机械制造工艺学第三版王先逵 课后答案
机械制造工艺学第三版王先逵习题解答
机械制造工艺学习题解答第五章：机械加工表面质量及其控制第3版P2675-1机械加工表面质量包括哪些具体内容答：P229机械加工表面质量,其含义包括两个方面的内容：A．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;B．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;5-2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答：P2311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;2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;5-3车削一铸铁零件的外圆表面,若进给量f=r,车刀刀尖圆弧半径re=3mm,试估算车削后的表面粗糙度;5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值,而提高工件速度却得到相反的结果答：P224砂轮速度越高,单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多,工件材料来不及变形,因而工件表面粗糙度值越小;而工件速度增大,单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少,塑性变形增加,表面粗糙度值将增大;5-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象答：P240机械加工过程中产生的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒间产生滑移,晶粒被拉长,进一步变形受到阻碍,这些都会使表面层金属的硬度增加,统称为冷作硬化或称为强化; 5-8为什么切削速度越大,硬化现象越小而进给量增大,硬化现象增大答：P240-241增大切削速度,1刀具与工件的作用时间减少,使塑性变形的扩展深度减小,因而冷硬层深度减小；2温度增高,弱化倾向增大,冷硬程度降低;而进给量增大时,硬化现象增大的原因是随着进给量的增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬程度增大;但是,这种情况只是在进给量比较大时才是正确的;5-11什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤答：P243磨削淬火钢时,在工件表面形成的瞬时高温将使表层金属产生以下三种金相组织变化：1如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度碳钢的相变温度为720℃,但已超过马氏体的转变温度中碳钢为300℃,工件表面金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织索氏体或托氏体,这称为回火烧伤; 2如果磨削区温度超过了相变温度,再加上冷却液的急冷作用,表层金属会出现二次淬火马氏体织织,硬度比原来的回火马氏体高；在它的下层,因冷却较慢,出现了硬度比原来的回火马氏体低的回火组织索氏体或托氏体,这称为淬火烧伤; 3如果磨削区温度超过了相变温度,而磨削过程又没有冷却液,组织,表层金属的硬度将急剧下降,这称为退火烧伤;5-12为什么磨削容易产生烧伤如果工件材料和磨削用量无法改变,减轻烧伤现象的最佳途径是什么答P243-244：磨削容易产生烧伤的原因是：磨削速度高、消耗功率大；砂轮磨粒导热性差,为天然负前角、磨削力大,磨削温度高; 