机械制造工程基础实验指导书.doc

机械制造工程基础机械制造工程基础 实 验 指 导 书 班级班级 姓名姓名 学号学号 武汉科技学院机电工程学院 2006 年 9 月 目 录 前言 1 实验一 车刀几何角度测量 2 实验报告 5 实验二 机床静刚度测定 7 实验报告 9 实验三 普通车床主轴箱结构剖析 11 实验报告 15 实验四 加工误差统计分析 17 实验报告 21 前 言 本指导书为配合“机械制造工程基础”课程实验而编写。学生在学习本实验课程 时，对所做的实验应该做到实验原理清楚，实验方法和操作步骤正确，测量数据可靠， 并且会分析处理实验数据，能正确的撰写实验报告。故此，必须做到以下几点： 1在每次实验课前，必须认真预习、阅读实验指导书，明确实验的目的与要求； 并结合实验原理复习有关理论，了解实验的方法和步骤，以避免实验的盲目性。 2实验过程中要了解实验中所用仪器设备的作用，掌握它们的使用方法。测量数 据和调整仪器要胆大心细，一丝不苟，认真观察仪器设备的工作情况。随时分析研究 实验结果的合理性，如发现异常情况，应及时查找原因。 3. 实验中要注意人身和设备安全，严格按操作规程和要求操作仪器设备。发生事 故或出现异常现象，应立即停机，切断电源，及时报告指导教师处理。 4. 实验完毕后，将测量结果和实验数据请指导教师审核并认可后，按要求关机， 切断电源，将仪器设备归还原位，排放整齐，并将实验场地打扫干净。 5. 实验课后，应认真的整理和处理实验数据，并撰写实验报告。实验报告应由每 个学生独立完成，书写清楚，文字简明通顺，图、表清晰，符合汉语规范和法定计量 单位。 实验一实验一 车刀几何角度测量车刀几何角度测量 一、实验目的一、实验目的 1.了解量角器的结构，学会使用量角器测量车刀标注角度。 2.掌握车刀几何角度测量的基本方法。 3.加深对车刀各几何角度、各参考平面及其相互关系的理解。 二、实验仪器及刀具二、实验仪器及刀具 1.仪器：万能量角器 2.车刀：（1）直头外圆车刀 （2）弯头外圆车刀 （3）其它车刀 三、实验内容三、实验内容 1. 要求学生根据车刀辅助平面及几何参数的定义，首先确定辅助平面的位置，再 按照刀具几何角度的定义利用万能量角器分别测量直头外圆车刀、弯头外圆车刀和其 它车刀的r、r、s、o、o 、o 等共 6 个基本角度。 2.记录测得的数据，并计算出刀尖角 和楔角 。 四、万能量角器的结构四、万能量角器的结构 车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等 进行测量。其测量的基本原理是；按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量 角器的尺面或量角台的指针平而(或侧面、 或底面)，与构成被测角度的面或线紧密贴 合(或相平行、或相垂直)，把要测量的角度 测量出来。由于量角器和量角台的结构不 同，其测量方法也不问。 万能量角器是一种通用的角度测量工 具，如图 1 所示。直角尺 8 或直尺 12 根据 需要，用定位螺钉 5 或 11、卡块 6 或 9、 制动螺钉 7 或 10 装在尺座 4 上，松开制动 螺钉 7 或 10，直角尺 8 或直尺 12 可以在卡 块 6 或 9 内平行移动，当将直角尺 8 或直 尺 12 调整到适当的位置时，再用制动螺钉 7 或 10 将其锁紧。测量角度时，松开制动 头 3，尺体 1 连同基尺 13 可以沿尺座 4 上的 半圆形滑轨转动，把基尺 13 与构成被测角度 图 1 万能量角器 1 一尺体 2 一游标尺 3 一制动头 4尺座 5、11 一定位螺钉 6、9卡块 7、10 一制动螺 钉 8 一直角尺 12 一直尺 13 一基尺 的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，然后将制动头 3 锁紧，从游标尺 2 的刻度线 上，便可以读出所要测量的角度数值。 五、实验方法和实验步骤五、实验方法和实验步骤 以直头外圆车刀为例，说明用万能量角器测量车刀标注角度的方法。 1主偏角 kr的测量 将万能量角器装成如图 2 所示的样子，使车刀的左侧面(主刀刃一侧)紧密地贴合在 直尺(或换成直角尺)的尺面上，让基尺和主刀刃在基面上的投影相平行，则游标尺零线 所指示的角度数值，就是主偏角 kr的数值。 2副偏角 kr的测量 测完主偏角 kr之后，保持车刀和直尺的相对位置，让基尺和副刀刃在衷面上的投 影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是副偏角 kr的数值(见图 3)。 图 2 万能量角器测量车刀主偏角 图 3 万能量角器测量车刀副偏角 3刃倾角s的测量 将万能量角器装成如图 4 所示的样子，把 车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀 的位置，使基尺处在切削平面（Ps）内，并和 主刀刃紧密贴合，则游标尺零线 所指示的角度数值，就是刃倾角s的数值。 