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机械制造技术基础1. 试分析图所示的三种加工情况。加工后工件表面会产生何种形状误差?假设工件的刚度很大，且车床床头刚度大于尾座刚度。答：如图a所示，在径向切削力的作用下，尾顶尖处的位移量大于前顶尖处的位移量，加工后工件外圆表面呈锥形，右端直径大于左端直径。 如图b所示，在轴向切削力的作用下，工件受到扭矩的作用会产生沿顺时针方向的偏转。若刀具刚度很大，加工后端面会产生中凹。 如图c所示，由于切削力作用点位置变化，将使工件产生鞍形误差，且右端直径大于左端直径。2. 如习图4-2-5所示，零件安装在车床三爪卡盘上车孔（内孔车刀安装在刀架上）。加工后发现被加工孔出现外大里小的锥度误差。产生该误差的可能原因有（ ）。习图4-2-5 主轴径向跳动 三爪装夹面与主轴回转轴线不同轴 车床纵向导轨与主轴回转轴线不平行 刀杆刚性不足3. 在车床上以两顶尖定位车削光轴，车后发现工件中部直径偏大，两头直径偏小，其可能的原因有（ ）。 工件刚度不足 前后顶尖刚度不足 车床纵向导轨直线度误差 导轨扭曲4. 在车床上车削光轴（习图4-2-7），车后发现工件A处直径比B处直径大，其可能的原因有（ ）。BA习图4-2-7刀架刚度不足 尾顶尖刚度不足 导轨扭曲 车床纵向导轨与主轴回转轴线不平行5. 如习图4-2-8所示，零件安装在车床三爪卡盘上钻孔（钻头安装在尾座上）。加工后测量，发现孔径偏大。造成孔径偏大的可能原因有（ ）。 车床导轨与主轴回转轴线不平行 习图4-2-8 尾座套筒轴线与主轴回转轴线不同轴 刀具热变形 钻头刃磨不对称6. 图所示为车床进刀轴架零件，若已知其工艺过程为：(1)粗精刨底面和凸台；(2)粗精镗32H7孔；(3)钻、扩、铰l 6H9孔。试选择各工序的定位基准并确定各限制几个自由度。分析工序(3)的定位基准解：第一道工序按划线找正，刨底面和凸台。第二道工序粗精镗32H7孔。加工要求为尺寸320.1、60.1及凸台侧面K的平行度0.03。根据基准重合的原则选择底面和凸台为定位基准，底面限制三个自由度，凸台限制两个自由度，无基准不重合误差。第三道工序钻、扩、铰16H9孔。除孔本身的精度要求外，本工序应保证的位置要求为尺寸40.1、510.1及两孔的平行度要求0.02。根据精基准选择原则，可以有三种不同的方案：(1)底面限制三个自由度，K面限制两个自由度此方案加工两孔采用了基准统一原则。夹具比较简单。设计尺寸40.1基准重合；尺寸510.1的工序基准是孔32H7的中心线，而定位基准是K面，定位尺寸为60.1，存在基准不重合误差，其大小等于0.2；两孔平行度0.02也有基准不重合误差，其大小等于0.03。可见，此方案基准不重合误差已经超过了允许的范围，不可行。(2)32H7孔限制四个自由度，底面限制一个自由度此方案对尺寸40.1有基准不重合误差，且定位销细长，刚性较差，所以也不好。(3)底面限制三个自由度，32H7孔限制两个自由度此方案可将工件套在一个长的菱形销上来实现，对于三个设计要求均为基准重合，唯32H7孔对于底面的平行度误差将会影响两孔在垂直平面内的平行度，应当在镗32H7孔时加以限制。综上所述，第三方案基准基本上重合，夹具结构也不太复杂，装夹方便，故应采用。7. 要求在轴上铣一个键槽，如图所示。加工顺序为车削外圆；铣键槽尺寸为A2；磨外圆，要求磨外圆后保证键槽尺寸为，求键槽尺寸A2。画尺寸链图b，A2、A3/2为增环，A1/2为减环，A0为封闭环。A2=A0-A3/2+A1/2=(62-70/2+70.5/2)mm=62.25mmT2=ES2-EI2=-0.05-(-0.27)=0.22mm则8. 试选择习图5-4-1示三个零件的粗精基准。其中a）齿轮，m=2，Z=37，毛坯为热轧棒料； b）液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出。