机械制造工艺学课后习题及参考答案

机械制造工艺学复习题及参考答案 第一章 1 1 什么叫生产过程 工艺过程 工艺规程 生产过程是指从原材料变为成品的劳动过程的总和 在生产过程中凡属直接改变生产对象的形状 尺寸 性能及相对位置关系的过程 称为 工艺过程 在具体生产条件下 将最合理的或较合理的工艺过程 用文字按规定的表格形式写成的 工艺文件 称为机械加工工艺规程 简称工艺规程 1 2 某机床厂年产 CA6140 卧式车床 2000 台 已知机床主轴的备品率为 15 机械加工 废品率为 5 试计算主轴的年生产纲领 并说明属于何种生产类型 工艺过程有何特点 若一年工作日为 280 天 试计算每月 按 22 天计算 的生产批量 解 生产纲领公式 N Qn 1 1 1 15 1 5 2415 台 年 查表属于成批生产 生产批量计算 定位 各举例说明 六点定位原理 在夹具中采用合理布置的 6 个定位支承点与工件的定位基准相接触 来 限制工件的 6 个自由度 就称为六点定位原理 完全定位 工件的 6 个自由度全部被限制而在夹具中占有完全确定的唯一位置 称为完 全定位 不完全定位 没有全部限制工件的 6 个自由度 但也能满足加工要求的定位 称为不完 全定位 欠定位 根据加工要求 工件必须限制的自由度没有达到全部限制的定位 称为欠定位 过定位 工件在夹具中定位时 若几个定位支承重复限制同一个或几个自由度 称为过 定位 d 一面两销定位 X 两个圆柱销重复限制 导致工件孔无法同时与两 销配合 属过定位情况 7 工件在定位后夹紧前 在止推定位支承点的反方向上仍有移动的可能性 因此其位置不定 这种说法是否正确 为什么 答 不正确 保证正确的定位时 一定要理解为工件的定位表面一定要与定位元件的定位 表面相接触 只要相接触就会限制相应的自由度 使工件的位置得到确定 至于工件在支 承点上未经夹紧的缘故 8 根据六点定位原理 分析图中各工件需要限制哪些的自由度 指出工序基准 选择定位基准 并用定位符号在图中表示出来 9 分析图所示的定位方案 指出各定位元件分别限制了哪些自由度 判断有无 欠定位与过定位 并对不合理的定位方案提出改进意见 1 10 何谓零件 套件 组件和部件 何谓套装 组装 部装 总装和装配 零件是组成机器的最小单元 它是由整块金属或其它材料构成的 套件是在一个零件上 装上一个或若干个零件构成的 它是最小的装配单元 组件是在一个基准零件上 装上若干套件而构成的 部件是在一个基准零件上 装上若干组件 套件和零件构成的 部件在机器中能完成一 定的 完整的功用 将零件装配成套件的工艺过程称为套装 将零件和套件装配成组件的工艺过程称为组装 将零件 套件和组件装配成部件的工艺过程称为部装 将零件 套件 组件和部件装配成最终产品的工艺过程称为总装 装配就是套装 组装 部装和总装的统称 第二章 2 2 对零件图的结构工艺性分析的内容和作用是什么 零件尺寸要合理 1 尺寸规格尽量标准化 2 尺寸标注要合理 零件结构要合理 1 零件结构应便于加工 2 零件结构应便于量度 3 零件结 构应有足够的刚度 2 5 粗 精基准选择的原则是什么 粗基准的选择原则 1 重要表面余量均匀原则 2 工件表面间相互位置要求原则 3 余量足够原则 4 定位可靠原则 5 不重 复使用原则 精基准的选择原则 1 基准重合原则 2 统一基准原则 3 自为基准原则 4 互为基准反复加工原则 5 定位可靠性原则 2 6 决定零件的加工顺序时 通常考虑哪些因素 机械加工工序 1 先几面后其他 2 先粗后精 3 先主后次 热处理工序 1 预备热处理 2 最终热处理 3 去应力处理 辅助工序包括工件的检验 去毛刺 去磁 清洗和涂防锈油等 2 7 何谓工序分散 工序集中 各在什么情况下采用 工序分散是将零件各个表面的加工分得很细 