《数控加工工艺》课后练习题答案

第1章 数控加工的切削基础 作业答案 思考与练习题 1、什么是积屑瘤？它是怎样形成的？对切削过程有何影响？如何抑制积屑瘤的产生？ 答：切削塑性金属时，常在切削刃口附近粘结一硬度很高的楔状金属块，它包围着切削刃且覆盖部分前面，这种楔状金属块称为积屑瘤 积屑瘤的形成和刀具前面上的摩擦有着密切关系。一般认为，最基本的原因是由于高压和一定的切削温度，以及刀和屑界面在新鲜金属接触的情况下加之原子间的亲和力作用，产生切屑底层的粘结和堆积。 积屑瘤不断发生着长大和破裂脱离的过程，其不稳定性常会引起切削过程的不稳定（切削力变动）。同时积屑瘤还会形成“切削刃”的不规则和不光滑，使已加工面非常粗糙、尺寸精度降低。 实际生产中，可采取下列抑制积屑瘤的生成： a.提高切削速度。 b.适当降低进给量。 c.增大刀具前角。 d.采用润滑性能良好的切削液。 2、切屑的种类有哪些？不同类型切屑对加工过程和加工质量有何影响？ 答：根据切削过程中变形程度的不同，可把切屑分为四种不同的形态： ① 带状切屑 切削过程较平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度的值较小。 ② 节状切屑 切削过程不太稳定，切削力波动也较大，已加工表面粗糙度值较大。 ③ 粒状切屑 切削过程不平稳，切削力波动较大，已加工表面粗糙度值较大。 ④ 崩碎切屑 切削力波动大，加工表面凹凸不平，刀刃容易损坏。由于刀屑接触长度较短，切削力和切削热量集中作用在刀刃处。 3、试述切削用量三要素对切削温度、切削力的影响规律。 答：削用量三要素对切削温度的影响规律：切削速度对切削温度的影响最明显，速度提高，温度明显上升；进给量对切削温度的影响次之，进给量增大，切削温度上升；背吃刀量对切削温度的影响很小，背吃刀量增大，温度上升不明显。 切削用量三要素对切削力的影响规律：背吃刀量对切削力的影响最大（aP加大一倍，切削力增大一倍）；进给量对切削力的影响次之（f加大一倍，切削力增大68%~86%）；切削速度对切削力的影响最小。 4、试述前角、主偏角对切削温度的影响规律？ 答：前角增大，切削变形减小，产生的切削热少，切削温度降低，但前角太大，刀具散热体积变小，温度反而上升。 主偏角增大，切削刃工作长度缩短、刀尖角减小，散热条件变差，切削温度上升。 5、刀具正常磨损的形式有哪几种？分别在何种情况下产生？ 答：① 前刀面磨损 在切削速度较高、切削厚度较大的情况下，切削高熔点塑性金属材料时，易产生前刀面磨损。 ② 后刀面磨损 在切削速度较低、切削厚度较小的情况下，会产生后刀面磨损。 ③ 前刀面和主后刀面同时磨损 在中等切削速度和进给量的情况下，切削塑性金属材料时，经常发生前、后刀面同时磨损。 6、试述进给量、主偏角对断屑的影响。 答：进给量增大，切削厚度也按比例增大，切屑卷曲应力增大，容易折断。 主偏角越大，切削厚度越大，切屑在卷曲时弯曲应力越大，易于折断。一般来说，kr在75(~90(范围较好 7、车削直径80mm，长200mm棒料外圆，若选用ap=4mm，f=0.5mm/r，n=240r/min，试问切削速度vc，切削时间tm，材料切除率Q为多少？ 模拟自测题 一、单项选择题 1、切削脆性金属材料时，材料的塑性很小，在刀具前角较小、切削厚度较大的情况下，容易产生（ D）。 （A）带状切屑    （B）挤裂切屑     （C）单元切屑    (D) 崩碎切屑 2、切削用量是指（D）。 （A）切削速度     （B）进给量 （C）切削深度  （D）三者都是 3、切削用量选择的一般顺序是（A ）。 （A）ap-f-vc （B）ap- vc -f （C）vc -f-ap （D）f-ap- vc 4、确定外圆车刀主后刀面的空间位置的角度有（C）。 （A）(o 和(o （B）(o 和Kr′ （C）Kr 和(o （D）λs和Kr′ 5、分析切削层变形规律时，通常把切削刃作用部位的金属划分为（ C ）变形区。 （A）二个 （B）四个 （C）三个 （D）五个 6、在切削平面内测量的车刀角度是 （ D）。 （A）前角     （B） 后角     （C） 楔角    （D） 刃倾角 7、车削用量的选择原则是：粗车时，一般 （ A），最后确定一个合适的切削速度v。 （A） 应首先选择尽可能大的吃刀量ap，其次选择较大的进给量f； （B） 应首先选择尽可能小的吃刀量ap，其次选择较大的进给量f； （C） 应首先选择尽可能大的吃刀量ap，其次选择较小的进给量f； （D） 应首先选择尽可能小的吃刀量ap，其次选择较小的进给量f。 8、车削时的切削热大部分由（ C ）传散出去。 （A） 刀具   （B） 工件 （C） 切屑    （D） 空气 9、切削用量三要素对刀具耐用度的影响程度为（ C ） （A）背吃刀量最大，进给量次之，切削速度最小； （B）进给量最大，背吃刀量次之，切削速度最小； （C）切削速度最大，进给量次之，背吃刀量最小； （D）切削速度最大，背吃刀量次之，进给量最小； 10、粗车细长轴外圆时，刀尖的安装位置应（ A ），目的是增加阻尼作用。 （A）比轴中心稍高一些 （B）与轴中心线等高 （C）比轴中心略低一些 （D）与轴中心线高度无关 11、数控编程时，通常用F指令表示刀具与工件的相对运动速度，其大小为（ C ）。 （A）每转进给量f （B）每齿进给量fz （C）进给速度vf （D）线速度vc 12、刀具几何角度中，影响切屑流向的角度是（ B ）。 （A）前角； （B）刃倾角； （C）后角； （D）主偏角。 13、切断、车端面时，刀尖的安装位置应（ B ），否则容易打刀。 （A）比轴中心略低一些； （B）与轴中心线等高； （C）比轴中心稍高一些； （D）与轴中心线高度无关。 14、（ A）切削过程平稳，切削力波动小。 （A）带状切屑 （B）节状切屑 （C）粒状切屑 （D）崩碎切屑 15、为提高切削刃强度和耐冲击能力，脆性刀具材料通常选用（ B ）。 （A）正前角； （B）负前角； （C）0°前角； （D）任意前角。 