工程材料及成型技术 复习要点及答案.docx

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工程材料及成型技术复习要点及答案

第一章

1、按照零件成形的过程中质量m的变化，可分为哪三种原理？

举例说明。

按照零件由原材料或毛坯制造成为零件的过程中质量m的变化，可分为三种原理   

△m＜0（材料去除原理）； 

△m＝0（材料基本不变原理）； 

△m＞0（材料累加成型原理）。

2、顺铣和逆铣的定义及特点。

顺铣：

铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同的铣削方式。

逆铣；铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反的铣 削方式。

顺铣时，每个刀的切削厚度都是有小到大逐渐变化的

逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。

而顺铣时则不然，由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。

逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此已加工表面的冷硬现象较严重。

顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣相比较功率消耗要少些。

3、镗削和车削有哪些不同？

车削使用范围广，易于保证零件表面的位置精度，可用于有色金属的加工、切削平稳、成本低。

镗削是加工外形复杂的大型零件、加工范围广、可获得较高的精度和较低的表面粗糙度、效率低，能够保证孔及孔系的位置精度。

4、特种加工在成形工艺方面与切削加工有什么不同？

（1）加工时不受工件的强度和硬度等物理、机械性能的制约，故可加工超硬脆材料和精密微细零件。

（2）加工时主要用电能、化学能、声能、光能、热能等去除多余材料，而不是靠机械能切除多余材料。

（3）加工机理不同于切削加工，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。

（4） 加工能量易于控制和转换，故加工范围广、适应性强。

（5）各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广。

第二章

1、什么是切削主运动和进给运动？

车削、铣削、镗削及磨削时主运动及进给运动都是什么运动？

主运动是切削多余金属层的最基本运动，它的速度最高，消耗的功率最大，在切削过程中主运动只能有一个；进给运动速度较低，消耗的功率较小，是形成已加工表面的辅助运动，在切削过程中可以有一个或几个。

车削 工件的旋转运动 车刀的纵向、横向运动 

铣削 铣刀的旋转运动 工件的水平运动 

磨削 砂轮的旋转运动 工件的旋转运动

镗削镗刀的旋转运动镗刀或工件的移动

2、切削用量三要素是指什么？

1.切削速度v：

在单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移。

即主运动的速度。

2.进给量f：

在主运动每转一转或每一行程时（或单位时间内），刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移。

3.背吃刀量ap（切削深度）。

待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。

3、前角、后角、楔角、主偏角、副偏角及刃倾角都是在哪一参考平面测量的？

标注角度与工作角度有何不同？

前角：

在正交平面内测量的前面与基面之间的夹角。

2）后角：

在正交平面内测量的主后面与切削平面之间的夹角。

3）主偏角：

在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。

4）副偏角：

在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。

5）刃倾角：

在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。

当刀尖为主切削刃上最低点时刃倾角小于零；刀尖为主切削刃上最高点时刃倾角大于零。

刀具的标注角度是指在刀具工作图中要标注出的几何角度，即在标注角度参考系中的几何角度。

它是制造和刃磨刀具必须的，并在刀具设计图上予以标注的角度；以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度成为刀具的工作角度，又称实际角度。

4、车槽时的背吃刀量（切削深度）等于所切槽的宽度。

5、车刀、铣刀、钻头和拉刀通常用选用何种刀具材料来制造？

切削加工中常用的刀具材料有：

碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼。

 新型刀具材料：

陶瓷、立方氮化硼、人造金刚石。

车刀拉刀：

钨系高速钢钻头铣刀：

钼系高速钢综合：

都是高速钢

对刀具性能材料要求：

1，高的硬度和耐磨性，2足够的强度和韧性。

3高的耐热性。

4.更好的热物理性能和耐热冲击性能

6、画图并解释切削过程的三个变形区各有何特点？

它们之间有什么关联？

第一变形区特征：

沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。

第二变形区特征：

使切削底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减慢，甚至滞留在前刀面上；切屑弯曲；由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高。

