柴油机制造工艺学

柴油机制造工艺学

名词解释：

生产过程：在柴油机制造时，将原材料转化为成品的全过程。

(机器零件的) 加工质量：机械加工精度与机械加工表面质量。

计算机辅助制造：广义上的CAM 指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的各直接和间接活动，包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺规程设计等内容。

柴油机装配：将加工好的各个零部件根据一定的技术条件连接成完整的机器的过程称为柴油机的装配。

加工余量：在切削加工过程中，为了使零件表面得到所要求的尺寸、形状、相对位置和表面质量，必须从毛坯上切除的金属层厚度称为加工余量。

Opitz 分类编码系统：Opitz 分类编码系统由九个码位组成，前五位表示零件的形状特征，称为形状码(或主码) ；后四位分别表示零件的尺寸、材料、原始形式和精度，称为辅助代码(辅码) 。

(切削加工的) 振动：切削过程中产生的自激震动是频率较高的强烈震动，通常又称为颤振。

机床夹具：用来装夹工件的工艺设备称为机床夹具。

柴油机结构工艺性：指所设计的柴油机在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。

完全定位:六个自由度都被完全限制的定位方法。

过定位：当两种定位元件均能限制工件的同一个方向自由度的定位方法。

装配方法：装配方法有5种：1. 完全互换装配法；2. 不完全互换装配法；3. 选择装配法；4. 修配法；5. 调整法 加工阶段：工件从初始的毛坯开始加工，直到各主要表面达到图纸规定的质量要求的过程。常分为粗加工、半精加工和精加工三大阶段。

不完全定位：没有完全限制六个自由度而仍然保证有关工序尺寸的定位方法。

欠定位：若定位支承点少于所应消除的自由度数时，引起工件定位不足的这种方法。

加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差。

常值系统误差：在连续加工一批零件时，加工误差的大小和方向基本保持不变，称为常值系统误差。

变值系统误差：如果加工误差是按零件的加工次序作有规律变化的，则称为变值系统误差。

积屑瘤：是指在加工碳钢时，在刀尖处出现的小块且硬度较高的金属粘附物。

定位：定位：确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。

夹紧：夹紧：使工件在加工过程中保持位置不变的操作。

流水生产：是指生产对象按照一定的工艺路线顺序地通过各个工作地，并按照统一地生产速度完成工业作业的生产过程。

冷加工：用切削工具(包括刀具、磨具和磨料) 把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法

热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称叫热加工。

冷压光加工：是指在冷态下通过由硬材料制成的工具对工件表面施加压力，使工件表面层金属产生塑性变形的一种工艺方法。

基本支承：固定支承(支承钉、支承板) ，可调支承(高度可以调节的支承) ，自位支承(浮动支承) 。

装配：将加工好的各个零部件根据一定的技术条件连接成完整的机器的过程。

填空题

1. 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期通常为1年，所以生产纲领也称为 年产量 。

2. 优质 、 高产 、 低消耗 、 高效益 是机械制造企业必须遵循的原则。

3. 影响表面粗糙度的工艺因素有 刀具几何参数 、 切削用量 、 工件材料性能 、冷却润滑液和金属切削过程的振动等等。

4. 工件以外圆柱面为定位基准时，可以在圆孔、半圆孔以及定心夹紧装置中定位，其中 V 型块 应用最广。

5. 空间中的工件具有六个不定度，分别是三个 轴向不定度 和三个 转动不定度 。

6. 机械制造系统的组成部分有三个部分，分别是物质子系统、信息子系统和能量子系统（或硬件、软件、操作人员） 。

7. 正确设计与制造柴油机 凸轮 是保证正确供油和配气规律的前提，

它的质量好坏直接影响着耗油指标。

8. 如图a 所示为活塞和气缸配合的尺寸链图，图b 为尺寸链简图。图

中的：

A 2为 增环 ；A 1为 减环 ；N 为 封闭环 。

9. 工件的装夹包括 定位 和 夹紧 。

1. 随着生产批量、加工精度、尺寸大小的不同，工件的装夹方法一般

有3种，分别是： 直接找正装夹 、 按划线装夹 、 用夹具装夹 。

2. 在机械加工中，工件的尺寸、形状、和表面位置都不可避免地会出现误差，而引起这些误差的原因很多，根据生产实践和试验总结，其主要原因有： 加工原理误差 、 机床的制造误差 和 调整误差 等。

