第四章习题答案机械制造工艺学

《机械制造工艺学》习题参考答案 常同立、杨家武、佟志忠编著 清华大学出版社 第四章 机械加工精度控制 4-1 参考答案要点： 原始误差是工艺系统中能够直接引起加工误差因素的统称。 例子见教材 4.2 节，选择其一即可 4-2 参考答案要点： 误差的敏感方向是指原始误差对加工精度影响最大的方向。 由于车床刀具固定，则误差敏感方向不变。 由于镗床镗刀是旋转的，加工时误差敏感方向和切削力方向随主轴回转而不断变化。 4-3 参考答案要点： 固定顶尖（死顶尖）的优点： 1）具有较高的支撑刚度，有助于提高工艺系统刚度。 2）死顶尖没有可旋转顶尖（活顶尖）中的旋转轴承结构，因此具有更高的定位精度，工件具有更高的回 转精度，两个顶尖可以保持更高的同轴度。 因此，使用死顶尖的目的是提高加工精度。 顶尖本身具有形状误差时，会引起工件外圆的圆度。改进措施要求工件上顶尖孔加工准确。 两个顶尖的同轴度误差可以引起外圆的圆度和锥度误差。改进措施要求机床的顶尖形状准确，具有较 高的同轴度。工件上顶尖孔加工准确。 4-4 参考答案要点： 卧式车床的误差敏感方向为水平方向，不敏感方向为铅垂方向。 平面磨床对导轨的误差敏感方向为铅垂方向，不敏感方向为水平方向。 镗床误差敏感方向是随主轴回转而变化的，导轨在垂直和水平面上的误差都会影响加工精度。 4-5 参考答案要点： 车削螺纹时，要求工件旋转一周，相应刀具移动一个螺距 ，这种运动关系是由刀具与工件间的传动链来 保证的，即保持传动比 恒定， S fi TiTz z z z z z z zS f=××××= 8 7 6 5 4 3 2 1 （ 为总传动比）。 fi 如果机床丝杆导程或各齿轮制造存在误差，将会引起工件螺纹导程的加工误差。总传动比 反映了误差传fi 递的程度，增速传动比会放大加工误差，而减速传动比能够减小加工误差。 4-6 参考答案要点： 接触刚度是指零件接合面在外力作用下，抵抗接触变形的能力。 影响连接表面接触刚度的因素有：法向载荷大小；接触表面材料硬度、表面粗糙度；表面纹理方向；表面 几何形状误差等。 减小接触变形通常采用的措施：提高配合表面质量；在接触面间预加载荷；合理使用、减少间隙、减少悬 伸量等。 4-7 参考答案要点： 何谓误差复映规律？ 误差复映是指切削加工过程中，工艺系统在切削力作用下产生的变形大小取决于切削力，但在加工余量不 均匀、材料硬度不均匀或机床、夹具和刀具等在不同部位时的刚度不同的影响下切削力将会发生变化，导 致相应的受力变形量变化，从而使工件加工后存在相应误差的现象。 误差复映系数的含义是什么？ 通常以加工前后误差的比值衡量误差复映的程度，定义为误差复映系数。 哪些因素影响其大小？ 影响误差复映系数的因素有： 1）加工余量不均匀； 2)材料硬度不均匀 3)机床、夹具和刀具等在不同部位时的刚度不同。 减小误差复映工艺措施有： 经多次走刀或多道工序能够减小误差复映的程度，可以降低工件的加工误差。 4-8 参考答案要点： 45.0 01.0=Δ Δ= m gxε 0.45 解得0.45 0.25 0.01x xε× = × ≤ 5=x 4-9 参考答案要点： (1) 2 21 1yjc y 1 zx wz L x xF djK L K L K ⎡ ⎤−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= +⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ + 2 2 21 600 1 1 1 600 1 1100 6000 600 5000 600 4000 60 600 50 600 40 x x x x⎡ ⎤− −⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= + + = +⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦ 2 + 600max y 1 1y 0 50 40 jc jc= = + = .045mm (2) 2 2 2 2 2 2( ) 100 (600 ) (600 )y 3 3 600 18 y g F L x x x x x x EI L EI EI − − × −= = = × 4 4max 4300 5 300 300y y 0.0073 5018 18 2 10 64 g g EI π= = = =×× × × mm （3） x t jc gy y y= + x tm a x x t 3 0 0 y y 0 .0 4 5 0 0 .0 4 5 m m= = + = 4-10 参考答案要点： 钻床上加工时，钻头旋转而工件不动，孔径是直接受到钻头的影响，由于小钻头刚性差导致了轴线偏弯。 而车床加工时，工件时旋转的，孔的形成与主轴回转有关，回转中心与钻头中心不一致就会导致孔径扩大。 4-11 参考答案要点： 具的制造误差和磨损在哪些加工场合直接影响加工精度？ (1) 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等)的尺寸精度将直接影响工件的尺寸精度。 (2) 成形刀具(如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等)的切削刃形状精度将直接影响加工表面形状精度。 (3) 展成加工(如齿轮加工、花键加工等)时，刀具切削刃形状精度和有关尺寸精度都会影响加工精度。 在精加工以及大型工件加工时，刀具磨损对加工精度可能会有较大的影响。刀具磨损磨损往往是影响 工序加工精度稳定性的重要因素。 刀具的制造误差是与工艺系统初始状态有关的原始误差，几何误差 刀具的磨损误差是与工艺系统加工过程有关的原始误差，动误差 4-12 参考答案要点： 产生残余应力的主要原因： 1）毛坯制造过程中产生的残余应力； 2）工件冷校直时产生的残余应力； 3）切削加工中产生的残余应力 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字） 减小或消除残余应力的措施： 1）合理设计零件结构； 2）设立消除残余应力的热处理工序； 3）合理安排工艺过程 （理解基础上，适当展开，参看教材相应文字） 4-13 参考答案要点： 根据统计规律，加工误差分为：系统误差和随机误差。 系统误差：在相同的工艺条件下、顺序加工一工件时，加工误差的大小和方向都保持不变，或者按照一定 的规律性变化，称这类误差为系统误差。称前者为常值系统误差，称后者为变值系统误差。 随机误差：在相同工艺条件厂、顺序加工一批工件时，其加工误差的大小、方向及其变化是随机性的，称 这类误差为随机误差。 统计分析方法有：分布图分析法和点图分析法。 分布图分析法是通过测量某工序加工所得一批零件的实际尺寸，用作图(如直方图或曲线)分析的方法 此判断加工方法产生误差的性质和大小。 点图分析法是用点图研究加工精度，估计工件加工误差的变化趋势。点图是按照加工顺序绘制的尺寸分布 图。 4-14 参考答案要点： 工艺稳定性是指采用所使用的工艺加工出来的产品尺寸是否稳定在某一公差范围之内。 如何评价工艺稳定性？ 在点图上做出中心线和上下控制线后，即可根据点图分布的情况判别工艺系统的稳定性。假如加工中 系统误差影响很小，加工误差主要是随机误差，且 保持不变，那么这种波动属于正常波动，加工工艺是 稳定的，点图中点密集分布在中线附近。这说明分散范围小，该工艺过程处于控制之中。假如点图中点的 分布波动很大或集中偏离中线的一侧，这种波动属于异常波动，加工工艺是不稳定的，需要适时加以调整， R 否则可能出现废品。 需要注意的是工艺系统的稳定性与出不出废品是两个不同的概念，加工工件的合格与否是用公差衡量 的。 4-15 参考答案要点： 1）依据所计算 X 及 6σ绘制分布图见下图 16 0.01 0.01 16X = − + = min 16 0.02 15.98d = − = ， max 16 0 16d = + = min 0.0216 0.01 3 16-0.01+0.01-0.015=15.985 2 A σ= − + − = ， max 0.0216 0.01 3 16-0.01+0.01+0.015=16.015 2 A σ= − + + = 2）计算工序能力 工序能力6 6 0.005 0.030σ = × = 工件尺寸公差 0.02T = 工序能力系数 P0.02 0.67 0.67 C 6 0.03 P TC σ= = ≈ ≥ ，工序等级 4 级，工序能力不足，出现不合格品不可避 免。 3）计算可修复与不可修复废品率 min minA d> ，不会产生不可修复不合格品 max maxA d> ，不合格品全部为可修复不合格品。 16 16 0 0.005 x Xz σ − −= = = ， (0) 0F = 合品率 0.5 ( ) 0.5 0 50%Q F z= − = − = 所以总合格品率 0.5=总合格品率Q 可修复废品率 100% 4-16 参考答案要点： 工序能力 0.0180.00366 =×=σ 工件尺寸公差 0.025=T 工序能力系数 1.33C1.67 1.389 6 P >≥≈= σ TCP ，工序等级 1 级，工序能力足够，可以允许一定的异常 波动。 工艺措施：应注意使工件尺寸分布中心与工件公差带中心重合。 4-17 参考答案要点： 1）减小或消除原始误差 在查明产生加工误差的主要因素后，可以直接对其进行减少或消除，以提高加工精度，这是生产中应用较 广的一种方法。 2）补偿或抵消原始误差 误差补偿法是人为地制造出一种新的原始误差，以补偿或抵消原有的原始误差，从而减少加工误差，提高 加工精度。 3）转移原始误差 各种原始误差反映到零件加工误差上的程度，与其是否在加工误差的敏感方向上有直接关系。因而在 一定条件下，设法将工艺系统的误差转移到误差非敏感方向或不影响加工精度的其他方向，则可提高加工 精度。 (举例，参见教材对应内容) 第四章 机械加工精度控制