1、#*机械制造技术基础课后习题答案第一章机械加工方法1-1 特种加工在成形工艺方面与切削加工有什么不同?答： 1 加工是不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约 故可加工超硬脆材料和精密微细的零件。 2 加工时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等出去多余材料 而不是靠机械能切除多余材料。 3 加工机理不同于一般金属切削加工 不产生宏观切削 不产生强烈的弹、塑性变形 故可获得很低的表面粗糙度 其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。 4 加工能量易于控制和转换 故加工范围光、适应性强。1-2 简述电火花加工、电解加工、激光加工和超声波加工的表面形成原理和应用范围。答： 1 电
2、火花加工 放电过程极为短促 具有爆炸性。爆炸力把熔化和企划的金属抛离电极表面 被液体介质迅速冷却凝固 继而从两极间被冲走。每次电火花放电后是工件表面形成一个凹坑。在进给机构的控制下 工具电极的不断进给 脉冲放电将不断进行下去 无数个点蚀小坑将重叠在工件上。最终工作电极的形状相当精确的“复印”在工件上。生产中可以通过控制极性和脉冲的长短 放点持续时间的长短 控制加工过程。 适应性强 任何硬度、软韧材料及难切削加工加工的材料 只要能导电 都可以加工 如淬火钢和硬质合金等 电火花加工中材料去出是靠放电时的电热作用实现的材料可加工行主要取决于材料的导电性及热学特性 不受工件的材料硬度限制。 2 电解加
3、工 将电镀材料做阳极 接电源正极 工件作阴极 放入电解液并接通直流电源后 作为阳极的电镀材料就会逐渐的溶解儿附着到作为阴极的工件上形成镀层。并由电解液将其溶解物迅速冲走 从而达到尺寸加工目的。 应用范围管 可加工任何高硬度、高强度。高韧性的难加工金属材料 并能意见单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或行腔 如锻模、叶片 3 激光加工 通过光学系统将激光聚焦成一个高能晾凉的小光斑 再次高温下任何坚硬的材料都将瞬间几句熔化和蒸发 并产生强烈的冲击波 是融化的物质爆炸式的喷射去处。 激光束的功率很高 几乎对任何难度加工的金属和非金属材料 如皋熔点材料、内热合金及陶瓷、宝石、金刚石等脆硬材料 都可以加
4、工 也可以加工异型孔。 4 超声波加工 工作中超声振动还是悬浮液产生空腔 空腔不断的扩大直至破裂或不断压缩至闭合。质疑过程时间极端 空腔闭合压力可达几百兆帕 爆炸时可产生水压冲击引起加工表面破碎 形成粉末。 适宜加工各种脆硬材料 特别是电火花加工和电解加工难以加工的不导电材料和半导体材料 如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等 队遇到点的硬质合金、淬火钢等也能加工 但工作效率低。1-3 车削加工能形成那些表面 ？答 #*各种回转面和平面1-4 镗削与车削有什么不同？答（1 ）主运动不同（2 ）加工精度不同，一般车削高于镗削。1-5 简述滚切斜齿轮时的四条传动链。第二章金属切削切学原理与刀
5、具2 - 1 .金属切削过程有何特征 用什么参数来表示 答金属切削是会产生很大的力和切削热量。一般以刀具为准，刀具的几个重要参数：主倾角，刃倾角，前角，后角，副倾角，副后角 2 - 2 .切削过程的三个变形区各有什么特点 它们之间有什么关联 答 第一变形区 变形量最大。第二变形区 切屑形成后与前刀面之间存在压力 所以沿前刀面流出时有很大摩擦所以切屑底层又一次塑性变形。第三变形区 已加工表面与后刀面的接触区域。这三个变形区汇集在切削刃附近应力比较集中,而且复杂金属的被切削层在此处于工件基体分离变成切屑一小部分留在加工表面上。2 - 3 .分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响 生产中最有效地控制它
