1、1机械制造技术习题及解答第一章 金属切削基本知识1-1 什么是切削用量三要素？什么是切削层参数？它们之间有什么关系？答：切削用量三要素：切削速度 Vc、进给量 f、背吃刀量 ap。切削层参数：切削层公称厚度 ，切削层公称宽度 ，切削层公称横截面积DhDbDA， ，rDfhsinrpabsin/pfahA1-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度？试划图标出这些基本角度。答：前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角、副后角。1-3 刀具切削部分的材料必须具备哪些性能？答：（1）较高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）较高的耐热性（4）良好的导热性和耐热冲击性能（5）良好的工艺性1-
2、4 常用的硬质合金有哪几类？答： 1）YG(K)类，即 WC-Co 类硬质合金2）YT(P) 类，即 WC-TiC-Co 类硬质合金3） YW(M)类，即 WC-TiC-TaC-Co 类硬质合金2第二章 金属切削基本理论2-1 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： 在切削速度不高而又能形成连续性切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，常在前刀面切削处粘有剖面呈三角状的硬块。其硬度通常是工件材料硬度的 23倍，能够代替切削刃进行切削。这部分冷焊在前刀面的金属称为积屑瘤。积屑瘤对切削过程的影响：1）实际前角增大。它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小，对切削过程起
3、积极的作用。积屑瘤愈高，实际前角愈大。2）使加工表面粗糙度增大。积屑瘤的底部则相对稳定一些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。3）对刀具寿命的影响。积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。控制积屑瘤的主要方法有：1）降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2）采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3）采用润
4、滑性能好的切削液，减小摩擦；4）增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5）适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。2-2 试述影响切削变形的主要因素及影响规律。答：1）工件材料：工件材料强度和硬度越大，变形系数越小，即切屑变形越小；2）刀具几何参数：刀具几何参数中影响最大的是前角。刀具前角 o 越大，剪切角 变大，变形系数就越小；3）切削用量：a 无积屑瘤的情况-切削速度 vc 越高，变形系数越小; 进给量 f 越大，hD 增大，前刀面上的 av 增大，摩擦系数减小，剪切角 加大，变形系数越小。a 有积屑瘤的情况- vc 通过积屑瘤前角 b(即实际工作前角 oe)来影响变形系数;背吃刀
5、量 ap 对变形系数基本无影响。2-3 常见的切屑形态有哪几种？它们在什么情况下生成？答：1）带状切屑它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料（如碳素钢、合金钢、铜和铝合金） ，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。它的切削过程平衡，切削力波动较小，已加工表面粗糙度较小。 2) 挤裂切屑这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削黄铜或切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。2) 单元切屑3如果在挤裂切屑的剪切面上，裂纹扩展到整个面上，则整个单元被切离，成为梯形的单元切屑，切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。4
