机械制造工程学复习题

机械制造工程学复习题

第一章金属切削原理

1、基本定义

（1）切削运动：工件和刀具之间的相对运动。通常，切削运动按其

作用可分为主运动和进给运动，这两个运动的向量和，称为合成切削运动。

（2）切削用量三要素：

1）切削速度Vc（切削刃上选定点相对于工件沿主运动方向的瞬时速度。单位：m/s 或m/min（r/s 或r/min )

2）进给速度Vf（切削切削刃上选定点相对于工件沿进给运动方向的瞬时速度。单位：mm/s 或mm/min）

或进给量f（工件或刀具每回转一周或往返一个行程时，两者沿进给运动方向的相对位移。单位：mm/r 或mm/d?str（double stroke双行程）

3）背吃刀量ap (切削深度)（在基面上）垂直于进给运动方向测量的切削层最大尺寸。单位：mm 例如，外圆车削: ap＝(dw-dm)/2

（3）刀具几何参数

最常用的刀具标注角度参考系

1)正交平面参考系；

组成：

①基面Pr 通过切削刃上选定点，垂直于该点切削速度方向的平面。通常平行于车刀的安装面（底面）。基面中测量的刀具角度：主偏角κr 主切削刃在基面上的投影与进给运动速度Vf方向之间的夹角。副偏角κr′副切削刃在基面上的投影与进给运动

速度Vf反方向之间的夹角。刀尖角εr 主、副切削刃在基面上的投影之间的夹角，它是派生角度。εr=180°-(κr ＋κr′)。εr是标注角度是否正确的验证公式之一。

②切削平面Ps 通过切削刃上选定点，垂直于基面并与主切削刃相切的平面。切削平面中测量的刀具角度：刃倾角λs 主切削刃与基面之间的夹角。

③正交平面Po 通过切削刃上选定点，同时与基面和切削平面垂直的平面。正交平面中测量的刀具角度：前角γo 前刀面与基面之间的夹角。后角αo后刀面与切削平面之间的夹角。楔角βo前刀面与后刀面之间的夹角。

书上第九页图11-1 外圆车刀正交平面参考系的标注角度

2)法平面参考系；3)假定工作平面与背平面参考系

2、金属切削过程

（1）切削层的变形

第Ⅰ变形区近切削刃处切削层内产生的塑性变形区；

第Ⅱ变形区与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；

第Ⅲ变形区近切削刃处已加工表层内产生的变形区。

1）第一变形区

塑性变形从始滑移面OA开始至终滑移面OM终了，之间形成AOM塑性变形区。主要特征是金属沿滑移面的剪切变形，随之产生的加工硬化现象。

2）第二变形区

当切屑沿前刀面流动时，会进一步受到前刀面的强烈挤压和摩擦，进一步发生变形，变形主要集中在与前刀面摩擦的切屑底面一薄层金属区域（第Ⅱ变形区）。主要特征是“纤维化”塑性变形，晶粒纤维化的方向和前刀面平行。切屑底面光滑、外侧呈毛茸状。

产生积屑瘤（在中低速切削塑性金属材料时, 常在刀具前面刃口处形成一块硬度很高的楔块，称之为积屑瘤。）

优点：稳定的积屑瘤代替刀刃进行切削，延长刀具寿命；加大刀具的工作前角，使变形下降，切削容易。

缺点：形状极不规则，影响加工精度和表面粗糙度；不稳定积屑瘤的频繁脱落，加速刀具的磨损，产生振动。 在精加工时应尽可能避免积屑瘤的产生，但在粗加工时，有时可充分利用积屑瘤。3）第三变形区

在已加工表面上与刀具后面挤压、摩擦形成的变形区域称为第三变形区（Ⅲ）。

主要特征：已加工表面的纤维化，形成加工变质层。塑性变形造成已加工表面加工硬化及表面层的残余应力。

（2）切屑的类型

1)带状切屑

形成条件：加工塑性材料、高切削速度、小切削厚度、大的刀具前角。

特点：切削过程平稳，切削力波动较小，已加工表面粗糙度小。不易断屑、影响加工过程和安全。

2)挤裂切屑：

形成条件：加工塑性材料、中等切削速度、切削厚度较大或刀具前角较小。

特点：切屑冷硬度高，脆且易断，已加工表面粗糙度小。切削力幅值大，且波动明显，易产生振动。

3)单元切屑

形成条件：加工塑性较差的材料、切削速度很低、切削厚度很大或刀具前角很小。

特点：切削力波动大，振动明显，已加工表面非常粗糙、有振纹。

4)崩碎切屑

形成条件：切削脆性材料，如铸铁、黄铜等。

特点：切削力幅值较小但波动幅度大，易产生振动，已加工表面粗糙度较大。

3、刀具磨损和刀具耐用度

（1）刀具磨损的形式

1）前刀面磨损：切削塑性材料，切削速度、切削厚度较大时，在前刀面上磨出一个月牙洼。

2）后刀面磨损：加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD ＜0.1mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损。

3）边界磨损：切削钢材时，常在主切削刃靠近工件外皮处以及刀尖处的后刀面上，磨出较深的沟纹，这就是边界磨损。

（2）刀具磨损的原因

1）磨料磨损：低速切削时的主要磨损原因。

2）黏结磨损：切屑材料与刀具在压力和摩擦条件下发生冷焊黏结，带走刀具材料，产生表面破坏伤痕。在形成不稳定积屑瘤的条件下，黏结磨损较为严重。

3）扩散磨损：工件、刀具材料在高温条件下相互扩散，造成刀具磨损。扩散磨损是硬质合金刀具的主要磨损原因之一。

4）化学磨损：高温下刀具材料与周围介质起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物，被切屑或工件擦掉而形成磨损。在高速切削时，产生边界磨损的主要原因。