如果工件材料和磨削用量无法改变,减轻烧伤最有效的方法是改善冷却条件,如选择内冷却砂轮或者开槽砂轮,使冷却液能够进入磨削区域；还需要合理选择砂轮硬度、结合剂和组织等;5-14磨削外圆表面时,如果同时提高工件和砂轮的速度,为什么能够减轻烧伤且又不会增大表面粗糙度答：P243-244增大工件的回转速度Vw,磨削表面的温度会升高,但其增长速度与磨削背吃刀量ap的影响相比小得多；且Vw越大,热量越不容易传入工件内层,具有减小烧伤层深度的作用;增大工件速度Vw当然会使表面粗糙度增大,为了弥补这一缺陷,可以相应提高砂轮速度Vs,实践证明,同时提高砂轮速度Vs和工件速度Vw,可以避免产生烧伤;5-16机械加工中,为什么工件表层金属会产生残余应力答：教材P245-247工件表层产生残余应力的原因是：（1）冷态塑性变形：机械加工时,工件表面受到挤压与摩擦,表层产生伸长塑变,基体仍处于弹性变形状态;切削后,表层产生残余压应力,而在里层产生残余拉伸应力;（2）热态塑性变形：机械加工时,切削或磨削热使工件表面局部温升过高,引起高温塑性变形;表层产生残余拉应力,里层产生产生残余压应力；（3）金相组织变化：切削时产生的高温会引起表面的相变;比容大的组织→比容小的组织→体积收缩,产生拉应力,反之,产生压应力;5-17试述加工表面产生压缩残余应力的原因,试述表面产生拉伸残余应力的原因;答：P245-246A.加工表面产生压缩残余应力的原因：1机械加工时加工表面的金属层内产生塑性变形,使表层金属的比容增大;由于塑性变形只在表面层中产生,这样就在表面层内产生了压缩残余应力；2当刀具从被加工表面上切除金属时,表层的纤维被拉长,刀具后刀面与已加工表面的摩擦又加大了这种拉伸作用；刀具切离后,弹性变形将逐渐恢复,而塑性变形不能恢复,表面层金属拉伸塑性变形,受到与它相连的里层未发生塑性变形金属的阻碍,因此就在表层金属中产生了压缩残余应力;B.表面产生拉伸残余应力的原因：1在机械加工中,切削区会产生大量的切削热,工件表面的温度往往很高;工件受热膨胀时,表层金属处于没有残余应力作用的完全塑性状态中,冷却时表层金属收缩受到里层金属阻碍,这样就在表面层内产生了拉伸残余应力;2比容减小,表面层金属由于相变而产生的收缩受到基体金属的阻碍,因而在表层金属产生拉伸残余应力;5-20什么是强迫振动它有哪些主要特征答：P252-253强迫振动——由外界周期性的干扰力的作用而引起的振动; 其主要特征是：其振动频率与干扰力的频率相同,或者是干扰力频率的整倍数；其振幅既与干扰力幅值有关,又与工艺系统的动态特性有关;若干扰力频率接近或者等于工艺系统的某一固有频率时,振幅将明显增大或者引起共振;5-22什么是自激振动它与强迫振动、自由振动相比,有哪些主要特征答：P253-255机械加工过程中,在没有周期性外力相对于切削过程而言作用下,由系统内部激发反馈产生的周期性振动,称为自激振动,简称为颤振; 与强迫振动相比,自激振动具有以下特征：机械加工中的自激振动是在没有外力相对于切削过程而言干扰下所产生的振动运动,这与强迫振动有本质的区别；自激振动的频率接近于系统的固有频率,这就是说颤振频率取决振动系统的固有特性;这与自由振动相似但不相同,而与强迫振动根本不同;自由振动受阻尼作用将迅速衰减,而自激振动却不因有阻尼存在而迅速衰减;。
机械制造工艺学第3版王先奎习题解答3
差；并分析能否满足加工要求（要求定位误差不大于工件尺寸公差的 1/3） 。 （忽略内外圆同轴度误差） 。 解：以外圆定位有基准不重合误差和基准位置误差 根据第三版教材 P110 式（3-7） ，可得 基准位置误差： JW
Td 0.1 0.071 mm 2sin( / 2) 2sin 450
0.01 16 0.02 mm ，
3-6
图 3-95 所示工件， 用一面两孔定位加工 A 面， 要求保证尺寸 18±0.05 mm。 若两销直径为
试分析该设计能否满足要求？(要求工件安装无干涉现象，且定位误差不大于加工尺寸公差的 1/2)，若满足 不了，提出过改进办法。
解：根据第三版教材 P108 一面两孔定位误差的计算公式（3-5） ，可得
