机械加工工艺及装备习题参考答案.doc 34页

'《机械加工工艺与装备》练习题参考答案习题参考答案第一章总论1答案制造有两种含意，狭义的制造是使原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程；广义的制造是指人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，通过手工或可以利用的客观的物质工具与设备，采用有效的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。加工是指把原材料变成产品的直接物理过程。是制造系统的一个主要的子系统，是通过改变原材料（毛坯或半成品）的形状、性质或表面状态，来达到设计所规定的技术要求。制造业是对原材料进行加工或再加工，对零部件进行装配的工业的总称。制造技术是完成制造活动所施行的一切手段的总和。2答案从制造业的发展历史来看，加工制造业最基本的竞争方式就是成本价格的竞争。技术达到一定水平，质量达到一定标准，如果产品之间没有差异，价格竞争的最后结果就是没有利润。沿海一些发达地区，比如上海、广东，一些加工制造企业发展到一定水平后，发现尽管占有的市场越来越大，但企业利润越来越少，甚至处于盈亏的临界点上。发达国家也是先经历过价格竞争的过程，往后就进入差异化竞争过程。装备制造业的企业之间的竞争主要不是成本价格的竞争，而是性能、质量、营销、品牌等各方面差异的竞争，只有这些才能真正为企业带来利润，现在我国工业化发展已经到了这个阶段。一些企业已经发现加工制造业的发展空间越来越小，希望向装备制造业升级。十六大报告提出产业升级问题，实际上也涉及制造业本身的发展。现在制造业正处于一个由以加工制造业为主逐步向装备制造业转变的发展过程中。下一阶段，我国工业应该向装备制造业方面发展，否则我国工业化发展带来的实际经济效益和社会福利会受到很大的限制。3答案零件是机器的组成单元，装配时机器是由零件单元逐一装配而成，但在设计的时候却是从整台机器开始的。一种新产品（机器）的开发内容包括概念设计、方案设计、详细设计、样机试制与评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、生产准备、批量生产等。在方案设计阶段往往需要设计多种方案，通过性能、成本等的对比，经评审最后确定一种方案。在详细设计阶段，是从绘制产品（机器）的总装图开始，在完成产品的总装图设计后，再进行拆画零件图，在零件图上除标注正确的几何尺寸外，还要根据机器的性能要求标注出零件的精度要求。可见零件的精度要求来自于机器，其中如果有外购的零部件，必须设计好它们之间的连接形式以及具体尺寸、精度要求等。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案第二章金属切削基础知识与刀具1答案切削运动可分为主运动和进给运动两种。切削运动中直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。结合主运动把切削层不断地投入切削，以完成对一个表面切削的运动是进给运动。2答案切削速度vc、进给量ƒ和背吃刀量ap是切削用量三要素，主轴转速n单位为r/min或r/s。切削速度vc单位为m/min或m/s进给速度符号是vf，单位为mm/r或mm/双行程。每齿进给量fz。单位为mm/齿。进给量f。单位是mm/min。3答案（1）在基面投影图中注出已加工表面、待加工表面、过渡表面，刀具前面、主切削刃、主偏角、副偏角和正交平面。（参见教材图2-4、图2-9）。（2）按投影关系作出正交平面，并注出基面、切削平面、前面、后面，= 10°、= 6°。（参见教材图2-10）。4答案（1）= 90°外圆车刀的几何角度：k r= 90°、go = 15°、a o=8°、l s=5°、 = 15°、 = 8°。（参见教材图2-10、图2-11）（2）＝45°弯头刀车端面，几何角度： =  = 45°、 = −5°、 =  = 6°、 = −3°。（参见教材图2-10、图2-11）人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案（3）切断刀的几何角度：krL = 90°、 = 105°、 = 15°、= 5°、 =  = 1°、 = 0°、= = 1°30"。（参见教材图2-10、图2-11）。5答案（1）高硬度要实现切削加工，刀具材料必须具有比工件材料高的硬度，硬度的高低在一定程度上决定了刀具材料的应用范围。（2）高耐磨性耐磨性是刀具材料抵抗摩擦和磨损的能力，它是刀具材料应具备的主要条件之一，是决定刀具耐用度的主要因素。一般来说，材料的硬度越高，耐磨性越好。（3）足够的强度和韧性要使刀具在切削力作用下不致产生破坏，就必须具有足够的强度，同时还要具备足够的韧性，以承受着各种应力、冲击载荷和震动的作用。通常用材料的抗弯强度和冲击韧度表示刀具的强度和韧度。（4）高的耐热性（热稳定性）耐热性是指在高温下材料保持硬度、耐磨性、强度和硬度的能力。切削过程中一般都会产生很高的温度，刀具材料必须具有一定的耐热性，以保证在高温下仍然具有所要求的性能，耐热性可用红硬性或高温硬度表示。（5）良好的热物理性能和耐热冲击性能刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具的磨损，避免因热冲击产生刀具材料裂纹。（6）良好的工艺性为了便于制造，刀具切削部分材料应具有良好的锻造、焊接、热处理和磨削加工等性能。6答案常见高性能高速钢的牌号、主要化学成分、性能及用途如表2-5所示。表2-5常用高速钢的力学性能和应用范围牌号硬度（HRC）抗弯强度（GPa）冲击韧性（MJ/m2）600 ℃时硬度（HRC）主要性能和适用范围普通高速钢W18Cr4V（W18）63～663.0～3.40.18～0.3248.5综合性能好，通用性强，可磨削，适用于加工轻合金、碳素钢、合金钢、普通铸铁的精加工刀具和复杂刀具。如螺纹车刀、成形车刀、拉刀等W6Mo5Cr4V2（M2）63～663.5～4.00.30～0.4047～48强度和韧性略高于W18Cr4V，热硬性略低于W18Cr4V，热塑性好。适用于制造加工轻合金、碳钢、合金钢的热成形刀具及承受冲击、结构薄弱的刀具人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案W14Cr4VMnRe64～66～4.0～0.3150.5切削性能与W18Cr4V相当，热塑性好，适用于制作热轧刀具高性能高速钢95W18Cr4V66～683.0～3.40.17～0.2251属高碳高速钢，常温硬度和高温硬度有所提高，适用于加工普通钢材和铸铁，耐磨性要求较高的钻头、铰刀、丝锥、铣刀和车刀等，但不宜受大的冲击W6Mo5Cr4V3（M3）65～67～3.2～0.2551.7属高钒高速钢，耐磨性很好，适合切削对刀具磨损较大的材料，如纤维、硬橡胶、塑料等，也用于加工不锈钢、高强度钢和高温合金等W2Mo9Cr4VCo8（M42）67～692.7～3.80.23～0.3055属含钴高速钢，有很高的常温和高温硬度，适合加工高强度耐热钢、高温合金、钛合金等难加工材料，可磨性好，适于作精密复杂刀具，但不宜在冲击切削条件下工作W6Mo5Cr4V2Al（501）67～692.84～3.820.23～0.30属含铝高速钢，切削性能相当于W2Mo9Cr4VCo8，适宜制造铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具和拉刀等，用于加工合金钢、不锈钢、高强度钢和高温合金7答案表面涂层是在韧性较好的硬质合金或高速钢基体上，通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）法涂覆一薄层耐磨性很高的难熔金属化合物。通过这种方法，使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性，从而较好地解决强度韧性与硬度耐磨性的矛盾。8答案常用硬质合金牌号及用途如表2-6所示。表2-6硬质合金的用途牌号化学成分（%）性能比较适用场合ISO国产wcTiCTaC(TbC)CoK01YG3X96.5—<0.53（至上而下）抗弯强度、韧性、进给量依次降低，（至上而下）硬度、耐磨性、切削速度依次升高铸铁、有色金属及合金的精加工，也可用于合金钢、淬火钢等的精加工、不能承受冲击载荷K10YG6X93.5—<0.56铸铁、冷硬铸铁、合金铸铁、耐热钢、合金钢的半精加工、精加工K20YG694——6铸铁、有色金属及合金的粗加工、半精加工K30YG892——8铸铁、有色金属及合金、非金属的粗加工，能适应断续切削P01YT306630—4碳钢和合金钢连续切削时的精加工P10YT157915—6碳钢和合金钢连续切削时的半精加工、精加工P20YT147814—8碳钢和合金钢连续切削时的粗加工、半精加工、精加工或断续切削时的精加工P30YT5855—10碳钢和合金钢的粗加工，也可用于断续切削人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案M10YW184646不锈钢、耐热钢、高锰钢及其他难加工材料及普通钢料、铸铁的半精加工和精加工M20YW282648不锈钢、耐热钢、高锰钢及其他难加工材料及普通钢料、铸铁的粗加工和半精加工9答案（1）积屑瘤的形成原因主要是由于切削加工时，在一定的温度和压力作用下，切屑与刀具前面发生强烈摩擦，致使切屑底层金属流动速度降低而形成滞流层，如果温度和压力合适，滞流层就与前刀面黏结而留在刀具前面上，由于黏结层经过塑性变形硬度提高，连续流动的切屑在黏结层上流动时，又会形成新的滞留层，使黏结层在前一层的基础上积聚，这样一层又一层地堆积，黏结层愈来愈大，最后形成积屑瘤。（2）积屑瘤对切削过程的影响。①增大实际前角。积屑瘤黏结在刀具前刀面刀尖处，可代替刀具切削，增大了刀具的实际前角。②增大切入深度。积屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出现过切，使刀具切入深度比没有积屑瘤时增大了Δ，因而影响了加工尺寸。③增大已加工表面粗糙度。由于积屑瘤很不稳定，使切削深度不断变化，导致实际前角发生变化，引起切削过程震动；积屑瘤脱落时的碎片可能黏附在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成沟纹，这些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。