机械制造技术基础(第2版)第四章课后习题答案

1、机械制造技术基础部分练习参考解决方案第四章加工质量和管理什么是4-1主轴旋转精度？外圆磨床头夹的顶部不与工件一起旋转，车床主轴箱的顶部与工件一起旋转，为什么？解决方案：主轴旋转精度主轴实际旋转轴与理想旋转轴的差异表示主轴旋转精度，分为主轴径向圆跳动、轴向圆跳动和角度摆动。车床主轴的顶部与工件一起旋转，因为车床加工精度低于磨床，与工件一起旋转时摩擦力减小。外圆磨床头夹的顶部与工件不旋转是因为磨床加工精度高，不能消除主轴旋转引起的误差。分析在4-2镗床镗孔(刀具是旋转主运动，工件是进给运动)时加工表面出现椭圆错误的原因。答：在镗床中镗孔时，切削力f的作用方向与主轴旋转一起旋转，因此在f中，主轴始终

2、表示轴承轴颈的一部分支撑在轴承内部表面，轴承内部表面的圆度误差由主轴半径圆跳动反映，如果轴承内部表面是椭圆，则在镗孔的工件表面出现椭圆错误。为什么4-3水平面内水平架子床导轨的直线度要求高于垂直面内的直线度要求？答：轨道是水平面方向上误差敏感的方向，轨道垂直面是误差不敏感的方向，因此水平面内的直线度要求高于垂直面内的直线度要求。4-4水平面内车床导轨的直线度误差为0.015/1000mm，垂直面内直线度误差为0.025/1000mm。要从这个车床上车，请计算直径为60mm、长度为150mm的加工工件因导轨几何误差而产生的圆柱度误差。解决方案：p152的机床导轨误差分析表明，机器导轨水平面是对误

3、差敏感的方向，导轨垂直面是对误差不敏感的方向。水平面：mm；垂直面：mm，非常小的忽略。因此，导轨几何误差引起的圆柱形误差mm。4-5在车床上完成直径为60mm、长度为1200mm的长轴外圆的放置。已知事项：工件材料为45钢。切削量为vc=120m/min、ap=0.4mm、f=0.2mm/r。刀具材料是YT15。在不重新调整刀具位置的情况下加工50个工件后，计算刀具尺寸磨损引起的加工误差值。解决方案：根据p154公式(4-2)，根据标题切削50个工件的切削长度：P155表4-1，YT15刀具切削45钢时NB0=8m，knb=8m/km；=0.46mm工件直径增加到60 20.46=60.92

4、mm，直径误差增加到0.92mm。试验4-6批量生产图4-69图中所示的零件、a和b的两个尺寸被加工成指定尺寸的零件、镗孔e孔的底部位置、由于基准不匹配而引起的此镗孔工艺的位置误差。练习题4-6度解决方案：假设从孔e的中心到位置面的距离为FTF/2，则f和a、b、c构成直线尺寸链，f构成闭合环，a、c构成附加环，b构成减少环。f=ab c闭合回路公差，这是基准不匹配错误，假设基于位置的制造错误为零，则位置错误为：4-7在垂直铣床上放置铣削槽，如图4-70所示。主要技术要求包括：(1)插槽宽度mm(2)槽距离尺寸mm(3)凹槽底部位置标注为mm。(4)槽两侧面对外部环形轴的对称度公差mm已知：外

5、部圆尺寸mm和内部孔尺寸mm使用指定尺寸加工，内部和外部圆的半径圆跳动公差值为0.02mm。分析计算工序的位置误差。练习题4-7度解决方案：(1)工件轴mm上的位置基准与设计基准一致，没有位置错误。(2)工件半径：mm位置误差分析：位置基准与设计基准不匹配，且具有内圆和外圆的半径跳动公差t(c)=0.02；毫米工件使用内部孔和中心轴定位，位于水平中心轴位置，根据p158公式(4-4)，位置误差为：其中TD=0.021mm，位置中心轴mm，Td=0.013mm；Mm，备用毫米半径位置误差为mm(3)键槽对称度e=0.01mm的影响分析：外部环形轴是键槽对称的基准轴，因此对称度不会影响h方向尺寸位

6、置误差。4-8练习4-8图a)表示铣削键槽工艺的加工要求、已知轴直径尺寸mm、练习问题4-8图b、c)两种定位方案的定位误差。练习题4-8度解决方案：图b)位置错误分析：y方向：考虑到没有基准转换错误，定位零部件没有制造错误，y方向的定位误差为零。x方向：此方案满足要求，因为操作外部圆形公差mm影响键槽加工，mm对对称要求为0.2，x方向定位误差小于对称要求。图c)位置错误分析：根据教材p160度4-15 b的分析结果公式(4-7)，位置误差为毫米4-9练习4-9图中所示的齿轮毛坯必须将插入槽放置在v形块中，并保证工艺尺寸。已知：不考虑内部孔和外部圆的同心度误差的影响，试验该工艺的位置误差。解

