机械制造基础作业1
（材料及毛坯成形部分，满分25分）
1、常用的工程材料可以用教材第一页的表格表示，请完成工程材料的分类表：
2、人们在描述金属材料力学性能重要指标时，经常使用如下术语，请填写其使用的符号和内涵：
答：（a）强度：强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷表示，符号为σ，单位为MPa；
（b）塑性：塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号δ表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用y表示。（c）硬度：硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。布氏硬度指标有HBS和HBW，前者所用压头为淬火钢球，适用于布氏硬度值低于450的金属材料，如退火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有色金属等；后者压头为硬质合金，适用于布氏硬度值为450~650的金属材料，如淬火钢等。
（d）冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷的能力称为冲击韧性，用ak表示，单位为J/cm2。
（e）疲劳强度：金属材料经受无数次交变载荷作用而不引起断裂的最大应力值；
3、参照教材图1-2填写材料拉伸曲线图中的相应特征点的符号，并描述其相应的含义：
答：（a）横坐标表示：试样绝对伸长量Δl，单位为mm；
（b）纵坐标表示：试验拉伸力F，单位为N；
（c）E点：材料弹性变形的极限点；
（d）S点：材料的屈服点；
（e）B点：出现颈缩现象点；
（f）K点：试样在颈缩处被拉断；
（g）屈服点以后出现的规律：在超过屈服点以后，当载荷继续增大，试样的伸长量随载荷的增加而增大，试样产生较大的塑性变形，材料的抗拉强度明显增加，出现冷拉强化现象；当载荷继续增大某一最大值Fb时，试样的局部直径变小，出现颈缩现象；同时，载荷也逐渐降低，当到达k点后，试样在颈缩出被拉断。
4、钢的标准试件直径为10mm、标距长度为50mm。拉伸试验时测出试件在加载26kN时，其标距长度为51mm；出现最大载荷为45kN，拉断后的标距长度为58mm；断口处直径为7.75mm。试计算试件的σ0.2、σb。
答：
5、HR是零件设计中常用的表示材料硬度的指标。请回答下表中硬度表示的有效值范围和应用范围：
硬度符号 有效值范围 主要应用范围
HRA 70—85 碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化钢
HRB 25—100 软钢、铜合金、铝合金、可锻铸铁
HRC 20--67 淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢
HR和HB有什么
差别？
答：HR指洛氏硬度，是用压痕深度作为洛氏硬度值的计量即，符号用HRA、HRB、HRC表示；测量时压痕较小，可在工件表面试验，可测量较薄工件的硬度，但精确性较低；
HB指布氏硬度，是用单位压痕面积的力作为布氏硬度值的计量，即试验力除以压痕表面积，符号用HBS（用淬火钢球压头）或HBW（用硬质合金压头）表示；测定的数据准确、稳定、数据重复性强，但对不同材料测量时，需要更换压头和改变载荷，且压痕较大，压痕直径的测量也较麻烦，易损坏成品的表面，故不宜在成品上进行试验。
6、参照教材1-7图补充如下Fe-Fe3C相图缺少的内容（标注相应的数据和材料相符号），思考每个线条和线条包容区域内金属相符号的特点：参考下图，回答以下问题：
答：（a）ACD线为：液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，铁碳合金在此线以上处于液相。
（b）Acm线为：即ES线，碳在奥氏体中的溶解度曲线。碳在奥氏体中最大溶解度是E点（wC＝2.11％），随着温度的降低，碳在奥氏体中的溶解度减小，将由奥氏体中析出二次渗碳体Fe3CⅡ。
（c）AC3线为：即GS线，奥氏体冷却时开始向铁素体转变的温度线。
（d）A表示：奥氏体，是碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格。碳在γ-Fe中的溶碳量较高，1148℃时2.11%；1148℃时为0.77%。其强度和硬度比铁素体高，塑性、韧性也好。
（e）F表示：铁素体，是碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格。由于碳在α-Fe中的溶解度很小，727℃时0.0218%；室温时为0.0008%，几乎为零，所以，铁素体的强度和硬度很低，塑性、韧性好。
（f）P表示：珠光体，是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，是奥氏体冷却时，在727℃恒温下发生共析转变的产物。性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
（g）Ld表示：莱氏体，是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，是奥氏体冷却时，在1148℃恒温下发生共晶转变的产物，平均碳含量4.3%。