d 所示。计算三种不同定位方案的定位误差，并从中选择最优方案（已知内孔与外圆的同轴度误差不大于 0.02mm）
解： （1）V 形块定位情况 (图 b))，只计算槽深方向误差；
2
根据第三版教材 P110 式（3-8） ，可得
DW
Td 1 0.1 1 ( 1) ( 1) 0.0207 mm 2 sin( / 2) 2 sin 45
以外圆定位圆心为定位基准有基准不重合误差和基准位置误差无基准不重合误差但有基准位置误差005可以看出显然是采用v型块定位定位误差最小且小于对称度的公差要求
机械制造工艺学部分习题解答 3
第三章 机床夹具设计(第 3 版 P156-159)
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 对不合制 6 个自由度，完全定位。 但实际上采用了底面、短锥销和 A 面的两个侧销，出现过定位。 可限制了 8 个自由度，上述定位方案不合理。 改进方法： 底平面：限制 3 个自由度； A 面的 2 点，限制 2 个自由度； 在左侧面或右侧面加 1 点，限制 1 个自由度即可。
机械制造工艺学第三版王先奎习题解答(1-2)
A
25
46 32 12 15
莫式6号 0.008 A-B
1.6 12±0.015 φ89f6
习图1-1 CA6140车床主轴结构
2
MM工T序号
习表1-1 CA6140车床主轴加工工艺过程
工序名称及内容
定位基准
设备
1 锻造（模锻）
立式精锻机
2 热处理（正火）
3 铣端面钻中心孔
毛坯外圆
铣钻联合机床
4 粗车外圆
2）精基准，两种选择：
R
Ⅰ Ⅱ
①选择主轴箱体安装面M和N；
l1 l2 l3
②选择顶面R及顶面2个工艺孔。
详见2.7.2节。
Ⅲ
l5 l4
M
N
图2-73
9
MMT 2-6 试分别选择图2-74所示各零件的粗、精基准（其中，图2-74a为齿轮
零件简图，毛坯为模锻件；图2-74 b为液压缸体零件简图，毛坯为铸件； 图2-74c为飞轮简图，毛坯为铸件）
锥堵顶尖孔
花键铣床
17 铣键槽
φ80h5外圆
立式铣床
18 车三处螺纹（与螺母配车）
锥堵顶尖孔
卧式车床
19 精磨各外圆及E、F两端面
锥堵顶尖孔
外圆磨床
20 粗、精磨两处1∶12外锥面、D端面及短锥面 锥堵顶尖孔
专用组合磨床
21 精磨大端莫氏6号内锥孔（卸堵，涂色法检查） 主轴颈及φ75h5外圆 专用锥孔磨床
顶尖孔
多刀半自动车床
5 热处理（调质220-240HBS）
6 半精车大端各部
顶尖孔
卧式车床
7 仿形车小端各部外圆
顶尖孔
仿形车床
8 钻通孔
两端支承轴颈
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。
350 0.015
图3-93 a） 图3-93 b）
注：还有其他改进方法，如将V形块转90°或45°放置，也可以将定位误差 减小到尺寸公差的1/3。但此时会引起键槽对内孔对称度误差的较大，故不宜 采用。（方案②也存在此问题）
13
z
MMT 3-5 图3-94所示零件，锥孔和各平面均已加
0 0 工好，现在铣床上铣键宽为 b－Δ b 的键槽，要 求保证槽的对称线与锥孔轴线相交，且与A 0 面平行，并保证尺寸h－Δ h 。试问图示定位方 案是否合理？如不合理，如何改进？
MMT
机械制造工艺学习题解答（第三章）
3-1 分析图3-90所示定位方案： ①指出各定位元件所限制的自由度； ②判断有无欠定位或过定位； ③对不合理的定位方案提出改进意见。 1）图 a 过三通管中心O点打一孔，使孔轴线与管轴线Ox、Oz垂直相交 解：① V形块 A、B 组合限制 x , y, x, y 4 个自由度；V形块 C 本身限制 y , z z 2 个自由度 ，与V形块 A、B 组合一起限制 , z 2 个自由度 ② 无欠定位，无过定位
图3-96 c）
改进：1）顶销A、B做成浮动结构。
