机械制造工艺学第三版王先奎习题解答(1-2)

MMT

机械制造工艺学习题解答(第一章)1-8某机床厂年产CA6140车床2000台，已知每台车床只有一根主轴，主轴零件的备品率为14%,机械加工废品率为4%,试计算机床主轴零件的年生产纲领。从生产纲领来分析，试说明主轴零件属于何种生产类型，其工艺过程有何特点。若一年按282个工作日、一月按26个工作日来计算，试计算主轴零件月平均生产批量。1)年生产纲领解：根据式(1-1),有 N=Qn(1+α%+β%)=2000×1×(1+14%+4%)=2360(件/年) 2)生产类型 CA6140车床属中型机械，根据表1-5,主轴零件属于大批生产。 3)工艺特点①毛坯采用模锻，毛坯精度较高，加工余量较小。②采用高效、专用设备和工艺装备(如铣钻联合机床、组合外圆磨床、专用锥孔磨床、磨锥孔专用夹具、专用检具等)。③工艺文件详尽，有全套的工艺过程卡、工序卡、检验卡。 4)主轴零件月平均生产批量 Nm=N(26/282)=2360×(26/282)=218(件)1

MMT

机械制造工艺学习题解答(第一章)附：CA6140车床主轴零件图(习图1-1)及工艺过程(习表1-1)锥度1:120.4

锥度1:120.4

其余 0.0080.8

3.2

0.005 A-B 0.01 A-B1.6 0.4

0.008 3 30 0.01 A-B0.4

0.005 A-B 0.01 A-B0.4

D C0.8

M100×1.5

M115×1.5

M70×1.5

锥度1:20 35

B 44 30

106.5+0.3+0.10 280 -0.3

φ63.348φ106.373φ19525莫式6号 1215

φ99φ56φ100h6112+0.5 0

0φ52 -0.5

φ75.25

φ80h5

φ90g5

φ77.5

115+0.2+0.05 465 8700 74.8 -0.2+0.5 0

φ108.5A 46

φ52h6

φ75h5

φ48

32

0.008 A-B

12±0.015

1.6

14 -0.06 -0.11

0.4

习图1-1 CA6140车床主轴结构2

φ89f6

1.6

MMT

习表1-1 CA6140车床主轴加工工艺过程定位基准设备立式精锻机铣钻联合机床多刀半自动车床

工序号工序名称及内容 1锻造(模锻) 2热处理(正火) 3铣端面钻中心孔 4粗车外圆 5热处理(调质220-240HBS) 6半精车大端各部 7仿形车小端各部外圆 8钻通孔 9车小端锥孔，配1∶20锥堵，涂色法检查 10车大端锥孔，配莫氏6锥堵；车外短锥及端面 11钻大头端面各孔 12热处理(高频淬火：轴颈、短锥及莫氏6锥孔) 13精车各外圆并切槽、倒角 14粗磨外圆φ75h6、φ90g5及φ100h6外圆及端面 15粗磨大端内锥孔(配莫氏6锥堵，涂色法检查) 16铣花键 17铣键槽 18车三处螺纹(与螺母配车) 19精磨各外圆及E、F两端面 20粗、精磨两处1∶12外锥面、D端面及短锥面 21精磨大端莫氏6号内锥孔(卸堵，涂色法检查) 26检验(图样要求全部检验)

毛坯外圆顶尖孔顶尖孔顶尖孔两端支承轴颈夹大头托小头两端支承轴颈大端内锥孔

卧式车床仿形车床深孔钻床卧式车床卧式车床摇臂钻床高频淬火设备锥堵顶尖孔数控车床锥堵顶尖孔组合外圆

磨床主轴颈及φ75h5外圆内圆磨床锥堵顶尖孔花键铣床φ80h5外圆立式铣床锥堵顶尖孔卧式车床锥堵顶尖孔外圆磨床锥堵顶尖孔专用组合磨床主轴颈及φ75h5外圆专用锥孔磨床专用检具