3. 一种加工方法只有在一定的精度范围内才是经济的，此一定范围的精度即为这种加工方法的 经济精度 。

4. 零件表面的冷硬层(冷作硬化) 可以提高零件表面的 硬度 和 刚度 ，减少摩擦表面的塑性变形和金属的粘结现象。

5. 冷压光加工 是指在冷态下通过由硬材料制成的工具对工件表面施加压力，使工件表面层金属产生塑性变形的一种工艺方法。

6. 钻套 作为钻床夹具上专有的刀具导向装置，主要用来确定钻头、扩孔钻、铰刀等定尺寸刀具的轴线位置，并在加工中引导刀具防止其偏斜。

7. 活塞 是柴油机的主要运动件之一，它是在高温、高压和高速往复运动条件下工作的。

8. 在封闭环的计算中，封闭环的 最大尺寸 等于所有增环的最大尺寸之和与所有减环的最小尺寸之和的差；封闭环的 最小尺寸 等于所有增环的最小尺寸之和与所有减环的最大尺寸之和的差；封闭环的 公差 等于所有各组成环公差之和。

9. 工件以平面定位时，常用支承元件作为定位元件。支承元件可分为 基本支承和 辅助支承 两类。

10. 微处理机对机床控制的三种方式分别是：计算机数字控制CNC 、直接数字控制DNC 以及自适应控制AC 。

2．工艺过程是生产过程中最重要的一部分，它是指与改变 生产对象 的形状、尺寸、相对位置和性质有关的生产过程。

4．机床的 制造精度 是影响到被加工工件精度的重要因素，即一定精度的机床只能加工出相适应精度的零件。

7．表层金属物理—机械性能的变化，从根本上说是由于切削力和 切削热 的作用使加工表面产生塑性变形和金相组织变化而造成的。

8．机械加工后的零件表面具有残余应力，若表面层具有残余 压 应力，则可以显著提高零件的疲劳强度。

9．工件以平面定位时，常用支承元件作为定位元件。支承元件可分为基本支承和 辅助支承 两类。

10．表面粗糙度对机器零件配合性质的稳定性有影响。对于过盈配合来说，如果工件表面粗糙度很大，经过初期磨损阶段后，其有效过盈量 减小 。

1．机械加工后的零件表面具有残余应力，若表面层具有残余 拉 应力，则可以显著降低零件的耐腐蚀性。

2．零件表面的冷硬层可以显著提高零件表面的硬度和刚度，减小摩擦表面的塑性变形和金属的粘结现象，但是硬度过大，会使金属 变脆 ，表层金属易剥落，磨损反而增大。

3．成批大量生产对机床生产率要求高，对刀具、量具及夹具生产率要求高，对生产线上的操作工人要求 需要有一定的熟练程度 。

4．平头支承钉一般用于 精 基准定位。

5．自位支承又称浮动支承，用于粗基准定位，它的结构形式有两点和三点自位支承，其中三点自位支承能限制工件的 一 个不定度。

6．成批大量生产中中加工箱体、盖板、机身和气缸盖等零件时，经常采用“一面两孔”(“两孔一面”) 定位，它符合 基准统一原则。

7．夹紧机构有螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、定心夹紧机构等类型，其中三爪卡盘属于 定心夹紧机构 。

8．通过向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，有计算机自动进行编码、变成直至最后输出经过优化的 工艺规程 卡片的过程，称为计算机辅助工艺规程设计。

