《机械制造基础》自学考试 习题及解答 -第10--15章 金属切削原理与刀具---特种加工与先进制造技术.docx
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1、目录第I章结论情误!未定义书签.第2章金属材料的力学性能艮!未定义书签.第3章金属的结构及结晶谀I未定义书签.第4章铁碳合金幡误!未定义书笙.第5钢的热处理偌误!未定义书签.第6章金属材料与小金属材料管课!未定义书签.第7章铸造谡!未定义书筌.第8章压力加工传误!未定义书签.第9章焊接错误!未定义书签.第IO章金属切削原理与刀具2第I1.讹金属切削加怵6第12章切削加工方法8第13章机械加工工艺12第14章机床夹具设计18第15章特种加工与先进制造技术23第1。章金切削总理与刀具1.名词解狎主运动、进给运动、切削速度、进给依、切削深度、携面、切削平面、正交平面、积照痛、切削力、切削温度、刀具寿
2、命I)E运动:使I:件叮刀乂产生相对运动以进行切削的最基本的运动.2)进给运动:使主运动能够持续切除工件上多余的金以便形成工件衣面所需的运动。3)切削速度:切削力选定点相时工件的主运动线速度。4)进给盘:主运动每转时工件与刀具沿进给方向的位移量.5)切削深健:侍加工发面与己加工衣面间的垂直距热.6)条面:过主切削刃选定点,垂出于该点切削速度方向的平面,7)切削平面:过主切削力选定点,与工件加工表面相切的平面,8)正交平面:过切削刃选定点,与主切削刃在基面上的投影相垂直的平面.9)枳粥痼:在一定的切削速度范围内切削钢斜、球墨铸铁或铝合金等型性金M时,有时在刀具前刀面轼近切削刃的部位粘网若小块很硬
3、的金健,这就是切削过程中所产生枳屑痛。10)切削力:金属切削加工时刀具使工件材料变形转变成切屑时所承受的力.11)切削温度:前刀面与切屑接触区内的平均温度.12刀具寿命:一把新刀(或由新刃磨过的刀具)从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切网时间。2.筒答题(1)切削加工时,机械零件是如何形成的?在机床上通过刀具的刀刃和毛坯的和时运动再现母我或导线,可以有哪几种方法?答:从几何学观点看,任何规则表面都可以看作是一条线(称为母纹)沿者另一条线(称为导线)运动的轨迹.形成发生线的方法可归纳为4种.分别玷轨迹法、成形法、相切法和展成法.(2金国切削刀具的材料应具爸什么性能特点?答;1)制的硬度。2)
4、高的耐磨性。3)足助的强度和韧性。4高的耐热性(热稳定tt.5)良好的热物理性能和耐热冲击性能.6)良好的工之性能和经济性.(3刀具的工作角度和标注角度有什么区别?影响刀具工作角度的主要因素有哪些?答:以切削过程中实际的切削平面、场面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度.刀具的标注角度是制造和刃潞刀具所需要的,并在刀具设计图上予以标注的角度“影响刀具工作角度的主要因素有:I)刀具安装而度:2)刀具安装偏斜;3)速度较高的横向、纵向进给运动.(4)刀具前角、后角有什么作用?说明选择合理前地、后角的原则.答:前角的功用:前角大小主要影响切削变形.切削力,切削热,耐用度,散热条件.
