机械工艺基础与夹具技术问答

1、什么是机械加工工艺过程？由哪几部分组成?

答：采用各种机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为合格产品零件的过程，称为机械加工工艺过程。
机械加工工艺过程一般由工序、工步、装夹及工位等部分组成。

2、什么是机械加工工艺规程？在生产中起什么作用?

答：将比较合理的机械加工工艺过程的各项内容，编写成工艺文件，就是机械加工工艺规程。

机械加工工艺规程是工厂进行技术准备及组织生产的依据，也是指导生产的重要文件，按照工艺规程进行生产，才能得到合格的零件。

3、什么是工序、安装、工步及工位?

答：工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

安装是指工件经一次装夹后所完成的那部工序。每装夹一次工件称为一次安装。

工步是指在加工表面和加工工具（刀具）不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。加工表面与加工工具，只要改变了其中一样多就应算作不同的工步。

工位是指为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。它们每变换一个位置，就改变了一个工位。

4、怎样区分加工内容是否属于同一工序？什么是简单工序和复杂工序?

答：判断加工内容是否属于同一个工序，关键在于是否连续加工同一工件。在一台机床上加工一个零件，尽管在加工中多次拆装工件及变换刀具，但只要不去加工另一工件，则所有的加工内容都属于同一工序。

若一个工序中的加工内容很少，仅有一次安装、一个工位及很少的工步，称为简单工序。若一个工序的加工内容很多，有较多的工步，有时甚至需进行多次安装，这种工序称为复杂工序。

5、粗加工、精加工和光整加工三类工序的特点是什么?

答：粗加工、精加工和光整加工工序的特点如：

（1）粗加工工序从工件上切去大部分加工余量，使其形状和尺寸接近成品要求的工序为粗加工工序。其加工精度较低，表面粗糙度值较大，一般用于要求不高或非配合表面的最终加工，也作为精加工的预加工。

（2）精加工工序从经过粗加工的表面上切去较少的加工余量，使工件达到较高的加工精度及表面质量的工序为精加工工序。如工件表面无特别高的要求，精加工常作为最终加工。

（3）光整加工工序它是从经过精加工的工件表面上切去很少的加工余量，得到很高的加工精度及很小的表面粗糙度值。研磨、珩磨、超精加工及抛光等方法属于光整加工工序。

6、零件的粗、精加工为什么要分阶段进行?

答：在确定零件的工艺过程时，将粗、精加工分阶段进行，各表面的粗加工结束后再进行精加工，尽可能不要将粗、精加工工序交叉进行，也不要在—台机床上既进行粗加工，又进行精加工。这样可以合理地使用机床，并使粗加工产生的加工误差及工件变形，在精加工时得到修正，有利于提高加工精度。此外，先进行粗加工可提早发现裂纹、气孔等毛坯缺陷，及时终止加工。

7、产品的生产类型根据什么来确定？生产类型有哪几种？

答：根据产品的大小、复杂程度和年产量的多少来确定生产类型。

生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种。

8、各种生产类型的主要工艺特征是什么?

答：各种生产类型的主要工艺特征如下：

（1）单件生产毛坯精度低，加工余量大；采用通用机床、通用夹具、通用刀具及万能量具；对工人技术水平要求较高；不考虑零件的互换性。
（2）成批生产毛坯精度及加工余量中等；采用通用机床及一部分专用机床；一般采用专用夹具，部分采用划线方法保证尺寸；较多采用专用刀具及量具；要求工人具有中等技术水平；零件普遍具有互换性，但保留某些修配工作。
（3）大量生产毛坯精度高，加工余量小，广泛采用专用机床及自动机床、专用夹具、专用刀具及量具；对工人技术水平要求不高；零件具有互换性。

9、什么是定位？工件为什么要定位?

答：使工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。

在机床上加工工件，必须在进行切削前就使工件在机床上或夹具中，使其相对于刀具或机床的切削运动具有正确的位置，即进行工件的定位，才能使工件上加工后的各个表面的尺寸及位置精度符合零件图或工艺文件所规定的要求。

10、什么是六点定位原理?