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1、用中等切削速度切削塑性金属时最容易产生积屑瘤。( √ ) 2、在金属切削过程中，高速加工塑性材料时易产生积屑瘤，它将对切削过程带来一定的影响。( ×) 3、刀具前角越大，切屑越不易流出、切削力也越大，但刀具的强度越高。（  ×  ） 4、主偏角增大，刀具刀尖部分强度与散热条件变差。（ √） 5、精加工时首先应该选取尽可能大的背吃刀量。（  ×  ） 6、外圆车刀装得低于工件中心时，车刀的工作前角减小，工作后角增大。（ √  ） 7、进给速度由F指令决定，其单位为m/min。（ × ） 8、前角增加，切削力减小，因此前角越大越好。（ × ） 9、背吃刀量是根据工件加工余量进行选择的，因而与机床功率和刚度无关。（× ） 10、选择合理的刀具几何角度以及适当的切削用量都能大大提高刀具的使用寿命。（　×　） 三、简答题 1、什么是刀具磨钝？什么叫刀具耐用度？影响刀具耐用度的因素有哪些？ 答：根据加工要求规定的主后刀面中间部分的平均磨损量VB允许达到的最大值作为磨钝标准。 刀具从刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间T，称为刀具的耐用度，单位为min。刀具耐用度T不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。 影响刀具耐用度的因素 a. 切削用量 切削用量三要素对刀具耐用度的影响程度为：vc最大、f次之、aP最小。 b. 刀具几何参数 前角(O增大，切削力降低和切削温度降低，刀具耐用度提高；但前角太大，刀具强度降低，散热变差，刀具耐用度反而降低了。主偏角减小，刀尖强度提高，散热条件改善，刀具耐用度提高；但是主偏角kr太小，FP增大，当工艺系统刚性较差时，易引起振动。 c. 刀具材料 刀具材料的红硬性越高，则刀具耐用度就越高。但是，在有冲击切削、重型切削和难加工材料切削时，影响刀具耐用度的主要因素为冲击韧性和抗弯强度。 d. 工件材料 工件材料的强度、硬度越高，产生的切削温度越高，故刀具耐用度越低。 2、前角的作用和选择原则是什么？ 前角的作用：影响切削变形和切削力的大小、刀具耐用度及加工表面质量高低。 合理前角的选择原则： ① 加工塑性材料取较大前角；加工脆性材料取较小前角； ② 当工件材料的强度和硬度低时，可取较大前角；当工件材料的强度和硬度高时，可取较小前角； ③ 当刀具材料的抗弯强度和冲击韧性较低时，取较小前角；高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的合理前角大，陶瓷刀具的合理前角比硬质合金刀具小； ④ 粗加工时取较小前角甚至负前角，精加工时应取较大前角； ⑤ 工艺系统刚性差和机床功率小时，宜选较大前角，以减小切削力和振动； ⑥ 数控机床、自动线刀具，为保证刀具工作的稳定性（不发生崩刃及破损），一般选用较小的前角。 3、后角的作用和选择原则是什么？ 答：后角的作用：减小后面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦；影响楔角(o的大小，从而配合前角调整切削刃的锋利程度和强度。 合理后角的选择原则： ① 粗加工时，为保证刀具强度，应选较小后角；精加工时，以保证表面质量，应取较大的后角。 ② 工件材料的强度、硬度高时，宜取较小的后角；工件材料硬度低、塑性较大时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的后角；加工脆性材料时，切削力集中在切削刃附近，为强化切削刃，宜选取较小的后角。 ③ 对于尺寸精度要求较高的精加工刀具（如铰刀、拉刀），为减少重磨后刀具尺寸变化，应取较小的后角。 ④ 工艺系统刚性差，容易产生振动时，应取较小的后角以增强刀具对振动的阻尼作用。 4、主偏角的作用和选择原则是什么？ 答：主偏角的作用：影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。 合理主偏角的选择原则： a. 粗加工和半精加工时，硬质合金车刀应选择较大的主偏角，以利于减少振动，提高刀具耐用度和断屑。 b. 加工很硬的材料，如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取Kr=10º~30º，工艺系统刚性好的取小值，反之取大值。 c. 工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时，应取较大的主偏角，甚至取Kr≥90º，以减小背向力Fp，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。 d. 单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面，则应选用通用性较好的Kr=45º或90º的车刀。 e. 需要从工件中间切人的车刀，以及仿形加工的车刀，应适当增大主偏角和副偏角；有时主偏角的大小决定于工件形状，例如车阶梯轴时，则需用Kr=90º的刀具。 5、切削液的作用有哪些？ 答：冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用。 6、粗、精加工时，切削用量的选择原则分别是什么？ 答：① 粗加工时切削用量的选择原则 首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 ② 精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。 四、分析题 1、外圆车刀：Kr=90(，Kr(=35(，(o=8(，(o=(o(=10(，(s= (5(，要求绘制刀具示意图并标注上述几何角度。 