1、習題參考答案第一章 總論1答案制造有兩種含意，狹義的制造是使原材料在物理性質和化學性質上發生變化而轉化為產品的過程；廣義的制造是指人類按照所需目的，運用主觀掌握的知識和技能，通過手工或可以利用的客觀的物質工具與設備，采用有效的方法，將原材料轉化為有使用價值的物質產品并投放市場的全過程。加工是指把原材料變成產品的直接物理過程。是制造系統的一個主要的子系統，是通過改變原材料（毛坯或半成品）的形狀、性質或表面狀態，來達到設計所規定的技術要求。制造業是對原材料進行加工或再加工，對零部件進行裝配的工業的總稱。制造技術是完成制造活動所施行的一切手段的總和。2答案從制造業的發展歷史來看，加工制造業最基本的競

2、爭方式就是成本價格的競爭。技術達到一定水平，質量達到一定標準，如果產品之間沒有差異，價格競爭的最后結果就是沒有利潤。沿海一些發達地區，比如上海、廣東，一些加工制造企業發展到一定水平后，發現盡管占有的市場越來越大，但企業利潤越來越少，甚至處于盈虧的臨界點上。發達國家也是先經歷過價格競爭的過程，往后就進入差異化競爭過程。裝備制造業的企業之間的競爭主要不是成本價格的競爭，而是性能、質量、營銷、品牌等各方面差異的競爭，只有這些才能真正為企業帶來利潤，現在我國工業化發展已經到了這個階段。一些企業已經發現加工制造業的發展空間越來越小，希望向裝備制造業升級。十六大報告提出產業升級問題，實際上也涉及制造業本身

3、的發展。現在制造業正處于一個由以加工制造業為主逐步向裝備制造業轉變的發展過程中。下一階段，我國工業應該向裝備制造業方面發展，否則我國工業化發展帶來的實際經濟效益和社會福利會受到很大的限制。3答案零件是機器的組成單元，裝配時機器是由零件單元逐一裝配而成，但在設計的時候卻是從整臺機器開始的。一種新產品（機器）的開發內容包括概念設計、方案設計、詳細設計、樣機試制與評審、工藝設計、新產品鑒定、試銷、生產準備、批量生產等。在方案設計階段往往需要設計多種方案，通過性能、成本等的對比，經評審最后確定一種方案。在詳細設計階段，是從繪制產品（機器）的總裝圖開始，在完成產品的總裝圖設計后，再進行拆畫零件圖，在零件

4、圖上除標注正確的幾何尺寸外，還要根據機器的性能要求標注出零件的精度要求。可見零件的精度要求來自于機器，其中如果有外購的零部件，必須設計好它們之間的連接形式以及具體尺寸、精度要求等。第二章 金屬切削基礎知識與刀具1答案切削運動可分為主運動和進給運動兩種。切削運動中直接切除工件上的切削層，使之轉變為切屑，以形成工件新表面的運動是主運動。一般來說，主運動是產生主切削力的運動，由機床主軸提供，其運動速度高，消耗的切削功率大。結合主運動把切削層不斷地投入切削，以完成對一個表面切削的運動是進給運動。2答案切削速度vc、進給量和背吃刀量ap是切削用量三要素，主軸轉速n 單位為r/min或r/s。切削速度vc

5、 單位為m/min或m/s進給速度符號是vf，單位為mm/r或mm/雙行程。每齒進給量fz。單位為mm/齒。進給量f。單位是mm/min。 3答案（1）在基面投影圖中注出已加工表面、待加工表面、過渡表面，刀具前面、主切削刃、主偏角、副偏角和正交平面。（參見教材圖2-4、圖2-9）。（2）按投影關系作出正交平面，并注出基面、切削平面、前面、后面，=10、=6。（參見教材圖2-10）。4答案（1）=90外圓車刀的幾何角度：r=90、 o=15、ao=8、s=5、=15、=8。（參見教材圖2-10、圖2-11）（2）45彎頭刀車端面，幾何角度：=45、=5、=6、=3。（參見教材圖2-10、圖2-1

6、1）（3）切斷刀的幾何角度：rL=90、=105、=15、=5、=1、=0、=130。（參見教材圖2-10、圖2-11）。5答案（1）高硬度要實現切削加工，刀具材料必須具有比工件材料高的硬度，硬度的高低在一定程度上決定了刀具材料的應用范圍。（2）高耐磨性耐磨性是刀具材料抵抗摩擦和磨損的能力，它是刀具材料應具備的主要條件之一，是決定刀具耐用度的主要因素。一般來說，材料的硬度越高，耐磨性越好。（3）足夠的強度和韌性要使刀具在切削力作用下不致產生破壞，就必須具有足夠的強度，同時還要具備足夠的韌性，以承受著各種應力、沖擊載荷和震動的作用。通常用材料的抗彎強度和沖擊韌度表示刀具的強度和韌度。（4）高的耐

7、熱性（熱穩定性）耐熱性是指在高溫下材料保持硬度、耐磨性、強度和硬度的能力。切削過程中一般都會產生很高的溫度，刀具材料必須具有一定的耐熱性，以保證在高溫下仍然具有所要求的性能，耐熱性可用紅硬性或高溫硬度表示。（5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能刀具材料的導熱性越好，切削時產生的熱量越容易傳導出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具的磨損，避免因熱沖擊產生刀具材料裂紋。（6）良好的工藝性為了便于制造，刀具切削部分材料應具有良好的鍛造、焊接、熱處理和磨削加工等性能。6答案常見高性能高速鋼的牌號、主要化學成分、性能及用途如表2-5所示。表2-5常用高速鋼的力學性能和應用范圍牌 號硬度（HRC）抗彎強度（

8、GPa）沖擊韌性（MJ/m2）600時硬度（HRC）主要性能和適用范圍普通高速鋼W18Cr4V（W18）63663.03.40.180.3248.5綜合性能好，通用性強，可磨削，適用于加工輕合金、碳素鋼、合金鋼、普通鑄鐵的精加工刀具和復雜刀具。如螺紋車刀、成形車刀、拉刀等W6Mo5Cr4V2（M2）63663.54.00.300.404748強度和韌性略高于W18Cr4V，熱硬性略低于W18Cr4V，熱塑性好。適用于制造加工輕合金、碳鋼、合金鋼的熱成形刀具及承受沖擊、結構薄弱的刀具W14Cr4VMnRe64664.00.3150.5切削性能與W18Cr4V相當，熱塑性好，適用于制作熱軋刀具高性

