机械制造第五章
机械制造装备设计第五章专用车刀设计
形1''、2''、3''、4''。
2)计算法
应首先画作出计算图，如图5－ 6所示
求刀具前刀面上各组成点的尺
制造时，将它的前刀面作成距其中心
为h距离： h＝Rsin（ γ f＋ α f）
安装时，再将刀具中心O2比工件中 心装高H距离，同时使切削刃上最外
点与工件轴线等高 ：H＝Rsin α f
在磨钝重磨时也应使h值不变 , h为半 径的磨刀检验圆，重磨时应保证前刀 面与这个圆相切
图5-3 成形车刀前角和后角的形成
图5－4 a ：
当α f＝0°，γ f＝0°时成形车刀的截形 与工件的廓形才能完全相同，但后角α f＝
0°的刀具是无法进行切削的 图5－4 b：
前角γ f≥0°、后角α f＞0°时 ，成形车 刀的截形与工件廓形不相等。既刀具截形深 度P小于相应的工件廓形深度ap 为了使成形车刀能切出准确的工件形状，
图5－3 。
f f
成形车刀前角和后角是通过刀具 的正确制造和正确安装形成的
图5－3 a) ：棱体成形车刀的前 角和后角
制造时，将前刀面和后刀面的夹角磨
成90°－（ γ f＋ α f） 角。安装
时，只要将刀体倾斜α f角，即能形 成所需的前角和后角
图5－3 b） ：圆体成形车刀前角 和后角
机械制造工艺基础第五章教案
单元教学计划教学目标1、了解车削的主要内容2、熟悉车床的结构3、掌握车床常用附件及工件的常用装夹方法4、掌握常用的车削方法，如车外圆、车端面、车螺纹5、了解车削的工艺特点课时安排车床 1课时车床附件及工件的装夹方法2课时车削方法 4课时车削的工艺特点单元复习 1课时共计8课时A、课题：5-1车床B、课型：新授课C、教具：多媒体D、备课时间：E、使用时间：F、教学目标：1、了解车削的主要内容2、掌握车床的主要部件及公用3、熟悉车床的传动路线，主运动与进给运动4、了解其他常用车床G、重难点：1、车床的主要部件及公用2、车床的传动路线突破方法：视频演示、理论讲解及学生自主分析相结合H、教学方法：讲授法学法指导：归纳总结法。
学生自行总结车床传动路线。
I、自主探究：通过教师引导学生自行总结车床传动路线并归纳得出车削主运动进给运动是怎么实现的。
教学过程及授课内容：（一） 组织教学：（二） 导入新课：车削是工件旋转做主运动、车刀移动做进给运动的切削加工方法。
车削的切削运动是在车床上完成的。
车削是最基本和应用最广的切削方法，其切削特点是刀具沿着所要形成的工件表面，以一定的背吃刀量和进给量，对回转的工件进行切削。
（结合多媒体带领学生认识车削的主要内容包括车外圆、平面、车槽、圆柱孔、圆锥面、成形面、螺纹）（三） 授课内容一、CA6140卧式车床：1、车床外形2、主要部件及功用四箱（1）主轴箱：提供主运动动力（2）挂轮箱：将主轴的回转运动传递给进给箱（3）进给箱：将主轴通过挂轮箱传递过来的运动传递给光杠、丝杠（4）溜板箱：将光杠或丝杠传递过来的运动变为床鞍或中滑板及刀具的进给运动。
三滑板（1）下滑板：即床鞍，实现纵向进给运动（2）中滑板：控制车外圆、内孔时背吃刀量，车端面时横向进给（3）上滑板：纵向调节刀具位置实现手动纵向进给，相对中滑板偏转一定角度，实现圆锥面车削两杠（1）光杠：将进给箱传来的动力传递给溜板箱，实现一般车削（2）丝杠：将进给箱传来的动力传递给溜板箱，实现螺纹车削二、车床两类运动的产生与传递1、车床传动路线2、主运动与进给运动（1）主运动——主轴的回转（2）进给运动——刀具的纵向、横向移动三、其他常用车床1、转塔车床2、立式车床3、自动车床（四） 课堂练习1、习题册P16一、1，32、尝试复述车床传动路线（五） 小结本节课重点掌握车床的主要部件及功用，可以结合车床传动路线来记忆。
机械制造技术基础第5章-1
线，安装时首先按找正线找正工件位臵，夹紧工件。
特点：
•精度低；（0.1mm左右） •效率低； •多用于形状复杂、尺寸偏差大
找正线 加工线
的铸、锻件毛坯的粗加工；
•适于单件小批量生产； •不需其它专门设备，通用性好；
flash
毛坯孔
3.利用夹具定位
来实现定位。
联接
原理：通过工件上定位基准和夹具上定位元件接触或配合 特点：
5.2.3 典型的定位方式及定位元件的选择
(2)可调支承
是顶端位置可在一定高度范围内调整的支承。 多用于未加工平面的定位，以调节和补偿各批 毛坯尺寸的误差。一般每批毛坯调整一次。
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5.2.3 典型的定位方式及定位元件的选择
(3)自位支承
支承本身的位置在定位过程中，能自动适应工件定位基准面位置变化 的一类支承。 自位支承能增加与工件定位面的接触点数目（但只限制一个自由 度） ，使单位面积压力减小，故多用于刚度不足的毛坯表面或不连续的 平面的定位。
3.过定位与欠定位
欠定位: 按工序的加工要求, 工件应该限制的自由度而未予限 制的定位, 称为欠定位。 绝对不允许出现 过定位: 工件的同一自由度被两个或两个以上的支承点重复 限制的定位, 称为过定位。
过定位一般不允许, 但是在精加工中,为提高定位稳定性和结构刚度，简 化夹具 可用过定位 ；粗加工不允许。
5.2.3 典型的定位方式及定位元件的选择
定位元件的设计应满足下列要求：
⑴要有与工件相适应的精度； ⑵要有足够的刚度，不允许受力后发生变形； ⑶要有耐磨性，以便在使用中保持精度。一般多采用 低碳钢渗碳淬火或中碳钢淬火，硬度为58∼62HRC