④影响刀具耐用度。积屑瘤覆盖着刀具部分刃口和前面，对切削刃和前面有一定保护作用，从而减小了刀具磨损，但积屑瘤脱落时，又可能使黏结牢固的硬质合金表面剥落，加剧刀具磨损。（3）影响积屑瘤的主要因素与控制。精加工时必须避免或抑制积屑瘤的生成。其措施有如下几种。①控制切削速度。尽量采用很低或很高的切削速度。②降低工件材料塑性。通过热处理降低材料塑性，提高硬度，可抑制积屑瘤生成。③其他措施。减小进给量、增大刀具前角，减小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削变形减小，切削力减小，切削温度下降，从而抑制积屑瘤的生成。10答案（1） 工件材料对切屑变形的影响。工件材料的塑性是影响切屑变形的主要因素。如碳钢的塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，越容易产生塑性滑移和剪切变形，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形。在相同的切削条件下，工件材料的塑性越大，切屑变形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45钢的强度近似，但前者延伸率大得多，切削时切屑变形大，易粘刀且不易断屑。（2）刀具前角对切屑变形的影响。刀具前角越大，减小切屑沿前刀面流出的阻力越小，切屑变形越小。（3） 切削速度对切屑变形的影响。在无积屑瘤的切削速度范围内（例如高速切削），切削速度越高，则变形越小。因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢。（4）人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案切削厚度对切屑变形的影响。当切削厚度增加时，摩擦系数减小，变形变小。切削厚度增加，切屑底层变形大，上层变形小且变形程度严重的金属层，占切屑体积的百分比随着切屑厚度增加而下降。因此，从切削层整体看，切屑的平均变形减小。反之，切屑越薄，变形量越大。11答案（1）工件材料的影响。工件材料的强度越大、硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。工件材料的热导率大，热量容易传出，若产生的切削热相同，则热容量大的材料切削温度低。工件材料的塑性越好，切削变形越大，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。（2）切削用量的影响。切削用量中，切削速度对切削温度影响最大。切削速度vc增加，切削的路径增长，切屑底层与刀具前面发生强烈摩擦从而产生大量的切削热，切削温度显著升高。进给量f对切削温度有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内金属的切除量增加，消耗的功率增大，切削热增大，切削温度上升。背吃刀量ap对切削温度影响很小。随着背吃刀量的增加，切削层金属的变形与摩擦成正比例增加，产生的热量按比例增加。但由于切削刃参加工作的长度也成比例增长，改善了刀头的散热条件，最终切削温度略有增高。（3）刀具几何角度的影响。刀具几何参数对切削温度影响较大的是前角和主偏角。前角go增大，切削变形及切屑与刀具前面的摩擦减小，产生的热量小，切削温度下降。反之，切削温度升高。但是如果前角太大，刀具的楔角减小，散热体积减小，切削温度反而升高。主偏角kr增大，刀具主切削刃工作长度缩短，刀尖角er减小，散热面积减少，切削热相对集中，从而提高了切削温度。反之，主偏角减小，切削温度降低。（4）其他因素。刀具后面磨损较大时，会加剧刀具与工件的摩擦，使切削温度升高，切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显。切削液对降低切削温度有明显的效果，切削液的润滑作用可减小摩擦，减少切削热。12答案在使用刀具时，在刀具产生急剧磨损前必须重磨或更换新切削刃，这时刀具的磨损量称为磨钝标准或磨损限度。13答案刀具一次刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的实际切削时间称为刀具耐用度。刀具耐用度的大小表示刀具磨损的快慢，刀具耐用度大，表示刀具磨损慢；耐用度小，表示刀具磨损快。另外，刀具耐用度与刀具寿命是两个不同的概念。刀具寿命是指一把新刀从投入使用到报废为止总的切削时间，刀具的寿命等于刀具耐用度乘以刃磨次数。14答案断屑槽的槽形有折线型、直线圆弧型和全圆弧型3种。它们在垂直切削刃的剖面上的形状如图2-27（a）、（b）、（c）所示。除槽宽尺寸外，其中反屑角也是影响断屑的主要因素，反屑角增大，切屑易断裂，但会使切屑卷曲半径Rch人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案减小，增大卷曲变形和弯曲应用，如图2-27（d）所示。图2-27断屑槽的形式15答案（1）刀具材料采用涂层高速钢或硬质合金均可。（2）Vc＝60.288m/min（3）公称宽度＝5.6577mm公称厚度＝0.35355mm横截面积＝2mm216答案主偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角可使刀尖角er增大，刀尖强度提高，散热条件改善，因而刀具耐用度高。减小主偏角可降低加工表面残留面积的高度，故可减小加工表面的粗糙度。主偏角还会影响各切削分力的大小和比例。如车削外圆时，增大主偏角，可使背向力Fp减小，进给力Ff增大，因而有利于减小工艺系统的弹性变形和震动。工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值，如kr = 30°～45°，例如选用45°偏刀；当工艺系统刚性较差或强力切削时，一般取kr = 60°～75°，例如选用75°偏刀。车削细长轴时，取kr = 90°～93°，以减小背向力Fp。17答案刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。刃倾角对切屑流向的影响如图2-16所示。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利，如图2-16（b）所示。刃倾角为负值时，切削中切屑流向已加工表面，如图2-16（a）所示，容易缠绕和划伤已加工表面。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案18答案（1）背吃刀量ap的选择（2）进给量f的选择（3）切削速度nc的选择因为切削用量3个要素对刀具耐用度T的影响程度各不相同，对刀具耐用度影响最大的是切削速度vc，其次是进给量f，最小的是背吃刀量ap。由于要保持已确定的刀具耐用度T值，提高其中某一要素时，必须相应地降低另外两个要素。所谓选择切削用量是选择切削用量三要素的最佳组合，在保持刀具合理耐用度的前提下，使ap、f、vc三者的乘积值最大，以获得最高的生产率。根据已选定的背吃刀量、进给量，按照一定刀具耐用度下允许的切削速度公式，通过计算最后确定切削速度nc。19答案（1）背吃刀量ap方面切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。粗加工时应尽量用一次走刀切除全部粗加工余量。当粗加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强度不够、断续切削及切削时冲击震动较大时，可分几次走刀。切削表面层有硬皮的铸、锻件时，应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。半精加工和精加工的加工余量一般较小，可一次走刀切除，即ap等于半精（精）加工余量。当为保证工件的加工质量时，也可二次走刀。多次走刀时，应将第一次的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/3～3/4。（2）进给量f方面粗加工时，由于粗加工的工艺目标是尽量高效切出加工余量，对加工后表面质量没有太高的要求，这时在工艺系统的强度、刚度允许的情况下，可选用较大的进给量，可根据工件材料、刀杆尺寸、工件直径和已确定的背吃刀量查阅相关手册确定。半精加工和精加工时，由于半精、精加工的工艺目标是确保加工表面质量（主要是表面粗糙度），进给量应取较小值，通常按照工件的表面粗糙度值要求，可根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度等条件查阅切削用量等相关手册来选择进给量。（3）切削速度nc方面粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低。精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受加工质量和刀具耐用度影响，一般较高。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案20答案常用的切削液分为3大类：水溶液、乳化液和切削油。（1）粗加工时切削液的选择。因为粗加工所用的加工余量、切削用量较大，所以产生大量的切削热。在采用高速钢刀具切削时，由于高速钢刀具耐热性较差，需要采用切削液，这时使用切削液的主要目的是降温冷却，减少刀具磨损，因此应采用3%～5%的乳化液；硬质合金刀具由于耐热性较高，一般不用切削液，若要使用切削液，则必须连续、充分地浇注，以免处在高温状态的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹。（2）精加工时切削液的选择。精加工要求表面粗糙度值较小，一般应采用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。采用高速钢刀具精加工时可用15%～20%的乳化液，以降低刀具磨损，改善加工表面质量。（3）根据工件材料的性质选用切削液。切削塑性材料时需用切削液。切削铸铁等脆性材料时，一般不加切削液，以免崩碎状切屑黏附在机床的运动部件上。切削铜合金和有色金属时，一般不得使用含硫化添加剂的切削液，以免腐蚀工件表面。切削铝、镁及其合金时，不得使用水溶液或水溶性乳化液。在贵重精密机床上加工工件时，不得使用水溶性切削液及含硫、氯添加剂的切削油。