2014-2015学年第二学期机械制造技术基础作业

2014-2015学年第二学期机械制造技术基础作业1、何谓切削用量三要素怎样定义?如何计算?答：切削用量三要素指：切削速度Vc、进给量f、背吃刀量ap；其定义及计算公式如下:切削速度Vc：主运动的速度，大多数切削加工的主运动采用回转运动。回旋体（刀具或工件）上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下：m/s或m/min式中d——工件或刀具上某一点的回转直径（mm）;n——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。进给量f：进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s（mm/min）。进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r（毫米/转）。对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度却需要规定间歇进给量，其单位为mm/d.st（毫米/双行程）。对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，季后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/z（毫米/齿）。Vf=f.n=fz.Z.nmm/s或mm/min背吃刀量ap:对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，单位mm。外圆柱表面车削的切削深度可用下式计算：mm对于钻孔工作mm其中,——为已加工表面直径mm；——为待加工表面直径mm。2、刀具标注角度参考系有哪几种?它们是由哪些参考平面构成?试给这些参考平面下定义｡答:刀具标注角度参考系有两类：一类为刀具角度静止参考系，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称为刀具标注角度；一类为刀具角度工作参考系，它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称为刀具的工作角度。用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面。各参考平面定义如下：基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平面。例如：普通车刀的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面；切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面；法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。3、刀具切削部分材料应具备哪些性能?为什么?答：刀具材料应满足一下基本性能要求：较高的硬度和耐磨性；足够的强度和韧性；较高的耐热性和化学稳定性；良好的工艺性；良好的经济性。主要原因有：刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。高硬度和高耐磨性：刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。足够的强度与冲击韧性：强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。高耐热性：耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。良好的工艺性和经济性：为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用4、刀具材料与被加工材料应如何匹配?怎样根据工件材料的性质和切削条件正确选择刀具材料?答：切削刀具与加工对象的匹配主要指二者的力学、物理和化学性能相互匹配，以获得最长的刀具寿命和最大的切削加工生产率。切削刀具与加工对象的物理性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数、抗热冲击性能等物理性能参数应相互匹配。切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散、粘结和溶解等化学性能参数应相互匹配。在实际应用中，应根据所加工的工件材料选择相互匹配的刀具材料。刀具材料是指刀具切削部分的材料。合理选择刀具材料影响到切削加工生产率、刀具耐用度、刀具消耗和加工成本、加工精度和表面质量。根据工件材料的切削特点，同时考虑其切削的特殊性，选择刀具材料时应考虑以下性能:高的硬度和耐磨性、高的耐热性、足够的强度和韧性。5、阐明金属切削形成过程的实质？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？它们之间的相互关系如何？它们是否真实的反映了切屑形成过程的物理本质？为什么？答：金属切削形成过程的实质是工件材料的切削层在刀具的刀刃和前刀面作用下受到挤压，沿剪切面产生剪切滑移变形，而转变为切屑，同时形成已加工表面的过程。衡量切削变形的程度的指标：变形系数、相对滑移和剪切角三个指标。衡量切削变形的程度的指标的相互关系：剪切角、相对滑移和变形系数是通常用以表示切屑变形程度的三种方法。它们是根据纯剪切的观点提出的。但切削过程是复杂的，它既有剪切，又有前刀面对切屑的挤压和摩擦作用（第二变形区），用这些简单的方式不能反映变形的实质。它们不能真实的反映了切屑形成过程的物理本质。原因为切削过程是复杂的，它既有剪切，又有前刀面对切屑的挤压和摩擦作用（第二变形区），用这些简单的方式不能反映变形的实质。切屑的变形和形成过程实际上经历了弹性变形、塑性变形、挤裂、切离四个阶段。6、试描述积屑瘤现象及成因。积屑瘤对切削过程有哪些影响？答：（1）积屑瘤是切削过程中产生的一种物理现象，在切削速度不高而又能形成连续带状切屑的情况下，加工一般钢料或其它塑性材料时，刀具前角很小或为负值时，工件、切屑的一部分金属冷焊在刀具的刀尖和前刀面上代替刀具进行切削的硬块称积屑瘤。