5.2.3 典型的定位方式及定位元件的选择
机械制造技术基础第5章-3
（2）钻模板
作用：用于安装钻套。 类型：固定式、铰链式、分离式和悬挂式等。
固定式钻模板：钻模板直接固定在夹具体上，结构简单， 分离式钻模板：装卸工件方便，精度比铰链式高。
精度较高，但装卸工件困难。
1—钻模板；2—钻套；3—夹紧元件；4—工件
图5-62 分离式钻模板
铰链式钻模板：装卸工件方便，但铰链处存在间隙，故精
1—线圈；2—吸盘；3—隔磁体；4—铁芯；5—导磁体；6—工件；7—夹具体；8—过渡盘 图5-78 电磁卡盘
2．车床夹具设计要点
（1）车床夹具总体结构
夹具的结构应尽量紧凑，重心应尽
量靠近主轴端，一般要求夹具悬伸 不大于夹具轮廓外径。对于弯板式
车床夹具和偏重的车床夹具，应很
好地进行平衡。通常可采用加平衡 块（配重）的方法进行平衡。
当工件定位面较复杂或有其他特殊要求时（例如为了获 得高的定位精度或在大批量生产时要求有较高的生产率）， 应设计专用车床夹具。
如图所示为一弯板式车床夹具，用于加工壳体零件的孔和端面。
1—平衡块；2—防护罩；3—钩形压板
图5-76 弯板式车床夹具
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如图所示为一种利用夹紧元件均匀变形实现自动定心夹紧 的心轴——液塑心轴。这种心轴有较好的定心精度，但由于 薄壁套扩张量有限，故要求工件定位孔精度在8级以上。
定位键与夹具体配合多采用H7/h6，为了提高夹具的安装精度，定 位键的下部（与工作台T形槽配合部分）可留有余量进行修配，或在 安装夹具时使定位键一侧与工作台T形槽靠紧，以消除间隙的影响。
夹具体
定位键
定位键
（2）对刀装置
对刀装置用以确定夹具相对于刀具的位置。铣床夹具的对刀 装置主要由对刀块和塞尺构成。
机械制造技术基础(第2版)第五章课后习题答案
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第五章工艺规程设计5-1 什么是工艺过程？什么是工艺规程？答：工艺过程——零件进行加工的过程叫工艺过程；工艺规程——记录合理工艺过程有关内容的文件叫工艺规程，工艺规程是依据科学理论、总结技术人员的实践经验制定出来的。
5-2 试简述工艺规程的设计原则、设计内容及设计步骤。
5-3 拟定工艺路线需完成哪些工作？5-4试简述粗、精基准的选择原则，为什么同一尺长方向上粗基准通常只允许用一次？答：粗、精基准的选择原则详见教材P212-214。
粗基准通常只允许用一次的原因是：粗基准一般是毛面，第一次作为基准加工的表面，第二次再作基准势必会产生不必要的误差。
5-5加工习题5-5图所示零件，其粗、精基准应如何选择（标有 符号的为加工面，其余为非加工面）？习题5-5图a)、b)、c)所示零件要求内外圆同轴，端面与孔轴线垂直，非加工面与加工面间尽可能保持壁厚均匀；习题5-5图d)所示零件毛坯孔已铸出，要求孔加工余量尽可能均匀。
习题5-5图解：按题目要求，粗、精基准选择如下图所示。
5-6为什么机械加工过程一般都要划分为若干阶段进行？答：机械加工过程一般要划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。
其目的是保证零件加工质量，有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理，有利于合理使用机床设备。
5-7 试简述按工序集中原则、工序分散原则组织工艺过程的工艺特征，各用于什么场合？5-8什么是加工余量、工序余量和总余量？答：加工余量——毛坯上留作加工用的材料层；工序余量——上道工序和本工序尺寸的差值；总余量——某一表面毛坯与零件设计尺寸之间的差值。
5-9 试分析影响工序余量的因素，为什么在计算本工序加工余量时必须考虑本工序装夹误差和上工序制造公差的影响？5-10习题5-10图所示尺寸链中（图中A0、B0、C0、D0是封闭环），哪些组成环是增环？那些组成环是减环？习题5-10图解：如图a)，A0是封闭环，A1, A2, A4, A5, A7, A8是增环，其余均为减环。
机械制造工艺学第5章机械加工精度
用。
§5.2 机械加工精度的获得方法
5.2.1 尺寸精度的获得方法
在加工中，获得尺寸精度的方法主要有下述四种：
1. 试切法——是指操作工人在每一工步或走刀前进行 对刀，然后试切出很少一部分加工表面，测量其尺寸 是否满足要求，若不满足，则再适当调整，再试切，
再测量，直到被加工尺寸达到精度要求为止，再切削
值得注意的是，不同方向的原始误差对加工误差的
影响程度是不同。当原始误差与工序尺寸方向一致时， 原始误差对加工精度影响最大。
这是分析加工精度问题时的一个重要概念。
在三角形0AA′中，有如下关系：
ΔY2＝R2－R02＝(R0＋ΔR)2－R02＝2R0ΔR＋ΔR2
刀尖在Y方向上的位移引起Leabharlann 径的加工误差为：P =πm
因π为无理数，而车床交换齿轮齿数是有限的，不可
能得到精确值，必然导致工件导程误差。这是因近似
速比的成形运动所引起的加工原理误差。
注意：采用近似加工原理，一定会产生加工误差，
但是它确保了加工的可能性，并在保证一定加工精度
的前提下，可简化加工过程，简化机床、刀具的结构， 提高生产率、降低制造成本；
