《机械制造工艺(同济版)》章节练习题及答案

第1章习题与思考题参考答案1-1什么是机械加工工艺过程？什么是机械加工工艺规程？工艺规程在生产中起何作用？答：在生产过程中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。在工艺过程中，以机械加工方法按一定顺序逐步地改变毛坯形状、尺寸、相对位置和表面层性质，直至成为合格零件的过程称为机械加工工艺过程。机械加工工艺规程在生产中的作用：（1）工艺规程是指导工人生产的技术文件。（2）工艺规程是生产管理和组织的主要依据。（3）工艺规程是新建或扩建机械制造工厂或车间的基本文件。（4）工艺规程是现有生产方法和技术的总结，是进行生产技术交流和推广的重要文件。1－2什么是工序、安装、工位、工步和走刀？答：一个（或一组）工人在一个工作地点（同一机床），对一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分机械加工工艺过程称为工序。工件在机床上可能需要经过多次装夹才能完成一个工序的加工内容。工件在一次装夹后所完成的那一部分工序内容称为安装。在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一位置称为工位。在加工表面、加工刀具、切削速度（转速）和进给量都保持不变的情况下所完成的那一部分工位内容称为工步。在一个安装中可以完成一个或几个工步。切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容称为一次走刀。1－3简述机械加工工艺过程的设计原则、步骤和内容。设计机械加工工艺规程应遵循以下原则： （1）能够可靠地保证产品的加工质量。经过审核确定下来的机械加工工艺规程，不得随意变更，随着科学技术的进步和发展，新的制造方法和加工设备层出不穷，这就要求加工工艺要与时俱进，另外，在生产过程中工艺的纰漏，都需要对已有的工艺进行修改、补充和更新，这时必须经过有关人员认真讨论和重新审核，不得擅自修改图纸或不按工艺要求去做。 （2）必须满足生产纲领的要求。 （3）力求工艺成本最低。 （4）减轻工人的劳动强度，保障生产安全。机械加工工艺过程的步骤和内容：（1）阅读装配图和零件图（2）工艺审查（3）熟悉或确定毛坯（4）拟订机械加工工艺路线（5）确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等）（6）确定各主要工序的技术要求和检验方法（7）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差（8）确定切削用量（9）确定时间定额（10）工艺方案的技术经济分析（11）填写工艺文件1－4试分析下图所示阶梯轴零件，其上有呈90°分布的键槽和轴端螺纹，问这些结构有无工艺性问题，并提出正确的改进意见。图1－44题1－5图1图1－44题1－5图答：粗基准：上顶面精基准：直角下底面图1－45题1－6图1－6试分析选择图1-图1－45题1－6图答：a)粗基准：外圆；精基准：内孔与端面。b)粗基准：中间外圆；精基准：内孔与端面。c)粗基准：毛坯内孔及右端面；精基准：小外圆及端面。1－7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？答：所谓加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间），某种加工方法所能保证的加工精度。零件表面加工方法的选择主要考虑以下几个方面：（1）被加工表面的几何特点（2）被加工表面的技术要求（3）零件结构形状和尺寸大小（4）生产纲领和生产率（5）零件材料的性质（6）工厂或车间的设备情况和技术条件（7）加工机床1－8何谓毛坯余量？何谓工序余量？影响工序余量的因素有哪些？确定工序余量的方法有哪些？答：加工余量是指为使加工表面达到所需要的精度和表面质量而应切除的金属层厚度。工序余量是指某表面在一道工序中所切除的金属层厚度。除了计算分析法以外，常用的加工余量确定方法有：①查表修正法②经验估计法图图1－46题1－9图1－9图1－46所示箱体零件的两种工艺安排如下：（1）在加工中心上加工：粗、精铣底面；粗、精铣顶面；粗镗、半精镗、精镗φ80H7孔和φ60H7孔；粗、精铣两端面。（2）在流水线上加工：粗刨、半精刨底面，留精刨余量；粗、精铣两端面；粗镗、半精镗φ80H7孔和φ60H7孔，留精镗余量；粗刨、半精刨、精刨顶面；精镗φ80H7孔和φ60H7孔；精刨底面。 试分别分析上述两种工艺有无问题，若有问题提出改进意见。答：（1）粗、精加工阶段没有划分且工序不集中。应为：粗铣、顶面、两端面；粗镗、半精镗φ80H7孔和φ60H7孔；精铣底面、顶面、两端面；精镗φ80H7孔和φ60H7孔。（2））粗、精加工阶段没有划分且工序不分散。粗刨、半精刨底面，留精刨余量；粗刨、半精刨顶面；粗、精铣两端面；粗镗、半精镗φ80H7孔和φ60H7孔，留精镗余量；精刨底面；精刨顶面；精镗φ80H7孔和φ60H7孔。1－10图1－47所示小轴系大量生产，毛坯为热轧棒料，经过粗车、精车、淬火、粗磨、精磨后达到图样要求。现给出各工序的加工余量及工序尺寸公差如表1-13。毛坯的尺寸公差为±1.5mm。试计算工序尺寸，标注工序尺寸公差，计算精磨工序的最大余量和最小余量。答：最大余量：0.1mm；最小余量0.087mm。1－11在图1－48所示的工件中，mm，mm，mm，不便直接测量，试重新给出测量尺寸，并标注该测量尺寸的公差。答：L0为封闭环；L4和L2为增环；L1为减环。L4为可重新测量尺寸。求基本尺寸：由L0=L2+L4-L1得;L4=L0+L1-L2=20+70-60=30求上下偏差：由ESL0=ES(L2+L4)-EIL1得：ESL4=ESL0+EIL1-ESL2=0.15-0.05-0=0.1由EIL0=EI(L2+L4)-ESL1得：EIL4=EIL0+ESL1-EIL2=0-0.025+0.025=0结果：L4=30+0.11－12图1-49为某零件的一个视图，图中槽深为mm，该尺寸不便直接测量，为检验槽深是否合格，可直接测量哪些尺寸？试标出它们的尺寸及公差。答：1.可从下母线进行槽深测量。由右图得：封闭环L0=50+0.3；增环L求基本尺寸：由L0=L1-L2得：L2=L1-L0=90-5=85求上下偏差：由ESL0=ESL1-EIL2得：EIL2=ESL1-ESL0=0-0.3=-0.3由EIL0=EIL1-ESL2得：ESL2=EIL1-EIL0=-0.10-0=-0.1结果：L2=852.可从内孔上母线来测槽深。由右图得：封闭环L0=50+0.3；增环L1=求基本尺寸：由L0=L1-L2-L3得：L2=L1-L0-L3=45-5-30=10求上下偏差：由ESL0=ESL1-EIL2-EIL3得：EIL2=ESL1-ESL0-EIL3=0-0.3-0=-0.3由EIL0=EIL1-ESL2-ESL3得：ESL2=EIL1-EIL0-ESL3=-0.05-0-0.025=-0.075结果：L2=101－13图1－50所示小轴的部分工艺过程为：车外圆至mm，铣键槽深度为，热处理，磨外圆至mm。设磨后外圆与车后外圆的同轴度公差为mm，求保证键槽深度为的铣槽深度。由右图得：封闭环L0=40+0.2；增环L3=15+0.0075+0.018、求基本尺寸：由L0=L2+L3+L4-L1得：L2=L0+L1-L3-L4=4+15.25+0-15=4.25求上下偏差：由ESL0=ESL2+ESL3+ESL4-EIL1得：ESL2=ESL0+EIL1-ESL3-ESL4=0.2-0.05-0.018-0.025=0.107由EIL0=EIL2+EIL3+EIL4-ESL1得：EIL2=EIL0+ESL1-EIL3-EIL4=0+0-0.0075-0=-0.0075结果：L2=4.251－14一批小轴其部分工艺过程为：车外圆至mm，渗碳淬火，磨外圆至mm。