工序多 工艺路线长 而每道工序所包含 的加工内容却很少 主要用于缺乏专用设备的企业 在大 批量生产中利用原有卧式机床组织流水线生产 工序集中则相反 零件的加工只集中在少数几道工序里完成 而每道工序所包含的加工 内容却很多 适用于一般情况下的单件小批量生产 多应 用于卧式车床 在成批生产中 应尽可能采用多刀半自动车床 转塔车床等效率较高的机 床使工序集中 page35 2 8 试述总余量和加工余量的概念 说明影响加工余量的因素和确定余量的方法 总余量 在由毛坯加工成成品的过程中 毛坯尺寸与成品零件图的设计尺寸之差 称为 加工总余量 毛坯余量 即某加工表面上切除的金属总 厚度 加工余量 在切削加工时 为了保证零件的加工质量 从某加工表面上所必须切除的金 属层厚度 称为加工余量 加工余量分为总余量和工序余 量两种 加工余量的数值 一般与毛坯的制造精度有关 目前一般采用经验估计的方法 或按照 技术手册等资料推荐的数据为基础 并结合生产实际情况 确定其加工余量的数值 2 10 成批生产图 2 36 所示的零件 其工艺路线为 1 粗 精刨底面 2 粗 精刨 顶面 3 在卧式镗床上镗孔 先粗镗 在半精镗 精 镗 85H7 孔 将工作台准确地移动 85 0 03 mm 再粗镗 半精镗 65H7 孔 试分析上 述工艺路线有无缺陷 提出解决方案 提示 粗精加工要分开 2 13 何谓工艺尺寸链 如何判定工艺尺寸链的封闭环和增 减环 工艺尺寸链 尺寸链是指由相互联系的按一定顺序排列的封闭尺寸组 在零件的加工过 程中 由有关尺寸组成的尺寸链称为工艺尺寸链 判定工艺尺寸链的封闭环和增 减环 1 封闭环 根据尺寸链的封闭性 封闭环是最 终被间接保证精度的那个环 尺寸链的封闭环是由零件 的加工工艺过程所决定的 2 增环 当其余各组成环不变 凡因其增大 或减小 而封闭环也相应增大 或减小 的组成环称为增环 3 减环 当其余各组成环不变 凡因其增大 或减小 而封闭环也相应减小 或增大 的组成环称为减环 2 16 图 2 39 所示的零件 在镗孔 D 1000 0 0 3 mm 的内径后 再铣端面 A 得到要 求尺寸为 540 0 35 0 问工序尺寸 B 的基本尺寸及上 下偏差应为多少 根据题意画出尺寸链图 根据尺寸链判断孔尺寸 D 1000 0 0 3 mm 半径 500 0 0 15 为减环 尺寸 540 0 35 0 为增环 尺寸 B 为封闭环 尺寸 B 的上偏差 增环上偏差 减环下偏差 0 0 0 尺寸 B 的下偏差 增环下偏差 减环上偏差 0 35 0 15 0 5 所以 B 40 0 5 0 2 17 图 2 40 中零件 成批生产时用端面 B 定位加工表面 A 以保证尺寸 10 0 0 2 试 标注铣此缺口时的工序及公差 根据尺寸链图判断尺寸 10 0 0 2 为封闭环 尺寸 25 0 0 06 为增环 缺口尺寸 A 为 减环 尺寸 A 的下偏差 增环上偏差 封闭环上偏差 0 0 0 尺寸 A 的上偏差 增环下偏差封 封闭环下偏差 0 06 0 2 0 14 所以 A 15 0 14 0 第三章 3 3 什么是原始误差 影响机械加工精度的原始误差有哪些 零件工艺系统中各方面的误差都有可能造成工件的加工误差 凡是能直接引起加工误差 的各种因素都称为原始误差 影响机械加工精度的原始误差有 加工原理误差 工件装夹误差 工艺系统静误差 调 整误差 工艺系统动误差 度量误差 3 4 什么是加工原理误差 是否允许存在加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差 采用近似的成形运动或近似的刀削刃轮廓 虽然会带来加工原理误差 但往往可简化机 构或刀具形状 或可提高工作效率 有时因机床结构或刀 