(1) 机械加工精度的获得方法；
(2) 工艺系统原始误差对机械加工精度的影响及控制；
(3) 加工过程中工艺系统原始误差对机械加工精度的影
响及控制； (4) 加工总误差分析与估算； (5) 保证和提高机械加工精度的主要途径。
2．机械加工精度的研究方法 1) 单因素分析法——通过分析计算或实验测试等方法， 研究某一确定因素对加工精度的影响，主要分析单项 原始误差对加工精度影响的变化规律。一般不考虑其 它因素的同时作用。
机械制造基础第五章习题答案
思考题与习题1．何谓铸造铸造生产的特点及其存在的主要问题是什么试用框图表示砂型铸造的工艺过程。
答：把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。
优点：1) 能制造各种尺寸和形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。
如各种箱体、床身、机架等零件的毛坯。
铸件的轮廓尺寸可小至几毫米，大至几十米；质量从几克至数百吨。
可以说，铸造不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。
2) 常用的金属材料均可用铸造方法制成铸件，有些材料（如铸铁、青铜）只能用铸造方法来制造零件。
3) 铸造所用的原材料来源广泛，价格低廉，并可回收利用，铸造生产工艺设备费用小，因此铸件生产成本低。
4) 铸件与零件的形状、尺寸很接近，因而铸件的加工余量小，可以节约金属材料，减少切削加工费用。
5) 铸造既可用于单件生产，也可用于批量生产，适应性广。
但是，铸造生产工艺过程复杂，工序较多，常因铸型材料、模具、铸造合金、合金的熔炼与浇注等工艺过程难以综合控制，而出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷，因此铸件质量不够稳定，废品率较高；铸件内部组织粗大、不均匀，使其力学性能不及同类材料的锻件高，因此铸件多用于受力不大的零件。
此外，目前铸造生产还存在劳动强度大、劳动条件差等问题。
砂型铸造的工艺过程：2．比较下列名词：（1）模样与铸型；（2）铸件与零件；（3）浇注位置与浇道位置；（4）分型面与分模面。
答：（1）模样是用来形成铸型型腔的工艺装备，按组合形式，可分为整体模和分开模。
铸型包括将熔化的金属倒入铸模，铸模的型腔提供了最终有用的形状，之后仅需根据具体应用进行加工和焊接。
（2）把熔化的金属液浇注到具有和零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固、冷却后获得毛坯（或零件）的方法称为铸造。
所得到的金属零件或零件毛坯，称为铸件。
铸件通常作为毛坯，经过机械加工制成零件。
但是，随着铸造生产过程不断地完善以及新工艺、新技术不断被采用，铸件的精度及表面质量得到提高，使少余量和无余量铸造新工艺得到迅速发展，精密铸件可直接作为零件。
机械制造装备设计第五章习题答案
第五章机床夹具设计习题答案1.机床夹具的作用是什麽？有那些要求？（1）机床夹具的作用1）保证加工精度 2）提高生产率 3) 扩大机床的使用范围。
4) 减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
（2）机床夹具的要求1）保证加工面的位置精度 2) 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应3) 安全、方便、减轻劳动强度 4) 排屑顺畅 5）应有良好的强度、刚度和结构工艺性。
2.机床夹具的组成有那些部分？1）定位元件及定位装置 2）夹紧元件及夹紧装置 3）导向及对刀元件4）动力装置 5）夹具体 6）其它元件及装置不同的生产条件下的夹具，其组成会有不同。
3.何谓六点定位原理“何谓定位的正常情况和非正常情况，它们各包括那些方面？（1）六点定位原理是采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度，使工件实现完全定位。
（2）定位的非正常情况是指凡是保证加工位置精度的自由度均已被约束所限制的情况，它可以是完全定位，即限制了六个自由度，也可以是小于六个约束点。
（3）定位的非正常情况包括欠定位和过定位两种。
欠定位是指保证加工精度的某自由度应该被限制而没有被限制的情况。
此情况不能保证加工精度，因此此定位方案是绝对不允许的。
过定位是指为保证加工精度应该被限制的某个自由度被两个或两个以上的约束所重复限制。
一般情况下这是不允许的。
但在工件定位和定位元件精度很高或者在工件刚度很低的情况下，过定位的情况是被允许的。
4.试分析图5－7中a、c方案为什麽属过定位？如何改进的？尚存在什麽问题？5.7过定位及其改进图 5.7 a）：工件下底面有俩个短圆柱销台阶面支撑，为平面约束，限制3个自由度，而每个短圆柱销插入工件孔内，限制了2个自由度，因此共限制了7个自由度，超出了6个，即y方向的移动自由度被重复限制了，因此属于过定位。
C）：工件左端由销的又台阶端面定位，此端面限制了3个自由度，而销的长径比已超过1，属于长销，它限制了4个自由度，共限制了7个自由度，还有转动的自由度没有被限制。
机械制造技术基础 第五章 机械加工精度 课后答案