c）飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了有不加工符号的表面外，均为加工表面。a）AAtb）BBtc）CCt 9.习图5-4-1图a： 精基准齿轮的设计基准是孔A。按基准重合原则，应选孔A为精基准。以A为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔A为统一精基准。 粗基准齿轮各表面均需加工，不存在保证加工面与不加工面相互位置关系的问题。在加工孔A时，以外圆定位较为方便，且可以保证以孔A定位加工外圆时获得较均匀的余量，故选外圆表面为粗基准。图b： 精基准液压油缸的设计基准是孔B。按基准重合原则，应选孔B为精基准。以B为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔A为统一精基准。 粗基准液压油缸外圆没有功能要求，与孔B也没有位置关系要求。而孔B是重要加工面，从保证其余量均匀的角度出发，应选孔B的毛坯孔作定位粗基准。图c： 精基准液压油缸的设计基准是孔C。按基准重合原则，应选孔C为精基准。以C为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔C为统一精基准。 粗基准为保证飞轮旋转时的平衡，大外圆与不加工孔要求同轴，且不加工内端面与外圆台阶面距离应尽可能的均匀，故应不加工孔及内端面作定位粗基准。9. 习图5-4-2所示a）为一轴套零件，尺寸 和 已加工好，b）、c）、d）为钻孔加工时三种定位方案的简图。试计算三种定位方案的工序尺寸A1 、A2和 A3。c）d）a）b）习图5-4-2A3A2A1100.1800.053800.1 习图5-4-3ansc）A2100.1800.05d）A33800.1100.1800.05答案：1）图b：基准重合，定位误差，mm；2）图c：尺寸A2，100.1和构成一个尺寸链（见习解图5X4-2c），其中尺寸100.1是封闭环，尺寸A2和是组成环，且A2为增环，为减环。由直线尺寸链极值算法基本尺寸计算公式，有：10= A28，A2=18mm由直线尺寸链极值算法偏差计算公式：0.1=ESA2（-0.05），ESA2=0.05mm;-0.1=EIA20，EIA2=-0.1mm。故：mm3）图d：尺寸A3，100.1，和构成一个尺寸链（见习解图5X4-2d），其中尺寸100.1是封闭环，尺寸A3，和是组成环，且为增环，A3和为减环。由直线尺寸链极值算法基本尺寸计算公式，有：10= 38（A3+8），A3=28mm由直线尺寸链极值算法偏差计算公式，有：0.1=0（EIA3+（-0.05），EIA3= -0.05mm;-0.1= -0.1(ES A3+0)，ESA3=0。故：mm 10. 图示零件加工时应如何选择粗精基准，（标有符号为加工面，其余为非加工面）并简要地说明理由。（图a、b要求保持璧厚均匀，图c、d所示零件毛坯孔已铸出，要求该孔加工余量均匀。）答案：（1） 图a中以不加工面作粗基准，以孔作精基准。这样可保证壁厚均匀，保证孔与外圆的同轴度。（2） 图b中以不加工面小端外圆作粗基准，以孔作精基准，可保证壁厚均匀。（3） 图c中以孔作粗基准，以小外圆为精基准，可简化夹具制造，保证孔加工余量均匀。（4） 图d中以轴承孔作粗基准，以底面作精基准。可保证轴承孔加工余量均匀。11.在加工如图所示零件时，图样要求保证尺寸6士0.lmm，因这一尺寸不便于测量，只能通过测量尺寸L来间接保证，试求工序尺寸L及其公差。 解：A0为封闭环,可画出如下的工艺尺寸链：其中：L 和 A1 为增环， A2 为减环，所以L的基本尺寸=3626+6=16mm上偏差=0.05（0.05）0.1=0mm下偏差= 0.1+0.05+0= 0.05mmL=mm12.