答：采用布置恰当的六个支承点来消除工件的六个自由度，使工件在夹具中的位置完全确定下来，称为六点定位原理。

11、完全定位和不完全定位的含义

答：如果某种定位方式全部消除了工件的六个自由度，这种定位方式称为完全定位。如果某种定位方式没有全部消除工件的六个自由度，而能满足加工要求，这种定位方式称为不完全定位。

12、什么是欠定位和过定位？工件在欠定位或过定位的情况下加工，将会产生什么后果？

答：根据工件的加工要求，实际消除的自由度数少于应需消除的自由度数称为欠定位。工件欠定位时，无法保证加工要求，因此不允许在欠定位的情况下进行加工。

重复消除某自由度的定位称为过定位。以过定位方式进行定位时，由于工件与定位元件都存在误差，无法使工件的定位表面同时与进行重复定位的定位元件接触，如将工件强行夹紧，工件与定位元件将产生变形，甚至损坏。

13、加工箱体零件时，常选用工件上的一面和两孔作为定位基准，这时应选用哪些定位元件？各定位元件可限制工件几个自由度?

答：应选用的定位元件是定位平面、短圆柱销和菱形销。

定位平面限制三个自由度；短圆柱销限制两个自由度；菱形销限制一个自由度。

14、什么是定位误差？它包括哪两个误差?

答：由于定位方法所产生的误差，称为定位误差。具体来说，定位误差是指一批工件定位时，工件的设计基准在加工尺寸方向上相对于夹具（机床）的最大变动量。

定位误差包括基准位移误差和基准不符误差。

15、什么是基准位移误差？产生基准位移误差的原因是什么？采取什么措施可减小基准位移误差?

答：工件定位时，工件的定位基准在加工尺寸方向上的变动量，称为基准位移误差。

产生基准位移误差的原因一般有以下几点：

（1）工件定位表面的误差。
（2）工件定位表面与定位元件间的间隙。
（3）定位元件的制造误差及磨损。
（4）定位机构的制造误差、间隙及磨损。

提高定位元件和工件定位表面的精度，可有效地减小基准位移误差。

16、什么是基准？按其作用分哪两大类?

答：机械零件由若干表面组成，各表面之间有确定的尺寸及位置精度要求。用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。

按其作用，基准可以分为设计基准和工艺基准两大类。

17、什么是装配基准、测量基准、定位基准和工序基准？

答：装配基准是指装配时用以确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。

测量基准是指测量工件加工表面的尺寸及位置精度所采用的基准。

定位基准是指加工中用作定位的基准。包括用于找正的基准和在夹具中定位的基准。

工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。

18、什么是辅助基准？试举例说明。

答：工件缺少作为工艺基准的适用表面，或已有表面精度过低，不宜作为工艺基准，这时需要在工件上设置或加工出用作工艺基准的表面，或将已有的表面提高加工精度后作为工艺基准。这种表面称为辅助基准，辅助基准也是工件的工艺基准。

如轴类零件上的中心孔、精车的60°孔口倒角、轴端60°外倒角、工件上开止口或增加工艺凸台及钻削工艺孔等就是常用的辅助基准。

19、什么是基准不符？什么是定位基准不符误差?

答：在某些工序中，工件的基准与设计基准不相重合，称为基准不符。

定位基准不符误差是设计基准与定位基准间的相对位置在加工尺寸方向上的变动量。

20、什么是粗基准？试述选择粗基准的原则。

答：以毛坯面作为定位的基准，这种基准称为粗基准。

选择粗基准的原则是：

（1）应以较重要的工作表面或加工余量较少的表面作为粗基准。
（2）应以不加工表面作为粗基准，若有几个不加工表面，则应选用其中与加工表面位置要求高的表面作为粗基准。
（3）应尽可能选用毛坯上平整光洁、无浇冒口及飞边的表面作为粗基准，使定位正确，夹紧可靠。
（4）粗基准一般只使用一次。

21、什么是精基准？试述选择精基准的原则。

答：用已加工表面作为定位基准，这种基准称为精基准。

选用精基准的原则是：

（1）选用加工表面的设计基准为定位基准，这就是基准重合原则。
（2）所选用的定位基准能用于多个表面及多个工序的加工，这就是基准统一原则。
（3）当零件加工表面的余量很小时，可以用待加工表面本身定位，即“自身定位”。
（4）所选的定位基准应有较大的装夹表面，其精度应与加工精度相适应。

22、按照基准统一的原则选用精基准有什么优点?