试计算保证淬火层深度为0.7～1.0mm的渗碳工序渗入深度t。答：由右图得：封闭环L0=0.70+0.3；增环L3=10-0.01求基本尺寸：由L0=L2+L3-L1得：L2=L0+L1-L3=0.7+10.3-10=1求上下偏差：由ESL0=ESL2+ESL3-EIL1得：ESL2=ESL0+EIL1-ESL3=0.3-0.02-0=0.28由EIL0=EIL2+EIL3-ESL1得：EIL2=EIL0+ESL1-EIL3=0+0+0.01=0.01结果：L2=11－15何谓劳动生产率？提高机械加工劳动生产率的工艺措施有哪些？答：劳动生产率是指一个工人在单位时间内生产出的合格产品的数量。提高劳动生产率的工艺途径可有以下四个方面：（1）缩短基本时间1）提高切削用量2）减少工件加工长度3）合并工步4）多件加工5）采用精密铸造、压力铸造、精密锻造等先进工艺提高毛坯制造精度（2）缩短辅助时间1）直接缩减辅助时间2）间接缩短辅助时间（3）缩短布置工作地时间（4）缩短准备与终结时间1－16何谓时间定额？何谓单件时间？如何计算单件时间？答：时间定额是指在一定的生产规模下，当生产条件正常时，为完成某一产品或工序所需要的时间。完成一个零件的一道工序所需要时间称为单件时间。单件时间为：T单件＝T基＋T辅＋T布＋T休1－17何谓生产成本与工艺成本？两者又何区别？答：工艺直接有关的费用，即工艺成本。1－18简述数控加工的主要特点。答：数控加工的主要特点有：①数控机床传动链短、刚度高，可通过软件对加工误差进行校正和补偿，因此加工精度高；②数控机床是按设计好的程序进行加工，加工尺寸的一致性好；③在程序控制下，几个坐标可以联动并能实现多种函数的插补运算，所以能完成普通机床难以加工或不能加工的复杂曲线、曲面及型腔等。此外，有的数控机床（加工中心）带自动换刀系统和装置，带转位工作台以及带可自动交换的动力头等，在这样的数控机床上可实现工序的高度集中，生产率比较高，并且工夹具数量少，夹具的结构也可以相对简单。1－19简述在数控工序设计中有哪些必须考虑的主要问题。答：1）确定走刀路线和工步顺序2）工件的定位与夹紧方案的确定3）夹具的选择4）刀具的选择5）切削用量的确定1—20目前CAPP技术分为哪四大系统技术？答：（1）交互式CAPP系统（2）派生式CAPP系统（3）生成式CAPP系统（4）基于知识的CAPP专家系统第2章习题与思考题参考答案2－1试分析在车床上加工时，产生下述误差的原因：在车床上镗孔时，引起被加工孔圆度误差和圆柱度误差。在车床上用三爪自定心卡盘上镗孔时，引起内孔与外圆同轴度误差；端面与外圆的垂直度误差。答：1）主轴的倾角摆动；主轴轴线与导轨不平行。2）卡盘误差；卡盘轴线与小拖板导轨不垂直；主轴轴向窜动。2－2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？答：由于水平方向是车床的误差敏感方向，所以床身导轨在垂直平面内比水平面内的直线度对车削圆轴类零件的加工误差要小得多。2－3在车床上用两顶尖装夹工件车削细长轴时，出现图2－87a、b、c所示误差是什么原因，分别可采用什么办法来减少或消除？答：a）腰鼓形产生：毛坯误差复映、工件刚度不足、机床导轨误差、工件受热伸长、压杆失稳；b）马鞍形产生：毛坯误差复映、机床刚度不足、机床导轨误差、主轴轴线与导轨在垂直面内不平行；c）锥度产生：主轴倾角摆动、主轴轴线与尾座轴线在水平面内不平行、导轨误差、毛坯误差复映、刀具的受热伸长。2－4试分析在转塔车床上将车刀垂直安装加工外圆（见下图）时，影响直径误差的因素中，导轨在垂直面内和水平面内的弯曲，哪个影响大？与卧式车床比较有什么不同？为什么？答：垂直面内对加工精度影响大，与卧式车床正好，因为垂直面是转塔车床的误差敏感方向。2－5设已知一工艺系统的误差复映系数为0.25，工件在本工件前有圆度误差0.45mm，若本工序进给几次方能使形状精度合格？答：设ε为常数，需要进给n次能够达到形状精度要求：∆g=ε1×则εn=∆g∆m≤0.012－6在车床上加工丝杠，工件总长为2650mm，螺纹部分的长度L＝2000mm，工件材料和母材丝杠材料都是45钢，加工时室温为20℃，加工后工件温升至45℃，母丝杠温升至答：加工时机床母丝杠螺纹部分的热伸长量为：∆L母=11×10-6×加工时工件丝杠螺纹部分的热伸长量为：∆L工=11×10-6×工件冷却后的螺距累计误差为：∆L冷=∆负号表示螺距因工件冷却收缩而变短。2－7横磨工件时，设横向磨削力Fp＝100N，头架刚度ktj＝5000N/mm，尾座刚度kwz＝4000N/mm，加工工件尺寸如图示，求加工后工件的锥度。答：ytjy锥度=（0.0134-0.0067）×2/300=0.004467/1002－8试说明磨削外圆时，使用死顶尖的目的是什么？哪些因素引起外圆的圆度和锥度误差。答：死顶尖可减少活顶尖内轴承游隙的影响。锥度的影响因素：前后顶尖同轴度、中拖板不对中、前后顶尖刚度差异；圆度的影响因素：鸡心夹的传动力。2－9在车床上或磨床上加工相同尺寸及相同精度的内外圆柱表面时，加工内孔表面的进给次数往往多于外圆面，试分析其原因。答：加工内孔的刀具或内磨头的刚度要小于加工外圆刀具或砂轮的刚度，产生的弾性変形较大，需要经过多次进给才能逐步消除。2－10在卧式铣床上铣削键槽，经测量发现靠工件两端深度大于中间，且都比调整的深度尺寸小。试分析这一现象的原因。答：两端刚度大于工件中间，铣削过程中两端变形小而中间变形大，因而工件两端铣削深度大于中间。应用调整法前的试切，是逐渐进刀的，铣削力小，变形小，而调整法正式切削是一刀切到深度尺寸的，铣削力大，变形大，让刀严重，因而调整法加工的深度是会小于试切时的深度的。2－11如图所示床身零件，当导轨面在龙门刨床上粗刨之后便立即进行精刨。试分析若床身刚度较低，精刨后导轨面将会产生什么样的误差？答：精刨后导轨面将会产生向上凸起的误差。2－12车削一批轴的外圆，其尺寸为φ25±0.05mm，已知此工件的加工误差分布曲线是正态分布，其标准差σ＝0.025mm，曲线的顶峰位置偏于公差带中值的左侧0.03mm。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？答：（1）计算平均尺寸已知公差带中心TM=25mm求得x=TM-∆=25-0.03=24.97mm（2）判断工序能力工序能力系数为：C因Cp＜1，该工序能力严重不足，必然产生不合格品。（3）计算合格率和废品率废品率为Q=0.5-F(z)z=查表的：F(z)=0.2881废品率：Q=0.5-0.2881=21.19%合格率：Q合格=1-21.19%=78.21%（4）减低废品率的措施调整车刀，使之向后退刀∆/2=0.015mm的背吃刀量，使误差曲线分布中心与公差带中心重合，可减小中的不合格品率。但Cp＜1，又增加了尺寸过大的不合格品率。进一步采用精度更高的加工和工艺装备，控制工艺系数，减小σ。2－13在无心磨床上用贯穿法磨削加工φ20mm的小轴，已知该工序的标准差σ＝0.003mm。现从一批工件中任取5件，测量其直径，求得算术平均值为φ20.008mm。试估算这批工件的最大尺寸及最小尺寸是多少？答：XX2－14有一批零件，其内孔尺寸为mm，属正态分布。试求尺寸在mm之间的概率。答：假定内孔尺寸中心和分布中心重合，则x=70.015mm,按照±3σ考虑，则σ=0.005.在分布图右边70.015至70.03的概率约为50%；由于70.01至70.015的概率为F则所求概率为：0.5+0.3413=84.13%表2－5一批零件加工尺寸结果2－15在自动机上加工一批尺寸为φ8±0.09mm的工件，机床调整完成后试车50件，测得尺寸如下（见表2－5），试绘制分布曲线图、直方图，计算工序能力系数和废品率，并分析误差产生的原因。