1、（ 习 题 集 答 案 ）专业 班级 姓名 学号 机械工程学院2013 年 3 月模块一 切削加工理论及应用第 1章 切削加工理论一、简答题1. 写出车外圆、钻孔、拉孔、镗孔及铣削平面这几种加工方法的主运动和进给运动。【答题要点】加工方法 主运动 进给运动车外圆 工件旋转运动 车刀沿轴向运动钻孔 钻头旋转运动 主轴（台）沿轴向运动拉孔 拉刀直线运动 无进给运动镗孔 镗刀（镗杆）旋转运动 工作台轴向或径向进给运动铣平面 铣刀旋转运动 工作台沿 X、Y 或 Z 轴进给2. 刀具角度有哪些作用？主偏角 与刃倾角 确定了刀具哪一结构的空间位置？rs【答题要点】刀具角度作用：（1）确定刀刃和刀面在空间的
2、位置及关系；（2）确定刀具的切削性能。主偏角 与刃倾角 确定了住切削刃的空间位置。rs3. 在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，为何要强调“切削刃上选定点”这一表达？【答题要点】由于大多数刀具的切削刃是曲线，因此切削刃上不同点的位置、直径、切线不同，因此在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，必须要强调切削刃上选定点。4. 刀具法平面参考系和正交平面参考系有何异同？在法平面 和正交平面 内的前角和后角有何nPo关系？什么情况下 与 重合？nPo【答题要点】法平面是垂直于切削刃上选定点的切线的平面，不一定垂直于基面，正交平面是垂直于切削刃上选定点的的切线在基面上投影线的平面，二者均垂直于切削
3、平面。法平面和正交平面内的前角和后角有关系： ， ；当sonctatsonctt刃倾角 =0时， 与 重合。snPo5. 刀具切削部分材料应具备哪些性能？【答题要点】刀具切削部分应具备：（1）较高的硬度和耐磨性；（2）较高的强度和韧性；（3）较高的耐热性和化学稳定性；（4）较好的工艺性和经济性。6. 下列牌号的刀具材料有何特性？适用于何种场合？【答题要点】（1）W9Mo3Cr4V ：热稳定性能高于 M2；碳化物均匀性接近 M2，良好的热塑性；脱碳倾向小于 M2；耐用度较高；磨削加工性好。适合于制造比较精密的复杂刀具。（2）YG6X：属细颗粒合金，耐磨性优于 YG6，强度接近 YG6。适合于铸铁
4、、冷硬铸铁、合金铸铁、耐热钢、合金钢的半精加工、精加工。 （3）W6Mo5Cr4V2Al (501)。铝高速钢是无钴高速钢，是在 W6Mo5Cr4V2 的基础上增加铝、碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性不降低。常温硬度 7HRC69HRC，具有良好的综合性能。因 V 含量不高，可磨性良好，生产成本较低。（4）YT15：耐磨性和红硬性较好，但抗冲击能力差。适用于碳钢、合金钢连续切削时的半精加工和精加工7. 试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征。【答题要点】第一变形区，位于始滑移面和终止滑移面之间，主要特点是产生剪切变形；第二变形区发生于切屑底面和前刀面的接触处，主要特点是产生
5、纤维化；第三变形区发生于以加工表面上，主要特点是产生纤维化和加工硬化。8. 切削塑性金属时，容易在前刀面上产生积屑瘤，切削速度对其有何影响？它对切削过程有何积极影响和消极影响，【答题要点】对每一种塑形金属，在其他条件不变的情况下，总存在一个 ，当 时，产生积屑瘤，vvc积屑瘤的随 的增大先增大后减小直至消失， 时，不产生积屑瘤。积极影响：（ 1）代替刀cv vc刃切削，提高刀具耐用度；（2）增大刀具实际前角吧，减小切削变形，减小切削力；消极影响：（1）降低零件的尺寸精度；（2）使切削过程不稳定，降低已加工表面质量。9. 简述影响切削变形的因素。 【答题要点】分别从（1）工件材料；（2）切削速度