（h）Fe3C表示：渗碳体，是铁与碳形成的金属化合物，碳含量是6.69％，具有复杂的晶体结构。其硬度很高，塑性和韧性很差，δ、Ak接近于零，脆性很大。
（i）含碳0.77%的钢为：共析钢。
答：在过共析钢中，渗碳体以网状分布在晶界上且以基体的形式存在，这将使铁碳合金的塑性和韧性大为降低，导致其脆性很高。
7、假定有含碳量为0.8%的材料从液态逐渐缓慢冷却，请说明其温度下降过程中的组织变化。
答：在铁碳合金相图上，以含碳量为0.8%画一条垂直于横轴的直线，如图所示：
则：当温度处于AC线以上时，全部为L（液体）
状态；
当温度下降到AC线时，开始出现固态结晶；当温度下降到AC线和AE线之间时，成为L（液体）和A（奥氏体）的混合体；
当温度下降到AE线和SE线之间时，全部转化为A（奥氏体）；
当温度低于SE线且高于727℃时，有部分Fe3C（渗碳体）析出；
当温度低于727℃时，A（奥氏体）全部转化为P（珠光体），成为P（珠光体）和Fe3C（渗碳体）的混合体；这种状态一直保持到常温，不再改变。
8、AC3线和Acm线是重要指标线，在这个温度以下会稳定得其室温组织。在该温度附近的冷却速度决定了材料的晶粒大小。因此，为细化晶粒的退火热处理的工艺设计是需要查阅相图的（通常要高出50℃）。请同学们补充完成以下的回答：
回答：当温度下降到AC线时，出现凝固，成为L（液体）和A；经过EF线以后完全固体，……
答：当温度下降到AC线时，出现凝固，成为L（液体）和A（奥氏体）；
经过EF线（1148℃）以后完全固化，成为A（奥氏体）、Fe3C（渗碳体）和Ld（莱氏体）的混合物；
再经过SK线（727℃）以后，成为P（珠光体）、Fe3C（渗碳体）和Ld（莱氏体）的混合物。
（提示：由AC线和EF线知材料为含碳量在2.11~4.3%的铸铁。）
9、钢的热处理主要包括淬火、退火、回火、调质处理和渗碳。它们的主要特点是按照热处理温度、冷却速度、热处理目的或用途、工艺过程安排特点来考虑的。请描述它们的特点：
答：淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。淬火的目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性。
退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却（随炉冷却）以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。退火的主要目的：调整和改善钢材的力学性能和工艺性能，减少钢材化学成分和组织的不均匀性。
回火：将淬硬后的工件重新加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，是紧接淬火之后的热处理工序。回火的目的：
1）消除或减少内应力，降低钢的脆性，防止工件变形和开裂；
2）获得工件所需要的力学性能；
3）稳定工件组织和尺寸，保证精度；
4）可降低合金钢在淬火或正火后的硬度，利于加工。
调质处理：淬火加高温回火的热处理又称为调质处理，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿轮、连杆、螺栓等。
渗碳：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。 其目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。
1
0、请回答0.77%碳钢和1.0%碳钢的细化晶粒温度。
例如：一批碳钢试样组织晶粒大小不均匀，需采用退火处理。应采用的工艺设计是：缓慢加热到 777 ℃ ( PK线+50 )，保温足够时间，随炉冷却至室温。
问：为什么要保温足够时间？为什么要缓慢冷却？
答：升温的目的是使室温下碳钢试样组织中晶粒大小不均匀的“珠光体+渗碳体”转化为“奥氏体+渗碳体”；保温足够时间的目的是：使“奥氏体+渗碳体”组织晶粒大小均匀；
缓慢冷却的目的是：使晶粒大小均匀后的“奥氏体+渗碳体”组织顺利转化为室温下的平衡组织，即“珠光体和渗碳体”，此时的“珠光体和渗碳体”则晶粒大小均匀。
11、现有40Cr钢制造的机床主轴，心部要求良好的强韧性（200~300HBS），轴颈处要求硬而耐磨（54~58HRC），试问：
（1）应进行那种预先热处理和最终热处理？
（2）热处理后获得什么组织？
（3）热处理工序在加工工艺路线中的位置如何安排？
答：（1）应进行调质或正火预先热处理；最终热处理是高频淬火加低温回火；
（2）热处理后表面至一定深度获得马式体组织，而心部保留原有的组织不变；
（3）下料→锻造→调质（正火）→机加工→高频淬火→低温回火→磨加工。
12、铸铁是制造机器零件毛坯的主要黑色金属材料之一，请说明常用铸铁的基本特征。（牌号、石墨形态、铸造性能、成本等）
答：灰铸铁：指将一定成分的铁水，作简单的炉前处理，浇注后获得具有片状石墨的铸铁；牌号用“HT+数字”表示，HT是“灰铁”两字的汉语拼音字首，数字表示最低的抗拉强度值（MPa）；具有优良的铸造性能、优良的切削加工性能、良好的减振性、减磨性和低的缺口敏感性，特别适合于制造承受压力、要求耐磨和减振的零件；
