机械制造工艺学复习题

1、复习题一、选择题二、简答题1、精密和超精密加工现在包括哪些领域。答：精密和超精密加工目前包含三个领域：1)超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面。它成功地解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。2)精密和超精密磨削研磨。例如解决了大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘等的加工。3)精密特种加工。如电子束，离子束加工。使超大规模集成电路线宽达到0.1m。2、超精密切削对刀具有哪些要求？为什么单晶金刚石是被公认为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料？答：为实现超精密切削。刀具应具有如下性能。 1)极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。以保证刀具有很长的寿命和很高的尺

2、寸耐用度。 2)刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。 3)刀刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。 4)和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低，能得到极好的加工表面完整性。天然单晶金刚石有着一系列优异的特件。如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性能好、和有色金属摩擦系数低，能磨出极锋锐的刀刃等。因此虽然它的价格昂贵，仍被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具材料。3、超精密磨削的含义是什么？镜面磨削的含义是什么？答：超精密磨削是最高加工精度、最低表面粗糙度的砂轮磨削方法。一般是指加工精度达到或者高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra 0.025

3、m，是一种亚微米级的加工方法。镜面磨削一般是指加工表面粗糙度达到Ra 0.02-0.01m，表面光泽如镜的磨削方法。4、机床的几何误差指的是什么?以车床为例说明机床几何误差对零件的加工精度会产生怎样的影响? 答案：机床的几何误差主要是指机床的主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。以车床为例，其主轴回转误差将影响工件的圆度；导轨误差将影响工件端面、台阶面与轴线的垂直度，圆柱度；传动链误差将影响工件端面、台阶面与轴线的垂直度和螺距误差。5、从提高加工精度的角度来看，试伦述误差的隔离和消除、误差的补偿两条途径的实质和特点。答：误差的隔离和消除的实质和特点：误差的隔离和消除、即找出加工中误差产生的根源采

4、取相应措施，使误差不产生和少产生，如加工原理误差可采取建立正确的运动关系和数学模型来消除，其中典型的例子是在卧式车床上车削模数螺纹时，螺纹导程，式中x模数，由于有这个因子，在选择配换齿轮来得到导程数值时，就可能是近似的加工运动，从而造成原理误差。若机床精度不够高，可采用精度更高的机床，从而减小了机床误差的影响。误差的补偿两条途径的实质和特点：它立足于用相应的措施去“钝化”、抵消、均化误差，使误差减小是一种“后天”措施，不是“先天”措施。随着加工精度的提高，提高加工精度的难度就越来越大，采用误差补偿技术的意义也愈益重要。因此，在精密和超精密加工中，误差补偿技术已成为重要的手段之一。三、分析题1、

5、一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工件在本工序前的圆度误差0.5mm，为保证本工序0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？若希望一次走刀满足精度要求，应采取那些措施2、在卧式车床上采用双顶尖装卡加工细长光轴的外圆柱面，加工后发现出现中间粗、两端细的形状误差（如图所示），分析可能原因及解决措施。3、图示为金刚石刀具精切硬铝2A12时切削速度与积屑瘤高度关系曲线，试分析精密切削时积屑瘤的生成规律并给出积屑瘤的概念。精密切削时切削速度与积屑瘤高度关系 4、何谓误差敏感方向？在转塔式六角车床上利用转塔刀架加工外圆柱面时，常采用立式装刀法（如图所示），而在CA6140车床上加工外圆柱面时通常采

6、用水平装刀法，试分析这是为什么？ 四、计算题1、在甲、乙两台机床上加工同一种零件，要求工序尺寸500.1。加工后对甲、乙机床加工的零件分别进行测量，结果均符合正态分布，甲机床加工零件的平均值=50，均方根偏差0.04，乙机床加工零件的平均值=50.06，均方根偏差0.03，部分标准正态函数分布表如下： （甲乙互换）Z1.31.52.02.52.83.03.5F(Z)0.40320.43320.47720.49380.49740.49870.5试问：(1)在同一张图上画出甲、乙机床所加工零件尺寸分布曲线；(2)判断哪一台机床不合格品率高? (3)判断哪一台机床精度高?2、图示为一对开齿轮箱部件局