9、能高速鋼95W18Cr4V66683.03.40.170.2251屬高碳高速鋼，常溫硬度和高溫硬度有所提高，適用于加工普通鋼材和鑄鐵，耐磨性要求較高的鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀和車刀等，但不宜受大的沖擊W6Mo5Cr4V3（M3）65673.20.2551.7屬高釩高速鋼，耐磨性很好，適合切削對刀具磨損較大的材料，如纖維、硬橡膠、塑料等，也用于加工不銹鋼、高強度鋼和高溫合金等W2Mo9Cr4VCo8（M42）67692.73.80.230.3055屬含鈷高速鋼，有很高的常溫和高溫硬度，適合加工高強度耐熱鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料，可磨性好，適于作精密復雜刀具，但不宜在沖擊切削條件下工作W6M

10、o5Cr4V2Al（501）67692.843.820.230.30屬含鋁高速鋼，切削性能相當于W2Mo9 Cr4VCo8，適宜制造銑刀、鉆頭、鉸刀、齒輪刀具和拉刀等，用于加工合金鋼、不銹鋼、高強度鋼和高溫合金7答案表面涂層是在韌性較好的硬質合金或高速鋼基體上，通過化學氣相沉積（CVD）或物理氣相沉積（PVD）法涂覆一薄層耐磨性很高的難熔金屬化合物。通過這種方法，使刀具既具有基體材料的強度和韌性，又具有很高的耐磨性，從而較好地解決強度韌性與硬度耐磨性的矛盾。8答案常用硬質合金牌號及用途如表2-6所示。表2-6硬質合金的用途牌 號化學成分（%）性能比較適 用 場 合ISO國產wcTiCTaC(T

11、bC)CoK01YG3X96.50.53（至上而下）抗彎強度、韌性、進給量 依次降低，（至上而下）硬度、耐磨性、切削速度 依次升高鑄鐵、有色金屬及合金的精加工，也可用于合金鋼、淬火鋼等的精加工、不能承受沖擊載荷K10YG6X93.50.56鑄鐵、冷硬鑄鐵、合金鑄鐵、耐熱鋼、合金鋼的半精加工、精加工K20YG6946鑄鐵、有色金屬及合金的粗加工、半精加工K30YG8928鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬的粗加工，能適應斷續切削P01YT3066304碳鋼和合金鋼連續切削時的精加工P10YT1579156碳鋼和合金鋼連續切削時的半精加工、精加工P20YT1478148碳鋼和合金鋼連續切削時的粗加工、半

12、精加工、精加工或斷續切削時的精加工P30YT585510碳鋼和合金鋼的粗加工，也可用于斷續切削M10YW184646不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其他難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的半精加工和精加工M20YW282648不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其他難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的粗加工和半精加工9答案（1）積屑瘤的形成原因主要是由于切削加工時，在一定的溫度和壓力作用下，切屑與刀具前面發生強烈摩擦，致使切屑底層金屬流動速度降低而形成滯流層，如果溫度和壓力合適，滯流層就與前刀面黏結而留在刀具前面上，由于黏結層經過塑性變形硬度提高，連續流動的切屑在黏結層上流動時，又會形成新的滯留層，使黏結層在前一層的基礎上積聚，

13、這樣一層又一層地堆積，黏結層愈來愈大，最后形成積屑瘤。（2）積屑瘤對切削過程的影響。 增大實際前角。積屑瘤黏結在刀具前刀面刀尖處，可代替刀具切削，增大了刀具的實際前角。 增大切入深度。積屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出現過切，使刀具切入深度比沒有積屑瘤時增大了，因而影響了加工尺寸。 增大已加工表面粗糙度。由于積屑瘤很不穩定，使切削深度不斷變化，導致實際前角發生變化，引起切削過程震動；積屑瘤脫落時的碎片可能黏附在已加工表面上；積屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成溝紋，這些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。 影響刀具耐用度。積屑瘤覆蓋著刀具部分刃口和前面，對切削刃和前面有一定保護作用，從而減小

14、了刀具磨損，但積屑瘤脫落時，又可能使黏結牢固的硬質合金表面剝落，加劇刀具磨損。（3）影響積屑瘤的主要因素與控制。精加工時必須避免或抑制積屑瘤的生成。其措施有如下幾種。 控制切削速度。盡量采用很低或很高的切削速度。 降低工件材料塑性。通過熱處理降低材料塑性，提高硬度，可抑制積屑瘤生成。 其他措施。減小進給量、增大刀具前角，減小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削變形減小，切削力減小，切削溫度下降，從而抑制積屑瘤的生成。10答案（1）工件材料對切屑變形的影響。工件材料的塑性是影響切屑變形的主要因素。如碳鋼的塑性越大，抗拉強度和屈服強度越低，越容易產生塑性滑移和剪切變形，在較小的應力條件

15、下就開始產生塑性變形。在相同的切削條件下，工件材料的塑性越大，切屑變形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45鋼的強度近似，但前者延伸率大得多，切削時切屑變形大，易粘刀且不易斷屑。（2）刀具前角對切屑變形的影響。刀具前角越大，減小切屑沿前刀面流出的阻力越小，切屑變形越小。（3）切削速度對切屑變形的影響。在無積屑瘤的切削速度范圍內（例如高速切削），切削速度越高，則變形越小。因為塑性變形的傳播速度較彈性變形慢。（4）切削厚度對切屑變形的影響。當切削厚度增加時，摩擦系數減小，變形變小。切削厚度增加，切屑底層變形大，上層變形小且變形程度嚴重的金屬層，占切屑體積的百分比隨著切屑厚度增加而下降。因此，從切