1.什么是加工精度和加工误差？两者含义有何异同？加工精度都包括哪些方面？答：加工精度是指零件加工后的实际几何参数与理想零件的几何参数相符合的程度。
加工误差是指零件加工后的实际几何参数与理想零件的几何参数偏离程度。
它们都是和理想零件的比较结果，但加工精度考虑是符合程度，而加工误差考虑的是偏离程度。
加工精度包括尺寸精度、形状精度、位置精度。
2.获得零件尺寸精度、形状精度和位置精度的方法有哪些？答：获得零件尺寸精度的方法（1）试切法。
（2）调整法。
（3）定尺寸精度法。
（4）自动控制法。
获得形状精度的方法（1）轨迹法。
（2）成形法。
（3）展成法。
获得位置精度的方法（1）多次装夹加工时，依靠夹具的正确定位。
（2）工件一次装夹多个表面时，依靠机床的精度来保证。
3.影响加工精度的因素有哪些？答：1）原理误差。
2）安装误差。
3）测量误差和调整误差。
4）机床、夹具、刀具的制造精度和磨损。
5）机床、夹具、刀具、工件的受力变形。
6）机床、刀具、工件的受热变形。
4.何谓“原理误差”？它对零件加工的精度有何影响？答：原理误差是因利用近似加工原理或近似的刀具切削刃形状而产生的误差。
5.什么是主轴回转精度？其对加工精度有哪些影响？6.普通车床主轴前端锥孔或三爪卡盘夹爪的定心表面，出现过大的径向跳动时，常在刀架上安装内圆磨头进行自磨自的修磨加工，修磨后的定心表面，其径向跳动量确实大为减小，试问：（1）修磨后是否提高了主轴回转精度？为什么？（2）在机床主轴存在几何偏心的情况下，以精车过的轴套工件的外圈定位来精车轴套内孔时，会产生怎样的加工误差？7.提高机床主轴回转精度有哪些途径？在实际生产中转移主轴回转误差常用的工艺方法有哪些？8.何谓误差敏感方向？试举例说明导轨误差在不同机床上的误差敏感方向？9.。
《机械制造基础》第5章 机械加工工艺规程的制定
河南科技大学教案首页课程名称机械制造基础任课教师邓效忠第五章机械加工工艺规程的制定计划学时14教学的目的和要求：要求学生掌握定位基准和表面加工方法的选择原则，能够拟定工艺路线，会运用工艺尺寸链确定工序尺寸及其公差，使学生具有编制中等复杂零件加工工艺规程的能力。
重点：工件定位基准的选择；工序顺序的确定；工艺尺寸链及其应用。
难点：工艺尺寸链及其应用。
思考题：1．什么叫基准?基准分哪儿种?2．精、粗定位基准的选择原则各有哪些?如何分析这些原则之间出现的矛盾?3．零件表面加工方法的选择原则是什么？4．制定机械加工工艺规程时，为什么要划分加工阶段？5．切削加工顺序安排的原则是什么？6．什么叫工序集中？什么叫工序分散？各用于什么场合？7．什么叫工序余量？影响工序余量的因素是什么？8．什么叫尺寸链？它具有哪些特征？9．什么叫工艺规程？它有什么作用？10．如何确定尺寸链中的增环、减环和封闭环？第5章机械加工工艺规程设计5.1 概述一、机械加工工艺规程及其作用将产品或零部件的制造工艺过程的所有内容用图、表、文字的形式规定下来的工艺文件汇编称为工艺规程。
二、工艺规程设计所需的原始资料⑴零件图和产品整套装配图；⑵产品的生产纲领和生产类型；⑶产品的质量验收标准；⑷毛坯情况；⑸本厂的生产条件和技术水平；⑹国内外生产技术发展情况。
三、工艺规程设计的步骤⑴零件的工艺性分析。
⑵确定毛坯。
⑶拟定工艺路线，选择定位基准。
⑷确定各工序的设备和工装。
⑸确定主要工序的生产技术要求和质量验收标准。
⑹确定各工序的余量，计算工序尺寸和公差。
⑺确定各工序的切削用量。
⑻确定工时定额。
⑼填写工艺卡。
5.2 机械加工工艺规程设计一、零件的结构工艺性分析结构工艺性是指产品的结构是否满足优质、高产、低成本制造的一种性质。
零件结构工艺性举见教材表5-4。
二、确定毛坯三、定位基准的选择粗基准是指未经机械加工的定位基准，而精基准则是经过机械加工的定位基准。
1．粗基准的选择原则粗基准选择的主要目的是：保证非加工面与加工面的位置关系；保证各加工表面余量的合理分配。
机械制造基础第五章 第二、三节
z (x x) 3 2(3) 2 0.49865 99.73 %
计算结果表明，工件尺寸落在 (x 3 ) 范围内的概率为99.73%。而
落在该范围以外的概率只占0.27%，可忽略不计。
因此可以认为，正态分布的分散范围为 (x 3 ) ，这就是工程上经常用到
第二节 工艺过程的统计分析
一、误差统计性质的分类
各种加工误差，按他们在一批零件中出现的规律来看，可分为两大类：系统 性误差与随机性误差，如表5-3所示。
1.系统性误差
常值系统性误差 变值系统性误差
在顺序加工一批工件中，其加工误差的大小和方向不变或者按一定规律变 化，统称为系统误差。
1）常值系统性误差—在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不变的误 差，称为常值系统性误差，如铰刀直径大小的误差、测量仪器的一次对零 误差等。
2
exp
2 2
(x) 0
２）特征参数：该方程有两个特征参数，一为算术平均值 x ，另一为
均方根偏差（标准差）
x
1 n
n i 1
xi
1 n
n i 1
(xi
x)2
x 只影响曲线的位置，而不影响曲线的形状。
σ只影响曲线的形状， 而不影响曲线的位置。
σ↑→曲线越平坦，尺寸 就越分散，精度越差。
此处以在无心磨床上加工一批外径为
9.65
0 0.04
mm
的销子为例，具体介绍工艺
过程分布图分析的内容及步骤。
1.样本容量的确定
一般生产条件下，样本容量取为 n 50 ~ 200 ，就有足够的估计精度，本
