，并提出解决办法。分析产生废品的原因，并提出解决办法。 分布图 工艺能力系数 CP=0.2/（60.003）=1.1 废品率约为 50% 产生废品的主要原因是存在较大的常值系统误差，很可能是砂轮位置调整不 当所致；改进办法是重新调整砂轮位置 4、磨削、磨削 CW6140 车床床身导轨，若床身长车床床身导轨，若床身长 L=2240mm，床身高，床身高 H=400mm，磨削后床身上 下面温差 ，磨削后床身上 下面温差 t = 5。试计算由于工件热变形所引起的加工误差（工件材料热胀系数。试计算由于工件热变形所引起的加工误差（工件材料热胀系数 =110-5） 。） 。 工件单面受热会产生翘曲变形，磨平后工件冷却下来，将使导轨产生中凹。中凹量可按下式 计算： mm 7 第第 3 章思考题章思考题 1、 机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 2、 为什么增大刀具前角、提高刀具的刃磨质量，可以减小加工表面粗糙度值？ 3、 磨削裂纹的产生与工件材料及热处理有无关系？ 4、 如果零件表面没有烧伤色是否就说明零件的表面层没有被受热损伤？为什么？ 5、 什么叫作表面强化工艺？ 8 2、 为什么增大刀具前角、提高刀具的刃磨质量，可以减小加工表面粗糙度值？为什么增大刀具前角、提高刀具的刃磨质量，可以减小加工表面粗糙度值？ 增大刀具前角可以减小切削变形，有利于抑制积屑瘤或鳞刺的产生；提高刀具的刃磨质量 可以减小刀具与加工表面的摩擦。这些都有利于减小加工表面粗糙度值 3、磨削裂纹的产生与工件材料及热处理有无关系？、磨削裂纹的产生与工件材料及热处理有无关系？ 磨削裂纹的产生与工件材料及热处理工序有很大的关系。 如硬质合金脆性大， 抗拉强度低以 及导热性差，所以磨削时容易产生裂纹。含碳量高的钢，由于晶界较脆，磨削时也容易产生 裂纹。工件淬火后，如果存在残余拉应力过大，即使在正常的磨削条件下也可能出现裂纹。 4、 如果零件的表面没有烧伤色是否就说明零件的表面层没有被受热损伤？为什么？如果零件的表面没有烧伤色是否就说明零件的表面层没有被受热损伤？为什么？ 表面没有烧伤色并不等于表面层没受热损伤。 如在磨削过程中最后采用无进给磨削， 仅磨去 了表面烧伤色，但却没能去掉烧伤层，留在工件上就会成为使用中的隐患。 9 第第 4 章思考题章思考题 1、 什么叫“附加基准”？举例说明 3 种应用形式 2、 为什么定位基准与设计基准不重合时会产生基准不重合误差？为什么基准不重合误差 只产生在用调整法加工时？ 3、 试分析图 1 所示零件有哪些结构工艺性问题，并提出正确的改进意见。 图 1 零件图 4、试选择下图示三个零件的粗精基准。其中 a）齿轮，m=2，Z=37，毛坯为热轧棒料； b） 液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出。c）飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了有 不加工符号的表面外，均为加工表面。 图 2 5、今加工一批直径为mm，Ra = 0.8mm，长度为 55mm 的光轴，材料为 45 钢，毛 坯为直径 280.3mm 的热轧棒料，试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序 尺寸、工序公差及其偏差。 10 6、图示 a）为一轴套零件，尺寸 和 已加工好，b） 、c） 、d）为钻孔加 工时三种定位方案的简图。试计算三种定位方案的工序尺寸 A1 、A2 和 A3。 图 3 7、何谓加工经济精度？选择加工方法时应考虑的主要问题有哪些？ 8、试从单件时间的构成分析着眼，在生产中，如何提高劳动生产效率？ 11 1、 试选择下图示三个零件的粗精基准。 其中、 试选择下图示三个零件的粗精基准。 其中 a） 齿轮，） 齿轮， m=2， Z=37， 毛坯为热轧棒料；， 毛坯为热轧棒料； b） 液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出。 ） 液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出。c）飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了有 不加工符号的表面外，均为加工表面 ）飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了有 不加工符号的表面外，均为加工表面 . 图 a： 精基准-齿轮的设计基准是孔 A。按基准重合原则，应选孔 A 为精基准。以 A 为 精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔 A 为统一精基准。 粗基准-齿轮各表面均需加工，不存在保证加工面与不加工面相互位置关系的问题。