机械制造工艺学课后练习答案1-5章

1-6什么是机械加工工艺过程？什么是机械加工工艺系统?机械加工工艺过程是机械产品生产的过程的一部分，是直接生产过程，其原意是指采取金属切削刀具来加工工件或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学物理性能，成为合格零件的生产过程。机械加工工艺系统是零件进行机械加工时，必须具备一定的条件，即要有一个系统来支持。通常，一个系统是由物质分系统、能量分系统和信息分系统所组成。1-7什么是工序、安装、工位、工步和走刀？1.工序：一个(或一组)工人在一个工作地点对一个(或同时对JL个)工件连续完成的那一部分工艺过程。2.安装：如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。3.工位：在工件的一次安装中，通过分度(或移位)装置，使工件相对于机床床身变换加工置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。4.工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容，称为一个工步。5.走刀：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。1-8某机床厂年产CA6140车床2000台，已知机床主轴的备品率为14%，机械加工废品率为4％，试计算机床主轴的年生产纲领并说明属于何种生产类型，工艺过程有何特点？若一年工作日为282天，试计算每月（按26天计算）的生产批量。（1）机床主轴的年生产纲领N=Qn(1+%+%)=20001(1+14%+4%)=2360台机床主轴属于中型机械，查表属于大批生产的生产类型。（2）工艺过程特点a)采用模锻制造毛坯，毛坯精度高，加工余量小。b)采用专用机械加工设备流水线生产c)采用专用工装d)采用详细的工艺规程，用工序卡、操作卡及调整卡管理生产。（3）生产批量n217.589217NA236026=台F2821-10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。六点定位原理：采用6个按一定规则布置的约束点来限制工件的6个自由度，实现完全定位，称之为六点定位原理。完全定位：限制了6个自由度。不完全定位：仅限制了1—5个自由度。欠定位：在加工时根据被加工面的尺寸、形状和位置要求，应限制的自由度未被限制，即约束点不足，这样的情况称为欠定位。过定位：工件定位时，一个自由度同时被两个或两个以上的约束点(夹具定位元件)所限制，称为过定位，或重复定位，也称之为定位干涉。1-11在图中，注有粗糙度符号的表面为待加工表面，试分别确定应限制的自由度。a）上图：X、Y、Z的移动自由度；a）下图：X、Y的转动自由度b）左图：X、Y、Z的移动自由度；b）右图：X、Y、Z的转动自由度c）左图：X、Y、Z的移动自由度；c）右图：X、Y、Z的转动自由度d）上图：X、Y的移动自由度；a）下图：X、Y、Z的转动自由度1-12根据六点定位原理，分析图示各图的定位方案并判断各定位元件分别限制了那些自由度？a)三爪卡盘：X、Y、Z的移动自由度；浮动顶尖与三爪卡盘组合后限制Y、Z的转动自由度；不完全定位，无过定位和欠定位b)固定顶尖限制X、Y、Z的移动自由度；后浮动顶尖与前顶尖组合后限制Y、Z的转动自由度不完全定位，无过定位和欠定位c)定位元件为心轴，限制Y、Z的移动自由度和Y、Z的转动自由度欠定位，不允许d）左端固定锥销，限制XYZ的移动自由度；右端浮动锥销与固定锥销组合后限制Y、Z的转动自由度e)Y轴方向两短V形块组合，限制X、Z的移动自由度和转动自由度（4个自由度）；X轴方向一短V形块，限制Y的移动自由度和转动自由度，完全定位f）两块条形支撑板，限制X、Y的转动自由度和Z的移动自由度；两个支承钉限制X的移动自由度和Z的转动自由度。销钉限制了Y的移动自由度，完全定位。1-13何谓基准？基准分哪几种？各种基准之间有何关系？答：基准是用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点，线或面。基准的分类：从设计和工艺两个方面看基准，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。在设计图上标注尺寸的起始位置称为设计基准。零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。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。基准之间的关系：在设计工序基准时，应首先考虑用设计基准为工序基准；工序基准应尽可能与定位基准和测量基准重合。2-1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何影响？影响程度各有何不同？答：导轨在垂直平面内的直线度度引起的加工误差发生在被加工表面的切线方向上，是非敏感误差方向，对零件的加工精度影响小，导轨在水平面内的直线度引起的加工误差发生在加工表面的法线上是误差敏感方向，对加工精度影响大。2-2试分析滚动轴承的外环内滚道及内环外滚道的形状误差所引起的主轴回转轴线的运动误差，对被加工零件精度有什么影响？答：轴承内外圈滚道的圆度误差和波度对回转精度影响，对工件回转类机床，滚动轴承内圈滚道圆度对回转精度的影响较大，主轴每回转一周，径向圆跳动两次。对刀具回转类机床，外圈滚道对主轴影响较大，主轴每回转一周，径向圆跳动一次。2-4在车床两顶尖装夹工件车削细长轴时，出现2-800abc，所示误差原因是什么？可以用什么方法来减少或消除？答;a是属于工件在切削力的做用下发生变形，可以通过改变刀具的角度来减少切削力发面分力来减少变形。B是机床受力变形所致，可以通过提高机床各部件的刚度来改变。C由刀具磨损引起，可以采用耐磨刀具来切削，或较少单次切削深度来提高刀具耐用度。2-8设已知一工艺系统的误差赴映系数为0.25，工件在本工序前有圆度误差0.45mm，若本工序形状精度规定允许差0.01，问至少进给几次方能使形状精度合格？△Q=∑△m∑=c/r为常数设需要进给N次∑总=∑△m≤0.01n≥32-9在车床加工丝杠，工件总长为2650mm，螺纹部分长2000mm，工件材料和母丝杠材料都是45钢，加工时室温为20度，加工过程中，工件温暖升至45度，母丝杆升至30度，试求工件全长由于热变形引起的螺距累积误差。