磨削的特点是温度高，会产生大量的细屑和砂粒，因此磨削液应有较好的冷却性和清洗性，并应有一定的润滑性和防锈性。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案第三章金属切削基础知识与刀具1答案按机床工艺规程的要求，保证工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并通过夹紧工件保证在加工过程中始终保持工件位置正确的工艺装备，称为机床夹具。简单地说用来装夹工件（和引导刀具）的装置称为机床夹具，简称夹具。夹具主要起定位夹紧作用。定位是“确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程”；夹紧是“工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作”。2答案（1）定位元件 用于确定工件在夹具中的位置使工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确的位置。（2）夹紧装置 用于保持工件在夹具中的既定位置，使它不致因加工时受到外力的作用而改变原定的位置。（3）对刀元件 用来确定夹具相对于刀具的位置。（4）夹具体 用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体的基础件。夹具体也用来与机床有关部位相连接。（5）其他元件和装置 根据需要，夹具上还可以有其他组成部分，如分度装置等。3答案定位，就是限制自由度。用合理设置的6个支承点，限制工件的6个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定，这就是工件定位的“六点定位原理”。有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，这种定位情况称为不完全定位。不完全定位在对加工要求无影响的情况下是允许的。过定位会导致重复限制同一个自由度的定位支承点之间产生干涉现象，从而导致定位不稳定，破坏定位精度。是不允许的。但实际生产应用中，过定位并不是必须完全避免的。有时因为要加强工件刚性或者特殊原因，必须使用相当于比6个支承点多的定位元件。4答案定位是“确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程”；夹紧是“工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作”，它与定位位置无关，是保证位置不变。5答案属于固定支承的定位元件有支承钉和支承板，人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案如果工件平面较小，则定位元件应采用支承钉。支承钉分为A型、B型和C型3种。工件定位基准面是毛坯表面时（粗基准），因工件表面不平整，应采用布置较远的3个球头支承钉（B型支承钉），使其与毛坯面接触良好；而C型支承钉为齿纹头，用于粗基准的侧面定位，能增大摩擦系数，防止工件受力滑动。工件以加工过的平面（精基准）作定位基准时，应该采用平头支承钉（书中图3-33中的A型）。如果工件平面较大，则定位元件可采用支承板，如书中图3-34所示。支承板分A型和B型两种，一般用2～3个螺钉紧固在夹具体上。A型支承板的结构简单，制造方便，但板上螺钉孔的边缘容易粘切屑，且不易清除干净，适用于工件的侧面和顶面定位；B型结构易于保证工作表面清洁，适用于工件底面定位。采用支承钉或支承板做定位基准时，必须保证其装配后定位基准表面等高。一般采用将支承钉、支承板装配于夹具6答案自位支承是指支承本身的位置在定位过程中，能自适应工件定位基准面位置变化的一类支承，如图3-38所示。图3-38（a）、（b）所示为两点式自位支承，图3-38（c）所示为三点接触，这类支承的工作特点是：浮动支承点的位置能随着工件定位基准位置的不同而自动浮动。当基准面不平时，压下其中一点，其余点即上升，直至全部接触为止，故其作用仍相当于一个固定支承，只限制一个自由度，未发生过定位。由于增加了接触点数，故可提高工件的安装刚性和稳定性，多用于工件刚性不足的毛坯表面或不连续的平面的定位。图3-38自位支承7答案可调支承是指高度可以调整的支承，如图3-35所示。当夹具支承的高度要求能够调整时，可采用可调支承。可调支承常用于铸件毛坯、以粗基准定位的场合。在生产中，有时为了提高工件的安装刚度和定位稳定性，常采用辅助支承。辅助支承的结构形式很多，但无论采用哪种，辅助支承都不起定位作用。辅助支承都是工件定位后才调整支承与工件表面接触并锁紧支承的，所以不限制自由度，同时也不能破坏基本支承对工件的定位。8答案辅助支承都不起定位作用。辅助支承都是工件定位后才调整支承与工件表面接触并锁紧支承的，所以不限制自由度，同时也不能破坏基本支承对工件的定位。如人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案图3-39所示为阶梯零件，当用平面1定位铣平面2时，于工件右部底面增设辅助支承3，可避免加工过程中工件的变形。可调支承是针对毛坯批次进行调整，而不是对每个工件的装夹进行调整。可调支承在一批工件加工前调整一次，在同一批工件加工中，其作用即相当于固定支承。所以，可调支承在调整后都需用锁紧螺母锁紧。可调支承也可用于通用可调整夹具及成组夹具中，用一个夹具加工形状相同而尺寸不同的工件。图3-37所示为径向钻孔夹具，采用可调支承使工件轴向定位，通过调整支承长度位置，可以加工距轴端面距离不等的孔。9答案确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作用点。在确定夹紧力的三要素时要分析工件的结构特点、加工要求、切削力及其他作用外力。（1）夹紧力方向的确定。①夹紧力方向应垂直于主要定位基准面。②夹紧力应朝向工件刚性较好的方向，使工件变形尽可能小。③夹紧力的方向应使所需夹紧力最小。夹紧力最好与切削力、工件重力方向一致，这样既可减小夹紧力，又可缩小夹紧装置的结构。（2）夹紧力作用点的选择。选择作用点的问题是指在夹紧方向已定的情况下确定夹紧力作用点的位置和数目。合理选择夹紧力作用点必须注意以下几点。①夹紧力作用点应落在定位元件上或定位元件所形成的支承区域内。②作用点应作用在工件刚性较好的部位。应尽量避免或减少工件的夹紧变形，这一点对薄壁工件更显得重要。③夹紧力作用点应尽可能靠近加工面。这可以减小切削力对夹紧点的力矩，从而减轻工件的震动。（3）夹紧力大小的确定。在夹紧力的方向、作用点确定之后，必须确定夹紧力的大小。夹紧力过小，难以保证工件定位的稳定性和加工质量；夹紧力过大，将不必要地增大夹紧装置等的规格、尺寸，还会使夹紧系统的变形增大，从而影响加工质量。特别是机动夹紧时，应计算夹紧力的大小。10答案（1）车床夹具特点：①安装在车床主轴上的夹具。这类夹具中，除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附件外，往往根据加工的需要设计各种心轴或其他专用夹具，加工时夹具随机床主轴一起旋转，切削刀具作进给运动。②安装在滑板或床身上的夹具。对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常把夹具安装在车床滑板上，夹具作进给运动。加工回转成形面的靠模属于此类夹具。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案（2）铣床夹具特点：铣床夹具主要用于加工零件上的平面、凹槽、键槽、花键、缺口及各种成形面。由于铣削加工通常是夹具随工作台一起作进给运动，按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。①直线进给式铣床夹具这类铣床用得最多。夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。根据工件质量、结构及生产批量，将夹具设计成单件多点、多件平行和多件连续依次夹紧的联动方式，有时还要采用分度机构，均为了提高生产效率。②圆周进给式铣床夹具圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位，在有回转工作台的铣床上使用。这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。③靠模铣床夹具这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主进给运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。（3）钻床夹具特点：钻床夹具一般由外套和钻模板构成。根据被加工孔的分布和钻模板的特点，钻模一般分为固定式、回转式、移动式、翻转式、盖板式和滑柱式等几种类型。①固定式钻模。在使用过程中，钻模和工件在机床上的位置固定不动。常用于在立式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。②回转式钻模。回转式钻模钻模体可按一定的分度要求绕某一固定轴转动。主要用于加工同一圆周上的平行孔系或分布在圆周上的径向孔。工件在一次装夹后，靠钻模体旋转，依次加工出各孔。它包括立轴、卧轴和斜轴回转3种基本形式。③移动式钻模。移动式钻模常用于单轴立式钻床，先后钻削工件同一表面上的多个孔。一般工件和被加工孔的孔径都不大，属小型夹具。④翻转式钻模。翻转式钻模整个夹具可以带动工件一起翻转，加工中、小型工件分布在不同表面的孔系，甚至可加工定位基准面上的孔。⑤盖板式钻模。这类钻模常用于加工大型工件上的小孔。钻模本身是一块钻模板，上面装有导向定位装置、夹紧元件和钻套，加工时将其覆盖在工件上即可。所以该类钻模应在保证刚性的基础上，尽量减轻其结构重量。这种钻模通常利用工件底面做安装基准面，因此，钻孔精度取决于工件本身精度及工件和钻模的安装精度。（4）镗床夹具特点：镗模一般由定位元件、夹紧装置、导引元件（镗套）、夹具体（镗模支架和镗模底座）4个部分组成。其加工过程是刀具随镗杆在工件的孔中做旋转运动，工件随工作台相对于刀具做慢速的进给运动，连续切削性能比较稳定，适用于精加工。故镗模是一种精密夹具，它和钻模一样，是依靠专门的导引元件—镗套来导引镗杆，从而保证所镗的孔具有很高的位置精度。11答案（1）数控机床夹具的特点：①为适应数控工序中的多个表面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动轨迹的干涉。