MMT

机械制造工艺学习题解答(第一章)1-11在图1-30中，注有“限制的自由度。解： 1)图a必须限制5个自由度 x, y, z, x, yx xx y a) z b) z z y

”的表面为待加工表面，试分别确定其应z

2)图b必须限制6个自由度 x, y, z, x, y, z3)图c必须限制6个自由度 x, y, z, x, y, z 4)图d必须限制5个自由度 x, y, x, y, z

z

z

xx

x c)

y图1-30

y d)4

MMT

机械制造工艺学习题解答(第一章)1-12根据六点定位原理，试用总体分析法和分件分析法分别分析图 1-31中六种加工定位方案所限制的自由度，并分析是否有欠定位和过定位，其过定位是否允许。解：

o

zx y

图1-31 a)

1)图a:总体分析法-限制4个自由度 x, y, x, y,只车外圆，无欠定位；车外圆+车台阶面(或切槽),存在欠定位(z轴移动未限制)。 分件分析法-三爪卡盘限制 x, y, x, y 4个自由度；后顶尖与三爪 卡盘一起限制 x, y 2个自由度； x, y 2个自由度被重复限制，存在过定位。注：粗加工时，此过定位允许；精加工时不允许(会引起工件或夹具变形，影响加工精度。

MMT 2)图b:总体分析法-限制 5个自由 x, y, z, x, y,无欠定位。度 分件分析法-前顶尖限制 x, y, z 3个自由度；后顶尖与三爪卡盘一起限 制 x, y 2个自由度，无过定位。o z x y图1-31 b)

3)图c:总体分析法-限制 4个自由 度 x, y, x, y,只车外圆，无欠定位；车外圆+车端面，存在欠定位(z轴移动未限制)。分件分析法-弹簧胀套限制 4个自 由度 x, y, x, y,无过定位。 4)图d:总体分析法-限制 5个自由 度 x, y, z, x, y,无欠定位。 分件分析法-前顶尖限制 x, y, z 3个自由度；后顶尖与前顶尖一起限制 2个自由度 x, y,无过定位。

o z x y图1-31 c)

o z x y

图1-31 d)6

MMT 5)图e:总体分析法-限制全部 6个自由度，无欠定位。分件分析法-V形块A、B组合限制4个自由 度 y, z, y, z;V形块C与V形块A、B组合一起 限制 x, x 2个自由度，无过定位。 6)图 f:总体分析法-限制全部 6个自由度，无欠定位。分件分析法-支承板 A、 B组合限制3个自由 度 y, x, z;支承钉C与D限制 z, y 2个自由度， 菱

形销限制1个自由度 x,无过定位。y y

l z y A C z B x图1-31 e)

C

D

A x图1-31 f)

Bz

MMT

机械制造工艺学习题解答(第二章)2-4试分析如图2-72所示零件有哪些结构工艺性问题，并提出正确的改进意见。解：结构不合理处 1)磨削轴颈无越程槽； 2)螺纹无倒角及退刀槽；A-AA0.4 0.8 0.4

A

3)2个键槽方向不一致。改进见图2-72(修改后),修改处用红线标出。0.4

图2-720.80.4

图2-72(修改后)8

MMT

机械制造工艺学习题解答(第二章)2-5图2-73所示为车床主轴箱体的一个视图，其中Ⅰ孔为主轴孔，是重要孔，加工时希望余量均匀。试选择加工主轴孔的粗、精基准。解：

1)粗基准选择Ⅰ孔(5点定位)和孔(1点定位)。2)精基准，两种选择：Ⅱ

RⅠ

①选择主轴箱体安装面M和N;详见2.7.2节。l2Ⅲ l5 l4 N图2-73

②选择顶面R及顶面2个工艺孔。l1

M

l39

MMT 2-6试分别选择图2-74所示各零件的粗、精基准(其中，图2-74a为齿轮

零件简图，毛坯为模锻件；图2-74 b为液压缸体零件简图，毛坯为铸件；图2-74c为飞轮简图，毛坯为铸件)