第三变形区特征：

已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化和加工硬化。

这三个变形区相互关联、 相互影响、 相互渗透。

7、切削热是如何产生和传出的？

仅从切削热产生的多少能否说明切削区温度的高低？

被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的一个重要来源。

此外，切屑与前面、工件与后面之间的摩擦也要耗功，也产生大量的热量。

所以，切削热的来源就是切屑变形功和前后面的摩擦功。

切削区域的热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。

不能仅从切削热产生的多少来说明切削区温度的高低。

切削温度收到多方面的影响：

切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液。

如材料的导热性很好，但是强度硬度高，其切削热变多，但是由于导热性好所以切削温度有所降低。

因此不能从切削热产生的多少来衡量切削温度。

8、刀具的磨损形式有哪三种？

什么是磨钝标准，刀具寿命和磨钝标准有什么关系？

前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损

刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。

磨钝标准与工件的加工质量、工件的切削加工性、加工条件和刀具类型有关。

一把新刀从开始使用直支达到磨钝标准所经历的实际切削时间，曾为刀具寿命。

影响的因素有：

切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具材料；其它因素。

8、分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响，生产中最有效地控制它的手段是什么？

 答：

 在中低速切削塑性金属材料时,刀—屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面,两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。

瘤核逐渐长大成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。

积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损；积屑瘤使刀具的实际工作前角大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降低了工件的加工精度；积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。

由此可见：

积屑瘤对粗加工有利，生产中应加以利用；而对精加工不利，应以避免。

消除措施：

采用高速切削或低速切削，避免中低速切削；增大刀具前角，降低切削力；采用切削液。

9、增大前角可以使切削温度降低的原因是什么？

是不是前角越大切削温度越低？

答：

前角加大，变形和摩擦减小，因而切削热少。

但前角不能过大，否则刀头部分散热体积减小，不利于切削温度的降低。

10、提高切削用量可采取哪些措施？

答：

1. 采用新型刀具材料；   2.改善工件材料加工性；  3.改进刀具结构；  4.改善冷却润滑条件。

11、简述切削力的产生根源？

答：

切削力的产生来于两个方面：

（1）切削层金属产生弹性变形和塑性变形的抗力；

（2）刀具与切屑、工件之间存在着摩擦阻力

12、简述切削用量对切削力的影响？

答：

切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量三个要素。

在切削过程中，切削速度对切削力的影响较小；背吃刀量和进给量的增大均使切削力增大，其中，背吃刀量增大一倍时，切削力也会增大一倍，而进给量增大一倍时，切削力增大不到一倍。

因此，从降低切削力的角

度考虑，加大进给量比加大背吃刀量更为有利。

第三章

1、通常机床由哪几部分组成？

（1）动力源 

（2）传动系统 （3）支撑件 （4）工作部件 （5）控制系统 （6）冷却系统 （7）润滑系统 （8）其他装置

2、车床有哪三种类型？

其中适于加工直径大而高度小于直径的大型工件的是哪一种车床？

卧式车床、立式车床、转塔车床。

其中立式车床适于加工直径大而高度小于直径的大型工件

3、什么是砂轮的硬度

砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在磨削力作用下脱落的难易程度

典型的车床类床身，工作时承受弯曲和扭转载荷，一般床身截面为何种形状

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第四章

工件的装夹方法有哪几种？

其特点是什么?

1.用找正法装夹工件：

根据工件表面用划针或指示表找正，或者根据事先划出的线痕进行找正实现装夹。

  适用于单件、小批量生产。

2.用夹具装夹工件：

工件装在夹具上，不再进行找正，便能直接得到准确加工位置的装夹方式。

  适用于批量生产。

机床夹具由哪些部分组成？

各起什么作用？

（1）定位元件 

（2）夹紧装置 （3）对刀元件 （4）引导元件 （5）其他装置 （6）连接元件和连接面 （7）夹具体

（1）定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。

被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。

（2）夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。

（3）对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。

（4）连接元件 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。

3、根据六点定位原理分析定位方案中各定位元件所消除的自由度。

六点定位原理：

用六个支撑点，去分别限制工件的六个自由度，从而使工件在空间得到确定位置的方法，称为工件的六点定位原理。

完全定位——工件的六个自由度完全被限制的定位，不完全定位——按加工要求，允许有一个或几个自由度不被限制的定位，欠定位——按工序的加工要求，工件应该限制自由度而未予限制的定位，过定位——工件的一个自由度被两个或两个以上的支撑点重复限制的定位。

