机械工艺学课后习题（王先逵）

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教材：王先逵机械制造工艺学机械工业出版社2023.1

第一章：

1-4从材料的成形机理来分析，加工工艺方法可以分为哪几类？它们各有何特点？

答：根据材料的成形机理，加工工艺方法可以分为去除加工，结合加工和变形加工。去除加工又称分开加工，其特点是从工件上去除一部分材料成形；结合加工是一种堆积成形、分层制造方法，其特点是利用物理和化学的方法将一致材料或不同材料结合在一起而成形；变形加工又称滚动加工，其特点是利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。

1-6什么是机械加工工艺过程？什么是机械加工工艺系统？

答：机械加工工艺过程是机械生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采用金属切削刀具或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。由于制造技术的不断发展，现在所说的加工方法除切削和磨削外，还包括电加工、超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工以及化学加工等几乎所有加工方法。零件进行机械加工时，必需具备一定的条件，即要有一个系统来支持，称之为机械制造工艺系统，由物质分系统、能量分系统和信息分系统组成。

1-7什么是工序、安装、工位、工步和走刀？

答：工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工具连续完成的那一部分工艺过程；安装是指工序中每一次装夹下完成的那一部分工艺过程；工位是指工件的每一次安装中通过分度（或移位）装置使工件相对于机床床身变换加工位置的每一个加工位置上的工艺过程；工步是指工位中加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的状况下所完成的工艺过程；走刀是指在加工表面上切削一次所完成的工步内容。

1-8某机床厂年产CA6140车床2000台，已知每台车床只有1根主轴，主轴零件的备品率为14%，机械加工费品率为4%，试计算机床主轴零件的年生产纲领。从生产纲领来分析，试说明主轴零件属于何种生产类型？其工艺有何特点？若1年按282个工作日，一月按26个工作日来计算，试计算主轴零件月平均生产批量。

答：N?Qn(1??%??%)?2000?1?(1?14%?4%)?2360件/年

根据生产纲领，该主轴零件属于大批生产，应当采用专用机床、专用刀具、专用量具和专用夹具依照互换性标准进行生产。假使主轴每月生产一批零件，则零件的月平均生产批量为：

n'?NA2360?26??218件F282

1-9试述工件装夹的含义。在机械加工中有哪几类装夹工件的方法？简述每种装夹方法的特点以及应用场合。

答：工件的装夹有两个含义，即定位和夹紧。在机械加工中工件的装夹主要有3种方法：1）夹具中装夹：这种装夹是将工件装夹在夹具中，由夹具上的定位元件对工件进行定位，

由夹具上的夹紧装置对工件进行夹紧。这种装夹方法由夹具保证定位夹紧，易于保证加工精度要求，操作简单便利，效率高，多用于成批、大批和大量生产中。

2）直接找正装夹：这种装夹由操作工人直接在机床上利用百分表、划线盘等工具进行工件

的定位，然后夹紧工件。这种装夹方法寻常可以省去夹具的定位元件部分，比较经济，但是装夹效率低，大多用于单件、小批生产。对于加工精度比较高，用夹具很难保证加工精度的工件，直接找正装夹可能是唯一可行方案。

3）划线找正装夹：这种装夹通过事先在工件上划出位置线、找正线和加工线，按找正线进

行找正定位，然后再进行夹紧。这种装夹方法所需设备比较简单，适应性强，但是精度和生产效率均较低，因此都用于单件、小批生产中的粗加工工序。

1-10何谓六点定位原理？何谓完全定位和不完全定位？何谓欠定位和过定位？试举例说明。答：一个物体在空间可以有6个独立的运动，工件的定位就是采取一定的约束措施来限制自由度，采用6个依照一定规则布置的约束点来限制工件的6个自由度，实现完全定位。称之为六点定位原理。

1-11在图1-30中，注有的表面为待加工面，试分别确定其应限制的自由度。

?A）加工工艺为圆柱表面钻孔，需要控制孔的深度和距圆柱轴线的距离，因此应当限制x、

??y、z三个自由度。

B）加工工艺为圆柱表面铣槽，需要控制槽的深度、宽度以及相对于圆柱底底端槽的对称面的对称度，因此应当限制x、y、z三个自由度；槽的两个表面的对称度需要限制y、z自由度。

C）加工工艺为长方体表面铣槽，需要控制槽加工面的深度、宽度以及相对于侧面的位置，因此应当限制x、y、z三个自由度；另外槽的加工面对称面的平行度也有要求，需要限制

??????????y、z自由度。

D）加工工艺为长方体表面钻孔，需要孔相对于基准轴线和基准对称面的位置，因此应当限制x、y两个自由度；另外孔的加工面的相对于基准轴线的平行度和对称度也有要求，需要限制x、y、z自由度。