5、选择像则是在保证刀具耐用度的前提下,发房选择大的前角.确定前角时,还应考虑刀具材料的残度,切性、工件材料的果性,脆性、加工条件,后用的主要功用是:减少后刀面的摩擦,提高刀具的耐用度,提高加工质量。选择原则是在不产生摩擦条件下尽址减小后角,主要取决于切削庠度.实际生产中应考虑切削厚度、加_!:精度、工件材料的强度硬度、集性、弹性等、工艺系统刚健.(5切削过程的三个变形区各有何特点?答:1)变形区1的特征主要是沿着滑移线的剪切变形和随之而来的加工硬化。2)变形区2对于切削力、切削热、枳招带的形成与消失,以及对刀具的磨损等都有出接影响.3)变形区3的接触情况对已加工表面侦法有很大影响,使得已加工表面
6、产生粗摄度、加工硬化、残余应力等.(6)切屑的种类有哪些?其变形规律如何?答:带状切网,眼切潜移尚未达到断裂程度:节状切照,局部剪切应力达到断裂强度;粒状切屑,剪切应力完全达到断裂强度:削碎切屑,未经塑性变形即被挤裂.(7)简述枳格痴的形成原因、影响因索及控制措俺.答:当切树沿存刀具的前刃面流出时,在一定的温度与压力作用下,与前刀面接触的切局底层金属受到的摩擦阻力超过切图本身的分子结合力时,就会有一部分金属粘附在切削刃附近的前刀面上,形成积屑揣.脑响因素:1)在形成枳加痫的过程中,金屈材料因塑性变形而被强化,积屑痛的硬度比工件材料高,能代苦切削刃进行切削,从而起到保护切削刃的作用,2)由于积屑
7、痛的存在增大了刀具实际工作前角,使切削轻快,因此,粗加工时,枳屑瘤的存在是有益的。3)积局箱的顶端伸出刀刃之外,而且乂不断地产生和脱落.使实际切削深我和切削厚度不断变化,影响尺寸精度并会导致切削力的变化,从而引起振动.4)有一些枳肩痛碎片豺附在工件已加工表面上,使工件衣面变得粗籁.控制措施I1)调整切削速度,一般相车、精跣用高逋切削;而当用高速钢刀具拽削、校削和宽刀精包时,则采用低速切削.2)选用适当的切削液对刀具进行冷却润滑.3)增大刀具的角,减小刀-格接触压力.4)对照性较高的材料(如低碳钢)进行正火处埋.(8)三个切削分力是如何定义的?各切削分力分别对加工过程有何影响?答:主切削力(切向
8、力)方向与过渡表面相切并与基面垂直,是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必需的.进给抗力(轴向力)处于基面内并与工件轴税平行与进给方向相反的力,地设计进给机构,计算车刀进给功率所必需的。吃刀抗力(背向力、径向力、切深抗力处于基面内并与工件轴线垂百的力,是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据.工件在切削过程中产生的振动往往与吃刀抗力有关.(9)切削热是怎样传出的?影响切削热传出的主要因家有哪些?答:工件切削热主要由切回、工件及刀具传出,周阳介质带走的热量很少。影响切削热传导的主要因素是工件和刀具材料的导热系数以及切削条件的变化.工件材料的导热系数较高时,大部分切削热由切格和_1.件
9、传导出去:反之,则刀具传热比弟增大.随切削速度的提高,由切屑传导的热量增多。切屑与刀具接触时间的长短,也会影响刀具的切削温度.若采用冷却性能好的切削液,则切出区大量的热将由切削液带走。(IO)刀具磨损过程有哪几个阶段?为何会出现这种规律?答:刀具磨损过程一般分为三个阶段:I)初期磨损阶段:新刃磨的刀具后刃面有粗椅不平及显微裂纹等缺陷,而且切刃锋利,与工件表面接触面枳较小,后刀面的凸出部分很快被磨平,刀具磨损较快。2)正常磨损阶15:经初期厝损后刀具缺陷减少.进入比较缓慢的正常磨损阶段.3)急剧磨损阶段:当刀具的傍损达到一定限度后,切削力与切削温度迅速升高,磨损速废急剧增加.这种规律是由于刀具去
10、面的磨投程度不同,磨损速率也会不同.在初期磨损阶段,刀具衣面的磨损程度较低,磨损逑率较快;在正常磨损阶段,刀具表面的跳根程度较高,磨损速率较低:在急剧磨损阶段.刀具表面的磨损程度较高.磨损速率又开始增加,最终到达终止磨损阶段.(I1.)从刀具寿命出发,按什么顺序选择切削用瞅?从机床动力出发时,按什么顺序选择切削用量?答:从刀具寿命出发选择切削用fit:首先尽量选用大的切削深度,然后根据加工条件和加_!:要求选取允许的最大进给h匕最后根据刀具使用寿命或机床功率允许的情况选取最大的切削速度。从机床动力出发选择切削用地:如机床功率足照,机加工时切削速度不选太高,并尽可能选取较大的背吃刀盘和进给1.i
