机械制造技术基础(第2版)前五章课后习题答案

1 机械制造技术基础机械制造技术基础 部分习题参考解答部分习题参考解答 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 什么是生产过程 工艺过程和工艺规程 答 答 生产过程 从原材料 或半成品 进厂 一直到把成品制造出来的各有关 劳动过程的总称为该工厂的过程 工艺过程 在生产过程中 凡属直接改变生产对象的尺寸 形状 物理化学性 能以及相对位置关系的过程 工艺规程 记录在给定条件下最合理的工艺过程的相关内容 并用来指导生产 的文件 1 2 什么是工序 工位 工步和走刀 试举例说明 答 工序 一个工人或一组工人 在一个工作地对同一工件或同时对几个工件 所连续完成的那一部分工艺过程 工位 在工件的一次安装中 工件相对于机床 或刀具 每占据一个确切位置 中所完成的那一部分工艺过程 工步 在加工表面 切削刀具和切削用量 仅指机床主轴转速和进给量 都不 变的情况下所完成的那一部分工艺过程 走刀 在一个工步中 如果要切掉的金属层很厚 可分几次切 每切削一次 就称为一次走刀 比如车削一阶梯轴 在车床上完成的车外圆 端面等为一个工序 其中 n f ap 不变的为一工步 切削小直径外圆表面因余量较大要分为几次走刀 1 3 什么是安装 什么是装夹 它们有什么区别 答 答 安装 工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程 装夹 特指工件在机床夹具上的定位和夹紧的过程 安装包括一次装夹和装夹之后所完成的切削加工的工艺过程 装夹仅指定位和夹 紧 1 4 单件生产 成批生产 大量生产各有哪些工艺特征 答 单件生产零件互换性较差 毛坯制造精度低 加工余量大 采用通用机床 答 单件生产零件互换性较差 毛坯制造精度低 加工余量大 采用通用机床 通用夹具和刀具 找正装夹 对工人技术水平要求较高 生产效率低 通用夹具和刀具 找正装夹 对工人技术水平要求较高 生产效率低 大量生产零件互换性好 毛坯精度高 加工余量小 采用高效专用机床 专用夹大量生产零件互换性好 毛坯精度高 加工余量小 采用高效专用机床 专用夹 具和刀具 夹具定位装夹 操作工人技术水平要求不高 生产效率高 具和刀具 夹具定位装夹 操作工人技术水平要求不高 生产效率高 2 成批生产的毛坯精度 互换性 所以夹具和刀具等介于上述两者之间 机床采用成批生产的毛坯精度 互换性 所以夹具和刀具等介于上述两者之间 机床采用 通用机床或者数控机床 生产效率介于两者之间 通用机床或者数控机床 生产效率介于两者之间 1 5 试为某车床厂丝杠生产线确定生产类型 生产条件如下 加工零件 卧式车 床丝杠 长为 1617mm 直径为 40mm 丝杠精度等级为 8 级 材料为 Y40Mn 年 产量 5000 台车床 备品率 5 废品率 0 5 答 答 该丝杠加工属于成批生产 不属于大批量生产 年生产纲领为 1 1 5000 1 1 5 1 0 5 5276 NQnab 1 6 什么是工件的定位 什么是工件的夹紧 试举例说明 答 答 工件的定位 使工件相对于机床占有一个正确的位置的过程 工件的夹紧 将定位以后的工件压紧 使工件在加工过程中总能保持其正确位 置 如在铣床上使用台虎钳装夹一个矩形工件 应该是先定位 后夹紧 1 7 什么是工件的欠定位 什么是工件的过定位 试举例说明 答 欠定位答 欠定位 工件定位时应该限制的自由度没有限制的现象 工件定位时应该限制的自由度没有限制的现象 过定位过定位 几个定位元件同时限制一个自由度的现象 几个定位元件同时限制一个自由度的现象 如 采用三爪卡盘夹持短轴 夹持过短 短销 属于欠定位 用三爪卡盘和尾座如 采用三爪卡盘夹持短轴 夹持过短 短销 属于欠定位 用三爪卡盘和尾座 顶尖装夹一个轴类工件 也属于过定位 顶尖装夹一个轴类工件 也属于过定位 1 8 试举例说明什么是设计基准 工艺基准 工序基准 定位基准 测量基准 和装配基准 答 答 设计基准 设计图样上标注设计尺寸所依据的基准 工艺基准 工艺过程中所使用的基准 包括工序 定位 测量和装配基准 工序基准 在工序图上用来确定本工序加工表面尺寸 形状和位置所依据的基 准 定位基准 在加工中用作定位的基准 测量基准 工件在加工中或加工后 测量尺寸和形位误差所依据的基准 装配基准 装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置所依据的基准 工艺基准应可能和设计基准一致 具体举例略 1 9 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 3 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 答 答 上述说法都是不对的 工件在夹具中装夹 6 个定位支承点不能按要求布置 就不能限制 6 个自由度 少于 6 个定位支承点 不一定是欠定位 因为有些工件不需要限制 6 个自由度 如在平面磨床上用磁力吸盘装夹工件 只限制 3 个自由度即可满足加工要求 少于 6 个定位支承点 如果支承布局不合理 也可能出现过定位 1 10 分析图 1 10 所示工件 图中工件用细双点划线绘制 的定位方式 并回答 以下问题 1 各定位件所限制的自由度 2 判断有无欠定位或过定位现象 为 什么 图中加工面用粗黑线标出 图 1 10a b d e 为车削工序 图 1 10c 为钻孔工 序 图 1 10f 为镗 