6、的手段是什么 答 在中低速切削塑性金属材料时,刀屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面,两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。瘤核逐渐长大成为积屑瘤且周期性地成长与脱落。积屑瘤粘结在前刀面上,减少了刀具的磨损积屑瘤使刀具的实际工作前角大,有利于减小切削力 积屑瘤伸出刀刃之外 使切削厚度增加 降低了工件的加工精度 积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。 由此可见 积屑瘤对粗加工有利 生产中应加以利用 而对精加工不利 应以避免。 消除措施采用高速切削或低速切削 避免中低速切削 增大刀具前角 降低切削力 采用切削液。2 - 4 切屑
7、与前刀面之间的摩擦与一般刚体之间的滑动摩擦有无区别 若有区别 而这何处不同 答 切屑形成后与前刀面之间存在压力 所以流出时有很大的摩擦 因为使切屑底层又一次产生塑性变形 而且切屑与前刀面之间接触的是新鲜表面 化学性质很活跃。而刚体之间的滑动摩擦只是接触表面之间的摩擦 并没有塑性变形和化学反应#*2 - 5 车刀的角度是如何定义的 标注角度与工作角度有何不同答分别是前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角.工作角度是以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面确定的刀具角度。2 - 6 金属切削过程为什么会产生切削力 答因为刀具切入工具是被加工材料发生变形并成为切屑所以要克服被加工材料弹性变形
8、的抗力要克服被加工材料塑性变形的抗力要克服切屑与前刀面的摩擦力和后刀面与过度表面和以加工表面之间的摩擦力。2 - 7 车削时切削合力为什么常分解为三个相互垂直的分力来分析 分力作用是什么答（1 ）车削时的切削运动为三个相互垂直的运动：主运动（切削速度） 、进给运动（进给量） 、切深运动（背吃刀量） ，为了实际应用和方便计算，在实际切削时将切削合力分解成沿三个运动方向、相互垂直的分力。 （ 2）各分力作用：切削力是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必须的；进给力是设计进给机构、计算车刀进给功率所必需的；背向力是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据，与切削过程中的振动有关2 . 8
9、背吃刀量和进给量对切削力的影响有何不同 答背吃刀量和进给量都会影响切削力大小，当进给量增大的时候，切削力的增大不成比例的增大，而背吃刀量增大的时候，切削力成比例的增大。这样就对切削刀的影响是磨损就不同了 2 - 9 切削热是如何产生和传出的 仅从切削热产生的多少能否说明切削区温度的高低答被切削的金属在刀具作用下会发生弹性和塑性变形而消耗功 因此切削热的主要来源就是切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。 不能因为产生切削热的同时 还通过切屑、刀具、工件将一部分热量散入到空气中 因此无法说明切削区温度的高低。2 - 1 0 切削温度的含义是什么 他在刀具上是如何分布的 他的分布和三个变形区有何联系 #
10、*答 切削温度一般是指前刀面与切屑接触区域的平均温度。三个发热区与三个变形区是相对应的。2 - 1 1 背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否是一样 为什么 如何指导生产实践 答不一样。切削速度影响最大 进给量次之 背吃刀量最小。从他们的指数可以看出 指数越大影响越大。为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命 在机床允许的条件下选用较大的背吃刀量和进给量 比选用打的切削速度更为有利。 2 - 1 2 增大前角可以使切削温度降低的原因是什么 是不是前角越大切削温度越低 答 因为前角增大 变形和摩擦减小 因而切削热减小 但前脚不能过大 否则到头部分散热体积减小 不利于切削温度的降低。 2 - 1
11、 3 刀具的正常磨损过程可分为几个阶段 各阶段特点是什么 刀具的磨损应限制在哪一阶段答 1 初期磨损阶段 新刃磨的道具后刀面存在粗糙不平之处以及显微裂纹、氧化或脱碳层等 而且切削刃较锋利 后刀面与加工表面接触面积较小 应力较大 所以该阶段磨损较快。 2 正常磨损阶段刀具毛糙表面已经磨平 这个阶段磨损 比较缓慢均匀 后刀面磨损量随着切削时间延长而近似地称正比例增加 这一阶段时间较长。 3 急剧磨损阶段刀具表面粗糙度值增大 切削力与切削温度均升高 磨损速度增加很快 一直刀具损坏而失去切削能力。2 - 1 4 刀具磨钝标准是什么意思 他与哪些因素有关答 刀具磨损到一定限度就不能继续使用 这个磨损限度
