《机械加工工艺与装备》练习题参考答案
的速度取决于温度的高低和冷硬程度的大小。
减小刀具前角和增大刀尖圆弧半径都将增大已加工表面层的塑性变形，从而使冷硬层的深度和硬化程度也随之增加。
切削速度增大，硬化层深度和硬化程度都随之减小。因为切削速度增大，则切削温度升高，从而有利于冷硬回复。另外，切削速度增大，使刀具与工件接触时间短，塑性变形程度减小。
进给量增大，使切削厚度增加，切削力和材料的塑性变形都随之增大，因此硬化现象增强。但进给量太小时，因形成薄层切屑使表面层受挤压的作用增加，塑性变形也增加，故冷硬作用也随之增加。
被加工工件材料的硬度越低，塑性越好，则切削时的塑性变形也越大，冷硬现象就越严重。
14答案 由几何因素引起的粗糙度过大，可通过减小切削层残留面积来解决。减小进给量和刀具的主、副偏角，增大刀尖圆角半径，均能有效地降低表面粗糙度。
由物理因素引起的粗糙度过大，主要应采取措施减少加工时的塑性变形，避免产生刀瘤和鳞刺，对此影响最大的是切削速度和被加工材料的性能。
（1）加工材料。一般韧性较大的塑性材料，加工后表面粗糙度较大，而韧性较小的塑性材料加工后易得到较小的表面粗糙度。对于同种材料，其晶粒组织越大，加工表面粗糙度越大。因此，为了减小加工表面粗糙度，常在切削加工前对材料进行调质或正火处理，以获得均匀细密的晶粒组织和较好的硬度。
（2）切削用量。进给量越大，残留面积高度越高，零件表面越粗糙。因此，减小进给量可有效地减小表面粗糙度。
切削速度对表面粗糙度的影响也很大。在中低速切削塑性材料时，由于容易产生积屑瘤，且塑性变形较大，因此加工后零件表面粗糙度较大。通常采用低速或高速切削塑性材料，可有效地避免积屑瘤的产生，这对减小表面粗糙度有积极作用。
（3）刀具的几何形状、材料、刃磨质量的影响。刀具的前角对切削过程的塑性变形有很大影响。前角值增大时，塑性变形程度减小，粗糙度也减小。前角为负值时，塑性变形增大，粗糙度也增大。后角过小会增加摩擦。刃倾角的大小又会影响刀具的实际前角，因此都会影响加工表面的粗糙度。刀具的材料与刃磨质量对产生刀瘤、鳞刺等现象影响很大，如用金刚石车刀精车铝合金时，由于摩擦因数较小，刀面上就不会产生切屑的黏附、冷焊现象，因此能减小粗糙度。
（4）切削液。切削液的冷却和润滑作用能减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，使切削层金属表面的塑性变形程度下降，抑制刀瘤、鳞刺的生成，因此可大大减小表面粗糙度。
15答案 在制定工艺规程时，要在保证产品质量的前提下，提劳动生产率、降低成本。提高劳动生产率涉及产品的设计、制造工艺、生产管理等多方面因素。仅就机械加工而言，提高劳动生产率的工艺途径是：缩短单件工时和采用自动化加工等现代化生产方法。
（1）缩短基本时间。
① 提高切削用量。提高切削用量是缩短基本时间的有效方法。目前广泛采用的是高速车削和高速磨削，高速切削中采用硬质合金车刀的切削速度一般达到200 m/min，陶瓷刀具的切削速度达500 m/min，人造金刚石车刀在切削普通钢材时的切削速度达到900 m/min，
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而在切削HRC60以上的淬火钢时，切削速度达到90 m/min。高速滚齿机的切削速度可达65～75 m/min。在磨削方面，高速磨削达到60 m/s以上。此外，采用强力磨削的磨削深度可达6～12 mm，金属去除率比普通磨削提高数倍。
② 减少工作行程。在切削加工过程中可以采用多刀切削、多件加工、合并工步等方法来减少工作行程。
③ 采用多件加工。
（2）缩短辅助时间。当辅助时间为单件时间的50%~70%以上时，若用提高切削用量来提高生产率，不会取得大的效果，此时应考虑缩减辅助时间的方法。
① 采用高效夹具。如气动、液压、电动及多件夹紧等夹具，可减少装夹工件的时间。 ② 采用主动检验或数字显示自动测量装置，减少加工中的停机测量时间。
③ 将辅助时间与基本时间全部或部分重合，如采用多工位夹具、回转工作台等措施。 （3） 缩短布置工作地点时间。主要的措施有：提高刀具或砂轮的耐用度以减少换刀次数；采用刀具微调装置、专用对刀样板等可减少刀具调整时间；数控机床上也可采用机外对刀仪进行机外调刀，省去了在数控机床上的对刀时间；使用不重磨刀片，当刀刃磨损需换切削刀时只要通过松紧螺钉，更换标准刀片或刀片转位即可重新使用，换刀时间缩短。
（4） 缩短准备和终结时间。成批生产时尽量扩大工件的批量，减少分摊到每个工件上的准备终结时间。如采用成组技术或采用数控机床、液压仿形机床、顺序控制机床等。
（5）采用自动化生产方法。
采用现代化的生产技术；采用先进的毛坯制造方法，提高毛坯精度，减少切削加工的劳动量。采用少或切削加工工艺，如滚压加工、特种加工等。在大批和大量生产中，采用组合机床、自动线加工；在单件小批、中批生产中，采用数控加工及成组加工，都可以有效地提高生产率。
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第六章 机械制造技术的发展
1答案 （1）一般加工
一般加工是指加工精度在10 ?m左右、表面粗糙度Ra值在0.3～0.8 ?m的加工技术。如车、铣、刨、磨、镗、铰等。适用于汽车、拖拉机和机床等产品的制造。
（2）精密加工