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案②必须保证最小的夹紧变形。③要求夹具装卸工件方便，辅助时间尽量短。数控加工夹具可使用气动、液压、电动等自动夹紧装置实现快速夹紧，缩短辅助时间。④多件同时装夹，提高效率。⑤夹具结构应力求简单。⑥夹具应便于在机床工作台上装夹。（2）常用夹具：①数控车床夹具主要有三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘等。②数控铣床、加工中心使用的夹具有平口虎钳、压板-T形螺钉、弯板、Ｖ形块等。12答案组合夹具是由可以循环使用的标准的夹具零部件组装成容易联接和拆卸夹具。组合夹具的柔性大，适于单件小批生产，是一种标准化、系列化、通用化程度高的工艺装备。组合夹具的元件和合件属于标准零部件，已经实现了专业化生产，具有精度高、耐磨性好和完全互换性，在生产领域应用很方便。用组合夹具加工的工件，位置精度一般可达IT8～IT9，如果经精确调整，可以达到IT7级。T型槽系组合夹具的元件的分类、功用和组装如下图所示：图3-85T形槽系组合夹具组装图1—基础件2—支承件3—定位件4—导向件5—夹紧件6—紧固件7—手柄件8—分度合件人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案第四章机械加工工艺规程1答案机械制造工艺是指利用机械制造方法直接改变原材料的形状、尺寸、相对位置和表面质量等，使其成为制造产品的加工过程的统称。生产过程是将原材料转变为成品的全过程。工艺过程是指在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。工艺规程是规定产品或零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。工序是指一个（或一组）工人在一个工作地（或一台机床上）对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。工步是指在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。走刀是在一个工步内，如果要切除的金属层很厚，需要对同一表面进行几次切削，这时刀具每切削一次称作一次走刀。生产纲领是指在计划期内企业应当生产的产品产量和进度计划。计划期为一年，所以生产纲领也称年的总生产量。生产类型是企业生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、成批生产和大量生产。生产批量是一次投入或产出的同一产品或零件数量，简称批量。工序尺寸是指本工序加工后应达到的尺寸。工序余量是指零件加工前后从加工表面切除的材料层厚度。毛坯余量是指各个工序余量的总和，也就是从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一加工表面上所切除的金属总厚度。粗基准是用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。精基准是利用工件上已加工过的表面作为定位基准面。工序集中是将工件的加工集中在少数几道工序内完成。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序内完成。时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。零件结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的方便性、可行性和经济性，即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量，可以提高切削效率等。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。2答案生产类型的工艺特点如下表：工艺特点生产类型单件小批生产中批生产大批量生产零件的互换性用修配法，缺乏互换性多数互换，部分修配全部互换，高精度配合采用分组装配人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案毛坯情况锻件自由锻造，铸件木工手工造型，毛坯精度低锻件部分采用模锻，铸件部分用金属模，毛坯精度中等广泛采用锻模，机器造型等高效方法生产毛坯，毛坯精度高机床设备及其布置形式通用机床，机群式布置，也可用数控机床部分通用机床，部分专用机床，机床按零件类别分工段布置广泛采用自动机床，专用机床，按流水线、自动线排列设备工艺装置通用刀具、量具和夹具，或组合夹具，找正后装夹工件广泛采用夹具，部分靠找正装夹工件，较多采用专用量具和刀具高效专用夹具，多用专用刀具，专用量具及自动检测装置对工人的技术要求需要技术熟练中等对调整工人的技术水平要求高，对操作工人技术水平要求低工艺文件仅要工艺过程卡工艺过程卡，关键零件的工序卡详细的工艺文件，工艺过程卡、工序卡、调整卡等生产率较低中等高加工成本较高中等低3答案（1）保证工件加工表面与不加工表面的相互位置精度，选择不加工表面作为粗基准对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，必须保证其不加工表面与加工表面的相互位置时，选择不加工表面作为粗基准。如果零件上有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面作为粗基准。图4-16所示零件一般要求壁厚均匀，所以加工中的粗基准选择方案一是正确的。图4-17所示拨杆上有多个不加工表面，但保证加工f20 mm孔与不加工表面f40 mm外圆的同轴度（可以保证零件的壁厚均匀）是主要的，因此加工f20 mm孔时应选f40 mm外圆为粗基准。 图4-16粗基准选择对加工工件的影响 图4-17拨杆粗基准的选择（2）保证重要表面的余量均匀工件必须首先保证某重要表面的余量均匀，选择该表面为粗基准。如床身的加工，床身上的导轨面是重要表面，要求导轨面的加工余量均匀。若精磨导轨时，先以床脚平面作为粗基准定位，磨削导轨面，如图4-18（b）所示，导轨表面上的加工余量不均匀，切去的又太多，会露出较疏松的、不耐磨的金属层，达不到导轨要求的精度和耐磨性。若选择导轨面为粗基准定位，先加工床脚底面，然后以床脚底面定位加工导轨面，如图4-18（a）所示，这就可以保证导轨面加工余量均匀。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案图4-18床身的加工（3）选择余量最小的表面为粗基准选择毛坯加工余量最小的表面作为粗基准，以保证各加工表面都有足够加工余量，不至于造成废品。如图4-19所示，加工铸造或锻造的轴套，通常加工余量较小，并且孔的加工余量较大，而外圈表面的加工余量较小，这时就应该以外圈表面作为粗基准来加工孔。（4）选择平整光洁的表面作为粗基准应该选择毛坯上尺寸和位置可靠、平整光洁的表面作为粗基准，表面不应有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，这样可减少定位误差，并使工件夹紧可靠。（5）不重复使用粗基准在同一尺寸方向上粗基准只准使用一次。因为粗基准是毛坯表面，定位误差大，两次以上使用同一粗基准装夹，加工出的各表面之间会有较大的位置误差。图4-20所示零件加工中，如第一次用不加工表面f30 mm定位，分别车削f18H7 mm和端面；第二次仍用不加工表面f30 mm定位，钻4 × f8 mm孔，则会使f18H7 mm孔的轴线与4 × 8 mm孔位置即f46mm的中心线之间产生较大的同轴度误差，有时可达2～3 mm。因此，这样的定位方案是错误的。正确的定位方法应以精基准f18 mm孔和端面定位，钻4 × f8 mm孔。图4-19　轴套内孔加工基准的选择图4-20重复使用粗基准4答案（1）基准重合原则应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准，这一原则称为基准重合原则。用设计基准作为定位基准可以避免因基准不重合而产生的定位误差。如图4-13（a）、（b）、（c）所示，采用调整法铣削C面，则工序尺寸c的加工误差TC不仅包含本工序的加工误差Dj，而且还包含基准不重合带来的误差Ta。如果采用图4-13（d）所示的方式安装，则可消除基准不重合误差。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案图4-13基准重合原则示意图（2）基准统一原则尽可能采用同一个定位基准来加工工件上的各个加工表面，这称为基准统一原则。例如，一般轴类零件加工的多数工序以中心孔定位；在图4-12活塞加工的工艺过程中，多数工序以活塞的止口和端面定位；箱体零件采用一面两孔定位，齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮的内孔及一端面为定位基准，均属于基准统一原则。基准统一有利于保证工件各加工表面的位置精度，避免或减少因基准转换而带来的加工误差。同时可以简化夹具的设计和制造。（3）自为基准原则某些加工表面余量较小而均匀的精加工工序选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。如图4-14所示，磨削车床导轨面用可调支承定位床身，在导轨磨床上用百分表找正导轨本身表面作为定位基准，然后磨削导轨，可以满足精磨导轨面的余量小且均匀。还有浮动镗刀镗孔、珩磨孔、拉孔、无心磨外圆等，也都是自为基准定位。（4）互为基准原则某个工件上有两个相互位置精度要求很高的表面，采用工件上的这两个表面互相作为定位基准，反复进行加工，称为互为基准。互为基准可使两个加工表面间获得高的相互位置精度，且加工余量小而均匀。如加工精密齿轮中的磨齿工序，先以齿面为基准定位磨孔，如图4-15所示；然后以内孔定位，磨齿面，使齿面加工余量均匀，能保证齿面与内孔之间的较高的相互位置精度。图4-14自为基准原则示意图图4-15互为基准定位的磨齿轮孔1—推销2—钢球3—齿轮（5）准确可靠，便于装夹的原则：所选精基准应保证工件定位准确，安装可靠，装夹方便，夹具结构简单适用、操作方便。5答案以f110 mm外圆表面A为粗基准，加工内孔。因无同轴度等公差要求，所以一次装夹完成全部内孔加工。最后进行端面加工。