12、称为磨钝标准2 - 1 5 什么叫刀具寿命 刀具寿命和磨钝标准有什么关系 磨钝标准确定后 刀具寿命是否就确定了 为什么 答 一把新刀或重新刃磨过的刀具从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间叫做刀具寿命。2 - 1 6 简述车刀、铣刀、钻头的特点。 答 书中找2 - 1 7 切削用量对刀具磨损有何影响 在 VTm= C 关系中 指数 m 的物理意义是什么 不同刀具材料 m 值为什么不同 #*答切削速度影响最大 进给量次之 背吃刀量最小 和对切削温度影响顺序完全一致。 m是刀具寿命线的斜率。因为不同的材料耐热性不同 因此有不同的 m 值 耐热性越低 斜率越小 切削速度对刀具寿命影响越大 也
13、就是说 切削速度改变一点 刀具寿命变化很大 反之亦然。2 - 1 8 选择切削用量的原则是什么 从刀具寿命出发时 按什么顺序选择切削用量 从机床动力出发时 按什么顺序选择 为什么答：（1）指定切削用量时，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本，选用原则为： 考虑因素：切削加工生产率；刀具寿命；加工表面粗糙度；生产节拍。 粗加工时，应从提高生产率为主，同时保证刀具寿命，使用最高生产率耐用度。 精加工时，应保证零件加工精度和表面质量，然后才是考虑高的生产率和刀具寿命，一般使用小的切削深度和进给量，较高的切削速度。（2）从刀具寿命出发，优先选用大的 ap ，其次大的 f ，最后大的 V，因为由 Vfa
14、p 对T 的影响程度是递减的。（3）从机床动力出发时，优先选用大的 f ，其次大的 ap ，最后大的 V，因为由 Vapf对 F2 的影响程度递 2 - 1 9 粗加工时进给量选择受哪些因素限制 当进给量受到表面粗糙度限制时 有什么办法能增加进给量 而保证表面粗糙度要求 答 粗加工时以提高生产率为主 同时要保证规定的刀具寿命 因此一般选取较大的背吃刀量和进给量 切削速度不能很高。 要保证零件加工精度和表面质量时 则往往逐渐减小贝齿道理那个来逐步提高加工精度 进给量的大小主要依据表面粗糙糙度的要求来选取。2 - 2 0 如果初定切削用量后 发现所需的功率尝过机床功率时 应如何解决 答 分两次或多
15、次进给降雨量切完。2 - 2 1 提高切削用量可采取哪些措施答采用切削性能好的新型刀具材料，改善工件材料加工性，改进刀具结构和选用合理刀具几何参数，提高刀具的刃磨及制造质量，采用新型的性能优良的切削液和高效率的冷却方法。 2 - 2 3 刀具材料应具备那些性能 常用的材料有哪些 各有什么优缺点#*答1 高硬度、高耐磨性、高耐热性、足够的强度和韧性、良好的工艺良好的热舞理性和耐热冲击性能。 2碳素工具钢 硬度高 价格低廉 但耐热性较差 温度达到 2 0 0C 时就会失去原油硬度淬火时易变形和裂纹。 合金工具钢 与碳素工具钢相比 热处理变形减小 耐热性有所提高。 高速钢 其耐热性比前两者有显著提高
16、 6 0 0C 时仍能正常切削 许用的切削速度较高 强度、韧性、工艺性都较好。 硬质合金 耐磨、耐热性好 许用切削速度高 但强度和韧性比高速钢滴 工艺性差。2 - 2 4 试比较磨削和单刃刀具切削的异同答 磨削的切削刃很多 所以加工过程平稳、精度高、表面粗糙度值小。2 - 2 6 高速切削有何优点答 加工效率高、加工精度高、加工表面质量高、加工能耗低、节省制造资源 2 - 2 7 分析切削切削时切削力、切削热、与切削速度变化的关系答 1 切削开始时 随切削速度的增加 摩擦因数增加 剪切角减小 切削力增加。但在高速切削范围内 则随切削速度提高 摩擦因数减小 剪切角增大 剪切力降低。 2 随切削速
17、度的提高 开始切削温度升高很快 但达到一定速度后 切削温度的升高逐渐缓慢 甚至很少升高。第三章 金属切削机床31 机床常用的技术性能指标有哪些？1机床的工艺范围。 2机床的技术参考数：尺寸、运动、动力参数。#*32 试说明如何区分机床的主运动与进给运动。 主运动是切屑运动，是消耗功率组多的运动，且通常情况下主运动只有一个。 进给运动，是实现主运动的切屑运动，进给运动可以有一个或几个。33 试举例说明从机床型号的编制中可获得哪有关机床产品的信息。 例：MG1432A 型高精度万能外圆磨床。M 类别代号（磨床类） 。 G 通用特性（高精度） 。1 组别代号（外圆磨床组） 。 4 系别代号（万能外圆