A 孔工序 图 1 10g 为钻大头孔工序 图 1 10h 为铣两端面工序 答 答 a 两顶尖限制 x 移动 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 5 个自由度 三爪卡盘限 制 x 移动 z 移动 2 个自由度 x 移动 z 移动重复限制 过定位过定位 b 长销限制 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 4 个自由度 台肩左平面限制 x 移动 y 转动 z 转动 3 个自由度 y 转动 z 转动重复限制 过定位过定位 c 底平面限制 z 移动 x 转动 y 转动 3 个自由度 左边短 V 型块限制 x 移动 y 移动 2 个自由度 右边可移动 V 型块限制了 y 移动 有过定位 定位方案可行定位方案可行 d 两顶尖限制 x 移动 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 5 个自由度 鸡心夹只传 动扭矩 不限制自由度 该定位方案可行该定位方案可行 e 两带齿顶尖限制 x 移动 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 5 个自由度 并传动 转矩 该定位方案可行该定位方案可行 f 底平面 3 个钉 限制 z 移动 x 转动 y 转动 3 个自由度 侧面 2 个支承钉限 制 y 移动 z 转动 2 个自由度 共限制 5 个自由度 加工 d 孔 欠定位欠定位 在 yoz 平面 方向应有一个钉 限制 x 移动 g 底平面限制 z 移动 x 转动 y 转动 3 个自由度 左面短销限制 x 移动 y 移动 2 个自由度 右面可移动短 V 型块限制 z 转动 1 个自由度 该定位方案合理可行 该定位方案合理可行 h 在 z 方向两个短 V 型块限制了 x 移动 y 移动 x 转动 y 转动 4 个自由度 x 方向的短 V 型块限制了 z 移动 z 转动 2 个自由度 该定位方案合理可行 该定位方案合理可行 4 习题 1 10 图 1 11 分析图 1 11 所示工件为满足加工要求所限制的自由度 先选定位基面 然 后在定位基面上标出所限的自由度 其画法如图 8 所示 图中粗黑线为加工面 答 答 a 在圆柱上钻孔 需要限制除 y 转动之外的 5 个自由度 可选外圆表面为定 位基面 用两短 V 型块定位限制 4 个自由度 x 移动 z 移动 x 转动 z 转动 在 轴向设置一支承钉 限制 y 移动 即可满足加工要求 b 车短圆柱套筒端面需限制除 x 转动的 5 个自由度 可用外圆表面定位 三爪卡 盘装夹 长套筒限制 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 4 个自由度 左端面挡块限制 x 移动 即可满足加工要求 c 在轴上铣槽需要限制除 x 转动之外的 5 个自由度 用工件外圆表面定位 用两 短 V 型块定位限制 4 个自由度 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 在轴向左侧面或 5 者右侧面设置一支承钉 限制 x 移动 即可满足加工要求 d 在阶梯轴上钻孔需要限制除 x 转动之外的 5 个自由度 用工件小端外圆表面定 位 用两短 V 型块定位限制 4 个自由度 y 移动 z 移动 y 转动 z 转动 在轴向 左侧面或者右侧面设置一支承钉 限制 x 移动 即可满足加工要求 e 在三角块形工件上加工两孔需要限制工件的 6 个自由度 可用底平面定位 限 制 z 移动 x 转动 y 转动三个自由度 用左侧面 yoz 平面 两支承钉定位限制 x 移 动 z 转动 2 个自由度 用 xoz 左侧或右侧一个支承钉定位限制 y 移动 习题 1 11 图 机械制造技术基础机械制造技术基础 部分习题参考解答部分习题参考解答 第二章第二章 金属切削过程金属切削过程 2 1 什么是切削用量三要素 在外圆车削中 它们与切削层参数有什么关系 答 答 切削用量三要素是指切削速度 v 进给量 f 背吃刀量 ap 切削深度 在外圆车削中 它们与切削层参数的关系是 sin sin Dr Dpr Dp hf ba Afa 切削层公称厚度 切削层公称宽度 切削层公称横截面积 2 2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度 试画图标出这些基 6 本角度 答 答 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要 7 个基本角度 前角 后角 主偏 角 副偏角 副前角 副后角和刃倾角 这些基本角度如下图所示 其中副前角 副 后角不做要求 2 3 试述刀具标注角度和工作角度的区别 为什么车刀作横向切削时 进给量取 值不能过大 答 答 刀具标注角度是在静态情况下在刀具标注角度参考系中测得的角度 而刀具 工作角度是在刀具工作角度参考系中 考虑了刀具安装误差和进给运动影响等因素 确定的刀具角度 车刀作横向切削时 进给量取值过大会使切削速度 基面变化过大 导致刀具实 际工作前角和工作后角变化过大 可能会使刀具工作后角变为负值 不能正常切削加 工 P23 2 4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能 答 P24 1 高的硬度和耐磨性 2 足够的强度和韧性 3 高耐热性 4 