16、削層整體看，切屑的平均變形減小。反之，切屑越薄，變形量越大。11答案（1）工件材料的影響。工件材料的強度越大、硬度越高，切削時消耗的功越多，產生的切削熱越多，切削溫度升高。工件材料的熱導率大，熱量容易傳出，若產生的切削熱相同，則熱容量大的材料切削溫度低。工件材料的塑性越好，切削變形越大，切削時消耗的功越多，產生的切削熱越多，切削溫度升高。（2）切削用量的影響。切削用量中，切削速度對切削溫度影響最大。切削速度vc增加，切削的路徑增長，切屑底層與刀具前面發生強烈摩擦從而產生大量的切削熱，切削溫度顯著升高。進給量f對切削溫度有一定的影響。隨著進給量的增大，單位時間內金屬的切除量增加，消耗的功率增大，

17、切削熱增大，切削溫度上升。背吃刀量ap對切削溫度影響很小。隨著背吃刀量的增加，切削層金屬的變形與摩擦成正比例增加，產生的熱量按比例增加。但由于切削刃參加工作的長度也成比例增長，改善了刀頭的散熱條件，最終切削溫度略有增高。（3）刀具幾何角度的影響。刀具幾何參數對切削溫度影響較大的是前角和主偏角。前角o增大，切削變形及切屑與刀具前面的摩擦減小，產生的熱量小，切削溫度下降。反之，切削溫度升高。但是如果前角太大，刀具的楔角減小，散熱體積減小，切削溫度反而升高。主偏角r增大，刀具主切削刃工作長度縮短，刀尖角r減小，散熱面積減少，切削熱相對集中，從而提高了切削溫度。反之，主偏角減小，切削溫度降低。（4）其

18、他因素。刀具后面磨損較大時，會加劇刀具與工件的摩擦，使切削溫度升高，切削速度越高，刀具磨損對切削溫度的升高越明顯。切削液對降低切削溫度有明顯的效果，切削液的潤滑作用可減小摩擦，減少切削熱。12答案在使用刀具時，在刀具產生急劇磨損前必須重磨或更換新切削刃，這時刀具的磨損量稱為磨鈍標準或磨損限度。13答案刀具一次刃磨后從開始切削直到磨損量達到磨鈍標準為止的實際切削時間稱為刀具耐用度。刀具耐用度的大小表示刀具磨損的快慢，刀具耐用度大，表示刀具磨損慢；耐用度小，表示刀具磨損快。另外，刀具耐用度與刀具壽命是兩個不同的概念。刀具壽命是指一把新刀從投入使用到報廢為止總的切削時間，刀具的壽命等于刀具耐用度乘以

19、刃磨次數。14答案斷屑槽的槽形有折線型、直線圓弧型和全圓弧型3種。它們在垂直切削刃的剖面上的形狀如圖2-27（a）、（b）、（c）所示。除槽寬尺寸外，其中反屑角也是影響斷屑的主要因素，反屑角增大，切屑易斷裂，但會使切屑卷曲半徑Rch減小，增大卷曲變形和彎曲應用，如圖2-27（d）所示。圖2-27 斷屑槽的形式15答案（1）刀具材料采用涂層高速鋼或硬質合金均可。（2）Vc60.288 m/min（3）公稱寬度5.6577mm 公稱厚度0.35355mm 橫截面積2mm216答案主偏角對刀具耐用度影響很大。減小主偏角可使刀尖角r增大，刀尖強度提高，散熱條件改善，因而刀具耐用度高。減小主偏角可降低加

20、工表面殘留面積的高度，故可減小加工表面的粗糙度。主偏角還會影響各切削分力的大小和比例。如車削外圓時，增大主偏角，可使背向力Fp減小，進給力Ff增大，因而有利于減小工藝系統的彈性變形和震動。工藝系統剛性較好時，主偏角宜取較小值，如r=3045，例如選用45偏刀；當工藝系統剛性較差或強力切削時，一般取r=6075，例如選用75偏刀。車削細長軸時，取r=9093，以減小背向力Fp。17答案刃傾角主要影響切屑流向和刀尖強度。刃傾角對切屑流向的影響如圖2-16所示。刃傾角為正值，切削開始時刀尖與工件先接觸，切屑流向待加工表面，可避免纏繞和劃傷已加工表面，對精加工和半精加工有利，如圖2-16（b）所示。刃

21、傾角為負值時，切削中切屑流向已加工表面，如圖2-16（a）所示，容易纏繞和劃傷已加工表面。18答案（1）背吃刀量ap的選擇（2）進給量f的選擇（3）切削速度c的選擇因為切削用量3個要素對刀具耐用度T的影響程度各不相同，對刀具耐用度影響最大的是切削速度vc，其次是進給量f，最小的是背吃刀量ap。由于要保持已確定的刀具耐用度T值，提高其中某一要素時，必須相應地降低另外兩個要素。所謂選擇切削用量是選擇切削用量三要素的最佳組合，在保持刀具合理耐用度的前提下，使ap、f、vc三者的乘積值最大，以獲得最高的生產率。根據已選定的背吃刀量、進給量，按照一定刀具耐用度下允許的切削速度公式，通過計算最后確定切削速

22、度c。19答案（1）背吃刀量ap方面切削加工一般分為粗加工、半精加工和精加工。粗加工時應盡量用一次走刀切除全部粗加工余量。當粗加工余量過大、機床功率不足、工藝系統剛度較低、刀具強度不夠、斷續切削及切削時沖擊震動較大時，可分幾次走刀。切削表面層有硬皮的鑄、鍛件時，應盡量使背吃刀量大于硬皮層的厚度，以保護刀尖。半精加工和精加工的加工余量一般較小，可一次走刀切除，即ap等于半精（精）加工余量。當為保證工件的加工質量時，也可二次走刀。多次走刀時，應將第一次的背吃刀量取大些，一般為總加工余量的2/33/4。（2）進給量f方面粗加工時，由于粗加工的工藝目標是盡量高效切出加工余量，對加工后表面質量沒有太高的

23、要求，這時在工藝系統的強度、剛度允許的情況下，可選用較大的進給量，可根據工件材料、刀桿尺寸、工件直徑和已確定的背吃刀量查閱相關手冊確定。半精加工和精加工時，由于半精、精加工的工藝目標是確保加工表面質量（主要是表面粗糙度），進給量應取較小值，通常按照工件的表面粗糙度值要求，可根據工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度等條件查閱切削用量等相關手冊來選擇進給量。（3）切削速度c方面粗加工時，背吃刀量和進給量都較大，切削速度受刀具耐用度和機床功率的限制，一般較低。精加工時，背吃刀量和進給量都取得較小，切削速度主要受加工質量和刀具耐用度影響，一般較高。20答案常用的切削液分為3大類：水溶液、乳化液和切削油。（