7、部图，要求间隙0=0.20.5mm，已知：1100mm，A2=50mm，A3=A5=5mm，A4=140mm，试分别用大数互换和完全互换法确定有关零件尺寸偏差及公差。参考答案一、选择 二、简答三、分析题1、解：（0.50.25n0.01 取n=3）；一次走刀满足精度：提高系统刚度，减小进给量，提高毛坯制造精度。2、可能原因：1）工件中间部分刚度较床头及尾座部分差，在Fy力作用下轴件中间部分产生弹性变形量大，去除量较两端小；2）切削热使工件热伸长受到尾座死顶尖的限制而产生弯曲，高速回转的离心力加剧了中间部分的弯曲变形量，去除量较两端小； 3）机床导轨有类似形状误差；4）毛坯有类似形状误差（即误差

8、复映）措施：加跟刀架，尾座采用弹簧顶尖，大主偏角车刀并反向走刀。测量误差并修整机床导轨；提高毛坯制造精度，增加走刀次数。3、答：当切削速度降低时，积屑瘤高度增加，当切削速度大于v314m/min时，积屑瘤趋于稳定，高度变化不大。这说明在低速切削时，切削温度比较低，较适于积屑瘤生长，且在低速时积屑瘤高度值比较稳定，在高速不稳定。积屑瘤概念：加工塑性金属时，在切削速度不高又能形成连续切屑的情况下，常常在刀具前刀面靠近刀尖处粘接一块剖面多呈三角状的硬块，它的硬度较工件材料高，处在稳定状态时，能代替刀具切削。这块冷焊在刀具前面上的金属称为积屑瘤。4、转塔车床立式装刀加工外圆时，误差敏感方向在垂直方向，

9、而转塔刀架的转角误在水平方向，因此，采用立式装刀法将使转角误差转移到非误差敏感方向，从而，提高加工精度。CA6140车床方刀架的转角误差在水平方向，对加工外圆影响不大。误差敏感方向指加工表面的法线方向。四、计算题1、加工误差分析计算解：解：（1） 坐标图如下。要点：=50小于=50.06故，X甲在左且与X已相距0.06mm；(0.04)大于(0.03)，故，X甲矮胖，X已瘦高。(2)，查表得： 。故甲机床合格品率=20.4938=98.76%，甲机床不合格品率：1-甲机床合格品率=1.28%，已机床合格品率=，已机床不合格品率=1-已机床合格品率=9.68%，所以，已机床不合格品率高。(3)

10、，所以已机床精度比甲机床精度高。2、装配尺寸链大数互换：（1）A1、A2增环，A1、A3、A5为减环，；（2）A0=，T0=0.3，；（3），；（4）求除协调环外的环的偏差：取A1为协调环，其余按“入体原则”处理偏差，取T2=0.13，T3=T5=0.1，T4=0.15，则， 得T1=0.17，0.35+4.95+4.95+139.9250.065=100.115，A1=100.1150.085，圆整A1=，完全互换：（1）A1、A2增环，A1、A3、A5为减环；（2）A0=，T0=0.3；（3）Tm=0.3/5=0.06，（4）求除协调环外的环的偏差：取A1为协调环，其余按“入体原则”处理偏

11、差，取T2=0.06，T3=T5=0.04，T4=0.08，则A2=50+0.06, A3=A5=5-0.04, A4=140-0.08,T1=0.08;ES0=ES1+ES2-(EI3+EI4+EI5)；0.5= ES1+0.06-（-0.04-0.04-0.08）；ES1=0.28，EI1=0.20；习题二 一、选择题1、.原理误差所引起的加工误差属于（ ）。A、常值系统误差 B、随机误差 C、形位误差 D、变值系统误差。7、下列选项中，能实时反应加工过程中系统误差变化规律的是（ ）。 A. 分布曲线法；B. -R(点)图法；C.正太分布曲线法；D.直方图分析法10、滚齿时不影响齿轮运动精