良好的导热性和耐热冲击性能 5 良好的工艺性 2 5 常用的硬质合金有哪几类 如何选用 答 P26 常用的硬质合金有三类 P 类 我国钨钴钛类 YT 主要用于切削 钢等长屑材料 K 类 我国钨钴类 YG 主要用于切削铸铁 有色金属等材料 M 类 我国通用类 YW 可以加工铸铁 有色金属和钢及难加工材料 7 2 6 怎样划分切削变形区 第一变形区有哪些变形特点 答 答 切削形成过程分为三个变形区 第一变形区切削层金属与工件分离的剪切滑 移区域 第二变形区前刀面与切屑底部的摩擦区域 第三变形区刀具后刀面与已加工 表面的摩擦区域 第一变形区的变形特点主要是 金属的晶粒在刀具前刀面推挤作用下沿滑移线剪 切滑移 晶粒伸长 晶格位错 剪切应力达到了材料的屈服极限 2 7 什么是积屑瘤 它对加工过程有什么影响 如何控制积屑瘤的产生 答 P32 34 切削塑性材料又能形成带状切屑时在前刀面刀尖处粘附的三角形 金属硬块是积屑瘤 它对加工过程的影响是 使刀具前角增大 切削厚度变化 加工表面粗糙度增大 刀具寿命降低 粗加工时影响不大 精加工必须防止 控制积屑瘤的措施是正确选用切削速度 避开易产出积屑瘤的切削速度范围 使用润滑性能好的切削液 增大刀具前角 适当提高工件材料硬度 2 8 试述影响切削变形的主要因素及影响规律 答 答 P34 影响切削变形的主要因素是 工件材料 强度越高 切削变形系数越小 刀具前角 增大刀具前角 切削变形系数减小 切削速度 切削速度越大 切削变形系数越小 切削层公称厚度 厚度越大 切削变形系数越小 2 9 常用的切屑形态有哪几种 它们一般都在什么情况下生成 控制切屑形态有 哪几种方法 答 答 P34 36 常用的切屑形态有带状切屑 节状切屑 粒状切屑 崩碎切屑 带状切屑 加工塑性金属时 在切削厚度较小 切速较高 刀具前角较大的工况 条件下常形成此类切屑 节状切屑 粒状切屑 在切削速度较低 切削厚度较大 刀具前角较小时常产生 此类切屑 崩碎切屑 加工脆性材料 切削厚度越大越易得到这类切屑 控制切屑形态的方法 采用断屑槽 改变刀具角度 主偏角 前角和刃倾角 调整切削用量 主要是 f 8 2 10 在 CA6140 型车床上车削外圆 已知 工件材料为灰铸铁 其牌号为 HT200 刀具材料为硬质合金 其牌号为 YG6 刀具几何参数为 o 10 o o 8 r 45 r 10 s 10 对三向切削分力的修正系数分别为 s r 0 5mm 切削用量为 ap 3mm 1 0 1 5 0 75 sCSpsf FFF f 0 4mm r vc 8m min 试求切削力 Fc Ff Fp及切削功率 解 解 根据已知条件 查教材 p39 表 2 3 得到 900 1 0 0 75 0 530 0 9 0 75 0 450 1 0 0 40 0 FcFcFcFc FpFpFpFp FfFfFfFf Cxyn Cxyn Cxyn 代入 p39 公式 2 20 可得 10 750 0 90 750 10 40 900 30 4801 01358N 530 30 4801 51075N 450 30 4800 75702N FcFcFc s FpFpFp s FfFfFf s xyn cFcpcFc xyn pFppcFp xyn fFfpcFf FC afvK FC afvK FC afvK 再根据 p38 公式 2 17 可得切削功率 33 101358 80 60 101 81 KW ccc PF v 2 11 影响切削力的主要因素有哪些 试论述其影响规律 答 P41 42 影响切削力的主要因素有工件材料 切削用量 刀具几何参数 刀具磨损 切削液和刀具材料 工件材料的影响 工件材料强度 硬度越高 切削力越大 切削用量的影响 背吃刀量 ap影响最大 几乎成正比 f 次之 v 最小 刀具几何参数的影响 前角增大 切削力减小 主偏角变化 影响 Fp和 Ff比例 刀具磨损增加会使切削力增大 润滑性能好的切削液可减小切削力 2 12 影响切削温度的主要因素有哪些 试论述其影响规律 答 P44 46 影响切削温度的主要因素有切削用量 刀具几何参数 工件材料 性能 刀具磨损和切削液 切削用量的影响 v 最大 f 次之 ap最小 刀具几何参数的影响 前角增大 切削温度减小 主偏角减小 会改善散热条件 工件材料强度 硬度越高 产生的切削热越多 9 刀具磨损变钝 摩擦加剧 切削温度上升 切削液可以明显减少切削热的影响 2 13 试分析刀具磨损四种磨损机制的本质与特征 它们各在什么条件下产生 答 答 P47 刀具磨损四种磨损机制的本质和特征 硬质点划痕 工件材料有硬质点 造成机械磨损 有划痕 划伤 冷焊磨损 即粘接磨损 在高压高温作用下 刀具材料被粘接 撕裂 导致磨损 扩散磨损 在高温下刀具材料中金属原子扩散 导致材料软化磨损 化学磨损 由于化学腐蚀 氧化作用产生的磨损 2 14 什么是刀具的磨钝标准 制定刀具磨钝标准要考虑哪些因素 答 答 P48 刀具磨损达到一定限度就不再使用 这个限度叫做刀具的磨钝标准 制定刀具磨钝标准要考虑的因素有 磨损量便于测量检验 生产的具体情况 如 加工精度要求 刀具调整的方便性 刀具的复杂程度 刀具材料和工件材料等 2 15 什么是刀具寿命和刀具总寿命 试分析切削用量三要素对刀具寿命的影响 规律 答 P49 52 刀具寿命 刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准 为止的总切削时间 刀具总寿命 刀具寿命乘以刃磨次数 切削用量三要素对刀具寿命的影响规律是 