1-12根据六点定位原理，试用总体分析法和分件分析法分析图1-31中6种加工定位方案所限制的自由度，并分析是否有欠定位和过定位，其过定位是否允许。

A）根据总体分析法，该定位方案限制了y、z、y、z三个自由度，而加工需要限制y、

???????????????z、y、z四个自由度，不存在着欠定位；根据分件分析法，卡盘限制了y、z两个自由度，

浮动顶尖限制了y、z两个自由度，不存在过定位。

B）根据总体分析法，该定位方案限制了x、y、z、y、z5个自由度，符合加工要求，不存在欠定位；根据分件分析法，顶尖和浮动顶尖限制了x、y、z、y、z5个自由度，

????????????而定位套也限制了y、z自由度，存在过定位。

C）根据总体分析法，该定位方案限制了y、z、y、z三个自由度，符合加工要求，不存在着欠定位；根据分件分析法，心轴限制了y、z、y、z四个自由度，不存在过定位。D）根据总体分析法，该定位方案限制了x、y、z、y、z5个自由度，符合加工要求，不存在欠定位；根据分件分析法，圆锥销和浮动圆锥销限制了x、y、z、y、z5个自由度，不存在过定位。

E）根据总体分析法，该定位方案限制了所有六个自由度，不存在欠定位；根据分件分析法，每个V型块限制两个自由度，不存在过定位。

F）根据总体分析法，该定位方案限制了所有六个自由度，不存在欠定位；根据分件分析法，底部两块条形支撑板限制了z、x、y三个自由度，侧面两个支撑钉限制了x、z两个自由度，菱形销限制了y自由度，不存在过定位。

1-13何谓基准？基准分哪几类？试述各类基准的含义及其相互间的关系。

答：基准就是零件标注尺寸（含角度）的起始位置。基准可以分为设计基准和工艺基准两大类，工艺基准又可进一步分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。设计基准是设计者在设计零件时，根据零件在装配结构的装配结构中的装配关系和零件本身结构要素之间的相互位置关系确定的标定尺寸起始位置。工艺基准是在加工工艺过程中所用的基准。工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状和位置的基准，是工序图上的设计基准。定位基准是加工时用于定位的基准。测量基准是工件测量时用的基准。装配基准是工件装配时所用的基准。

1-14基准可以是点、线和面，工艺基准是否也可以是点、线和面？答：作为基准，工艺基准也可以为点、线、面。

其次章机械加工精度及其控制

2-4在车床上用两顶尖装夹工件车削修长轴时，出现图2-80a、b、c所示误差是什么原因，分别可采用什么方法来减少或消除？

答：a）主要原因是工件在切削力作用下弯曲变形，产生鼓形圆柱度误差。主要采用提高工件刚度的方法减小这类误差，例如采用中心架或者跟刀架，减小切削力的作用点到支承之间的距离，以增大工件在切削时的刚度。

b）主要原因是机床在切削力作用下变形，产生马鞍形的圆柱度误差。主要采用提高机床部件刚度的方法减小这类误差，例如加工中采用支撑套，增大机床的刚度。

c）主要原因是机床导轨与主轴回转轴线不平行造成的误差。主要采用减小导轨对主轴回转轴线的平行度误差来减小这类误差，或者采用校正装置补偿该误差产生的影响。

2-8设已知一工艺系统的误差复映系数为0.25，工件在本工序前有圆度误差0.45mm，若本

??????????????????????????工序形状精度规定允差0.01mm，问至少进给几次方能使形状精度合格？

解：已知?g???m????g/?m，为保证工序形状精度规定允差0.01mm，则：

??0.01?0.020.45nn由于每进给一次，误差复映系数为：???0?0.25?n?3时，??0.016?0.02

因此至少进给3次方能使形状精度合格。

2-14在卧式铣床上铣削键槽，经测量发现工件靠两端深度大于中间，且都比调整的深度尺寸小。试分析其原因。

答：工件的深度尺寸小，说明加工时工件相对于理想位置向下有误差，而且中间位置的误差比两端要大。根据图示可知，工件为修长工件，在加工时存在着变形，因此会出现向下的误差且误差值在中间时要大。

