机械制造工艺学_第3章
机械制造工艺学(王先逵)第三章参考答案(部分)
3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：1．加工表面层的几何形貌主要由以下几部分组成：⑴表面粗糙度；⑵波纹度⑶纹理方向⑷表面缺陷2．表面层材料的力学物理性能和化学性能表面层材料的力学物理性能和化学性能主要反映在以下三个方面：⑴表面层金属冷作硬化；⑵表面层金属的金相组织变化；⑶表面层金属的残余应力。
3-2为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质量对机器使用性能有哪些影响？一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负荷所引起的最大应力和外界介质的侵蚀，表面上有着引起应力集中而导致破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与机器零件的使用性能有关。
二、加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配合质量都有影响(一)表面质量对耐磨性的影响1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。
2．表面纹理对耐磨性的影响圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。
在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差3．冷作硬化对耐磨性的影响加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。
(二)表面质量对耐疲劳性的影响1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。
(三)表面质量对耐蚀性的影响1．表面粗糙度对耐蚀性的影响表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。
2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗耐蚀的能力。
机械制造工艺学第三章
机械制造工艺学第三章
二、表面质量对产品使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响 零件精度保持性取决于耐磨性，耐磨性越高则工作精度 保持性越好。耐磨性除与摩擦副的材料和润滑条件有关外， 还与零件表面质量有关。 1、粗糙度、波纹度对耐磨性的影响 表面越粗糙，有效接触面积越小，初期磨损越大。一般 说来随着粗糙度的减小，耐磨性提高，但也不是越小越好。 当表面粗糙度小到一定程度后，零件间的分子亲和力加强， 接触面容易发生分子粘接，润滑液难以储存，磨损加快。
（一）几何因素 切削加工的表面粗糙度取决于切削残留面积的高度。残留
面积高度与刀具的进给量，主偏角、副偏角和刀尖圆角半径有关。 NhomakorabeaH
ctgKr f ctg机K械r`制造工艺学第三H章 2r
(f 4r
)2
f2 8r
图中的虚线为Rz与rE 、f的 计算关系曲线，而实线为实际 加工的结果。两者数值上的差 别是由于Rz不仅受刀具几何形 状的影响，同时还受表面金属 层塑性变形的影响。进给量越 小，这种影响越大。
机械制造工艺学第三章
2、表面纹理对耐磨性的影响 表面纹理的形状和方向影响有效接触面积和润滑油的 存留。一般说来，圆弧状，坑状表面纹理的耐磨性好，尖 峰状的表面纹理由于接触面压强大,耐磨性差。纹理方向 与运动方向相同，耐磨性好；纹理方向与运动方向垂直, 则耐磨性差。 3、表面冷作硬化对耐磨性的影响 表面层冷作硬化减少了摩擦副 接触部位的弹性变形和塑性变形， 因而减少了磨损，提高耐磨性， 但并不是硬化程度越高耐磨性越 好，在硬化过度时，引起组织疏松 磨损会加剧，甚至产生剥落，所以 硬化层要控制在一定的机范械制围造工。艺学第三章
机械制造工艺学第二版_王先奎第二章4
sin
y1
cos z1
.