球墨铸铁：指一定成分的铁水在浇注前，经过球化处理和孕育处理，获得具有球状石墨的铸铁；牌号用“QT+A组数字-B组数字”表示。QT是“球铁”两字的汉语拼音字首；A组数字表示最低的抗拉强度值（MPa）；B组数字表示最低伸长率。球墨铸铁的力学性能比灰口铸铁高得多，强度与碳钢接近；屈强比达到0.7～0.8，比碳钢高；塑性和韧性比灰铸铁好，仍比碳钢差。具有良好的铸造性能、减震性、减摩性、低的缺口敏感性、切削加工性等。但存在收缩率较大、流动性稍差、白口倾向大等缺陷。
蠕墨铸铁：通过在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂（可以使石墨呈蠕虫状结晶——蠕化处理）、再加孕育剂（硅铁合金——孕育处理）而生产制得的。牌号：用“RuT+一组数字”表示，RuT是“蠕铁”两字的汉语拼音字首， 一组数字表示最低的
抗拉强度值（MPa）。力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，减震性、铸造性能、导热性优于球墨铸铁，切削加工性比灰铸铁差。
可锻铸铁：先浇注成白口铸铁，然后再经高温经长时间石墨化退火，具有团絮状石墨的铸铁。牌号：用“KT+表示类别的字母+A组数字-B组数字”表示。表示类别的字母有H、Z。性能：强度和韧性比灰铸铁提高很多，用于制作形状复杂、要求强度、韧性较高的薄壁零件。
13、为了获得优质的铸件毛坯，在结构工艺性方面需要注意那些原则？
答：1）铸件毛坯在外形上力求简单平直；避免或减少活块；尽量减少分型面的数量；应设计结构斜度；
2）铸件的孔和内腔在设计时应尽量少用或不用芯；应有利于芯的固定、排气和清理，防止产生偏芯、气孔等缺陷。
3）铸件的壁厚应合理、均匀；壁间连接应合理：转角处应有结构圆角、避免交叉和锐角连接、应避免壁厚突变。
14、按照含碳量的多少，可以将钢分成低、中、高碳钢，参考教材中图3-2归纳钢的力学性能随含碳量的变化规律。
答：随着含碳量的增加，钢的强度上升，而塑性下降，对中碳钢来讲，韧性会随含碳量的增加而降低。
15、合金钢包括合金结构钢和合金调质钢，请查阅资料描述下列化学元素对材料的力学性能产生影响的特点。
答：Mn：改善钢的质量；提高钢的强度和硬度；减轻硫的危害；是有益元素，一般WMn＝0.25%～0.80%；
Cr：提高钢材的表面硬度，使其强度高且耐磨性好；
Si：消除FeO对钢的不良影响；产生固溶强化；是钢中有益元素，一般Wsi＜0.4%。
Mo：增加高温强度；
W：增加高温强度；
16、在毛坯冲压成形中，过大的变形量（通过拉伸），将产生毛坯缺陷，甚至导致报废，因此，需要增加热处理工序，请描述工艺设计的基本原则。P53
答：毛坯的冲压成形属于金属的塑性变形，随着塑性变形程度的增加，其强度、硬度会增加，但塑性和韧性会降低，这种现象叫做加工硬化。加工硬化中的毛坯如果通过拉伸，产生过大的变形量，则产生毛坯缺陷，甚至导致报废，因此，需要通过回复与再结晶等热处理工序，改善毛坯的加工硬化状况。
回复：将加工硬化的金属稍微加热，其歪曲的晶格得到恢复，塑性和韧性略有提高，应力显著降低，这一过程叫回复；
再结晶：将加工硬化的金属或合金，加热到一定的温度，破碎的、被拉长或被压扁的晶粒，按照结晶规律重新结晶，金属的硬化组织完全消除，这一过程叫做再结晶。
17、电焊条由哪些部分组成？其作用是什么？
答：手工焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。
焊芯是焊条中被药皮包
覆的金属芯。它起导电和填充金属的作用。
药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。其目的是提高电弧的稳定性，并起保护作用；
18、选择零件毛坯的三个基本原则是什么？
答：首先要满足零件的使用性能——适用性原则，
其次要考虑材料的加工工艺性能——可加工性原则，
最后在满足零件的使用性能的前提下，选择成本最低廉的方案——经济性原则；
19、说明下列符号的含义及其所表示的机械性能指标的物理意义：
σs，σb，HRC，180HBS10/1000/30，500HBW5/750
答：σs表示屈服强度，材料产生屈服现象时的最小应力值称为屈服强度；
σb表示抗拉强度，材料被拉断前承受最大载荷时的应力值称为抗拉强度；
HRC表示洛式硬度，测量时用120°的金刚石圆锥体压头，在初载荷与初、主载荷先后作用下，将压头压入被测金属表面，保持规定时间后卸除主载荷，根据残余压痕深度来确定金属的洛式硬度值；
180HBS10/1000/30表示用直径为10mm的淬火钢球，在1000Kgf的载荷作用下，保持30秒时间后测得的布式硬度值为180；
500HBW5/750表示用直径为5mm的硬质合金球，在750Kgf的载荷作用下，保持10~15秒时间后测得的布式硬度值为500；
20、何为钢的热处理?钢的热处理方法有哪些基本类型?
答：钢在固态下，通过加热、保温、并以一定的速度冷却到室温，改变钢的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法；
钢的热处理有退火、正火、淬火和回火四种基本类型；
21、一批45钢(含碳量0.45％)试样(尺寸15 mm×10 mm)，因其组织晶粒大小不均匀，需采用退火处理。应采用以下哪种退火工艺?