例取n=100
2.样本数据的测量
《机械制造技术基础》第五章钻、镗、刨、插、拉削加工的知识
2.粗精加工一起完成，影响了工件的加工质量；
3.排屑困难，易产生阻塞，导致刀齿损坏。
§5-1 钻削与孔加工刀具 孔加工复合刀具种类较多，按工艺类型分有： 1.同类工艺复合刀具
2.不同类工艺复合刀具
§5-1 钻削与孔加工刀具 二、麻花钻的构造与主要几何参数
是常见的孔加工刀具。一般用于实体材料上的粗 加工。钻孔的尺寸精度为IT11--IT12，Ra为5012.5μm。加工范围为0.1--80mm,以φ30mm以下时最
（3）通常只能单刀加工，不能用多刀同时切削。 所以与铣加工比较，牛头刨床的生产率比较低。 牛头刨床主要用于单件、小批量生产或修理车间。
二、龙门刨床
主要用来加工大平 面，尤其是长而窄的 平面，也可加工沟槽 或同时加工几个中小 型零件的平面。生产
率不如铣削高，主要
用于中小批生产及修 理车间。
§5-4 刨床、插床及其加工范围 三、单臂刨床
§5-1 钻削与孔加工刀具
1.从实体材料上加工出孔的刀具 用于加工精度要求不高，或为精度要求较高的 孔作预加工。 （1）扁钻 （2）中心钻 中心钻用来加工各种轴类工件的中心孔。
§5-1 钻削与孔加工刀具
3、麻花钻
是常见的孔加工刀具。一般用于实体材料上的粗 加工。钻孔的尺寸精度为IT11--IT13，Ra为5012.5μm。加工范围为0.1--80mm,以φ30mm以下时最 常用。
适用于加工宽度较大，而又不需要在整个宽度上加工的零件。
四、插床
插床的生产效率较低，通常只用于单件、小批量生产中插削槽、 平面及成型表面等。
§5-4 刨床、插床及其加工范围
插刀上下运动为主运动，工件 可作纵横两个方向的移动，
工作台还可作分度运动。加工 与安装面垂直的面、沟槽
机械制造基础第五章习题及答案
第5章习题及答案5-1机床的运动按功用分为哪几种？答：分为表面成形运动和辅助运动两大类。
直接参与切削过程，使之在工件上形成一定几何形状表面的刀具和工件间的相对运动称为表面成形运动。
机床上除表面成形运动外的所有运动都是辅助运动。
5-2如何衡量切削加工的质量？答：零件切削加工的质量主要由加工精度和表面质量来衡量。
加工精度就是指零件加工后零件的尺寸、形状和表面间的相互位置等方面的几何参数与理想几何参数的相符合程度，两者的差距愈小，加工精度愈高。
零件的表面质量对零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、密封程度、接触刚度等都有一定的影响。
5-3切削用量要素包括哪几项？切削用量的选择原则是什么？答：切削用量是切削过程中最基本的操作参数，包括切削速度v c、进给量f和背吃刀量a p，其分别表示切削刃与过渡表面之间的相对运动速度、待加工表面转化为已加工表面的速度、已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。
合理地选择切削用量，对于保证加工质量、提高生产效率和降低成本有着重要的影响。
切削加工时应当根据具体的加工条件，确定切削用量三要素的合理组合。
背吃刀量要尽可能取得大些，最好一次走刀能把该工序的加工余量切完。
进给量的选择主要受机床、刀具和工件所能承受的切削力的限制。
精加工时，一般背吃刀量不大，切削力也不大，限制进给量的主要因素是工件表面粗糙度。
选定背吃刀量和进给量以后，根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。
5-4切削层尺寸平面要素包括哪几项？答：切削层尺寸平面要素包括切削层的公称厚度h D、公称宽度b D和公称横截面积A D。
5-5试述刀具的结构和刀具的角度。
答：刀具基本组成部分包括夹持部分和切削部分。
夹持部分俗称刀柄或刀体，主要用于刀具安装与标注的部分。
切削部分俗称刀头，是刀具的工作部分，由刀面、切削刃（又称刀刃）组成。
其组成要素包括：1）前面。
又称前刀面，切削过程中切屑流出所经过的刀具表面。
2）主后面。
又称主后刀面，是切削过程中与过渡表面相对的刀具表面。
机械制造基础-第5章 工业用钢
合金元素的平均含量的百分数， 小于1.5％时，不标数字。
钢的平均含碳量的万分数
2021年4月8日12时23分
7
（7）合金工具钢的牌号 数字+元素符号+数字
合金元素的平均含量的百分数， 小于1.5％时，不标数字。
用一位数字表示平均含碳量的千 分数，超过1.0％时不标。
例 9Cr2—平均含碳量为0.9％ CrWMn--平均含碳量大于1.0％
第5章 工业用钢
5.1 钢的综述 5.1.1 钢的分类、编号和成分特点 1.钢的分类 ❖ 按化学成分分：碳素钢、合金钢两大类。 ❖ 按用途分：结构钢、工具钢和特殊性能钢三
类。 ❖ 按质量分：普通钢、优质钢、高级优质钢和
特级优质钢四类。
2021年4月8日12时23分
1
2021年4月8日12时23分
2
YT5、 YT15、 YT30(数字 表示TiC含 量的百分数)
其耐热性，耐磨性均优
于YG类，但韧性较差。 TiC含量愈多，则耐热 性、耐磨性愈高，韧性
适用加工一般 钢件
愈小。
类 冶金制品
【由 WC、 TiC、
TaC （N bC） 202和1年4月8日12时23分 Co
YW1、 YW2
兼有YG、YT类的大部 分优良性能，被称为通 用合金，但价高
