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机械制造第二章作业 (答案) (1)


2-1、什么叫主运动?什么叫进给运动?试以车削、钻削、端面铣削、龙门刨削、 外圆磨削为例进行说明。 答:主运动 主运动是由机床提供的刀具和工件之间最主要的相对运动,主运动是切 主运动 削加工过程中速度最高、消耗功率最多的运动。切削加工通常只有一个主运动。 进给运动是使主运动能够依次地或连续地切除工件上多余的金属,以便形成 进给运动 全部已加工表面的运动。进给运动可以只有一个(如车削、钻削) ,也可以有几 个(如滚齿、磨削) 。进给运动速度一般很低,消耗的功率也较少。 表 2-1 加工类型与运动类型 加工类型 运动类型 主运动 进给运动 车削 工件的旋转运动 车刀的纵向、横向运动 钻削 钻头的旋转运动 钻头的垂直运动 端面铣削 铣刀的旋转运动 工件的水平运动 龙门刨削 刨刀的往复运动 工件的间歇运动 外圆磨削 砂轮的旋转运动 工件的旋转运动 2-2、根据表 2-2 和表 2-3,分析下列机床型号所代表的意义:MM7132、CG6125B、 X62W、M2110、Z5125、T68。 答:MM7132 MM7132:M--类别代号:磨床类; MM7132 M--通用特性:精密; 7--组别代号:平面磨床组; 1--系别代号:卧轴矩台平面磨床系; 32--主参数:工作台面宽度 320mm。 CG6125B:C--类别代号:车床类; CG6125B G—通用特性:高精度; 6—组别代号:落地及卧式车床组; 1—系别代号:卧式车床系; 25—主参数:床身上最大回转直径 250mm; B—重大改进顺序号。 X62W(X6132A (X6132A) X62W(X6132A):X—类别代号:铣床类; 6—组别代号:升降台铣床组; 1—系别代号:万能升降台铣床系; 32—主参数:工作台面宽度 320mm; A—重大改进顺序号。 M2110:M--类别代号:磨床类; M2110 2—组别代号:内圆磨床组; 1—系别代号:内圆磨床系; 10—主参数:最大磨削孔径 100mm。 Z5125:Z—类别代号:钻床类; Z5125 5—组别代号:立式钻床组; 1—系别代号:方柱立式钻床系; 25—主参数:最大钻孔直径 25mm。 T68:T—类别代号:镗床类; T68 6—组别代号:卧式铣镗床组; 8—主参数:镗轴直径 80mm。

′ 2-3、画出 γ 0 =10°、λs=6°、α0=6°、 α 0 =60°、Kr=60°、 K r′ =15°的外圆车刀 切削部分投影图。 答:

图 1(典型外圆车刀切削部分结构图)

图 2(车刀正交平面参考系及其静止角度)

图 3(背平面、假定工作平面参考系及其静止角度)