在加工 孔 A 时，以外圆定位较为方便，且可以保证以孔 A 定位加工外圆时获得较均匀的余量，故 选外圆表面为粗基准。 图 b： 精基准-液压油缸的设计基准是孔 B。按基准重合原则，应选孔 B 为精基准。以 B 为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔 A 为统一精基准。 粗基准-液压油缸外圆没有功能要求，与孔 B 也没有位置关系要求。而孔 B 是重要加工 面，从保证其余量均匀的角度出发，应选孔 B 的毛坯孔作定位粗基准。 图 c： 精基准飞轮的设计基准是孔 C。按基准重合原则，应选孔 C 为精基准。以 C 为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔 C 为统一精基准。 粗基准飞轮大内孔不需加工，而与 C 有同轴度要求。为保证加工面与不加工面相互位 置关系，应以不加工孔作定位粗基准。同时，为保证飞轮旋转时的平衡，大外圆与不加工孔 要求同轴， 且不加工孔内端面与外圆台阶面距离应尽可能的均匀， 故应以不加工孔及内端面 作定位粗基准。 2、今加工一批直径为、今加工一批直径为mm，Ra = 0.8mm，长度为，长度为 55mm 的光轴，材料为的光轴，材料为 45 钢，毛 坯为直径 钢，毛 坯为直径 280.3mm 的热轧棒料，试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序 尺寸、工序公差及其偏差。 的热轧棒料，试确定其在大批量生产中的工艺路线以及各工序的工序 尺寸、工序公差及其偏差。 答：1）确定工艺路线：粗车-半精车-粗磨-精磨 2） 确定各工序余量：根据经验或查手册确定，精磨余量=0.1mm，粗磨余量=0.3mm，半 精车余量=1.0mm， 粗车余量=总余量 （精磨余量+粗磨余量+半精车余量） =4 （0.1+0.3+1.0） =2.6 mm。 3）计算各工序基本尺寸：精磨基本尺寸=24 mm，粗磨基本尺寸=（24+0.1）=24.1 mm， 半精车基本尺寸=（24.1+0.3）=24.4 mm，粗车基本尺寸=（24.4+1.0）=25.4 mm。 4）确定各工序加工经济精度：精磨 IT6（设计要求） ，粗磨 IT8，半精车 IT11，粗车 IT13。 5）按入体原则标注各工序尺寸及公差： 精磨- mm，粗磨- mm，半精车- mm，粗车- mm。 12 3、图示、图示 a）为一轴套零件，尺寸）为一轴套零件，尺寸 和和 已加工好，已加工好，b） 、） 、c） 、） 、d）为钻孔加 工时三种定位方案的简图。试计算三种定位方案的工序尺寸 ）为钻孔加 工时三种定位方案的简图。试计算三种定位方案的工序尺寸 A1 、A2 和和 A3。 答： 1）图 b：基准重合，定位误差 ， mm； 2）图 c：尺寸 A2，100.1 和 构成一个尺寸链（见下图 c） ，其中尺寸 100.1 是封闭环，尺寸 A2 和 是组成环，且 A2 为增环， 为减环。由直线尺寸 链极值算法基本尺寸计算公式，有： 10= A28，A2=18mm 由直线尺寸链极值算法偏差计算公式： 0.1=ESA2（-0.05） ，ESA2=0.05mm; -0.1=EIA20，EIA2=-0.1mm。故： mm 3）图 d：尺寸 A3，100.1， 和构成一个尺寸链（见上图 d） ，其中尺 寸 100.1 是封闭环，尺寸 A3， 和 是组成环，且 为增环， A3 和 为减环。 由直线尺寸链极值算法基本尺寸计算公式， 有： 10= 38 （A3+8） ， A3=20mm 由直线尺寸链极值算法偏差计算公式，有： 0.1=0（EIA3+（-0.05） ） ，EIA3= -0.05mm; -0.1= -0.1(ES A3+0)，ESA3=0。故： 0 05. 03 20A mm 13 4、图示轴承座零件， 03. 0 0 30 mm 孔已加工好，现欲测量尺寸 800.05。由于该尺寸不好 直接测量，故改测尺寸 H。试确定尺寸 H 的大小及偏差。 答：尺寸 800.05、H 和半径 R 组成一个尺寸链，其中尺寸 800.05 是间接得 到的，是封闭环。半径尺寸和 H 是增环。解此尺寸链可得到： 035. 0 05. 0 65 H 5、加工习图示一轴及其键槽，图纸要求轴径为 ，键槽深度尺寸为 ， 有关的加工过程如下： 1）半精车外圆至 ； 2）铣键槽至尺寸 A1； 3）热处理； 4）磨外圆至 ，加工完毕。 求工序尺寸 A1 = ？ 14 答：建立尺寸链如图所示，其中 A2= ，是尺寸链的封闭环； mm，是尺寸链的减环； mm ，是尺寸链的增环；A1 也是尺寸链的增环，待求。解此尺寸链 可得到：mm 15 第第 5 章思考题章思考题 1、装配精度一般包括哪些内容？装配精度与零件的加工精度有何区别，它们之间又有何关 系？试举例说明 2、保证装配精度的方法有哪几种？各适用于什么场合? 3、什么叫装配尺寸链的最短路线原则？为什么应遵守这个原则？ 