2、（1）45(端面车刀：Kr=Kr(=45(，(o= (5(，(o=(o(=6(，(s= (3( （2）内孔镗刀：Kr=75(，Kr(=15(，(o=10(，(o=(o(=10(，(s= 10( 要求绘制刀具示意图并标注上述几何角度。 答： 题1 题2（1） 题2（2） 第2章 数控机床刀具的选择 作业答案 思考与练习题 1、简述数控刀具材料的种类、特点及其应用场合？ 答：（1）高速钢：具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击，但红硬性、耐磨性较差。应用场合：①普通高速钢——不适于高速和硬材料切削；②高性能高速钢——用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等；③粉末冶金高速钢——用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别是切削时受冲击载荷的刀具。 （2）硬质合金：具有硬度高（大于89 HRC）、熔点高、化学稳定性好、热稳定性好的特点，但其韧性差，脆性大，承受冲击和振动能力低。应用场合：①普通硬质合金：YG类——主要用于加工铸铁及有色金属；YT类——主要用于加工钢料。②新型硬质合金——既可用于加工钢料，又可加工铸铁和有色金属。 （3）陶瓷刀具：硬度高，耐磨性比硬质合金高十几倍，具有良好的抗粘性能，化学稳定性好，脆性大、强度低、导热性差。应用场合：Al2O3基陶瓷刀具——适用于各种铸铁及钢料的精加工、粗加工；Si3N4基陶瓷刀具——适于端铣和切有氧化皮的毛坯工件等。此外，可对铸铁、淬硬钢等高硬材料进行精加工和半精加工。 （4）立方氮化硼（CBN）：有很高的硬度及耐磨性，仅次于金刚石；热稳定性比金刚石高1倍；有优良的化学稳定性；导热性比金刚石差但比其他材料高得多，抗弯强度和断裂韧性介于硬质合金和陶瓷之间。应用场合：可加工以前只能用磨削方法加工的特种钢，它还非常适合数控机床加工 （5）金刚石：具有极高的硬度，耐磨性高，很高的导热性，刃磨非常锋利，粗糙度值小，可在纳米级稳定切削，较低的摩擦系数。应用场合：主要用于加工各种有色金属、各种非金属材料，不能用于加工黑色金属。 2、选择刀片（刀具）通常应考虑哪些因素？ 答：① 被加工工件材料的类别：有色金属（铜、铝、钛及其合金）；黑色金属（碳钢、低合金钢、工具钢、不锈钢、耐热钢等）；复合材料；塑料类等。 ② 被加工件材料性能的状况：包括硬度、韧性、组织状态—铸、锻、轧、粉末冶金等。 ③ 切削工艺的类别：分车、钻、铣、镗，粗加工、精加工、超精加工，内孔，外圆，切削流动状态，刀具变位时间间隔等。 ④ 被加工工件的几何形状（影响到连续切削或间断切削、刀具的切入或退出角度）、零件精度（尺寸公差、形位公差、表面粗糙度）和加工余量等因素。 ⑤ 要求刀片（刀具）能承受的切削用量（切削深度、进给量、切削速度）。 ⑥ 生产现场的条件（操作间断时间、振动、电力波动或突然中断）。 ⑦ 被加工工件的生产批量，影响到刀片（刀具）的经济寿命。 3、可转位刀具有哪些优点？ 答：① 刀具寿命高 由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷，刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。 ② 生产效率高 由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。 ③ 有利于推广新技术、新工艺 可转位刀具有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。 4、数控加工对刀具有哪些要求？ 答：① 刀片和刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化； ② 刀片或刀具材料及切削参数与被加工工件的材料之间匹配的选用原则； ③ 刀片或刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理化； ④ 刀片及刀柄的定位基准的优化； ⑤ 刀片及刀柄对机床主轴的相对位置的要求高； ⑥ 对刀柄的强度、刚性及耐磨性的要求高； ⑦ 刀柄或工具系统的装机重量限制的要求； ⑧ 对刀具柄的转位，装拆和重复精度的要求； ⑨ 刀片及刀柄切入的位置和方向的要求； ⑩ 刀片和刀柄高度的通用化、规则化、系列化； 整个数控工具系统自动换刀系统的优化。 5、镗铣类工具系统的结构形式分哪两类？各有何特点？ 答：① 整体式结构——结构简单、使用方便、可靠、更换迅速等。缺点是锥柄的品种和数量较多。 ② 模块式结构——减少了工具的规格、品种和数量的储备，对加工中心较多的企业有很高的实用价值。但刚性没有整体式好。 6、HSK刀柄与7：24锥柄相比，有何优点？适用于什么场合？ 答：①定位精度高。②静态、动态刚度高。③空心刀柄高速旋转时，在离心力作用下能够“胀大”，与主轴内孔紧密贴合。④重量轻、尺寸小、结构紧凑。⑤清除污垢方便。 主要用于高速加工。 模拟自测题 一、单项选择题 1、切削刃形状复杂的刀具宜采用（ D ）材料制造较合适。 （A）硬质合金 （B）人造金刚石 （C）陶瓷 （D）高速钢 2、用硬质合金铰刀铰削塑性金属材料时，由于工件弹性变形的影响，容易出现（ A）现象。 （A）孔径收缩 （B）孔径不变 （C）孔径扩张 3、刀具切削部分材料的硬度要高于被加工材料的硬度，其常温硬度应在（ C ）。 （A）HRC45－50间 （B）HRC50－60间 （C）HRC60以上 4、数控机床一般采用机夹可转位刀具，与普通刀具相比机夹可转位刀具有很多特点，但（ A ）不是机夹可转位刀具的特点。 （A）刀具要经常进行重新刃磨 （B）刀片和刀具几何参数和切削参数的规范化、典型化 （C）刀片及刀柄高度的通用化、规则化、系列化 （D）刀片或刀具的耐用度及其经济寿命指标的合理化 5、YG类硬质合金主要用于加工（A）材料 （A）铸铁和有色金属 （B）合金钢 （C）不锈钢和高硬度钢 （D）工具钢和淬火钢 6、下列那种刀具材料硬度最高（ A ） （A）金刚石 （B）硬质合金 （C）高速钢 （D）陶瓷 7、刀具材料在高温下能够保持较高硬度的性能称为（ B ）。 （A）硬度 （B）红硬性 （C）耐磨性 （D）韧性和硬度 8、HRC表示（ D ）。 （A）布氏硬度 （B）硬度 （C）维氏硬度 （D）洛氏硬度 9、JT/BT/ST刀柄柄部锥度为（ A ）。 （A）7：24； （B）1：10； （C）1：5； （D）1：12 10、HSK刀柄柄部锥度为（ B ）。 （A）7：24； （B）1：10； （C）1：5； （D）1：12 11、车削阶梯轴时，主偏角Kr的大小应满足（ A ）。 （A）Kr≥90° （B）Kr≥75° （C）Kr≤90° （D）Kr=0° 12、金刚石刀具与铁元素的亲和力强，通常不能用于加工（ B ）。 （A）有色金属； （B）黑色金属； （C）非金属； （D）陶瓷制品 13、机夹可转位刀片的ISO代码是由（ C ）位字符串组成的。 （A）8 （B）9 （C）10 （D）13 14、高速钢刀具的合理前角（ B ）硬质合金刀具的合理前角。 （A）小于 （B）大于 （C）等于 （D）与刀具材料无关 15、下列哪种刀柄适用于高速加工（ D ） （A）JT （B）BT （C）ST （D）HSK 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1、YT类硬质合金中，含钴量多，承受冲击性能好，适合粗加工。（ √ ） 2、可转位式车刀用钝后，只需要将刀片转过一个位置，即可使新的刀刃投入切削。当几个刀刃都用钝后，更换新刀片。（ √ ） 3、在高温下，刀具切削部分必须具有足够的硬度，这种在高温下仍具有较高硬度的性质称为红硬性。（ √ ） 4、YG类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。（ ×　 ） 5、由于硬质合金的抗弯强度较低，抗冲击韧性差，其合理前角应小于高速钢刀具的合理前角。（　√　） 6、金刚石刀具主要用于加工各种有色金属、非金属及黑色金属。（　× ） 7、高速钢与硬质合金相比，具有硬度较高，红硬性和耐磨性较好等优点。（　×　） 8、硬质合金按其化学成分和使用特性可分为钨钴类（YG）、钨钛钴类（YT）、钨钛钽钴类（YW）、碳化钛基类（YN）四类。（　√　） 9、高速钢车刀的韧性虽然比硬质合金高，但不能用于高速切削。（　√　） 10、JT/BT/ST刀柄的定心精度比HSK刀柄高。（ × ） 第3章 数控加工中工件的定位与装夹 作业答案 思考与练习题 1、车削薄壁零件如何夹紧工件？ 答：轴向夹紧或增加夹紧力作用点面积。 2、确定工件在夹具中应限制自由度数目的依据是什么？ 答：根据工件加工精度要求。 3、试简述定位与夹紧之间的关系。 答：任务不同，定位使加工前工件在机床上占有正确的位置，而夹紧则使工件在加工过程中始终保持在原先确定的位置上。两者相辅相成，缺一不可。 4、采用夹具装夹工件有何优点？ 答：a. 易于保证工件的加工精度。 b. 使用夹具可改变和扩大原机床的功能，实现“一机多用”。 c. 使用夹具后，不仅省去划线找正等辅助时间，而且有时还可采用高效率的多件、多位、机动夹紧装置，缩短辅助时间，从而大大提高劳动生产率。 d. 用夹具装夹工件方便、省力、安全。 e. 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低的工人操作，故可明显地降低生产成本。 5、当基准重合原则和基准统一原则发生矛盾时，怎么解决？ 答：以保证工件加工精度为原则，若采用统一定位基准能够保证加工表面的尺寸精度，则应遵循基准统一原则；若不能保证尺寸精度，则应遵循基准重合原则，以免使工序尺寸的实际公差值减小，增加加工难度。 6、什么情况下才需要计算定位误差？ 答：用夹具装夹、调整法加工一批工件的条件下，基准不重合时，需要计算定位误差。若采用试切法加工，不存在定位误差，因而也不需要计算定位误差。 7、如何理解定位面与定位基准的区别？ 答：工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件的相互接触（配合）来确定的，工件以平面定位时，定位面就是定位基准；工件以内、外圆柱面定位时，定位面是内、外圆柱面，而定位基准则是中心线。 8、车床上装夹轴类零件时，如何找正？ 答：工件外圆上选择相距较远的两点，用百分表找正。 模拟自测题 一、单项选择题 1、过定位是指定位时，工件的同一（  B）被多个定位元件重复限制的定位方式。 （A）平面   （B）自由度   （C）圆柱面   （D）方向  2、若工件采取一面两销定位，限制的自由度数目为（ A  ）  （A）六个   （B）二个   （C）三个   （D）四个 3、在磨一个轴套时，先以内孔为基准磨外圆，再以外圆为基准磨内孔，这是遵循（ D  ）的原则。 （A）基准重合     （B）基准统一     （C）自为基准     （D）互为基准 4、采用短圆柱芯轴定位，可限制（ A ）个自由度。 （A）二 （B）三 （C）四 （D）一 5、在下列内容中，不属于工艺基准的是（ D ）。 （A）定位基准 （B）测量基准 （C）装配基准 （D）设计基准 6、（ A ）夹紧机构不仅结构简单，容易制造，而且自锁性能好，夹紧力大，是夹具上用得最多的一种夹紧机构。 （A）斜楔形 （B）螺旋 （C）偏心 （D）铰链 7、精基准是用（ D ）作为定位基准面。 （A）未加工表面 （B）复杂表面 （C）切削量小的 （D）加工后的表面 8、夹紧力的方向应尽量垂直于主要定位基准面，同时应尽量与（ D ）方向一致。 （A）退刀 （B）振动 （C）换刀 （D）切削 9、选择粗基准时，重点考虑如何保证各加工表面（ D ），使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。 （A）对刀方便 （B）切削性能好 （C）进/退刀方便 （D）有足够的余量 10、通常夹具的制造误差应是工件在该工序中允许误差的（ C ）。 （A）1~3倍 （B）1/10~1/100 （C）1/3~1/5 （D）同等值 11、铣床上用的分度头和各种虎钳都是（ B ）夹具。 （A）专用 （B）通用 （C）组合 （D）随身 12、 决定某种定位方法属几点定位，主要根据（ B ）。 （A）有几个支承点与工件接触 （B）工件被消除了几个自由度 （C）工件需要消除几个自由度 （D）夹具采用几个定位元件 13、轴类零件加工时，通常采用V形块定位，当采用宽V形块定位时，其限制的自由度数目为（ B ）。 （A）三个 （B）四个 （C）五个 （D）六个 14、车细长轴时，要使用中心架或跟刀架来增加工件的（ C ）。 （A）韧性 （B）强度 （C）刚度 （D）稳定性 15、在两顶尖间测量偏心距时，百分表上指示出的（ D ）就等于偏心距。 （A）最大值与最小值之差 （B）最大值与最小值之和的一半 （C）最大值与最小值之差的两倍 （D）最大值与最小值之差的一半 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1、基准可以分为设计基准与工序基准两大类。（　×　） 2、夹紧力的方向应尽可能与切削力、工件重力平行。（　√） 3、组合夹具是一种标准化，系列化、通用化程度较高的工艺装备。（　√　） 4、工件在夹具中定位时，应使工件的定位表面与夹具的定位元件相贴合，从而消除自由度。（ √ ） 5、因欠定位没有完全限制按零件加工精度要求应该限制的自由度，因而在加工过程中是不允许的。（ √ ） 6、加工表面的设计基准和定位基准重合时，不存在基准不重合误差。（ √ ） 7、基准位移误差和基准不重合误差不一定同时存在。（ √ ） 8、基准重合原则和基准统一原则发生矛盾时，若不能保证尺寸精度，则应遵循基准统一原则。（ × ） 9、车削偏心工件时，应保证偏心的中心与机床主轴的回转中心重合。（ √ ） 10、过定位在任何情况下都不应该采用。（ × ） 三、简答题 1、什么是欠定位？为什么不能采用欠定位？什么是过定位？ |Un2p3.JL ?K u$ 0Y Q 5! ($5e= *   答：按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。 欠定位是不允许的。因为欠定位保证不了加工精度要求。 工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。 2、什么是辅助支承？使用时应注意什么问题？ 答：辅助支承是指由于工件形状、夹紧力、切削力和工件重力等原因，可能使工件在定位后还产生变形或定位不稳，为了提高工件的装夹刚性和稳定性而增设的支承。 辅助支承只能起提高工件支承刚性的辅助定位作用，而不起限制自由度的作用，更不能破坏工件原有定位。 3、何谓浮动支承？限制几个自由度？ 答：工件定位过程中，能随着工件定位基准位置的变化而自动调节的支承，称为浮动支承。浮动支承的作用相当于一个固定支承，只限制一个自由度。 4、什么叫定位误差？产生定位误差的原因是什么？ 5!| k~A2+ 答：工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件的相互接触（配合）来确定的，由于定位基面、定位元件的工作表面本身存在一定的制造误差，导致一批工件在夹具中的实际位置不可能完全一样，使加工后各工件的加工尺寸存在误差。这种因工件在夹具上定位不准而造成的加工误差，称为定位误差。 产生定位误差的原因：基准位移误差和基准不重合误差。 5、工件以平面作定位基准时，常用支承类型有哪些？ )p L W ]a 答：工件以平面定位时，常用定位元件有：固定支承、可调支承、浮动支承、辅助支承四类。 6、确定夹紧力的作用方向和作用点应遵循哪些原则？ 答：① 夹紧力应朝向主要定位基准。 ② 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内，并靠近支承元件的几何中心。 ③ 夹紧力的方向应有利于减小夹紧力的大小。 ④ 夹紧力的方向和作用点应施加于工件刚性较好的方向和部位。 ⑤ 夹紧力作用点应尽量靠近工件加工表面。 7、按照基准统一原则选用精基准有何优点？ 答：既可保证各加工表面间的相互位置精度，避免或减少因基准转换而引起的误差，而且简化了夹具的设计与制造工作，降低了成本，缩短了生产准备周期。 8、粗基准的选择原则是什么？ 答：（1）相互位置要求原则 （2）加工余量合理分配原则 （3）重要表面原则 （4）不重复使用原则 （5）便于工件装夹原则 9、精基准的选择原则是什么？ 答：（1）基准重合原则 （2）基准统一原则 （3）自为基准原则 （4）互为基准原则 （5）便于装夹原则 10、夹紧装置应具备的基本要求是什么？ 答：① 夹紧过程可靠，不改变工件定位后所占据的正确位置；② 夹紧力的大小适当。 ③ 操作简单方便、省力、安全。④ 结构性好，夹紧装置的结构力求简单、紧凑，便于制造和维修。 四、计算题 1、轴套类零件铣槽时，其工序尺寸有三种标注方法，如图1所示，定位销为水平放置，试分别计算工序尺寸H1、H2、H3的定位误差。 解： ①对于尺寸H2，基准重合， ，因此 ②对于尺寸H1 因工序基准不在定位面上，所以 ③对于尺寸H3 因工序基准不在定位面上，所以 五、分析题 1、根据六点定位原理分析图2各定位的定位元件所限制的自由度。 分析： 图a限制X、Y、Z三个方向移动自由度。 图b限制X、Y、Z三个方向移动，绕Y、Z轴转动共计5个自由度 图c限制全部6个自由度 图d限制X、Y、Z三个方向移动，绕X、Y轴转动共计5个自由度 2、什么是过定位？试分析图3中的定位元件分别限制了哪些自由度？是否合理？如何改进？ b) 图3 分析： 工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。 图a分析 ①支承板限制自由度： ②圆锥销限制自由度： ③沿Z轴移动自由度重复限制，不合理 ④不合理，改进措施：将圆锥销改为短圆柱销 图b分析： 不合理。