6、；（3）切削厚度；（4）刀具前角四个方面阐述。10. 试分析在常规切削速度条件下加工塑形金属时，切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具耐用度的影响规律，这些规律对于生产实际有何指导意义？【答题要点】（1）切削用量三要素对切削力的影响规律：背吃刀量与进给量增大，切削力增大，但背吃刀量对切削力的影响更大。无积屑瘤的切削速度范围内，切削速速增大，切削力减小；有积屑瘤的切削速度的范围内，切削速度增大，切削力先减小后增大。对生产实践的指导意义： 在工艺系统刚性不定的前提下，为了提高生产率，优先选用较大的进给量和较高的切削速度，选用较小的背吃刀量。（2）切削用量三要素对切削温度和刀具磨损的影响规律：切削用
7、量增大，切削温度均升高，刀具磨损均增大，影响程度为切削速度进给量背吃刀量。对生产实践的指导意义： 在保证刀具耐用度的前提下，优先选用较大的切削用量，其次是进给量，然后再确定切削速度。11. 以硬质合金刀具和高速钢刀具为例，分析影响刀具磨损的主要原因。【答题要点】影响刀具磨损的因素最主要的是切削温度，但对于高速钢和硬质合金又有不同。对于高速钢，低速切削时，以磨粒磨损为主，高速切削时，以粘接、扩散、化学磨损为主；对于硬质合金，低速切削时，容易发生破损，中速切削时，以粘接、扩散磨损为主，高速切削时，以发生塑形破裂为主。12. 切削塑形金属时，有哪些切削类型？它们之间是怎样相互转换的？【答题要点】类型
8、：带状切屑，挤裂（节状）切屑，单元切屑（粒状） 。普通切削条件下，通过增大背吃刀量、减小刀具前角和切削速度可以实现带状切屑向单元切屑的转变。高速切削时，增大切削速度，切屑均由带状切屑转化为单元切屑。二、作图题13.作图表示外圆车刀的几何角度： =45、 =5、 =15、 =15、 =5、rroos=10。o【答题要点】参考课本14. 作图表示切断刀的几何角度： =90、 =2、 =5、 =12、 =0。rroos【答题要点】参考课本三、计算与综合15. 车削直径为 80mm，长 200mm 的棒料外圆，若选用 =4mm， =0.5mm/r， =240r/min。pafn（1）试计算切削速度 、
9、切削机动时间 及材料切除率 ;cvmtQ【答题要点】切削速度： in/32.601480dnc 机动时间： mi67.15.4favlAtpcm材料去除率： in/203.010 3Q（2）若使用车刀的主偏角为 =75，试计算切削厚度 、切削宽度 及切削层公称面积 。rDhDbDA【答题要点】切削厚度： =0.5sin75=0.483（mm）rsinfhD切削宽度： =4/sin75=4.141（mm）p/ab切削面积： =40.5=2（mm 2）fA16. 已知用 =90、 =2、 =5、 =12、 =0的切断刀切断直径为 50mm 的棒料。rroos（1）若切削刃安装时高于中心 0.2mm
10、，不考虑进给运动的影响，试计算切断后，工件端面留下的剪断心柱直径；【答题要点】在车床上进行切断加工时，若切削刃安装高于工件中心，加工过程中会使工作后角减小，若减小到 0，切削刃将无切削作用。即后角的减小值 时，对应的直径为剪断心柱直径：12o=1.92mmsin/.02sin/hD（2）若进给量 =0.1mm/r，切削刃与中心等高，试计算切断后，工件端面留下的剪断心柱直径。f【答题要点】在车床上进行切断加工时，若考虑进运动，加工过程中会使工作后角减小，若减小到 0，切削刃将无切削作用。即后角的减小值 时，对应的直径为剪断心柱直径 D，此时有：12o，Df/tan即 mm。5.t17. 车削外径