（1）缓慢加热至700℃，保温足够时问，随炉冷却至室温；
（2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
（3）缓慢加热至1 l00℃，保温足够时间，随炉冷却至室温。
答：（2）缓慢加热至840℃，保温足够时间，随炉冷却至室温；
机械制造基础作业2
（公差与技术测量部分，满分15分）
1、什么是基准制？为什么要规定基准制？在哪些情况下采用基轴制？
答：基准制是指同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。以两个相配合的零件中的一个零件为基准件，并选定标准公差带，而改变另一个零件（非基准件）的公差带位置，从而形成各种配合的一种制度。
1）基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。在基孔制中，孔是基准件，称为基准孔；轴是非基准件，称为配合轴。同时规定，基准孔的基本偏差是下偏差，且等于零，EI = 0，并以基本偏差代号H表示，应优先选用。
2）基轴制
：基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。在基轴制中，轴是基准件，称为基准轴；孔是非基准件，称为配合孔。同时规定，基准轴的基本偏差是上偏差，且等于零，es = 0，并以基本偏差代号h表示。
规定基准制的目的在于有利于零件的加工、装配和降低制造成本。
在下面几种情况下应当采用基轴制：
1) 在同一基本尺寸的轴上，同时安装几个不同松紧配合的孔件时（如活塞连杆机构中，销轴需要同时与活塞和连杆孔形成不同的配合。此时应当采用基轴制。这样销轴的直径尺寸通常是相同的 (h5) ，便于加工，活塞孔和连杆孔则分别按M6和H6加工。装配时也比较方便，不致将连杆孔表面划伤。相反，如果采用基孔制，由于活塞孔和连杆孔尺寸相同，为了获得不同松紧的配合，势必销轴的尺寸应当两端大中间小这样的销轴难装配，装配时容易将连杆孔表面划伤）。
2) 采用冷拉棒材直接作轴时，因不需再加工，所以可获得较明显的经济效益。
3) 标准件的外表面与其他零件的内表面配合时，也要采用基轴制。
4）加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔要困难，因此在需要细小尺寸的孔、轴配合时，常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴，此时采用基轴制比较经济。
2、什么叫配合？配合的特征由什么来表示？
答：基本尺寸相同的相互结合的孔和轴之间的关系为配合；
间隙配合，特征值为最大间隙和最小间隙；
过盈配合，特征值为最大过盈和最小过盈；
过渡配合，特征值为最大过盈和最大间隙；
3、形位公差特征共有几项？其名称和符号是什么？
答：国标规定了14种形位公差特征，并给出相应的名称与符号；
4、用查表法确定下列各配合的孔、轴的极限偏差、计算极限间隙或过盈，并画出公差带图。
孔的极限偏差 轴的极限偏差 极限间隙（过盈）
公差带图
最大 最小 最大 最小
Φ20H8/f7 +0.033 0 -0.02 -0.041 +0.074 +0.02
Φ30F8/h7 +0.053 +0.02 0 -0.021 +0.074 +0.02
Φ14H7/r6 +0.018 0 +0.034 +0.023 -0.005 -0.034
Φ60P6/h5 -0.032 -0.051 0 -0.013 -0.019 -0.051
Φ45JS6/h5 +0.008 -0.008 0 -0.011 +0.019 -0.008
Φ40H7/ t6 +0.025 0 +0.064 +0.048 -0.023 -0.064
5、试解释图1注出的各项形位公差（说明被测要素、基准要素、公差带形状、大小和方位）。
答：键槽中心平面对基准轴G轴线的对称度公差为0.025 mm；
圆柱面对轴A和B公共轴线的径向圆跳动公差为0.025 mm；
圆柱面的圆柱度公差为0.01 mm；
圆柱轴线对轴A和B公共轴线的平行度公差为0.02 mm；
圆柱面对两端中心孔C和D公共轴线
的径向圆跳动公差为0.025 mm；
圆柱面的圆柱度公差为0.006 mm；
6、将下列形位公差要求标注在图2上
（1）圆锥截面圆度公差为0.006mm；
（2）圆锥面对 80H7轴线的斜向圆跳动公差为0.02 mm；
（3）右端面对左端面的平行度公差为0.005 mm。
7、表面粗糙度的含义是什么？对零件的工作性能有何影响？
答: 表面粗糙度是一种微观几何形状误差，用来衡量较小间距的零件表面微量高低不平的痕迹；表面粗糙度越小，表面越光滑；
表面粗糙度对零件的工作性能主要存在如下影响：
1）影响零件的耐磨性；
2）影响配合性质的稳定性；
3）影响零件的疲劳强度；
4）影响零件的抗腐蚀性；
5）表面粗糙度还对零件的接触刚度、密封性、产品外观和表面反射能力都有明显的影响；
8、选择表面粗糙度参数值时，应考虑哪些因素？
答: 选择表面粗糙度参数值时，应首先考虑零件使用功能的要求；同时还应考虑检测的方便性和仪器设备条件等因素；
表面粗糙度参数值的选择原则是：在满足功能要求的前提下，参数的允许值尽量大，以减小加工困难，降低生产成本。
9、常用的表面粗糙度测量方法有哪些？各种方法适用于哪些评定参数？
答: 常用的表面粗糙度测量方法有：比较法、光切法、针触法和干涉法等；
1）比较法：将被测表面与粗糙度样板进行比较而估计出被测表面的粗糙度；
2）光切法：采用光切显微镜来检测零件的外圆表面或平面；
3）针触法：采用轮廓仪来检测零件的粗糙度；
4）干涉法：采用干涉显微镜来检测零件的粗糙度；
对使用仪器不能方便地测量零件的特殊部位或某些内表面，可以采用印模法，通过测量零件的印模，间接地得出被检测零件的粗糙度；