改进措施：将圆柱销改为削边销（上、下削平）。 图C分析 ①支承板限制自由度： ②短圆柱销限制自由度： ③V形块限制自由度： ④沿X、Y轴移动自由度重复限制，不合理 ⑤不合理，改进措施：将V形块改为削边销 3、试分析图4中夹紧力的作用点与方向是否合理？为什么？如何改进？ 图4 2、答： 图a不合理，因为力作用处工件刚度差，容易变形； 图b不合理，因为工件容易倾翻； 图c不合理，因为力作用处工件刚度差，容易变形； 图d不合理，因为工件容易倾翻。改进方案见下图红色箭头。 第4章 数控加工工艺基础 作业答案 思考与练习题 1、试述单件小批生产、成批生产及大批大量生产的工艺特征有何区别？ 答：见下表 工艺特征 单件小批生产 成批生产 大批大量生产 毛坯的制造方法 及加工余量 木模手工铸造或自由锻，毛坯精度低，加工余量大。 金属魔铸造或模锻部分毛坯，毛坯精度与加工余量适中。 广泛采用金属模铸造和模锻，毛坯精度高，加工余量小。 机床设备及其布置 通用机床、数控机床。按机床类别采用机群式布置。 部分通用机床、数控机床及高效机床，按工件类别分工段排列。 广泛采用高效专用机床和自动机床，按流水线和自动线排列。 工艺装备 多采用通用夹具、刀具和量具。靠划线和试切法达到精度要求。 多采用可调夹具，部分靠找正装夹达到精度要求。较多采用专用刀具和量具。 广泛采用高效率的夹具、刀具和量具。用调整法达到精度要求。 工人技术水平 技术熟练工人 技术比较熟练工人 对操作工人技术要求低， 对调整工人技术要求高。 工艺文件 工艺过程卡，关键工序卡。数控加工工序卡和程序单。 工艺过程卡，关键零件的工序卡。数控加工工序卡和程序单。 工艺过程卡，工序卡，关键工序调整卡和检验卡。 生产率 低 中 高 成本 高 中 低 2、什么样的零件适合采用数控加工？ 答： （1）最适应类 ① 形状复杂，加工精度要求高，通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件； ② 具有复杂曲线或曲面轮廓的零件； ③ 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸型腔的壳体或盒型零件； ④ 必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。 （2）较适应类 ① 零件价值较高，在通用机床上加工时容易受人为因素（如工人技术水平高低、情绪波动等）干扰而影响加工质量，从而造成较大经济损失的零件； ② 在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件； ③ 需要多次更改设计后才能定型的零件； ④ 在通用机床上加工需要作长时间调整的零件； ⑤ 用通用机床加工时，生产率很低或工人体力劳动强度很大的零件。 3、简述确定零件加工方法和加工方案应考虑的因素？ 答：应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。 4、分析尺寸链时，为何要遵循尺寸链最短原则？ 在极值算法中，封闭环的公差大于任一组成环的公差。当封闭环的公差一定时，若组成环数目较多，各组成环的公差就会过小，造成加工困难。因此，分析尺寸链时，应使尺寸链的组成环数目为最少，即遵循尺寸链最短原则。 5、简述对刀点与换刀点的区别。 答：“对刀点”是数控加工时刀具相对零件运动的起点，又称“起刀点”，也就是程序运行的起点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。 对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，在加工过程中需要进行换刀，故编程时应考虑不同工序之间的换刀位置（即换刀点）。为避免换刀时刀具与工件及夹具发生干涉，换刀点应设在工件的外部。 模拟自测题 一、单项选择题 1、零件的机械加工精度主要包括（ D ）。 （A）机床精度、几何形状精度、相对位置精度 （B）尺寸精度、几何形状精度、装夹精度 （C）尺寸精度、定位精度、相对位置精度 （D）尺寸精度、几何形状精度、相对位置精度 2、制订加工方案的一般原则为先粗后精、先近后远、先内后外，程序段最少，（ A ）及特殊情况特殊处理。 （A）走刀路线最短 （B）将复杂轮廓简化成简单轮廓 （C）将手工编程改成自动编程 （D）将空间曲线转化为平面曲线 3、换刀点是指在编制数控程序时，相对于机床固定参考点而设置的一个自动换刀的位置，它一般不能设置在（ A ）。 （A）加工零件上 （B）程序原点上 （C）机床固定参考点上 （D）浮动原点上 4、加工精度高、（ B ）、自动化程度高，劳动强度低、生产效率高等是数控机床加工的特点。 （A）加工轮廓简单、生产批量又特别大的零件 （B）对加工对象的适应性强 （C）装夹困难或必须依靠人工找正、定位才能保证其加工精度的单件零件 （D）适于加工余量特别大、质及余量都不均匀的坯件 5、在数控加工中，（ D ）相对于工件运动的轨迹称为进给路线，进给路线不仅包括了加工内容，也反映出加工顺序，是编程的依据之一。 （A）刀具原点 （B）刀具 （C）刀具刀尖点 （D）刀具刀位点 6、下列叙述中（ B ），不属于确定加工路线时应遵循的原则。 （A）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度 （B）使数值计算简单，以减少编程工作量 （C）应使加工路线最短，这样既可以减少程序短，又可以减少空刀时间 （D）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔 7、尺寸链按功能分为设计尺寸链和（ D ）。 （A）封闭尺寸链 （B）装配尺寸链 （C）零件尺寸链 （D）工艺尺寸链 8、下列关于尺寸链叙述正确的是（ C ）。 （A）由相互联系的尺寸按顺序排列的链环； （B）一个尺寸链可以有一个以上封闭环； （C）在极值算法中，封闭环公差大于任一组成环公差； （D）分析尺寸链时，与尺寸链中的组成环数目多少无关。 9、零件的相互位置精度主要限制（ D ）。 （A）加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围； （B）限制加工表面的宏观几何形状误差； （C）限制加工表面的宏观几何形状误差； （D）限制加工表面与其基准间的相互位置误差。 10、在下列内容中，不属于工艺基准的是（ D ）。 （A）定位基准； （B）测量基准； （C）装配基准； （D）设计基准。 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1、为避免换刀时刀具与工件或夹具发生干涉，换刀点应设在工件外部。（ √ ） 2、在加工过程中的有关尺寸形成的尺寸链，称为工艺尺寸链。（ × ） 3、尺寸链按其功能可分为设计尺寸链和工艺尺寸链。（ √ ） 4、尺寸链中封闭环的基本尺寸，是其它各组成环基本尺寸的代数差。（ ×  ） 5、平行度、对称度同属于形状公差。（ × ） 6、轮廓加工完成时，应在刀具离开工件之前取消刀补。（ × ） 7、立铣刀铣削平面轮廓时，铣刀应沿工件轮廓的切向切入，法向切出。（ × ） 8、机床坐标系和工件坐标系之间的联系是通过回参考点来实现的。（ × ） 9、设计基准和定位基准重合时，不存在基准不重合误差。（ √ ） 10、一般情况下，减小进给量，可有效地减小表面粗糙度（ √ ）。 三、简答题 1、什么叫工序和工步？划分工序和工步的依据是什么？ 答： 一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。划分工序的依据是工作地是否发生变化和工作是否连续。 在加工表面（或装配时连接面）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内容，称为工步。划分工步的依据是加工表面和工具是否变化。 2、数控机床上加工的零件，一般按什么原则划分工序？如何划分？ 答：一般按工序集中原则划分工序，划分方法如下。 ① 按所用刀具划分 以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。 ② 按安装次数划分 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。。 ③ 按粗、精加工划分 即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。 ④ 按加工部位划分 即以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。 3、划分加工阶段的目的是什么？ 答：划分加工阶段的目的在于： ① 保证加工质量 ② 合理使用设备 ③ 便于及时发现毛坯缺陷 ④ 便于安排热处理工序 4、什么是对刀点？对刀点位置确定的原则有哪些？ 答：“对刀点”是数控加工时刀具相对零件运动的起点，又称“起刀点”，也就是程序运行的起点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。 对刀点选择的原则，主要是考虑对刀点在机床上对刀方便、便于观察和检测，编程时便于数学处理和有利于简化编程。对刀点可选在零件或夹具上。为提高零件的加工精度，减少对刀误差，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。 5、什么叫尺寸链？尺寸链有哪些特征？ 答：在机器装配或零件加工过程中，由互相联系且按一定顺序排列的尺寸组成的封闭链环，称为尺寸链。 a. 关联性 任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸及其精度。 b. 封闭性 尺寸链中的各个尺寸首尾相接组成封闭的链环。 6、 切削加工顺序安排的原则是什么？ 答：切削加工工序通常按下列原则安排顺序。 ① 基面先行原则 ② 先粗后精原则 ③ 先主后次原则 ④ 先面后孔原则 7、确定加工余量应注意哪些问题？ 答：确定加工余量时应该注意的几个问题： ① 采用最小加工余量原则 ② 余量要充分 防止因余量不足而造成废品。 ③ 余量中应包含热处理引起的变形 ④ 大零件取大余量 ⑤ 总加工余量（毛坯余量）和工序余量要分别确定 8、何谓加工精度？包括哪三个方面？ 答：加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）与理想几何参数相符合的程度。加工精度包括三个方面：① 尺寸精度② 几何形状精度③ 相互位置精度 9、何谓表面质量？包括哪些方面？ 答：面质量是指零件加工后的表层状态，它是衡量机械加工质量的一个重要方面。表面质量包括以下几个方面： ① 表面粗糙度 ② 表面波纹度 ③ 冷作硬化 ④ 残余应力 ⑤ 表层金相组织变化 10、从工艺因素考虑，产生加工误差的原因有哪些？ 答：①加工原理误差；②工艺系统的几何误差；③工艺系统受力变形引起的误差；④工艺系统受热变形引起的误差；⑤工件内应力引起的加工误差；⑥测量误差 11、影响表面粗糙度的工艺因素有哪些？ 答：影响表面粗糙度的工艺因素主要有工件材料、切削用量、刀具几何参数及切削液等。 四、计算题 1、图1所示为轴类零件图，其内孔和外圆和各端面均已加工好，试分别计算图示三种定位方案加工时的工序尺寸极其偏差。 图1 解： 方案1：设计基准与定位基准重合，故A1=12±0.1 方案2：尺寸链如右图所示。 A3为封闭环，A3=A2－A1，A2为增环，A1 为减环 A2= A3 +A1 =12+8=20mm 0.1=ESA2－(－0.05), ESA2=0.05mm －0.1=EIA2－0, EIA2=－0.1mm 方案3：尺寸链见下图 A2为封闭环，A2=A4－A3－A1，A4为增环，A1 、A3为减环 A3= A4 －A1－ A2=40－8－12=20mm 0.1=0－EIA3－(－0.05), EIA3=－0.05mm －0.1=－0.1－ESA3－0, ESA3=0mm 图2所示零件， ， ， 。