9．喷油泵柱塞偶件的精度要求高，工艺复杂，工艺装备精度要求高并且还需要使用精密量具。如通过完全互换方法达到要求也是非常困难的，因此在实际生产中采用的解决方法是放大偶件各自的制造公差经过单配或 分组选配 来实现。

10．按照CAPP 的基本原理和方法，可以将它分成三种，分别是 派生法 、创成法

以及半创成法。

1. 如图所示，工件在三轴四工位组合机床上钻、扩、绞孔加工的情况。工件装在回转工

作台上，这时工件与回转工作台一起相对刀具位置改变四次，分别是：

工位Ⅰ 装卸 ；工位Ⅱ 钻孔 ；

工位Ⅲ 扩孔 ；工位Ⅳ 铰孔 。

2. 精基准的选择的四个原则分别是： 基准重合原则 、 基准统一原则 、 自为基准原则 、互为基准反复加工原则。

3. 加工一批零件时，其误差的大小和方向无规律地变化，这类误差称为 随机误差 。

4. 在加工误差的统计方法中的正态分布曲线中，表明被加工零件的尺寸靠近 分散中心 (均值α) 的工件占大部分。

5. 以工件上的外圆柱面定位时，定位元件为 套筒 、 半圆空座 、 V型块 。

6. 以工件上的内孔定位时，定位元件为 圆柱定位销 、 心轴 。

7.V 型块作为定位元件时，由于形状不同导致用于定位基准的场合不同，短V 型块用于 精 基准定位。

1. 零件的工艺分析是指 零件技术要求分析 、 零件结构工艺分析 。

2. 机器零件的加工质量的指标包括两部分，分是 机械加工精度 、 机械加工表面质量 。

3. 将主轴实际回转轴线对理想回转轴线漂移在误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差，它可以分为三种基本类型，分别是 纯径向跳动 、 纯轴向窜动 以及 纯角度摆动 。

4. 振动的类型有三种，分别是： 强迫振动 、 自

激振动 、 自由振动 。

5. 某工厂在生产中需要进行如下零件的加工：图（a ）为

工件上铣键槽；图（b ）为工件上铣台阶面；图（c ）为工

件上铣平面。进行加工时需要限制自由度的个数：

(a) 6 ；(b) 5 ；(c) 3 。

6. 右图所示的定位元件为支承钉，其中中间的图形属于

圆头支承钉 支承钉。

7.V 型块作为定位元件时，由于形状不同导致用于定位基准的场合

不同，其中长V 型块用于 粗 基准定位。

问答题：

1. 如下图为零件表面接触情况及磨损过程，试述下图2个零件做相对运动时磨损情况。

答：两零件最初接触时只是一些凸峰的顶部，由于接触面积小，单位面积上的实际压力大，当压力超过材料的屈服极限时，凸峰部分产生塑性变形，当两接触表面作相对运动时就会发生剪切变形，凸峰部分折断或塑性移动，出现初期急剧磨损阶段。此阶段结束后，两零件接触面积增大，单位面积上的压力降低，摩擦副进入正常磨损阶段。

2. 工件装夹在夹具中，(1)凡有六个定位支承点，就是完全定位，(2)凡是超过六个定位支承点就是过定位，(3)不超过六个定位支承点，就不会出现过定位，这种说法对吗？为什么？

答：(1)这句话错误。工件的六个自由度全部被夹具中的定位支承点所限制，而在夹具中占有完全确定的惟一位置称为完全定位。当六个定位支承点在同一个平面时，实际上就相当于三个定位支承点，这就不是完全定位。

(2)这句话正确。工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。完全定位只需要六个定位支承点，比如有7个定位支承点，其中一个定位支承点必然与其它的某一个定位支承点限制同一个自由度。