6答案如图4-45所示，零件毛坯为f35 人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案mm棒料，批量生产时其机械加工过程如下所述：在锯床上切断下料，车一端面钻中心孔，调头，车另一端面钻中心孔，在另一台车床上将整批工件一端外圆都车至f30 mm及f20 mm，调头再用车刀车削整批工件的f18外圆，又换一台车床，倒角，车螺纹。最后在铣床上铣两平面，转90°后，铣另外两平面。制定工艺规程卡和工序卡参见教材表4-16。习题图4-44端盖（题4-5图）图4-45轴类零件（题4-6图）7答案（1）划分加工阶段的原因：①保证加工质量。粗加工时切除的余量大，切削力和夹紧力大，切削热多，产生的加工误差大。两个加工阶段之间的工件周转期间长，要有充分的时间使工件冷却和内应力重新分布，可以确保精加工阶段纠正粗加工的加工误差和精加工后质量的稳定。②合理使用机床设备。粗加工可使用功率大、精度较低的机床，以获得较大的生产率。精加工切削力小，可使用高精度的机床加工，既确保加工质量，又有利于长期保护机床精度。③充分发挥热处理工序的效果。可以在机械加工工序中插入必要的热处理工序，使热处理发挥充分的效果。如材料预备热处理前安排粗加工，有利于消除粗加工产生的内应力，最终热处理后再安排精加工可以去除淬火后的工件变形。④划分了加工阶段，带来了两个有利条件：第一是粗加工完各表面后，可及时发现毛坯的缺陷，及时报废或修补；第二是精加工表面的工序安排在最后，可保护已加工表面少受损伤。（2）加工阶段的划分：在加工较高精度的工件时，如工序数较多，可把整个工艺路线分成如下几个加工阶段。①粗加工阶段。高效率地去除各加工表面上的大部分余量。粗加工阶段所能达到的精度较低，表面粗糙度大，主要任务是如何获得高的生产率。②半精加工阶段。目的是消除主要表面上经粗加工后留下的加工误差，使其达到一定的精度，为进一步精加工做准备（保证精加工余量），同时完成一些次要表面的加工（钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。③精加工阶段。该阶段中的加工余量和切削用量都很小，其主要任务是保证工件的主要表面的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。④光整加工阶段。对精度要求高、表面粗糙度要求小（公差等级≤6、表面粗糙度Ra≤0.32 mm）的零件，还要有专门的光整加工阶段。包括珩磨、超精加工、镜面磨削等方法，其加工余量极小，目的是进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度，一般不能用于提高形状精度和位置精度。8答案（1）先粗后精。先安排粗加工工序，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工工序。（2人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案）先主后次。零件的主要表面是加工精度和表面质量要求高的表面，它的工序较多，其加工质量对零件质量影响大，因此先加工。一些次要表面如紧固用的螺孔、键槽等，可穿插在主要表面加工之间和加工之后进行。（3）先基准，后其他。先用粗基准定位加工精基准表面，为其他表面的加工提供可靠的定位基准，然后再用精基准定位加工其他表面。如轴类零件一般以中心孔为精基准，所以先以外圆为粗基准加工中心孔，然后再以中心孔定位加工外圆柱面。（4）先面后孔。这是上一条原则的特例，因为对于箱体类零件，它的平面的轮廓尺寸大，用平面为精基准加工孔定位可靠，也容易实现，而先加工孔、再以内孔定位加工平面则比较困难。所以箱体零件一般先以主要孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔系。9答案（1）前工序的表面粗糙度高度Ｈa和表面缺陷层厚度Da。为使加工后的表面没有前工序留下的加工痕迹，应将前工序形成的Ｈa和Ｄa层切除。Ｈa和Ｄa应包括在加工余量内。（2）前工序的尺寸公差Ta。由于工序尺寸的公差是按“入体原则”标注，因此Ta值在工序尺寸的入体方向，如图4-23所示，所以公差值Ｔa应包括在加工余量内。（3）前工序的位置误差ra。是指不由尺寸公差Ta所控制的形位公差，如采用独立原则或最大实体原则时，本工序通过切削加工修正前工序形成的这种误差，所以ra值应包括在加工余量内。（4）工序的装夹误差eb。用来补偿装夹误差对加工的影响。10答案（1）定位基准选择（2）工序的划分（3）工步的划分（4）工序顺序的安排（5）选择合理的走刀路线11答案时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。它包括下列组成部分：（1）基本时间Ｔj基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相互位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是直接用于切除余量所消耗的时间（包括刀具的切出、切入时间），可以由计算确定。（2）辅助时间Tf辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。它包括在机床上装卸工件，开、停机床，进刀、退刀操作，测量工件等所用的时间，基本时间和辅助时间之和称为作业时间Tz。显然作业时间是直接用于制造零件所消耗的时间。（3）布置工作地点时间Tb布置工作地点时间是指为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间。一般可按作业时间的2%～7%计算。（4）休息与生理需要时间Tx休息与生理需要时间是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间。一般可按作业时间的2%～4%计算。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案综上所述，单件时间Ｔd用公式表示为：Td＝Ｔj＋Ｔf＋Ｔb＋Ｔx（5）准备与终结时间Te对成批生产来说，准备与终结时间是工人为加工一批工件进行准备和结束工作所消耗的时间。例如熟悉工艺文件、领取毛坯、借取和安装刀具和夹具、调整机床、归还工艺装备、送交成品等。12答案工序尺寸H为150，上偏差为+0.05，下偏差为-0.05。13答案图4-46主轴箱（题4-12图）图4-47铣削平面（题4-13图）铣削平面C工序尺寸及极限偏差为L1＝60±0.2 mm铣削平面D工序尺寸及极限偏差为80±0.2 mm铣削槽E面工序尺寸及极限偏差为100±0.6 mm14答案新的测量尺寸为左侧孔底到端面的距离，其尺寸及极限偏差为30。15答案（1）按工件的定位方式划分工序。数控加工常常是粗加工和精加工在一次装夹下完成，工序内容较多，要求夹紧力大。为了保证数控加工中定位夹紧的可靠性，一般需要精基准定位，拟定工艺路线要遵循基准先行的原则，在工艺过程中首先用普通机床完成工件精基准的加工，然后用精基准定位，采用数控机床加工零件的主要表面。（2）粗、精加工分开的原则划分工序。如果粗加工和精加工安排在同一工序中的做法不能满足工件的加工精度要求，例如对粗加工后需要短期时效（如时效8小时以上）的工件，或粗加工后可能引起变形、需要矫形（校正）的工件，为了确保加工精度，粗加工和精加工应分成两个工序完成。（3）按使用刀具不同划分工序。为减少换刀次数，缩短空行程，在一个工序中，用同一把刀具尽可能加工完工件上需用该刀加工的所有表面，尽量避免在其他工序中再一次使用该刀具，避免多次换用同一把刀具，无谓增加换刀次数，消耗换刀时间。（4）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案16答案（1）刀具进入切削前和切削后要安排进刀量和退刀量，即为避开加速和减速过程必须附加一小段行程长度，使刀具在切入过程中完成加速，达到匀速状态，而在离开工件后的切出中减速停止。（2）沿工件加工表面切向进刀和退刀。沿工件加工表面切向进刀切入工件时，刀具的切入运动与切削进给运动连续，可避免在加工表面产生刀痕。同样，切出工件进给也是如此。（3）直线进刀、退刀路线。采用与工件轮廓曲面相切的直线段路线进刀、退刀。（4）沿1/4圆弧段进、退刀路线。避免加工表面在刀具转向处将留下刀痕的另一种进刀方法，是采用与工件轮廓曲面相切的1/4圆的圆弧段进刀和退刀，使圆弧段与切削轨迹相切。此时要求进、退刀的圆弧段的半径大于铣刀直径的2倍。（5）走刀路线应使加工后工件的变形最小。如对截面小的细长零件或薄板零件应采取分几次走刀加工的方法，或对称去除余量的方法安排走刀路线。（6）寻求最短加工路线。提高加工效率。（7）最终轮廓一次走刀完成。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。17答案①在数控加工前，应认真分析零件图样，明确零件的几何形状、尺寸和技术要求，明确本工序加工范围和对加工质量的要求，以确保加工后工件能达到图样规定的技术要求。要将机床的运动过程、零件的工艺特点、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序。②装夹刀具重要是选择合适的刀柄，注意夹紧力和中心高。工件安装最重要的是定位基准的选择和找正。所选基准应能保证工件定位准确装卸方便可靠；所选基准与各加工部位的的尺寸计算简单；保证加工精度。夹具方面还要注意：a)直接压板装卡。适合模板等零件加工。加工中要考虑压板的位置，必要时需倒压板。b)垫板装卡。适合模块等零件加工。零件背面需作工艺螺丝孔。加工方便。c)台钳装卡。以底面为基准的模具零件，不适合台钳装卡。由于钳口的尺寸限制，适合加工较小的模具镶件和电极等。d)工装夹具装卡。用于特定零件的加工。如直角工作台用于基准在侧面的零件的装卡等。③经济的、高效的、保证精度的加工方式是操作数控机床的最基本要求，首先考虑是零件的精度，其次是经济。必须知道加工材料、切削刀具、切削用量这3大要素，这些条件决定了加工时间、刀具寿命和加工质量。加工合理调整数控加工的切削用量（背吃刀量、主轴转速和进给量），保证刀具的寿命和耐用度。由于加工中频繁换刀会影响加工效率，在确定刀具耐用度时应保证刀具至少能加工１～２个工件，或工作半个到一个班次。同时切削用量的选取还应考虑机床的动态刚度，为了适应数控机床的动态特性，应取较高的切削速度和较低的进给量。18答案生产成本是制造一个零件或一台产品所必须的一切费用的总和。