24、1）粗加工時切削液的選擇。因為粗加工所用的加工余量、切削用量較大，所以產生大量的切削熱。在采用高速鋼刀具切削時，由于高速鋼刀具耐熱性較差，需要采用切削液，這時使用切削液的主要目的是降溫冷卻，減少刀具磨損，因此應采用3%5%的乳化液；硬質合金刀具由于耐熱性較高，一般不用切削液，若要使用切削液，則必須連續、充分地澆注，以免處在高溫狀態的硬質合金刀片產生巨大的內應力而出現裂紋。（2）精加工時切削液的選擇。精加工要求表面粗糙度值較小，一般應采用潤滑性能較好的切削液，如高濃度的乳化液或含極壓添加劑的切削油。采用高速鋼刀具精加工時可用15%20%的乳化液，以降低刀具磨損，改善加工表面質量。（3）根據工件材

25、料的性質選用切削液。切削塑性材料時需用切削液。切削鑄鐵等脆性材料時，一般不加切削液，以免崩碎狀切屑黏附在機床的運動部件上。切削銅合金和有色金屬時，一般不得使用含硫化添加劑的切削液，以免腐蝕工件表面。切削鋁、鎂及其合金時，不得使用水溶液或水溶性乳化液。在貴重精密機床上加工工件時，不得使用水溶性切削液及含硫、氯添加劑的切削油。磨削的特點是溫度高，會產生大量的細屑和砂粒，因此磨削液應有較好的冷卻性和清洗性，并應有一定的潤滑性和防銹性。第三章 金屬切削基礎知識與刀具1答案按機床工藝規程的要求，保證工件獲得相對于機床和刀具的正確位置，并通過夾緊工件保證在加工過程中始終保持工件位置正確的工藝裝備，稱為機床

26、夾具。簡單地說用來裝夾工件（和引導刀具）的裝置稱為機床夾具，簡稱夾具。夾具主要起定位夾緊作用。定位是“確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程”；夾緊是“工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作”。2答案（1）定位元件 用于確定工件在夾具中的位置使工件在加工時相對刀具及運動軌跡有一個正確的位置。（2）夾緊裝置 用于保持工件在夾具中的既定位置，使它不致因加工時受到外力的作用而改變原定的位置。（3）對刀元件 用來確定夾具相對于刀具的位置。（4）夾具體 用于連接夾具上各個元件或裝置，使之成為一個整體的基礎件。夾具體也用來與機床有關部位相連接。（5）其他元件和裝置 根據需要，夾具上

27、還可以有其他組成部分，如分度裝置等。3答案定位，就是限制自由度。用合理設置的6個支承點，限制工件的6個自由度，使工件在夾具中的位置完全確定，這就是工件定位的“六點定位原理”。有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，這種定位情況稱為不完全定位。不完全定位在對加工要求無影響的情況下是允許的。過定位會導致重復限制同一個自由度的定位支承點之間產生干涉現象，從而導致定位不穩定，破壞定位精度。是不允許的。但實際生產應用中，過定位并不是必須完全避免的。有時因為要加強工件剛性或者特殊原因，必須使用相當于比6個支承點多的定位元件。4答案定位是“確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程”；夾緊是

28、“工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作”，它與定位位置無關，是保證位置不變。5答案屬于固定支承的定位元件有支承釘和支承板，如果工件平面較小，則定位元件應采用支承釘。支承釘分為A型、B型和C型3種。工件定位基準面是毛坯表面時（粗基準），因工件表面不平整，應采用布置較遠的3個球頭支承釘（B型支承釘），使其與毛坯面接觸良好；而C型支承釘為齒紋頭，用于粗基準的側面定位，能增大摩擦系數，防止工件受力滑動。工件以加工過的平面（精基準）作定位基準時，應該采用平頭支承釘（書中圖3-33中的A型）。如果工件平面較大，則定位元件可采用支承板，如書中圖3-34所示。支承板分A型和B型兩種，一般

29、用23個螺釘緊固在夾具體上。A型支承板的結構簡單，制造方便，但板上螺釘孔的邊緣容易粘切屑，且不易清除干凈，適用于工件的側面和頂面定位；B型結構易于保證工作表面清潔，適用于工件底面定位。采用支承釘或支承板做定位基準時，必須保證其裝配后定位基準表面等高。一般采用將支承釘、支承板裝配于夾具6答案自位支承是指支承本身的位置在定位過程中，能自適應工件定位基準面位置變化的一類支承，如圖3-38所示。圖3-38（a）、（b）所示為兩點式自位支承，圖3-38（c）所示為三點接觸，這類支承的工作特點是：浮動支承點的位置能隨著工件定位基準位置的不同而自動浮動。當基準面不平時，壓下其中一點，其余點即上升，直至全部接

30、觸為止，故其作用仍相當于一個固定支承，只限制一個自由度，未發生過定位。由于增加了接觸點數，故可提高工件的安裝剛性和穩定性，多用于工件剛性不足的毛坯表面或不連續的平面的定位。 圖3-38 自位支承7答案可調支承是指高度可以調整的支承，如圖3-35所示。當夾具支承的高度要求能夠調整時，可采用可調支承。可調支承常用于鑄件毛坯、以粗基準定位的場合。在生產中，有時為了提高工件的安裝剛度和定位穩定性，常采用輔助支承。輔助支承的結構形式很多，但無論采用哪種，輔助支承都不起定位作用。輔助支承都是工件定位后才調整支承與工件表面接觸并鎖緊支承的，所以不限制自由度，同時也不能破壞基本支承對工件的定位。8答案輔助支承

