机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答答案教学文稿
机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答分析
机械制造工艺学习题解答第五章：机械加工外表质量及其限制〔第3版P267〕5-1机械加工外表质量包括哪些具体内容？答：〔P229〕机械加工外表质量，其含义包括两个方面内容：A．加工外表层几何形貌，主要由以下几局部组成：⑴外表粗糙度；⑵水纹度；⑶纹理方向；⑷外表缺陷。
B．外表层材料力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三个方面：⑴外表层金属冷作硬化；⑵外表层金属金相组织变更；⑶外表层金属剩余应力。
5-2为什么机器零件一般总是从外表层起先破坏？加工外表质量对机器运用性能有哪些影响？答：〔P231〕(1)由于外表是零件材料边界，时时承受工作负荷所引起最大应力和外界介质侵蚀，外表上有着引起应力集中而导致破坏微小缺陷，所以这些外表干脆及机器零件运用性能有关。
(2)加工外表质量对机器耐磨性、耐乏累性、耐蚀性、零件协作质量都有影响。
5-3车削一铸铁零件外圆外表，假设进给量f=0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re=3mm，试估算车削后外表粗糙度。
5-6为什么提高砂轮速度能减小磨削外表粗糙度数值，而提高工件速度却得到相反结果？答：〔P224〕砂轮速度越高，单位时间内通过被磨外表磨粒数就越多，工件材料来不及变形，因而工件外表粗糙度值越小。
而工件速度增大，单位时间内通过被磨外表磨粒数削减，塑性变形增加，外表粗糙度值将增大。
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，这些都会使外表层金属硬度增加，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)刀具及工件作用时间削减，使塑性变形扩展深度减小，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，硬化现象增大缘由是随着进给量增大，切削力也增大，表层金属塑性变形加剧，冷硬程度增大。
《机械制造工艺学王先逵课后答案》PPT课件讲义
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：
XYZ Y
X ZX Z
Z
X
•
右侧Ｖ形块限制 Y ；与前后Ｖ形块组合限制：Y
•
无过定位，无欠定位
第一章
第一章 补充题： 根据工件加工技术条件，指出工件定位应限制的自由度并确定定位方案
解：(a)为保证尺寸100,限制___；为保证对称度,限制___；为保证 垂直度（或平行度）,限制____
• A)图：以外圆面和左端面为粗基准 加工A面和内孔，一次装夹完成， 用机床精度保证垂直度公差；以内 孔和A面为精基准加工外圆和另一 端面
• B)图：液压缸希望壁厚均匀，以不 加工左端外圆和左端面为粗基准， （外圆面被夹持面长，限制了四个 自由度）加工右端阶梯孔和端面； 以已加工的孔和端面为精基准加工 左端外圆和孔及环槽
第二章补充题：
• 加工通槽,试分析在只考虑工艺系统静误差影响的条件下,造成加 工后通槽侧面与工件侧面A平行度误差的主要因素
1. 夹具左侧定位元件的定位表面与定向键槽侧面间的平行度误差 2. 夹具定位键与铣床工作台T形槽之间的配合间隙 3. 铣床工作台T形槽侧面对工作台燕尾槽导轨的平行度误差
第二章补充题：
0 . 1 mm 分析：因为外圆加工余量小，
L 根4 据加工余量合理分配的原则，
EI 0 . 025 以外圆为粗基准加工孔，保证 外圆表面L 不4 会在加工过程中由
( 0 . 025
_
0 mm 于加工余量小而留下毛面；再
L 4以孔为精基准加工外圆，
L3
30
0
0
.1
mm
第四章习题4-13：尺寸链计算
机械制造工艺学第3版王先奎习题解答5
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。
1
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。
5-16 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：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。
机械制造工艺学(王先逵)第五章参考答案(部分)
5-4 装配尺寸链是如何构成的?装配尺寸链封闭环是如何确定的?它与工艺尺寸链的封闭环有何区别?(在机器的装配关系中），装配尺寸链由相关零件的尺寸或相互位置关系构成。
装配尺寸链的封闭环就是装配所要保证的装配精度或技术要求。
装配精度(封闭环)是零部件装配后才最后形成的尺寸或位置关系。
装配尺寸链——全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。
工艺尺寸链——全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。
工艺尺寸指工艺尺寸，定位尺寸与基准尺寸等。
5-5 在查找装配尺寸链时应注意哪些原则?(1)装配尺寸链应进行必要的简化机械产品的结构通常都比较复杂，对装配精度有影响的因素很多，在查找尺寸链时，在保证装配精度的前提下，可以不考虑那些影响较小的因素，使装配尺寸链适当简化。
(2)装配尺寸链组成的“一件一环”由尺寸链的基本理论可知，在装配精度既定的条件，组成环数越少，则各组成环所分配到的公差值就越大，零件加工越容易、越经济。
这样，在产品结构设计时，在满足产品工作性能的条件下，应尽量简化产品结构，使影响产品装配精度的零件数尽量减少。
在查找装配尺寸链时，每个相关的零、部件只应有一个尺寸作为组成环列人装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。
这样，组成环的数目就等于有关零、部件的数目，即“一件一环”，这就是装配尺寸链的最短路线(环数最少)原则。
(3))装配尺寸链的“方向性”在同一装配结构中，在不同位置方向都有装配精度的要求时，应按不同方向分别建立装配尺寸链。
5-6 保证装配精度的方法有哪几种?各适用于什么装配场合?保证产品装配精度的方法有：互换法、选择法、修配法和调整法。
互换装配法是在装配过程中，零件互换后仍能达到装配精度要求的装配方法。
产品采用互换装配法时，装配精度主要取决于零件的加工精度，装配时不经任何调整和修配，就可以达到装配精度。
根据零件的互换程度不同，互换法又可分为完全互换法和大数互换法。
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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P267）
5-1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：（P231）(1)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=0.40mm/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：（P245-246）
A.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。