（3）刀具耐用度

定义：刀具耐用度是指刃磨后的刀具从开始切削到磨损量达到磨钝标准(VB、NB)为止所用的切削时间。用T表示，单位：min。

（刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。）

4、工件材料的切削加工性

（1）含义：工件材料切削加工性是指对某种材料进行切削加工的难易程度。

（2）衡量指标

1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性；

2）以加工表面质量衡量加工性；

3）以切削力或切削温度衡量加工性；

4）以切屑控制或断屑的难易衡量加工性。

一般生产中，常以保证刀具一定耐用度下的切削速度vT作为衡量材料切削加工性的指标。

第二章金属切削刀具 1、车刀

车刀是金属切削加工中使用最广泛的刀具，它可以在普通车床、转塔车床、立式车床、自动与半自动车床上，完成工件的外圆、端面、切槽或切断等不同的加工工序。

2、孔加工刀具

孔加工刀具用途广、种类多，一般可分为两大类：

（1）在实体材料上加工孔的刀具，如麻花钻、中心钻、扁钻、深孔钻等；

（2）对孔进行再加工的刀具，如扩孔钻、绞刀、镗刀、锪钻等。（3）绞刀用于孔的精加工或半精加工：加工中的“扩张”与“收缩”。扩张：实际加工的孔径比绞刀校准部的直径大。

原因：刀齿的径向误差、工件与刀具的安装误差，积屑瘤的作用，工件材料、绞削用量、切削液等因素的影响。

收缩：实际加工的孔径比绞刀校准部的直径小。

原因：工件材料的弹性恢复。如加工薄壁的韧性材料、硬质合金绞刀高速绞孔等。

3、铣刀

铣削是一种应用非常广泛的加工方法。加工精度一般为IT9～IT8，表面粗糙度为Ra6.3～1.6。铣刀为多齿刀具，有较高生产率。主要用于平面、台阶、沟槽和各种成形面的粗加工和半精加工。（1）铣削方式

1）圆周铣削：用分布于圆柱面上的刀齿进行的铣削，称为周铣。

①逆铣：铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相反。特点：刀齿的切削厚度从ap=0至apmax；切入时，出现打滑，刀齿较易磨损；已加工表面冷硬现象严重；要求工件装夹紧固；进给比较平稳。

②顺铣：铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同。

特点：刀齿的切削厚度从apmax到ap=0 ；刀齿磨损较少，提高刀具耐用度；已加工表面质量较高；工件表面硬皮易损坏刀齿；进给速度时快时慢，影响工件表面粗糙度。 2）端面铣削：用分布于铣刀端平面上的刀齿进行的铣削，称为端铣。1）对称铣：刀齿切入工件与切出工件的切削厚度ap相同,称为对称铣削。

2）不对称逆铣：若切入时的切削厚度小于切出时的切削厚度，则为不对称逆铣。

第三章金属切削机床

1、成形运动

(1).工件表面的成形方法

零件表面的形成：是一条母线沿一条导线运动而形成。母线和导线统称为表面发生线。

发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：轨迹法、成形法、相切法和展成法。

（2）成形运动的种类：简单成形运动、复合成形运动

1）简单运动之间是相互独立的，没有严格的相对运动关系。

2）组成复合运动的各个部分必须保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。

(3)传动链

1）外联系传动链

联系动力源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件获得运动（速度和方向）。保证执行件实现简单运动；不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系；

如：车床上加工外圆电机--主轴；主轴--刀架

2）内联系传动链

当传动链的两个末端件（执行件）之间的相对运动有严格的比例关系要求，该传动链称为内联系传动链。联系复合运动之内的各个分量，保证执行件实现复合运动；执行件和执行件之间有严格的传动比关系；内联系传动链中不得有瞬时传动比发生变化的传动件，如摩擦传动、带传动、链传动等。

(4)传动原理图:卧式车床的传动原理图如下所示

在卧式车床传动系统中，由于换置器官位置的不同，有如下图所示的三种传动方案，试写出每种传动方案的内、外联系传动链；从中选出最优方案，并说明理由。

2、传动系统

（1）传动路线表达式

1)传动路线

传动路线表达式如下：

2）主轴的转速级数与转速

根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得2×3×(2×2-1)+2×3=24级不同转速。同理，主轴反转12级。

主轴的转速可按下列运动平衡式计算：

n=1450×(130/230)×uI-II×uII-III×uIII-V

（2）设计传动系统

1）变速范围Rn=nmax/nmin

2）公比

3）变速级数

（3）转速图

级比指数：传动组内相邻两传动比之比值φx称为级比，级比的指数x ，称为级比指数。

基本组和扩大组：级比指数为1的传动组，称为基本组。将基本组的变速范围进行扩大的传动组，称为扩大组。

设计变速系统的一般原则

1）“一个规律”：符合级比规律

2）“两个限制”：

齿轮极限传动比：imax=2～2.5,imin=1/4。

齿轮变速组的变速范围：rmax=8～10。

3）“三项原则”：传动副的设计“要前多后少”，传动路线的设