表2－5一批零件加工尺寸结果答：已知：d=xmaxx=1C 根据直方图可知，工件尺寸主要集中在7.838~8.018mm之间，只是由于痴心了一例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，可能由于其偶然因素引起的加工误差，从而导致工序能力变差。可以在此加工一批试样，重新分析。表2－6一批零件加工尺寸结果2－16加工一批零件，其外径尺寸为φ28±0.6mm。已知从前在相同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图。如该批零件尺寸如表2－6，试分析该工序的工艺稳定性。表2－6一批零件加工尺寸结果答：取5件为一个小样本，可以得到：根据x-R图，该工序工艺稳定性较好。2－17机械加工表面质量包括哪些具体内容？答：表面质量包括以下主要内容：（1）表面的几何形状特征主要包括表面粗糙度（属于微观几何误差）、波度（介于宏观几何形状误差和表面粗糙度之间的周期性几何形状误差）。（2）表面层的物理及机械性能主要包括表面层因塑性变形引起的加工硬化、残余应力及表面层的金相组织变化等。2－18为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？答：一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量和零件接触刚度都有影响：（1）表面质量对零件耐磨性能的影响1）表面粗糙度对耐磨性的影响2）表面加工硬化对耐磨性的影响（2）表面质量对疲劳强度的影响1）表面粗糙度对疲劳强度的影响2）表面层的残余应力、加工硬化对疲劳强度的影响（3）表面质量对零件耐蚀性的影响（4）表面质量对零件配合性质的影响（5）表面质量对零件接触刚度的影响2－19车削一铸铁零件的外圆表面，若进给量f＝0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re＝3mm，试估算车削后表面粗糙度的数值。答：Ra=H=f2－20高速精镗45钢工件的内孔时，采用主偏角、副偏角的锋利尖刀，当加工表面粗糙度要求Rz＝3.2～6.3μm时，问：在不考虑工件材料塑性变形对表面粗糙度影响的条件下，进给量f应选择多大合适？分析实际加工表面粗糙度与计算值是否相同，为什么？进给量f越小，表面粗糙度值是否越小？答：（1）f=（3,2~6.3）（cot75°+cot15°）=12.8~25.2μm（2）不相同，因为存在有塑性变形。（3）不是，进给量太小，切削刃不锋利时，切削刃不能切削而是形成挤压，表面粗糙度增大。2－21为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反的结果？答：砂轮的速度越高，单位时间内通过被磨被磨的磨粒数就越多，因而工件表面的粗糙度值就越小。砂轮速度越高，工件材料来不及变形，表层金属的塑性变形减小，磨削表面的粗糙度值将明显减小。工件速度对表面粗糙度的影响正好与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨被磨的磨粒减小，表面粗糙度值将增大。工件速度增加，塑性变形增加，表面粗糙度值将增大。2－22为什么在切削加工中一般都会产生加工硬化现象？答：机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面金属的硬度和强度提高，所以切削加工中一般都会产生冷作硬化现象。2－23为什么切削速度增大，硬化现象减小？而进给量增大，硬化现象却增大？答：切削速度增大，表层金属的变形速度快，塑性变形不充分，冷作层深度和程度都将减小，冷作硬化现象减小。进给量增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷作硬化严重。2－24在相同的切削条件下，为什么切削钢件比切削工业纯铁冷硬现象小？而切削钢件却比切削有色金属的冷硬现象大？答：钢的含碳量越大，强度越高，其塑性越小，因而冷硬程度越小。有色金属的熔点低，容易弱化，冷作硬化现象比钢材轻得多。2－25什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤？答：在磨削淬火钢时，由于磨削区温度和冷却效果的不同，可能会产生以下三种不同的磨削烧伤形式：a.回火烧伤如果工件表面层温度未超过相变临界温度AC3（一般碳钢为720℃）,但超过马氏体的转变温度（一般中碳钢为300b.淬火烧伤如果工件表面层温度超过相变临界温度，再加上冷却液的急冷，则表面层形成二次淬火马氏体，硬度高于回火马氏体，但极薄，只有几个微米厚，在它下层由于冷却较慢，出现了比回火马氏体硬度低的回火组织（屈氏体或索氏体），称之为淬火烧伤。c.退火烧伤如果工件表面层温度超过了相变临界温度，但不施加冷却液，工件表层将生成退火组织，表面硬度急剧下降，称之为退火烧伤。2－26为什么磨削加工容易产生烧伤？如果工件材料和磨削用量无法改变，减轻烧伤现象的最佳途径是什么？答：磨削加工不仅磨削比压特别大，且磨削速度也特别高，切削单位体积金属的功率消耗远大于其他加工方法，而加工所消耗能量的绝大部分都要转化为热量，这些热量中的大部分将传到被加工表面，使工件具有很高的温度，就会使工件表面层金属的金相组织产生变化，使表层金属硬度下降，使工件表面呈氧化膜颜色，从而出现烧伤现象。减轻烧伤现象的最佳途径：改善冷却条件，如选择内冷却砂轮或者开槽砂轮，使冷却液能够进入磨削区域；还需要合理选择砂轮硬度、结合剂和组织等。2－27为什么磨削高合金钢比磨削普通碳钢容易产生烧伤现象？答：高合金钢的导热性小于普通碳钢，使得磨削区域的温度要高于普通碳钢，所以更容易产生烧伤现象。2－28磨削外圆表面时，如果同时提高工件和砂轮的速度，为什么能够减轻烧伤且又不会增大表面粗糙度？答：增大工件的转速，磨削表面的温度会升高，但其增长速度与磨削背吃刀量的影响相比小得多，且工件转速越大，热量越不容易传入工件内部，具有减小烧伤层深度的作用。增大工件转速当然会使粗糙度增大，为了弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度，实践证明，同时提高砂轮速度和工件速度，可以避免产生烧伤。2－29为什么采用开槽砂轮能够减轻或消除烧伤现象？答：在砂轮的圆周上开一些横槽，能使砂轮将冷却液带入磨削区，对防止工件烧伤十分有效。2－30机械加工中，为什么工件表面层金属会产生残余应力？答：（1）冷态塑性变形：机械加工时，工件表面受到挤压与摩擦，表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。（2）热态塑性变形：机械加工时，切削或磨削热使工件表面局部温升过高，引起高温塑性变形。表层产生残余拉应力，里层产生产生残余压应力；（3）金相组织变化：切削时产生的高温会引起表面的相变。比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。2－31试述加工表面产生压缩和拉伸残余应力的原因。答：一、加工表面产生压缩残余应力的原因：(1)机械加工时加工表面的金属层内产生塑性变形，使表层金属的比容增大。由于塑性变形只在表面层中产生，这样就在表面层内产生了压缩残余应力；(2)当刀具从被加工表面上切除金属时，表层的纤维被拉长，刀具后刀面与已加工表面的摩擦又加大了这种拉伸作用；刀具切离后，弹性变形将逐渐恢复，而塑性变形不能恢复，表面层金属拉伸塑性变形，受到与它相连的里层未发生塑性变形金属的阻碍，因此就在表层金属中产生了压缩残余应力。二、表面产生拉伸残余应力的原因：(1)在机械加工中，切削区会产生大量的切削热，工件表面的温度往往很高。工件受热膨胀时，表层金属处于没有残余应力作用的完全塑性状态中，冷却时表层金属收缩受到里层金属阻碍，这样就在表面层内产生了拉伸残余应力。(2)比容减小，表面层金属由于相变而产生的收缩受到基体金属的阻碍，因而在表层金属产生拉伸残余应力。