12、度的机床误差主要有（ ）A.分齿传动挂轮误差；B.刀架进给误差；C分度蜗轮误差； D.分度蜗杆误差。二、判断题1、光整加工如研磨、抛光等只能提高工件尺寸精度和形状精度，一般都不能提高工件的位置精度。2、加工误差是指加工零件的实际几何参数与理想零件的几何参数的符合程度。三、简答题1、从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工？2、如何根据金刚石微观破损强度（结合下图）来选择金刚石刀具的晶面?比如，前刀面、后刀面应选用哪个晶面较好？3、举例说明何谓原理误差？用数控机床加工Bezier曲面，是否存在原理误差? 4、超精密切削对刀具有哪些要求？为什么单晶金刚石是被公认为理想

13、的、不能代替的超精密切削的刀具材料？5、超精密机床主轴有哪些驱功方式?各自的优缺点是什么？6、自激振动有何特点？切削加工中的自激振动主要有哪几种形式？7、超精密加工的难点是什么？1、从机械制造技术发展看，过去和现在达到怎样的精度可被称为精密和超精密加工。答：通常将加工精度在0.1-lm，加工表面粗糙度在Ra 0.02-0.1m之间的加工方法称为精密加工。而将加工精度高于0.1m，加工表面粗糙度小于Ra 0.01m的加工方法称为超精密加工。2、.超精密切削对刀具有哪些要求？为什么单晶金刚石是被公认为理想的、不能代替的超精密切削的刀具材料？每问各答：为实现超精密切削。刀具应具有如下性能。 1)极高

14、的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度。 2)刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。 3)刀刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面。 4)和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低，能得到极好的加工表面完整性。天然单晶金刚石有着一系列优异的特件。如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性能好、和有色金属摩擦系数低，能磨出极锋锐的刀刃等。因此虽然它的价格昂贵，仍被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具材料。3、.超精密主轴有哪些驱功方式?各自的优缺点是什么？答：超精密主轴的驱功方式有三种：1）电动机通过带传动驱动 优

15、缺点：采用这种驱功方式，电动机采用直流电动机或交流变频电动机。这种电动机可以无级调速，不用齿轮调速以减少振动，电动机要求经过精密动平衡并用单独地基以免振动影响超精密机床。传动带用柔软的无接缝的丝质材料制成。带轮有自己的轴承支撑，经过精密动平衡，通过柔性联轴器(常用电磁联轴器)和机床主轴相连，采用上述措施主要是使主轴尽可能和振功隔离。2）电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴 优缺点：采用这种主轴驱动方式时，电机采用直流电动机或交流变频电功机，可以很方便的实观无级调速，电动机应经过精密动平衡，电动机安装时尽量使电功机轴和机床主轴同心，再用柔性联轴器消除电动机轴和机床轴不同心引起的振动和回转误差。这样可

16、以尽量提高超精密机床主轴的回转精度。3）采用内装式同轴电动机驱动机床主轴 优缺点：电动机现在都采用无刷直流电动机，可以很方便地进行主铀转速的无级变速，同时电动机没有电刷，不仅可以消除电刷引起的摩擦振动，而且免除了电刷磨损对电机运转的影响。4、答：当作用应力相同时，(110)面破损的机率最大，（111)面次之，（100)面产生破损的机率最小。即在外力作用下，(110)面最易破损，(111)面次之，(100)面最不易破损。设计金刚石刀具，选择前面和后面的晶面时，必须首先给予考虑。根据上面的分析可知，从增加刀刃的微观强度考虑，应选用微观强度最高的(100)晶面作为金刚石刀具的前面和后面。5、自激振动