1）合金元素与铁作用形成固溶体
合金元素可以溶入α-Fe或γ-Fe中，形成含合金元素的铁 素体或奥氏体。合金元素的溶入，将导致铁素体或奥氏体 的晶格畸变，产生固溶强化。硅、锰、铬、镍等元素对铁 素体的强化效果显著。
2）合金元素与碳作用形成合金碳化物
大多数合金元素能与碳作用形成合金碳化物，熔点高、 硬度高、不易分解，呈颗粒状分布在晶界上，可细化晶 粒，提高钢的强度和硬度。
机械制造基础(第二版)第5章 z铣削与刨插削加工
5-2.6 数控加工中心
卧式加工中心
指主轴轴线为水平状态设置的加工中心(见图5－18)。通常都 带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。
与立式加工中 心相比，卧式 加工中心的结 构复杂，占地 面积大，重量 大，价格也较 高。
-2.6 数控加工中心
万能加工中心 又称复合加工中心，具有立式和卧式加工中心的功能，工 件一次装夹后能完成除安装面外所有侧面和顶面的加工， 也叫五面加工中心，常见的五面加工中心有两种形式，一 种是主轴可实现立、卧转换；另一种是主轴不改变方向， 工作台带着工件旋转90完成对工件五个面的加工。
5-1.1铣削加工的应用和特点
5-1.1铣削加工的应用和特点
5-1.1铣削加工的应用和特点
5-1.1铣削加工的应用和特点
5-1.1铣削加工的应用和特点
铣削加工的特点 ➢工艺范围广 通过合理地选用铣刀和铣床附件，铣削不仅 可以加工平面、沟槽、成形面、台阶，还可以进行切断和刻 度加工。 ➢铣削加工生产率高 由于多个刀齿参与切削，切削刃的作 用总长度长，每个刀齿的切削载荷相同时，总的金属切除率 就会明显高于单刃刀具切削的效率。
1）每齿进给量af 是铣刀每转一个刀齿时，工件与铣刀沿进 给方向的相对位移量，单位为mm／z。 2）每转进给量f 是铣刀每转一转时，工件与铣刀沿进给方 向的相对位移，单位为mm／r。
3）进给速度f 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对
位移，单位为mm／min。
f fnaf zn
5-1.2 铣削要素
5-2.5 数控铣床
5-2.6 数控加工中心
立式加工中心
指主轴轴心线为垂直 状态设置的加工中心 (见图5—17)。其结构 形式多为固定立柱式， 工作台为长方形，无 分度回转功能，适合 加工盘类零件。在工 作台上安装一个水平 轴的数控回转台，可 用于加工螺旋线类零 件。立式加工中心的 结构简单、占地面积 小、价格低。
黄健求主编的机械制造基础重点第五章
工 艺 过 程 组 成
（3）工位 ） 为减少工序中的装夹次数，常采用转位（或移位）夹具、回 转工作台或回转夹具、多轴机床，使工件在一次安装中，可先 工件在一次安装中， 工件在一次安装中 后在机床上占有不同的位置进行连续加工， 后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成 的那部分工序，称一个工位 的那部分工序，称一个工位。 工位
生 产 纲 领
4、生产纲领： 、生产纲领： 根据零件的生产纲领可以确定零件的生产类型。零件的 生产纲领可按下式计算： N零=N·n（1＋α）·（1＋β） 式中 N零——零件的生产纲领(件/年)； N——产品的生产纲领(台/年)； n—— 台产品中 零件的 (件/台)； α—— 零件 件的 ； β—— 零件 品的 。
焊接件： 焊接件：对尺寸较大、形状较复杂的毛坯，可采用型 钢或锻件焊接成毛坯，但焊接件吸振性能差，容易变形，尺 寸误差大。 工程塑料：它是近年来在机械制造业中普遍推广的一 工程塑料： 种毛坯，其形状可以很复杂，尺寸精度高，但机械性能差。
生 产 纲 领
在大批、大量生产中，常采用精度和生产率较高的毛 坯制造方法，如金属型铸造、精密铸造、模锻、冷冲压、粉 末冶金等，使毛坯的形状更接近于零件的形状。因此可大量 诚少切削加工的劳动量，甚至可不需要进行切削加工（少无 （ 切屑加工）， ），从而提高了材料的利用率，降低了机械加工的 切屑加工）， 成本。 在单件小批生产中，一般采用木模手工砂型铸造和自由 锻造，因此毛坯的精度低，成本高、废品率高、切削加工劳 动量大。
生 产 类 型 对 工 艺 过 程 的 影 响
生 产 类 型 对 工 艺 过 程 的 影 响
一年中分批地制造相同的产品， ②成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有 一定的重复性。 一定的重复性。 例如，机床制造就是比较典型的成批生产。 每批制造的相同产品的数量称为批量。 每批制造的相同产品的数量称为批量。 根据批量的大小，成批生产又可分为：小批生产、中批生 产和大批生产。 小批生产的工艺过程的工艺特点和单件小批生产相似；大 批生产的工艺过程的特点和大量生产相似；中批生产的工艺过 程的特点则介于单件小批生产和大批大量生产之间。 产品数量很大， ③大量生产 产品数量很大，大多数工作地点经常重复地 进行某一个零件的某一道工序的加工。 进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、 轴承等的制造通常都是以大量生产的方式进行。
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2.