图 4(车刀法平面参考系及其静止角度) 理解好上面的参考系及其静止角度,按照要求画出静止角度就可以了,注意 各视图之间的联系,位置关系。

2-6、切削力是怎样产生的?为什么要把切削力分解为三个互相垂直的分力? 各分力对切削过程有什么影响? 答:切削过程中,刀具切入工件,使切削层变为切屑所需要克服的阻力,称 为切削力 切削力。 切削力 刀具作用在工件上的切削力, 随着加工条件的不同, 总切削力 F 的方向和数 值都是变化的。为了应用和测量的方便 应用和测量的方便,常将总切削力 F 分解三个互相垂直的 应用和测量的方便 分力。 切削力 Fc :总切削力 F 在主运动方向上的投影。 Fc 是也称切向力或主切削 力,它是计算工艺装(刀具、机床和夹具)的强度、刚度以及校验机床功率的所 必须的数据。 总切削力 F 在垂直于工作平面方向上的分力。Fp 也称为径向力, 背向力 F p : 它能使工件变形或产生切削振动,故对加工精度及已加工表面质量影响较大。 进给力 F f :总切削力 F 在进给运动方向上的正投影。 F f 也称为轴向力,它 是设计机床走刀机构,计算进给功率所必须的数据。 2-7、按下列条件选择刀具材料类型或牌号。 1) 45#钢锻件粗车; 2) HT200 铸铁件精车; 3) 低速精车合金钢蜗杆; 4) 高速精车调质钢长轴; 5) 高速精密镗削铝合金缸套; 6) 中速车削高强度淬火钢轴; 7) 加工 HRC65 冷硬铸铁或淬硬钢; 答:常用刀具材料: 高速钢是一种加入了较多金属(W、Cr、Mo 、V 等)碳化物的、含碳量也比 高速钢 较高的合金工具钢。它可以加工从有色金属到高温合金范围广泛的材料通用高速钢 的典型牌号是 W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2。 硬质合金钢硬质合金是由高硬度的难熔金属碳化物(如 WC、TiC、TaC、N?C 硬质合金钢 等)和金属粘结剂(如 Co、Ni 等)用粉末冶金方法制成的一种刀具材料。 类硬质合金主要用于加工铸铁,有色金属和非金属材料。粗加工时宜选 YG 类硬质合金 用含钴量较多的牌号(例如 YG8) ,因其抗弯强度和冲击韧性较高;精加工宜选 用含钴量较少的牌号(例如 YG3) ,因其耐磨性、耐热性较高。 类硬质合金适用于加工钢料。粗加工时宜选用含钴较多的牌号(例如 YT5) ,精 YT 类硬质合金 加工时宜选用含 TiC 较多的牌号(例如 YT15) 。 在加工淬火钢、高强度钢和高温合金时,以及在低速下切削钢时,由于切削 力很大,易造成崩刃,也不宜采用强度低、脆性大的 YT 类合金,而宜采用韧性 较好的 YG 类合金。 类硬质合金主要用于精加工,不适于重切削及断续切削,可加工钢也可以加工 YN 类硬质合金 铸铁。

表 2-2 各种硬质合金的应用范围
牌号 YG3X YG3 YG6X YG6 YG8 YG6A YT30 YT15 YT14 YT5 YW1 硬度 耐 磨 性 切削速 度 硬度 耐 磨 性 切削速 度 硬度 耐 磨 性 切削速 度 抗弯强 度 韧性 进 给 量 抗弯强 度 韧性 进 给 量 抗弯强 度 韧性 进 给 量 应用范围 铸铁,有色金属及其合金的精加工、半精加工,不能承受冲击载荷 铸铁,有色金属及其合金的精加工、半精加工,不能承受冲击载荷 普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工,半精加工 铸铁,有色金属及其合金的半精加工和粗加工 铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工,也可用于断续切削 冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工,亦可用于高锰钢、淬硬钢 的半精加工和精加工 碳素钢、合金钢的精加工 碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工,亦可用于断续切 削时的精加工 同 YT15 碳素钢、合金钢的粗加工,可用于断续切削 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金 属及其合金的半精加工和精加工 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金 属及其合金的半精加工和精加工

YW2

综上分析: 1)YT5 2)YG3X 3)YT30 4)YN10

5)W18Cr4V 6)YG8 7)YG6X 立方氮化硼

2-9、什么叫刀具的工件角度参考系?什么叫刀具的静态角度参考系?这二者有 何区别?在什么条件下工作角度参考系与静态角度参考系重合? 答:刀具工作角度参考系 刀具工作角度参考系 刀具工作角度参考系,是以实际安装条件下的合成切削运动方向和进给运动 方向为基准来建立的; 刀具静止参考系 考系,是以“假定主运动方向”和“假定进给运动方向”为基准 刀具静止参考系 来建立的。 主要区别:建立参考系的基准不一样。 主要区别 重合条件:通常的进给速度远小于主运动速度(合成速度角 η <2°) ,所以在 重合条件 一般安装条件下,刀具的工作参考系与静止参考系差异甚小,可以用刀具的静态 角度代替工作角度,也就是说在大多数场合下(如普通车削、镗削、端铣、周铣 等) ,不必考虑工作角度,即可以认为这两个参考系是重合的。 2-10、主偏角对切削加工有何功用?一般选择原则是什么?Kr=90°的车刀适用什么场 合? 答: 对切削力的影响: 主偏角κ r 对切削力的影响 随着κ r 的增大, Fc 先减小后增,在κ r =60?~75? 时, Fc 到达到最小值,但 Fc 的变化范围约在 10% 以内。