2－32磨削淬火钢时，因冷却速度不均匀，其表层金属出现二次淬火组织（马氏体），在表层稍下深处出现回火组织（近似珠光体的托氏体或索氏体）。试分析二次淬火层及回火层各产生何种残余应力？答：如果磨削时温度超过相变温度，且冷却有很充分，表层金属将因急冷形成淬火马氏体，密度减小，比容增大，表层金属将产生残余压应力，而里层金属则产生残余拉应力。图2－93题2－3图2－93题2－33图答：如果磨削时温度超过相变温度，且冷却有很充分，表层金属将因急冷形成淬火马氏体，密度减小，比容增大，表层金属将产生残余压应力，而里层金属则产生残余拉应力。2－34什么是强迫振动？它有哪些主要特征？答：强迫振动——由外界周期性的干扰力的作用而引起的振动。其主要特征是：其振动频率与干扰力的频率相同，或者是干扰力频率的整倍数；其振幅既与干扰力幅值有关，又与工艺系统的动态特性有关。若干扰力频率接近或者等于工艺系统的某一固有频率时，振幅将明显增大或者引起共振。2－35什么是自激振动？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（相对于切削过程而言）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。与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：机械加工中的自激振动是在没有外力（相对于切削过程而言）干扰下所产生的振动运动，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，这就是说颤振频率取决振动系统的固有特性。这与自由振动相似（但不相同），而与强迫振动根本不同。自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而迅速衰减。2－36什么是再生型切削颤振？为什么说在机械加工中，除了极少数情况外，刀具总是在带有振纹的表面上进行切削的？答：再生型切削颤振：由于切削厚度变化效应而引起的自激振动。再生型切削颤振是由于在有振纹的表面上进行切削引起的，如果本次切削不与前次切削振纹相重叠，就不会有再生性颤振发生。用重叠系数μ来表示本次的切削与前次切削振纹的重叠程度，如果μ越小，越不容易发生颤振。μ值大小取决于加工方式、刀具的几何形状及切削用量等。一般情况下，μ＞0，即刀具总是部分地或完全地在带有振纹的表面进行切削的。2—37在两台相同的自动车床加工一批小轴的外圆，要求保证直径φ11±0.02mm，第一台加工1000件，其直径尺寸按正态分布，平均值=11.005mm，标准差=0.004mm。第二台加工500件，其直径尺寸也按正态分布，且平均值=11.015mm,标准差=0.0025mm。试求：（1）在同一图上画出两台机床加工的两批工件的尺寸分布图，并指出哪台机床的工序精度高？（2）计算并比较哪台机床的废品率高？试分析其产生的原因及提出改进的办法。答：（1）尺寸分布图（略），注意6σ的尺寸分布范围分别为：机床1：10.992~11.017mm；机床2：11.0075~11.0225mm。由于σ1＞σ2，所以第二台机床的精度高。（2）合格品的此尺寸范围10.98~11.02mm。对于机床1，平均值11.005mm，则大于均值的x=11.02-11.005=0.015，x/σ=0.015/0.004=3.75，成品率（表中数据插值）0.9997/2；小于均值的x=11.005-10.98=0.025，x/σ=0.025/0.004=6.25，成品率约0.9999/2；总的废品率1-0.9997/2-0.9999/2=0.02%。对于机床2，平均值11.015mm，则大于均值的x=11.02-11.015=0.005，x/σ=0.005/0.0025=2，成品率（表中数据插值）0.9542/2；小于均值的x=11.015-10.98=0.035，x/σ=0.0,35/0.0025=14，成品率约0.9999/2；总的废品率1-0.9542/2-0.9999/2=2.3%。可见第二台机床的废品率高，主要原因是采用调整法对刀时误差较大，使得平均值11.015mm偏离公差带中值11mm较大。重新对刀，使平均值接近公差带中值11mm。2—38在车床上加工一长度为800mm、直径为φ60mm的45钢光轴。现已知机床各部件分别为Ktj=90000N/mm、Kwz=50000N/mm、Kdj=40000N/mm，加工时的切削力Fc=600N，Fp=0.4Fc。试分析计算一次进给后工件的径向形状误差（工件装夹在两个顶尖之间）。答：先单独考虑机床和刀具的变形，不考虑工件的变形，工件加工后呈马鞍形。机床的总变形为：Fp=0.4Fc=0.4×600=240N。计算出几个特殊点的变形量：当x=0时，y当x=L时，y当x=L/2时，y当x=kwzktj再单独考虑工件的变形，工件变形以后为腰鼓形，工件的变形为：当x=0或者x=L时，yg=0；当x=L时，工件的变形量最大，为y式中：E=2×105MPa，I=πd4/64将上述两种变形曲线相应的点叠加，即可以得到该工件加工时的变形曲线，由于工件的刚度较差，容易变形，所以总体形状误差是腰鼓形。第3章习题与思考题参考答案3－1试述工件装夹的含义。在机械加工中有哪几种装夹工件的方法？简述每种装夹方法的特点及其应用场合。答：从定位到夹紧的全过程称为工件的装夹，又称之为安装。主要有以下三种：（1）直接找正装夹，这种装夹方法效率较低，但比较经济，在单件、小批量生产中；（2）划线找正装夹，定位（找正）精度低，生产效率较低，故此法广泛用于单件、小批生产，更适用于形状复杂的重、大型铸、锻件以及加工尺寸偏差较大的毛坯粗加工工序。（3）在夹具中装夹，这种装夹方法易于保证加工精度要求，操作简单方便，效率高，应用十分广泛。但需要制造或购买夹具，因此多用于成批、大批大量生产中。3－2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？试举例说明之。答：用六个按一定规则布置的约束点来限制工件六个自由度的定位方法称为工件的六点定位。限制工件六个自由度，实现了完全定位；限制的自由度小于六个的定位，被称为不完全（部分）定位。某些应该限制的自由度没有限制，即约束点不足，这种情况称为欠定位；工件定位时，一个自由度同时被两个或两个以上的约束（定位元件）所限制，称为重复定位或过定位。3－3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。3－4基准可以是点、线和面，工艺基准中是否也可以是点、线和面？答：作为基准，工艺基准也可以为点、线、面。图3-79题3-5图3－5根据六点定位原理，试用总体分析法和分件分析法分别分析图图3-79题3-5图答：a）根据总体分析法，该定位方案限制了y、z平动，y、z旋转四个自由度，而加工仅需要限制y、z、y、z四个自由度，不存在欠定位；根据分件分析法，卡盘限制了y、z平动两个自由度，浮动顶尖限制了y、z平动两个自由度，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平动和y、z旋转五个自由度，符合加工要求，不存在欠定位；根据分件分析法，顶尖限制了x、y、z平动，浮动顶尖限制了y、z平动，共五个自由度，存在过定位。c）根据总体分析法，该定位方案限制了y、z平动和y、z旋转四个自由度，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平动和y、z旋转四个自由度，不存在过定位。d）根据总体分析法，该定位方案限制了除绕x轴旋转之外的五个自由度，符合加工要求，不存在欠定位；根据分件分析法，圆锥销限制了x、y、z平动和浮动圆锥销限制了y、z旋转五个自由度，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一个自由度，不存在过定位。