机械制造基础第五章习题及答案

第5章习题及答案
5-1机床的运动按功用分为哪几种？
答：分为表面成形运动和辅助运动两大类。

直接参与切削过程，使之在工件上形成一定几何形状表面的刀具和工件间的相对运动称为表面成形运动。

机床上除表面成形运动外的所有运动都是辅助运动。

5-2如何衡量切削加工的质量？
答：零件切削加工的质量主要由加工精度和表面质量来衡量。

加工精度就是指零件加工后零件的尺寸、形状和表面间的相互位置等方面的几何参数与理想几何参数的相符合程度，两者的差距愈小，加工精度愈高。

零件的表面质量对零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、密封程度、接触刚度等都有一定的影响。

5-3切削用量要素包括哪几项？切削用量的选择原则是什么？
答：切削用量是切削过程中最基本的操作参数，包括切削速度v c、进给量f和背吃刀量a p，其分别表示切削刃与过渡表面之间的相对运动速度、待加工表面转化为已加工表面的速度、已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。

合理地选择切削用量，对于保证加工质量、提高生产效率和降低成本有着重要的影响。

切削加工时应当根据具体的加工条件，确定切削用量三要素的合理组合。

背吃刀量要尽可能取得大些，最好一次走刀能把该工序的加工余量切完。

进给量的选择主要受机床、刀具和工件所能承受的切削力的限制。

精加工时，一般背吃刀量不大，切削力也不大，限制进给量的主要因素是工件表面粗糙度。

选定背吃刀量和进给量以后，根据合理的刀具耐用度，用计算法或查表法选择切削速度。

5-4切削层尺寸平面要素包括哪几项？
答：切削层尺寸平面要素包括切削层的公称厚度h D、公称宽度b D和公称横截面积A D。

5-5试述刀具的结构和刀具的角度。

答：刀具基本组成部分包括夹持部分和切削部分。

夹持部分俗称刀柄或刀体，主要用于刀具安装与标注的部分。

切削部分俗称刀头，是刀具的工作部分，由刀面、切削刃（又称刀刃）组成。

其组成要素包括：
1）前面。

又称前刀面，切削过程中切屑流出所经过的刀具表面。

2）主后面。

又称主后刀面，是切削过程中与过渡表面相对的刀具表面。

3）副后面。

又称副后刀面，是切削过程中与已加工表面相对的刀具表面。

4）主切削刃。

前面与主后面的交线称为主切削刃，承担主要切削工作，形成过渡表面。

5）副切削刃。

前面与副后面的交线称为副切削刃，辅助切除余量并形成已加工表面。

6）刀尖。

主、副切削刃连接处的一小部分切削刃，可以是一个点，也可以是一小段其他形式的切削刃（未加说明可视为一个点），是刀具切削部分工作条件最恶劣的部位。

刀具的角度反映了刀具切削部分各表面和切削刃的位置，决定了刀具的几何形状。

刀具的标注角度是标注在图样上供刀具制造、刃磨的角度，包括如下：1）前角γ0；2）后角α0；3）主偏角kγ；4）副偏角K‘ ；5）刃倾角λs。

5-6影响车刀工作角度的因素有哪些？
答：1）刀具安装高度的影响。

车刀装高时，车刀切削刃高于工件中心线，实际的基面和切削平面相对于标注角度参考坐标平面产生θ角的偏转，这时刀具的工作前角γ0e增大，工作后角α0e减小，其变化值均为θ。

2）刀柄中心线与进给方向不垂直时的影响。

车刀刀柄中心线与进给方向不垂直时，工作主偏角将增大（或减小），而工作副偏角将减小（或增大）。

3）横向进给运动的影响。

刀具作横向进给时，切削轨迹为螺旋线，此时，实际的基面和切削平面都要偏转一个附加的螺旋角β，使车刀的工作前角γ0e比标注角度γ0大，工作后角α0e比标注角度α0小。

5-7试述切屑的形成过程。

答：在切削过程中，切削层金属以切削速度v c向刀具前刀面接近，在前刀面的挤压下，被切金属产生弹性变形，并逐渐加大，其内应力也在增加。

当其内应力达到屈服点，开始产生塑性变形，金属内部发生剪切滑移。

随着被切金属继续向前刀面逼近，塑性变形加剧，内应力进一步增加，变形和应力达到最大。

切削刃附近金属内应力达到金属断裂极限而使被切金属与工件本体分离。

分离后的变形金属沿刀具的前刀面流出成为切屑。

5-8何谓积屑瘤？积屑瘤对切削过程有什么影响？如何减少和避免积屑瘤的产生？
答：加工一般钢料或其他塑性金属材料，在切削速度不高而又能形成连续切屑时，常发现在刀具前刀面靠近切削刃的部位黏附着一块剖面呈三角状的硬块，称其为积屑瘤。

积屑瘤对切削过程的影响：
1）使实际前角增大，减小切削力，对切削过程起积极作用。

2）影响刀具耐用度。

稳定时代替刀刃切削，减少刀具磨损，提高刀具耐用度；但破裂时可能使硬质合金颗粒剥落，反而加剧刀具磨损。

3）增大加工表面粗糙度。

积屑瘤的顶部很不稳定，容易破裂，或部分黏附于切屑底部而排出，或部分留在已加工表面而影响粗糙度。

精加工时，防止积屑瘤产生的措施有：
1）用低速切削，使切削温度低，黏结现象不易发生；或用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度。

2）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦。

3）增大γ0，减小切削变形。

4）当工件材料硬度很低、塑性很好时，可采取适当的热处理，提高工件材料硬度，降低塑性，减小加工硬化倾向。

5-9切削力是怎样产生的？与哪些因素有关？
答：切削力来源于两个方面：一是切削层金属和切屑作用在前刀面上的正压力F nr和摩擦力F fr；二是已加工表面作用在后刀面上的正压力F na和摩擦力F fa。

前后刀面上作用力的合力为F。

前后刀面上的切削力可根据设计和工艺分析的需要将切削合力分解为三个相互垂直的分力。

主切削力与背吃刀量和进给量有关。

5-10切削热如何传出？
答：切削热产生以后，由切屑、工件、刀具及周围介质传出。

各部分传出的比例取决于工件材料、切削速度、刀具材料及刀具几何形状等因素。

5-11对刀具切削部分的材料有什么要求？目前常用的刀具材料有哪几类？
答：刀具切削部分的材料必须满足以下基本要求：
1）刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，否则难以切削。

在常温条件下，刀具切削部分的硬度要求在60HRC以上。

2）刀具材料应具有良好的耐磨性。

耐磨性与刀具材料的硬度有关，同时与刀具组织结构中碳化物种类、数量、大小和分布情况有关。

3）刀具材料必须具备足够的强度和韧度，以便在承受切削力、冲击和振动时不被破坏。

4）切削时切削温度很高，因此，要求刀具材料在高温条件下仍能保持高的硬度，高的耐磨性和具有足够的坚韧度，材料的这种性质称为热硬性。

5）刀具材料应具有较好的化学惰性，保证在切削过程中，随着切削温度的升高而具有
不发生黏结磨损和扩散磨损的能力。

6）刀具材料应具有良好的工艺性。

目前常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料。