31、都不起定位作用。輔助支承都是工件定位后才調整支承與工件表面接觸并鎖緊支承的，所以不限制自由度，同時也不能破壞基本支承對工件的定位。如圖3-39所示為階梯零件，當用平面1定位銑平面2時，于工件右部底面增設輔助支承3，可避免加工過程中工件的變形。可調支承是針對毛坯批次進行調整，而不是對每個工件的裝夾進行調整。可調支承在一批工件加工前調整一次，在同一批工件加工中，其作用即相當于固定支承。所以，可調支承在調整后都需用鎖緊螺母鎖緊。可調支承也可用于通用可調整夾具及成組夾具中，用一個夾具加工形狀相同而尺寸不同的工件。圖3-37所示為徑向鉆孔夾具，采用可調支承使工件軸向定位，通過調整支承長度位置，可以加工距

32、軸端面距離不等的孔。9答案確定夾緊力就是確定夾緊力的大小、方向和作用點。在確定夾緊力的三要素時要分析工件的結構特點、加工要求、切削力及其他作用外力。（1）夾緊力方向的確定。 夾緊力方向應垂直于主要定位基準面。 夾緊力應朝向工件剛性較好的方向，使工件變形盡可能小。 夾緊力的方向應使所需夾緊力最小。夾緊力最好與切削力、工件重力方向一致，這樣既可減小夾緊力，又可縮小夾緊裝置的結構。（2）夾緊力作用點的選擇。選擇作用點的問題是指在夾緊方向已定的情況下確定夾緊力作用點的位置和數目。合理選擇夾緊力作用點必須注意以下幾點。 夾緊力作用點應落在定位元件上或定位元件所形成的支承區域內。 作用點應作用在工件剛性較

33、好的部位。應盡量避免或減少工件的夾緊變形，這一點對薄壁工件更顯得重要。 夾緊力作用點應盡可能靠近加工面。這可以減小切削力對夾緊點的力矩，從而減輕工件的震動。（3）夾緊力大小的確定。在夾緊力的方向、作用點確定之后，必須確定夾緊力的大小。夾緊力過小，難以保證工件定位的穩定性和加工質量；夾緊力過大，將不必要地增大夾緊裝置等的規格、尺寸，還會使夾緊系統的變形增大，從而影響加工質量。特別是機動夾緊時，應計算夾緊力的大小。10答案（1）車床夾具特點： 安裝在車床主軸上的夾具。這類夾具中，除了各種卡盤、頂尖等通用夾具或其他機床附件外，往往根據加工的需要設計各種心軸或其他專用夾具，加工時夾具隨機床主軸一起旋轉

34、，切削刀具作進給運動。 安裝在滑板或床身上的夾具。對于某些形狀不規則和尺寸較大的工件，常常把夾具安裝在車床滑板上，夾具作進給運動。加工回轉成形面的靠模屬于此類夾具。（2）銑床夾具特點：銑床夾具主要用于加工零件上的平面、凹槽、鍵槽、花鍵、缺口及各種成形面。由于銑削加工通常是夾具隨工作臺一起作進給運動，按進給方式不同銑床夾具可分為直線進給式、圓周進給式和靠模進給式三種類型。直線進給式銑床夾具這類銑床用得最多。夾具安裝在銑床工作臺上，加工中隨工作臺按直線進給方式運動。根據工件質量、結構及生產批量，將夾具設計成單件多點、多件平行和多件連續依次夾緊的聯動方式，有時還要采用分度機構，均為了提高生產效率。圓

35、周進給式銑床夾具圓周進給銑削方式在不停車的情況下裝卸工件，一般是多工位，在有回轉工作臺的銑床上使用。這種夾具結構緊湊，操作方便，機動時間與輔助時間重疊，是高效銑床夾具，使用于大批量生產。靠模銑床夾具這種帶有靠模的銑床夾具用在專用或通用銑床上加工各種非圓曲面。靠模的作用是使工件獲得輔助運動，形成仿形運動。按主進給運動方式，靠模銑床夾具可分為直線進給和圓周進給兩種。（3）鉆床夾具特點：鉆床夾具一般由外套和鉆模板構成。根據被加工孔的分布和鉆模板的特點，鉆模一般分為固定式、回轉式、移動式、翻轉式、蓋板式和滑柱式等幾種類型。固定式鉆模。在使用過程中，鉆模和工件在機床上的位置固定不動。常用于在立式鉆床上加

36、工較大的單孔或在搖臂鉆床上加工平行孔系。回轉式鉆模。回轉式鉆模鉆模體可按一定的分度要求繞某一固定軸轉動。主要用于加工同一圓周上的平行孔系或分布在圓周上的徑向孔。工件在一次裝夾后，靠鉆模體旋轉，依次加工出各孔。它包括立軸、臥軸和斜軸回轉3種基本形式。移動式鉆模。移動式鉆模常用于單軸立式鉆床，先后鉆削工件同一表面上的多個孔。一般工件和被加工孔的孔徑都不大，屬小型夾具。翻轉式鉆模。翻轉式鉆模整個夾具可以帶動工件一起翻轉，加工中、小型工件分布在不同表面的孔系，甚至可加工定位基準面上的孔。蓋板式鉆模。這類鉆模常用于加工大型工件上的小孔。鉆模本身是一塊鉆模板，上面裝有導向定位裝置、夾緊元件和鉆套，加工時將

37、其覆蓋在工件上即可。所以該類鉆模應在保證剛性的基礎上，盡量減輕其結構重量。這種鉆模通常利用工件底面做安裝基準面，因此，鉆孔精度取決于工件本身精度及工件和鉆模的安裝精度。（4）鏜床夾具特點：鏜模一般由定位元件、夾緊裝置、導引元件（鏜套）、夾具體（鏜模支架和鏜模底座）4個部分組成。其加工過程是刀具隨鏜桿在工件的孔中做旋轉運動，工件隨工作臺相對于刀具做慢速的進給運動，連續切削性能比較穩定，適用于精加工。故鏜模是一種精密夾具，它和鉆模一樣，是依靠專門的導引元件鏜套來導引鏜桿，從而保證所鏜的孔具有很高的位置精度。11答案（1）數控機床夾具的特點：為適應數控工序中的多個表面加工，要避免夾具結構包括夾具上的