答：按照基准统一的原则所选用的精基准，能用于多个表面的加工及多个工序的加工，可以减少因基准变换带来的误差，提高加工精度。此外，还可以减少夹具的类型，减少设计夹具的工作量。

23、用不加工表面作为粗基准可起什么作用？为什么粗基准一般只可使用一次?

答：用不加工表面作为粗基准，能使不加工表面对加工表面具有较正确的相对位置，从而达到壁厚均匀，内腔或外形对称的目的。

因毛坯的质量差，重复定位精度很低，若用毛坯面在两次装夹中定位，则所得到的两个加工表面间将出现很大的位置误差，所以粗基准一般只使用一次。

24、工艺尺寸链的计算主要用来解决什么问题？什么叫组成环、封闭环？怎样判别增环和减环?

答：进行工艺尺寸链的计算，可以在基准不重合时进行尺寸换算，也是计算中间工序尺寸的一种科学而又方便的计算方法。

在尺寸链中，能人为地控制或直接获得的尺寸称为组成环。在尺寸链中被间接控制的尺寸，即当其他尺寸出现后自然形成的尺寸，称为封闭环。

增环与减环可按定义在尺寸链图上判别：在其他各组成环不变的条件下，当某组成环的增大会导致封闭环随之增大，则该组成环为增环；同理，当某组成环的增大会导致封闭环随之减小，则该组成环为减环。

此外，也可以用循矢原则予以判别：从封闭环向任一方向出发去依次判断各组成坏，若某组成环的方向是顺着出发方向的，则为减环；若某组成环的方向是与出发方向反向标注的，则为增环。

25、什么是加工精度？什么是加工误差？加工精度有哪些主要内容?

答：零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度，称为加工精度。两者不符合程度称为加工误差。
零件加工精度的主要内容有：尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度。

26、零件分粗、精阶段加工，为什么能提高加工精度?

答：精加工时采用很小的切削深度及进给量进行切削，可以在很小的切削力及变形的情况下，修正粗加工中产生的各种误差。此外，粗加工后如将工件放置一段时间，使工件充分变形再进行精加工，可以减小残余应力对加工精度的影响。因此分粗、精阶段加工可以提高加工精度。

27、在加工过程中为什么要消除或尽可能减少工件的残余应力?

答：因为在加工过程中，具有残余应力的工件处于不稳定状态，具有恢复到无应力状态的倾向，在常温下会缓慢地产生变形，丧失其原有的加工精度。此外，具有残余应力的毛坯及半成品，切去一层金属后，使工件产生明显的变形。所以要消除或尽可能减少工件的残余应力。

28、减少工件残余应力的措施有哪些？高温时效和低温时效各适用于处理哪类工件?

答：减少工件残余应力的措施有：

（1）高温时效。
（2）低温时效。
（3）振动去应力。
（4）采用粗、精加工分开的方法。
（5）自然时效。

高温时效适用于铸、锻、焊毛坯及粗加工后的工件。低温时效适用于半精加工后的工件。

29、怎样减少工艺系统热变形造成的误差？为什么精密机床在加工前要空运转一段时间?

答：减少工艺系统热变形造成的误差的措施为：充分冷却，减少温升；机床在热平衡状态下进行加工；在恒温条件下进行精密加工。

精密机床的热变形对加工精度的影响较为明显。由于机床的体积及质量较大，因此从开始升温到其温度基本不变，即达到热平衡状态，需要较长时间。在升温过程中机床持续发生变形，较难控制工件的加工尺寸。所以精密机床在加工前，应空运转一段时间进行预热，待达到热平衡状态后，再进行加工。

30、为什么在外圆磨床上用前、后固定顶尖装夹工件可以提高加工精度?

答：在外圆磨床上用前、后固定顶尖装夹工件，使机床主轴仅起带动作用，这样可以避免主轴回转误差造成加工误差，从而提高加工精度。

31、精密零件为什么要在恒温条件下进行测量?

答：精密零件在恒温条件下进行测量，主要是为了避免因工件与量具热膨胀系数的不同而造成的测量误差。

32、机械加工的表面质量包括哪些方面？表面质量对零件的使用性能有什么影响?