6、) 崩碎切屑这是属于脆性材料（如铸铁、黄铜等）的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。从切削过程来看，切屑在破裂前变形很小，和塑性材料的切屑形成机理也不同。它的脆断主要是由于材料所受应力超过了它的抗拉极限。加工脆硬材料，如高硅铸铁、白口铁等，特别是当切削厚度较大时常得到这种切屑。2-4 怎样对屑形态进行控制？答：1）采用断屑槽；2）改变刀具角度；3）调整切削用量。 2-5 影响切削力的主要因素有哪些？试论述其影响规律。答： 实践证明，切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具材料刀具磨损状态和切削液等。 1）工件材料（1）硬度或强度提高，剪切屈服强度增大
7、，切削力增大。（2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 2）切削用量 （1）背吃刀量（切削深度）ap、进给量增大，切削层面积增大，变形抗力和摩擦力增大，切削力增大。（2）切削速度 vc ：加工塑性金属时，切削速度 Vc 对切削力的影响规律如同对切削变形影响一样，它们都是通过积屑瘤与摩擦的作用造成的。切削脆性金属时，因为变形和摩擦均较小，故切削速度 Vc 改变时切削力变化不大。 3）刀具几何角度（1）前角：前角增大，变形减小，切削力减小。（2）主偏角：主偏角 Kr 在 30-60范围内增大，由切削厚度 hD 的影响起主要作用，使主切削力 Fz 减小；主偏角 Kr 在
8、 60-90范围内增大，刀尖处圆弧和副前角的影响更为突出，故主切削力 Fz 增大。(3)刃倾角 s：s 对 Fz 影响较小，但对 Fx、Fy 影响较大。 s 由正向负转变，则 Fx减小、Fy 增大。4）其它因素（1）刀具棱面：应选较小宽度,使 Fy 减小。（2）刀具圆弧半径：增大，切削变形、摩擦增大，切削力增大。（3）刀具磨损：后刀面磨损增大，刀具变钝，与工件挤压、摩擦增大，切削力增大。2-6 影响切削温度的主要因素有哪些？试论述其影响规律。答：1）切削用量的影响4切削用量是影响切削温度的主要因素。切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升。进给量对切削温度影响次之，而背吃
9、力量 ap 变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故 ap 对切削温度的影响很小。2）刀具几何参数的影响切削温度 随前角 o 的增大而降低。这是因为前角增大时，单位切削力下降，使产生的切削热减少的缘故。但前角大于 1820 后，对切削温度的影响减小，这是因为楔角变小而使散热体积减小的缘故。主偏角 r 减小时，使切削宽度 hD 增大，切削厚度 hD 减小，因此，切削变形和摩擦增大，切削温度升高。但当切削宽度 hD 增大后，散热条件改善。由于散热起主要作用，故随着主偏角 kr 减少，切削温度下降。负倒棱宽度及刀尖圆弧半径的增大，会使塑性变形区的塑性变形增大，但另一方面这两者都能使刀具的散热条件
10、有所改善，传出的热量也有所增加，两者趋于平衡，所以对切削温度影响很小。3）工件材料的影响工件材料的强度（包括硬度）和导热系数对切削温度的影响是很大的。工件材料强度（包括硬度）增大时，产生的切削热增多，切削温度升高。工件材料的导热系数则直接影响切削热的导出。4）刀具磨损的影响在后刀面的磨损值达到一定数值后，对切削温度的影响增大；切削速度愈高，影响就愈显著。合金钢的强度大，导热系数小，所以切削合金钢时刀具磨损对切削温度的影响，就比切碳素钢时大。5）切削液的影响切削液对切削温度的影响，与切削液的导热性能、比热、流量、浇注方式以及本身的温度有很大的关系。从导热性能来看，油类切削液不如乳化液，乳化液不如
11、水基切削液。2-7 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：1）硬质点划痕在各种切削速度下，刀具都存在磨料磨损。尤其在低速切削时，磨料磨损便成为刀具磨损的主要原因。一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。2）冷焊粘结在切削过程中，由于刀具与工件材料的摩擦面上具备高温、高压和新鲜表面的条件，极易发生粘结。各种刀具材料都会发生冷焊粘结。例如，用硬质合金刀具切削钢件时，在形成不稳定积屑瘤的条件下，切削刃可能很快就因粘结磨损而损坏。在中、高切削速度下，当形成不稳定积屑瘤时，粘结磨损最为严重。刀具与工件材料的硬度比愈小，相互间的亲和力愈大，粘结磨损就愈严重。刀具的表面刃磨质量
