机械制造工程原理答案

第1章金属切削基本要素习题1-1用母线、导线概念，试述与车削端平面相对应的平面成形原理和相应的机床加工方法。解：成形原理：圆端平面可视为母线A1绕导线B2旋转而成。如图1（a）加工方法有两种：（1）轨迹法：作轨迹运动形成母线A1，A1绕导线B2运动形成（A1、B2为两个独立的运动）。如图1（b）（2）成形法：采用宽刀刃，只需一个成形运动B2。如图1（c）（a）（b）（c）图1-1平面成形原理和相应的机床加工方法1-3用°=45rk的车刀加工外圆柱面，加工前工件直径为Φ62，加工后直径为Φ54，主轴转速n=240r/min，刀具的进给速度vf=96mm/min，试计算Cv、f、ap、hD、bD、AD。解：3.146224046.72(/min)10001000Cdnvmp××===96/2400.4(/)fmmr==()/24()pwmaddmm=-=sin0.4sin450.283()Drhfmmk==×=o/sin4/sin455.657()Dprbammk===o20.441.6()DpAfamm=×=×=o1-5画出下列标注角度的车床切断刀的车刀图：o100=g，o60=a，o20=′a，o90=rk，o2=′rk，o0=sl。解：（参照教材P113页图3-4，第二行，第二个图）根据刀具几何参数定义，在切削刃上选定点A，切削速度CV矢量垂直于纸面，基面过A点平行于纸面为rP。切削平面过A点，垂直于纸面并与切削刃（粗线P分）相切为sP，按正交方法可得到主剖面0P。如图1-5图1-51-10按照以下刀具材料、工件材料、加工条件进行相应刀具材料的合理选择刀具材料：YG3X，YG8，YT5，YT30，W18Gr4V工件材料及切削条件：①粗铣铸铁箱体平面；②精镗铸铁箱体孔；③齿轮加工的滚齿工序；④45钢棒料的粗加工；⑤精车40Cr工件外圆。解：YG3XYG8G代表Co的含量，其含量越高，强度、韧性越好，耐冲击。故YG3X用于②精镗铸铁箱体孔（镗孔为连续加工，力冲击小）YG8用于①粗铣铸铁箱体平面（铣削加工，力冲击略大）YT5YT30T代表TiC含量，其含量越高，硬度越高，但不耐冲击。故YT5用于④45钢棒料的粗加工（粗加工，力冲击略大）YT30用于⑤精车40Cr工件外圆（精加工，力冲击小，选TiC含量高材料，加工速度可高些）W18Gr4V属于高速钢，用于制造复杂刀具，齿轮滚刀属于复杂刀具，故而用于③齿轮加工的滚齿工序第2章金属切削过程及切削参数优化选择习题2-1试述金属切削3个变形区的变形特征。解：第Ⅰ变形区：沿滑移线（等剪应力线）的剪切变形和随之产生的加工硬化现象。沿滑移线的剪切变形，从金属晶体结构的角度来看，就是晶粒中的原子沿着滑移面所进行的滑移。第Ⅱ变形区：当切削沿着前刀面流动时，由于切屑与前刀面接触处有相当大的摩擦力来阻止切屑的流动，因此，切屑底部的晶粒又进一步纤维化，其纤维化的方向与前刀面平行。第Ⅲ变形区：由于刀尖挤压已加工表面，而当刀具前移时，工件表面产生反弹，因此后刀面与已加工表面之间存在挤压和摩擦，其结果使已加工表面处也产生晶粒的纤维化合冷硬效果。2-3试述积屑瘤现象、形成原因、对切削过程的影响、影响积屑瘤的因素和积屑瘤的控制方法。解：积屑瘤现象：在金属切削过程中，常常有一些从切屑和工件上来的金属冷焊并层积在前刀面上，形成一个非常坚硬的金属堆积物，其硬度是工件材料硬度的2~3.5倍，能够代替刀刃进行切削，并且以一定频率生长和脱落。这种堆积物称为积屑瘤。积屑瘤的形成原因：当切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性材料时，在切削速度不高，而又能形成带状切屑的情况下生成积屑瘤。对切削过程的影响：（1）保护刀具（2）增大前角（3）增大切削厚度（4）增大已加工表面的粗糙度（5）加速刀具磨损影响积屑瘤的因素：刀-屑界面处的摩擦系数、切削速度、是否添加切削液、前角的大小积屑瘤的控制方法：控制积屑瘤的形成，实质上就是要控制刀-屑界面处的摩擦系数。改变切削速度是控制积屑瘤生长的最有效措施。此外，加注切削液和增大前角都可以抑制积屑瘤的形成。2-16切削液的主要作用有哪些？切削液有哪些种类？什么叫极压添加剂？其作用机理是什么？