3－6图3－80所示零件，用一面两孔定位加工A面，要求保证尺寸18±0.05mm，若两销直径为mm。试分析该设计能否满足要求（要求工件安装无干涉，且定位误差不大于工件加工尺寸公差的1/2）？若满足不了，提出改进办法。图3-图3-80题3-6图∆再次转角误差作用下，工件在Y方向的最大摆动误差为：θ=80×tan0.0286=0.0399mm所以，该定位方案时满足加工精度要求的。3－7指出图3－81所示各定位、夹紧方案及结构设计中不正确的地方，并提出改进意见。答：在图a)中，三爪卡盘夹持太长，过定位，应向右适当移动；图b）夹紧力和定位销钉不在同一条线上，定位销钉应上移；图c）夹紧力在连杆中部薄弱环节，易变形，应用其中一个v形块进行夹紧；图d）夹紧铰链缺少浮动环节，造成夹紧的两个压块不能同时将工件压紧，应将两个压块改为元宝摆动结构。3－8分析图3－82所列加工中零件必须限制的自由度，选择定位基准和定位元件，并在图中示意图画出；确定夹紧力作用点的位置和作用方向，并用规定的符号在图中标出。 图a）过球心打一孔； 图b）加工齿轮坯两端面，保证尺寸A及两端面与内孔的垂直度； 图c）在小轴上铣槽，保证尺寸H和L； 图d）过轴心打通孔，保证尺寸L； 图e）在支座零件上加工两通孔，保证尺寸A和H。图3-82题3-8图答：a)孔过球心，所以需要限制x图3-82题3-8图b)限制z移动，x、y的转动。三个支承钉为定位元件作用在齿坯端面，夹紧力方向指向齿坯端面。c)必须限制y、z移动和x、z转动。V形块+左端支承钉，夹紧力正对V形块。d)限制x、y移动和x、z转动。V形块+左端支承钉，夹紧力正对V形块。e)限制x、z移动和x、y、z转动。底面支承板+背面支承钉+削边销，夹紧力正对支承钉。图3-83题3-9图3－9图3－83所示钻模用于加工图图3-83题3-9图答：（1）定位方面存在过定位现象。内锥6限制三个自由度，上钻套2内锥限制二个自由度，而V形块5限制二个自由度，造成过定位现象。（2）影响两孔轴线的平行度1）钻工件右端孔时，因无辅助支承，钻削时因钻削轴向力，将使工件变形2）工件左端使用了夹紧装置2，因夹紧力将使钻模板变形。3）快换钻套装在夹紧装置2中，而夹紧装置2与钻模板螺纹联接精度低且有间隙。（3）钻套1过长使加工时，钻头与钻套易磨损，加工时甚至造成钻头折断，快换钻套台肩缺口位置设计反了（见K向局部视图）（4）排屑和清屑困难（5）零件小，钻孔直径为Φ8，小型钻夹具，应在立式钻床上加工，加工操作或夹具移动时，夹紧手柄可能与立钻主轴相碰，操作不方便。（6）V形块5固定设置在夹具体里面，无法加工。（7）夹具装配图没有标注有关尺寸，配合及技术要求。图3-84题3-10图3－10图3－84所示齿轮坯，内孔和外圆已加工合格（mm，mm），现在插床上用调整法加工内键槽，要求保证尺寸图3-84题3-10图答：以外圆定位有基准不重合误差和基准位置误差：基准位置误差：∆基准不重合误差：∆∆T由此可见，上述定位方式不能满足加工精度要求。第4章习题与思考题参考答案4-1主轴的结构特点和技术要求有哪些？为什么要对其进行分析？它对制定工艺规程起什么作用？答：车床主轴零件的支承轴颈A、B是装配基准。当支承轴颈不圆或轴颈之间不同轴时，将引起主轴的回转误差，直接影响零件加工的几何精度，故对A、B两段轴颈的加工提出很高要求。主轴前端锥孔中心线必须与支承轴颈的中心线严格同轴，否则会使工件加工后产生相对位置误差。主轴前端外圆锥面和端面是安装卡盘的定位表面，该圆锥表面必须与支承轴颈同轴，端面应与主轴的旋转中心线垂直。主轴上的螺纹用于固定与调节主轴滚动轴承，如螺纹中径与支承轴颈不同轴，螺母锁紧后会造成主轴弯曲、滚动轴承内圈中心线倾斜，引起主轴径向跳动，因此必须控制螺纹中径与支承轴颈的同轴度。主轴轴向定位面与主轴旋转中心线不垂直时，会使主轴产生周期性的轴向窜动，会造成加工工件端面对中心线的垂直度误差；加工螺纹时，将引起工件螺距周期性误差。由上面的分析可知，主轴的支承轴颈、配合轴颈、前锥孔、前端外圆锥面及端面、锁紧螺纹等表面是主轴的主要加工表面。其中支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。4-2主轴毛坯常用的材料有哪几种？对于不同的毛坯材料在各个加工阶段中所安排的热处理工序有什么不同？它们在改善材料性能方面起什么作用？答：一般轴类零件材料常用45钢，并根据不同的工作条件采用不同的热处理工艺，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对于中等精度而转速较高的轴可选用40Cr等合金结构钢，经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合机械性能。精度较高的轴可选用轴承钢材GCr15和弹簧钢65Mn以及低变形的CrMn或CrWMn等材料，通过调质和表面淬火及其他冷、热处理后，具有更高的耐磨性、耐疲劳或结构稳定性能。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、冲击韧性和心部强度，但热处理变形较大。而氮化钢经调质和表面氮化后，具有很高的心部强度，优良的耐磨性能及耐疲劳强度，热处理变形却很小。4-3轴类零件的安装方式和应用有哪些？顶尖孔起什么作用？试分析其特点。答：轴类零件加工最常用的定位基准是两顶尖孔。因为轴类零件的设计基准是轴的中心线，采用顶尖孔定位能在一次安装中加工出较多的表面，符合基准重合原则和基准统一原则。在上述主轴工艺中，半精车、精车、粗磨及精磨各部外圆及端面、铣花键、车螺纹等工序，都以顶尖孔作为定位基准。但锥孔的车削及磨削只能选择外圆表面为定位基准，因此磨削锥孔时选择主轴的装配基准（前后支承轴颈）作为定位基准，可消除基准不重合造成的定位误差，使锥孔的径向跳动便于控制，亦符合互为基准，反复加工的原则。对于空心主轴，顶尖孔因钻出通孔而消失。为在通孔加工后仍能以顶尖定位，需在主轴两端锥孔中插入带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴，如图4-2所示。锥堵应有较高的精度，必须保证锥堵锥面与顶尖孔有较高的同轴度。在使用中应尽量减少锥堵安装次数，因为重新安装会引起安装误差。所以，对中小批生产来说，锥堵安装后一般不中途更换。4-4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”、“自为基准”的原则？答：工艺过程开始以支承轴颈作粗基准铣两端面、打中心孔，为粗车外圆准备定位基准；而粗车外圆又为深孔加工准备了定位基准；之后，先加工好前后锥孔以便安装锥堵，为半精和精加工外圆准备定位基准；终磨锥孔之前，必须磨好轴颈表面，然后用支承轴颈定位磨削锥孔，以便获得较高的锥孔位置精度。4-5箱体类零件常用什么材料？箱体类零件加工工艺要点如何？答：铸铁的铸造工艺性好，易切削，价格低，且抗振性和耐磨性好，大多数箱体均采用铸铁铸造而成，一般为HT200或HT250灰铸铁。当载荷较大时可采用HT300、HT350高强度灰铸铁；对于承受冲击载荷的箱体，一般选用ZG25、ZG35铸钢件。对于批量小、尺寸大、形状复杂的箱体，采用木模砂型地坑铸造毛坯；尺寸中等以下，采用砂箱造型；批量较大，选用金属模造型：对于受力大或受冲击载荷的箱体，应尽量采用整体铸件作毛坯。单件小批情况下，为了缩短生产周期，箱体也可采用铸－焊、铸－锻－焊、锻－焊、型材焊接等结构，但需注意箱体铸件应具有良好的焊接性能（1）箱体加工定位基准的选择（2）箱体加工阶段的划分（3）箱体加工顺序安排4-6箱体的结构特点和主要的技术要求有哪些？为什么要规定这些要求？答：箱体零件结构一般都比较复杂，整体呈封闭或半封闭状，壁薄且不均匀，其上有许多精度高的孔和平面需要加工。箱体零件一般加工部位且有位置精度要求的表面较多，工艺路线长，有一定的加工难度。