10、在一般情况下， 40H7和 80H7相比， 40H6/j5和 40H6/s5相比，哪个应选用较小的粗糙度值？
答: 40H7（因公差较小）和 40H6/j5（因过盈量较小）应选用较小的粗糙度值；
11、将图中所示轴承套标注的表面粗糙度的错误之处改正过来。
答:
12、已知光滑圆柱配合件￠25H7／p6，根据下表所列已知条件，求其它各项数据并填入表中。
答:
机械制造基础作业3
（切削原理与机床部分，满分25分）
1、 以车床上的外圆加工为例，描述工件上的加工表面。P121
答：工件上的加工表面一般可以分成以下三种表面：待加工表面、已加工表面和加工表面（过渡表面）
2、实现对零件的切削加工需要那些基本运动？它们在切削中的作用是什么？对于车削、铣削、刨削加工来讲，主运动是什么？在上图标出车床加工的主运动和
进给运动方向？P121
答：实现对零件的切削加工需要主运动和进给运动这两个基本运动；
主运动在切削中的作用是直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，从而形成工件的新表面；进给运动在切削中的作用是不断地把切削层投入切削，以逐渐地切出整个工件的表面；
对于车削来讲，主运动是工件的旋转运动；对于铣削来讲，主运动是铣刀的旋转运动；对于刨削来讲，主运动是刨刀的往复运动。
车床加工的主运动和进给运动方向如上图所示。
3、什么是切削层参数？切削用量三要素是什么？
答：切削层参数：切削层是切削部分切过工件的一个单程所切除的工件材料层，切削层的尺寸称切削层参数；以外圆车削为例说明切削层参数：
1）切削层公称厚度；
2）切削层公称宽度；
3）切削层公称横截面面积；
切削用量三要素：切削速度、进给量和背吃刀量。
4、从影响切削加工的角度来讲，刀具材料需要具备哪些基本性能要求？
答：从影响切削加工的角度来讲，刀具材料需要具备如下基本性能要求：
1）高硬度；2）高耐磨性； 3）足够强度和冲击韧度； 4）高热硬性，即具有高温600~700℃）硬度（红硬性）；5）良好的工艺性能和低成本。
5、以外圆车刀为例，画图说明刀具的正交参考系，描述刀具的角度α、β、Kγ、ε的定义。
答：刀具平面参考系是用来确定刀具切削部分各表面和刀刃的空间位置，可以分成刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系；前者由主运动方向确定，后者由合成切削运动方向确定；
以外圆车刀为例，刀具的正交平面参考系由基面、切削平面、正交平面三个平面组成；
基面：通过主切削刃上某一点而垂直于切削速度方向的平面，用Pr表示，可视为水平面；
切削平面 ：通过主切削刃上某一点且垂直基面的平面（包容切削速方向），以Ps表示；
正交平面（主剖面）：通过主切削刃上某一点且与切削刃在基面上的投影垂直，也必然分别垂直于基面Pr和切削平面Ps，用Po表示。Pr、Ps和Po三者构成了空间正交平面的参考系，用来反映刀头角度。
γ的定义：前角，在正交平面内度量的前刀面和基面之间的夹角；
α的定义：后角，在正交平面内度量的后刀面和切削平面之间的夹角；
β的定义：楔角，在正交平面内度量的前刀面和后刀面之间的夹角；
Kγ的定义：主偏角，主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角；
ε的定义：刀尖角，在基面内度量的主切削刃和副切削刃之间的夹角；
6、什么是积屑瘤?试述其成因、对加工的影响和精加工中避免产生积屑瘤的解决方案。
答：定义：
在切削塑性金属材料时，经常在前刀面上靠刃口处粘结一小块很硬的金属楔块，这个金属楔块称积屑瘤。
成因：在中速切削(v一0．33m／s左右)塑性材料时，在一定的切削条件下，随着切屑与刀具前刀面温度的提高，压力、摩擦力的增大，使接近刀具前刀面切削刃处的切屑塑性变形层流速减慢，愈接近刀具前刀面处的切屑流速愈慢。当温度和压力增加到一定程度，底层金属层与刀具前刀面产生粘结时，出现切屑“滞流”现象，从而形成积屑瘤。
影响：积屑瘤改变刀具实际前角，在粗加工中减小切削力，有利于切削；在精加工中由于积屑瘤的不稳定，影响零件的精度，脱落的积屑瘤碎片会划伤零件表面，影响零件的表面质量。在精加工中，积屑瘤是不利于保证零件精度的，以此需要避免产生积屑瘤。
解决方案：在工艺设计中可采用高速切削和低速切削方法，常用方法是合金刚刀具的宽刃低速切削或硬质合金刀具的高速切削。
7、切削热对切削过程有什么影响? 它是如何产生和传出的? 减少切削热，降低切削温度的措施有哪些？
答：1）切削热的影响：切削热传入工件，使工件温度升高，产生热变形，影响加工精度；切削热传入刀具，使刀具温度升高，加剧刀具的磨损；
2）切削热的产生：在金属切削加工时，由于切削力的作用，使切削层的金属产生一定的弹性变形和塑性变形所做的功转化成热量；另外，刀具前、后刀面与切屑、工件加工表面间相摩擦所消耗的功也转化成热量；
3）切削热的传导：切削热由切屑、工件、刀具及周围介质传导出去；不同的机械加工形式，切削热传导的主要途径也不相同；如：车和钻的切削热传导的主要途径就不相同；
4）减少切削热，降低切削温度的措施： A、增大刀具前角，减小主偏角； B、优先采用大的背吃刀量和进给量； C、确定合理的切削速度； D、使用切削液能减少摩擦，带走切削热，降低切削温度。
8、刀具磨损有哪三个阶段？每个阶段各有什么特点？在加工中应该怎样考虑刀具磨损因素？
答：刀具磨损过程的三个阶段：
1）初期磨损阶段：刃磨后的切削刃和刀面凸凹不平，接触面积小。刀具在切削时间短，后刀面磨损比较快；
2）正常磨损阶段：刀具经过初期磨损后刀面平整，光洁，磨擦力小，磨损岁时间的增加而增大，当比较缓慢；
3）急剧磨损阶段：经过正常磨损阶段后，刀具和工件之间接触状况恶化，切削力、磨擦力以及切削温度急剧上升，所以，切削时间稍微增长，磨损急剧增加；