11、t如果机床功率不足,可以分两次或多次加工将余技切完.精加工常选用较小的背吃刀房、进给收和较高的切削速度.(12)工件材料切削加工性为什么是相对的?用什么指标来衡出工件材料切削加工性?答:工件材料切削加工性足相对的,因为不同的工件材料有不同的加工性能,有些材料比较容易加工,有些材料比较难加工.因此对不同材料的加工性能进行比较时.只能是相对的.一收使用生产率和刀具寿命的表示方法,刀具关命为了(min)时,切削某种材料所允许的切削速度,通常以切削正火状态45钢的以作为基准,而把其它各种材料的同它相比.这个比值称为材料的相对加工性.(13)切削液有何作用?如何选用?答;D冷却作用。2)润滑作用。3)消
12、洗和/IR作用。4)防锈作用。切削液的品种很多,性能各异,通常应根据加工性筋、工件材料和刀具材料等来选择合适的切削液,才能收到良好的效果.1)从加工要求方面考虑:2)从刀具材料方面考虑:3)从工件材料方面考虑:4)从加工方法方面考虑.3.分析j三(1)分析各个因素影响切削力的原因,特别是切削深度和进给兔对切削力的影响,答:1)切削深度和进给量.切削深度与或进给量f加大,均使切削力增大.卬加大时,变形系数S不变,切削力成正比例增大./加大时,变形系数彳和摩擦因数“降低,切削力不成正比例增大.因此,如从减小切削力和切削功率角度考虑,加大进给求比加大切削深度有利。2)工件材*;1.工件材料的物理力学
13、性能、加工硬化程度、化学成分、热处理状态以及切削的的加工状态等,都对切削力彳!影响.工件材料的强度、硬便越高.材料的剪切屈服强度就越高,期切削力愈大,工件材料冲击韧性和矍性愈大,则强化系数较大,与刀具问的摩擦因数也较大,切削力大。灰铸铁及其他脆性材料,切剂时一股形成崩碎切屑,刀屑间摩擦小.切削力较小.3)刀具几何参数.前角-切削型性材料时,曲角增大,打切角增加,切削变形系数减小,沿前刀面的摩擦力也M小,因此切削力降低。切削腌性材料时,由于变形小,加工硬化小,前角对切削力的影响不显著,主的向。对主切削力以影响不大(幅度不超过10%),刃倾角.刃帆角A对R的影响不大.但对外和好的影响较大.刀尖阀如
14、半径.在一般的切削加工中,刀尖即盗半径/对环和6的影响较大,对心的影响较小得4)刀具材料。与工件材料之间的亲和性影响切削时产生的摩擦力大小,而影响切削力。在同样切削条件卜,陶瓷刀具切削力最小,硬质合金次之,高速钢刀具的切削力呆大.5)刀具磨损.当刀具主后刀面磨损后形成后用如等于0、宽度为V8的窄小楼面时,主后刀面与工件过渡去面接触面增大,作用于主后刀面的正压力和摩擦力增大,好致人、Fh4都增大。6)切削液.以冷却作用为主的水溶液对切削力影响很小.润冰作用强的切削油由于其润滑作用,不仅能减小刀具与切网、工件表面间的摩擦,而且能小加工中的型性变形,故能显著降低切削力.(2)分析刀具潞损的主要原因.
15、答:1碳化物(FC仁、TiC等)、氮化物(AIN,Si3N4等)和氧化物(Si6、AhOj等等硬质点以及积,W陶砰片等,在刀具表面刻划出沟纹,2)粘结解损。切弼、工件与前、后刃面之间,存在着很大的压力和覆烈的摩擦,形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结,刀具表面上的微粒逐渐被切屑或工件粘走。3)扩散磨损.高温下,刀具表面与切出的工件、切局新鲜表面接触,刀具和工件、切格双方的化学元素互相犷做到对方去,改变了原来材料的成分与结构,削弱了刀具材料的性能,加速磨损过程,4)氧化磨损,当切削温度达7OO8OOC时,空气中的氧便与硬精合金中的粘及碳化钓、碳化钛等发生粗化作用,产生较软的钏化物(如CoQ、CoO.W
16、o“TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨损.5)相变磨损。刀具材料(高速钢因切捌温度开高达到相变温度(550Wo(FC)时,使金相组织发生变化,埋度降低而造成磨损.6)热电磨摘.切削区高温作用下刀具与工件这两种不同材料之间产生一种热电势.约-20mv.在机床-工件-刀具-机床网路中产生一个微和也流,会加速刀具磨损.(3分析影响工件材料切削加工性的因素,改善工件材料切削加工性的途径。答:影响工件材料切削加工性的因泰:I)材料特性,材料的硬度、熨性、翎性、热稳定性、腐蚀性等,都会IU响切削加工性.2)切削参数:切削参数.如切削速度、切削深度、进蛤速筏、刀具材料、刀具尺寸、刀具悬距、刀具夹角等,都会
17、影响切削加工性。3)机床特性:机床的精度、稳定性、刚度、振动性等,鄱殳影响切削加工性。改善工件材料切削加工性的途径:I)改变材料特性,通过金屈热处理等方法,改变材料的硬度、型性、韧性、热稳定性、腐蚀性等,以提裔工件材料的切削加工性。2)优化切削参数:通过优化切削参数,如切削逑度、切削深度、进给速度、刀具材料、刀具尺寸、刀具悬距、刀具央角等来提高工件材料的切削加工性3)改进机床特性:通过改进机床的精度、稳定性、刚度、振动性等,来提高工件材料的切削加工性。第Ii章金属切IN机床1 .名词解理几何精度、运动粕度、传动精度、定位精,度、机床的刚度I)几何精度:机床空载条件3在不运动(机床主轴不转或工作