4、什么是固定支承、可调支承、自位支承和辅助支承？

判断常用定位元件限制自由度？

（1）固定支承指的是支承钉和支承板，支承钉与工件以小面积接触，属点定位，限制一个自由度；支承板与工件以狭长面积接触，属线定位，限制两个自由度。

（2）可调支承属非固定式支承，它与固定支承的区别是与工件接触的支承钉做成螺钉，可以调节高度，并可用螺母进行锁紧。

（3）自位支承属非固定式支承，是指在定位时与工件相接触的点能随定位基面自动调整其位置，使各点都能保持接触的支承。

无论自位支承与工件有几个接触点，都只能限制一个自由度，不会发生过定位现象。

（4）辅助支承主要作用是用于提高工件的装夹刚度和稳定性，减少切削变形，而不起定位作用。

辅助支承与可调支承在功能上的区别是前者不起定位作用，后者则不然；在操作上的区别在于前者是工件先定位，然后被夹紧，最后调整辅助支承，而后者则是先调整可调支承，然后工件定位，最后夹紧工件。

5、什么叫定位误差？

基准不重合误差和基准位移误差有何区别？

设计基准在工序尺寸方向上的最大位置变动量，称为定位误差。

  定位误差分为两类：

基准不重合误差和基准位移误差。

基准不重合误差是由于定位基准与设计基准不重合引起的。

基准位移误差 是由于定位副（工件定位工作面与夹具定位元件的定位工作面的合称）制造不准确，使得定位基准相对夹具的调刀基准发生位移而产生的定位误差。

定位误差的计算（计算题）。

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6、简述在设计夹紧机构时，合理确定夹紧力三要素的基本原则。