工艺成本是人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案工艺过程直接有关的生产费用。可变费用包括材料费、操作费用，工人的工资、机床电费、通用机床折旧费和修理费、通用夹具和刀具费等与年产量有关并与之成正比的费用；不变费用包括调整工人的工资、专用机床折旧费和修理费、专用刀具和夹具费等与年产量的变化没有直接关系的费用，即当年产量在一定范围内变化时，这种费用基本上保持不变。制订机械加工工艺过程时，在同样能满足被加工零件的加工精度和表面质量的要求下，通常可以有几种不同的加工方案来实现。其中有些方案可具有很高的生产率，但设备和工夹具方面的投资较大，另一些方案则可能投资较节省，但生产率较低，因此，不同的方案就有不同的经济效果。为了选取在给定的生产条件下最经济合理的方案，对不同的工艺方案进行技术经济分析和评比就具有重要意义。一种零件（或一道工序）的全年工艺成本S可用下式表示：S＝NV＋C式中：V——每个零件的可变费用（元／件）；N——零件的生产纲领（件）；C——全年的不变费用（元）。因此，单件工艺（或一个工序）成本就是：Si＝V＋C/N可见，全年的工艺成本S与生产纲领N成线性正比关系，如图4-40（a）所示；而单件工艺成本Si与N成双曲线关系，如图4-40（b）所示，即当N很小时，由于设备负荷很低，单件工艺成本Si会很高。这种双曲线变化关系表明：当C值（主要是专用设备费用）一定时，若生产纲领较小，则C/N与V相比在成本中所占比重就较大，因此N的增大就会使成本显著下降，这种情况就相当于单件生产与小批生产；反之，当生产纲领超过一定范围，使C/N所占比重已很小，此时就需采用生产效率更高的方案，使V减小，才能获得好的经济效果，这就相当于大量、大批生产的情况。图4-40工艺成本与生产纲领N的关系人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案第五章机械加工质量分析和提高生产率的方法1答案零件的机械制造质量包括两个方面：一方面指宏观的零件几何参数，即机械加工精度；另一方面指零件表面层的物理机械性能，即机械加工表面质量。2答案加工精度是指零件加工后的几何参数（尺寸、形状、位置）与图纸要求的理想几何参数相符合的程度。符合程度越高，加工精度也越高。所以说机械加工精度包含尺寸精度、形状精度和位置精度3项内容。零件实际加工过程中不可能把零件制造得绝对精确，不可避免地会产生与理想几何参数的偏差，这种偏差即为加工误差。实际生产中加工精度的高低是用加工误差的大小来表示。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度就越高；加工误差用数值表示，加工误差越小，加工精度高，但随之而来的加工成本也会越高，生产效率相对越低。要保证零件的加工精度，只要保证加工误差控制在零件图纸允许的偏差范围内即可。3答案在机械加工中机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的机械加工系统，称为工艺系统。工艺系统的各个部分——机床、夹具、刀具和工件都存在误差，统称为工艺系统误差。由于它是原始存在的，故也叫原始误差。工艺系统误差在加工过程中必然影响工件和刀具相对运动关系，使工件产生加工误差。所以说工艺系统的误差是影响工件的加工精度的主要因素。4答案加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工所产生的误差。在实践中，完全精确的加工原理常常很难实现，或者加工效率低，或者使机床或刀具的结构极为复杂，难以制造。有时由于连接环节多，机床传动链中的误差增加，或机床刚度和制造精度很难保证。如用滚刀切削渐开线齿轮时，滚刀应为一渐开线蜗杆。而实际上为了使滚刀制造方便，通常采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线蜗杆，从而在加工原理上产生了误差。5答案当主轴工作时，理论上其回转轴心线在空间的位置应该稳定不变，实际上其位置总有些变动。所谓主轴的回转运动误差是指主轴的实际回转轴线相对于其理论回转轴线的偏移值。偏移值越小，主轴回转精度越高，反之越低。机床主轴的回转运动误差可分为3种基本形式：径向跳动、轴向窜动和角度摆动实际上主轴回转误差的3种基本形式是同时存在的。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案主轴回转精度影响工件加工表面的形状误差，尤其是在精加工时，机床主轴的回转误差是影响工件圆度的主要因素。6答案机床导轨是机床各主要部件相对位置和运动的基准，它的精度直接影响机床成形运动之间的相互位置关系，因此它是产生工件形状误差和位置误差的主要因素之一。导轨误差可分为直线度误差、扭曲误差、相互位置误差3种形式。（1）机床导轨在水平面内的直线度误差。如图5-2所示，导轨在y方向产生了直线度误差，使车刀在被加工表面的法线方向产生了位移Δy，从而造成工件半径上的误差ΔR =Δy。当车削长外圆时，则产生圆柱度误差。图5-2导轨在水平面内的直线度误差引起的加工误差（2）机床导轨在垂直面内的直线度误差。如图5-3所示，导轨在垂直方向存在误差Δ，使车刀在被加工表面的切线方向产生位移，造成半径上的误差ΔR，该误差影响不大。但对平面磨床、龙门刨床、铣床等将引起工件相对砂轮或刀具的法向位移，其误差将直接反映到被加工表面，造成形状误差。（3）导轨面间的平行度误差。如图5-4所示，车床两导轨的平行度误差（扭曲）使床鞍产生横向倾斜，刀具产生位移，因而引起工件形状误差。由图示几何关系可求出ΔR≈Δy=(H／B)Δ。一般车床的H/B≈2/3，外圆磨床H≈B，故Δ对加工精度的影响不容忽视。由于沿导轨全长上Δ的不同，将使工件产生圆柱度误差。图5-3导轨在垂直面内的直线度误差引起的加工误差图5-4导轨的扭曲对加工精度的影响（4）机床导轨对主轴轴心线平行度误差的影响。在车床或磨床上加工，如导轨与主轴轴心线不平行，会引起工件的几何形状误差。以数控车床为例，当床身导轨在水平面内出现弯曲（前凸）时，工件可能形成腰鼓形的圆柱度。7答案人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案工艺系统变形通常是弹性变形。工艺系统反抗变形的能力越大，工件的加工精度越高。工艺系统抵抗变形的能力用刚度来描述。所谓工艺系统刚度是指作用于工件加工表面法线方向上的切削分力Fn，与刀具在切削力作用下相对于工件在该方向上的位移之比，即k = Fn/y。（1）切削力作用点位置的变化引起的加工误差。切削过程中工艺系统的刚度会随切削力作用点位置的变化而变化，这将直接影响工件的几何形状误差。例如，在车床上用两顶尖夹持刚性好的工件，此时主要考虑工件和夹具的变形，加工出来的工件呈两端粗、中间细的菱形，而用两顶尖夹持细长轴时，工件刚度最小、变形最大，加工后的工件呈鼓形。（2）切削力变化引起的加工误差。在切削加工中，由于工件毛坯加工余量或材料的硬度不均匀引起切削力变化，从而引起切削和工艺系统受力变形的变化，造成工件尺寸误差和形状误差。当毛坯误差较大，一次进给不能满足加工精度要求时，需要多次进给来消除误差，使误差减小到公差允许的范围内。（3）其他作用力引起工艺系统受力变形的变化所产生的加工误差。机械加工中除了切削力作用于工艺系统之外，还有其他力的作用，如夹紧力、工件的质量、机床移动部件的质量、传动力以及惯性力等，这些力也能使工艺系统中某些环节的受力变形发生变化，也会产生加工误差。8答案（1）引起热变形的根源是工艺系统在加工过程中出现的各种“热源”。这些热源大体上可分为如下4类。①切削和磨削加工时产生的切削热。②机床运动副。例如轴与轴承、齿轮副、摩擦离合器、工作台与导轨、丝杠与螺母等所产生的摩擦热和动力源（如电动机、油马达、液压系统、冷却系统）工作时所发出的热。③周围环境通过空气对流而传来的热。例如气温变化、局部室温差、热风、冷风、空气流动、地基温度变化等。④日光、灯光、加热器等产生的辐射热。例如靠近窗口受日光照射的机床，上、下午照射的情况不同变形不同。（2）热源对机床、刀具、工件热变形的影响⑤机床的热变形。机床受各种热源的影响，各部件将产生不同程度的热变形，不仅破坏了机床的几何关系，而且还影响各成形运动的位置关系和速度关系，从而降低了机床的加工精度。⑥工件的热变形。工件在加工过程中产生热变形主要来自于切削热的作用，因其热膨胀影响了尺寸精度和形状精度。由于加工方式的不同，传给工件热量就不等，加上工件受热的体积不同，所以工件加工前后温度有变化；工件的受热均匀与否，对热变形的影响也很大。如轴类零件，在切削加工过程中均匀受热，当精加工时热变形影响很大，主要影响尺寸精度；当细长工件在顶尖间加工时，切削热引起的工件热伸长会导致轴向力不断增加，致使工件弯曲变形，加工后的工件呈鼓形，形成圆柱度和直径尺寸的误差。⑦刀具的热变形。切削时产生的切削热大部分被切屑带走，传给刀具的热量不多，但因为刀具工作部分质量小、热容量小，所以变形也较大，从而影响工件的加工精度。9答案内应力是指当外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力，也称残余应力。（1）产生内应力的原因①毛坯制造中产生的内应力。在铸、锻、焊及热处理等加工工艺过程中，由于工件各部分冷热收缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，毛坯内部产生了很大的内应力。毛坯的结构越复杂，各部分壁厚越不均匀，散热的条件差别越大，毛坯内部产生的内应力也愈大。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案①冷校直带来的内应力。细长轴类零件车削后，常因棒料在轧制中产生的内应力要重新分布，而使其产生弯曲变形。为了纠正这种弯曲变形，有时采用冷校直。其方法是在与变形相反的方向加力，使工件反向产生塑性变形，以达到校直的目的。②切削加工产生的内应力。在切削加工过程中，由于刀具刃口半径不能为零，因而切屑的形成存在着剧烈的撕裂和摩擦，加上后刀面的挤压，使工件表面组织产生塑性变形。晶格被扭曲、拉长、体积膨胀，比重减小，比容增大。膨胀受到里层组织的阻力，使表面残留压应力，里层产生与其平衡的拉应力。因此，对于精度要求高的零件，在粗加工、半精加工之后都要安排低温时效工序以消除表面内应力。（2）减少或消除内应力的措施①合理设计零件结构，在零件结构设计中，应尽可能简化结构，使壁厚均匀、减小壁厚差、增大零件刚度。②进行时效处理。