2-16车削一批轴的外圆，其尺寸为?25?0.05mm，已知此工序的加工误差分布曲线是正态分布，其标准差??0.025mm，曲线的顶峰位置偏于公差带中值的左侧。试求零件的合格率，废品率。工艺系统经过怎样的调整可使废品率降低？解：由于加工误差分布曲线的顶峰位置位于公差带中值的左侧，即正态分布随机变量总体的算术平均值未知，因此零件的合格率和废品率无法求出。已知6??0.025?6?0.15mm，可以求得工序能力系数Cp?T/6??0.67，工艺能力很差，废品率高，可以通过调整使加工误差分布曲线的顶峰位置位于公差带中值重合，减小标准差降低产品的废品率。

2-18有一批零件，其内孔尺寸为?7000.03mm，属正态分布，求尺寸在之间的?700.01概率。

0.03解：已知内孔尺寸属正态分布，则??70.015，6??0.03???0.005mm，

则z1?x1????x??0.0250.015?3，F(z1)?49.865%z2?2??5，F(z2)?50%0.005?0.005因此Q?F(z1)?F(z2)?99.865%

2-19在自动机上加工一批尺寸为?8?0.09mm的工件，机床调整完后试车50件，试绘制

分布曲线图、直方图，计算工序能力系数和废品率，并分析误差产生原因。解：已知d?50xmax?xmin8.08?7.028??0.175mm，取d=0.18mm

n?17?1x??xi?7.97mm，S?i?1150(xi?x)2?0.146mm?49i?1Cp?T/6??0.18/(6?0.146)?0.2

组号1234567组界/mm6.938～7.1187.118～7.2987.298～7.4787.478～7.6587.658～7.8387.838～8.0188.018～8.918中心值/mm7.0287.2087.3887.5687.7487.9288.018频数100023512频率（%）频率密度/mm-1（%）20004702411.1100022.22388.8966.67直方图40200频数6.9387.1187.2987.4787.6587.8388.018工件尺寸（mm）

根据直方图可知，工件尺寸主要集中在7.838～8.018mm之间，只是由于出现了一例7.028mm的工件，导致正态分布曲线均值偏离基本尺寸较大，标准差很大，从而导致工序能力变差。可以通过再次试车试验，确定7.028mm的工件是否为偶然误差，再进一步确定工件的均值和标准差。

2-20加工一批零件，其外径尺寸为?28?0.6mm。已知从前在一致工艺条件下加工同类零件的标准差为0.14mm，试设计加工该批零件的x?R图。如该批零件尺寸如表，试分析该工序的工艺稳定性。

解：取5件为一个小样本，可以得到：12345xR8.198RsRx0均值中线上控制线下控制线xsxxx27.9828.0428.1527.982828.030.4228.2727.790.890.460.590.240.32R0.5均值28.428.328.228.12827.927.827.727.627.5123样组号45x均值/mm

极差10.8极差中线上控制线下控制线R/mm0.60.40.20233样组号45

根据x?R图，该工序工艺稳定性较好。

2-21在车床上加工一批工件的孔，经测量实际尺寸小于要求的尺寸而必需返修的工件占22.4%，大于要求的尺寸而不能返修的工件占1.4%，若孔的直径公差T=0.2mm，整批工件尺寸听从正态分布，试确定该工序的标准差σ，并判断车刀的调整误差是多少？解：已知F(z1)?0.5?0.224?0.276?z1?0.76，

F(z2)?0.5?0.014?0.486?z2?2.20

?dmax?x?2.20??d?dminT?max?2.96????0.068且?x?dmin?2.96??0.76??已知车刀调整量??dmax?dmin?x

2由此可以求得调整误差：

???2.2?0.76???1.48?0.068?0.1mm2

第三章机械加工表面质量及其控制

3-5采用粒度为36号的砂轮磨削钢件外圆，其表面粗糙度要求为Ra1.6?m；在一致的磨削用量下，采用粒度为60号的砂轮可以使Ra减小0.2?m，这是为什么？

答：砂轮的粒度越大，则砂轮的磨粒尺寸和磨粒间距就越小，在一致磨削条件下参与磨削的磨粒就越多，工件表面单位面积上刻痕越多，磨削表面的粗糙度值越小。

3-19试解释磨削淬火钢件，磨削表面层的应力状态与磨削深度的试验曲线。

答：淬火钢件表面为马氏体。当磨削量很小时，温度影响很小，更没有金相组织变化，主要是冷态塑性变形的影响，故表面产生浅而小的剩余压应力；当磨削量开始增大时，热塑性变形起了主导作用，表面产生很浅的剩余拉应力；随着磨削量的增大，磨削热量导致钢件表面金相组织发生变化，表面淬火层的马氏体开始回火变为珠光体，密度增大体积减小，导致剩余拉应力继续增大；随着磨削量的增加，表面热量增加，工件表面层温度超过相变温度，如