A B

C

a)

b)图2-74

c)

解： 1)图a:粗基准-外圆柱面；精基准-孔+端面A 2)图b:粗基准-外圆A;精基准-孔B+端面C 3)图c:粗基准-不加工孔；精基准-孔B+左端面10

MMT 2-9图2-75所示箱体零件的两种工艺安排如下：

(1)在加工中心上加工-粗、精铣底面；粗、精铣顶面；粗镗、半精镗、精镗φ80H7孔和φ60H7孔；粗、精铣两端面。 (2)在流水线上加工-粗刨、半精刨底面，留精刨余量；粗、精铣两端面；粗镗、半精镗φ80H7和φ60H7孔，留精镗余量；粗刨、半精刨、精刨顶面；精镗φ80H7和φ60H7孔；精刨底面。试分别分析上述两种工艺安排有无问题，若有问题需提出改进意见。 3.2解：重新安排如下 1)在加工中心上加工-粗、精铣底面； (重新安装，以底面定位)粗、精铣顶面；粗、精铣两端面；粗镗、半精镗、精镗φ80H7孔和φ60H7孔。(注：可在其他机床 1.6上先加工好底面，再上加工中心，以底面定位加工其他面)3.2

2)在流水线上加工-粗刨、半精刨底面，留精刨余量；粗、精铣两端面；粗镗、半精镗φ80H7和φ60H7孔，留精镗余量；粗刨、半精刨、精刨顶面；精刨底面；精镗φ80H7和φ60H7孔。 (注：更多情况是以铣代刨)

1.6

0.8

图2-75

0.8

MMT 2-11图2-76所示小轴系大量生产，毛坯为热轧棒

料，经过粗车、精车、淬火、粗磨、精磨后达到图样要求。现给出各工序的加工余量及工序尺寸公差，见表2-26。毛坯的尺寸公差为±1.5mm。试计算工序尺寸，标注工序尺寸公差，计算精磨工序

的最大余量和最小余量。题2-11工序尺寸计算表工序加工名称余量精磨粗磨 0.1 0.4工序基本尺寸 30 30+0.1=30.1加工经济精度(IT) 7 8工序尺寸及公差

0.2

图2-76

解：列表计算(题2-11工序尺寸计算表)

表2-26加工余量及工序尺寸公差(mm)工序名称加工余量工序公差

30-0 .013 0

粗车精车粗磨

3.001.10 0.40

0.2100.052 0.033

30.1-0 .033 0

精车粗车毛坯

1.13.4

30.1+0.4=30.530.5+1.1=31.6 31.6+3.4=35

1012±1.5

30.5-0 .052 0 31.6-0 .21 0 35 1.5

精磨

0.10

0.013

注：毛坯(棒料)直径为标准值，故粗车加工余量由计算得到。

精磨工序最大余量：zmax=30.1-(30-0.013)=1.013 (mm)精磨工序最大余量：zmin=(30.1-0.033)-30=0.067 (mm)

MMT

机械制造工艺学习题解答(第二章)2-12欲在某工件上加工φ72.5+0.03mm孔，其材料为45钢，加工工序：扩 0孔；粗镗孔；半精镗、精镗孔；精磨孔。已知各工序尺寸及公差如下：精磨—φ72.5+0.03mm;精镗—φ71.8+0.046mm;半精镗—φ70.5+0.19mm;粗 0 0 0镗—φ68+0.3mm;扩孔—φ64+0.46mm;模锻孔—φ59+1mm。 0 -2 0试计算各工序加工余量及余量公差。解：列表计算(题2-12工序余量计算表)题2-12工序余量计算表工序尺寸及公差 0 72.5 0.030 71.8 0.0460 70.5 0.19 0 68 0.3

