2017-2018 学年第二学期机械制造技术基础作业1、切削用量三要素包含哪些？请分别解释它们的定义，并说明如何计算。

答：切削用量三要素：切削速度Vc、进给量f、背吃刀量ap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。

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。

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。

2、刀具前角和主偏角对切削力有何影响？切削力三个分力对工艺系统各有何影响？答：1）刀具前角增大，切削力减小。

2）主偏角增大，切深抗力减小，而进给抗力增大。

3）主切削力是最大切削力，直接影响机床主电机功率选择、主轴强度和刚度设计以及刀具强度设计。

4）进给抗力直接影响机床进给系统的功率、强度和刚度的设计。

5）切深抗力是造成让刀和细长工件变形从而引起加工形状和尺寸误差的主要原因。

3、刀具切削部分材料应具备哪些性能? 为什么?答：刀具切削材料应具备的性能：高的硬度和耐磨性；足够的强度和韧度；高的耐热性；④良好的工艺性；⑤满足良好的经济性。

原因：在切削过程中，刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面。

切削加工时，由于摩擦与变形，刀具承受了很大的压力和很高的温度，因此在选择刀具材料时应该要考虑材料的硬度、耐磨性、强度、韧度、耐热性、工艺性及经济性。

刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影响，因此要重视刀具材料的正确选择和合理使用4、切削热是怎样产生？它对切削加工有何影响？答：切削加工过程中，切削功几乎全部转化为热能，将产生大量的热量，将这种产生于切削过程的热量称为切削热。

其来源主要有3 种：（1）切屑变形所产生的热量，是切削热的主要来源。

（2）切屑与刀具前刀面之间的摩擦所产生的热量。

（3）零件与刀具后刀面之间的摩擦所产生的热量。

传入零件的切削热，使零件产生热变形，影响加工精度，特别是加工薄壁零件、细长零件和精密零件时，热变形的影响更大。

磨削淬火钢件时，磨削温度过高，往往使零件表面产生烧伤和裂纹，影响零件的耐磨性和使用寿命。

传入刀具的切削热，比例虽然不大，但由于刀具的体积小，热容量小，因而温度高，高速切削时切削切削温度可达1000 度，加速了刀具的磨损。

5、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：在切削速度不高而又能形成连续切削，加工一般钢材或其他塑性材料，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块，称为积屑瘤。

其硬度很高，为工件材料的2——3 倍，处于稳定状态时可代替刀尖进行切削。

成因：在中低速切削塑性金属材料时,刀—屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面,两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。

瘤核逐渐长大成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。

影响：积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损；积屑瘤使刀具的实际工作前角大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降低了工件的加工精度；积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。

由此可见：积屑瘤对粗加工有利，生产中应加以利用；而对精加工不利，应以避免。

6、金属切削过程的实质是什么？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？由此如何减少切削变形？答：金属切削过程形成过程的实质：是如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响，金属切割过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也会产生弹性变形、塑性变形、晶格剪切滑移直至破裂，最终完成切削，完成切削过程。

切削层金属的变形程度指标：相对滑移ε、变形系数Λh。

切削变形程度主要受到前角、剪切角的影响。

如果增大前角和剪切角，使ε和Λh 减小，则切削变形减小。

只能近视地表示切削变形程度。

因为Λh 主要从塑形压缩方面分析；而ε主要从剪切变形考虑。

所以ε和Λh 都只能近似地表示剪切变形程度。

7、分别说明切削速度和背吃刀量的改变对切削温度的影响？答：（1）切削速度v 的影响随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。

这是因为：切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。

另外，随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例地增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。

（2）进给量f 的影响随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，使切削温度上升。

但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。

这是因为：单位切削力和单位切削功率随增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了，同时增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。

（3）背吃刀量ap 的影响背吃刀量对切削温度的影响很小。

这是因为，增大以后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加工作的长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。

切削温度对刀具磨损和耐用度影响很大。

由以上规律，可知，为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或进给量, 比选用大的切削速度有利。

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：低速、中速高速钢磨损的原因：磨粒磨损对高速钢作用较明显。