在加工中，为保证刀具的使用寿命，当刀具磨损到一定极限值时，应重新磨刀；
9、金属切
削机床分类的方法中，对于机床型号有哪些基本规定？（类别、主参数等）
答： 金属切削机床分类的方法中，将机床型号按工作原理的不同，分为11个大类别，机床的类别代号用大写的汉语拼音表示，如下图所示。每一类机床，又按工艺特点、布局形式和结构特征的不同，分为10个组；每一组又细分成10个系（系列）。
机床型号中的主参数用折算植（一般为机床主参数实际数值的 1/10或1/100）两位数表示，位于组、系代号之后。它反映机床的主要技术规格，其尺寸单位为mm 。如C6150车床，主参数折算值为50。折算系数为1/10，即主参数（床身上最大回转直径）为500mm。
10、参考教材图9-4完成主传动、进给传动链，并计算主传动的最高转速和最低转速。
答：主传动链：见P153；
进给传动链：见P154；
主传动的最高转速：1440x x x =2019.6 r/min
主传动的最低转速：1440x x x x x =43.5 r/min
11、车削加工的特点是什么？车床上能加工哪些表面？
答：车削加工的特点是：
1） 工件旋转，车刀在平面内作直线或曲线移动；
2） 车床的主运动是主轴的回转运动，进给运动是刀具的直线运动；
在车床上可以加工各种回转表面，如车外圆、车端面、切槽与切断、车内孔、车锥面、车螺纹、车成形面等；
12、铣削加工的特点是什么？铣床上能加工哪些表面？
答：铣削加工的特点是：
1） 工件随工作台作直线运动，铣刀则作旋转运动；
2） 铣床的主运动是铣刀的旋转运动、进给运动基本上是工件的直线运动，也有是工件的曲线或回转运动；
在铣床上可以加工工件的多种表面或沟槽，如：铣平面、铣台阶、铣键槽、铣T型槽、铣燕尾槽、铣齿形、铣螺纹、铣螺旋槽、铣外曲面、铣内曲面等；
13、钻削加工的特点是什么？镗削、铰削和钻削有什么区别？
答：钻削加工的特点是：
1） 在车床或钻床上，用旋转的钻头在实体材料上加工出圆孔；
2） 钻削加工的主运动是钻头的旋转运动，而进给运动是钻头沿孔的轴线所作的直线运动；
3） 钻孔的加工质量较差，一般只实用粗加工；
4） 由于其操作简单，故在精度要求不高的场合，应用十分广泛；
在镗床上用镗刀对工件进行切削加工的过程叫镗削；常在镗床上完成；镗孔时，镗刀的旋转运动是主运动，刀具或工件沿孔的轴线作直线运动是进给运动；镗孔主要应用在箱体、机座等大型工件的孔系加工；
铰削则是在车床或钻床上，用旋转的铰刀将钻削所加工出圆孔精加工的一种方法；铰削加工的主运动是铰刀的旋转运动，而进给运动是铰刀沿孔的轴线所作的直线运动；铰削的切削量小，加工质量好，
一般用于精加工；
14、刨削加工的特点是什么？插削、铰削和刨削有什么区别？
答：在刨床上用刨刀加工工件的方法叫刨削；常用设备是牛头刨、龙门刨；在牛头刨床上，刀具的直线往复运动是主运动、工作台的横向间歇移动为进给运动；主要加工中小型工件；在龙门刨床上，工作台的直线往复运动是主运动、刀具的间歇移动为进给运动；主要加工大型工件或同时加工几个中小型工件；
刨削的工艺特点：
1）加工成本低：刨床结构简单、刀具加工、安装方便；
2）通用性好：更换刀具即可各种表面；
3）生产效率低：只在主行程时工作，回程时不工作，属断续切削；
插削主要用于齿轮的加工中，插齿刀如同具有前角、后角和切削刃的铲形齿轮；插齿时，插齿刀与被加工齿轮之间形成展成运动，主运动是插齿刀的旋转运动，而进给运动包括圆周进给运动、连续分齿运动和径向进给运动。
机械制造基础作业4
（工艺学部分，满分25分）
1、 举例说明生产纲领在生产活动中的作用，说明划分生产类型的规律。
答：生产纲领：是指企业在计划期内应当生产的产品产量（N件/年）和进度计划；它是设计和修改工艺规程的重要依据，是车间设计的基本文件；企业应根据市场需求和自身的生产能力决定其生产计划，在生产纲领制定以后，就可以根据企业的具体情况，确定在计划期内，一次投入或产出的同一产品的数量，即确定生产批量。
划分生产类型的规律：根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），将零件的生产划分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。
1）单件生产：产品种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复，此种生产称为单件生产。
2）成批生产：在一年中分批地制造相同零件的生产，称为成批生产；生产呈周期性重复。
3）大量生产：产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件的某一工序的生产，此种生产称为大量生产。
2、什么是机床夹具？夹具有哪些作用？什么是定位和夹紧？
答：在机械加工中，为了保证工件的加工精度，使之在确定的位置上接受加工，或者接受检测时所使用的工艺装备都可以统称为机床夹具，也简称为夹具；
机床夹具的主要作用是可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，降低生产成本，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。
机械加工时，必须使工件在机床或夹具中相对刀具及其切削成形运动占有某一正确位置，称为定位； 为了在加工中使工件能承受切削力，并保持其正
确位置，还需把它压紧或夹牢，称为夹紧。
3、机床夹具由哪几部分组成？各有哪些作用？
答：机床夹具由定位元件、夹紧元件、导向、对刀元件、连接元件、夹具体和其它装置等几部分组成；
定位元件的作用是使工件在夹具中占据正确的位置，如定位销、定位块、支撑板等；
夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到切削力作用时不离开已占据的正确位置，如螺母、压板等；
导向、对刀元件的作用是引导刀具或确定刀具与被加工表面间的正确位置，如钻套、对刀快等；
连接元件的作用是确定并固定夹具本身在工作台上的位置，如心轴、定位键等；
夹具体的作用是将夹具的所有元件连接成一个整体，是机床夹具的基础件，因所加工的零件的不同而形态各异；
其它装置和元件如分度装置、上下料装置、靠模装置等都有各自的作用；
4、工件夹紧的基本要求是什么？
答：夹紧机构的基本要求是：
1）确保工件与定位元件接触，不得破坏定位；
2）应具有相应的浮动环节，以适应工件尺寸的误差；
3）能自锁，原动力去掉不因外力而松动；
4）结构简单、紧凑、操作方便迅速；
5）自动化程度与生产纲领相适应。
5 、什么叫“六点定位原则”？什么叫欠定位？什么叫过定位？在生产中如何处理欠定位和过定位？
答：任一物体在空间都有六种宏观运动的可能性，称为六个自由度，即沿X、Y、Z轴的移动和绕此三轴的转动；欲使工件在空间取得唯一位置，则必须限制六个自由度。这就是六点定位原理。
欠定位：某个（些）影响加工精度的自由度未能加以限制；
过定位：某自由度被两个以上的约束所限制。
在生产中，虽然超定位可能带来定位不可靠或工件不能顺利安装，但只要不发生干涉,对提高工件的支承刚度有利，还是可用的。如：车加工轴类零件时，如果装夹的外圆是以顶尖孔定位车加工过的，具有较高的同轴度，就不会发生干涉,反而可以传递较大的扭矩；又如：加工齿形时往往用大端面和长轴定位，也是超定位，但是由于工件孔与端面、心轴与端面之间都有较高的垂直度，也不会发生干涉，且可承受较大的切削力，对加工有利。但欠定位是绝对不可以使用的，应当予以避免，因为它影响加工精度。
6、什么叫粗基准？如何选择粗基准？P217
答：采用毛坯上未经加工的表面来定位，这种定位基准叫做粗基准；
在选择粗基准时，一般遵循以下原则：
1）选择不加工表面作为粗基准，这样可以保证加工表面对不加工表面的相互位置要求；
2）选取零件上重要的加工表面作为粗基准，以便在精加工时
可以保证该表面余量均匀；
3）对于所有表面都需要加工的零件，应选择加工余量最小的表面作为粗基准，这样可以避免因加工余量不足而造成废品；
4）选择毛坯制造中尺寸和位置可靠、稳定、平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，这样可以减少定位误差，并使工件装夹可靠稳定。
5）粗基准应尽量避免重复使用，原则上只使用一次。
7、什么叫精基准？如何选择精基准？P218
答：采用已加工的表面来作为定位基准表面，这种定位基准叫做精基准；
在选择精基准时，一般遵循以下原则：
1）基准重合原则，即直接选择设计基准作为定位基准，这样可以避免定位误差；
2）基准统一原则，即加工同一零件的多道工序尽量选用同一个定位基准；
3）互为基准原则，即采用两个加工表面互相作为定位基准，反复进行加工来制造零件；
4）自为基准原则，即采用被加工表面本身作为定位基准。
8、什么叫基准？基准分为哪两类？什么叫定位基准？ P174
答： 一般把零件上用以确定其它点、线和面的位置所依据的那些点、线和面称为基准；
根据功能的不同，基准分为设计基准和工艺基准两大类。
定位基准则是用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准，属于工艺基准的范畴；
9、什么叫基准不重合误差？计算图示零件的封闭环是否能够得到保证？如果需要调整，请提供技术方案。
答：基准不重合误差：由于设计基准和工艺基准的不同而造成的误差；
图示零件中，由于尺寸A0（即10-0.01）在加工中无法测量，故加工中应保证尺寸10-0.02、10+0.2和总长，尺寸A0最后自然形成，所以，A0为封闭环；但由于封闭环A0的公差最小，所以不能得到保证，需要调整；调整时，应遵循“尺寸链最短原则”，即去除尺寸10+0.2；并将封闭环A0的公差调整为-0.03；见调整后的零件尺寸链图；通过尺寸链的计算，得出A2的基本尺寸和公差；
根据公式：基本尺寸：A0= A2-A1 所以，A2=A0+A1 = 10+10 =20；
上偏差： ES0=ES2-EI1 所以，ES2= ES0+EI1 =0-0.02 =-0.02；
下偏差： EI0=EI2-ES1 所以，EI2= EI0+ES1 =-0.03+0=-0.03；
从而得出A2尺寸和公差为:20
说明：1）封闭环基本尺寸=所有增环的基本尺寸之和-所有减环的基本尺寸之和；
2）封闭环上偏差（ES） =所有增环的上偏差之和-所有减环的下偏差之和；
3）封闭环下偏差（EI）=所有增环的下偏差之和-所有减环的上偏差之和；
10、什么是加工误差？它与加工精度、公差之间有何区别？
答：加工误差：是加工精度的一种评价方法，指加工后零件的几何参数与理想零件的几何参数偏
离程度，以大小表示。加工误差越大，加工精度越低；加工误差越小，加工精度越高。
而加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和表面间的相互位置)与理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度就越高。机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面。
公差则是指对合格零件所要求的最大极限尺寸与最小极限尺寸之间的差值；公差越大，对零件的加工精度的要求就越低；公差越小，对零件的加工精度的要求就越高。
11—1、什么是误差复印？ P197
答：误差复印现象是指：由于毛坯加工余量和材料硬度的变化，引起了切削力和工艺系统受力变形的变化，因而使加工后的工件的尺寸误差和形状误差产生了和毛坯误差相似的现象。