箱体零件的技术要求主要如下：1)孔本身的精度要求箱体上的孔大都是轴承支承孔，对孔径尺寸、几何形状及表面粗糙度均有较严格要求，以确保轴承外圈与箱体孔的配合正确和防止外圈变形。2)孔与孔、孔与平面的相互位置要求两个以上的同轴线孔，应具有同轴度要求，通常规定不大于其中最小孔径的尺寸公差之半。有齿轮啮合关系的相邻孔之间，应有一定的孔距尺寸精度和孔轴线的平行度要求。对主要孔来说，它对装配基准平面应有一定的尺寸精度和平行度，或与端面有一定垂直度要求。例如，车床床头箱（主轴箱）上的主轴孔与装配基面间的尺寸精度影响主轴与尾架的等高性，其平行度误差影响主轴轴心线与导轨的平行度。3)平面本身精度要求无论是箱体的装配基准平面还是加工中的定位基准平面，均有较高的平面度和较小的表面粗糙度要求。CA6140车床床头箱的各项主要技术要求如图4-7所示。4-7举例说明箱体零件选择粗、精基准时应考虑哪些问题？试举例比较采用“一面两销”或“几个面”组合两种定位方案的优缺点和实用的场合。答：1)精基准的选择一般箱体的外形上有多个平面需要加工，且其上孔系的加工要求高，需经过多次安装。所以，在选择基准时要采用基准统一原则，以保证达到各加工表面的相互位置精度。在选取定位基准时，根据定位原理和具体加工条件，可以采用两种定位方案。图4-8吊架式镗模夹具以装配基面为定位基准：图4-7所示的床头箱，选择装配基面(底面W、导向面N)为精基准加工各平面及孔系图4-8吊架式镗模夹具但由于箱体底部是封闭的，中间支承与导向支架只能从箱体开口处伸入箱体内，每加工一件需装卸一次。由于安装误差大，吊架刚性差，孔系加工精度低，且加工中辅助时间长，影响生产效率。因此该方式不适应大批量生产，如图4－8所示。1、3-镗模架2-主轴箱4-定位销5-支承板图4-9车床主轴箱的扣箱镗孔采用顶面及两个销孔作定位基准：由于吊架式镗模存在上述问题，所以批量大的生产都应采用以顶面及其上的两定位销孔为精基准。定位时，箱口向下，又称为扣箱镗孔（见图4－9）。中间导向支架固定在夹具体上，这样使夹具结构简化、刚性高，加工时工件装卸方便，提高了孔系加工1、3-镗模架2-主轴箱4-定位销5-支承板图4-9车床主轴箱的扣箱镗孔2)粗基准的选择箱体加工粗基准应满足以下要求：在保证各加工表面均有加工余量的前提下，应使重要孔（如主轴孔）的加工余量均匀，保证加工后的箱体在装入零件（如齿轮、拨叉等）后与箱体内壁有足够的间隙，注意保持箱体必要的外形美观（如凸台面高度均匀）。粗基准应保证定位方便，夹紧可靠。大批量加工箱体时，常常选择专用夹具（见图4－10），以主轴的毛坯孔和距其较远的另一孔为粗基准面，这样可保证各表面均有加工余量，重要孔余量均匀，并可保证装入箱体的传动件与箱体内壁不相碰。11、3、5—支承2—辅助支承4—支架6—挡销7—短轴8—活动支柱9、10—操纵手柄11—夹紧块图4-10主轴孔为粗基准铣顶面的夹具4-8何谓孔系？孔系加工方法有哪几种？试举例说明各种加工方法的特点和适用范围。答：一组有相互位置精度要求的孔称为孔系。（1）平行孔系的加工平行孔系加工的主要技术要求是各孔轴心线的平行度、孔距尺寸精度、孔轴心线与基面之间的距离精度和平行度。由于生产批量、尺寸结构不同，平行孔系加工采用不同方法。单件或小批加工箱体时多采用普通机床，利用简单夹紧装置，依靠操作者的技术水平和经验，采用试切法、找正法逐个加工箱体上的孔。其加工时间长，质量不稳定，但设备简单，成本低。如采用带数显装置的坐标镗床或数控机床单件或小批加工箱体，可采用坐标法或数控编程来加工孔系。坐标法是将孔的位置用x、y坐标值表示，然后按坐标值精确控制机床运动的位置，以加工出合格孔系的方法。这样辅助时间可大为缩短，质量稳定。图4-11应用镗模镗孔 在大批量生产时采用镗模法加工平行孔系。如图4-11所示，工件固定在镗模底板上，左右两侧是镗模，镗杆被支承在镗模的导向套中，由导向套引导镗杆在工件准确位置上镗孔。镗杆与机床主轴采用浮动连接，使机床主轴回转误差与导轨的直线度误差不影响加工精度。其加工精度仅取决于镗杆、镗套和图4-11应用镗模镗孔（2）同轴线孔系的加工同轴线孔系的主要技术要求是在同一轴线上的各孔满足同轴度要求，其加工方法有下列几种：图4-12悬臂镗孔法加工同轴线孔系 1）悬臂镗孔法采用悬臂镗杆，不加支承，从一端进行镗孔，如图4-12所示，由于悬臂刀杆刚性差，所以只适用于中小型箱体或箱壁距离小、孔径大的情况。其特点是操作方便，生产率高。图4－12（a）镗杆进给，随着镗杆的逐渐伸长，镗杆的挠度增大，加工后的孔呈现在直径上左小右大的尺寸误差和形状误差；同时镗杆重力的影响，镗出孔的轴线与定位基面存在平行度误差。图4－12（b）工件进给，由于镗杆在加工过程中长度不变，图4-12悬臂镗孔法加工同轴线孔系图4-13导向支承镗孔法 2）导向支承镗孔法如图4-13所示，在箱体壁上第一个孔加工后，便在孔内装上一个导向套，以支承镗杆继续加工前面的孔，从而减少图4-13导向支承镗孔法图4－14加工箱体的双面加工图4－14加工箱体的双面加工组合机床 4）从孔壁两端进行镗孔对于批量大的生产，为了提高生产率、缩短加工时间，可利用专用机床（例如双面加工组合机床，见图4－14）双向镗孔法。该法将左右两个多轴、多刀动力头安装到要求位置，从左右两个方向同时进行多刀加工，这样不仅可同时保证孔的距离精度和同轴度，生产效率也大为提高。（3）垂直孔系与交叉孔系的加工小型箱体可使用专用夹具在普通机床上加工，中等尺寸以上箱体通常在卧式镗床上加工。加工时先镗削同一轴线上的孔，再将工件随工作台转90°，调整好主轴中心坐标位置后，加工另一轴线上的孔。4-9圆柱齿轮规定了哪些技术要求和精度指标？它们对传动质量和加工工艺有些什么影响？答：圆柱齿轮的加工精度对机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有极大的影响。目前我国最新的齿轮精度标准为GB/T10095-2001，该标准等同于ISO1328最新标准，在技术内容上与ISO1328标准完全一致。但GB/T10095-2001标准发布后，并没有及时出版发行，直至2013年初才拿到正式的标准文本，因此，该标准并没有得到及时的贯彻执行。目前各企业在加工齿轮时，绝大多数仍然按照原先规定的精度等级要求组织生产，即按GB10095-88规定的精度等级要求加工齿轮。渐开线圆柱齿轮精度国家标准GB10095-88(等效于ISO1328-1975)规定,齿轮及齿轮副有12个精度等级，其中第1级精度最高，第12级精度最低，1、2级为目前尚未达到的精度等级，通常称3、4级为超精密级，5、6级为精密级，7、8级为普通级，8级以下为低精度级，不同的机械传动中齿轮所用的精度等级见表4－2。表4-2不同机械传动中齿轮采用的精度等级应用范围精度等级应用范围精度等级测量齿轮2～5电气机车6～7透平减速器3～6通用减速器6～8金属切削机床3～8载重汽车6～9航空发动机4～7拖拉机6～9轻型汽车5～8起重机械6～10轧钢机5～10矿用绞车8～10内燃机车6～7农业机器8～10圆柱齿轮的传动精度包括以下四个方面： 1）传递运动的准确性（运动精度）齿轮作为传动零件应能准确地传递运动，即主动轮转过一定的角度时，从动轮应按传动比准确地转过相应的角度，要求齿轮在旋转一转的过程中，传动比的变化尽量小。 2）传动的平稳性在齿轮传动过程中要求传递运动平稳、冲击和振动小、噪声低。这就要限制齿轮传动瞬时传动比的变化，也就是要限制齿轮瞬时转角误差的变化。 3）载荷分布的均匀性（接触精度）为保证齿轮在传动过程中齿面所受载荷分布的均匀性，要求齿面间的接触痕迹均匀，并保证有足够的接触面积，以避免载荷集中而引起齿轮过早局部磨损或折断。 4）适当的齿侧间隙在齿轮传动中，互相啮合的一对齿轮的非工作面间应留有一定的间隙，以便储存润滑油，减少磨损。齿侧间隙还可补偿齿轮误差和受力、受热变形，以防止齿轮传动发生卡死或齿面烧蚀现象。