17、有何特点？切削加工中的自激振动主要有哪几种形式？答；自激振动是种不衰减的振动、频率等于或接近系统的固有频率、无外来激振力、自激振动是否生产以及振幅的大小取决于振动系统在每一周期内输入和消耗的能量（动态切削力做功）的对比情况。；主要有：负摩擦型，耦合型，再生型，切削力滞后型等。6、超精密加工的难点是什么？答：实现超精密加工的关键是超微量去除技术。超微量加工时，工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随机的，精度难以控制；工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大影响；去除层越薄，被加工表面所受的切应力越大，材料就越不易被去除。超微量切削往往是在晶粒内进行，相当于从材料晶格上逐个地去除原子，切削力一定

18、要超过晶体内部的原子结合力才能产生切削作用，其单位面积上的切应力急剧增大，因此要求采用高硬度、高耐磨性的刀具材料。7、举例说明何谓原理误差？用数控机床加工Bezier曲面，是否存在原理误差?答：因近似成型运动或近似刀具廓型而产生的误差。用数控机床加工Bezier曲面是采用数值逼近，即，近似成型运动方法加工成型的，故，存在原理误差。四、计算题1、车削一批小轴的外圆，其尺寸为，已知此工序的加工误差分布曲线符合正态分布，其标准差=0.025，曲线的顶峰位置偏置公差带中值右侧0.01mm，试求：1）该批零件的合格品率、不合格品率；2）若对刀绝对准确，合格品率能达到多少？3）分析产生不合格品的主要原因。

19、部分正态分布函数表如下：Z1.201.501.602.002.202.302.402.80F（Z）0.38490.43320.44520.47720.48610.48930.49180.49743、在车床上个精镗一短套工件的内孔，加工前内孔的圆度误差为0.4mm，要求加工后圆度误差不大于0.01mm。已知机床头架刚度K头=40000N/mm，刀架刚度K刀3000N/mm，尾座刚度K尾25000N/mm，走刀量f0.05mm/r，走刀量指数YFz0.75，径向切削力系数CFz在1000。在只考虑机床刚度的影响时，试分析计算（1）应至少安排几次走刀才能满足圆度精度要求？（2）若希望一次走刀达到圆度

20、精度要求，可采取哪些工艺措施?已知：参考答案二三、简答题四、分析计算题1、解：（1）绘曲线（2）求废品率：a=0.05-0.01=0.04，b=0.05+0.01=0.06Z1=，Z2= F（Z1）=0.4918，F（Z2）=0.4452 合格率：F（Z1）+ F（Z2）=0.4918+0.4452=0.937=93.7%废品率：1- F（Z1）- F（Z2）=6.3%若对刀绝对准确，则，Z1=Z2=0.05/0.025=2.00;F(Z1)=F(Z2)=0.4772;合格品率- F(Z1)+F(Z2)=95.44%（2）CP=(四级)。工艺能力不足。（3）措施：提高工艺能力。提高对刀精度2、

21、解装配尺寸链 1、解：尺寸链简图及增减环确定：A0=0.10.3,A1=30,A2=46,A3=36,A4=20，A1、A2增环，A3、A4减环 ,。（1）仅修N面2)各环尺寸及偏差确定：除修配环A4以外，按入体原则确定各环偏差，则，。A4越修A0封闭环越大，故有：A0max=(A1max+A3max)（2min+A4min）=0.3，即（30.1+36）(45.9+A4min)=0.3，A4min=19.9，3）可能的最大修配余量Zk= （2）仅修M面：除修配环A3以外，按入体原则确定各环偏差，则，A3越修A0封闭环越小，故有：A0min=(A1min+A3min)（2max+A4max）=

22、0.1，即（30+ A3min）(46+20)=0.1，A3min=35.9， 可能的最大修配余量Zk= 3、解：（1）， = ， K=2790 N/mm FZ=CFY f=10000.05=106(N) 把（2）、（3）代入（1）得=0.038 代入 n取2次走刀 （2）若要在一次走刀中满足精度要求，需减少进给量，提高系统刚度、降低毛坯的尺寸分散范围等措施。 1、举例说明何谓原理误差？用数控机床加工Bezier曲面，是否存在原理误差?为什么？2、举例说明何谓误差敏感方向？车床与镗床的误差敏感方向有何不同？1、一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工件在本工序前的圆度误差0.5mm，为保证本