11—2已知零件孔的加工精度为0.001mm，毛坯误差为3.5mm，镗孔的误差复印系数ε=0.004，求需要走刀的次数。P198
解：由题意知：毛坯误差Δm=3.5mm；误差复印系数ε=0.004，
则一次走刀使尺寸到位后的工件误差Δg1=Δm?ε==3.5mmx0.004=0.014mm；明显不能满足加工精度0.001mm的要求，所以，应采取多次走刀法；
接着计算：Δg2=Δg1?ε==0.014mm x0.004=0.000056mm＜0.001mm；
所以需要走刀的次数为2次；
12、提高机械加工精度的途径有哪些？
答：提高机械加工精度的途径有：减少误差法、误差补偿法、误差转移法、误差均分法；
13、在加工过程中有一系列概念组成了生产过程，请问它们之间的关系如何？P206
答：生产过程是指把原材料转化为成品的全过程。机械工厂的生产过程一般包括原材料的检验、保管、运输、生产技术准备、毛坯制造、零件加工（含热处理），产品装配，检验以及涂装等；
为了提高产品质量、生产率，并降低成本，目前机器生产过程趋于专业化分工：一台机器的生产由若干个工厂联合完成；不仅毛坯，而且多种零件均由不同的专业厂家分别制造；即使在同一个工厂里，其生产过程也可以分为各个车间的生产过程，前一个车间生产的产品往往又是后续车间的原材料；例如铸造和锻造车间的产品就是机械加工车间的“毛坯原料”，而机械加工车间的产品又是装配车间的“原材料”。
14、零件的切削加工过程一般分成哪几个阶段？各加工阶段的主要任务是什么？划分加工阶段有什么作用？P220
答：零件的切削加工过程一般分成如下四个阶段：
1）粗加工阶段：其主要任务是切除毛坯上的大部分余量，提高生产效率；
2）半精加工阶段：其主要任务是减小粗加工后留下的误差和表面缺陷层；使被加工表面达到一定的精度，并为主要表面的精加工做好准备，同时完成一些次要表
面的最后加工；
3）精加工阶段：其主要任务是使各主要表面经加工后都能达到图样的全部技术要求；
4）光整加工阶段：其主要任务是使减少表面粗糙度或进一步提高尺寸精。
划分加工阶段的作用：有利于消除和减少变形对加工精度的影响，可以尽早发现毛坯的缺陷，有利于合理地选择和使用设备，有利于合理组织生产和安排工艺。
15、什么是工序集中与工序分散？各有什么优缺点？P220
答：工序集中是指在一道工序中，尽可能多地包含加工内容，从而使工序数目减少，集中到极限时，一道工序就可以将工件加工到图样规定的要求；
工序分散则正好相反，它是使整个工艺过程中的工序数目增加，使每道工序的加工内容尽可能减少，分散到极限时，一道工序只包含一个简单工步的内容；
工序集中的优点：
1）减少工序数目，简化生产工艺路线，缩短生产周期；
2）减少机床设备、操作工人的数量和生产场地面积；
3）一次装夹后加工多个表面，容易保证零件相关表面之间的位置精度；
4）有利于采用高生产率设备，提高劳动生产率；
工序集中的缺点：
1）工序集中这种加工方式在通用设备上会造成换刀和试切时间过多，降低生产率；
2）在专用设备上使用时，工艺装备较多，费用大，工艺装备安装、调整费时，为生产所做的准备工作多，对调试和维修人员的技术水平要求高，不利于产品的开发和换代；
工序分散的优点：
1）由于每台设备完成较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整方便，对生产工人的技术水平要求不高；
2）便于选择更合理的切削用量；
3）生产适应性强，转换产品较容易；
工序分散的缺点：生产所需要的设备和操作人员数量较多，生产周期长，生产所需要的场地面积大，半成品件的转运量较大。
16、安排机械加工工序顺序应遵循哪些原则？P220
答：安排机械加工工序顺序应遵循如下原则：
1）基面先行；
2）先主后次；
3）先粗后精；
4）先面后孔；
5）配套加工；
17、在机械加工工艺过程中，热处理工序的位置如何安排？P22
答：1）退火、正火的工序位置
退火和正火作为预先热处理通常安排在毛坯生产之后，粗加工之前。其作用是消除毛坯的内应力，细化晶粒，均匀组织，改善切削加工性，为最终热处理作好组织准备。
退火（或正火）工艺路线一般为：毛坯生产→退火（或正火）→切削加工。
2）调质处理的工序位置
一般安排在粗加工之后，半精加工或精加工之前，其目的是提高零件的综合力学性能。
调质工艺路线一般为：下料→锻造→正火（或退火）→
粗加工→调质→半精加工（或精加工）。
3）淬火工序位置
(1)整体淬火工艺路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→粗加工、半精加工→淬火、回火→磨削。
(2)表面淬火工艺路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→粗加工→调质→半精加工→表面淬火→低温回火→磨削。
4）渗碳工序位置
(1)整体渗碳的工艺路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→粗加工、半精加工→渗碳→淬火、低温回火→磨削。
(2)局部渗碳的工艺路线一般为：下料→锻造→退火（正火）→粗加工、半精加工→保护非渗碳部位→渗碳→切除防渗余量→淬火、低温回火→磨削。
5）渗氮工序位置：
下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→去应力退火→粗磨→渗氮→精磨或研磨。
18、常见的毛坯种类有哪些？选择毛坯时应考虑哪些因素？P66
答：常见的毛坯有铸件、锻件、冷拉或热轧型材、冷冲压件，以及焊接件等；
选择毛坯时应考虑如下因素：
1）零件材料对工艺性能的要求；
2）生产批量；
3）零件的结构、尺寸、形状和设计要求等；