果这时有充分的切削液，则表面层将急冷形成二次淬火马氏体，表面产生了一薄层一次淬火层，下层是回火组织，导致表面剩余压应力减小，直至产生表面的压应力。

3-22什么是自激振动？它与强迫振动、自由振动相比，有哪些主要特征？

答：机械加工过程中，在没有周期性外力作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动，称为自激振动，简称为颤振。与强迫振动、自由振动相比，自激振动有以下特征：自激振动是在没有外力干扰下所产生的振动，这与强迫振动有本质的区别；自激振动的频率接近于系统的固有频率，取决于振动系统的固有特性；自激振动不会由于阻尼存在而迅速衰减，而自由振动受阻尼作用迅速衰减。

3-28试分析比较以下刀具结构中哪一种对减振有利？刚性车刀和弹性车刀，直杆刨刀和弯头刨刀，为什么？

答：刚性车刀比弹性车刀的刚性好，加工时刀具变形小，有利于减振；直杆刨刀与弯头刨刀相比刚性要好，加工时刀具变形小，有利于减振。

第四章机械加工工艺规程设计

4-6试分别选择图示各零件的粗、精基准（图a为齿轮零件简图，毛坯为模锻件；图b为液压缸体零件简图，毛坯为铸件；图c为飞轮简图，毛坯为铸件）

答：a）选择左端面作为粗基准，加工A面；然后以A面作为精基准，分别加工左端面和圆孔面。

b)选择不加工的大圆内表面为粗基准，加工内孔A；以A为基准，加工其余表面。c)选择直径小、长度长的不加工表面为粗基准，加工最小内孔；再以最小内孔为基准，加工其余内孔。

4-12欲在某工件上加工?72.500.03mm的孔，其材料为45钢，加工工序为：扩孔；粗镗孔；

半精镗、精镗孔；精磨孔。已知各工序尺寸如下：精磨——?72.500.30.03mm；精镗——?71.800.460.046mm；半精镗——?70.50?10.19mm；

粗镗——?680mm；扩孔——?640mm；模锻孔——?59?2mm。

试计算各工序的加工余量及余量公差。解：精磨—?72.50精镗—?71.800.0460.03mm，加工余量72.5?71.8?0.7mm，余量公差0.046+0.03=0.076mm；

mm，加工余量71.8?70.5?1.3mm，余量公差0.19+0.046=0.235mm；mm，加工余量70.5?68?2.5mm，余量公差0.3+0.19=0.49mm；

半精镗—?70.500.30.19粗镗—?680mm，加工余量68?64?4mm，余量公差0.46+0.3=0.76mm；扩孔—?640mm，加工余量64?59?5mm，余量公差0.46+3=3.46mm。

0.464-16图示小轴部分工艺过程为：车外圆至?30.5?0.1mm，铣键槽深度为H0?0.0360?TH，热处理，

磨外圆至?30?0.015mm。设磨外圆与车后圆的同轴度公差为?0.05mm，求保证键槽深度为

?T?0.240mm的铣槽深度H0H。

?0.2解：根据加工工艺，可以得到图示尺寸链，封闭环为键槽深度A0?40；组成环为车外圆TH?0.018A1?15.250?0.05mm，为减环；铣键槽A2?H0mm，为增环；磨外圆A3?15?0.0075mm，?0.025为增环；同轴度公差为A4?0?0.025mm，为增环。

A2?A0?A1?(A3?A4)?4?15.25?(15?0)?4.25mm

?sA2??sA0??xA1?(?sA3??sA4)?0.2?0.05?(0.018?0.025)?0.107mm?xA2??xA0??sA1?(?xA3??xA4)?0?0?(0.0075?0.025)??0.0175mm

?0.107即A2?4.25?0.0175mm

H?4.2325mm，TH?0.1245mm

第五章机械装配工艺过程设计

5-14减速机中某轴上的零件尺寸为A1?40mm，A2?36mm，A3?4mm，要求装配后齿

?0.25轮轴向间隙A0?0?0.10mm。试用极值法和统计法分别确定的A1、A2、A3公差及分布位置。?0.25解：根据装配工艺，可以得到图示尺寸链，封闭环为A0?0?0.10；组成环A1为增环；A2为

减环；A3为减环；选择A3为调整环。

（1）依照等公差法分派T1?T2?T3?T0/3?0.05mm，再依照公差入体原则，确定偏差：

0.05.05A1?400mm0mm，A2?360??sA0??sA1?(?xA2??xA3)?????(???)xA1sA2sA3?xA0?xA3??sA1?(?sA0??xA2)