切削用量三要素任意参数增大 都会 导致刀具寿命降低 其中 v 的影响最大 f 次之 ap最小 2 16 什么是最高生产率刀具寿命和最小成本刀具寿命 怎样合理选择刀具寿命 答 P50 最高生产率刀具寿命 按单件时间最短的原则确定的刀具寿命 最小成本刀具寿命 按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命 一般情况下 应采用最小成本刀具寿命 再生产任务紧迫或生产中出现节拍不平 衡时可选用最高生产率刀具寿命 2 17 试述刀具破损的形式及防止破损的措施 答 答 P51 刀具破损的形式有脆性破损 崩刃 碎断 剥落 裂纹破损 塑性 10 破损 防止破损的措施有 合理选择刀具材料 合理选择刀具几何参数 保证刀具的刃 磨质量 合理选择切削用量 提高工艺系统的刚度 对刀具状态进行实时监控 2 18 试述前角的功用及选择原则 答 答 P57 前角的功用 前角增大可减小切削变形 降低切削力和切削温度 但前角过大会削弱刀刃的强度 选择原则 工件材料强度 硬度较低时选择较大前角 否则较小前角 加工塑性 材料 选择较大的前角 刀具材料韧性好时选择较大的前角 粗加工选择较小的前角 2 19 试述后角的功用及选择原则 答 答 P57 58 后角的功用 减小刀具后刀面与工件之间的摩擦 提高已加工表 面质量 选择原则 切削厚度较小时 选取较大的后角 粗加工选取较小的后角 工件材 料塑性较大时取较大的后角 工件材料强度硬度高时 取较小的后角 2 20 在 CA6140 型车床上车削外圆 已知 工件毛坯直径为mm 加工长度70 为 400mm 加工后工件尺寸为mm 表面粗糙度为 Ra3 2 m 工件材料为 0 0 1 60 40Cr b 700MPa 采用焊接式硬质合金外圆车刀 牌号为 YT15 刀杆截面尺寸 为 16mm 25mm 刀具切削部分几何参数为 o 10 o 6 r 45 r 10 s 0 r 0 5mm o1 10 b 1 0 2mm 试为该工序确定切削用量 CA6140 型车床纵向 进给机构允许的最大作用力为 3500N 解答解答 参照 P52 57 例题 2 2 2 21 试论述切削用量的选择原则 答 P52 首先选取尽可能大的背吃刀量 ap 其次根据机床进给机构强度 刀 杆刚度等限制条件 粗加工时域已加工表面粗糙度要求 精加工时 选取尽可能大 的进给量 f 最后根据 切削用量手册 查取或根据公式 2 29 计算确定切削速度 vc 2 22 什么是砂轮硬度 如何正确选择砂轮硬度 答 P60 砂轮硬度 磨粒在磨削力的作用下 从砂轮表面上脱离的难易程 11 度 砂轮硬度越高 磨粒越不容易脱离 正确选择砂轮硬度 1 磨削硬材 选软砂轮 磨削软材 选硬砂轮 2 磨导热性差的材料 不易散热 选软砂轮以免工件烧伤 3 砂轮与工件接触面积大时 选较软的砂轮 4 成形磨精磨时 选硬砂轮 粗磨时选较软的砂轮 2 23 为什么磨削外圆时磨削力的三个分力中以 Fp值最大 而车外圆时切削力的 三个分力中 Fc值为最大 答 因为砂轮上的磨粒为自然形成的负前角 磨粒较钝 同时参与磨削的磨粒较 多 磨削时单位磨削力较大 故造成外圆磨削时磨削力的三个分力中以径向磨削力 Fp值最大 而车削车刀为人工刃磨的前角 切削刃锋利 故切向切削力最大 2 24 粗磨一直径为mm 的外圆 工件材料为 45 钢 其硬度为 228 255HB 50 砂轮速度为 50m s 试确定所用的砂轮特性 答 答 根据已知条件 砂轮特性选择应为 磨粒为棕刚玉 粒度为 F30 F60 陶瓷结合剂 砂轮硬度为中硬 Q 砂轮组织 为疏松 9 12 号 平形砂轮 机械制造技术基础机械制造技术基础 部分习题参考解答部分习题参考解答 第三章第三章 机械制造中的加工方法及装备机械制造中的加工方法及装备 3 1 表面发生线的形成方法有哪几种 答 答 p69 70 表面发生线的形成方法有轨迹法 成形法 相切法 展成法 具体参见第二版教材 p69 图 3 2 3 2 试以外圆磨床为例分析机床的哪些运动是主运动 哪些运动是进给运动 答 答 如图 3 20 p87 外圆磨削砂轮旋转 nc是主运动 工件旋转 nw 砂轮的横 向移动 fr 工作台往复运动 fa均为进给运动 3 3 机床有哪些基本组成部分 试分析其主要功用 答答 p70 71 基本组成部分动力源 运动执行机构 传动机构 控制系统和伺 服系统 支承系统 12 动力源为机床运动提供动力 运动执行机构产生主运动和进给运动 传动机构建 立从动力源到执行机构之间的联系 控制和伺服系统发出指令控制机床运动 支承系 统为上述部分提供安装的基础和支承结构 3 4 什么是外联系传动链 什么是内联系传动链 各有何特点 答 外联系传动链 机床动力源和运动执行机构之间的传动联系 如铣床 钻床答 外联系传动链 机床动力源和运动执行机构之间的传动联系 如铣床 钻床 传动链 传动链 内联系传动链 执行件和执行件之间的传动联系 如车螺纹 滚齿的传动链 内联系传动链 执行件和执行件之间的传动联系 如车螺纹 滚齿的传动链 外联系传动链两端没有严格的传动关系 而内联系传动链两端有严格的传动关系外联系传动链两端没有严格的传动关系 而内联系传动链两端有严格的传动关系 或相对运动要求 或相对运动要求 3 5 试分析提高车削生产率的途径和方法 答 答 p76 提高切削速度 采用强力切削 提高 f ap 采用多刀加工的方法 3 6 车刀有哪几种 试简述各种车刀的结构特征及加工范围 答 答 p77 外圆车刀 左 