23、工序0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？ 若一次走刀满足要求，工艺参数如何修正（应采取那些措施）？2、图示为某机床溜板与床身道轨装配图，1为溜板，2为压板，3为床身导轨。为保证溜板在床身导轨上准确移动，要求其配合间隙为0.10.3mm，为了加工方便，各环公差均取0.1mm，用修配法满足装配精度，（1）仅修N面时，（2）仅修M面，试分别就（1）、（2），确定各环上、下偏差及可能的最大修配余量。3、在甲、乙两台机床上加工同一种零件，要求工序尺寸500.1。加工后对甲、乙机床加工的零件分别进行测量，结果均符合正态分布，甲机床加工零件的平均值=50，均方根偏差0.04，乙机床加工零件的平均值=

24、50.06，均方根偏差0.03， 部分标准正态函数分布表如下： Z1.31.52.02.52.83.03.5F(Z)0.40320.43320.47720.49380.49740.49870.5试问：(1)在同一张图上画出甲、乙机床所加工零件尺寸分布曲线；(2)判断哪一台机床不合格品率高?(3)判断哪一台机床精度高? 参考答案一、简答题：1、因近似成型运动或近似刀具廓型而产生的误差。是采用近似成型运动加工成型。2、加工表面的法线方向；普通车床误差敏感方向在水平方向；镗床误差敏感方向在沿圆周方向六、分析计算题解、1、解：尺寸链简图及增减环确定：A0=0.10.3,A1=30,A2=46,A3=3

25、6,A4=20,（1）仅修N面2)各环尺寸及偏差确定：除修配环A4以外，按入体原则确定各环偏差，则，A4越修A0封闭环越大，故有：A0max=(A1max+A3max)（2min+A4min）=0.3，即（30.1+36）(45.9+A4min)=0.3，A4min=19.9，3）可能的最大修配余量Zk= （2）仅修M面：除修配环A3以外，按入体原则确定各环偏差，则，A3越修A0封闭环越小，故有：A0min=(A1min+A3min)（2max+A4max）=0.1，即（30+ A3min）(46+20)=0.1，A3min=35.9，可能的最大修配余量Zk= 2、解：（0.5(0.25)n0

26、.01 解得 n=3）3、解：解：（1）坐标图如下。要点：=50小于=50.06故，X甲在左且与X已相距0.06mm；(0.04)大于(0.03)，故，X甲矮胖，X已瘦高。 (2)，查表得： 。故甲机床合格品率=20.4938=98.76%，甲机床不合格品率：1-甲机床合格品率=1.28%，已机床合格品率=，已机床不合格品率=1-已机床合格品率=9.68%，所以，已机床不合格品率高。(3) ，所以已机床精度比甲机床精度高。1、 在研究精密和超精密加工时，常提到“蜕化”和“进化”加工原则，试解释其含义？1、 在车床上个精镗一短套工件的内孔，加工前内孔的圆度误差为0.4mm，要求加工后圆度误差不大

27、于0.01mm。已知机床头架刚度K头=40000N/mm，刀架刚度K刀3000N/mm，尾座刚度K尾25000N/mm，走刀量f0.05mm/r，走刀量指数YFz0.75，径向切削力系数CF在1000。在只考虑机床刚度的影响时，试分析计算（1）应至少安排几次走刀才能满足圆度精度要求？（2）若希望一次走刀达到圆度精度要求，可采取哪些工艺措施?已知： 2、在车床上采用双顶尖装夹加工细长轴零件，加工后发现中间粗、两端细，是分析可能原因及解决办法。3、车削一批小轴的外圆，其尺寸为，已知此工序的加工误差分布曲线符合正态分布，其标准差=0.025，曲线的顶峰位置偏置公差带中值右侧0.01mm，试求零件的合