具形状的简化而使近似加工的精度比使用准确切削刃轮廓及准确成形运动进行加工所得到 的精度还要高 因此 有加工原理误差的加工方法在生产 中仍在广泛使用 3 5 什么是主轴回转误差 机床主轴回转误差对零件加工精度有何影响 所谓主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对于其理想回转轴线的漂移 主轴回转误差对零件加工精度的影响 主轴的径向圆跳动会使工件产生圆度误差 主轴 的轴向窜动会使车出的端面与圆柱面不垂直或加工出的端 面近似为螺旋面 在加工螺纹时使螺距产生周期误差 主轴的倾角摆动不仅影响加工表面 的圆度误差 而且影响工件表面的圆柱度误差 3 6 影响机床主轴回转误差的因素有哪些 影响机床主轴回转误差的因素有 轴承的误差 轴承的间隙 与轴承配合零件的误差以 及主轴转速等多种因素 3 10 影响机床部件刚度的因素有哪些 为什么机床部件的刚度值远比其按实体估计的要 小 影响机床部件刚度的因素主要有 连接表面间的变形 薄弱零件的变形 零件表面间摩 擦力的影响 接合面的间隙 在工艺系统的受力变形中 机床的变形最为复杂 且通常占主要成分 由于机床部件刚 度的复杂性 很难用理论公式来计算 一般都用实验方法 来测定 机床部件的刚度曲线不是线性的 其刚度不是常数 一般取曲线两端点连线的斜 率来表示其平均刚度 因此 机床部件的刚度值远比其按 实体估计的要小 3 11 如何减小工艺系统受力变形对加工精度的影响 一方面采取适当的工艺措施减小载荷及其变化 另一方面是采取提高工艺系统的刚度的措施 合理设计零部件结构 提高联接表面的刚 度 3 12 什么是误差复映现象 误差复映系数的含义是什么 减小误差复映有哪些工艺措施 毛坯误差部分的反映在工件上的现象叫做 误差复映现象 并称 g m 为误差 复映系数 其中 g 为工件误差 m 为毛坯误差 由于 g 通常小于 m 所以 是一个小于 1 的正数 它定量的反映了毛坯误差加工后减小的程度 减小差复映的工艺措施有 增加走刀次数 提高加工精度 将毛坯分组 使一次调整中 加工的毛坯余量比较均匀 减小力的变化 第四章 4 1 一般轴类零件加工的典型工艺路线是什么 为什么这样安排 一般轴类零件加工的典型工艺路线是 正火 车端面 钻顶尖孔 粗车各表面 精车各 表面 铣花键 键槽等 热处理 修研顶尖孔 粗磨外圆 精磨外圆 检验 为了尽可能降低加工成本 在保证加工质量的前提下提高加工效率 4 2 试分析主轴加工工艺过程中如何体现 基准统一 基准重合 互为基准 的原则 它们在保证主轴的精度要求中起什么作用 采用顶尖孔作为定位基准 空心轴用孔口倒角或者用带有中心孔的锥堵代替中心孔 这 样 可以实现基准统一 能在一次安装中加工出各段外 园表面及其端面 可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度 加工效 率高并且所用夹具结构简单 采用支承轴径定位 因为支承轴径既是装配基准 也是各个表面相互位置的设计基准 这样符合基准重合的原则 不会产生基准不重合误差 容 易保证关键表面间的位置精度 主轴通孔的加工不能安排在最后 所以安排工艺路线时不可能用主轴本身的中心孔作为 统一的基准 而要使用中心孔和外圆表面互为基准 这样 可以避免引起变形 4 4 为什么箱体加工常采用统一的精基准 试举例比较采用 一面两孔 或 几个面 组合 定位两种方案的优缺点及其适用场合 保证主要加工表面 主要支承轴的轴径 的加工余量均匀 同时定位基准面应形状简单 加工方便 以便保证定位质量和夹紧可靠 此外 精基 准的选择还与生产批量的大小有关 采用 一面两孔 的定位方式在各种箱体加工中的应用十分广泛 例如 page115 一 面两孔 定位夹具 这种定位方式 夹具结构简单 装卸工件方便 定位稳定可靠 并且在一次装夹中 