精密加工是指加工精度在10～0.1 ?m，表面粗糙度Ra值在0.3～0.03 ?m的加工技术。如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精加工、砂带磨削、镜面磨削和冷压加工等。适用于精密机床、精密测量仪器等产品中的关键零件的加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密轴承等。
（3）超精密加工
超精密加工是指加工精度在0.1～0.01 ?m，表面粗糙度Ra值在0.03～0.05 ?m的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。其适用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电路的制造。目前，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，正在向纳米级工艺发展。
（4）纳米加工
纳米加工是指加工精度高于10?3 ?m（纳米，1nm = 10?3 ?m），表面粗糙度Ra小于0.005 ?m的加工技术，其加工方法大多已不是传统的机械加工方法，而是诸如原子分子单位加工等方法。
2答案 （1）电火花加工的基本原理
电火花加工是在液体介质中利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用来去除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。
电火花加工是在教材中图6-2所示的加工系统中进行的。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05 mm）。
当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（106～107 W/mm2），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。
从上面的叙述中可以看出，进行电火花加工必须具备3个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（103～107 ?·m）的液体介质中进行。
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（2）电火花的加工特点
①可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。 ②加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工。
③脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。 ④电火花加工后的表面出现的凹坑，有利于储油和降低噪声。
⑤放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。 （3）电火花应用
电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺，在民用、国防部门和科学研究中已经获得广泛应用，并有很多专业工厂从事生产制造。电火花加工工艺及机床设备的类型较多，其中应用最广、数量最多的是电火花成形机床和电火花线切割机床。
3答案 （1）电解加工原理
是利用金属在电解液中可以产生阳极溶解的电化学原理来进行工件成形加工的方法。这种电化学现象在机械工业中早已被用来实现电抛光和电镀，电解加工是在电抛光基础上发展起来的。
图6-3所示为电解加工过程示意图。加工时工件3接直流电源1的正极，成形工具2接直流电源负极，两极之间电压一般为5～25 V的低电压，工具向工件作缓慢进给，使两极之间保持一定的间隙（0.1～1 mm），具有一定压力（0.5～2.5 MPa）的电解液从间隙中高速（5 m/s）流过，使两极间形成导电通道，并在电源电压下产生电流，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物被电解液带走。
图6-4所示为电解加工原理图。电解加工刚开始时工件毛坯形状与工具形状是不同的，电极间隙不等，如图6-4（a）所示。这样间隙小的地方电场强度高，电流密度大(即图中竖线密)，电解液的流速也较高，因此金属溶解速度也较快；反之，工具与工件距离较远处加工速度较慢，随着工具不断向工件进给，间隙大致相同，电流密度趋于一致时，工件阳极表面的形状就逐渐与阴极形状相近，由此完成工件的电解加工。
图6-3 电解加工示意图 图6-4 电解加工成形原理图 （2）电解加工的特点
① 加工范围广。电解加工能加工各种高强度、高硬度、高韧性的导电材料，如硬质含金、淬硬钢、不锈钢、耐热合金等难加工材料。
② 生产效率高。电解加工是特种加工中材料去除速度最快的方法之一，约为电火花加工的5～10倍。
③ 加工过程中无机械切削力和切削热，没有因为力与热给工件带来的变形，可以加工刚性差的薄壁零件，加工表面无残余应力和毛刺，能获得较小的表面粗糙度值（Ra1.25～0.2 ?m）和一定的加工精度(平均尺寸误差约±0.1 mm)。
④ 加工过程中工具阴极理论上无损耗，可长期使用并保持其精度。
⑤ 电解加工不需要复杂的成形运动就可加工复杂的空间曲面，而且不会像传统机械加
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