11、 36mm、中径 33mm、内径 29mm、螺距 6mm 的梯形螺纹时，若使用车刀前角为 0、左刃后角 =12、右刃后角 =6。试问左、右刃工作前、后角是多少？LoRo【答题要点】所加工梯形螺纹的螺旋升角为： wdfarctn式中 f=6mm， dw=36mm，计算得 =3.04在 平面内，对左切削刃，工作前角增大了 ，变为 3.04，工作后角减小了 ，变为P8.96。对右切削刃，工作前角减小了 ，变为-3.04，工作后角增大了 ，变为 9.04。第 2章 切削加工理论的应用1. 切削塑形金属时，有哪些理想的切屑形状？可从哪些方面控制切屑的形态？【答题要点】根据生产经验，短管状切屑、平盘旋状切
12、屑、锥盘旋状切屑、短环形螺旋切屑等是可以接受的切屑形状。其中理想的切屑形状为：定向流出的“C”、 “6”形切屑，不超过 50mm 长度的短螺旋切屑。控制切屑的形态有以下方面：（1）从切削条件方面：普通切削条件下，通过增大背吃刀量、减小刀具前角和切削速度可以实现带状切屑向单元切屑的转变。高速切削时，增大切削速度，切屑均由带状切屑转化为单元切屑。（2）从工件材料方面：减小工件的塑形可以实现切屑从长带状切屑向短单元切屑转化。（3）从加工方法方面：采用断续切削或振动切削可实现断屑。（4）从加工刀具方面：在刀具上开设置分屑槽或断屑台可实现断屑。2 可以用哪些指标来衡量材料的切削加工性？【答题要点】衡量材
13、料切削加工性的指标有：（1）加工材料的性能指标；（2）相对加工性指标；（3）刀具寿命指标；（4）其他指标如加工质量，以单位切削力衡量（机床动力不足，工艺系统刚性差） ，以断屑性能衡量（自动机床，组合机床，自动线，深孔钻） 。根据工件材料的硬度、抗拉强度、伸长率（塑形） 、冲击韧度、导热率可判断加工性等级。3. 试分析钛合金 TC9 的切削加工性？【答题要点】（1）钛合金的导热性能低，切屑与前刀面的接触面积很小，致使切削温度很高。当切削温度在 600以上时，钛与氧、氮产生间隙固溶体，对刀具有强烈的磨损作用。（2）钛合金塑性较低，与刀齿材料的化学亲和性强，容易和刀具材料中的 Ti、Co 和 C 元
14、素黏结，加剧了刀具的磨损。（3）钛合金的弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面的回弹量(弹性恢复) 大，所以已加工表面与后刀面的接触面积特别大，摩擦也比较严重。加工钛合金的注意事项：（1）成形和复杂刀具可选用如 W6Mo5Cr4V2Al 等高温性能好的高速钢。尽可能使用硬质合金刀具和，导热性能良好的、强度高的细晶粒钨钴类硬质合金刀具，如 YG3X、YG6X 等，以提高生产率，不能选用 YT 类和 TiC、TiN 涂层的刀片。（2）刀具几何参数在选用时，应采用较小的前角，后角应比切普通钢的大，刀尖采用圆弧过渡刃，切削刃上避免有尖角出现，切削刃的粗糙度值应尽可能小，以保证排屑流畅和避免崩刃。
15、（3）选用较低的切削速度，中等偏小的进给量，较大的背吃刀量，以使切削刃在冷硬层下进行切削；切削过程中应进行充分冷却，一般用乳化液或极压乳化液，必须注意腐蚀问题。（4）工艺系统应有足够的刚度和功率。4. 已加工表面质量包含哪些内容？怎样减小表面粗糙度(从切削用量、刀具参数及切削过程分析) ？【答题要点】已加工表面质量包含：（1）几何方面：表面粗糙度 Ra；（2）表面材质的变化：加工硬化、表层残余应力、表层微裂纹、表层金相组织。减小表面粗糙度的措施：（1）提高切削速度，降低进给量；（2）增大刀具前角，合理确定后角，减小主、副偏角，合理使用修光刃。（3）选择抗粘结的刀具材料，合理使用切削液，调整工件