右偏刀 弯头车刀 直头车刀等 内 外螺纹车刀 切断刀或切槽刀 内孔车刀 通孔 盲孔车刀 端面车刀 成形车刀等 顾名思义 外圆车刀主要是切削外圆表面 螺纹车刀用于切削各种螺纹 切断或 切槽车刀用于切断或切槽 内孔车刀用于车削内孔 端面车刀切断面 成形车刀用于 加工成形表面 3 7 试述 CA6140 型卧式车床主传动链的传动路线 答答 p82 CA6140 型卧式车床主传动链的传动路线 13 3 8 CA6140 型卧式车床中主轴在主轴箱中是如何支承的 三爪自定心卡盘是怎样 装到车床主轴上去的 答 p83 84 3 9 CA6140 型卧式车床是怎样通过双向多片摩擦离合器实现主轴正传 反转和 制动的 答 答 如教材图 3 17 和 3 18 所示 操纵手柄向上 通过连杆 扇形齿块和齿条带 动滑套 8 向右滑移 拨动摆杆 10 使拉杆向左 压紧左边正向旋转摩擦片 主轴实现 正转 若操纵手柄向下 通过连杆 扇形齿块和齿条带动滑套 8 向左滑移 拨动摆杆 10 使拉杆向右 压紧右边反向旋转摩擦片 主轴反转 制动时操纵手柄处于中位 滑套 8 处于摆杆 10 的中间 此时杠杆 7 带动制动带 8 压紧制动轮 实现主轴制动 3 10 CA6140 型卧式车床主轴箱 轴上带的拉力作用在哪些零件上 答 p84 卸荷带轮 如图 3 14 CA6140 型卧式车床主轴箱 轴上皮带轮上的 拉力通过法兰 3 直接传给箱体 4 3 11 CA6140 型卧式车床主轴前轴承的径向间隙是如何调整的 答 p81 83 通过如图 3 14 上的 22 21 20 三个零件调整前轴承间隙 3 12 试分析外圆表面车拉削方法的工作原理和工艺特点 答 答 p86 将车削和拉削组合在一起的加工方法 加工时 工件高速旋转 拉 刀慢速旋转拉削运动 工艺特点 多齿拉刀 刀具寿命长 生产效率高 柔性较好 但拉刀制造难度大 适于大批量生产加工结构复杂 精度要求较高的零件 3 13 试分析比较中心磨和无心磨外圆的工艺特点和应用范围 答 答 p87 88 中心磨 磨削精度较高 可以磨削各种复杂零件和表面 但需要 装夹工件 无心磨 工件无需装夹 磨削效率较高 可以磨削外圆等回转体表面 但形状不 能太复杂 14 3 14 试分析快速点磨法工作原理和工艺特点 答 答 p89 快速点磨法工作原理 如图 3 24 p89 砂轮安装时有一小倾角 砂轮与工件点接触 磨削速度很高 加工质量好 生产效率高 砂轮寿命长 适于汽车工业磨削曲轴 凸轮轴和齿轮轴 3 15 试分析比较光整加工外圆表面各种加工方法的工艺特点和应用范围 答 见教材 p91 92 3 16 试分析比较钻头 扩孔钻和铰刀的结构特点和几何角度 答 答 p93 96 钻头 仅 钻头 仅 2 刃 钻芯很细 刚性差 切削部分有横刃刃 钻芯很细 刚性差 切削部分有横刃 负前角负前角 切削余量大 切削余量大 扩孔钻 有扩孔钻 有 3 8 刃 钻芯较粗 刚性较好 无横刃 切削用量较小 刃 钻芯较粗 刚性较好 无横刃 切削用量较小 铰刀 刀刃更多 钻芯更粗 刚性好 切削余量小 故加工精度高 铰刀 刀刃更多 钻芯更粗 刚性好 切削余量小 故加工精度高 3 17 用钻头钻孔 为什么钻出来的孔径一般都比钻头的直径大 答答 p93 钻头刚性差 切削部分有横刃 轴向力较大 切削时易引偏 故钻 削孔径一般都比钻头的直径大 3 18 镗孔有哪几种方式 各有何特点 答 p97 98 三种方式 详见教材图 3 37 图 3 38 图 3 39 3 19 珩磨加工为什么可以获得较高的尺寸精度 形状精度和较小的表面粗糙度 答 p100 101 3 20 拉削速度并不高 但拉削却是一种高生产率的加工方法 原因何在 答 p102 103 3 21 对于相同直径 相同精度等级的轴和孔 为什么孔的公差值总比轴的公差 值规定得大 答 因为孔比外圆表面难加工 孔是内表面 加工时刀具尺寸受限制 刀具刚性答 因为孔比外圆表面难加工 孔是内表面 加工时刀具尺寸受限制 刀具刚性 较差 散热和排屑都处于不利状态 因此 同样的加工精度 对于孔来说 要用的加较差 散热和排屑都处于不利状态 因此 同样的加工精度 对于孔来说 要用的加 工工序就多于外圆表面的加工 加工时间费用较多 故通常孔的公差规定的比外圆表工工序就多于外圆表面的加工 加工时间费用较多 故通常孔的公差规定的比外圆表 面要大一些 面要大一些 15 外圆加工方法 车削 磨削 研磨 超精加工 孔的加工方法 钻孔 扩孔 铰外圆加工方法 车削 磨削 研磨 超精加工 孔的加工方法 钻孔 扩孔 铰 孔 镗孔 磨孔 研磨 珩磨 拉削等 孔的加工方法较多 孔 镗孔 磨孔 研磨 珩磨 拉削等 孔的加工方法较多 3 22 什么是逆铣 什么是顺铣 试分析逆铣和顺铣 对称铣和不对称铣的工艺 特征 答 p105 106 3 23 试分析比较铣平面 刨平面 车平面的工艺特征和应用范围 答答 可以归纳如下 铣平面铣平面刨平面刨平面车平面车平面 工艺特征工艺特征多刀齿 间断切屑 速 度快 生产效率高 单刀齿连续切削 往复 运动 效率较低 车床上加工 与外圆表 面垂直度好 应用范围应用范围适于箱体表面等大平面 斜面 台阶面等 适用于导轨表面 长条 形的平面 台阶面等 适用于轴类零件的端面 的加工 3 24 数控机床有哪几个基本组成部分 各有何功用 答 答 p111 数控机床一般由信息输入 数控装置 伺服系统和机床本体 4 个部 分组成 通过信息输入部分输入加工指令 数控装置相当人的大脑指挥系统 伺服系统控 制机床的运动 机床本体用来支承运动机构 