夹紧力的作用方向应垂直于主要定位基准面 

（2）夹紧力作用方向应使所需夹紧力最小 （3）夹紧力作用方向应使工件的变形尽可能小

夹紧力作用点的确定 

1）夹紧力作用点应落在支撑元件或几个支撑元件形成的稳定受力区域内

2）夹紧力作用点应落在工件刚性最好的部位

3）夹紧力作用点应尽可能靠近加工面。

这样可减小切削力对夹紧点的力矩

8、斜楔、螺旋夹紧机构及偏向夹紧机构都各有何优缺点？

斜楔夹紧机构的特点是：

具有良好的自锁性能，但夹紧行程小。

因此，很少采用手动单一夹紧机构，而通常采取与其它夹紧机构联合使用。

螺旋夹紧机构的特点是：

不仅结构简单、容易制造，而且因为其升角很小则其自锁性能好，夹紧行程较大，但是夹紧动作较慢。

在手动夹紧中得到广泛应用的一种夹紧机构。

偏心夹紧机构的特点是：

操作方便、夹紧迅速，但夹紧力和夹紧行程都较小，且自锁可靠性较差。

一般用于切削力不大、振动小、夹压面公差较小的加工中。

为避免夹紧时带动工件而破坏定位，一般不直接用偏心件夹工件。

偏心轮相当于绕在原盘上的斜楔，故其自锁条件与斜楔的自锁条件相同。

第五章

1、加工经济精度的概念及含义

所谓加工精度指的是零件在加工以后的几何参数（尺寸、形状和位置）与图样规定的理想

零件的几何参数符合程度。

零件获得加工精度的方法

零件的加工精度包括：

尺寸精度、形状精度、位置精度。

（1）形状精度的获得方法：

轨迹法。

利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。

此方法的精度取决于成形运动的精度。

成型法。

利用成形刀具切削刃的几何形状切出工件的形状。

这种方法的精度主要取决于切削刃的形状精度和刀具的装夹精度。

展成法。

利用刀具和工件做展成切削运动，切削刃在被加工面上的包络面形成的成型表面。

精度取决于展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。

（2）位置精度（平行度、垂直度、同轴度等）  

位置精度的获得与工件的装夹方式和加工方法有关。

（3）尺寸精度的获得  

1）试切法：

切一小部分，测量，再切，再测，符合要求后切削整个表面。

2）定尺寸刀具法：

用具有一定尺寸精度的刀具来保证被加工工件的尺寸精度（如钻孔）  3）调整法：

利用定程、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具满足一定的位置精度要求，然后加工一批零件。

4）自动控制法：

使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。

3、加工误差包括哪几方面？

原始误差与加工误差有何关系？

原始误差包括哪些方面

加工误差按性质分类可分为两大类：

系统性误差；随机性误差

原始误差与加工误差之间存在因果关系

原始误差包括：

原理误差、机床误差、调整误差、工艺系统受力变形对加工精度的影响

4、加工原理误差可否存在？

试举例说明产生加工原理误差的原因

加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓代替理论的成形运动或刀刃形状进行加工而产生的误差。

在实际生产过程中,将同一模数的铣刀一般只做出8把,每种刀号齿轮铣刀的刀齿形状均按加工齿数范围中最少齿数的齿形设计,所以在加工时会产生齿形误差。

5、何为误差敏感方向？

车床与镗床的误差敏感方向有何不同

指通过刀刃的加工表面的法线方向在此方向上原始误差对你加工误差影响较大。

车床车削敏感方向为水平平面，而镗床的误差敏感方向随刀具变化。

6、、机床误差主要由哪几部分组成？

导轨误差、主轴误差、传动链误差

7、机床回转误差分为哪三个方面：

径向圆跳动、端面圆跳动、倾角摆动

8、为了减小传动链误差，提高传动链的传动精度，可以采取哪些措施

（1）、减少传动链中的传动件数目，缩短传动链长度； 

（2）、采用降速传动链，以减小传动链中各元件对末端元件转角误差的影响； 

（3）、提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度； 

（4）、采用误差补偿的方法。

9、工艺系统刚度及受力变形分析。

（1）工件刚度足够，机床主轴箱、刀架和尾座刚度不足。

（2）机床主轴箱、刀架和尾座刚度足够，工件刚度不足。

10、保证和提高加工精度都有哪些途径

减小误差法、误差补偿法、误差分组法、就地加工法、误差平均法

11、机械加工表面质量包括哪些方面内容？

（1）表面层的几何形状，包括      1）表面粗糙度；      2）波度  

（2）表面层的物理、力学性能变化，包括    1）表面层因塑性变形引起的冷作硬化；    

  2）表面层因切削热引起的金相组织变化；     3）表面层产生的残余应力。

12、零件的表面质量是如何影响零件的使用性能的？

（1）表面质量对耐磨性的影响  

     1）表面粗糙度对耐磨性影响（适度原则）——一般来说，Ra越小，耐磨性越好，但太小，磨损反而会增加；  

     2）表面冷作硬化对耐磨性影响（适度原则）——一般可使耐磨性提高，过分冷作硬化，会使耐磨性下降。

（2）表面质量对疲劳强度的影响  

     1）表面粗糙度——Ra越大，抗疲劳强度越差； 

2）残余应力、冷作硬化—— 

       ①残余拉应力使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破损。

         ②残余压应力阻止疲劳裂纹扩大，延缓疲劳破损。

         ③表面冷作硬化常伴有残余压应力，对提高疲劳强度有利。

（3）表面质量对耐腐蚀性的影响  

     1）取决于Ra，Ra越大→凹谷聚集腐蚀物越多→抗腐蚀性越差。

       2）残余拉应力降低耐腐蚀性，压应力提高耐腐蚀性。

（4）表面质量对配合质量的影响  

     1）间隙配合，若Ra大→磨损大→间隙大。

       2）过盈配合→实际过盈量减小→降低连接强度。

13、加工误差的综合分析计算。

参考思考与练习题5-17（教材218页）。

14、机械加工中过程中的振动分为哪几种类型？

强迫振动的机内振源有哪些

自由振动、强迫震动和自激振动

机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力、机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力、切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力、往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击

15、什么是加工硬化？

评定加工硬化的指标有哪些？

答：

切削力使金属表面层塑形变形、晶粒间剪切滑移、晶格扭曲、晶格拉长、破碎和纤维化引起表层材料强化，强度和硬度提高。

第六章

1、什么是工序、工步。

工序：

一个工序是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对同一工件（或同时对几个工件）所连续完成的那一部分工艺过程。

工步：

在加工表面不变，加工刀具不变，切削用量不变的条件下所连续完成的那部分工序。

工位：

为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具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。