如图所示，(a)为工件铣槽工序简图，(b)为工件定位简图。试计算加工尺寸mm的定位误差（外圆直径 ，工件内孔，定位心轴）。解：工件内孔中心线为定位基准，工件内孔圆柱面为定位基准面；定位心轴的外圆柱面为限位基面。基准位移误差： 尺寸的工序基准为工件外圆柱面的下母线，工序基准与定位基准不重合，基准不重误差为工序基准到定位基准尺寸的公差，即：又因为工序基准不在定位基准面上，所以，定位误差为：13如图(a)所示为轴套零件简图，其内孔、外圆和各端面均已加工完毕，试分别计算按图(b)中3种定位方案钻孔时的工序尺寸及偏差。解：方案一，由于定位基准与设计基准重合，所以，A1=，方案二，可画出如下的工艺尺寸链：其中，A2为增环，mm为减环，所以，A2的基本尺寸=8+12=20mm上偏差=0.10.06=0.04mm下偏差= 0.10= 0.1mm所以A2=mm方案三，可画出如下的工艺尺寸链：其中，为增环，和A3为减环，所以的基尺寸=40（8+12）=20mm上偏差=0.10+0.1=0下偏差= 0(0.06) 0= 0.04mm所以A3=mm14.如图轴套零件在车床上已加工好外圆、内孔及各表面，现需在铣床上以端面A定位，铣出表面C保证尺寸20-0.2mm，试计算铣此缺口时的工序尺寸。（10分）已知：A2=40+0.05 A3=650.05 A=20-0.2 求A（1） 尺寸链图（2分）（2） 判断封闭环A=20-0.2（2分）（3）上下偏差与基本尺寸计算（2分）A=A+ A2A3 A =45BsA= BsA+BsA2-BxA3 BsA=-0.1BxA= BxA+BxA2-BsA3 BxA=-0.15(4)入体尺寸标注：44.9-0.05（2分）(5)校核= +2+3 = 0.2（2分）习图 2-4-7AdH90D15.习图2-4-7所示齿轮坯，内孔及外圆已加工合格（mm， mm），现在插床上以调整法加工键槽，要求保证尺寸 mm。试计算图示定位方法的定位误差（忽略外圆与内孔同轴度误差）。定位误差：提示：工序基准为孔D下母线A，求A点在尺寸H方向上的最大变动量，即为定位误差。15. 切削加工图5所示零件的内孔，其材料为45圆钢，尺寸精度及表面粗糙度如图5所示。试分别选择在单件小批生产和大批量生产条件下的加工方法及加工顺序。单件小批生产时的加工方法及加工顺序是钻孔扩孔铰孔(或钻孔扩孔粗铰孔精铰孔)大批量生产时的加工方法及加工顺序是钻孔拉孔16. 某厂加工箱体孔系的粗、精加工工序如图所示，试分析这两道工序的特点。题1图a)箱体孔系的粗加工b)箱体孔系精镗加工答：a)粗加工目的：尽快去除余量，为半精加工做准备，对精加工不高故采用双面进刀；b)精加工以保证精度为主，图示方案易于保证孔的同轴度。17. 如下图a所示，以工件底面1为定位基准，镗孔2，然后以同样的定位基准镗孔3。设计尺寸250.05+0.4mm不是直接获得的，试分析： (1)加工后，如果A1=600+0.2mm，A2=35-0.20mm，尺寸250.05+0.4mm是否能得到保证? (2)如果在加工时确定A1的尺寸为600+0.2mm，A2为何值时才能保证尺寸250.05+0.4mm的精度?建立工艺尺寸链如图b所示。其中，A0=250.05+0.4mm为封闭环。(1)尺寸250.05+0.4mm得不到保证。(2)当A2=35-0.2-0.05mm时，可保证尺寸250.05+0.4mm。判断题（散）（1） 粗加工时产生积屑瘤有一定好处，故采用中等速度粗加工；精加工时需避免积屑瘤的产生，故切削塑性金属时，常采用高速或者低速精加工（T）（2） 在刀具角度中，对切削速度有较大影响的是前角和主偏角（F） 应该为后角（3） 切削脆性材料时，最易出现后刀面磨损（T）（4） 磨削过程实际上是许多磨粒对工件表面进行切削，划刻和划擦的综合作用过程（T）（5） 磨具粒度的选择主要取决于工件的精度、表面粗糙度和生产率（T）（6） 磨具的硬度是指组成磨具的磨料和硬度（N）磨具的硬度是指磨粒在外力作用下，从磨具表面脱落的难易程度。