38、組件對刀具運動軌跡的干涉。必須保證最小的夾緊變形。要求夾具裝卸工件方便，輔助時間盡量短。數控加工夾具可使用氣動、液壓、電動等自動夾緊裝置實現快速夾緊，縮短輔助時間。多件同時裝夾，提高效率。夾具結構應力求簡單。夾具應便于在機床工作臺上裝夾。（2）常用夾具：數控車床夾具主要有三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、花盤等。數控銑床、加工中心使用的夾具有平口虎鉗、壓板-T形螺釘、彎板、形塊等。12答案組合夾具是由可以循環使用的標準的夾具零部件組裝成容易聯接和拆卸夾具。組合夾具的柔性大，適于單件小批生產，是一種標準化、系列化、通用化程度高的工藝裝備。組合夾具的元件和合件屬于標準零部件，已經實現了專業化生產，具有

39、精度高、耐磨性好和完全互換性，在生產領域應用很方便。用組合夾具加工的工件，位置精度一般可達IT8IT9，如果經精確調整，可以達到IT7級。T型槽系組合夾具的元件的分類、功用和組裝如下圖所示：圖3-85 T形槽系組合夾具組裝圖1基礎件 2支承件 3定位件 4導向件 5夾緊件 6緊固件 7手柄件 8分度合件第四章 機械加工工藝規程1答案機械制造工藝是指利用機械制造方法直接改變原材料的形狀、尺寸、相對位置和表面質量等，使其成為制造產品的加工過程的統稱。生產過程是將原材料轉變為成品的全過程。工藝過程是指在生產過程中直接改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質，使其成為成品或半成品的過程。工藝規程是規定

40、產品或零件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。工序是指一個（或一組）工人在一個工作地（或一臺機床上）對同一個（或同時對幾個）工件所連續完成的那一部分工藝過程。工步是指在加工表面（或裝配時的連接表面）和加工（或裝配）工具不變的情況下，所連續完成的那一部分工序。走刀是在一個工步內，如果要切除的金屬層很厚，需要對同一表面進行幾次切削，這時刀具每切削一次稱作一次走刀。生產綱領是指在計劃期內企業應當生產的產品產量和進度計劃。計劃期為一年，所以生產綱領也稱年的總生產量。生產類型是企業生產專業化程度的分類。一般分為單件生產、成批生產和大量生產。生產批量是一次投入或產出的同一產品或零件數量，簡稱批量。工序尺寸

41、是指本工序加工后應達到的尺寸。工序余量是指零件加工前后從加工表面切除的材料層厚度。毛坯余量是指各個工序余量的總和，也就是從毛坯變為成品的整個加工過程中，某一加工表面上所切除的金屬總厚度。粗基準是用毛坯上未經加工的表面作為定位基準。精基準是利用工件上已加工過的表面作為定位基準面。工序集中是將工件的加工集中在少數幾道工序內完成。工序分散是將工件的加工分散在較多的工序內完成。時間定額是在一定生產條件下，規定生產一件產品或完成一道工序所消耗的時間。零件結構工藝性是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下制造的方便性、可行性和經濟性，即零件的結構應方便于加工時工件的裝夾、對刀、測量，可以提高切削效率等。為了

42、多快好省地把所設計的零件加工出來，就必須對零件的結構工藝性進行詳細的分析。2 答案生產類型的工藝特點如下表：工 藝 特 點生 產 類 型單件小批生產中 批 生 產大批量生產零件的互換性用修配法，缺乏互換性多數互換，部分修配全部互換，高精度配合采用分組裝配毛坯情況鍛件自由鍛造，鑄件木工手工造型，毛坯精度低鍛件部分采用模鍛，鑄件部分用金屬模，毛坯精度中等廣泛采用鍛模，機器造型等高效方法生產毛坯，毛坯精度高機床設備及其布置形式通用機床，機群式布置，也可用數控機床部分通用機床，部分專用機床，機床按零件類別分工段布置廣泛采用自動機床，專用機床，按流水線、自動線排列設備工藝裝置通用刀具、量具和夾具，或組合

43、夾具，找正后裝夾工件廣泛采用夾具，部分靠找正裝夾工件，較多采用專用量具和刀具高效專用夾具，多用專用刀具，專用量具及自動檢測裝置對工人的技術要求需要技術熟練中等對調整工人的技術水平要求高，對操作工人技術水平要求低工藝文件僅要工藝過程卡工藝過程卡，關鍵零件的工序卡詳細的工藝文件，工藝過程卡、工序卡、調整卡等生產率較低中等高加工成本較高中等低3答案（1）保證工件加工表面與不加工表面的相互位置精度，選擇不加工表面作為粗基準對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，必須保證其不加工表面與加工表面的相互位置時，選擇不加工表面作為粗基準。如果零件上有多個不加工表面，應選擇其中與加工表面相互位置要求高的表面作為

44、粗基準。圖4-16所示零件一般要求壁厚均勻，所以加工中的粗基準選擇方案一是正確的。圖4-17所示撥桿上有多個不加工表面，但保證加工f20mm孔與不加工表面f40mm外圓的同軸度（可以保證零件的壁厚均勻）是主要的，因此加工f20mm孔時應選f40mm外圓為粗基準。 圖4-16 粗基準選擇對加工工件的影響 圖4-17 撥桿粗基準的選擇（2）保證重要表面的余量均勻工件必須首先保證某重要表面的余量均勻，選擇該表面為粗基準。如床身的加工，床身上的導軌面是重要表面，要求導軌面的加工余量均勻。若精磨導軌時，先以床腳平面作為粗基準定位，磨削導軌面，如圖4-18（b）所示，導軌表面上的加工余量不均勻，切去的又太

45、多，會露出較疏松的、不耐磨的金屬層，達不到導軌要求的精度和耐磨性。若選擇導軌面為粗基準定位，先加工床腳底面，然后以床腳底面定位加工導軌面，如圖4-18（a）所示，這就可以保證導軌面加工余量均勻。圖4-18 床身的加工（3）選擇余量最小的表面為粗基準選擇毛坯加工余量最小的表面作為粗基準，以保證各加工表面都有足夠加工余量，不至于造成廢品。如圖4-19所示，加工鑄造或鍛造的軸套，通常加工余量較小，并且孔的加工余量較大，而外圈表面的加工余量較小，這時就應該以外圈表面作為粗基準來加工孔。（4）選擇平整光潔的表面作為粗基準應該選擇毛坯上尺寸和位置可靠、平整光潔的表面作為粗基準，表面不應有飛邊、澆口、冒口及