Ei ——坐标变换矩阵
记列矩阵：rx y zT r1x1 y1 z1T
则： rEir1
α——由扭曲造成
β——由垂直面内直线度造成
γ——由水平面内直线度造成
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（图3－10），其中
x x1
:y y1 cosz1sin z y1sinz1 cos
转角误差计算
x 1 0
y
0
cos
z 0 sin
x1
E
i
y
1
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z1
0 x1
3、实际生产中，两种方法结合应用。
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第二节 工艺系统的几何精度对加工精度的影 响
一、加工原理误差
1、近似的切削成形运动
例如：数控插补原理：直线或圆弧逼近曲线的 加工，数控铣床上用球头铣刀加工曲面（行 切法）（图3－3）
2、近似的切削刀形状
例如：滚齿刀具
3、近似的计算
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2．导轨误差的理论分析方法 滑板在导轨上运动，导向：限制了5个自由度。 坐标系的建立：
直角坐标系： o,i,j,k——与导轨固连
通常i轴与主轴平行或垂直
直角坐标系 1o 1;i1,j1,k1——与滑板固连 直角坐标系 o;i,j,k——滑板上的参考坐
标系。随滑板平移时，各坐标轴方向始终与导
第三章机械加工精度
第一节 概述 1、机械产品的质量
取决于零部件的加工质量，产品的装配质量。 2、零件的加工质量
1）几何形状——加工精度、表面粗糙度 2）物理性能——硬度、强度、韧性、耐磨 性等。 3）化学性能——耐磨蚀性能。 4）其它性能
机械制造工艺学(川农)
制造工艺第一章、绪论（一）生产过程1、生产过程：从原材料到成品出厂的全部过程，包含毛坯制造、零件加工、机器装配检验等，以及专用夹具制造、机器包装、动力供应等辅助劳动全过程。
2、工艺过程：是生产过程的一部分，是直接生产的过程，即采用金属加工零件，使之达到要求尺寸、形状、粗糙度等，成为合格零件的生产过程。
3、工艺过程组成：工序、安装、工位、工步、走刀(1)工序：同一个（或一组）工人，在同一个地点，对同一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。
(2)安装：每次装夹都是一次安装。
(3)工位：在工件一次安装中，通多分度装置，使工件对于机床床身变换加工位置，则每一次加工位置上安装内容为工位。
（例，一个圆台上钻多个孔，刀具不动，转动工件，则每个孔加工即为一个工位）。
(4)工步：加工表面、刀具、速度、进给量都不变的工位内容。
(5)走刀：切削刀具在加工表面切削一次所完成的工步内容。
4、批量生产：大型产品小批量，中小型产品大批量5、生产分类：单件小批生产、中批生产、大批大量生产（专用夹具）6、工件装夹：夹具中装夹、直接找正装夹、划线找正装夹（二）六点定位1、六个运动：沿x、y、z三个方向的移动与转动2、定位元件限制的自由度与其大小、长度、数量、组合形式有关3、典型定位元件定位分析：P16-表1-74、定位类型(1)完全定位：限制6个自由度(2)不完全定位：限制1-5个自由度(3)欠定位：应限制的自由度未被限制(4)过定位（重复定位）：一个自由度同时被2个及以上限制（三）基准1、分类：设计基准、工艺基准（工序、定位、测量、装配基准）2、工序基准：工序图上用以确定本工序加工面加工后的形位、尺寸3、定位基准：加工中用于工件定位的基准第二章、加工工艺规程（一）概述1、机械加工工艺规程是规定产品、零部件的机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
（进行生产准备、生产计划等指导文件）2、设计原则：可靠地保证零件图上技术要求实现；满足生产纲领要求；成本最低；减轻劳动强度，确保安全。
机械制造工艺学第三章作业讲评稿PPT课件
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解： 定位基准与工序基准一致，均为两孔孔心连线，无基准不重合误差
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3-7 指出图 3-96 所示各定位、夹紧方案及结构设计中不正确的地方，并提出改进意见
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第三章 机床夹具设计
3-1分析图 3-90 所示的定位方案，① 指出各定位元件分别限制了哪些自由度，② 判断有无欠定位与过定 位， ③ 对不合理的定位方案提出改进意见。
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当三爪卡盘挟持轴段长度 较长时认为限制四个自由 度