18、台不移动等情况下)或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度.2)运动精度:机床空毂并以工作速度运动时,主要零部件的几何位置精度.3)传动精度:机床传动链各末端执行元件之间运动的协调性和均匀性,4)定位精度:机床的定位部件运动到达规定位网的精度.5)机床的刚发:机床在外力作用下抵抗变形的能力.2 .ffi(1金园切削机床是如何分类的?按照机床的万能性程度,机床可分为几类?答:机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类,根据国家制定的机床型号编制方法.机床分为11大类:车床、钻床镣麻、磨床、齿轮加I:机床、蝶纹加I:机床、铳床、刨插床、拉床、锢床、其它机床.按照万能性程度,机床可
19、分为:D通用机床(卧式车床、升降台诜床):加工箱用广,通用性旗;UJ完成一定尺寸范用内的多种类型零件不同工序的加工:用于单件小批生产.2)专门化机床(丝杆车床、曲轴车床、凸轮轴车床),工艺范围较窄:是为加工一定尺寸范困内的某一类零件的某一种(或少数几种工序而专门设计的机床.3专用机床(如大量生产的汽车零件所用的各种钻、镣祖合机床;机床主轴箱专用钺床):工艺莅用爆窄:般是为某特定零件的特定工序而设许制造的机床;用于大批地生产。(2)机床的技术性能一般有哪几个方面?其含义是什么?答:一般来说,机床的技术性能包括:I)机床的工艺能困。指在机床上加工的工件类型和尺寸,能助加工完成何种工序,使用什么刀具
20、等。2)机床的技术令数。包括:尺寸篓数、运动参数与动力参数。尺寸如数.具体反映机床的加工范围包括主参数、第二主参数和与加工零件有关的其他尺寸参数.运动参数.机床执行件的运动速度,例如主轴的以岛转速与最低转速、刀架的最大进给t与最小进给城(或进给速度)。动力参数,机床电动机的功率,有些机床还给出主轴允许承受的最大转矩等其他内容.(3主轴部件、导轨、支承件及刀架应满足哪些基本技术要求?答:主轴部件应满足的要求:I)旋转精度;2)刚度:3)抗振性:4)昂升与热变形:5)制度保持性,导轨应满足的要求:1)导向精度好:2精度保持性好;3)足好的刚度;4)低速运动平稳:5)结构简单.工艺性好.支承件应满足
21、的要求:I)具有足膨的刚度和较高的刚度质麻比:2)具彳!较好的动态特性,包括较大的位移阻抗和阻尼,整机的低阶频率较尚,各阶频率不至引起结构共振,不会因薄壁振动而产生噪声:3拄稔定性好,热变形时机床加工精度的影响小;4)排肾通畅,吊运安全.并具有良好的结构工艺性.刀架应满足的要求:I)满足工艺过程所提出的要求:2)在刀架、刀座上要能牢固地安装刀具;3)刀架、刀库、换刀机械手应具有足够的刚度,以使切削过程和换刀过程平稳:4)可兆性高;5)换刀时间应尽可能缩短,以利于提高生产率;6)操作方便和安全。3 .分析JI(1)分析下列机床的名称和主参数,并说明它们各具有何种通用或结构特性:CM6I32;Z3
22、O4O16;MBGI432;MM7I32A:XK5O4O:T6II2;T4I63B;B6O5O;Y3I5OE;1.6120.答:CM6132:C是车床的意思.M是精密的意思,是机床通用特征代号.6是落地及卧式车床,是组别代号.1是尔轴自动车床,地型别代号,32是一起的,指320mm.是加工能力的主要卷数,该车床的最大工件回转直径是320mm。Z3O4OI6:Z是机床类别代号(钻床类):3是组别代号(摇佝钻床组A0是系别代号(据普怙床系):40是主参数(最大骷孔直径40mm):16是第二主参数代号(最大跨距160Omm,用X分开).MGB1432;M磨床(类代号,G离精度(通用特性代号),B自动
23、(通用特性代号)14万能外KI磨床(姐系代号,32最大磨削外径32Omm(主参数.MM7132A:M唇床(类代号,M精密(通用特性代号).7平面及端面磨床曼(组别代号),I卧轴矩台平面磨床系(系别代号),32工作台面宽度32Omm.A第一次里大改进.XK5O4O:铳床(类代号,K数控(通用特性代号),50立式升降台铳床(组系代号),40工作台面宽度4(K)mm(主参数)。T6I12:卧式悔床,最大位孔直径120mm.T4I63B:工作台宽度为63Omm单柱坐标镣床、B为改进号.B6050:B表示刨床,60表示牛头刨床,50表示工作台行程的“10,以大刨削宽度100Omm。Y315OE:Y齿轮加
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