可以加工除定位面以外的所有 5 个平 面和孔系 也可以作为从粗加工到精加工大部分工序的定 位基准 实现 基准统一 采用 几个面 组合定位 零件的装配基准通常也是整个零件上各项主要技术要求的设 计基准 因此选择装配基准作为定位基准 不存在基准不 重合误差 并且在加工时箱体开口一般朝上 便于安装调整刀具 更换导向套 测量孔径 尺寸 观察加工情况和加注切削液等 例如 page115 吊架镗模结构 由于加工中吊架需要反复装卸 加工辅助时间长 不易实现自动化 而且 由于吊架的刚性较差 加工精度也会受到影响 所以这种 定位方式只适合于生产批量不大或无中间孔壁的简单箱体 page114 115 4 6 保证箱体平行孔系孔距精度的方法有哪些 各适用于哪种场合 保证箱体平行孔系孔距精度的方法有 1 找正法 这种方法加工效率低 通常只适用 于单件小批量生产 2 坐标法 这种方法的加工精度取决于机床坐标的移动精度 实际上就是坐标测量装 置的精度 因此这种方法只适用于坐标测量装置的精度 高的机床进行加工 3 镗模法这种方法加工精度高 生产效率也高 在成批和大批零生产中 多采用镗在 镗床上加工孔系 在小批生产中 当零件形状比较复杂 精度要求较高时 也常采用此法 4 7 齿轮的典型加工工艺过程由哪几个加工阶段所组成 齿轮的典型加工工艺过程为 毛坯制造 齿坯热处理 齿坯加工 轮齿加工 轮齿热处 理 轮齿主要表面精加工 轮齿的精加工 4 8 常用的齿形加工方法有哪些 各有什么特点 应用在什么场合 仿形法 1 铣齿 加工精度及生产率较低 一般精度在 9 级以下 2 拉齿 加工 精度和生产率都较高 但拉刀制造困难 成本高 故只在 大量生产时使用 主要用于拉内齿轮 展成法 1 滚齿 通常能加工 6 10 级精度齿轮 最高能达 4 级 生产率较高 通用 性好 常用以加工直齿 斜齿的外啮合圆柱齿轮和涡轮 2 插齿 通常能加工 7 9 级精度齿轮 最高能达 6 级 生产率较高 通用性好 适用 于加工内外啮合齿轮 扇形齿轮 齿条等 3 剃齿 能 加工 5 7 及精度齿轮 生产率高 主要用于齿轮滚 插等加工后 淬火前齿面的加工 4 冷挤齿 能加工 6 8 级精度齿轮 生产率比剃齿高 成本低 多用于齿形淬硬前的精加工 以代替剃齿 属于无切削加工 5 珩齿 能加工 6 7 级精度齿轮 多用于经过剃齿和淬火后齿形的精加 工 6 磨齿 加工精度高 能加工 3 7 级精度齿轮 但生产效率低 加工成本高 多 用于齿形淬硬后的精加工 第五章 5 1 什么是机床夹具 举例说明夹具在机械加工中的作用 答 机床夹具 是在机床上用以装夹工件连续切削顺利进行的一种工艺装备 机床夹具的功用 稳定保证工件的加工精度 减少辅助工时 提高劳动生产率 扩大机床的使用范围 实现一机多能 举例 用 V 形块 用三爪卡盘 顶尖可很好的保证工件的定位精度 以及 工件相对于刀具和机床的位置精度 如图 a b 5 2 机床夹具通常由哪几部分组成 答 机床夹具的组成部分 1 定位元件 2 夹紧元件 3 对刀和导引元件 4 夹具体 5 其 它零件及装置 P123 机床夹具的组成部分 1 定位元件 定位装置 定位元件与工件的定位基面相接处 用于确定工件在夹具中的正确位置 2 夹紧元件 夹紧装置 夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢 使工件在加工过程中 保持夹具中的既定位置 3 对刀与引导元件 对刀元件用于确定刀具在加工前处于正确位置 引导元件用于确 定刀具位置并引导刀具进行加工 4 其它元件级装置 有些夹具根据工件的加工要求 要有分度机构 铣床夹具还要有 定位件等 5 3 常见的定位方式 定位元件有哪些 工件以平面定位 固定支承 包括支承钉 支承钉 可调支承 自位支承 