(3)这句话错误。比如一个平面内采用四点定位, 就是过定位。

3. 曲轴的工艺特点分别是什么？

答：1曲轴加工的特殊性

曲轴的形状复杂、曲柄多；曲柄销和主轴颈不在同一轴线上，各曲柄又不在同一平面内，而是在空间呈某一夹角分布。因此加工曲柄销时，往往存在不平衡回转。

2曲轴刚度差

曲柄类似细长轴，其长径比很大，一般为L/D=10～20，所以刚性差。在自重和切削力的作用下会产生较严重的弯曲和扭曲变形。

3技术要求高

曲柄的尺寸精度、形状精度和位置精度及表面质量都有较高的要求，必须采取一系列措施才能达到加工要求

4. 下面表格为生产纲领与生产类型之间的关系。

1) 什么是生产类型？

2) 什么是生产纲领？

3) 如何理解生产纲领与生产类型之间的关系？

4) 计算零件生产纲领时为什么要考虑备品率和废品率？

答：1、是指企业(或车间、工段、班组等) 生产专业化程度的分类。一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。

2、生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件在计划期为一年的生产纲领N 可按下式计算： N=Qn(1+a%)(1+b% )

式中：N ——零件的年产量（件/年）；

Q ——产品的年产量（台/年）；

n ——每台产品中该零件的数量（件/台）； a％——该零件的备品率；

b％——该零件的废品率。

3、生产纲领决定生产类型，但不同的产品大小和结构复杂程度对生产类型也有影响

生产类型的划分，主要取决于生产纲领，即年产量。不同生产类型的零件的加工工艺有很大的不同（。因此，制订工艺规程时，首先 应根据零件的生产纲领确定其相应的生产类型。生产类型确定以后，零件制造工艺过程的总体轮廓也就勾画出来了.

4、在生产过程中不可避免的出现加工误差，使得产品不合格或报废，从而使得重新生产该产品，直到合格。增加了加工产品的数量。

5. 为什么说夹紧不等于定位?

答：定位：是指工件在机床或夹具中占有正确位置的过程 ；

夹紧：是指在加工过程中保持定位位置不变的操作；

两者的目的不同：定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具有一个确定的正确位置；夹紧的目的是使工件在切削力、重力、惯性力等作用下仍然保持已定好的位置。

6. 下图为某一典型的计算机数字控制系统的框图，试述其工作原理。

答： 记录在穿孔纸带上的零件程序经光电读带机输入到小型计算机的存贮器中去，已经在计算机内的控制软件将零件程序处理后，经接口输出给机床的伺服系统，驱动机床运动。

零件程序可以存储在计算机存储器内。每加工一种零件只要在开始第一件时用光电机将纸带上的信息输入到存储器中，以后重复加工同样零件时，就不再需要从纸带上读取信息，纸带使用次数减少了，系统的可靠性得到了提高。