工件在机械加工中所产生的热变形，主要是 由切削热引起的。
(1)工件均匀受热 在加工像轴类等一些形状 简单的工件时，如果工件处在相对比较稳定的温 度场中，此时就认为工件是均匀受热。
(2)工件不均匀受热 在铣、刨、磨平面时， 工件单面受切削热作用，上下表面之间形成温差 △θ，导致工件向上凸起，凸起部分被工具切去， 加工完毕冷却后，加工表面就产生了中凹，造成 了几何形状误差。
(5)实际分布曲线不符合正态分布，而呈偏态 分布
(6)双峰或多峰分布
机械制造第五章
3.
(1) (2)样本数据的测量 (3)异常数据的剔除 (4)实际分布图的绘制 (5)理论分布图的绘制 (6)工艺过程的分析
机械制造第五章
三、工艺过程的点图分析 1.工艺过程的稳定性
工艺过程的稳定性是指工艺过程在时间历程上 保持工件均值x 和标准差σ值稳定不变的性能。
二、工艺系统几何误差 1.机床的几何误差
加工中刀具相对于工件的成形运动一般 都是通过机床完成的，因此，工件的加工精 度在很大程度上取决于机床的精度。机床制 造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴 回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的 磨损将使机床工作精度下降。
机械制造第五章
2.
(1)定尺寸刀具 (如钻头、铰刀、镗刀块、孔 拉刀、丝锥、板牙、键槽铣刀等)的尺寸和形状误 差
机械制造第五章
五、工艺系统受热变形引起的误差
1.
(1)内部热源 内部热源来自工艺系统内部， 其热量主要是以热传导的形式传递的。
1)切削热 切削热对工件加工精度的影响最 为直接。
2)摩擦热和能量损耗 工艺系统因运动副 (如齿轮副、轴承副、导轨副、螺母丝杠副、离合 器等) 相对运动所生摩擦热和因动力源 (如电动 机、液压系统等) 工作时的能量损耗而发热。
图5-19 毛坯形状误差的复映
机械制造第五章
5. (3)由于夹紧变形引起的误差
图5-21 a)夹紧后 b)镗孔后 c)放松后 d)加过渡环后夹紧
(4)其他作用力的影响 除上述因素外，重力、惯性力、传动力等也 会使工艺系统的变形发生变化，引起加工误差。
机械制造第五章
6.
(1) 1)提高工件和刀具的刚度 2)提高机床刚度 3)采用合理的装夹方式和加工方式 (2)减小切削力及其变化 合理地选择刀具材料、增大前角和主偏角、对 工件材料进行合理的热处理以改善材料的加工性能 等，都可使切削力减小。
图5-12
a)车长轴 b)磨内孔
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2.工件刚度
工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀 具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工 件由于刚性不足而引起的变形对加工精度的影 响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关
机械制造第五章
3.刀具刚度
外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的 刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小 的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加 工精度就有很大影响。
图5-42 工艺过程稳定性分析图
机械制造第五章
2.
点图的基本形式是由小样本均值x 的点图和 小样本极差R的点图联合组成的x 、R点图，如图 所示。
图5-43 x、R a)x点图 b)R点图
机械制造第五章
3.x、R点图上、下控制限的确定
x ～N(μ,σ2/n)
也就是说，样本均值x 的分散范围为
（μ±3σ√n
机械制造第五章
5.
(1)减少发热和隔热 (2)改善散热条件 (3)均衡温度场 (4)改进机床结构 (5)加快温度场的平衡 (6)控制环境温度
机械制造第五章
六、内应力重新分布引起的误差 1.