12、差，亦会加剧粘结磨损。3）扩散磨损扩散磨损成为硬质合金刀具主要磨损原因之一。自 800C 开始，硬质合金中的Co、C、W 等元素会扩散到切屑中而被带走。同时切屑中的 Fe 也会扩散到硬质合金中，使5WC 等硬质相发生分解，形成低硬度、高脆性的复合碳化物。由于 Co 的扩散，会使刀具表面上 WC、TiC 等硬质相的粘结强度降低，因此加速刀具的磨损。4） 化学磨损化学磨损主要发生于较高的切削速度条件下。2-8 什么是刀具的磨钝标准？制订刀具磨钝标准需要考虑哪些因素？答：刀具磨损到一定限度就不能继续使用。这个磨损限度称为磨钝标准。刀具的磨钝标准：1）ISO 标准。ISO 标准统一规定以 1/2 背吃
13、刀量处的后刀面上测定的磨损带宽度 VB作为刀具的磨钝标准。2）自动化作业标准。自动化生产中的精加工刀具，则常以沿工件径向的刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，称为径向磨损量 NB。2-9 什么是刀具寿命和刀具总寿命？刀具寿命是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。刀具寿命乘以刃磨次数，就得到刀具总寿命。6第三章 机械加工工艺的基本知识3-1 解释下列名词（1）工序：一个或者一组工人在一个工作地点，对一个或者同时对几个工件所连续完成的那部分工艺工程（2）工步：在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）都不变的情况下。所连续完成的那部分工艺过程。（3）安装：工件在机
14、床或者夹具中定位并夹紧的过程。3-2 机械加工工艺规程有什么作用？有哪些种类？各用于什么场合。答：（1）工艺规程的作用：工艺规程是指导生产的主要技术文件；工艺规程是组织生产和管理的基本依据；工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。（2）种类有：机械加工工艺过程卡片，机械加工工艺卡，机械加工工序卡。工序卡多用于大批量生产或成批生产中比较重要的零件。3-3 某厂年产 295 柴油机 2000 台，已知连杆的备品率为 20%，机械加工废品率为 1%，试计算连杆的年生产纲领，并说明其生产类型及工艺特点。解： N= Q(1)N=2020%(1)=4848 件该连杆属于中型机械的轻型零件。年生产纲领约
15、5000 件，按生产类型和生产纲领的关系查表，应属于成批生产。其工艺过程的特点是：毛坯为模锻件，毛坯精度及加工余量中等；以通用机床及部分高效，专用机床流水线排列（或连杆工段） ；广泛采用专用夹具，较多采用专用刀具及专用量具；需要中等熟练程度的工人；有较详细的工艺规程，对主要工序都有详细的工序卡。7第四章 典型表面加工方法4-1 用纵磨法磨外圆时，需哪几个工作运动。答：砂轮的高速旋转运动是主运动；工件的旋转运动是圆周进给运动； 工件的纵向进给运动； 砂轮架的横向进给运动。4-2 简述铣削加工的工艺特点。答：（1）工艺范围广。 （2）生产效率高。 （3）容易产生振动。 （4）刀齿散热条件较好。（5
16、）铣削加工与刨削加工质量大致相当，粗、精加工后都可以达到中等精度。粗铣后尺寸公差等级可达到 IT13-IT11，Ra 为 12.5m；精铣后尺寸公差等级为 IT9-IT7，Ra 为3.2-1.6m。4-3 与中心磨相比，在无心磨床上磨外圆时具有哪些工艺特征。答：（1）无需打中心孔、且装夹工件省时省力，可连续磨削，故生产效率高。（2）被磨工件以加工面自身定位，清除了中心孔误差、磨床工件台误差等因素的影响，故尺寸精度较好。 （3）由于导轮和托板沿被磨工件切削全长上支承，故支撑刚度好，刚度差的工件也可采用较大的切削用量进行磨削。 （4）容易实现工艺过程的自动化。 （5）有一定的棱圆度误差变化，圆度误
17、差一般不小于 0.002mm。 （6）所能加工单的工件有一定局限，不能磨带槽的工件，也不能膜内外圆同轴度较高的工件。4-4 编制齿轮加工工艺过程大致可划分为哪几个阶段答：（1）毛胚成型 锻造、棒料或铸件。 （2）粗加工 切除较多余量。 （3）半精加工 车、滚、插齿面。 （4）热处理 调制、渗碳、淬火、齿面高频淬火 等。 （5）精加工 精修基准，精加工齿面（磨、剃、珩、研、抛） 。第七章 机械加工精度7-1 何谓加工精度与加工误差？答：加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面相互位置等参数）与理想几何参数符合的程度。加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的偏离程度7-
18、2 何谓误差敏感方向？答：误差敏感方向指原始误差对加工精度影响最大方向，一般是指通过刀刃被加工表面的法线方向7-3 在车床上车削一批小轴，经测量实际尺寸大于要求尺寸，从而必须返修的小轴数为 24，小于要求的尺寸从而不能返修的小轴数为 2，若小轴的直径公差为 0.16mm，整批工件的实际尺寸按正态分布，试确定该工序的均方差 。解：由于可修复废品为 24，则 Q1=0.5-0.24=0.26，由于不可修复废品为 2，则8Q2=0.5-0.02=0.48，查表可得：Z1=0.71，Z2=2.05， =0.71=2.05 整理可得：.(1)0.8.71.(2)25得：0.16=2.76 =0.061得