2、什么是工艺规程？

三种形式工艺文件各适合何种生产类型

人们把合理工艺过程的有关内容写成工艺文件的形式，用以指导生产，这些工艺文件即称为工艺规程。

机械加工工艺过程卡片 

它是以工序为单位说明一个零件全部加工过程的工艺卡片。

这种卡片包括零件各个工序的名称、工序内容，经过的车间、工段、所用的机床、刀具、夹具、量具，工时定额等。

主要用于单件小批生产以及生产管理中。

机械加工工艺卡 

它是以工序为单位，详细说明零件的机械加工工艺过程,其内容介于工艺过程卡片和工序卡片之间。

它用来指导工人进行生产和帮助车间干部和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件或工序。

机械加工工序卡 

它是根据工艺卡片的每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的一种工艺文件。

多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

该卡片中附有工序简图，并详细记载了该工序加工所需的资料，如定位基准选择、工序尺寸及公差以及机床、刀具、夹具、量具、切削用量和工时定额等。

3、试述粗基准和精基准的选择原则？

（1）以毛坯表面作为基准的，称为粗基准。

粗基准的选择原则：

① 相互位置要求原则 

②余量分配原则  

③便于装夹原则  

④不重复使用原则  

（2）以加工过的表面作为基准的，称为精基准。

  精基准的选择原则  

1.基准重合原则  

2.统一基准原则  

3.互为基准原则  

4.自为基准原则  

5.便于装夹原则

4、计算一次切削中应切去的部分作为工序间余量应该考虑的因素有哪些

在零件由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度称为该表面的加工总余量

计算方法：

（1）分析计算法；经验估计法；查表修正法。

考虑因素：

（2）加工表面上的表面粗糙度层的厚度H1a和表面缺陷层的深度H2a；加工前或上工序的尺寸公差Ta；加工前或上工序各表面间相互位置的空间偏差Pa；本工序加工时装夹误差εb。

1.加工总余量等于各工序间余量的总和 

2.对于被包容面而言 

工序间余量=上工序的基本尺寸—本工序的基本尺寸 

工序间最大余量=上工序的最大极限尺寸—本工序的最小极限尺寸 工序间最小余量=上工序的最小极限尺寸—本工序的最大极限尺寸

 3.对于包容面而言 

工序间余量=本工序的基本尺寸—上工序的基本尺寸 

工序间最大余量=本工序的最大极限尺寸—上工序的最小极限尺寸 工序间最小余量=本工序的最小极限尺寸—上工序的最大极限尺寸 

入体原则：

被包容尺寸上偏差为0，最大尺寸为基本尺寸；包容尺寸下偏差为0，最小尺寸为基本尺寸。

5、保证装配精度的基本方法有哪几种？

（1）互换装配法  适用于大批量生产中装配那些装配精度要求较高或组成环又多；   

（2）选配法   大批量生产中装配组成环少而装配精度要求特别高的机器结构；    

（3）修配装配法  单件小批量生产中组成环较多而装配精度又要求较高的机器结构；    

（4）调整装配   大批量生产中对装配精度要求较高的机器结构

6、何为加工经济精度？

选择加工方法时应考虑的主要问题有哪些？

答：

（1）加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。

（2）加工方法的经济精度及表面粗糙度；零件材料的可加工性;生产类型;工件的尺寸和形状；对环境的影响；现有生产条件。

7、装配精度包括哪些内容？

装配精度与零件的加工精度有何区别？

他们之间又有何关系？

答：

（1）零件间的距离精度、位置精度、接触精度、相对运动精度。

（2）加工精度是指零件加工后的实际几何参数（包括尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度，而装配精度会死在零件的加工精度的前提下今儿才有的装配精度。

8、装配尺寸链如何构成？

装配尺寸链封闭环是如何确定的？

它与工艺尺寸链的封闭环有何区别？

答：

（1）零件的设计和装配技术要求；

（2）在机械装配过程中，最后自然形成的一个尺寸，无需加工的；（3）装配尺寸链封闭环前提是在装配的过程中自然形成的，其精度和各零件的精度有关，而工艺尺寸链的封闭环则是在一个零件的加工过程中所自然形成的一个加工尺寸