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3-2分析图 3-91 所列加工中零件必须限制的自由度，选择定位甚准和定位元件，并在图中示意画出
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2、分析对称度 设计基准为外圆轴线，利用圆柱销定位内孔
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2、分析对称度 综合方案b、c、d，方案b是最好的定位方案
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3-4 如图 3-93 所示齿轮坯、内孔和外圆均已加工合格(d=Φ80 0 mm, D=35 0.025 mm)，现在插床上用调整法 加工键槽，要求保证尺寸 h=38.5 0.2 ，定位方法如图，试求尺寸 h 的定位误差；并分析能否满足加工要求
；确定 夹紧力作用点的位置和作用方向，并用规定的符号在图中标出。
图 a) 图 b)
过球心打一孔； 加工齿轮坯两端面，要求保证尺寸 A 及两端面与内孔的垂直度；
图 c) 在小轴上铣槽，保旺尺寸 H 和 L 图 d) 过轴心打通孔，保旺尺寸 L 图 e) 在支座零件上加工两通孔，保证尺寸 A 和 H
机械制造工艺学第三版王先奎习题解答第三章
x
解： 1）大平面限制3个自由度 z , x , y ；锥 销限制 5 个自由度 x, y, z , x, y ；两个 档销限制 2 个自由度 y, z ，存在过定 位。 2 ）改进：①将锥销改为浮动锥销，使 x 其只限制 , y 2个自由度；②将档销改 为浮动档销，使其只限制 z 自由度。见 图3-94a。
F
图3-95
0.01 1 ）两销直径为 φ16－ 解： －0.02，两销中心距为 80±0.015 ，不会发生干涉， 此时转角定位误差：
D1max d1min D2 max d 2 min 0.04 0.04 tan 1 0.0286 2 L 2 80 1 由此引起的加工误差：JG 120 tan 0.0286 0.06
A C
B
图3-90 a）
1
MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
2）图b车外圆，保证外圆与内孔同轴 解： ① 心轴限制4个自由度 x , y, x, y ；端 面限制 3 个自由度 z , x , y 。 ② 无欠定位，存在过定位， x , y 2 个 自由度被重复限制。 ③ 改进1：加球面垫圈（图3-90b1）。
图3-90 c）
③ 改进1：去掉前顶尖（图3-90c1）。
注：此种方法仅适于粗加工（仍存在过定位），不适于精加工。
改进2：去掉三爪卡盘，改成改成前后顶尖＋拨盘（图3-90c2）。
o x y
o z
x z
y
图3-90 c1）
图1-31 c2）
3
MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
4）图d在圆盘零件上钻孔，保证孔与外圆同轴 解： ① 大平面限制3个自由度 z , x , y ；固定V形 块限制 2 个自由度 x , y ；活动V形块限制 1 个自由度 y 。 ② 无欠定位，存在过定位，自由度 y 被重 复限制。（可能出现问题，见图3-90d1） ③ 改进：活动 V 形块改为平压块（图 3-90d2）。
第三章习题答案机械制造工艺学
《机械制造工艺学》习题参考答案常同立、杨家武、佟志忠编著清华大学出版社第三章机床夹具设计3-1参考答案要点：工件装夹是将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程。
工件装夹的包含了定位、夹紧两个方面内涵。
工件一般可采用如下几种装夹方式：(1)直接装夹是将工件的定位基准面直接密切贴合在机床的装夹面上，不需找正即可完成定位，通过夹紧工件，使其在整个加工过程中保持正确位置。
(2) 找正装夹是利用可调整工具将工件夹持在机床上，并使机床作慢速运动，利用划针或千分表检测和调整工件的位置，使之处于正确位置的装夹方式。
(3)夹具装夹是将夹具预先安装在机床上并精确调整其位置，在机械加工过程中利用该夹具迅速而准确地装夹工件的方式。
3-2参考答案要点：夹具一般包含如下几个组成部分：（1）定位装置其作用是确定工件在夹具中的位置。
（2）夹紧装置其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在定位时所占据的位置在加工过程中因受外力而产生位移，同时防止或减少震动。
(3) 连接元件其作用是使夹具与机床装夹面连接，并确定夹具对机床的相互位置。
(4) 对刀元件和导向元件对刀元件用于确定刀具在加工前正确位置。
(5) 夹具体是夹具的基座和基础件。
(6) 其它装置或元件主要有分度装置、排屑装置等。