它反映了结合剂把持磨粒的强度。磨具的硬度主要取决于结合剂加入量的多少和磨具的密度。磨粒容易脱落的表示磨具的硬度低，反之表示硬度高。硬度等级一般分为：超软、软、中软、中、中硬、硬、超硬七大级。问答题1. 影响切削变形的因素有哪些，分别是怎样影响切削变形的?答：影响切屑变形的因素很多，主要有：工件材料、刀具前角、切削速度、切削厚度。工件材料的强度，硬度越大，切屑变形越小，刀具的前角越大，切削刃就越锋利，对切削层金属的挤压也就越小，剪切角就越大，所以，切屑变形也就越小。切削速度主要是通过积屑瘤和切削温度使剪切角变化而影响切屑变形的，随着切削厚度的增加，使切屑的平均变形减小。2. 深孔加工的难点及应采取的工艺措施？答：难点：刀具细长，刚性差，易振动，易引偏.排屑困难.钻头散热条件差，冷却困难，易失去切削能力.措施：采用工件旋转刀具进给的方法，使钻头自定中心采用特殊结构的深孔钻；预先加工一个导向孔，防止引偏 采用压力输送切削液，既使冷却充分又使切屑排出.3. 在车床或磨床上加工相同尺寸及相同精度的内、外圆柱表面时，加工内孔表面的进给次数往往多于外圆表面，试分析其原因。答：因加工内孔刀具与外圆刀具比，刀具悬伸长，刀具刚度差，受力变形大，排屑困难，冷却效果差，刀具受热影响大等多因素；所以仅能采用比加工外圆时较小的切深，因此进给次数较多。4. 双面进刀有什么缺点，如何改进？（不确定）双面进刀比单面进刀的精度低。刚性差，抗弯曲能力弱，易受到材料自身的作用力作用下弯曲，易在切削力作用而弯曲，也会易受热伸长而弯曲，故引起振荡影响精度。工件长，走刀切削时间长，刀具磨损和工件尺寸变化不大，难保证工件尺寸。措施：1.改进装夹方式，用双顶尖或者一夹一顶装夹工件。2.用跟刀架或中心架安装，合理选择刀具3.选合理切削方法，采用由车头向尾座走刀的反向切削法。5. 普通车床的床身导轨在水平面内核垂直面内的直线度要求是否相同？为什么？不相同。导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度(扭曲)。卧式车床导轨在水平面内的直线度误差1将直接反映在被加工工件表面的法线方向（加工误差的敏感方向）上，对加工精度的影响最大。卧式车床导轨在垂直面内的直线度误差2可引起被加工工件的形状误差和尺寸误差。但2对加工精度的影响要比1小得多。6.顶尖在轴类零件加工中起什么作用？在什么情况下需进行顶尖孔的修研？有哪些修研方法？答：轴类零件最常用两中心孔为定位基准，既符合基准重合的原则，并能够在一次装夹中加工出全部外圆及有关端面，又符合基准统一的原则，所以顶尖在轴类零件加工中上重要的定位元件，起主要起定位作用。当加工高精度轴类零件时，中心孔的形状误差会影响到加工表面的加工精度，另一方面，当零件进行热处理后，中心孔表面会出现一定的变形，因此，要在各个加工阶段对中心孔进行修研。修研的方法有三种：用硬质合金顶尖修研；用油石、橡胶砂轮或铸铁顶尖修研；用中心孔磨床磨削。6. 为什么积屑瘤常发生在中低速切削塑性金属时产生？当工件材料的硬度低、塑性大时，切削过程中的金属变形大，切屑与前刀面间的摩擦系数(大于1)和接触区长度比较大。在这种条件下，易产生积屑瘤。当工件塑性小、硬度较高时，积屑瘤产生的可能性和积屑瘤的高度也减小，如淬火钢。切削脆性材料是产生积屑瘤的可能更小。7. asp、f和v对切削力的影响有何不同？为什么？如果机床动力不足，为保持生产率不变，应如何选择切削用量？7. 磨削温度指的什么？影响磨削温度的因素有哪些？磨削温度为什么高于一般的切削温度？机加工切削刀具锋利，磨削磨粒不锋利，磨粒顶锥角一般在80-145，并不尖，比轮圆钝，不锋利，刀切削金属时要小号很多能力才能进行切除。11. 