16、材料性能。5. 分别说明倒角刀尖、修圆刀尖、刃口圆弧和倒棱的作用和适用场合。【答题要点】（1）倒角刀尖：改善刀尖强度及善热性能，用于粗加工的硬质合金车刀或铣刀；（2）修圆刀尖：强化刀尖、减小表面粗糙度，用于精加工刀具；（3）刃口圆弧：强化切削刃、减小刀具破损、减小表面粗糙度，用于断续切削；（4）倒 棱：强化切削刃、减小刀具破损，用于硬质合金与陶瓷等脆性刀具；（5）消 振 棱：消除振动、稳定切削过程、提高刀具寿命，用于工艺系统不足的情况。6 切削液有哪些作用？ 常用切削液有哪些类型？试从工件材料、刀具材料、加工要求及加工方法四个方面说明怎样选择合理的切削液？【答题要点】（1）切削液作用：冷却、润
17、滑、防锈、清洗（2）切削液类型：水溶性切削液（包括水溶液、乳化液和合成切削液） 、油性切削液（包括切削油和极压切削油） 。（3）切削液应考虑以下四个方面选择： 根据工件材料选择：切削普通结构钢等塑性材料时要用切削液，切削铸铁等脆性材料时可不用切削液。切削材料中含有铬、镍、钼、锰、钛、钒、铝、妮、钨等元素时应尽可能采用极压切削油或极压乳化液。加工铜、铝及其合金不能用含硫的切削液。精加工铜及其合金、铝及其合金或铸铁时，可选用离子型切削液或 10%12% 乳化液。 根据刀具材料选择：高速钢刀具粗加工时应选以冷却作用为主的切削液以降低切削温度；硬质合金刀具粗加工时可不用切削液，必要时用低浓度的乳化液或
18、水溶液连续地、充分地浇注，否则刀片会因冷热不均而产生裂纹；用立方氮化硼砂轮时应选磨削油或乳化油而不能用水溶液。 根据加工要求选择：粗加工时宜选用冷却性能为主的切削液以降低切削温度（如离子型切削液或 3%5%乳化液） ；精加工时宜选用渗透性和润滑性良好的切削液以减小工件表面粗糙度和提高加工精度。低速切削时宜选用以润滑性能为主的切削油（如极压切削油或 10%12%极压乳化液或离子型切削液）以减小刀屑摩擦；高速度切削时宜选用冷却性能良好的切削液（如离子型切削液和乳化液） 。 根据加工方法选择：铰削、拉削、螺纹加工、剃齿等工序宜选用润滑性能好的极压切削油或高浓度的极压乳化液。磨削加工时宜选用具有良好冷
19、却和清洗性能的用乳化液（一般用离子型切削液） ；磨削难加工材料，宜选用润滑性能较好的极压乳化液或极压切削油。车削时一般不用切削液或选用润滑性能好的切削油，铣削时很少用切削液。7. 在传统的有级变速机床上切削时，切削用量的选择有何原则？选定背吃刀量和进给量后，怎样确定切削速度？在数控机床和加工中心中，这一原则是否仍然使用？为什么？【答题要点】（1）切削用量的选择原则：粗加工：首先选取尽可能大的背吃刀量，其次根据机床动力和刚性等选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工、半精加工：首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量，其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量，最后在保
20、证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。（2）切削用量的确定方法：背吃刀量主要根据加工余量确定。余量尽量一次切除，如果余量过大，需分两次切除，第一刀的背吃刀量要大，通常为总余量的 2/3-3/4。进给量的选择：粗加工时，根据机床功率、刀片强度尽量选大；精加工、半精加工时根据表面粗糙度要求选择。切削速度根据刀具的寿命要求和选定的背吃刀量、进给量计算得出并计算出对应的转速，然后与机床具有的实际转速比较，选择与之相近并使速度损失率最小的机床转速，然后反算得出实际的切削速度。（3）方法（2）的切削速度的确定方法在数控加工时不适用，因为数控机床大多为无机调速。二、综合应用8. 用车刀车削一长度为