主偏角的功用:减小主偏角,参加切削的刀刃长度会增加,刀尖角ε r 增大,从而使 主偏角的功用 刀具寿命提高;减小主偏角可使工件表面残留面积高度减小,从而可减小表面粗糙度。 然而,减小主偏角会使径向力 Fp 增大,在工艺系统刚性不足的情况下,容易引起振动, 这不仅会降低刀具寿命,也会使加工表面粗糙度增大。 主偏角的选择原则:由主偏角的功用可知,当工艺系统刚性较好时宜选较小的主偏 主偏角的选择原则 角,反之则选较大的主偏角。 κ r =90? 的车刀适用于系统刚性较差、车端面、车外圆、多阶梯轴等的场合。 2-11、 P10 硬质合金车刀, 用 车削σ? 为 650N/mm2 的 40#钢外圆。 切削用量为 asp=4mm, f=0.6mm/r,v=110/min;刀具几何度为:γ0=10°,λs= –5°,α0=8°,Kr=60°, γε=1mm。按公式计算及查表方法确定切削为 Fr、FP、Fc 及切削时所消耗的功率。 答:有下列公式及其参数表格:

Fc = C Fc aspFc f
x
xF

y Fc

vc Fc K Fc
yFp

n

K Fc = K M F K kr Fc K γ 0 Fc K λs Fc
c

F p = C F p a sp p f

vc

nF p

K Fp

K Fp = K M F p K kr Fp K γ 0 Fp K λs Fp

F f = C Ff a sp f f
650 查课本表 2-5 KM F = (

xF

yF f

vc f K F f
650 n F ) =1 650

nF

K F f = K M F f K k r F f K γ 0 F f K λs F f
Pc = Fc ? vc 6 × 10 4

σb ) n F

=(

公式中的系数及指数

FC
CFc xFc yFc n Fc

Fp
C Fp x Fp y Fp n Fp CF f xF f

Ff
yF f
nF
f

2795 1.0 0.75 -0.15 1940 0.90 0.6 -0.3 2880 1.0 查课本表 2-6 参数 主偏角κ r /(°) 前角 γ 0 /(°) 刃倾角 λs (°) 最终计算出: 数值 60 10 -5 参数
Kκ F
r

0.5 -0.4

Fc
0.94 1.0 1.0

Fp
0.77 1.0 1.25

Ff
1.11 1.0 0.85



0

F

Kλ F
S

Fc = 3539.8 N Fp = 1168.2 N Ff = 1284.5 N Pc = 6.4896 KW

2-12、甲、乙二人每秒钟切下的金属体积完全相同(即生产率相同),只是甲的吃 刀深度比大 1 倍,而走刀量 f 比乙小 1 倍。试比较二人主切削力的大小,由此可 得出什么有益的论? 答: 生产率: Q = 1000vc hD bD = 1000vc fa sp 由于甲乙两人的 asp 与 f 的乘积相同, 那么甲乙两人的主切削速度 vc 也相同.
Fc 主切削力: Fc = C Fc asp f

x

y Fc

vc Fc K Fc

n

通常情况下: x Fc ≥ y Fc
c a spF甲 f甲

x

y Fc

1 y x c 1 y c x c x x c y y y = 2 F( )F(a spF乙 f乙 Fc )(2 * )Fc * aspF乙 f乙 Fc )(a spF乙 f乙 Fc ) ≥ ( c = 2 2

所以,Fc 甲> Fc 乙 即甲的主切削力较乙的主切削力大一些。 有益的结论:在同等生产率下,应该采用较大的进给量来减小主切削力,延长刀 具寿命。 2-14、切削用量(asp、f、vc)中,哪个因素对刀具寿命影响最大?哪一个因素对 刀具寿命影响最小?为什么? CT 答:切削用量与刀具寿命的关系为:T = 1 1 1
p v cm ? f n ? a sp

当用硬质合金车刀车削 ?=0.65GPa 的中碳钢时,切削用量与刀具寿命的关系为:

T=

CT

vc

5

f

2.25

0. asp75

由此可见,切削速度 vc 对刀具寿命影响最大,其次是进给量 f ,背吃刀量 asp 的 影响最小。 2-15、甲、乙、丙三人高速车削σ?=750N/mm2 的碳钢。切削面积( asp × f )各为 10×0.2,5×0.4,4×0.5,三人的经济耐用度 Tc=60min,比较三人的生产率,解 释生产率不同的原因。 答:生产率: Q = 1000vc hD bD = 1000vc fa sp 切削速度(硬质合金车刀) vc = :