7、决方案：外部圆公差Td=0.1mm，如练习4-9中所示；内部孔公差：TD=0.025mm由于外圆公差引起的工件中心变化可根据教材p160公式(4-17)进行计算。毫米考虑外部圆和内部孔的同心度误差，因此孔的公差变化导致的位置误差为：毫米因此，工序大小h的位置误差为mm。要放置加工孔(如4-10练习4-10中所示)，孔必须具有外部圆的同心度公差。已知：分析计算这个定位方案的位置误差。练习题4-9图练习4-10图解决方案：如练习4-10中所示。仅考虑v块定位时，根据教材p160公式(4-17)计算位置误差。毫米标注b变更时，x方向发生的错误如下：毫米几何和实际位置误差两部分，毫米4-11练习4-1

8、1中所示的工件使用大的外部圆和结束m作为位置曲面，铣削小外部圆上的键槽，并确保尺寸h，l。已知：大外圆同轴误差，分析和计算过程中的位置误差。练习题4-11度解决方案：此问题类似于4-9问题，但必须考虑同心度对直径方向的影响。Td1=0.12mm；Td2=0.16mm外部圆D2产生的位置误差根据教材p160公式(4-17)计算。毫米外圆D1产生的位置误差为：毫米；同轴性的位置误差为：毫米；因此，进程工作站错误为mm。4-12练习4-12图中所示的工件使用v形块(角度)定位加工两个直径为10mm的小孔。已知：外部圆直径标注mm，内部孔标注mm，内部和外部圆的同心度错误t=0.05mm，内部孔中心线

9、是制程标注r的制程基础。分析计算O1孔位置误差。练习题4-12度解决方案：根据标题，Td=0.1mm，TD=0.2mm。位置误差分为多个部分。外圆产生的位置误差根据教材p160公式(4-17)计算。毫米同轴性引起的位置误差为毫米。考虑到r和没有误差，O1的位置误差等于o；定位错误包括mm . mm .4-13试图分析3个工件的外部圆形表面，3个手推车床，加工后测量，3个工件是练习4-13图中所示形状错误的主要原因。练习题4-13图解决方案：图a)原因主要是工件刚度低，机床刚度好。图b)原因主要是工作刚度好，但机器主轴和尾部的刚度不好。图c)原因主要是机床和机床主轴刚度良好，但机床尾部刚度差。刀

10、具磨损有一定的影响，但不能磨得那么快。磨损影响需要切削多个工件才能反映出来。在4-14外圆磨床上磨削练习题4-14图所示的轴工件外圆，如果机器的几何精度好，分析磨削后A-A截面的形状误差，并采取措施减少上述误差。练习题4-14度解决方案：工件的刚度差异会导致机械刚度好，A-A截面尺寸增加。工件的刚度好时，机床主轴、尾砂的刚度差时，A-A截面尺寸也变大。在这两种情况下，A-A截面尺寸仍按直径增加，形状误差不明显。改进措施是提高机床主轴、尾砂的刚度，提高工件的刚度。4-15车床的零件刚度为k主轴=5000n/mm。k转塔=2330n/mm，k尾=34500N/mm。目前，该床使用前后定位车辆直径为

11、mm的光轴。径向力Fp=3000N假设刀具和工件的刚度都很大，并尝试：1)主轴箱末端有工具刀的工艺系统的变形量。2)车削刀具在主轴箱1/4工件长度上的变形；3)工件中点车削刀具的工艺系统变形；4)主轴箱3/4工件长度中车刀的工艺系统变形；5)尾架上车刀的工艺系统变形。计算完成后，加工轴，然后徒手绘制垂直剖面的形状。解决方案：4-16练习4-16a)通过图形的夹紧方式，在外圆磨床上研磨薄壁套筒a，去除工件后，发现工件为鞍形，如练习4-16b图所示，分析此几何误差的原因。练习题4-16图解决方案：上图b)形状误差的主要原因是磨床主轴和尾轴刚度不足，砂轮移动到主轴或尾位置时出现刀具现象，因此工件两端