答：表面质量是指零件加工后的表面层状态，是衡量机械加工质量的一个重要方面。它包括表面粗糙度、表面层金属的金相组织状态、力学性能和残余应力的大小及性质。

表面质量对零件使用性能的影响可分为：

（1）表面粗糙度的影响表面粗糙度影响配合性质、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性。
（2）冷作硬化层的影响冷作硬化能提高零件的耐磨性，但过度硬化会使表面产生细小的裂纹及剥落，加剧零件的磨损。
（3）表面残余应力的影响零件表层在加工或热处理过程中若产生压应力，可适当提高零件的疲劳强度。

33、工件表面产生加工硬化的原因是什么？对零件的工作性能有什么影响?

答：工件表面在加工过程中产生强烈的塑性变形后，表面的强度、硬度都得到提高，并达到一定的深度，这叫加工硬化。由于加工硬化提高了表面的硬度，可提高零件的耐磨性。加工硬化程度越高，其耐磨性越好，但有一定限度，过度的硬化会使表面产生细小的裂纹及剥落，加剧磨损。

34、影响工件表面粗糙度的主要因素有哪些？可采用哪些方法减小表面粗糙度值?

答：影响工件表面粗糙度的因素很多，归纳起来主要有以下四点：

（1）刀具几何参数。
（2）切削用量。
（3）积屑瘤与鳞刺。
（4）振动。

凡是能减小残留面积及其高度的、减小振动的、减小或抑制积屑瘤高度及鳞刺的方法均能减小表面粗糙度值。从刀具几何参数上，可适当减小副偏角和增大刀尖圆弧半径，必要时可磨出修光刃，从切削用量上，可适当减小进给量。还可从减小刀具与工件间的摩擦、挤压上着手，使刀具刃磨得锋利，加注切削液和对某些韧性好的工件材料进行适当的热处理等。

35、什么是强迫振动？什么是自激振动?各有什么特点?

答：强迫振动是指由外界周期性的干扰力引起的振动。强迫振动的频率与干扰力的频率一致，当干扰力的频率与工艺系统的自振频率一致时，将产生“共振”，出现最大的振幅。

自激振动是指从切削部位吸收的能量而产生的振动。自激振动与切削同时存在，停止切削振动也就停止，且振动频率等于或接近振动部件的自振频率。

36、生产中可采取哪些措施来消除或减小振动?

答：对于强迫振动，只要找出干扰力的来源，并设法消除，一般可消除振动。

对于自激振动，可采取下列措施来减小或消除：

（1）提高工艺系统的刚性，特别要提高工件、长镗杆、尾座及薄弱环节的刚度。
（2）减小运动部件的间隙。
（3）修磨刀具及改变刀具的装夹方法，改变切削力的方向，减小作用于工艺系统低刚度方向的切削力。
（4）改变刀具的几何参数。

消除高频振动除增大刀具及工件的刚性外，还可采用冲击式消振装置，如冲击式消振刀杆等。

37、机床夹具由哪几部分组成？各起什么作用?

答：机床夹具的组成部分及作用为：

（1）定位元件用于确定工件在夹具中的位置使工件在加工时相对刀具及运动轨迹有一个正确的位置。
（2）夹紧装置用于保持工件在夹具中的既定位置，使它不致因加工时受到外力的作用而改变原定的位置。
（3）对刀元件用来确定夹具相对于刀具的位置。
（4）夹具体用于连接夹具上各个元件或装置，使之成为一个整体的基础件。夹具体也用来与机床有关部位相连接。
（5）其他元件和装置根据需要，夹具上还可以有其他组成部分，如分度装置等。

38、对机床夹具的夹紧装置有哪些基本要求?

答：对机床夹具的夹紧装置的基本要求是：

（1）夹紧时不应破坏工件在定位时所得到的位置。
（2）夹紧应可靠和适当，既要使工件在加工过程中不产生移动或振动，又不使工件产生过大的变形和损伤。
（3）夹紧装置应使操作安全、方便、省力、迅速。
（4）夹紧装置必须保证不因毛坯或半成品的制造公差而使工件夹不紧或产生过度的变形。
（5）夹紧装置的自动化程度及复杂程度应与产品的生产类型相适应。

39、什么是夹紧力三要素？怎样确定夹紧力的方向?

答：夹紧力的三要素是方向、大小和作用点。

确定夹紧力的方向时，一般应遵循下述原则：

（1）夹紧力作用方向应有助于工件定位的准确性。
（2）夹紧力方向应尽可能使所需夹紧力减小。
（3）夹紧力方向应尽可能使工件变形减小。

40、如何确定夹紧力的作用点?