积屑瘤的形成与切削速度、工件材料及产生粘结现象的条件有关。（2）积屑瘤对切削过程的影响有：增大实际前角。减少切屑变形，降低切削力。增大切削厚度。积屑瘤延伸到刃外，使得实际切削厚度增大，影响尺寸准确性。增大已加工表面粗糙度。积屑瘤周期性增大脱落，可随切屑排出或残留在已加工面形成鳞片状毛刺。、代替刀刃切削，提高刀具耐用度。积屑瘤未脱落时，起保护刀刃和减小前刀面磨损的作用，脱落时可能粘连刀具材料一起剥落而加快刀具失效。7、分别说明切削速度、进给量及背吃刀量的改变对切削温度的影响？答：（1）切削速度的改变对切削温度的影响：切削速度对切削温度影响最大，随切削速度的提高，切削温度迅速上升；（2）进给量的改变对切削温度的影响：对切削温度影响较切削速度小。（3）背吃刀量的改变对切削温度的影响：背吃刀量变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，对切削温度的影响最小。8、说明高速钢刀具在低速、中速产生磨损的原因，硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损的原因？答：（1）高速钢在中速切削是主要产生硬质点磨损（切削温度较低），高速时由于切削温度过高，主要产生塑性变形破坏。（2）硬质合金车刀高速切削时，主要以扩散磨损为主；中速切削主要以粘结磨损为主。9、什么叫工件材料的切削加工性?评定材料切削加工性有哪些指标？如何改善材料的切削加工性？答：（1）工件材料切削加工性：是指在一定的条件下，工件材料切削加工的难易程度。由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标（2）评定材料切削加工性有指标有：以表面加工质量衡量切削加工性。以刀具耐用度衡量切削加工性。以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。以断屑性能衡量切削加工性。（3）改善材料的切削加工性应从这两方面采取措施：调整材料的化学成分。在不影响材料使用性能的前提下，可在钢中适当添加一种或几种元素，如S、Pb、Se、P等，可获得易切钢。易切钢切削力小，易断屑，刀具耐用度高，加工表面质量好。通过热处理改变金相组织。金相组织不同，材料的物理机械性能差异很大。通过热处理，使材料的组织发生改变，使其有利于切削加工。当材料的切削加工性无法改善时，应考虑选择合适的刀具材料、几何参数、冷却液，有条件可采用加热切削、振动切削等。10、什么是机械加工工艺过程？什么叫机械加工工艺规程？工艺规程在生产中起什么作用？答：（1）机械加工工艺过程是指在生产过程中，是对零件采用各种加工方法，直接用于改变生产对象的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能、相对位置和性质等，使之成为合格零件的全部劳动过程。（2）机械加工工艺规程是指规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。（3）工艺规程在生产中的作用主要有：是机械加工工艺过程的主要技术文件，是指挥现场生产的依据；是新产品投产前，进行有关的技术准备和生产准备的依据；是新建、扩建或改建厂房（车间）的依据。11、加工阶梯轴如下图，试列表制订加工工艺过程（包括定位）。单件小批生产。答：加工工艺过程如下：工序号工序内容设备1车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角车床2铣键槽、去毛刺铣床3磨外圆外圆磨床12、下图示柱塞杆零件，如何选择其粗基准？（提示：φA部分余量较φB部分大）答:粗基准选择一般应遵循以下原则:保证相互位置要求原则:如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求,则应以不加工面作为粗基准。余量均匀分配原则:如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。根据粗基准选择第2条原则，加工时为保证有足够的余量，应选作为粗基准。13、选择下图3.36示的摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量5000，单位：件答：1.精基准的选择:该零件的设计基准是20H7孔及端面A。根据基准重合原则，应选20H7孔及端面作定位精基准。从统一基准的原则出发，以20H7孔及端面A定位可以方便地加工其他表面，也应选20H7孔及端面A作统一精基准。在本例中基准重合与统一基准原则相一致。2.粗基准的选择:本例中零件毛坯为一般铸件，20H7孔及12H7孔及12H7孔均较小，一般不铸出，故不存在重要加工面加工余量均匀问题，此时应着索考虑加工面与不加工面的位置要求。本例中20H7孔要求与40外圆同轴，因此在加工20H7孔时，应以40外圆作粗基准。14、试分析钻孔、扩孔和铰孔三种加工方法的工艺特点，并说明这三种孔加工工艺之间的联系。答：钻孔是用钻床进行加工的，工艺过程包括：确定孔位置、样冲做标记、在钻床上装夹、根据要求选钻头。扩孔就是在前面的工艺基础上增加了一定的孔径，但是扩孔要比钻孔的孔壁表面粗糙度好。铰孔的作用在于使孔的精度与粗糙度达到生产要求，工艺过程也是在前面的基础之上的。它们之间有先后，麻花钻先加工出孔，然后再视其要求选择其它工具，再加工扩孔、铰孔。三种精度要求也是不同的，要求是越来越高。15、车床结构形式有哪些？试列举3种车床类型，并说明各自的加工特点。答：（1）床结构形式有：按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。（2）普通车床：加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。（3）转塔车床和回转车床：具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。（4）自动车床：按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。16、周铣与端铣、顺铣与逆铣各有什么特点？如何应用？答：（1）周铣与端铣的特点主要有：周铣是指利用分布在铣刀圆柱面上的切削刃来形成平面（或表面）进行铣削的方式，称为周铣。端铣是指利用分布在铣刀端面上的端面切削刃来形成平面的进行铣削的