46、其他缺陷，這樣可減少定位誤差，并使工件夾緊可靠。（5）不重復使用粗基準在同一尺寸方向上粗基準只準使用一次。因為粗基準是毛坯表面，定位誤差大，兩次以上使用同一粗基準裝夾，加工出的各表面之間會有較大的位置誤差。圖4-20所示零件加工中，如第一次用不加工表面f30mm定位，分別車削f18H7mm和端面；第二次仍用不加工表面f30mm定位，鉆4f8mm孔，則會使f18H7mm孔的軸線與48mm孔位置即f46mm的中心線之間產生較大的同軸度誤差，有時可達23mm。因此，這樣的定位方案是錯誤的。正確的定位方法應以精基準f18mm孔和端面定位，鉆4f8mm孔。 圖4-19軸套內孔加工基準的選擇 圖4-20

47、重復使用粗基準4答案（1）基準重合原則應盡量選擇加工表面的設計基準作為定位基準，這一原則稱為基準重合原則。用設計基準作為定位基準可以避免因基準不重合而產生的定位誤差。如圖4-13（a）、（b）、（c）所示，采用調整法銑削C面，則工序尺寸c的加工誤差TC不僅包含本工序的加工誤差j，而且還包含基準不重合帶來的誤差Ta。如果采用圖4-13（d）所示的方式安裝，則可消除基準不重合誤差。圖4-13 基準重合原則示意圖（2）基準統一原則盡可能采用同一個定位基準來加工工件上的各個加工表面，這稱為基準統一原則。例如，一般軸類零件加工的多數工序以中心孔定位；在圖4-12活塞加工的工藝過程中，多數工序以活塞的止口

48、和端面定位；箱體零件采用一面兩孔定位，齒輪的齒坯和齒形加工多采用齒輪的內孔及一端面為定位基準，均屬于基準統一原則。基準統一有利于保證工件各加工表面的位置精度，避免或減少因基準轉換而帶來的加工誤差。同時可以簡化夾具的設計和制造。（3）自為基準原則某些加工表面余量較小而均勻的精加工工序選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則。如圖4-14所示，磨削車床導軌面用可調支承定位床身，在導軌磨床上用百分表找正導軌本身表面作為定位基準，然后磨削導軌，可以滿足精磨導軌面的余量小且均勻。還有浮動鏜刀鏜孔、珩磨孔、拉孔、無心磨外圓等，也都是自為基準定位。（4）互為基準原則某個工件上有兩個相互位置精度要求很高

49、的表面，采用工件上的這兩個表面互相作為定位基準，反復進行加工，稱為互為基準。互為基準可使兩個加工表面間獲得高的相互位置精度，且加工余量小而均勻。如加工精密齒輪中的磨齒工序，先以齒面為基準定位磨孔，如圖4-15所示；然后以內孔定位，磨齒面，使齒面加工余量均勻，能保證齒面與內孔之間的較高的相互位置精度。 圖4-14 自為基準原則示意圖 圖4-15 互為基準定位的磨齒輪孔 1推銷 2鋼球 3齒輪（5）準確可靠，便于裝夾的原則：所選精基準應保證工件定位準確，安裝可靠，裝夾方便，夾具結構簡單適用、操作方便。5答案以110mm外圓表面A為粗基準，加工內孔。因無同軸度等公差要求，所以一次裝夾完成全部內孔加工

50、。最后進行端面加工。6答案如圖4-45所示，零件毛坯為35mm棒料，批量生產時其機械加工過程如下所述：在鋸床上切斷下料，車一端面鉆中心孔，調頭，車另一端面鉆中心孔，在另一臺車床上將整批工件一端外圓都車至30mm及20mm，調頭再用車刀車削整批工件的18外圓，又換一臺車床，倒角，車螺紋。最后在銑床上銑兩平面，轉90后，銑另外兩平面。制定工藝規程卡和工序卡參見教材表4-16。習題 圖4-44 端蓋（題4-5圖） 圖4-45 軸類零件（題4-6圖）7答案（1）劃分加工階段的原因：保證加工質量。粗加工時切除的余量大，切削力和夾緊力大，切削熱多，產生的加工誤差大。兩個加工階段之間的工件周轉期間長，要有充

51、分的時間使工件冷卻和內應力重新分布，可以確保精加工階段糾正粗加工的加工誤差和精加工后質量的穩定。合理使用機床設備。粗加工可使用功率大、精度較低的機床，以獲得較大的生產率。精加工切削力小，可使用高精度的機床加工，既確保加工質量，又有利于長期保護機床精度。充分發揮熱處理工序的效果。可以在機械加工工序中插入必要的熱處理工序，使熱處理發揮充分的效果。如材料預備熱處理前安排粗加工，有利于消除粗加工產生的內應力，最終熱處理后再安排精加工可以去除淬火后的工件變形。劃分了加工階段，帶來了兩個有利條件：第一是粗加工完各表面后，可及時發現毛坯的缺陷，及時報廢或修補；第二是精加工表面的工序安排在最后，可保護已加工表

52、面少受損傷。（2）加工階段的劃分：在加工較高精度的工件時，如工序數較多，可把整個工藝路線分成如下幾個加工階段。粗加工階段。高效率地去除各加工表面上的大部分余量。粗加工階段所能達到的精度較低，表面粗糙度大，主要任務是如何獲得高的生產率。半精加工階段。目的是消除主要表面上經粗加工后留下的加工誤差，使其達到一定的精度，為進一步精加工做準備（保證精加工余量），同時完成一些次要表面的加工（鉆孔、攻螺紋、銑鍵槽等）。精加工階段。該階段中的加工余量和切削用量都很小，其主要任務是保證工件的主要表面的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度。光整加工階段。對精度要求高、表面粗糙度要求小（公差等級6、表面粗糙度Ra0.3