21、 300mm，直径为 30mm 的细长轴类零件，零件毛坯的直径为 41mm，要求加工到 ，分为粗、精两次加工。已知：05.3工件材料： 不锈钢 1Cr18Ni9Ti（ ） 。GPa539.0b刀具材料： (a) YG3X；(b) 陶瓷；(c) YG8；(d) PCD 。刀具角度： 主偏角：（a） ；（b） 。 前角：（a） ；（b） 。r7r10o20o刃倾角：（a） ；（b） 。5ss切削用量： (a) mm， mm/r， m/min；(b) mm， mm/r，4.2p5.0f60cv6.p.fm/min10cv回答以下问题：（1）选择粗车和精车时刀具材料；答：粗车选 YG8、精车 YG3X
22、。（2）选择粗车和精车时切削用量；答：粗车选（a） ，精车（b） 。（3）选择粗车和精车的合理刀具角度并说明理由；答：粗车：主偏角选（b） ；前角选（a） ； 刃倾角选（a） 。10o精车：主偏角选（b） ；前角选（b） ； 刃倾角选（b） 。理由：工件为细长轴，刚性差，应用较大的主偏角以减小背向力；粗加工时为了强化切削刃和刀尖，选用较小的前角和刃倾角，精加工时为了减小切削变形和切削力，提高加工质量，选择较大的前角和刃倾角。（4）查表计算粗加工时的切削力 和消耗的功率 Pc。 cF【答题要点】第一步：查表 3-1、表 3-2 得 、 ；ccccFnyxC、 FoKmSrF、第二步：由公式 计算
23、切削力；nyxpnyxpFc vfaKvfa rcccFc o Fs第三步：由公式 计算切削功率。 3-cc10P（5）试计算粗加工时求刀具寿命为 60min 时的切削速度 60v【答题要点】第一步：由表 3-4、表 3-5 得 Cv、m 、x v、y v第二步：由公式 计算TvyxpTKfav60模块二 切削刀具及其应用第 3章 车削刀具一、简答题1. 相比焊接车刀，机夹可转位车刀有何特点？某一可转位刀片的型号为 SCMA，试分析该刀片的特点及应用场合。【答题要点】（1）机夹可转位车刀的特点：不需焊接、重磨，刀片性能好；生产率高；更换方便，易保证加工精度；刀片标准化，可使用涂层刀片。（2）S
24、CMA 刀片形状为正方形、后角为 0、精度较低、具有圆柱孔用于夹紧，该刀片用于车削端面。2. 普通卧式车床上使用的可转位车刀和数控机床上使用的可转位车刀有何差别？（分别从刀片的装夹方式和刀具的装夹和对刀简述）【答题要点】数控车床所采用的可转位车刀，其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表所示。要求 特 点 目的精度高（1）采用 M 级或更高精度等级刀片；（2）多采用精密级刀杆；（3）用带微调装置的刀杆在机
25、外预调好。保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。可靠性高（1）采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀；（2）采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其它结构。断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑；适应刀架快速移动和换位以及夹紧可靠。换刀迅速 （1）采用车削工具系统；（2）采用快换小刀夹。 迅速更换切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率。刀片材料 刀片较多采用涂层刀片。 满足生产节拍要求，提高加工效率。刀杆截形 刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。 刀杆与刀架系统匹配。3. 成形车刀的前角和后角是怎样形成的？在哪个参考平面内测量？前角大于 0时，刀具廓形和工件廓形是否相同？【答题要点】首先在制造时形成成形车刀的楔角 ，然后在装配时形成所需的前角 和后角）（ ff-90 f