4、在装配时，有时采用“自身加工法” 、 “合并加工法”或“误差抵消法” ，请问它们是由哪 种装配方法发展成的？ 5、试比较下列每组图例结构的优劣，对结构工艺性好的，说明好的理由。 1） a) b) 2) a) b) 16 1、装配精度一般包括哪些内容？装配精度与零件的加工精度有何区别，它们之 间又有何关系？试举例说明 装配精度包括： 零、 部件间的尺寸精度， 位置精度， 相对运动精度和接触精度等。 机器和部件的装配精度与其相关的若干个零部件的加工精度有关。 通常的做法是 按经济精度来加工相关零、部件，而在装配时则采取一定的工艺措施（如选择、 修配或调整等措施）来保证装配精度。 2、保证机器或部件装配精度的方法有哪几种？ 正确答案是（1）互换装配法：是在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度 要求的装配方法。（2）选择装配法：是将尺寸链中组成环的公差放大到经济可 行的程度，使零件可以比较经济地加工，然后选择合适的零件进行装配，以保证 装配精度要求的方法。（3）修配装配法：是在装配时修去指定零件上预留的修 配量以达到装配精度的方法。（4）调整装配法：是在装配时用改变产品中可调 整零件的相对位置或选用合适的调整件以达到装配精度的方法。 3、装配尺寸链如何查找？什么是装配尺寸链的最短路线原则？ 正确答案是（1）查明方法是取封闭环两端的那两个零件为起点，沿着装配精度 要求的位置方向，以装配基准面为联系线索，分别查明装配关系中影响装配精度 要求的那些有关零件， 直至找到同一个基准零件甚至是同一个基准表面为止。（2） 最短路线原则是在结构即定的条件下，组成装配尺寸链的每个相关的零、部件只 能有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，这样组成环的数目就应等于相关零、 部件的数目，即一件一环。 17 第第 6 章思考题章思考题 1、试分析下图所示各零件加工所必须限制的自由度： a）在球上打盲孔B，保证尺寸 H； b）在套筒零件上加工B 孔，要求与D 孔垂直相交，且保证尺寸 L； c）在轴上铣横槽，保证槽宽 B 以及尺寸 H 和 L； d）在支座零件上铣槽，保证槽宽 B 和槽深 H 及与 4 分布孔的位置度。 图 1 加工零件 2、齿轮毛坯在端面心轴上定位（心轴与孔为间隙配合）车削大端面，如图 2 所示。车削后 发现大端面与孔同轴度超差，试分析其原因，并提出解决办法 图 2 端面心轴 3、试分析图示各定位方案中：a 各定位元件限制的自由度；b 判断有无欠定位或过定位；c 对不合理的定位方案提出改进意见。 a）车阶梯轴小外圆及台阶端面； b）车外圆，保证外圆与内孔同轴； c）钻、铰连杆小头孔，要求保证与大头孔轴线的距离及平行度，并与毛坯外圆同轴； d）在圆盘零件上钻、铰孔，要求与外圆同轴。 18 图 3 定位方案 4、试分析图示的夹紧方案是否合理？若有不合理之处，则应如何改进？ a) b) c) 图 4 夹紧方案 5、如图铣平面保证 h，已知两圆的同轴度为 0.1，其它已知条件见图，试分析工序尺寸 h 的定位误差。 图 5 铣平面的定位误差分析 19 6、如下图所示，一批工件以圆孔( 021. 0 0 20)用心轴（ 007. 0 020. 0 20 )定位，在立式铣床上用顶针 顶住心轴铣槽。其)(640 0 016. 0 h外圆、)(720 021. 0 0 H内孔及两端面均已加工合格，而且 40h6 外圆对20H7 内孔的径向跳动在 0.02mm 之内。今要保证铣槽的主要技术要求为： 图 6 铣槽的定位误差分析 （1） 槽宽 )(912 0 043. 0 Hb； （2） 槽距一端面尺寸为)(1220 0 21. 0 H； （3） 槽底位置尺寸为)(118 .34 0 16. 0 h； （4） 槽两侧面对外圆轴线的对称度不大于 0.20 mm 。 试分析其定位误差对保证各项技术要求的影响。 B B 20H12 BB H7 g6 20 34.8h11 40h6 12H9 20 1、a）必须限制 、 、 3 个自由度。 b）必须限制 、 、 、 4 个自由度。 c）必须限制 、 、 、 4 个自由度。 d）必须限制、 、 5 个自由度 2、齿轮毛坯在端面心轴上定位（心轴与孔为间隙配合）车削大端面，如图 2-39 所示。车削 后发现大端面与孔同轴度超差，试分析其原因，并提出解决办法 齿轮以孔及小端面定位， 由于小端面与心轴端面成环形接触， 是 3 点定位； 而心轴与孔配合， 是 4 点定位，其中 和（心轴轴向方向为 Z 方向）被重复限制，属过定位。又夹紧力垂 直于端面，若孔与小端面存在垂直度误差，则夹紧后会使孔轴线与心轴轴线不同轴。在这种 情况下加工大端面，将会使大端面与孔轴线不垂直。解决办法是在端面处加球面垫圈（图 2-40） 。 3、a）a 三爪卡盘限制 、 、 、4 个自由度；前、后顶尖限制、 、 、 、 4 个自由度。b 、 、 、4 个自由度被重复限