Cv T
0.2 0 f 0.45 asp.15

vc

=

Cv T
0.2

f

0.45

a

0.15 sp

=

Cv T 0.2 ( f ? a sp

1 ) 0.15 f 0.3

因为, f甲 < f乙 < f 丙 所以, v甲 > v乙 > v丙

因此, Q甲 > Q乙 > Q丙 即甲的生产率最高,乙的生产率次之,丙的生产率最低。 2-16、刀具寿命一定时,从提高生产率出发,选择切削用量的顺序如何? 从降低切削功率出发,选择切削用量的顺序又如何?为什么? 答:当用硬质合金车刀车削?? = 0.65GPa 的中碳钢时,切削用量与刀具寿命的 关系为:

T=

CT

vc f
5

2.25

0. asp75

生产率: Q = 1000vc hD bD = 1000vc fa sp 从上面的公式中可以看出: 切削速度 vc 对刀具寿命影响最大,其次是进给量 f ,背吃刀量 a sp 的影响最 小。而切削速度 vc ,进给量 f ,背吃刀量 a sp 对生产率的影响是相同的。 所以,从提高生产率出发 从提高生产率出发,首先选择较大的背吃刀量 a sp ,其次选择合适的 从提高生产率出发 进给量 f ,最后确定切削速度 vc 。 F ?v 切削功率: Pc = c c4 6 × 10
Fc 而切削力: Fc = C Fc asp f

x

y Fc

vc Fc K Fc

n

刀具寿命: vc =

Cv T
0.2 0 f 0.45 asp.15

通常情况下: x Fc ≥ y Fc 所以,从降低切削功率出发 从降低切削功率出发,首先选择较小的切削速度 vc 其次,选择较大 从降低切削功率出发 的进给量 f ,最后确定背吃刀量 a sp 。 2-19、选择切削用量的原则是什么?从刀具寿命出发,按什么顺序选择切削用量? 从机床动力出发,按什么顺序选择切削用量?为什么? 答:选择切削用量 选择切削用量时,要综合考虑切削过程的质量、生产率和成本等问题。 选择切削用量 所谓合理的切削用量是指在充分利用刀具的切削性能和机床性能(功率、扭矩) 以及保证工件加工质量的前提下,能获得高的生产率和低的加工成本的切削用 量。 从刀具寿命出发:选择切削用量的原则是在机床、刀具、工件的强度以及工 寿命出发 从刀具寿命出发 艺系统刚性允许的条件下,首先选择尽可能大的背吃刀量 a sP ,其次选择在加工 条件和加工要求限制下允许的进给量 f , 最后再按刀具寿命的要求确定一个合适 的切削速度 v c 。 从机床动力和刚性的限制等条件出发 选取尽可能大的进给量 f ;最后根据刀具 机床动力和刚性的限制等条件出发: 和刚性的限制 出发 耐用度确定最佳的切削速度 v c 。 2-20、 何谓砂轮硬度?它与磨粒的硬度是否是一回事?如何选择砂轮硬度?砂轮 硬度选择不当会出现什么弊病?

答:砂轮硬度 :砂轮硬度是指砂轮表面的磨料在磨削力的作用下脱落的难易程度。砂轮的硬 度软,表示磨粒容易脱落; 砂轮硬度硬,表示磨粒较难脱落。显然砂轮硬度是由结合 剂的粘结强度和数量所决定的,而与磨料本身的硬度无关。 选择砂轮硬度的一般原则:磨削软材料时,选用硬砂轮;磨削硬材料时,选用软 选择砂轮硬度的一般原则 砂轮。前者是因为在磨削软材料时,砂轮的工作磨粒磨损很慢,不需要太早的脱离下 来;后者是因为在磨削硬材料时,砂轮的工作磨粒磨损较快,需要较快地更新。 砂轮硬度选择不当:砂轮选得过硬,磨钝的磨粒不易脱落,砂轮易堵塞,磨 砂轮硬度选择不当 削热增加,工件易烧伤,磨削效率低,影响工件表面质量;砂轮选得过软,磨粒 还在锋利时就脱落,增加了砂轮损耗,易失去正确的几何形状,影响工件精度。


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