简述前角、后角的改变对切削加工的影响前角作用：加大前角，刀具锋利，切削层的变形及前面屑摩擦阻力小，切削力和切削温度可减低，可抑制或消除积屑瘤，但前角过大，刀尖强度降低；后角作用：减少刀具后面与工件的切削表面和已加工表面之间的摩擦。汉前角一定时，后角愈锋利，但会减小楔角，影响刀具强度和散热面积。在主剖面内测量的前刀面与基面之间的夹角为前角。适当增加前角，则主切削刃锋利，切屑变形小，切削轻快，减小切削力和切削热。但前角过大，切削刃变弱，散热条件和受力状态变差，将使刀具磨损加快，耐用度降低，甚至崩刀或损坏。在主剖面内测量的主后刀面与基切削平面之间的夹角为后角。后角用以减少刀具主后刀面与零件过度表面间的摩擦和主后刀面的磨损，配合前角调整切削刃的锋利程度与强度；直接影响加工表面质量和刀具耐用度。后角大，摩擦力小，切削刃锋利。但后角过大，将使切削刃变弱，散热条件变差，加速刀具磨损。12. 分别讨论，增大前角、减小前角、增大后角、减小后角的影响增大前角可以减少切屑变形，从而使切削力和切削温度减少，刀具使用寿命提高，但是若前角过大，楔角变小，刀刃强度降低，易发生崩刃，同时刀头散热体积减少，致使切削温度升高，刀具寿命反而下降。增大后角，可以减小后刀面的摩擦与磨损，提高已加工表面质量和刀具使用寿命。同时可以增加切削刃的锋利性。延长了刀具使用寿命。后角增大时，由于楔角减少，将使切削刃和刀头的强度削弱，导热面积和容热体积减少，从而降低刀具使用寿命。13. 在车床上装夹工件加工细长轴外圆表面，试分析可能产生鼓形误差的原因。加工细长轴如不使用中心架或跟刀架，导致工件悬伸过长，刚性变差。在工件的两端，也就是顶尖和卡盘处刚性较好，但在车削至中间位置时，刚性变差，由于切削力的影响，工件会被顶弯，产生了严重的让刀现象，这时被切削层变薄。所以就会造成中间粗，两头细的鼓型误差。14. 钻头刚性不足时，分析会出现什么结果？钻孔加工有两种方式，一种是钻头旋转，另一种是工件旋转。在钻头旋转的钻孔方式中，由于切削刃不对称和钻头刚性不足而使钻头引偏时，被加工孔的中心线会发生偏斜或不直，但孔径基本不变；而在工件旋转的钻孔方式中则相反，钻头引偏会引起孔径变化，而孔中心线仍是直的。15. 试分析产生表面粗糙度的原因及控制措施a) 理论粗糙度b) 积屑瘤c) 鳞刺d) 切削机理的变化e) 切削的振动f) 切削刃损坏措施A. 减小刀具主副偏角，增大刀尖圆弧半径B. 减小残留面积的坡峰高度C. 增大刀具前角，有利于抑制积屑瘤和鳞刺产生，有利于控制道具磨损和切削刃损坏。D. 切削中碳钢时减小切削速度，降低进给量，使用良好的切削液，防止机床和工艺系统振动。E. 精加工前，对工件进行调质处理16. 试分析已加工表面残余应力及加工硬化的成因及控制措施残余应力是由热塑性变形引起的额，以及冷态塑性变形引起的，局部金相组织变化引起的残余应力。措施： 增大刀具前角、后角 减少刀面磨损值b 降低工件塑性，增大工件硬度 减小切削速度 减少进给量，降低加工硬化17. 试述切削用量三要素对加工质量、生产率及刀具耐用度的影响切削用量上升-生产率升上-加工质量下降切削速度对道具耐用度影响最大，其次是进给量，背吃刀量影响最小18. 限制切削速度、进给量与切削深度（背吃刀量）的因素有哪些？切削速度收到刀具寿命的限制进给量，粗加工阶段，收机床刚度，强度，刚性，工件，装夹等因素影响 精加工阶段，受加工精度和表面粗糙度的限制背吃刀量，受加工余量的限制19. 机床功率不足时，应如何选择切削用量？机床功率不足，减小切削用量减少切削速度进给量背吃刀量优先增加背吃刀量20. 分析影响切削力的因素1.工件材料 2.切削用量 3.刀具几何角度工件材料强度，硬度，耐磨系数上升，切削力增加切削深度，进给量上升，切削力上升刀具前角上升，切削力下降主偏角上升，切削力下降刃倾角影响切削力方向后角、副偏角几乎无影响刀具磨损，使切削力增加加入切削液可以降低切削力15