自然时效处理，是把毛坯或经粗加工后的工件放于露天下，利用温度的自然变化，经过多次热胀冷缩，使工件内部组织发生微观变化，从而逐渐消除内应力。这种方法一般需要半年至五年时间，会造成再制品和资金的积压，但效果较好。③人工时效处理是将工件进行热处理，分高温时效和低温时效。前者是将工件放在炉内加热到500～680℃，保温4～6 h，再随炉冷却至100～200℃出炉，在空气中自然冷却。低温时效是加热到100～160℃，保温几十小时出炉，低温时效效果好，但时间长。④震动时效是工件受到激振器的敲击，或工件在大滚筒中回转互相撞击，一般震动30～50 min即可消除内应力。这种方法节省能源、简便、效率高，近几年来发展很快。此方法适用于中小零件及有色金属件等。⑤合理安排工艺。机械加工时，应注意粗、精加工分开；注意减小切削力，如减小余量、减小切削深度并进行多次走刀，以避免工件变形。⑥尽量不采用冷校直工序，对于精密零件，严禁进行冷校直。10答案（1）机械加工表面质量包括加工表面的几何特征和表面层物理力学性能两个方面的内容。①加工表面的几何特征。机械加工的表面不可能是理想的光滑的表面，而是存在着表面粗糙度、波度等表面几何形状以及划痕、裂纹等缺陷。②加工表面层的物理力学性能。表面层的物理力学性能包括表面层的加工硬化、残余应力和表面层的金相组织变化。机械零件在加工中由于受切削力和热的综合作用，表面层金属的物理力学性能相对于基本金属的物理力学性能发生了变化。该层总称为加工变质层。（2）表面质量对零件使用性能影响①对零件耐磨性的影响，零件的耐磨性主要与摩擦副的材料、热处理状态及润滑条件有关，一般来说，零件表面粗糙度值越小，零件表面就越光滑，耐磨性越好。但并不是粗糙度越小越耐磨，过于光滑的表面会挤出接触面间的润滑油，形成干摩擦，导致分子之间的亲和力加强，从而产生表面咬焊、胶合，反而使磨损加剧。就零件的耐磨性而言，最佳表面粗糙度Ra的值在0.8～0.2 mm之间。②对零件疲劳强度的影响，在交变载荷的作用下，零件表面粗糙度、划痕和裂纹等缺陷容易引起应力集中，当应力超过材料的疲劳强度时，就会产生和扩展疲劳裂纹，造成疲劳损坏。试验证明，对于承受交变载荷的零件，减少Ra值，可以使疲劳强度提高30%～40%。表面层一定程度的加工硬化能阻碍疲劳裂纹的产生和已有裂纹的扩展，能提高疲劳强度。但若冷硬过度，就会产生大量显微裂纹而降低疲劳强度。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案表面层的残余压应力能够部分抵消工作载荷而引起的拉应力，延缓疲劳裂纹的产生和扩展，提高零件的疲劳强度。而残余拉应力使表面裂纹扩大，降低零件的疲劳强度。③对零件配合精度的影响，对间隙配合表面，如表面粗糙，磨损后会使配合间隙增大，改变原配合性质。在过盈配合中，轴压入孔中时表面的凸峰将被挤平，而使实际过盈量比预定的小，降低了配合的可靠性。④对零件抗腐蚀性的影响，当零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时，会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。特别是当腐蚀作用和摩擦作用同时存在时，已被腐蚀的凸出处将因摩擦作用而很快被磨掉，从而加速其腐蚀过程。⑤表面质量对零件的其他性能也有影响，例如降低零件的表面粗糙度可以提高密封性能、提高零件的接触刚度、降低相对运动零件的摩擦系数，提高运动的灵活性，从而减少发热和功率消耗、减少设备的噪声等。11答案表面层的冷作硬化程度决定于产生塑性变形的力、变形速度以及变形时的温度。切削力越大，塑性变形越大，因而硬化程度也就越大；变形速度越大，塑性变形越不充分，硬化程度也就减少。变形时的温度在（0.25～0.3）t熔范围内，会产生变形后的金相组织的恢复现象，也就是会部分削除冷作硬化。12答案机械加工时，表面粗糙度形成的原因主要有几何因素，物理因素、机床、刀具和工艺系统的震动几方面。①几何因素在理想的切削条件下，刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积形成理论的粗糙度②物理因素在切削时，刀具的刃口圆角及刀具后刀面引起的挤压变形与摩擦使金属材料发生塑性变形，增大了表面粗糙度。另外在切削过程中出现的刀瘤与鳞刺，会使表面粗糙度严重地恶化，在加工塑性材料（如低碳钢、铬钢、不锈钢、铝合金等）时，常是影响粗糙度的主要因素。③机械加工过程中震动使刀具与工件之间产生相对位移，严重破坏了工件和刀具之间正常的运动轨迹，震动不仅恶化加工表面质量、缩短了刀具和机床的使用寿命，而且震动严重时加工无法进行。常常为了避免震动，不得不降低切削用量，从而降低了生产率。同时由于震动发出刺耳的噪声，不仅使劳动者容易疲劳、身心受到损害、工作效率降低，而且污染了环境。13答案由于切削力的作用，使被加工表面产生塑性变形，加工表面层晶格间剪切滑移，晶粒拉长、破碎，阻碍金属进一步变形，造成加工表面层材料强化和硬度增加，称为加工硬化。切削力越大，塑性变形越大，硬化程度就越大。表面强化层的深度有时可达0.5 mm，硬化层的硬度比基体金属硬度高1～2倍。表面层的硬化程度除了与产生塑性变形的力有关外，还与变形速度以及变形时的温度有关。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案变形速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度降低。表层金属在塑性变形时，还产生一定数量的热，使金属表面层温度升高，当温度达到一定范围时，就会产生冷硬回复，回复作用的速度取决于温度的高低和冷硬程度的大小。减小刀具前角和增大刀尖圆弧半径都将增大已加工表面层的塑性变形，从而使冷硬层的深度和硬化程度也随之增加。切削速度增大，硬化层深度和硬化程度都随之减小。因为切削速度增大，则切削温度升高，从而有利于冷硬回复。另外，切削速度增大，使刀具与工件接触时间短，塑性变形程度减小。进给量增大，使切削厚度增加，切削力和材料的塑性变形都随之增大，因此硬化现象增强。但进给量太小时，因形成薄层切屑使表面层受挤压的作用增加，塑性变形也增加，故冷硬作用也随之增加。被加工工件材料的硬度越低，塑性越好，则切削时的塑性变形也越大，冷硬现象就越严重。14答案由几何因素引起的粗糙度过大，可通过减小切削层残留面积来解决。减小进给量和刀具的主、副偏角，增大刀尖圆角半径，均能有效地降低表面粗糙度。由物理因素引起的粗糙度过大，主要应采取措施减少加工时的塑性变形，避免产生刀瘤和鳞刺，对此影响最大的是切削速度和被加工材料的性能。（1）加工材料。一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度越大。因此，为了减小加工表面粗糙度，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较好的硬度。（2）切削用量。进给量越大，残留面积高度越高，零件表面越粗糙。因此，减小进给量可有效地减小表面粗糙度。切削速度对表面粗糙度的影响也很大。在中低速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度较大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表面粗糙度有积极作用。（3）刀具的几何形状、材料、刃磨质量的影响。刀具的前角对切削过程的塑性变形有很大影响。前角值增大时，塑性变形程度减小，粗糙度也减小。前角为负值时，塑性变形增大，粗糙度也增大。后角过小会增加摩擦。刃倾角的大小又会影响刀具的实际前角，因此都会影响加工表面的粗糙度。刀具的材料与刃磨质量对产生刀瘤、鳞刺等现象影响很大，如用金刚石车刀精车铝合金时，由于摩擦因数较小，刀面上就不会产生切屑的黏附、冷焊现象，因此能减小粗糙度。（4）切削液。切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制刀瘤、鳞刺的生成，因此可大大减小表面粗糙度。15答案在制定工艺规程时，要在保证产品质量的前提下，提劳动生产率、降低成本。提高劳动生产率涉及产品的设计、制造工艺、生产管理等多方面因素。仅就机械加工而言，提高劳动生产率的工艺途径是：缩短单件工时和采用自动化加工等现代化生产方法。（1）缩短基本时间。①提高切削用量。提高切削用量是缩短基本时间的有效方法。目前广泛采用的是高速车削和高速磨削，高速切削中采用硬质合金车刀的切削速度一般达到200 m/min，陶瓷刀具的切削速度达500 m/min，人造金刚石车刀在切削普通钢材时的切削速度达到900 人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案m/min，而在切削HRC60以上的淬火钢时，切削速度达到90 m/min。高速滚齿机的切削速度可达65～75 m/min。在磨削方面，高速磨削达到60 m/s以上。此外，采用强力磨削的磨削深度可达6～12 mm，金属去除率比普通磨削提高数倍。②减少工作行程。在切削加工过程中可以采用多刀切削、多件加工、合并工步等方法来减少工作行程。③采用多件加工。（2）缩短辅助时间。当辅助时间为单件时间的50%~70%以上时，若用提高切削用量来提高生产率，不会取得大的效果，此时应考虑缩减辅助时间的方法。①采用高效夹具。如气动、液压、电动及多件夹紧等夹具，可减少装夹工件的时间。②采用主动检验或数字显示自动测量装置，减少加工中的停机测量时间。③将辅助时间与基本时间全部或部分重合，如采用多工位夹具、回转工作台等措施。（3） 缩短布置工作地点时间。主要的措施有：提高刀具或砂轮的耐用度以减少换刀次数；采用刀具微调装置、专用对刀样板等可减少刀具调整时间；数控机床上也可采用机外对刀仪进行机外调刀，省去了在数控机床上的对刀时间；使用不重磨刀片，当刀刃磨损需换切削刀时只要通过松紧螺钉，更换标准刀片或刀片转位即可重新使用，换刀时间缩短。（4） 缩短准备和终结时间。成批生产时尽量扩大工件的批量，减少分摊到每个工件上的准备终结时间。如采用成组技术或采用数控机床、液压仿形机床、顺序控制机床等。（5）采用自动化生产方法。采用现代化的生产技术；采用先进的毛坯制造方法，提高毛坯精度，减少切削加工的劳动量。采用少或切削加工工艺，如滚压加工、特种加工等。在大批和大量生产中，采用组合机床、自动线加工；在单件小批、中批生产中，采用数控加工及成组加工，都可以有效地提高生产率。