7．某工厂在生产中需要进行如下零件的加工：图（a ）中，工件上铣键槽；图（b ）为工件上铣台阶面；图（c ）为工件铣上平面。

问：每幅图中的零件需要进行限制哪些自由度(或不定度) ？

图（a ）中，工件上铣键槽，在沿x 、y 、z 三个轴的移动和转动方向上都有尺寸要求，所以加工时必须将全部六个自由度限制。

图（b ）为工件上铣台阶面，只要限制五个自由度就够, 这是“不完全定位”。

图（c ）为工件上铣平面，它只需保持高度尺寸z ，只要在工件底面上限制三个自由度就已足够，这也是" 不完全定位" 。

9．气缸套的机械加工工艺特点。

答：1) 气缸套是薄壁零件，刚性差，因此各加工表面要达到精确的尺寸和形状是比较困难的。加工中要注意装夹变形问题，一般采用轴向夹紧的夹具，以减小夹紧变形。

2) 气缸套加工可分为粗、精加工两个主要阶段。加工通常从粗镗内孔开始，以便及时发现铸造上的缺陷予已报废，铸造上的缺陷分为缩孔、疏松、砂眼等。

中小型气缸套内圆表面通常应在珩磨机进行光整加工，使表面加工后具有网状纹络，便于储存滑油、改善气缸套与活塞环的摩擦状况。

大型气缸套用振动镗削波纹加工作为最后工序，使气缸套表面具有高低不平的波纹，便于较短时间内完成磨合且波纹还可以起着油池的作用，能提高气缸套保持润滑油的能力。

10．车外圆时，如果没有复杂的物理现象，会在已加工表面留下整齐的螺纹状的痕迹(称为残留面积) ，如下图所示。图(a)为没有刀尖圆弧的情况，图(b)为圆头车刀车削后的情况。分析刀具几何参数对该工件的表面粗糙度的影响。

图(a)没有刀尖圆弧的情况

图(b)有刀尖圆弧的情况

16. 什么是成组技术，它为什么能大大提高生产率？

答：成组技术是按零件的形状、尺寸、制造工艺的相似性，将零件分类归并成类、组，按照被加工零件的工艺流程排列各机床组内的机床，即零件组与机床组一一对应。被纳入同一组的零件可按照共同的工艺过程，在同一机床组中稍加调整后加工出来的这种技术。

原因：将产品中工艺上相似的零件集中到一起，以扩大零件的批量，使大批量生产中行之有效的高效率工艺和设备应用到中小批量生产中去，从而提高中小批量生产率。

15. 什么是加工表面的冷作硬化？分析表面冷硬层对耐磨性的影响。

答：加工表面的冷作硬化是指零件表面经过切削加工后，表面层的强度和硬度都有所提高的现象。

零件表面的冷硬层可以提高零件表面的硬度和刚度，减小摩擦表面的塑性变形和金属的粘结现象，从而能显著提高零件的耐磨性。

11．下图为某一典型的直接数字控制系统的框图，试述其工作原

理及各组成部分的作用。

答：直接数字控制是一个系统，它用共同的记忆装置把各台机床连接起来，

具有收集来自各台数控机床的数据并把指令信息分配给各台机床的功能。

它是由一台计算机和四种辅助装置(数控机床、通信线、记忆装置和控制台)

构成。

记忆装置就是贮存多种零件的数控指令、日程计划等各方面的 数据；

控制台设置在机床群间，操作者使用控制台的键盘等工具就可以与远程计算机对话、交流信息；

通讯线是一种把计算机与辅助装置连接起来的装置。

12．什么是柴油机装配，它包含的具体内容有哪些？

答：将加工好的各个零部件根据一定的技术条件连接成完整的机器的过程称为柴油机的装配。

它包：1、含机座的装配2、主轴承和曲轴的装配

3、机体的装配 4、活塞连杆的装配

5、气缸盖和配气机构的装配

13．在拟定工件的机械加工工艺规程时，不仅要注意保

证加工精度，而且要设法不断提高生产率、降低成本、

讲究经济效益。右图为加工成本与加工精度之间的关系

曲线图，试描述加工成本与加工精度之间的关系。

答：加工成本随着加工误差的增大而下降(或加工成本随着加工

精度的降低而下降) ，但在不同的误差范围内成本上升的比率不

同。零件的成本是跟加工精度密切相关的，7级精度应该是比较

高的精度，再往上比如6级、5级、4级就是更高的精度，每增

加一个精度等级，加工的难度会呈几何级增长，对加工机床和工具

的要求就会更高，也要求工人有较高的加工水平。

在曲线A 段内, 虽加工精度提高很少, 但成本却消耗很多, 这说明

加工方法太粗劣, 即使采取措施也难以达到高精度; 曲线C 段内, 虽

加工精度要求很低, 但加工成本却降低很少, 这说明使用了过分精

密加工方法; 只有在曲线B 段内, 加工方法和零件的要求相适应.