28、格品率、废品率；并分析工艺系统经过怎样的调整可使废品率降低。部分正态分布函数表如下： Z1.21.51.62.22.32.42.8F（Z）0.38490.43320.44520.48610.48930.49180.4974第二部分参考答案一、简答题：（6题，每题8分，共48分）1、 “蜕化”指加工中采用的工作母机的精度比被加工的零件的精度高的一种加工方法3分；“进化”是指利用精度低于工件精度要求的设备，借助工艺手段和特殊工具，加工出精度高于“母机”的工件或用较低精度的机床和工具制造出加工精度比“母机”精度高的机床，再用它加工高精度的工件。二、分析计算1、（1） = （1） ， K=2790 N

29、/mm（2） FZ=CFY f=10000.05=106(N)（3） 把（2）、（3）代入（1）得=0.038 代入 n取2次走刀 （2）若要在一次走刀中满足精度要求，需减少进给量，提高系统刚度、降低毛坯的尺寸分散范围等措施。 2、原因及解决措施：1）工件中间部分刚度较床头及尾座的差，在Fy作用下产生弹性变形量大，切削热使工件热伸长受到尾座死顶尖的限制，加剧了工件弯曲变形，所以加工后，工件两端细中间粗（3分）。措施：加中心架，尾座采用弹簧顶尖，大主偏角车刀并反向走刀（3分）2）机床导轨有类似形状误差。测量误差并修整机床导轨； 3）误差复映。增加走刀次数。（ 2）、3）各1分）3、解：（1）绘曲

30、线（2）求废品率：a=0.05-0.01=0.04，b=0.05+0.01=0.06Z1= F（Z1）=0.4918 Z2= F（Z2）=0.4452合格率：F（Z1）+ F（Z2）=0.4918+0.4452=0.937=93.7% 废品率：1- F（Z1）- F（Z2）=6.3%（2）CP=(四级)。工艺能力不足。（3）措施：提高工艺能力。提高对刀精度。2、自激振动与强迫振动的主要特点各是什么？ 答、自激振动能量来源于系统内部，其频率等于或接近系统固有频率。自激振动：在外界偶然因素激励下产生的震动。但维持的能量来自震动系统本身，并与切削过程密切相关，这种在切削过程中产生的振动叫自激振动。切

31、削停止后，振动即消失，维持振动的激振力也消失。（4分）强迫振动因外加激振力产生，其频率等于激振力频率，当激振力频率接近系统固有频率时系统将产生共振。强迫振动：是一种外界周期干扰力所支撑的不衰减振动。支持系统振动的激振力由外界维持，系统振动的频率由激振力频率决定。图示为一对开齿轮箱部件，要求间隙0=0.20.5mm, 已知：1100mm，A2=50mm，A3=A5=5mm，A4=140mm，试用大数互换和完全互换法确定有关零件的尺寸偏差。四、1、车削一批轴，其直径尺寸要求mm。加工后尺寸符合正态分布，测量一批工件后得到这批工件的算术平均值，=17.975mm，其标准偏差=0.01mm试求：(1)

32、常值系统误差(2)零件的合格品率及废品率 (3)工艺能力系数(4)分析废品产生得原因 (5)提出减少废品的措施(6)绘出尺寸分布曲线。2.002.202.302.402.502.602.700.34130.48610.48930.49180.49380.49530.49651(1)绘出分布曲线，设计尺寸可写成 =17.98250.0175 (2)常值系统误差=0.0075，；(3)合格品率及废品率a=(T/2)+ =0.025， Z1=a/=2.5(=0.025/0.01) F(Z1)=0.4938；b=T/2-=0.11，Z2=b/=1，F（Z2）=0.3413合格品率= F(Z1)+ F（Z2）=83.51%，废品率=1-合格品率=1