3-3参考答案要点：夹具的分类方法比较多，1）机床夹具按应用范围、使用特点可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具等类型。
2）按照使用夹具的机床类型，夹具可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具等类型。
按照夹具的用途，可将夹具分为机床夹具、装配夹具、检测夹具等。
3）按照夹紧力的力源类型，夹具还可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电磁和电动夹具等。
机床夹具在生产中的作用：采用夹具装夹工件，不仅有助于保证工件的加工件质量、缩短辅助时间、提高生产效率、减轻工人劳动强度和降低对工人的技术水平要求，还能够扩大机床工艺范围和改变机床用途。
3-4参考答案要点：利用夹具装夹工件进行加工，产生加工误差的主要因素有：(1) 工件装夹误差；(2) 夹具对定误差；(3) 加工过程误差（理解基础上，适当展开，参看教材相应文字）3-5参考答案要点：六点定位原理是在进行工件定位分析时，通常是用一个支承点限制工件的一个自由度，用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全正确。
机械制造工艺学第3章
ΔZ
∵ Z R
Z 2
1
R2
11
图 例
(1
Z 2 R2
)
1 2
1
1 2
Z 2 R2
2
( 2 2 1
1)
(
Z 2 R2
)
2
1 Z 2 Z 4 2R2 8R4
(1
Z
2
)
1 2
1
Z 2
R2
2R2
R
Z 2 2R2
* (1 x)m 1 mx m(m 1) x2 m(m 1)(m n 1) xn (1 x 1)
小
加工中的误差 工艺系统受力、受热变形
结
加工后的误差 工件内应力
第三节 加工误差的综合分析
一、加工误差的性质及分类
系统误差
常值误差
连续加工一批工件，误差 大小和方向保持不变。
加工误 差
变值误差
连续加工一批工件，误差 大小和方向有规律变化。
随机误差
连续加工一批工件，误差大小和方向无规律 变化，但具有一定的统计规律。
常值系统性误差：查明其大小和方向后， 通过调整消除。
不同性质误差的 解决途径
变值系统性误差：查明其大小和方向 随时间变化的规律后，采用自动连续 补偿或自动周期补偿的方法消除。
随机性误差：可采用统计分析法，缩小 它们的变动范围。
二、加工误差的统计分析法
★
加工误差的统计分析法指以生产现场观察、检测所得的结果 为基础，运用数理统计的方法进行归纳、分析和判断，找出 产生误差的原因，从而采取相应的措施。
S = iT
车螺纹的传动误差示意图 S-工件导程，T-丝杠导程，i-齿轮传动比
机械制造工艺学课件 第4讲
粗 镗 IT12～13 Ra 5～20
粗 磨 IT9～11 Ra1.25～10
精 拉 IT7～9 Ra0.16~0.63 推 IT6～8 Ra0.08~1.25
精 磨 IT7～8 Ra0.08~0.63
珩 磨 IT5～6 Ra0.04~1.25 研 磨 IT5～6 Ra0.008~0.63
粗 拉 IT9～10 Ra 1.25～5
1.25～10 0.32～5 0.08～1.25
1.25～5 0.32～2.5 0.16～0.63 5～20 2.5～10 0.63～5 0.16～1.25 1.25～10 0.32～1.25 0.08～0.63 0.04～0.16 0.16～0.63 0.04～0.32 0.008～0.08 0.01～1.25
第三章 机械加工工艺规程的制订
表3.3 外圆加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度
加工方法 车 加工情况 粗 车 半精车 精 车 金刚石车（镜面车） 粗 铣 半精铣 精 铣 一次行程 二次行程 粗 磨 半精磨 精 磨 精密磨（精修整砂轮） 镜面磨 粗 研 精 研 精密研 精 精 密 精 磨 精密磨 加工经济精度 （IT） 12～13 10～11 7～8 5～6 12～13 11～12 8～9 11～12 10～11 8～9 7～8 6～7 5～6 5 5～6 5 5 5 5 5～6 5 6～7 表面粗糙度 Ra（μm） 10～80 2.5～10 1.25～5 0.02～1.25 10～80 2.5～10 1.25～5 10～20 2.5～10 1.25～10 0.63～2.5 0.16～1.25 0.08～0.32 0.008～0.08 0.008～1.25 0.16～0.63 0.04～0.32 0.008～0.08 0.08～0.32 0.01～0.16 0.02～0.16 0.01～0.04 0.16～1.25
机械制造工艺学课件第三章工艺尺寸链
。理合够不、学科够不。工加法无至甚
。品格合不现出不证保可、靠可、便简�点优 �点特法解值极 法解率概、三
。系关本基的间差误环成组与差误环闭封了映反它�础基学数的链寸尺解法率概用是这
δ 3+