辅助支承 工件以外圆定位 V 形块 定位套 半园套 圆锥套 工件以圆孔定位 定位销 圆锥销 定位心轴 包括圆柱心轴 圆锥心轴 工件以组合表面定位 平面与平面组合 平面与孔组合 平面与外圆柱面组合 平面与 其他表面组合 锥面与锥面组合等 答 2 工件以平面定位 圆柱支承 可调支承 自位支承 辅助支承 工件以外圆定 位 V 形块 定位套 半园套 圆锥套 工件以圆孔定位 定位销 圆锥销 定位心轴 工件以组合表面定位 一面两销 5 4 辅助支承与自位支承有何不同 答 1 辅助支撑是在工件实现定位后才参与支承的定位元件 不起支承作用 只能提高 工件加工时刚度或起辅助定位作用 自位支承又称浮动支承 在定位过程中 支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化 而自动调整并与之相适应 尽管每一个定位置与工件间可 能是二点或三点接触 但实质上仍然只起一个定位只承担的作用 只限制工件的一个自由 度 常用于毛坯表面 断续面 阶梯表面定位 答 2 辅助支承用来提高支承件零件刚度 不是用作定位支承点 不起消 除自由度作用 自位支承是支承本身在定位过程中所处的位置 是随工件定 位基准位置的变化而自动与之适应 但一个自位支承只起一个定位支承点的 作用 5 5 什么是定位误差 试述产生定位误差的原因 答 定位误差 是由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差 由于对同一批工 件说 刀具调整后位置是不动的 即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的 因此定 位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量 造成定位误差的原因 定位基准和工序基准不一致所引起的基准不重合误差 BC 由 于定位副制造误差及配合间隙所引起的定位误差 即基准位移误差 JW 5 6 工件在夹具中夹紧时对夹紧力有何要求 答 方向 夹紧力的作用方向不破坏工件定位的准确性和可靠性 夹紧力方向应使 工件变形尽可能小 夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小 夹紧力作用点 夹紧力作用点应靠近支承元件的几何中心或几个支承元件所形成的 支撑面内 夹紧力作用点应落在工件刚度较好的部位上 夹紧力作用点应尽可能靠近 被加工表面 夹紧力的大小 夹紧力的大小主要确定方法有经验类比和分析计算法 采用分析计算 一般根据切削原理求切削力 F 算出惯心力 离心力 列出平衡方程式 算出理论夹紧力 Q 为安全起见 考虑安全系数 K 因此实际夹紧力 Q KQ K 取值范围 1 5 3 粗加 工 2 5 3 精加工 1 5 2 由于加工中切削力随刀具的磨钝 工件材料性质和余量的不均 匀等因素变化 因而实际生产中常采用类比的方法估算夹紧力 5 7 试分析三种基本夹紧机构的优缺点及其应用 斜楔夹紧机构 结构简单 工作可靠 但由于它的机械效率低 很少直接用于手动夹紧 而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 螺旋夹紧机构的扩力作用远大于斜楔夹紧机 构 结构也很简单 制造容易 夹紧行程大 扩力比大 自锁性能好 尤其适合于手动夹 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 5 8 如图所示零件以平面 3 和两个短 V 形块 1 2 进行定位 试分析该定位方案是否合理 各定位元件应分别限制哪些自由度 如何改进 第六章 6 1 钻床夹具分哪些类型 各类钻模有何特点 钻床夹具分为 1 固定式钻模 在机床上的位置一般固定不动 