答：确定夹紧力的作用点时，应尽量做到以下几点：

（1）夹紧力的作用点应落在夹具的支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内。
（2）夹紧力的作用点应尽量靠近加工面，若工件形状特殊，夹紧力作用点无法靠近加工面时，可增添辅助支承。
（3）夹紧力的作用点应落在工件刚度较好的部位。

41、斜楔夹紧机构有哪些特点?

答：斜楔夹紧有以下特点：

（1）斜楔结构简单，有增力作用。
（2）斜楔夹紧的行程小。
（3）使用手动操作的简单斜楔夹紧时，工件的夹紧和松开都需敲击斜楔的大、小端，因此，单独应用较少，通常与气动、液压装置或螺旋机构联合使用。

螺旋夹紧机构的原理是什么？有哪些优缺点?

答：螺旋夹紧的原理与斜楔相同，可将螺旋看作一个绕在圆柱上的斜面，展开后就相当于斜楔。

螺旋夹紧机构结构简单，夹紧可靠，由于螺旋升角很小，所以扩力作用比斜楔大，并能可靠自锁，在机床夹具中得到广泛应用。其缺点是夹紧动作慢，可采用快速螺旋夹紧来解决。

42、偏心夹紧装置有什么特点?
答：偏心夹紧装置的夹紧速度比螺旋夹紧要快得多，应用很广。但偏心夹紧装置的夹紧距离较小，扩力倍数不及螺旋夹紧装置大，通常用于没有振动或振动很小，需要夹紧力不大的场合。

43、什么是自动定心夹紧机构？为什么这类装置能自动定心？

答：能同时使工件得到定心和夹紧的装置称为自动定心夹紧机构。

自动定心夹紧机构的各个定位面能以相同的速度同时相互移近或分开，因此这种装置的定位部分能自动定心，并对工件进行夹紧。

44、机床夹具中常用的动力装置有哪几类?

答：机床夹具中常用的动力夹紧装置有气动、液压、气-液压联合夹紧、真空和电磁夹紧等。

45、什么是夹具的对定？对定包括哪两方面?
答：在机械加工中，使夹具的定位面相对于刀具和切削运动占有一个理想位置的过程，称为夹具的对定。
夹具的对定通常包括两个方面：一是夹具的定位，即使夹具相对于切削运动有一个正确的位置；二是夹具的对刀，即使夹具相对于刀具有一个正确的位置。

46、夹具在机床上常用的定位形式有哪几种?

答：夹具在机床上常用的定位形式有两种，一种是夹具安装在机床的工作台平面上，用夹具的底平面定位，如铣床、刨床、钻床、镗床、平面磨床等机床上的夹具；另一种是将夹具安装在机床的回转主轴上，如车床、外圆磨床等机床上的夹具。

47、什么是夹具的“临床加工”?为什么它能提高零件的加工精度?

答：夹具的“临床加工”就是把夹具装在机床上，初步找准位置，然后再对夹具的定位面进行加工。“临床加工”是用切削成形运动的本身来形成定位元件的定位面的，避免了很多中间环节的影响，如夹具的制造误差、装配误差、安装误差等，能获得较高的夹具定位精度，所以能提高零件的加工精度。

48、机床夹具中常用分度装置的对定机构有几种形式?

答：机床夹具中常用的分度对定装置有以下几种：

（1）钢球对定。
（2）圆头销对定。
（3）圆柱销对定。
（4）菱形销对定。
（5）锥销对定。

48、对刀块有什么作用？如何调整刀具与对刀块之间的距离?

答：对刀块的作用是用来调整刀具相对于工件定位面的位置。

对刀时，把刀具移向对刀块，将塞尺置于刀具与对刀块之间，调整刀具位置，并不断地抽动塞尺，根据抽动塞尺的感觉来控制刀具与对刀块之间的距离，将刀具调准到离对刀块表面规定的距离为止。

49、什么是组合夹具？它有哪些优缺点?

答：由一套预制的标准元件及部件，按照工件的加工要求拼装组合而成的夹具，称为组合夹具。

组合夹具有以下一些优点：

（1）能迅速为生产提供夹具，缩短生产准备周期。
（2）节约人力和物力。
（3）减少夹具存放面积，改善管理工作。

缺点是：

（1）初始费用较大。
（2）刚性较差。

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