工序名称精磨精镗半精镗粗镗

加工余量72.5-71.8=0.7 71.8-70.5=1.3 70.5-68=2.5 68-64=4

余量公差0.03+0.046=0.076 0.046+0.19=0.236 0.19+0.3=0.49 0.3+0.46=0.76

扩孔模锻孔

0 64 0.46 59 1 2

64-59=5

0.46+3=3.4613

MMT 2-13在图2-77所示工件中，L1=70-0.025, -0.0500 0.15 L2=60 - 0.025,L3=20+0,L3不便直接测量，试重新给出测量尺寸，并标注该测量尺寸的公差。

解：可测量尺寸x,见图2-77 a。尺寸 x、 L1、 L2、 L3构成尺寸链 (图 277b),其中L3是封闭环，x、 L2是增环， L1是减环。由尺寸链基本尺寸公式 L3=(x+L2)-L1可求出：x=30由尺寸链偏差计算公式 ESL3=(ESx+ESL2)-EIL1 0.15=(ESx+0) -(-0.05)可求出：ESx=0.1 EIL3=(EIx+EIL2)-ESL1 0=(EIx-0.025) -(-0.025)可求出：EIx=0故测量尺寸：x=30+0.1 0

图2-77

x

图2-77 a

xL3 L2 L1图2-77 b14

MMT 2-14图2-78为某零件的一个视图，其中槽深为5+0.3mm,该尺寸不便直接测量，为检 0验槽深是否合格，可直接测量哪些尺寸？试标出它们的尺寸及公差。解：1)测量尺寸x1,见图2-78 a。尺寸x1、L0(槽深5+0.3)、R(孔半径30+0.025)、 0 0 0 r(外圆半径45 - 0.05)和e(0±0.025孔与外圆偏心)构成尺寸链，其中L0是封闭环，e、 r是增环，x1、 R是减环，见图2-78b(注：尺寸链未按比例画)。 -0.1可求出：x1=

10 -0.275 2)测量尺寸x2,见图2-78 a。 0尺寸x2、L0(槽深5+0.3)、d(外圆直径90-0.1) 0构成尺寸链，其中L0是封闭环，d是增环， x2是减环，见图2-78c(注：尺寸链未按比例画)。-0.1可求出：x2=85 -0.3

图2-78

x2图2-78 a

x1

x1 L0

r

L0 e图2-78 c15

图2-78 b

R

x2

d

MMT

机械制造工艺学习题解答(第二章)2-15某齿轮零件，其轴向设计尺寸如图2-79所示，试根据下述工艺方案标注各工序尺寸的公差： 1)车端面1和端面4。 2)以端面1为轴向定位基准车端面3;直接测量端面4和3之间的距离。 3)以端面4为轴向定位基准车端面2,直接测量端面1和端面2之间的距离(提示：属公差分配问题)。若工序1保证尺寸为L1,工序2保证尺寸为L2,工解：序3保证尺寸为L3,则尺寸L1、L2、L3和L0构成尺寸链(见图2-79a),其中L0=10±0.15是封闭环， L1是增环，L2、L3是减环。根据等公差分配法可确定各工序尺寸： L1=40±0.05,L2=L3=15±0.05

图2-79 1 2 3 L3 L0 L2 L1图2-79 a16

4

0 MMT 2-13图2-80所示小轴的部分工艺过程：车外圆至φ30.5-0.1mm,铣键槽深

度为H+T,热处理，磨外圆至φ30+0.036mm。设磨后外圆与车后外圆的同轴 0+0.015度公差为φ0.05mm,求保证键槽深度为4+0.2mm的铣槽深度H+T。 0 0解：尺寸r1(车削外圆半径)、 r2(磨削外圆半径)、H、e(两外圆偏心量e=0±0.025)、 L0=4+0.2构成尺寸链(见图2-80a),其 0中L0是封闭环，H、r2是增环，r1、e是减环。经计算得到：H=4.25+0.107=4.2675+0.0895+0.0175 0注：由于e=0±0.025,可放在不同位置，如图2-80b所示。此时，e为增环，但结果与上相同。r2