53、2mm）的零件，還要有專門的光整加工階段。包括珩磨、超精加工、鏡面磨削等方法，其加工余量極小，目的是進一步提高尺寸精度和減小表面粗糙度，一般不能用于提高形狀精度和位置精度。8答案（1）先粗后精。先安排粗加工工序，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工工序。（2）先主后次。零件的主要表面是加工精度和表面質量要求高的表面，它的工序較多，其加工質量對零件質量影響大，因此先加工。一些次要表面如緊固用的螺孔、鍵槽等，可穿插在主要表面加工之間和加工之后進行。（3）先基準，后其他。先用粗基準定位加工精基準表面，為其他表面的加工提供可靠的定位基準，然后再用精基準定位加工其他表面。如軸類零件一般以中心孔為精

54、基準，所以先以外圓為粗基準加工中心孔，然后再以中心孔定位加工外圓柱面。（4）先面后孔。這是上一條原則的特例，因為對于箱體類零件，它的平面的輪廓尺寸大，用平面為精基準加工孔定位可靠，也容易實現，而先加工孔、再以內孔定位加工平面則比較困難。所以箱體零件一般先以主要孔為粗基準加工平面，再以平面為精基準加工孔系。9答案（1）前工序的表面粗糙度高度a和表面缺陷層厚度Da。為使加工后的表面沒有前工序留下的加工痕跡，應將前工序形成的a和a層切除。a和a應包括在加工余量內。（2）前工序的尺寸公差Ta。由于工序尺寸的公差是按“入體原則”標注，因此Ta值在工序尺寸的入體方向，如圖4-23所示，所以公差值a應包括在

55、加工余量內。（3）前工序的位置誤差ra。是指不由尺寸公差Ta所控制的形位公差，如采用獨立原則或最大實體原則時，本工序通過切削加工修正前工序形成的這種誤差，所以a值應包括在加工余量內。（4）工序的裝夾誤差eb。用來補償裝夾誤差對加工的影響。10答案（1）定位基準選擇（2）工序的劃分（3）工步的劃分（4）工序順序的安排（5）選擇合理的走刀路線11答案時間定額是在一定生產條件下，規定生產一件產品或完成一道工序所消耗的時間。它包括下列組成部分：（1）基本時間j基本時間是指直接改變生產對象的尺寸、形狀、相互位置、表面狀態或材料性質等工藝過程所消耗的時間。對切削加工而言，就是直接用于切除余量所消耗的時間（

56、包括刀具的切出、切入時間），可以由計算確定。（2）輔助時間Tf輔助時間是指為實現工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間。它包括在機床上裝卸工件，開、停機床，進刀、退刀操作，測量工件等所用的時間，基本時間和輔助時間之和稱為作業時間Tz。顯然作業時間是直接用于制造零件所消耗的時間。（3）布置工作地點時間Tb布置工作地點時間是指為使加工正常進行，工人照管工作地（如更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的時間。一般可按作業時間的2%7%計算。（4）休息與生理需要時間Tx休息與生理需要時間是指工人在工作班內為恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間。一般可按作業時間的2%4%計算。綜上所述

57、，單件時間d用公式表示為：Tdjfbx（5）準備與終結時間Te對成批生產來說，準備與終結時間是工人為加工一批工件進行準備和結束工作所消耗的時間。例如熟悉工藝文件、領取毛坯、借取和安裝刀具和夾具、調整機床、歸還工藝裝備、送交成品等。12答案工序尺寸H為150，上偏差為+0.05，下偏差為-0.05。13答案 圖4-46 主軸箱（題4-12圖） 圖4-47 銑削平面（題4-13圖）銑削平面C工序尺寸及極限偏差為L1600.2mm銑削平面D工序尺寸及極限偏差為800.2mm銑削槽E面工序尺寸及極限偏差為1000.6mm14答案新的測量尺寸為左側孔底到端面的距離，其尺寸及極限偏差為30。15答案（1）

58、按工件的定位方式劃分工序。數控加工常常是粗加工和精加工在一次裝夾下完成，工序內容較多，要求夾緊力大。為了保證數控加工中定位夾緊的可靠性，一般需要精基準定位，擬定工藝路線要遵循基準先行的原則，在工藝過程中首先用普通機床完成工件精基準的加工，然后用精基準定位，采用數控機床加工零件的主要表面。（2）粗、精加工分開的原則劃分工序。如果粗加工和精加工安排在同一工序中的做法不能滿足工件的加工精度要求，例如對粗加工后需要短期時效（如時效8小時以上）的工件，或粗加工后可能引起變形、需要矯形（校正）的工件，為了確保加工精度，粗加工和精加工應分成兩個工序完成。（3）按使用刀具不同劃分工序。為減少換刀次數，縮短空行

59、程，在一個工序中，用同一把刀具盡可能加工完工件上需用該刀加工的所有表面，盡量避免在其他工序中再一次使用該刀具，避免多次換用同一把刀具，無謂增加換刀次數，消耗換刀時間。（4）以加工部位劃分工序。對于加工內容很多的工件，可按其結構特點將加工部位分成幾個部分，如內腔、外形、曲面或平面，并將每一部分的加工作為一道工序。16答案（1）刀具進入切削前和切削后要安排進刀量和退刀量，即為避開加速和減速過程必須附加一小段行程長度，使刀具在切入過程中完成加速，達到勻速狀態，而在離開工件后的切出中減速停止。（2）沿工件加工表面切向進刀和退刀。沿工件加工表面切向進刀切入工件時，刀具的切入運動與切削進給運動連續，可避免

60、在加工表面產生刀痕。同樣，切出工件進給也是如此。（3）直線進刀、退刀路線。采用與工件輪廓曲面相切的直線段路線進刀、退刀。（4）沿1/4圓弧段進、退刀路線。避免加工表面在刀具轉向處將留下刀痕的另一種進刀方法，是采用與工件輪廓曲面相切的1/4圓的圓弧段進刀和退刀，使圓弧段與切削軌跡相切。此時要求進、退刀的圓弧段的半徑大于銑刀直徑的2倍。（5）走刀路線應使加工后工件的變形最小。如對截面小的細長零件或薄板零件應采取分幾次走刀加工的方法，或對稱去除余量的方法安排走刀路線。（6）尋求最短加工路線。提高加工效率。（7）最終輪廓一次走刀完成。為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中