解：切削液的主要作用：在切削加工中，合理使用切削液可以改善切屑、工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，延长刀具的使用寿命，并能减小工件的热变形，控制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面的粗糙度。切削液的种类：水溶液、乳化液、切削油极压添加剂：在极压润滑状态下，切削液中必须添加的用来维持润滑膜强度的添加剂。极压添加剂作用机理：常用的极压添加剂是含硫、磷、氯、碘等的有机化合物，这些化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成化学吸附膜，它比物理吸附膜的熔点高得多，可防止极压润滑状态下金属摩擦界面直接接触，减小摩擦，保持润滑作用。第3章机床、刀具和加工方法习题33-1试分析图3-119所示的几种车削加工螺纹的机床传动原理图各有何优缺点。图3-119习题3-1附图解：图（a）换置机构ux用作车削螺纹的内联系传动链。电机传递动力路线经由两个换置机构uv和ux，这两个机构都串接与主传动路线，因此，两个换置机构中的齿轮传递力大，模数也大，由于进给系统传递功率不大，通常进给功率所占功率小于总功率的5-10%，因而，这样配置时，换置机构ux就比较浪费。此外，换置机构ux长期工作于大功率（位于主轴传动路线中），齿轮磨损快，保精度寿命短。图（b）两个换置机构uv、ux串接用作内联系传动链，传动链路线长，运动联系精度差。（思考(1,2...)AAff──→──→）图（c）换置机构uv和换置机构ux分别用作外、内联系传动链，避免了前述缺点。3-3已知有如图3-120（b）所示的普通车床的传动系统图。齿轮齿数、带轮直径以及布置情况如图所示。离合器M1右侧的Z=40齿轮为反向齿轮，在本题中不考虑，齿轮28可与齿轮56啮合。主轴转速为标准的等比数列。图3-120习题3-3附图试完成以下内容：（1）写出传动路线表达式。（2）分析主轴的转速级数。（3）计算主轴的最高、最低转速（4）画出对应于该传动系统的转速图；标出相应的轴号、电动机转速、主轴各级转速及各齿轮齿数等。解：（1）主动电机—mm130mm100ff—Ⅱ—()左1M—⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧36365319—Ⅲ—⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧622249355628—Ⅳ—⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧84213570—Ⅴ（主轴）（2）主轴的高速级有632=×级，低速级有632=×级，主轴共可获得12级转速。（3）主轴的最高转速：min/r4.15933570493536361301001450nmax=××××=主轴的最低转速：min/5.358421622253191301001450nminr=××××=（4）3-9什么是逆铣和顺铣？顺铣有哪些特点？对机床进给机构有什么要求？解：如图3-9逆铣：铣刀刀齿切削速度ν在进给方向上的速度分量与工件进给速度νf方向相反时，称为逆铣。由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。顺铣：铣刀刀齿切削速度ν在进给方向上的速度分量与工件进给速度νf方向相同时，称为顺铣。由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。图3-9逆铣与顺铣（a）逆铣；（b）顺铣采用顺铣时，要求机床具有间隙消除机构。3-26什么叫砂轮的硬度？如何选择砂轮的硬度？解：砂轮的硬度用来反映磨粒在磨削力的作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示砂轮容易脱落。选择砂轮的硬度时，可参照以下几条原则：（1）工件硬度。工件材料越硬，砂轮硬度应选择得软些，使磨钝了的磨粒容易脱落，以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，从而避免工件因磨削温度过高而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选得硬些，使磨粒脱落得慢些，以便充分发挥磨粒的切削作用。（2）加工接触面。砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使磨粒脱落快些，以免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨时，砂轮硬度应比外圆磨削的砂轮硬度低。磨削薄壁零件及导热性差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。（3）精磨和成形磨削。精磨和成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。（4）砂轮粒度大小。砂轮的粒度号越大时，其硬度应选低一些的，以避免砂轮表面组织被磨屑堵塞。（5）工件材料。磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料时，应选用较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。第4章工件的定位夹紧与夹具设计习题4-1分析图4-56所列定位方案。指出各定位元件所限制的自由度；判断有无欠定位或过定位；对不合理的定位方案提出改进意见。图（a）过三通管中心O打一孔，使孔轴线与管轴线Ox，Oz垂直相交，用3个短V形块定位；图（b）车外圆，保证外圆与内孔同轴；图（c）车阶梯轴外圆图（d）在圆盘零件上钻孔，保证孔与外圆同轴；图（e）钻铰链杆零件小头孔，保证小头孔与大头孔的距离及两孔平行度；图（f）加工齿轮齿形，齿坯工件在心轴上定位。解：（a）右边1对短V，起4点定位作用，左边V形块限制2点，共6点，且没有重复，属完全定位。（b）限制了5个自由度（长圆柱+小平面），分别为x、y、z、x)、)y属于不完全定位，z)不用限制，不影响加工，定位合理。（c）前顶尖限制3点，3爪卡盘限制2点（2点均与前顶尖重复），尾顶尖限2点。释放前述2点重复，可采用下面两种方法前顶尖改为定位钉（1点，限轴向移动）或者去除3爪，改用鸡心夹头驱动。（d）左边短V限制了x、y，底面限制了z、x)、)y，右边可移动短V不限定任何自由度由于工件为圆柱，不用限制z)，即可保证加工要求。（e）连杆底平面为3点定位，限制z、x)、)y，短圆柱销限制x、y方向平动，右边V形块为2点定位，限制x、及绕z)轴转动，x方向属于重复定位。释放上述重复定位，可采用下面方法：V形块改为挡销2，限制连杆转动，释放x方向重复定位。或者将连杆小头v型块去除，连杆小头内孔用菱形销（削扁销）定位（f）小平面限制z、短圆柱限制x、y，其余x)、)y、z)均没被限制，属于欠定位。对于齿轮加工，须保证内孔与齿面的同轴度要求，故应限制x)、)y，采用加长短圆柱定位销来解决，见下图。4-5在图4-60（a）所示零件上铣键槽，要求保证尺寸54020.0-mm及对称度。现有3种定位方案，分别如图4-60（b），（c）和（d）所示。已知内、外圆同轴度误差为0.02mm，其余参数见图示。试计算3种方案的定位误差，并从中选出最优方案。解：（b）方案设水平方向为x，垂直方向为y采用V形块定位，同轴度设计基准为孔03.0032+fmm，大圆001.060-fmm用作定位，基准不重合，水平方向的定位误差为孔03.0032+fmm中心沿水平方向由于同轴度误差引起的最大位移量Dx0.02d∴=（=内、外同轴度误差）所要求尺寸54020.0-mm的定位误差为：001.060-f的公差Td为0.0100207.0145sin1201.01sin122=⎟⎠⎞⎜⎝⎛-=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛-=oadDDYT（c）水平方向定位误差计算取定位销尺寸最小320.03f-mm，零件尺寸最大320.03f+mm，水平方向最大极限位置如下图定位误差为20.02Δ+，其中0.02为内、外同轴度误差（见方案（b））32.0331.9720.0220.020.082Dxd-⎛⎞=Δ+=+=⎜⎟⎝⎠此值已大于对称度公差垂直方向取定位销尺寸最小320.0331.97f-=mm，孔最大320.0332.03f+=mm，工件外径最大60f，此时A点处于最下端03.302601max=+Δ=Lmm取定位销尺寸最大320.0131.99f-=mm，孔最小32f，工件外径最小600.0159.99f-=，此时A点处于最上端位