没有外力作用而存在于零件内部的应力，称 工件上一旦产生内应力之后，就会使工件金 属处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向 低能位的稳定状态转化，并伴随有变0/11/18
机械制造第五章
第一节 机械加工精度
一、概 述 1.加工精度与加工误差
所谓加工精度是指零件加工后的实际几何参 数 (尺寸、形状和位置) 与理想几何参数的符合 程度。实际值愈接近理想值，加工精度就愈高。
实际加工不可能把零件做得与理想零件完全 一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实 际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加 工误差。
(2)增设消除内应力的热处理工序 铸件、锻 件、焊接件在进入机械加工之前，应进行退火、 回火等热处理，加速内应力变形的进程；对箱体、 床身、主轴等重要零件，在机械加工工艺中尚需 适当按排时效处理工序。
(3)合理安排工艺过程 粗加工和精加工宜 分阶段进行，使工件在粗加工后有一定的时间来
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七、提高加工精度的途径
二、工艺过程的分布图分析
1.正态分布的基本概念
(1)正态分布的数学模型、特征参数和特殊点
其概率密度方程为：
图5-36 正态分布曲线的特殊点
机械制造第五章
该方程有两个特征参数，一为算术平均值x，另 一为均方根偏差 (标准差)σ
式中 xi—— n——工件总数。
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(2) 标准正态分布
x=0、σ=1的正态分布称为标准正态分布，
统计分析法是对具体加工条件下加工得到的几 何参数进行实际测量，然后运用数理统计学方法对 这些测试数据进行分析处理，找出工件加工误差的 规律和性质，进而控制加工质量。分析计算法主要 是在对单项原始误差进行分析计算的基础上进行的， 统计分析法则是对有关的原始误差进行综合分析的 基础上进行的。
机械制造第五章
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2.加工经济精度
图5-2 加工成本与加工误差之间的关系
机械制造第五章
3.原始误差
由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺 系统 (简称工艺系统) 会有各种各样的误差产生，这 些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同 的方式 (或扩大、或缩小) 反映为工件的加工误差。 工艺系统的误差是“因”，是根源；工件的加工误差 是 “果”，是表现；因此，我们把工艺系统的误差 称为原始误差。
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3.刀具热变形对加工精度的影响 刀具热变形的热源主要是切削热。
图5-25 车刀的热变形曲线
机械制造第五章
4.
由于机床热源分布的不均匀、机床结构的复 杂性以及机床工作条件的变化很大等原因，机床 各个部件的温升是不相同的，甚至同一个零件的 各个部分的温升也有差异，这就破坏了机床原有
图5-26 车床的热变形
1. 2. 3. 4.连续7 5.连续11点中有10 6.连续14点中有12点以上出现在中线一侧 7.连续17点中有14 8.连续20点中有16 9. 10.点子有周期性波动
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2.机械制造中常见的误差分布规律
(1)实际分布曲线符合正态分布，6σ≤T且分 散中心与公差带中心重合
(2)实际分布曲线符合正态分布，6σ≤T，但 分散中心与公差带中心不重合
(3)实际分布曲线符合正态分布，6σ＞T，且 分散中心与公差带中心不重合
(4)实际分布曲线不符合正态分布，而呈平顶 分布
1.减小原始误差 2.转移原始误差 3.均分原始误差 4.均化原始误差 5.
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第二节 工艺过程的统计分析
一、误差统计性质的分类
在顺序加工一批工件中，其大小和方向皆不 变的误差，称为常值系统性误差。
在顺序加工一批工件中，其大小和方向遵循 某一规律变化的误差，称为变值系统性误差。
机械制造第五章
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3.按样件或样板调整
在大批大量生产中用多刀加工时，常用专门 样件来调整切削刃间的相对位置。如活塞环槽半
当工件形状复杂，尺寸和重量都比较大的时 候，利用样件进行调整就太笨重，且不经济，这 时可以采用样板对刀。
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四、工艺系统受力变形引起的误差
1.基本概念
机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性 力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变 形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位 置，使工件的加工精度下降。
(2)成形刀具 (如成形车刀、成形铣刀、模数 铣刀等)的形状误差
(3)展成刀具 (如齿轮滚动、插齿刀、花键滚 刀等)切削刃的形状及有关尺寸，以及其安装、调 整不正确
(4)一般刀具 (如普通车刀、单刃镗刀、面铣 刀、刨刀等)的制造误差
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3.
夹具的作用是使工件相 对于刀具和机床具有正确的 位置，因此夹具的制造误差 对工件的加工精度 (特别是 位置精度) 有很大影响。
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4.机床部件刚度 (1)机床部件刚度
图5-14 车床部件静刚度的测定 1—心轴 2、3、6—千分表 4—测力环 5—螺旋加力器
图5-15 车床刀架部件的刚度曲线 1—加载曲线 2—卸载曲线
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4.机床部件刚度 (2)
1)结合面接触变形的影响 由于零件表面存在宏观几何形状误差和微观几
数理统计学已经证明，样本极差R近似服从
(R ～N(R，σR2)
这就是说，样本极差R的分散范围为 (R±3σR)。到此，x-R点图上的上、下控制限
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4.点图的正常波动与异常波动
正常波动与异常波动的标志
正常波动
异常波动
1.没有点子超出控制线 2.大部分点子在中线上 下波动，小部分在控制线
3.点子没有明显的规律
机械制造第五章
4.误差敏感方向的概念
图5-3 由δz引起的加工误差
原始误差所引起的
切削刃与工件间的相对 位移，如果产生在加工 表面的法线方向，则对 加工误差有直接的影响； 如果产生在加工表面的 切线方向上，就可以忽 略不计。我们把加工表 面的法向称之为误差的 敏感方向。
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5.
分析计算法是在掌握各原始误差对加工精度影 响规律的基础上，分析工件加工中所出现的误差可 能是哪一个或哪几个主要原始误差所引起的，并找 出原始误差与加工误差之间的影响关系，进而通过 估算来确定工件的加工误差的大小，再通过试验测 试来加以验证。