安装工件 3 25 数控机床和加工中心的主传动系统与普通机床相比有哪些特点 答 答 p114 115 与普通机床相比 数控机床和加工中心的主传动系统结构简单 由于数控机床采用的交流或者直流电动机具有无级调速 换向等功能 采用的机械变 速传动也很简单 所以数控机床主传动系统结构简单 重量轻 体积小 3 26 试述 JCS 018 型加工中心主轴组件的构造及其功能 答 p118 3 27 试分析 JCS 018 型加工中心自动换刀装置的优缺点 答 答 p125 刀具库可安装 16 把刀具 自动换刀装置采用换刀机械手 换刀动 作是 抓住 拔出 旋转 180o 插入 退出 特点是动作简单 耗时较短 但有可能抓不紧 造成滑脱 16 3 28 滚切直齿圆柱齿轮时需要哪些基本运动 答 答 p131 132 主运动 滚刀的旋转运动 nc 进给运动 工件的旋转运动 nw 轴向进给运动 f 3 29 插削直齿圆柱齿轮时需要哪些基本运动 答 答 p132 133 主运动 插齿刀直线往复运动 vc 进给运动 插刀旋转 nc 工 件旋转 nw 圆周进给运动 径向进给运动 fr 让刀运动 3 30 插齿时为什么需要插齿刀 或被切齿轮 作让刀运动 答 p133 3 31 试分析比较滚齿 插齿的工艺特点和应用范围 答 答 p134 滚齿加工齿距累计误差较小 生产效率较高 插齿加工齿形误差较 滚齿加工齿距累计误差较小 生产效率较高 插齿加工齿形误差较 小 加工齿面粗糙度较小 小 加工齿面粗糙度较小 滚齿适于直齿 斜齿和蜗轮等加工 插齿适于内齿轮 齿条 扇形齿 多联齿轮滚齿适于直齿 斜齿和蜗轮等加工 插齿适于内齿轮 齿条 扇形齿 多联齿轮 块的加工 块的加工 3 32 为什么剃齿前齿轮与加工方法采用滚齿加工比采用插齿加工更为合理 答 p35 136 3 33 试述剃齿的加工原理 工艺特点和应用范围 答 答 p35 136 展成法加工 利用一对交错斜齿轮啮合时沿齿向存在相对滑动 的原理进行加工 生产效率高 适于大批量生产加工中等模数 7 6 级精度 未经淬火的齿轮加工 3 34 磨齿有哪些方法 各有和特点 各应用在什么场合 答 答 p137 138 成形法磨齿 展成法磨齿 单片锥形砂轮磨齿 双片蝶形砂轮 磨齿 蜗杆砂轮磨齿 成形法磨齿加工精度不高 目前生产上少用 单片锥形砂轮磨齿生产效率较高 可采用较大的切削用量 单件小批生产用 双片蝶形砂轮磨齿不能采用较大的切削用量 砂轮刚性差 磨削效率较低 单件 小批生产用 蜗杆砂轮磨齿生产效率高 砂轮修整要求较高 大批量生产中应用 17 3 35 试述电火花加工 电解加工 激光加工和超声波加工的加工原理 工艺特 点和应用范围 答 答 加工原理加工原理工艺特点工艺特点应用范围应用范围 电火花加工成电火花加工成 型加工型加工 脉冲性电火花放电产生高温 去除多余金属 无切削力 对机床要求不高 可加工各种高强高硬材料 模具成型加工 电火花线切割电火花线切割同 上同 上切割各种导电材 料 电解加工电解加工 在电解液中电化学阳极溶解 加工工件 无切削力 可加工各种高强高 硬材料 加工效率较高 加工模具和复杂 型腔 激光加工激光加工 激光高密度能量使金属溶化 汽化去除 无切削力 无工具磨损 可加 工各种高强高硬材料 打孔 切割或焊 接和热处理 超声波加工超声波加工 超声振动驱动悬浮磨料撞击 工件表面进行加工 机床结构简单 操作方便 加 工效率不高 适于加工各种脆 性材料 3 36 试简述快速原型与制造技术的基本原理及适用场合 答 答 p143 快速原型与制造技术的基本原理是将零件模型分层 计算机数控特 殊的成型机 使用特殊的材料 逐层制造 叠加成型 适用场合 主要制造零件的原型 用于设计评估和样件展示 也可以用于制造模 具 进行批量生产 3 37 试分述快速原型与制造技术中光刻法 分层实体制造法 激光选区烧结法 熔积法的加工原理 工艺特点和应用范围 答 p143 145 总结归纳如下表 立体光刻法立体光刻法分层实体制造法分层实体制造法激光选区烧结法激光选区烧结法熔积法熔积法 加工原理加工原理 强光照射光敏树脂 逐点扫描固化 叠加 成形 激光切割箔材 热压 粘接 叠加成形 激光烧结粉末材料 熔解粘接 叠加成形 喷头熔解细丝材料 挤出粘接 叠加成形 工艺特点工艺特点 误差可控 0 1 材料 利用率高 误差可控 0 25 0 5 材 料利用率较低 误差可控 0 25 0 8误差可控 0 4 之内 应用范围应用范围 零件原型制造 快速模具 生物医学组织材料 三维地图 模型等 3 38 大批量生产某轴 已知材料为 20CrMnTi 轴全长 234mm 最大直径 mm 试为该轴段外圆表面选择加工方案 该表面长度为 34mm 表面硬度74 45 6k 18 58 64HRC 表面粗糙度 Ra 要求为 0 8 轴心线与相邻外圆表面端面的 m74mm 垂直度公差为 0 02mm 答 该外圆表面加工方案为 粗车 精车 表面淬火 粗磨 精磨 3 39 成批生产某箱体 已知其材料为 HT300 箱体的外形尺寸 长 宽 高 为 690mm 520mm 355mm 试为该箱体前壁 160K6 通孔选择加工方案 该孔 长度为 95mm 表面粗糙度 Ra 要求为 0 4m 圆度公差要求为 0 006mm 答 铸造毛坯预留底孔 该孔加工方案为粗镗 半精镗 粗磨 精磨 珩磨 机械制造技术基础机械制造技术基础 部分习题参考解答部分习题参考解答 第四章第四章 机械加工质量及其控制机械加工质量及其控制 4 1 什么是主轴回转精度 