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)A � iA ( � i � �中其
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:为差方均的和之量变机随立独 平术算对相布分寸尺际实明说值数这—— δ 差偏根方均�2� 。置位中集的布分寸尺示表值数这—— A 值均平术算�1�
1A
、度行平或�量度角为环各的链寸尺成构�链寸尺度角 )2( 。量度长线直为均�环的寸尺成构有所�链寸尺度长 )1(
。等度直垂
�为分可�征特何几的环各链寸尺成构照按�3
联并 联串
1A
1A 2A
∑A
∑L
3L 1L
∑L
2A 5L 2L 1L
∑A
2L
4L
3L
。种三联混、联串、联并为分可又�态形系联寸尺其按 。中链 构即。组链寸尺上以个两的环共公有具�链寸尺关相�2� 寸尺的上以个两或个两在布分�环个几或个一的中链寸尺成
。等差公位形、隙间 、寸尺件零含包。链寸尺闭封的系联有相互成构件零关相个干 若内件部或器机由�中配装成计设器机在�链寸尺配装 )2(
设、寸尺序工关有由�中序工工加件零在�链寸尺艺工 )1(
。链寸尺的成组所等量余工加或寸尺计 分来程过产生同不按.1 类分的链寸尺、三
。内面平的行平不个几干位寸 尺部全链寸尺 :链寸尺间空 )3(
�例下如 。性确正的计设证验�纸图核审在用要主算计种这。”算 计正的链寸尺“为称��差偏或�差公及寸尺本基的环闭 封算计来��差偏或�差公及寸尺本基环成组各据根 环闭封求�环成组知已�1
机械制造工艺学第三章习题与思考题答案
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� �度称对槽键对②
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T%33 � 35T%56 � 31.0 � 60.0 � 20.0 � 50.0 � xa mx � 轴同t �
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08� � 2 上件工工加 。位定过和位定欠① 面方位定 �面端直垂且行平孔两证保要 � 630.0�
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�题问在存。系标 坐角直立建 y 为向方的度长杆连于直垂�x 为向方度长杆连沿�z 为向方线轴套钻沿设 8-3 。求要术技了证保�位定过了除消样这。 z 制限只�动移可向方 y 沿�体一 成联钉承支个两的面 A�制限板承支由 z�的动浮下上出做销 图 7-3 题 301.3 图 柱圆将�进改。度精工加响影�定稳不位定现出或具夹进不装 y 件工致导�位定过 和 z�题问在存。示所图如向方标坐 7-3 y 。节环动浮成计 设件元紧夹将�开分构机紧夹和板模钻将�件元位定置设上向 x 方位定欠在�进改。构结性刚了用采件元紧夹�体一为板模钻 与构机紧夹�位定欠上向方的面图于直垂在�题问在存 )d 。撑支助辅加增 并�动移位部工加向点用作的力紧夹将�块形 V 动活的动移 可向方位定过沿为改块形 V 边右将�进改。部中的差性刚在 用作力紧夹�位定过动移向方线心中杆连沿�题问在存 )c z 。齐对钉承支边左与钉螺紧 夹边右使�进改。位地有已坏破会�齐对有没钉承支边左与钉螺紧夹边右�题问在存 )b 。些短应持夹盘卡端左�进改。位定过生产会�长过持夹盘卡端左�题问在存 )a 6-3 。块形 V 边右掉去�进改。位定过 向方 y 。 y 制限块形 V 边右� y �x 制限块形 V 边左� y � x� z 制限板承支部底 )d 。尖顶端左掉去�进改。位定过 z y x 的向方 � � 有 。 � 制 限 尖 顶 端 右 � � 制 限盘卡� z�y� x 制限尖顶端左 )c y x x y z y 。位定过和位定欠无� � x � � � x 制限合组面端小和销柱圆长 )b y 。位定过和 位定欠无。 z� z 制限块形 V 短个一另� y �x � y � x 制限块形 V 短个两的线一成 )a 5-3 z� y� x )c �z � x )f z� x z� x� z� y )e y � x� z )b �x �z �y �x )d z � y� x� z� x )a y �下如度由自的制限要需件零定给中图各� �图视主�向方标坐的出给中图据根 4-3 。位定过是就制限复重件元位定具夹被度由自个一 有要只为因。位定过会能可也但�制限所件元位定的具夹被全完有没度由自个六的件工 3-3 。 �位定过�制限所 件元位定�上以个两或�个两被时同又度由自个某它其而� �位定欠�制限件元位定被有没 度由自的制限要需件工�中案方位定的确正不个一某在。现出时同能可位定过和位定欠 2-3 。求要工 加的件工足满能不位定欠而�求要工加的件工足满够能位定全完不�是别区的质本们它 1-3 案答题考思与题习