19、： =1.34 =0.0400故车削工序的均方差 =0.06（mm）7-4 在车床上用三爪卡盘夹持轴承外环的外圆进行镗孔时，试问三爪卡盘的制造误差（如有偏心）对镗孔的尺寸，几何形状及相对位置精度（如孔对定位外圆的同轴度误差）是否有直接影响？为什么？答：三爪卡盘的偏心对镗孔后的尺寸，几何形状误差并无直接的影响。卡盘的偏心只会引起镗孔余量不均匀，通过误差复映规律对镗孔的尺寸及几何形状产生间接的很小的影响。三爪卡盘的偏心会使镗的孔与定位外圆产生同样的偏心(即同轴度误差)。7-5 在钻床上用钻模扩孔时，试问钻套直径的误差（如尺寸变大了）对扩孔直径是否直接影响？若改用单刃镗刀，仍用上述钻模来引导刀杆进行
20、镗孔，则钻套直径的误差对镗孔尺寸的精度有否直接影响？如果上述工作都改在车床上进行，其影响又如何？答：在钻床上：用扩孔钻，扩孔直径不受直接影响。用单刃镗刀，镗孔尺寸会变小。在车床上：用扩孔钻，扩孔直径会受影响（因为被加工孔的轴线是车床主轴的回转轴线） ，用单刃镗刀、镗孔尺寸不受直接影响。7-6 在内圆磨床上磨削主轴锥孔时，若工件回转轴线与砂轮回转轴线不等高，锥孔会产生怎样的加工误差？当用标准检验棒做着色检验接触情况时会发现什么现象？它对机床主轴的使用性能有何影响？答：磨削后，锥孔呈旋转双曲面。因此，在用标准检验棒做着色检验时，发现主轴锥孔的接触面积减小。当主轴锥孔与工具锥柄结合时，因锥面接触面积
21、小，接触刚度低，使顶尖的定位精度降低，使锥孔的磨损加剧。7-7、 在无心磨床上磨削销轴外圆，要求外径 ，抽样一批零件，0.16432md经实测后计算得到 ， ，其尺寸分布符合正态分布。1.974mx0.5（1）试求工序能力系数以及可返修的不合格品率；（2）工艺系统经过怎样的0(.8)X1Z0(.)X2Z9调整可使不合格品率降低，调整量多大为宜？（其中， ）(1)0.34, (1.5)0432, ()0.472, (.5)04938FF解 ：1） 根 据 所 计 算 的 和 做 分 布 图 x6计 算 工 序 能 力 系 数 ：pC0.6(.43)0.915pTC工 序 能 力 系 数 小 于
22、1 表 明 该 工 序 能 力 不 足 ， 产 生 不 合 格 率 是 不 可 避 免 的 。工 件 要 求 的 最 小 、 最 大 尺 寸 为 ：工 件 可 能 出 现 的 极 限 尺 寸 为 ：minmax.97, 1.984ddi in3(405) =1.AX故 不 会 产 生 不 可 修 复 的 废 品 。， 故 会 产 生 可 修 复 的max max3(.9740.15) =.98d不 合 格 品 。 可 返 修 的 不 合 格 品 率 为 ： ，.()QFz而 1.9847205xz因 此 ： .().8%QF2） 重 新 调 整 机 床 ， 使 分 散 中 心 和 公 差 带
23、中 心 重 合 ， 则 可 减 少 不 合 格xMd10品 率 。 调 整 量 。 (1.974.05)m=.357-8、在两台相同的车床上加工一轴外圆，要求直径 ，第一台加工m02.11000 件，其尺寸按正态分布，平均值 ，均方差 。第二05.1x4台加工 500 件，其直径尺寸也按正态分布，且 ， 。.2 5.2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）比较哪台机床的不合格品率高，分析其原因并提出改进的办法？ Z 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.10 2.20F(z) 0.4641 0.4678 0.4713 0
24、.4744 0.4772 0.4821 0.4861解 ：（ 1） 给 出 尺 寸 曲 线 分 布 图 。 第 一 台 工 序 精 度 ： 024.61第 二 台 工 序 精 度 ： 5126所 以 ， 第 二 台 机 床 工 序 精 度 高（ 2） 10.5.30.2T故 第 一 台 无 不 合 格 品 。第 二 台 机 床 加 工 的 小 轴 有 部 分 小 轴 的 直 径 落 在 公 差 带 外 ， 成 为 可 修 复 的不 合 格 品 。 205.12xZ().47F所 以 ， 不 合 格 品 率 为 0.5 - F(2)= 0.5-0.4772 =2.28 % 原 因 ： 系 统 误 差 过 大 ， 系 刀 具 调 整 不 当 造 成 。