加工精度高 主要用于立式钻床上加 工直径较大的单孔及同轴线的孔 或摇臂钻床上加工轴 线平行的孔系 2 分度式钻模 有回转式和直线式分度 回转式钻模应用较多 可实现工件一次安装 经夹具分度机构转位可顺序加工各孔 3 翻转式钻模 主要用于加工小型工件同一表面或不同表面上的孔结构上比回转式钻 模简单 适合中小批量工件的加工 加工时一般手动翻 转 稍大工件时必须设计专门的托架 以便翻转夹具 4 盖板式钻模 没有夹具体 定位元件和夹紧装置直接安装在钻模板上 结构简单 切屑易于清除 适用于加工小孔 可不设夹紧装置 5 滑柱式钻模 夹具可调 操作方便 夹紧迅速 钻孔的垂直度和孔距精度不太高 适合于中等精度的孔和孔系加工 6 3 钻模板的形式有几种 哪种的工作精度最高 钻模板的形式有 1 固定式 2 铰链式 3 可卸式 其中固定式的工作精度最 高 6 4 试分析分度装置的功用 类型及其应用范围 答 分度装置功用 当工件一次装夹后 需要按一定角度或一定距离加工一组平面 类型 回转分度装置和直线移动分度装置应用范围 回转分度装置 主要加工有一定回转角度要 求的孔系 槽或多面体 直线移动分度装置 主要加工有一定距离要求的平等孔系和槽 6 5 影响分度精度的因素有哪些 如何提高分度精度 答 影响分度精度的因素有 分度对定机构的选择 防尘措施 6 6 用双镗套引导镗杆的镗模工作时 镗杆与机床主轴应如何联接 机床主轴 的工作精度是否影响加工精度 答 用双镗套引导镗杆的镗模工作时 镗杆与机床主轴用浮动接头联接 由于镗 杆与接头体之间留有间隙以便浮动 接头体的锥柄安装在机床主轴的锥孔中 能自动补偿 镗杆与机床主轴之间的偏差 因此 机床主轴的工作精度不影响加工精度 6 7 镗床夹具可分为几类 各有何特点 其应用场合是什么 答 镗床夹具的引向支架可分为 1 单面前导向 单个导向支架布置在刀具前方 适于加 工孔径 D 60mm 加工长度 L D 的通孔 2 单面后导向 单个导向支架布置在刀具后方 适于加工盲孔或 D 60mm 的通孔 装卸更换刀方便 3 单面双导向 刀具后方两个导向 镗套 镗杆与机床主轴浮动联接 4 双面单导向 导向支架分别在工件的两侧 适用于加 工孔径较大 工件孔的长径比大于 1 5 的通孔 6 8 镗床夹具可分为几类 各有何特点 其应用场合是什么 按其所使用的机床不同 镗床夹具可分卧式和立式两类 按其导向支架的布置形式 可分为双支承镗模 和无支承镗模 3 类 双支承镗模 镗模的两个支承分别设置在刀具的前方和后方 镗孔的位置精度主要取决 于镗模支架上镗套孔之间的位置精度 而不受机床工作精 度的影响 通用性好 适用于批量加工 可用于低精度机床加工高精度零件 单支承镗模 镗杆在镗模中只有一个镗套引导 镗杆与机床主轴刚性连接 即镗杆插入 机床主轴的莫氏锥孔中 并保证镗套中心与主轴轴线重合 机床主轴的回转精度影响工件镗孔精度 通用性较差 适用于精度高的机床批量加工 无支承镗模 工件在刚度好 精度好的金刚镗床 坐标镗床或数控机床 加工中心上镗 孔时 夹具上不设镗模支承 加工孔的尺寸和位置精度由 镗床保证 无支承夹具只需设计定位 夹紧装置和夹具体即可 适用于在刚度好 精度好 的金刚镗床 坐标镗床或数控机床 加工中心上镗孔 page171 172 6 9 镗套有几种 怎么使用 答 镗套有 1 固定式镗套 开有油槽 设有压配式油杯 外形小 结构简单 适于低速 镗孔 2 回转式镗套 在镗孔过程中 随镗杆一起转动 只有相对移动无相对转动 从而 减少了镗套的磨损 适用于高速镗削 当加工孔径大于镗套孔径 需要在回转镗套上开引 刀槽 同时必须在镗杆和旋转导套间设置定向键 6 10 决定铣床夹具 U 型耳座尺寸的原始依据是什么 答 决定铣床夹具 U 型耳座的尺寸的原始依据是先铣床工件台的形状结构以