12、的直径增加。在4-17水平铣床上，通过使用练习4-17图中所示的剪辑方式用铣刀a铣削键槽的结果，工件右端的凹槽深度大于中间凹槽深度，进行了测量，分析了产生这种现象的原因。练习题4-17图答：如练习4-17中所示，产生错误的主要原因是铣床主轴刚度不足，铣床移动到主轴时发生主轴加工现象，工件的中间凹槽变浅，右侧起始进刀深度足够，而铣刀移动到主轴时主轴使刀具变浅，凹槽变浅。改进措施是提高铣床主轴的刚度。什么是4-18错误映射？出错系数的大小与哪些因素相关？解决方案：加工时要加工的表面有什么误差，加工的表面上一定有相同特性的误差是误差修正现象。如上公式所示，误差系数与工艺系统刚度、进给f切削速度VC等

13、有关。在4-19车床上短粗轴圆柱表面。已知项目：工艺系统刚度k系统=20000N/mm，待加工加工加工加工面的顶孔中心偏心误差为2mm，毛坯最小背面摄入量apmin=1mm，N/mm。第一次走刀后，加工表面上孔中心的偏心误差是多少？要相对于加工曲面的顶孔中心在0.01mm内控制偏心误差，至少需要多少次切削？解决方案：已知：C=1500N/mm，k系统=2000n/mm，mm；根据P168公式(4-16)和公式(4-17)，可以导出：mm；第二次加工：mm，因为系统刚度恒定第三次加工：mm答：要将偏心误差控制在0.01mm以内，需要3个通路。为什么提高4-20工艺系统刚度？首先提高薄弱环节的刚度

14、，这样做有效吗？举实例说明。答：弱点是影响机床刚度的主要因素之一，因此，通过提高弱点的刚度，可以取得良好效果。这是机床的弱点，例如机床导轨上的楔形铁。如果4-21水平车床床身铸件的顶部和底部留有压缩应力，床身中间留有拉伸应力，请简单地绘制粗糙刨床体顶面后床身纵向截面形状，并分析其原因。4-22练习4-22如图所示，在用直径d的端铣刀铣削板框架铸件、薄壁3、壁1和壁2厚度、破裂壁3后，需要重新分配毛坯的内部应力，询问断裂尺寸d是否会变大或变小。怎么了？练习题4-22图解决方案：未切割时，残余内部应力的分布为1，2张，3压缩。取消切削后，压力取消，1，2拉力解除，内部应力重新平衡，从而扩大切削。在

15、4-23挖泥床上加工套筒的内外圆，询问内外圆同心度误差遵循什么分布。答：如果加工零件的大小很大，内部和外部圆形同心度错误通常遵循正态分布。4-24在车削刀具的热变形很重要的情况下，用调整方法车削这些工件尺寸误差分布曲线的形状，并说明原因。练习4-24插图答：如果调整方法加工小轴外圆，加工工件的批量较大，则尺寸分布应是正态分布。车削刀具发生热变形，属于系统误差，如上图所示，但分布曲线的形状保持不变。4-25汽车外圈尺寸要求mm轴。已知：外圆尺寸为正态分布，均方偏差mm，分布曲线中心比公差带中心大0.03mm。请计算加工此轴的合格率和不合格率。练习4-25插图解决方案：分析如何参照p184示例4-

16、4，如上图所示。，转换为标准正态分布函数，合格率为：不合格品比率为：1-P=21.259%其中：0.5-(0.8)=21.19%是可修改的。无法修复0.5-(3.2)=0.069%。要在4-26自动车床上加工轴零件的放置，请测试外径尺寸mm、已知平均平方偏差、这台机器的工艺能力等级？解决方案：根据公式p186(4-28)，T=0.2。根据P186表4-6，此工序能力等级为1级，具有足够的工序能力以允许恒定或异常波动。为什么4-27机械零件通常从表面层开始破坏？答：机械零件的故障形式包括疲劳破坏、滑动磨损和滚动磨损。滑动和滚动磨损从表面开始，疲劳破坏也从表面开始。表面的残余应力和冷硬化会导致零件

17、表面出现小裂纹和缺陷，这些小裂纹和缺陷在载荷、摩擦作用下会逐渐扩展，从而导致机械零件故障和破坏。以4-28磨削为例，说明磨削用量对磨削表面粗糙度的影响。答：在磨削过程中，可以适当减小砂轮的粒度，减少进给和磨削深度，提高磨削速度，改善冷却效果，减少磨削热的影响，减少磨削表面粗糙度。4-29加工后，为什么零件表面层会产生加工硬化和残余应力？答：加工后零件表面发生加工硬化的原因是加工过程中塑料变形，塑料变形导致表面金属电位，晶格扭曲导致冷硬化。加工残余应力是由加工过程中热量不均、冷却不均和金相变化引起的。工件表面加工硬化及残余应力是机械加工后的必然现象，可以通过热处理方法去除或通过特殊加工工艺减少冷硬化程度，控制残余应力的方向。什么是4