为什么外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转 而车床主轴箱中的顶尖则是随工件一起回转的 解 主轴回转精度解 主轴回转精度 主轴实际回转轴线与理想回转轴线的差值表示主轴回转精主轴实际回转轴线与理想回转轴线的差值表示主轴回转精 度 它分为主轴径向圆跳动 轴向圆跳动和角度摆动 度 它分为主轴径向圆跳动 轴向圆跳动和角度摆动 车床主轴顶尖随工件回转是因为车床加工精度比磨床要求低 随工件回转可减小车床主轴顶尖随工件回转是因为车床加工精度比磨床要求低 随工件回转可减小 摩擦力 外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转是因为磨床加工精度要求高 顶尖摩擦力 外圆磨床头夹中的顶尖不随工件一起回转是因为磨床加工精度要求高 顶尖 不转可消除主轴回转产生的误差 不转可消除主轴回转产生的误差 4 2 在镗床上镗孔时 刀具作旋转主运动 工件作进给运动 试分析加工表面 产生椭圆形误差的原因 答 在镗床上镗孔时 由于切削力 F 的作用方向随主轴的回转而回转 在 F 作用 下 主轴总是以支承轴颈某一部位与轴承内表面接触 轴承内表面圆度误差将反映为 主轴径向圆跳动 轴承内表面若为椭圆则镗削的工件表面就会产生椭圆误差 4 3 为什么卧式车床床身导轨在水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度 要求 答 导轨在水平面方向是误差敏感方向 导轨垂直面是误差不敏感方向 故水平答 导轨在水平面方向是误差敏感方向 导轨垂直面是误差不敏感方向 故水平 面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求 面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求 19 4 4 某车床导轨在水平面内的直线度误差为 0 015 1000mm 在垂直面内的直线 度误差为 0 025 1000mm 欲在此车床上车削直径为 60mm 长度为 150mm 的工件 试计算被加工工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差 解 根据 p152 关于机床导轨误差的分析 可知在机床导轨水平面是误差敏感方 向 导轨垂直面是误差不敏感方向 水平面内 mm 0 015 1500 00225 1000 Ry 垂直面内 mm 非常小可忽略不计 2 2 7 0 025 150 602 34 10 21000 z R R 所以 该工件由导轨几何误差引起的圆柱度误差mm 0 00225R 4 5 在车床上精车一批直径为 60mm 长为 1200mm 的长轴外圆 已知 工件 材料为 45 钢 切削用量为 vc 120m min ap 0 4mm f 0 2mm r 刀具材料为 YT15 在刀具位置不重新调整的情况下加工 50 个工件后 试计算由刀具尺寸磨损引 起的加工误差值 解 解 根据 p154 公式 4 2 根据题意 切削 50 个工件的切削长度 0 1000 NB Kl NBNB 1200 50lD f 查 p155 表 4 1 得 YT15 刀具切 45 钢时 NB0 8 m KNB 8 m km 则 0 46mm 1200 86050 0 2 8460 m 1000 1000 NB 工件直径增大至 60 2 0 46 60 92mm 直径误差 0 92mm 4 6 成批生产图 4 69 图所示零件 设 A B 两尺寸已加工至规定尺寸 今以底 面定位镗 E 孔 试求此镗孔工序由于基准不重合引起的定位误差 习题 4 6 图 20 解 假定孔 E 的中心至定位面距离为 F TF 2 则 F 和 A B C 组成一直线尺寸 链 F 为封闭环 A C 为增环 B 为减环 F A B C 封闭环公差 这是基准不重合误差 假定定位基准制造误差 jbFABC TTTT 为 0 则定位误差为 dwjbjwF T 4 7 按图 4 70 所示方式定位在立式铣床上铣槽 其主要技术要求为 1 槽宽 mm 0 0 043 12b 2 槽距尺寸 mm 0 0 21 20l 3 槽底位置尺寸为 mm 0 0 16 34 8h 4 槽两侧面对外圆轴线的对称度公差 mm 0 01e 已知 外圆尺寸mm 与内孔尺寸mm 均已加工至规定尺寸 内外 0 0 016 40 0 021 0 20 圆的径向圆跳动公差值为 0 02mm 试分析计算该工序的定位误差 习题 4 7 图 解 解 1 在工件轴向mm 定位基准与设计基准重合 无定位误差 0 0 21 20l 2 在工件径向 mm 定位误差分析 0 0 16 34 8h 定位基准与设计基准不重合 并有内外圆的径向跳动公差 T c 0 02 mm 40 0 016 0 020 028 22 jb T T c 工件用内孔和心轴定位 并处于水平心轴位置 按 p158 公式 4 4 则定位误差为 1 2 jwDds TT 其中 TD 0 021mm 定位心轴mm Td 0 013mm 0 007 0 020 20 620g mm 代入上式可得 minmax 20 200 007 0 007 s Dd 21 mm 1 0 021 0 0130 007 0 0205 2 jw 所以 径向定位误差为 mm0 0280 02050 0485 dwjbjw 3 键槽对称度 e 0 01mm 的影响分析 