14. 如图所示为某一零件的产品设计样图，回答：

1) 分析该零件的产品设计样图，指出表面A 、B 、C 及D

哪一个平面是设计基准。

答：平面B 是平面A 、C 的设计基准，

2) 现需要加工表面C ，如果选用表面A 作为设计基准，会出现什么情况，为什么？

答：当加工表面C 的设计基准为表面B ，如果仍以表面A 为定位基准，就违背了基准重合原则，会产生基准不重合误差。

从图中可以明显看出，加工表面C 相对设计基准B 的位置精度不仅受到本工序加工误差的影响，而且还会受到由于基准不重合所带来的设计基准（B 面）相对定位基准（A 面）之间的位置误差的影响。

17. 如图所示，图a) 为某一板材的设计样图，图b) 为钻套的设计样图，分别指出各图中的设计基准。

答：如图a 所示，在水平方向，平面A 是平面B 、C 的设计基准，平面A 也是孔7的设计基准，孔7

又是孔８的设

计基准；

在垂直方向，平面D 是平面E 、F 的设计基准，平面D 也是孔7和孔8的设计基准。

如图b 所示，钻套中心线是外圆与内孔的设计基准，也是端面B 端面圆跳动的设计基准；端面A 是端面B 、C 的设计基准

18. 什么是加工原理误差，为什么有“加工原理误差”的加工方法仍然被采用，举例说明。 答：是由于采用了近似的切削运动或近似轮廓的切削刃加工所产生的加工误差。

为了获得规定的加工表面，要求切削刃完全符合理论曲线的形状，刀具和工件之间必须作相对准确的切削运动。但往往为了简化机床或刀具的设计与制造，降低生产成本，提高生产率和方便使用而采用了近似的加工原理，在允许的范围内存在一定的原理误差，例如用模数铣刀铣齿。

19. 什么是积屑瘤，它有什么优缺点？

答：积屑瘤是指在加工碳钢时，在刀尖处出现的小块且硬度较高的金属粘附物。

优点:1、积屑瘤的硬度比原材料的硬度要高，可代替刀刃进行切削，提高了刀刃的耐磨性；

2、积屑瘤的存在使得刀具的实际前角变大，刀具变得较锋利。

缺点：部分脱落的积屑瘤会粘附在工件表面上；而刀具刀尖的实际位置也会随着积屑瘤的变化而改变；同时，由于积屑瘤很难形成较锋利的刀刃，在加工中会产生一定的振动。所以这样加工后所得到的工件表面质量和尺寸精度都会受到影响。

20. 结合成批大量生产的相关内容，简述其优缺点。

答：1) 优点：

1成批大量生产由于零件批量大，生产稳定，可采用工位组合机床或组合机床自动线，因此加工精度高； 2零件加工的整个循环都是自动进行的；

3对操作工人的技术要求低。操作工人只需装上毛坯和卸下成品，以及监视组合机床或自动线是否正常工作； 4工序分散。有利于选择最合理的切削用量，易于平衡工序时间，易于组织流水作业；

5生产效率高。

2) 缺点：

1流水线或自动线生产使用的设备初期投入大，建设周期长；

2成批大量生产是以牺牲产品的多样性为代价，产品种类少，无法适应变化愈来愈快的市场需求和激烈的竞争； 3产品容易造成积压。

21. 结合单件小批量生产的相关内容，简述其优缺点。

答：1) 优点：

1产品种类多样化，周期短，能快速适应市场的变化和需求；

2生产过程的变动性、柔性化好；

3工序集中。可以减少装夹次数、减小机床数量，并相应减小工人；

4节省车间面积；同时还可以简化生产管理；

5设备的初期投入少。

2) 缺点：

1生产计划、组织、管理复杂化；

2零件从投料到成品的总生产时间较长；

3生产准备的工作量大；

4产量小限制了先进技术的使用，

5生产效率低，零件加工成本高。