因A3不便测量，试重新标出测量尺寸A4及其公差。 图2 解： A3为封闭环，A3=A2+A4－A1，A2、A4为增环，A1为减环 A4= A1 +A3－ A2=70+20－60=30mm 0.19=0+ESA4－(－0.07), ESA4=0.12mm 0=－0.04+EIA4－(－0.02), EIA4=0.02mm 3、图3所示零件，镗孔前A、B、C面已经加工好。镗孔时，为便于装夹，选择A面为定位基准，并按工序尺寸L4进行加工。已知 ， ， 。试计算L4的尺寸及其偏差。 图3 解：L3为封闭环，L3=L2+L4－L1，L2、L4为增环，L1为减环 L4= L1 +L3－ L2=280+100－80=300mm 0.15=0+ESL4－0, ESL4=0.15mm －0.15=－0.06+EIL4－0.1, EIL4=0.01mm 4、如图4所示套筒， 以端面 A 定位加工缺口时，计算尺寸 A 3 及其公差。 图4 解： A0为封闭环，A0=A2+A3－A1，A2、A3为增环，A1为减环 A3= A1 +A0－A2=70+12－35=47mm 0.15=0.06+ESA3－(－0.07), ESA3=0.02mm 0=0+EIA3－(－0.07), EIA3=－0.07mm 第5章 数控车削加工工艺 作业答案 思考与练习题 1、普通车床加工螺纹与数控车床加工螺纹有何区别？ 答： 普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹。数控车床不但能车削任何等导程的直、锥和端面螺纹，而且能车增导程、减导程及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹，还可以车高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀具以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。 2、车削螺纹时，为何要有引入距离与超越距离？ 答： 在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削，为此要有引入距离和超越距离。 3、车削加工台阶轴、凹形轮廓时，对刀具主、副偏角有何要求？ 答：加工阶梯轴时，主偏角≥90°；加工凹形轮廓时，若主、副偏角选得太小，会导致加工时刀具主后刀面、副后刀面与工件发生干涉，因此，必要时可作图检验。 4、加工路线的选择应遵循什么原则？ 答：加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。 因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。 模拟自测题 一、单项选择题 1、车削加工适合于加工（ A ）类零件。 （A）回转体 （B）箱体 （C）任何形状 （D）平面轮廓 2、车削加工的主运动是（ A ）。 （A）工件回转运动 （B）刀具横向进给运动 （C）刀具纵向进给运动 （D）三者都是 3、车细长轴时，使用中心架和跟刀架可以增加工件的（ C ）。 （A）韧性 （B）强度 （C）刚性 （D）稳定性 4、影响刀具寿命的根本因素是（ A ）。 （A）刀具材料的性能 （B）切削速度 （C）背吃刀量 （D）工件材料的性能 5、车床切削精度检查实质上是对车床（ D ）和定位精度在切削加工条件下的一项综合检查。 （A）坐标精度 （B）主轴精度 （C）刀具精度 （D）几何精度 6、数控车床的自转位刀架，当手动操作换刀时，从刀盘方向观察，只允许刀盘（ B ）换刀。 （A）逆时针转动 （B）顺时针转动 （C）任意转动 （D）由指令控制 7、数控车削用车刀一般分为三类，即（ D ）。 （A）环形刀、盘形刀和成型车刀 （B）球头刀、盘形刀和成型车刀 （C）鼓形刀、球头刀和成型车刀 （D）尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀 8、制订加工方案的一般原则为先粗后精、先近后远、先内后外，程序段最少，（ A ）及特殊情况特殊处理。 （A）走刀路线最短 （B）将复杂轮廓简化成简单轮廓 （C）将手工编程改成自动编程 （D）将空间曲线转化为平面曲线 9、影响数控车床加工精度的因素很多，要提高加工工件的质量，有很多措施，但（ A ）不能提高加工精度。 （A）将绝对编程改变为增量编程 （B）正确选择车刀类型 （C）控制刀尖中心高误差 （D）减小刀尖圆弧半径对加工的影响 10、车削时为降低表面精糙度，可采用（ B ）的方法进行改善。 （A）增大主偏角 （B）减小进给量 （C）增大副偏角 （D）减小刀尖圆弧半径 11、车削中刀杆中心线不与进给方向垂直，对刀具的（ B ）影响较大。 （A）前、后角 （B）主、副偏角  （C）后角  （D）刃倾角 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1、数控车床适宜加工轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体类零件、箱体类零件、精度要求高的回转体类零件、特殊的螺旋类零件等。（ × ） 2、车削力按车床坐标系可以分解为Fx、Fy、Fz三个分力，其中Fy消耗功率最多。（ √ ） 3、车内螺纹前的底孔直径必须大于或等于螺纹标准中规定的螺纹小径。（ √） 4、车削偏心工件时，应保证偏心的中心与车床主轴的回转中心重合。（  √ ） 5、机床坐标系和工件坐标系之间的联系是通过对刀来实现的。（ √ ） 6、数控车床常用的对刀方法有试切对刀法、光学对刀法、ATC自动对刀法等，其中试切法可以得到更加准确和可靠的结果。（ √ ） 7、可转位式车刀用钝后，只需要将刀片转过一个位