影响齿轮及齿轮副精度的误差有许多种，根据齿轮各项误差对齿轮传动性能的主要影响，将齿轮各项公差分为三组，可根据齿轮精度等级不同，从三个组中各选定1、2项控制和检验齿轮前三项传动精度的项目。由于齿坯的外圆、端面或内孔是齿形加工、测量和装配的基准，所以根据齿轮的精度等级确定齿坯的加工精度。4-10齿形加工的精基准选择有几种方案？各有什么特点？齿轮淬火前精基准的加工和淬火后精基准的修整通常采用什么方法？答：1）8级精度以下齿轮调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。对于淬硬齿轮可采用：滚（插）齿－齿端加工一齿面淬火—修正内孔的加工方案，但在淬火前齿形加工精度应提高一级。2）6、7级精度齿轮对于齿面不需淬硬的6、7级精度齿轮采用以下工序：滚（插）齿－齿端加工－剃齿的加工方案。对于淬硬齿面的6、7级精度齿轮可采用以下工序：滚（插）齿－齿端加工－剃齿－齿面淬火－修正基准－珩齿的加工方案。这种方案生产率高、设备简单、成本较低，适于成批或大批大量生产齿轮。对于淬硬齿面的4～7级精度齿轮还可以采用以下工序：滚（插）齿－齿端加工－齿面淬火－修正基准－磨齿的加工方案。这种方案生产率低、设备复杂、成本较高，一般只用于单件小批生产。3）5级以上精度的齿轮对于5级以上高精度的齿轮一般采用：粗滚齿－精滚齿－齿端加工－齿面淬火－修正基准－粗磨齿－精磨齿的加工方案。精度较高的齿轮齿面淬火后存在变形，需要通过精加工加以消除，通常是通过磨齿来提高齿轮精度。由于轮齿的设计基准是轴线，因此在磨齿前需将磨齿的定位基准进行修整（修正）。这时应注意高频淬火的齿面淬硬层较薄，磨削余量常常要求小而均匀，选择精基准时应遵循“互为基准”原则，这就得先以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，以保证齿面加工余量均匀。4-11高硬度的孔在加工时应注意哪些问题？答：采用磨削的方法进行加工。4-12为什么精度越高的零件，加工时越要划分加工阶段？答：零件加工时，往往不是一次加工完各个表面，而是各表面分步进行加工，逐渐逼近成品形状，即所谓的粗、精加工分开进行。特别是当零件的精度要求较高时，若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求，或者浪费人力、物力。第5章习题与思考题参考答案5－1什么是装配？在机械生产过程中，装配过程起什么重要作用？答：机械装配是指按照设计的技术要求实现机械零件或部件的连接，把机械零件或部件组合成机器。机械装配是机器制造和修理的重要环节，特别是对机械修理来说，由于提供装配的零件有利于机械制造时的情况，更使得装配工作具有特殊性。装配工作的好坏对机器的效能、修理的工期、工作的劳力和成本等都起着非常重要的作用。5－2何谓零件、套件、组件和部件？何谓机器的总称？答：零件是组成机器的最小单元，它是由整块金属或其它材料制成的。零件一般都预先装成套件、组件、部件后才安装到机器上，直接装入机器的零件并不太多。套件是在一个基准零件上，装上一个或若干个零件构成的。它是最小的装配单元。如装配式齿轮（见图5－15），由于制造工艺的原因，分成两个零件，在基准零件1上套装齿轮3并用铆钉2固定。为此进行的装配工作称为套装。组件是在一个基准零件上，装上若干套件及零件而构成的。如机床主轴箱中的主轴，在基准轴件上装上齿轮、套、垫片、键及轴承的组合件称为组件。为此而进行的装配工作称为组装。部件是在一个基准零件上，装上若干组件、套件及零件而构成的。部件在机器中能完成一定的、完整的功用。把零件装配成为部件的过程，称之为部装。例如普通车床的床头箱、进给箱装配就是部装。主轴箱箱体为部装的基准零件。在一个基准零件上，装上若干部件、组件、套件和零件就成为整个机器。5－3装配工艺规程包括哪些主要内容？经过哪些步骤制定的？答：制订装配工艺规程的主要内容包括以下部分：(1)分析产品图纸，划分装配单元，确定装配方法。(2)拟定装配顺序，划分装配工序。(3)计算装配时间定额。(4)确定各工序装配技术要求，制定质量检查方法及工具。(5)确定装配时零部件的输送方法及所需要的设备和工具。(6)选择和设计装配过程中所需的工具、夹具和专用设备。按下列步骤制定装配工艺规程。（1）研究产品的装配图和验收技术条件（2）确定装配的组织形式（3）划分装配单元，确定装配顺序（4）划分装配工序（5）编制装配工艺文件5－4装配精度一般包括哪些内容？装配精度与零件的加工精度又何区别？它们之间又有何关系？试举例说明。答：机器的装配精度应根据机器的工作性能来确定，一般包括零部件间的位置精度和运动精度。其中位置精度是指机器中相关零部件的距离精度和相互位置精度，如机床主轴箱装配时，相关轴之间中心距尺寸精度和同轴度、平行度和垂直度等；运动精度是指有相对运动的零部件在相对运动方向和相对运动速度方面的精度。运动方向的精度常表现为部件间相对运动的平行度和垂直度，如卧式车床溜板的运动精度就规定为溜板箱移动对主轴中心线的平行度。相对运动速度的精度即传动精度，如滚齿机滚刀主轴与工作台的相对运动精度。装配精度的另一个要求，是配合表面间的配合质量和接触质量。配合质量是指两个零件配合表面之间达到规定的配合间隙或过盈的程度，它影响着配合的性质。接触质量是指两配合或连接表面间达到规定的接触面积大小和接触点分布情况。它主要影响接触变形，同时也影响配合质量。它们对位置精度和运动精度也有一定的影响。机器及其部件既然是由若干零件装配而成的，那么，零件的精度特别是关键零件的精度直接影响相应部件和机器的装配精度。一般情况下，装配精度高，则必须提高各相关零件的制造精度，使它们装配后的误差累积仍能满足装配精度要求。但是，对于某些装配精度高的项目来说，如果完全由有关零件的制造精度来直接保证，则相关零件的制造精度将会要求很高，给机械加工带来很大困难。这时若按经济加工精度来确定零件的加工精度，使之易于加工，而在装配时则采取一定的工艺措施（修配、调整等）来保证装配精度，这样做虽然增加了装配工作量和装配成本，但从整个产品制造过程来看，仍是比较经济的。5－5保证装配精度的方法有几种？各适用于什么装配场合？答：一、互换法（完全互换法、大数互换法）、选配法（直接选配法、分组选配法、复合选配法）、修配法（单件修配法、合并修配法、就地加工法）、调整法（固定调整法、活动调整法、误差抵消法）（8分）二、适用场合（4分）互换法—适于装配零件少，生产批量大，零件可以用经济加工精度制造的场合。（1分）选配法—适于大批量生产中，装配精度要求高，装配零件数量少不便调整装配的场合。（1分）修配法—适于单件小批生产，装配精度要求高的场合。（1分）调整法—除必须采用分组法的精密配件外，可用于各种装配场合。（1分）5－6机械结构的装配工艺性包括哪些主要内容？答：（1）机器结构应能分成独立的装配单元（2）减少装配时的修配和机械加工（3）机器结构应便于装配和拆卸5－7试指出图5－38所示结构的装配工艺性不合理之处，并予以改进同时说明理由。答：（a）将件2外圆同时装入件1的内孔中，既不便于观察，导向性又不好，使装配工作十分困难。如改成右图这样的结构形式，件2右端外圆先行装入右孔，当右端外圆装入孔中3～5mm后，左端外圆才开始装入左孔中。此外，右端外圆外径要比箱体左端孔径小一些，才能保证整个件2从箱体一端顺利装入。（b）便于轴承外圈的拆卸5－8何谓装配单元？为什么要把机器划分成许多独立装配单元？答：通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。把机器划分成独立装配单元，对装配过程有下述好处：1）可以组织平行的装配作业，各单元装配互不妨碍，缩短装配周期，或便于组织多厂协作生产。2）机器的有关部件可以预先进行调整和试车，各部件以较完善的状态进入总装，这样既可保证总机的装配质量，又可以减少总装配的工作量。3）机器局部结构改进后，整个机器只是局部变动，使机器改装起来方便，有利于产品的改进和更新换代。4）有利于机器的维护检修，给重型机器的包装、运输带来很大方便。