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案第六章机械制造技术的发展1答案（1）一般加工一般加工是指加工精度在10 mm左右、表面粗糙度Ra值在0.3～0.8 mm的加工技术。如车、铣、刨、磨、镗、铰等。适用于汽车、拖拉机和机床等产品的制造。（2）精密加工精密加工是指加工精度在10～0.1 mm，表面粗糙度Ra值在0.3～0.03 mm的加工技术。如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精加工、砂带磨削、镜面磨削和冷压加工等。适用于精密机床、精密测量仪器等产品中的关键零件的加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密轴承等。（3）超精密加工超精密加工是指加工精度在0.1～0.01 mm，表面粗糙度Ra值在0.03～0.05 mm的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。其适用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。目前，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，正在向纳米级工艺发展。（4）纳米加工纳米加工是指加工精度高于10−3 mm（纳米，1nm = 10−3 mm），表面粗糙度Ra小于0.005 mm的加工技术，其加工方法大多已不是传统的机械加工方法，而是诸如原子分子单位加工等方法。2答案（1）电火花加工的基本原理电火花加工是在液体介质中利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用来去除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。电火花加工是在教材中图6-2所示的加工系统中进行的。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05 mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（106～107 W/mm2），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。从上面的叙述中可以看出，进行电火花加工必须具备3个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（103～107 W·m）的液体介质中进行。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案（2）电火花的加工特点①可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。②加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工。③脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。④电火花加工后的表面出现的凹坑，有利于储油和降低噪声。⑤放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。（3）电火花应用电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺，在民用、国防部门和科学研究中已经获得广泛应用，并有很多专业工厂从事生产制造。电火花加工工艺及机床设备的类型较多，其中应用最广、数量最多的是电火花成形机床和电火花线切割机床。3答案（1）电解加工原理是利用金属在电解液中可以产生阳极溶解的电化学原理来进行工件成形加工的方法。这种电化学现象在机械工业中早已被用来实现电抛光和电镀，电解加工是在电抛光基础上发展起来的。图6-3所示为电解加工过程示意图。加工时工件3接直流电源1的正极，成形工具2接直流电源负极，两极之间电压一般为5～25 V的低电压，工具向工件作缓慢进给，使两极之间保持一定的间隙（0.1～1 mm），具有一定压力（0.5～2.5 MPa）的电解液从间隙中高速（5 m/s）流过，使两极间形成导电通道，并在电源电压下产生电流，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物被电解液带走。图6-4所示为电解加工原理图。电解加工刚开始时工件毛坯形状与工具形状是不同的，电极间隙不等，如图6-4（a）所示。这样间隙小的地方电场强度高，电流密度大(即图中竖线密)，电解液的流速也较高，因此金属溶解速度也较快；反之，工具与工件距离较远处加工速度较慢，随着工具不断向工件进给，间隙大致相同，电流密度趋于一致时，工件阳极表面的形状就逐渐与阴极形状相近，由此完成工件的电解加工。图6-3电解加工示意图图6-4电解加工成形原理图（2）电解加工的特点①加工范围广。电解加工能加工各种高强度、高硬度、高韧性的导电材料，如硬质含金、淬硬钢、不锈钢、耐热合金等难加工材料。②生产效率高。电解加工是特种加工中材料去除速度最快的方法之一，约为电火花加工的5～10倍。③加工过程中无机械切削力和切削热，没有因为力与热给工件带来的变形，可以加工刚性差的薄壁零件，加工表面无残余应力和毛刺，能获得较小的表面粗糙度值（Ra1.25～0.2 mm）和一定的加工精度(平均尺寸误差约±0.1 mm)。④加工过程中工具阴极理论上无损耗，可长期使用并保持其精度。⑤人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案电解加工不需要复杂的成形运动就可加工复杂的空间曲面，而且不会像传统机械加工(如铣削)那样留下条纹痕迹。⑥电解加工不能加工非导电材料，较难加工窄缝、小孔及尖角。⑦对复杂加工表面的工具电极的设计和制造比较费事，不利于单件、小批生产。⑧虽然用电解加工制造出来的工件无应力，但其疲劳强度约降低10%～20%，因此对疲劳强度要求较高的工件可用电解加工后的喷丸硬化来恢复强度。⑨电解加工附属设备较多，占地面积大，投资大，且设备易腐蚀和生锈，需采取一定的防护措施。⑩电解加工的加工缺陷主要有空蚀、产生亮点、加工精度低等。4答案（1）超声波加工的基本原理超声波加工也称超声加工，是利用工具端面做超声频振动，并通过悬浮液中的磨料加工脆硬材料的一种加工方法，加工原理如图6-6所示。加工时，在工具2和工件1之间加入液体（水或煤油）和磨料混合的悬浮液3，并将工具以很小的力轻轻压在工件上。超声换能器6产生16 000 Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆把振幅放大到0.05～0.1 mm，驱动工具端面作超声振动，迫使工作液中的悬浮磨粒以很大的速度和加速度不断撞击、抛磨被加工表面，把加工区的工件局部材料粉碎成很细的微粒，并从工件上撞击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟撞击的次数多达16 000次以上，所以仍有一定的加工速度。同时工作液受工具端面的超声振动作用而产生的高频、交变的液压冲击波和空化作用，将促使工作液进入被加工材料的微裂缝及晶界内，加剧机械破坏作用，有助于提高去除材料的效果。此外，液压冲击波也能促使悬浮工作液在加工间隙中循环，使变钝了的磨粒不断更新。由此可见，超声波加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及空化作用的综合结果，其中磨粒的撞击作用是主要的。（2）超声波加工的应用超声波加工的生产率虽然比电火花加工和电化学加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比较好，而且能加工半导体、非导体的硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、宝石及金刚石等。即使是电火花加工后的一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模和塑料模，最后也常用超声波抛磨和光整。①型孔、型腔加工。超声波加工在模具制造行业可用于在脆硬材料上加工圆孔、型孔、型腔、套料及微细孔等，如图6-8所示。人民邮电出版社34 《机械加工工艺与装备》练习题参考答案②切割加工。超声波切割可以加工单晶硅片、陶瓷模块等。③超声波抛磨。电火花成形加工及电火花线切割加工后的模具表面是硬脆的，经超声波抛磨以后，可以改善其表面粗糙度，一般可达Ra 0.4～0.8 mm。5答案（1）激光加工原理激光加工是一个高温过程。就其机理而言，一般认为，当能量密度极高的激光照射在被加工表面时，光能被加工表面吸收并转换成热能，使照射斑点的局部区域迅速熔化甚至汽化蒸发，并形成小凹坑，同时也开始了热扩散，结果使斑点周围金属熔化。随着激光能量的继续吸收，凹坑中金属熔气迅速膨胀，压力突然增加，熔融物被爆炸性地高速喷射出来。其喷射所产生的反冲压力又在工件内部形成一个方向性很强的冲击波。这样，工件材料就在高温熔融和冲击波作用下去除了部分物质，从而打出一个具有一定锥度的小孔。（2）激光加工的特点与应用1）特点：①加工范围广。由于其功率密度高，几乎能加工任何金属和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金、硬质合金、有机玻璃、陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。②操作简单方便。激光加工不需要加工工具，所以不存在工具损耗的问题，也不需要特殊工作环境，可以在任意透明的环境中操作，包括空气、惰性气体、真空，甚至某些液体。③适用于精微加工。激光聚焦后的光斑直径极小，能形成极细的光束，可以用来加工深而小的细孔和窄缝。因不需工具，加工时无机械接触，工件不受明显的切削力，可以加工刚度较差的零件。④激光头不需要过分靠近难于接近的地方去进行切削和加工，甚至可以利用光纤传输进行远距离遥控加工。⑤因能量高度集中，加工速度快、效率高，可减少热扩散带来的热变形。对具有高热传导和高反射率的金属，如铝、铜和它们的合金，用激光加工时效率较低。⑥可控性好，易于实现自动化。将激光器与机器人相结合，可以在高温、有毒或其他危险环境中工作。2）应用。在激光加工中利用激光能量高度集中的特点，可以打孔、切割、雕刻及进行表面处理。利用激光的单色性还可以进行精密测量。第七章课程设计示例略。人民邮电出版社34'