图2-80

L0

L0

H

H r1

r1

图2-80 a

e

e图2-80 b17

r2

MMT

机械制造工艺学习题解答(第二章)0 2-17一批小轴其部分工艺过程：车外圆至φ20.6-0.04mm,渗碳淬火，磨 0外圆至φ20-0.02mm。试计算保证淬火层深度为0.7~1.0mm的渗碳工序渗入深度 t。

解：设最终淬火层深度为t0(t0=0.7~1),车 0外圆半径为r1 (r1=10.3 - 0.02 ),磨外圆 0半径为r2(r2=10-0.01)。则尺寸t0、t、 r1、r2构成尺寸链(如图示),其中t0是最后(间接)保证的，是封闭环，t和r2是增环，r1是减环。解尺寸链可求出： t=1.01~1.28注：上述计算没有考虑两次外圆加工可能存在偏心(同轴度误差)。若考虑偏心量e=0±0.025(两外圆同轴度误差0.05),则尺寸链中增加一环 e,最终求得结果为： t=1.035~1.255r2r1 t t0

习图2-1718

MMT 2-18图2-81a所示为某零件轴向设计尺寸简图，其部分工序如图2-81 b、c、d所示。试校核工序图上所标注的工序尺寸及公差是否正确，如有错误，应如何改正？

a)

b)

c)

d)40.3 0 .1 0

图2-81

解：根据加工过程，建立尺

寸链①②,如图示。由尺寸链①可求出：L0=39.9±0.2,不满足要求。 0 0可将工序尺寸10.4 -0.2改为10.4 -0.1。

10.4 0 .2 0 10 0 .1 0

L0①30 0 .3 0

由尺寸链②可求出：H0=10±0.3,不满足要求。0.3 0可将工序尺寸30 -0.2改为30-0.4。 -

H0②19

40 0 .3 0

MMT 2-19

拟用数控镗铣床加工某箱体孔系，该箱体O1、O2孔的位置尺寸如图2-82所示，试确定镗孔顺序，并计算有关坐标尺寸及坐标尺寸公差。

解： 1)O1孔坐标尺寸已给，应先加工O1孔，再加工O2孔。 2)建立平面尺寸链，见图2-82 a。由尺寸链可求出：α= sin-1(18/121.125)= 8.564° LY= 121.125×cosα= 119.774 TLX=±0.05×sinα=0.0074 TLY=±0.05×cosα=0.0494 O2孔相对于O1孔的坐标尺寸： LX=18±0.0074(mm) LY=119.774±0.0494(mm)

图2-82 LX=18±TLX

α R121.125±0.05

图2-82 a20

LY±TLY

MMT 2-25拟在立式数控铣床上对图2-83所示零件铣槽，试编制该工序的加工程序(假定其他表面已按技术要求加工好)。 1)设置坐标系，选择φ10立铣刀，确定起刀点P0,如图示。解： 2)确定刀心运动轨迹：P0→P1→P2→P3→P4→P5→P6→P0。 3)确定切削用量：主轴转速-600r/min进给量-150mm/min 6.3 6.3 z 4)编写数控程序如下：N01 N02 N03 N04 N05 N06 N07 N08 N09 G92 G90 G01 G02 G01 G02 G01 G00 M30 X-60.0 Y-20.0 Z20.0 G00 X-27.5 Y-8.0 Z-5.0 Y25.0 S600 M03 F150 M08 X-22.5 Y35.0 R10.0 X22.5 X27.5 Y25.0 R10.0 Y-8.0 X-60.0 Y-20.0 Z20.0 M0920P0

20

x图2-82P4 P5

yP3 P2

608P6

P1

x

图2-83