另外，有些精密零部件，不能在使用现场进行装配，而只能在特殊（如高度洁净、恒温、恒湿等）环境里进行装配及调整，然后以部件的形式进入总装配。例如，加工中心的主轴部件；精密丝杠车床的丝杠就是在特殊的环境下装配的，以便保证机器的精度。5－9装配系统图对装配工作有什么意义？答：反映了产品零、部件间相互装配关系及其装配流程。5－10减速机中某轴上零件的尺寸为A1＝40mm，A2＝36mm，A3＝4mm，要求装配后齿轮轴向间隙mm，结构如图5－39所示，试用极值法确定A1、A2、A3的公差及其分布位置。5－11如图5－40所示轴类部件，为保证弹性挡圈顺利装入，要求保持轴向间隙mm。已知各组成环的基本尺寸A1=32.5mm，A2=35mm，A3＝2.5mm。试用极值法确定各组成环零件的上下偏差。答：封闭环公差T0=0.41-0.05=0.36mmA2是增环；A1、A3是减环。封闭环的基本尺寸：A0=A2-A1-A3=35-32.5-2.5=0由计算可知，各组成环基本尺寸无误。确定各组成环公差和极限偏差：计算各组成环平均极值公差：以平均极值公差为基础，根据各组成环尺寸、零件加工难易程度，确定各组成环公差。A3为一挡圈，易于加工和测量，故选A3为协调环。其余各组成环根据其尺寸和加工难易程度选择公差为：T1=0.12mm;T2=0.16mm，各组成环公差等级约为IT9。A2为内尺寸按基孔制确定其极限偏差：A2=35+0.16，A1为外尺寸按基轴制确定其极限偏差：A1=32.5-0.12封闭环的中间偏差：△0=（ES0+EI0）/2=（0.41+0.05）/2=0.23mm各组成环的中间偏差分别为：△1=-0.06mm；△2=+0.08mm计算协调环极值公差和极限偏差：协调环A3的极值公差为：T3=T0-(T1+T2)=0.36-0.12-0.16=0.08协调环A3的中间偏差为：△3=△2-△0-△1=0.08-0.23-（-0.06）=-0.09协调环A3的极限偏差ES3、EI3分别为：所以，协调环A3的尺寸极限偏差为：最后可得各组成环尺寸和极限偏差为：5－12图5－41所示为车床床鞍与床身导轨装配图，为保证床鞍在床身导轨上准确移动，装配技术要求规定，其配合间隙为0.1～0.3mm。试用修配法确定各零件有关尺寸及其公差。5－13图5－42所示为传动轴装配图。现采用调整法装配，以右端垫圈为调整环Ak，装配精度要求A0＝0.05～0.20mm（双联齿轮的端面圆跳动）。试采用固定调整法确定各组成零件的尺寸及公差，并计算加入调整垫片的组数及各组垫片的尺寸及公差。答：1.按题意Ak=8.5mm为补偿环。2.确定各组成环的公差和偏差。根据各组成环所采用的加工方法的经济精度确定其公差分别为：T1=0.15mm，T2=0.1mm,Tk=0.03mm.按“入体原则”确定各组成环（除调整环外）的极限偏差：A1=115+0.15mm，A2=104-0.1mm，A3=2.5-0.12mm.计算各环中间偏差：△0=（0.05+0.2）/2=0.125mm;△1=0.15/2=0.075mm;△2=-0.10/2=-0.05mm;△3=-0.12/2=-0.06mm3.计算调整量F和调整环的补偿能力S：封闭环公差要求值T0=0.2-0.05=0.15mm，则按公式F=F0L-F0=T1+T2+T3-T0=0.15+0.1+0.03+0.12-0.15=0.25mm补偿能力S按公式S=T0L-T0=0.15-0.03=0.12mm4.确定各组成环的组数Z：Z=F/S+1=0.25/0.12+1=3.08≈35.确定各组成环的尺寸（1）计算调整环的中间偏差和中间尺寸△k=△1-△0-△2-△3=0.075-0.125+0.05+0.06=0.06AKM=AK+△k=8.5+0.06=8.56mm（2）确定各组成环的尺寸：调整环的组数为奇数，求出的中间尺寸就是调整环中间一组尺寸的中间值。AK1M=AKM+S=8.56+0.12=8.68mmAKM=8.56mmAK2M=AKM-S=8.56-0.12=8.44mm则调整环的各组尺寸分别为：AK1=AK1M±TK/2=8.68±0.015AK=AKM±TK/2=8.56±0.015Ak2=AK2M±TK/2=8.44±0.0155－14设有一轴、孔配合，若轴的尺寸为mm，孔的尺寸为mm，试用完全互换法计算其封闭环公称尺寸、公差和分布位置。答：增环A2=45+0.1；减环A1=45-0.05。A0=0ESA0=ESA2-EIA1=0.1-(-0.05)=0.15EIA0=EIA2-ESA1=0-0=0A0=0+0.15mm.5－15现有一轴、孔配合，配合间隙要求为0.04～0.26mm，已知轴的尺寸为mm，孔的尺寸为mm。若用完全互换法进行装配，能否保证装配精度要求？答：增环A2=30+0.1；减环A1=30-0.05。配合间隙为封闭环A0=0采用完全互换法时，为保证装配精度要求，尺寸链各组成环公差之和应小于或等于封闭环公差：T本题中，T0=0.13-0.02=0.11mm。T1=0.05mm；T2=0.1mm.由于T1+T2=0.05+0.1=0.15>T0=0.11，所以用完全互换法进行装配，不能保证装配精度要求。6－16采用分组装配进行装配时需注意哪些问题？答：1)要保证分组后各组的配合性质与原来的要求相同，配合件的公差范围应相等；公差增大时要同方向增大；增大的倍数就是以后的分组数。2)保证零件分组后各组零件数量能够配套。3)分组数不宜太多。4)配合件的表面粗糙度、相互位置精度和形状精度不能随尺寸精度放大而任意放大。

第6章习题与思考题参考答案6-1试述电子束加工的原理、加工装置、特点及其应用。答：电子束可以聚焦到直径为1~2µm，因此有很高的能量密度，可达109W/cm2。高速、高能量密度的电子束冲击到工件材料上时，在几分之一微秒的瞬时，入射电子与原子相互作用（碰撞），在发生能量变换的同时，有些电子向材料内部深入，有些电子发生弹性碰撞被反射出去，成为反射电子，占用了一部分能量，但可以认为几乎所有的能量都变成了热能。由于电子束的能量密度高、作用时间短，所产生的热能来不及传导扩散就将工件被冲击部分局部熔化、气化、蒸发成为雾状粒子而飞散，这是电子束的热效应。电子束加工就是靠电子束的热效应现象。电子束加工装置，主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等组成。电子束加工的特点及应用①束径小，能量密度高电子束能够极其微细的聚焦，束径可达100～0.01µm范围。同时，最小束径的电子束长度可达其束径的几十倍，故能适于深孔加工。②被加工对象范围广电子束加工是靠热效应和化学效应，热影响范围可以很小，又是在真空中进行，加工处化学纯度高，故适于加工各种硬、脆、韧性金属和非金属材料、热敏材料、易氧化金属及合金、高纯度半导体材料等。③加工精度高，表面质量好。电子束加工是一种非接触式热能加工，主要靠瞬时蒸发去除材料，加工部位的热影响区很小，工件很少产生受力变形，而且不存在工具损耗问题。④加工速度快、效率高。电子束能量密度很高，每秒可在2.5mm厚的钢板上加工50个直径0.4mm的孔。⑤控制性能好，易于实现自动化。可通过磁场或电场对电子束的强度、束径、位置进行迅速准确地控制，且自动化程度高。⑥电子束加工是在真空中进行，因此污染少，加工表面在高温时也不易氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。⑦电子束加工需要一整套专用设备和真空系统，设备价格较贵，加工成本高。6-2试述离子束加工的原理、加工装置、特点及其应用。答：在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体，通过离子源电离形成带有10keV数量级动能的惰性气体离子，并形成离子束，在电场中加速，经集束、聚焦后，以其较大动能射到被加工表面上，对加工表面进行轰击，这种方法称之为“溅