解：加工时机床母丝杆螺纹部分的热伸长为：加工时工件丝杆部分的热伸长为：工件冷却后的螺距累积误差为：（负号表示螺距因工作冷却收缩而变小）。6LLtt102000mm0母母＝（－）＝11（30-20）＝0.22（）6LLtt102000mm工工0＝（－）＝11（45-20）＝0.55（）tLL0.220.550.33()mm工母2-14在卧式铣床上铣削键槽，经测量发现两端深度要大于中间深度，且都比调整的深度尺寸小。试分析这一现象的原因。答：因工件两端用顶尖固定在加工时零件整体受力变形，而工件两端由于离顶尖近而刚度大受力变形小切去部分比中间多固深度大于中间，且都比调整的尺寸小。2-17在无心磨床上用惯穿法磨削加工直径为20的小轴，已知该道工序的标准差为0.003mm，现从一批工件中任取5件，测得其直径，求的算术平均值为20.008mm，试求这批工件的最大尺寸和最小尺寸？答;Xmax=Amax=20.008+0.009=20.017Xmin=Amin=20.008-0.009=19.9993-1机械加工表面质量包括哪些具体内容？机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：1．加工表面层的几何形貌主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度；⑵波纹度⑶纹理方向⑷表面缺陷2．表面层材料的力学物理性能和化学性能表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。3-2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？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、零件配合质量都有影响(一)表面质量对耐磨性的影响1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。2．表面纹理对耐磨性的影响圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差3．冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。(二)表面质量对耐疲劳性的影响1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。(三)表面质量对耐蚀性的影响1．表面粗糙度对耐蚀性的影响表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗耐蚀的能力。(四)表面质量对零件配合质量的影响有利于提高零件表面加工表面如果太粗糙，必然要影响配合表面的配合质量。3-6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？砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，刻痕的等高性越好，因而工件表面粗糙度值越小。工件速度对表面粗糙度的影响刚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表面的磨粒数减少，刻痕的等高性越差，表面粗糙度值将增大。3-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？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，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。3-8为什么切削速度越大，硬化现象越小？而进给量增大，硬化现象增大？增大切削速度，1.刀具与工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，因而冷硬层深度减小，2.温度增高，弱化倾向增大，冷硬程度降低；加大进给量时，表层金属的显微硬度将随之增加；这是因为随着进给量的增大，切削力也增大，表层金属的塑性变形加剧，冷硬程度增大。但是，这种情况只是在进给量比较大时才是正确的3-11什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤？磨削淬火钢时，在工件表面形成的瞬时高温将使表层金属产生以下三种金相组织变化：1)如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度(碳钢的相变温度为720。C)，但已超过马氏体的转变温度(中碳钢为300。C)，工件表面金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体)，这称为回火烧伤。2)如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属会出现二次淬火马氏体织织，硬度比原来的回火马氏体高；在它的下层，因冷却较慢，出现了硬度比原来的回火马氏体低的回火组织(索氏体或托氏体)，这称为淬火烧伤。3)如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削过程又没有冷却液，组织，表层金属的硬度将急剧下降，这称为退火烧伤。3-14磨削外加表面时，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？增大工件的回转速度wv，磨削表面的温度会升高，但其增长速度与磨削背吃刀量pa的影响相比小得多；且wv越大，热量越不容易传入工件内层，具有减小烧伤层深度的作用。增大工件速度wv当然会使表面粗糙度增大，为了弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度sv，实践证明，同时提高砂轮速度sv和工件速度wv，可以避免产生烧伤。3-17试述加工表面产生压缩残余应力的原因，试述表面产生拉伸残余应力的原因。一、加工表面产生压缩残余应力的原因1.1机械加工时在加工表面的金属层内有塑性变形产生，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1.2当刀具从被加工表面上切除金属时，表层的纤