2）压板 C 右端开口缩短，使 螺母松开一点就能打开。
图3-96 d）
18
MMT 3-8
用鸡心夹头夹持工件车削外圆，如图 3-97 所示。已知工件直径 d=69mm（装夹部分与车削部分直径相同），工件材料为45钢，切削用 量 为 ap=2mm ， f=0.5mm/r 。 摩 擦 系 数 取 μ=0.2 ， 安 全 系 数 取 k=1.8 ， α=90°。试计算鸡心夹头上夹紧螺栓所需作用的力矩为多少？
机械制造工艺学王先逵课后答案
（前后顶尖限制弹性夹头五个自由度：
无过定位，欠定位
机械制造工艺学王先逵课后答案
• F) 总体分析：共限制六个自由度
分体分析：底面三个支承钉，限制三个自由度：
后面两个支承钉，限制：
棱形销限制：
共限制六个自由度，无过定位，无欠定位
• E) 三个短V形块共限制六个自由度
• 分体分析：前后两块组合限制：
•
问题：定位方案1、2哪个较好？
定位方案2：用A面为主要定位基准；用棱形销给Φ30定位，限制左右 移动；用两支承钉给B或C面定位，限制前后机移械制动造工和艺学一王先个逵课转后答动案
第四章习题 4-5 I为主轴孔，加工时希望加工余量均匀，试选择加工主轴孔的粗、精基准
• 粗基准——以孔I为粗基准，加工与 导轨两侧接触的两平面———遵循 保证加工余量合理分配的原则
L4
L3
L2
L1
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第四章习题4-14：尺寸链计 算
L3
L
L1
L2
L4
解答提示：——可测量L或者L’；
L1=45
0 -0.05
L2=30
+0.025 0
L3=5+0.30
L4=0±0.25
L3
1) 测量L，则L1，L2，L3 ， L4和L 组成尺寸链；
L'
L3为封闭环，L1为增环，L，L2 ， L4为减环
d) 总体分析法：前后圆锥销——
分件分析法：前圆锥销——限制
；
浮动后圆锥销——限制
两者一起限制五个自由度
机械制无造工过艺学定王先位逵课，后欠答案定位
b) 前后顶尖——总体分析法：前后顶尖——
分件分析法：前顶尖限制——
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第四章习题 4-6：选择粗、精加工基准
• C)图：以右孔和右端面（或内 底面）为粗基准加工左端外圆 （或者各外圆）、内孔和各端 面（保证各表面相互位置要求 的原则）；以已加工的左端外 圆和端面为精基准加工右端面
第四章习题 4-9：选择粗、精加工基准
• 1）加工中心上加工：原工艺安 排没有遵循先加工平面，后加工 孔的原则
L3
1) 测量L，则L1，L2，L3 ， L4和L 组成尺寸链
L'
；L3为封闭环，L1为增环，L，L2 ， L4为减环
2L1
2) 若测量L′，则2L1，L3和L′组成尺寸链；L3为 封闭环，2L1为增环，L′为减环
第四章习题4-15：尺寸链计算,
解答提示：——这是个公差15， L4=10 组成尺寸链，工序2，3分别保证尺寸L2 L3 ，工序1保证尺寸L1，因此L4为封闭环（间接保证的尺寸）
• 2-15如图所示床身零件，当导轨面在龙门刨床上粗刨之后便立即 进行精刨。试分析若床身刚度较低，精刨后导轨面将会产生什么 样的误差？
第二章补充题：
• 假设工件的刚度极大，且车床头、尾架刚度K头>K尾，试分析下列 三种加工情况下，加工表面会产生何种形状误差？
• A) 加工外圆面将产生左小右大的圆柱度误差 • B）端面形状根据工件在切削力作用下的偏转和刀架偏转的相对
增环：L2，H；减环L1；L3既可看成增环也 可是减环（因其基本尺寸=0）
解得：H=4.25+0.107+0.0175=4.2675
+0.0895 0
第四章习题4-18：尺寸链计算 某零件的轴向尺寸如图a),轴向尺寸加工工序如图b),c),d，试校核工序图 上标注的工序尺寸及公差是否正确（加工符号表示本道工序的加工面）