外圆轴线是键槽对称度的基准轴线 故对称度对 h 方向尺寸定位误差没有影响 4 8习题 4 8 图 a 所示为铣键槽工序的加工要求 已知轴径尺寸mm 0 0 1 80 试分别计算习题 4 8 图 b c 两种定位方案的定位误差 习题 4 8 图 解 图解 图 b 定位误差分析 定位误差分析 在 y 方向 没有基准转换误差 考虑定位元件无制造误差 则在 y 方向定位误差 为 0 在 x 方向 工件外圆公差mm 对键槽加工有影响 0 1T mm 由于对称度要求为 0 2 x 向定位误差小于对称度要求 故该 20 05 dw x T 方案符合要求 图图 c 定位误差分析 定位误差分析 按教材 p160 图 4 15 b 的分析结果公式 4 7 定位误差为 mm 0 10 11 110 02071 2sin 2 2sin 90 2 d dw T 4 9 习题 4 9 图所示齿轮坯在 V 形块上定位插齿槽 要求保证工序尺寸 已知 若不计内孔与外圆同轴度误差 0 2 0 38 5mmH 00 025 0 10 80mm 35mmdD 的影响试求此工序的定位误差 解 解 如习题 4 9 图所示 外圆公差 Td 0 1mm 内孔公差 TD 0 025mm 由外圆公差引起的工件中心的变化量可按教材 p160 公式 4 17 计算 22 mm 1 0 10 11 110 02071 2sin 2 2sin 90 2 d dw T 考虑外圆和内孔无同轴度误差 所以孔的公差变化引起的定位误差为 mm 2 0 025 0 0125 22 D dw T 所以 该工序尺寸 H 的定位误差为 mm 12 0 03321 dwdwdw H 4 10 按习题 4 10 图所示方式定位加工孔 要求孔对外圆的同轴度公 0 045 0 20mm 差为 已知 试分析计算此定位方案的定0 03mm 0 0 14 60mm 300 07 mmdb 位误差 习题 4 9 图 习题 4 10 图 解解 如习题 4 10 图所示 0 14mm 0 045mm 0 14mm db TTT 只考虑 V 型块定位时 定位误差按教材 p160 公式 4 17 计算 mm 0 10 141 110 02899 2sin 2 2sin 90 2 d dw y T 当尺寸 b 变化时 在 x 方向产生的误差为 mm0 14 dw xb T 两部分作用几何和为实际的定位误差 mm 2222 0 028990 140 1430 dwdw ydw x 4 11 习题 4 11 图所示工件以大外圆表面及端面 M 作定位表面 在小外圆上铣 键槽 要保证尺寸 H L 已知 大 000 0 1510 1220 16 55mm 40mm 60mmAdd 小外圆的同轴度误差 试分析计算该工序的定位误差 o 0 05mm 90t 23 习题 4 11 图 解 解 该题与 4 9 题类似 不过要考虑在直径方向同轴度的影响 Td1 0 12mm Td2 0 16mm 外圆 d2产生的定位误差按教材 p160 公式 4 17 计算 mm 2 0 10 161 110 03314 2sin 2 2sin 90 2 d dw d T 外圆 d1 产生的定位误差为 mm 11 2 0 06 dw dd T 同轴度产生的定位误差为 mm 0 05 dw t 所以 该工序工位误差为 mm 21 0 14314 dwdw ddw ddw t 4 12 习题 4 12 图所示工件采用 V 形块 夹角 定位 加工两个直径为 o 90 10mm 的小孔 已知 外圆直径尺寸mm 内孔尺寸mm 内孔 0 0 1 80d 0 2 0 50D 与外圆的同轴度误差 t 0 05mm 内孔中心线是工序尺寸 R 的工序基准 试 o 30 分析计算加工 O1孔的定位误差 习题 4 12 图 解 解 根据题意 Td 0 1mm TD 0 2mm 定位误差分为几个部分 外圆引起的定位误差按教材 p160 公式 4 17 计算 mm 1 0 10 11 110 02071 2sin 2 2sin 90 2 d dw T 24 同轴度引起的定位误差为 mm 2 0 05 dw t 考虑到 R 和 没有误差 所以 O1的定位误差与 O 相同 定位误差为 mm 12 0 02071 0 050 07071 dwdwdw 4 13 在三台车床上分别加工三批工件的外圆表面 加工后经测量 三批工件分 别产生了如习题 4 13 图所示的形状误差 试分析产生上述形状误差的主要原因 习题 4 13 图 解 解 产生图 a 的原因主要是 工件刚性差 而机床刚性很好 产生图 b 的原因主要是 工件刚性好 但机床主轴 尾座刚性均较差 产生图 c 的原因主要是 工件和机床主轴刚性都很好 但机床尾座刚性较差 刀 具磨损有一定的影响 但磨不了这么快 磨损影响在切削多个工件才能反映出来 4 14 在外圆磨床上磨削习题 4 14 图所示轴类工件的外圆 若机床几何精度良 好 试分析磨外圆后 A A 截面的形状误差 要求画出 A A 截面的形状 并提出减小 上述误差的措施 习题 4 14 图 解解 若工件刚性差 机床刚度好 A A 截面尺寸会增大 若工件刚性好 机床主 轴 尾座刚性差 则 A A 截面尺寸也会变大 若上述两种情况都发生 则 A A 截面 尺寸还是会直径增大 形状误差不明显 改进措施是增大机床主轴 尾座的刚度 增加工件的刚度 4 15 知某车床的部件刚度分别为 k主轴 5000N mm k刀架 23330 N mm k尾座 34500N mm 今在该车床上采用前 后顶