18、磨床组） 。32主参数（最大磨削直径 320mm） 。 A 重大改进顺序号（第一次做重大改进） 。 34 简述电气同服传动系统的分类中开环、闭环和半闭环系统的区别。 （1 ）开环系统：对工作台实际位移量没有检测和反馈装置。其精度取决于步进电机的步距角精度，步进电动机至执行部件间传动系的传动精度，定位精度低，系统简单，调试方便，成本低，适用于精度要求不高的数控机床中。 （2 ）闭环系统：在闭环系统中，使用位移测量元件测量机床执行部件的移（转）动量，将执行部件的实际移（转）动量和控制量进行比较，比较后的差值用信号反馈给控制系统，对执行部件的移（转）动进行补偿，直至差值为 0。 闭环控制可以消除整个
19、系统的误差，间隙和石洞，其定位精度取决于检测装置的精度，其控制精度，动态性能导致开环系统好；但系统比较复杂，安置、调整和测试比较麻烦，成本高，多用于精密数控机床上。 （3 ）半闭环系统：如果检测元件不是直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中间部件的旋转部件上，称之为半闭环系统。 只能补偿环路内部传动链的误差，不能纠止的误差，其精度比闭环差，由于惯性较大的工作台在闭环之外，系统稳定性较好，与闭环相比，半闭环系统结构简单，调整容易，价格低，所以应用较多。 35 主轴部件应满足的基本要求有哪些？答：主轴部件 旋转精度、刚度、抗振行、温升和热变形。导轨应满足的基本要求：（1 ）导向精度（2）承载
20、能力大，刚度好（3）精度保持性好（4）低速运动平稳。 支承件应满足的基本要求：（1 ）应具有足够的刚度和较高的刚度质量比。 （2 ）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振，不会因薄壁振动而产生噪声。 （3）热稳定性好，热变形对机床加工精度影响较小。 （4 ）排屑畅通，吊运安全，并具有良好的结构工艺性。 #*刀架应满足的基本要求：（1）满足工艺过程所提出的要求（ 2）在刀架、刀库上要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具时还应能精确地调整刀具位置，采用自动交换刀具时，应该保证刀具交换前后都能处于正确位置（3）刀架、刀库、换刀机械手部应具有足够的刚
21、度（4 ）可靠性高（5）刀架和自动换刀装置是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。 36 选用加工中心时，应考虑的因素有哪些？答：（1）加工中心种类（2）根据加工表面及曲面的复杂程度；决定其联动轴数（3 ）根据工件尺寸范围考虑其尺寸，型号，主要考虑 X 、Y 、形成及工件大小，载重，再考虑精度等级要求（4 ）其他功能。37 高速加工的优点及关键技术有哪些？答：优点有（1）高速度（2）小切深（3）干式切屑（4 ）切屑力小，切屑温度低，有利于延长机床和刀具的寿命（5）直接加工硬材料，可省去电极制造、简化、工艺、流程（6 ）加工薄壁零件，可减少零件变形，优化了零
22、件性能（7）工艺集中。高速加工的关键技术：硬件技术和软件技术。硬件技术主要是数控机床和刀具；软件技术主要指数控编程技术也就是 CAD 系统。 38 常用的高速加工进给系统有哪几种？答：高速滚珠丝杠副传动系统和直线电动机进给驱动系统。系统的滚珠丝杠副在数控机床中应用比较广泛，但其在高速场合下，具有以下的缺点：系统刚度低，动态特性差；高速下热变形严重；噪声大，寿命低。 直线电动机进给驱动系统省去减速器和滚动丝杠副等中间环节，不仅简化机床结构，而且避免了因中间环节的弹性变形，磨损，间隙，发热等因素，带来的传动误差；无接触地直接驱动，使其结构简单，维护简单，可靠性高，体积小，传动刚度高，影响快，可得到
23、瞬时高的加/减速度。第四章：机床夹具原理与设计4-1 机床夹具有哪几部分组成？各部分起什么作用？ 答：（1）定位元件使工件在夹具中占有准确位置，起到定位作用。 （2 ）夹紧装置提供夹紧力，使工件保持在正确定位位置上不动。 （3 ）对刀元件为刀具相对于夹具的调整提供依据。 （4 ）引导元件决定刀具相对于夹具的位置。 （5 ）其他装置分度等。 （6 ）连接元件和连接表面 将夹具连接到工作台上。 #*（7 ）夹具体将各夹具元件装配为一个整体。4-2 工件在机床上的装夹方法有哪些？其原理是什么？ 答：（1）用找正法装夹工件 原理：根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧，也可