在切削过程中有一些比刀具材料硬度更高的碳化物、氧化物、氮化物和积屑瘤碎片等硬颗粒起着磨粒切削的作用，造成磨损，是低速时磨损的主要原因。

粘结磨损，由于接触面滑动，在粘结处产生破坏造成的。

在低速切削时，温度低，在压力作用的接触点处产生塑性变形；在中速切削时，温度较高，促使材料软化和加速分子间运动，更容易造成粘结。

相变磨损：在中速切削时，温度较高，当超过相变温度时，刀具表面金相组织发生变化。

中速、高速硬质合金磨损的原因：粘结磨损，在高温作用下钛元素之间的亲和作用，会造成粘结磨损。

扩散磨损：在高温作用下，切削接触面间分子活动能量大，合金过元素相互扩散，降低刀具材料力学性能，经摩擦作用，加速刀具磨损。

氧化磨损：在温度较高时，硬质合金中WC、Co 与空气中的O2 化合成脆、低强度的氧化膜WO2，受到氧化皮、硬化层等摩擦和冲击作用，形成了边界摩损。

9、试分析下图中各定位元件所限制的自由度数。

10. 什么是定位？什么是夹紧？定位与夹紧的区别什么？答：定位是指工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程。

夹紧是指工件定位后用外力将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。

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、车床车全部外圆、切槽与倒角2 铣键槽、去毛刺铣床3 磨外圆外圆磨床12、试确定在批量生产条件下，下图所示阶梯轴的加工工艺过程。

材料为 45 钢,表面硬度要求 35-40HRC。

请拟定工序，定位粗基准和精基准，工序内容，加工方法。

答：根据条件可知，该轴为一般精度和表面粗糙度要求的普通轴，材料为45#，表面硬度要求35~40HRC，所以可以用调质处理达到；因两端Φ20 的轴颈要求同轴度为Φ0.02，所以应该以轴线作为外圆车削加工的定位粗、精基准；毛坯可采用热轧45#棒料，尺寸为Φ40*100 经过锻造后形成；基本工艺流程是：锻造-调质处理-粗车-半精车。

其工序及相关内容如下表所示：13、选择下图所示的摇杆零件的定位基准。

零件材料为 HT200，毛坯为铸件（提示：考虑铸件毛坯一般具有哪些可能的缺陷），生产批量 5000，单位：件答：毛坯为铸件，且两孔的中心距有公差，故小孔φ12 不用铸出。

选择粗基准：对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择不加工表面作为粗基准。

φ40 无表面要求，故不加工，φ40 为粗基准，加工φ20H7,及端面A。

选择精基准：从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。

.两孔的中心距有公差，应选φ20H7 为精基准，加工φ12H7，面C。

.B 面、C 面有公差，应选C 面为精基准，加工B 面。

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：钻孔它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。

但是它们的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）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。

（2）举例：仿形车床：能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环(见仿形机床)，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15 倍。

有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。

自动化车床：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，适用于中、大批、大量生产。

数控车床：数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备。

这种类型的车床高度自动化，加工可重复，能精确确保所需尺寸，并降低工人的技术要求。

它们适合中、小批量生产。

16、对比周铣与端铣、顺铣与逆铣，它们各有什么优缺点？如何应用？答：（1)端铣：同时工作的刀齿比较多，铣削力波动小，工作比较平稳；周铣：同时工作的刀齿较少，铣削力波动大，工作不够平稳。

为了弥补这一缺点，圆柱铣刀一般做成较大的螺旋角。

两种铣削方式相比，端铣具有铣削较平稳，加工质量及刀具耐用度均较高的特点，且端铣用的面铣刀易镶硬质合金刀齿，可采用大的切削用量，实现高速切削，生产率高。

但端铣适应性差，主要用于平面铣削。

周铣的铣削性能虽然不如端铣，但周铣能用多种铣刀，铣平面、沟槽、齿形和成形表面等，适应范围广，因此生产中应用较多。

（2)顺铣：铣削力的水平分力与工件的进给方向相同，如果丝杠螺母副存在轴向间隙，当纵向切削力大于工作台与导轨之间的摩擦力时，会使工作台带动丝杠出现左右窜动，造成工作台进给不均匀，严重时会出现打刀现象。

在铣削铸件或锻件等表面有硬度的工件时，顺铣刀齿首先接触工件硬皮，加剧了铣刀的磨损。

粗铣时，宜采用逆铣方式加工。