24、先按加工要求进行加工面位置的划线工序，然后再按划出的线痕进行找正实现装夹。 （2 ）用夹具装夹工件夹具使工件在夹具中占有正确的加工位置，而且夹具对机床保证有准确的相对位置，而夹具结构保证定位元件的定位，工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，使刀具相对有关定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。4-3 何为基准？试分析下列零件的有关基准。 答基准零件上用来确定点、线、面位置时作为参考的其他点、线、面。（1 ）设计基准内孔轴线，装配基准 内孔轴线，定位基准 下端面和内孔，测量基准内孔轴线。 （2）设计基准 断面 1，定位基准 大头轴线，
25、测量基准端面 1。4-4 什么事 “六点定位原理 ”？ 答：用六个支撑点，去分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定位置的方法，称为工件的六点定位原理。 4-5 什么是完全定位，不完全定位，过定位以及欠定位。 答：完全定位工件的六个自由度完全被限制的定位，不完全定位按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位，欠定位按工序的加工要求，工件应该限制自由度而未予限制的定位，过定位工件的一个自由度被两个或两个以上的支撑点重复限制的定位。 4-6 组合定位分析的要点是什么？ 答：（1 ）几个定位元件组合起来定位一个工件相应的几个定位面，该组合定位元件能限制工件的自由度总数等于各个定位元件
26、单独定位各自相应定位面时所能限制的自由度数目之和，不会因组合后而发生数量上的变化。 （2 ）组合定位中定位元件在单独定位某定位面时原来起限制工件移动自由度的作用可能会转化成限制工件转动自由度的作用，但一旦转化后，该定位元件就不能再起原来 限制工件移动自有度的作用了。 （3 ）单个表面的定位是组合定位分析的基本单元。 4-7 根据六点定位原理，分析题图 4-72 所示定位方案中，各定位元件所限制的自由度 #*4-8 什么是固定支承，可调支承，自位支承和辅助支承？答：（1 ）固定支承高度尺寸固定，不能调整的支承。 （2 ）可调支承顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。 （3 ）自位支承支承本身的位
27、置在定位过程中能自动适应工件定位基准面位置变化的一类支承。 （4 ）辅助支承为提高工件刚度和定位稳定性而采用的不起定位作用的支承。4-9 定位误差产生的原因有哪些？其实质是什么？ 答：定位误差产生的原因：（1 ）定位基准与设计基准不重合产生的定位误差基准不重合误差 jb（2 ）定位副制造不准确产生的基准位移误差基准位移误差 jw。 实质：一批工件某加工参数（尺寸，位置）的设计基准相对夹具的调刀基准在该加工参数方向上的最大位置变化量dw，为加工参数的定位误差。4-13 简述夹具夹紧力的确定原则。 答：（1（ 夹紧力方向的确定1 应垂直于主要的定位基准面2 应使所需夹紧力最小3 应使工件变形尽可能
28、小（2（ 夹紧力作用点的确定1 应落在支承元件或几个支承元件形成的稳定支承区域内2 应落在工件刚性好的部位3 应尽可能靠经加工面 （3 ）夹紧力大小的确定 根据切削力工件重量的大小、方向和子昂胡位置具体计算，并乘以安全系数 k。4-14 气动夹紧与液压夹紧各有那些优缺点？ （1 ）共同优点：操作简单，动作迅速，辅助时间短。 （2）气动夹紧典型的活塞式气缸工作形成较长，且作用力的大小不受工作行程长度的影响，但结构尺寸较大，制造维修困难，寿命短，且易漏气。 （3）液压夹紧优于启动夹紧优点1 工作压力高，比气压高出十余倍，故液压缸尺寸比气缸小的多，因传动力大，通常不需增力机构，使夹具结构简单，紧凑 2 油液不可压缩，因此夹紧刚性的，工作平稳，夹紧可靠。3 噪声小，劳动条件好。缺点：成本高。 4-15 分别简述车、铣、钻床夹具的设计特点。