4前角o 的测量 将万能量角器装成如图 5 所示的样子，把 车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀 的位置，使基尺处在主剖面(Po)内，并通过主 刀刃上的选定点，和前刀面紧密贴合，则游标 图 4 万能量角器测量车刀刃倾角 尺零线所指示的角度数值，就是主削面前角o 的数值。 5主后角o 的测量 将万能量角器装成如图 6 所示的样子，把车刀底面紧密地贴合直角尺(或换成直尺) 的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面(P。)内，并通过主刀刃上的选定点， 和后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是主剖面后角o的数值。 6副后角o 的测量 副后角的测量与主后角的测量方法相近，所不同的是须把主平面作为副剖面。 用万能量角器测量车刀标注角度，其角度数值的精确度可以达到分，但由于基尺、 直角尺和直尺的尺面较窄，定位不准，再加上是用眼睛观察来判断尺面是否在基面、 切削平面和主削面内，因此可能造成较大的测量误差。 六、注意事项六、注意事项 1. 万能量角器为较精密的量具，使用中应轻 拿轻放，用力均衡，不得磕碰、摔砸。 2. 测量中尺面要与被测面紧密贴合，观察刻度要仔细，以避免和减小人为误差。 3. 实验完成后，应将量具搽拭干净，与刀具一起放回原处，并将场地打扫干净。 实 验 报 告 图 6 万能量角器测量车刀后角 图 5 万能量角器测量车刀前角 1.将测得的刀具角度记录值填写在下表中。 车刀几何角度测量结果记录表 角 度 测 量 结 果（度） 前角后角 刃 倾 角 主 偏 角 副 偏 角 副 后 角 法向 前角 法向 后角 切深 前角 进给 前角 刀具名称 刀杆 截面 BH 00sKrKra0nanprf 2. 画出外圆车刀简图，并在图上标注出所测量的几何角度数值。 2切断车刀有几条刀刃？哪条是主刀刃？哪条是副刀刃？ 3. 45弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、削偏角是否发生变化？为 什么？ 4.什么情况下需要测量车刀法剖面前角 n和后角 n？ 5为什么车刀工作图上不标注副前角？ 实验二实验二 机床静刚度测定机床静刚度测定 一、实验目的一、实验目的 1.了解和掌握机床刚度的测定方法之一静载法。 2.比较机床各部件刚度的大小，分析影响机床刚度的各个因素。 3.巩固和验证课程中有关系统刚度的概念。 二、实验内容二、实验内容 用静载法测定车床刚度，着重测量记录车床主轴前顶针、刀架及尾架后顶针在受力 后的位移，以便计算其各部件刚度及机床刚度及绘制其刚度曲线。 三、实验仪器设备三、实验仪器设备 C6140H 车床、ES-03A 标准测力仪、千分表及表架、工件（刚性心轴）等。 四、实验原理四、实验原理 机械加工时，机床的有关部件、夹具、刀具、和工件在切削力的作用下，都会不 同程度的变形，导致刀刃和加工表面在 Y 方向的相对位置发生变化，产生加工误差。 工艺系统在力 y F 的作用下的总位移 系统 y 是 各个组成部分位移 系统 y 、 机床 y 、 夹具 y 、 工件 y 的叠加，即 工件刀具夹具机床系统 yyyyy 系统系统 y/Fk y 机床机床 y/Fk y 夹具夹具 y/Fk y 刀具刀具 y/Fk y 工件工件 y/Fk y 所以机床综合刚度： 工件刀具夹具机床系统 y/1y/1y/1y/1 (1/k 五、实验步骤五、实验步骤 1. 按图 1 所示安装测力仪和各千分表， 注意各千分表的表头要在工件的中心轴线 上； 2. 先预加一定的载荷消除接触面间隙，各表校零； 3. 旋转加力螺钉，开始施加载荷，每 20KG 加一次，间隔时间为 23 分钟，并记 下各表的读数，依次加 40，60，200KG； 4. 加载到 200KG 后，开始卸载，从 200KG 卸到 180KG 并记下各表的计数，再依次 卸 160、140、120、20、0，间隔时间为 23 分钟，同时记录各表的计数。 按照上述方法重复加载三次,取平均值绘曲线图。 5. 卸下各仪表及工具，擦拭处理。 实 验 报 告 1. 填写加、卸载记录于下表中； 床 头（m）刀 架（m）尾 架（m） 第一次第二次第三次第一次第二次第三次第一次第二次第三次 载荷 (kg) 刻度 显示 （um） 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 加 载 卸 载 01.00 201.54 402.08 602.62 803.16 1003.70 1204.24 1404.78 1605.32 1805.86 2006.40 2. 计算车床平均静刚度 K床头 = K尾座 = K刀架 = K系统 = 3. 以变形 Y 为横坐标，载荷 Py为纵坐标，画出车床各部件（床头、尾座和刀架）的 刚度曲线图。 4. 实验中，加载曲线与卸载曲线不重合，为什么？ Py(kg) Y(m) Py(kg) Y(m) Py(kg) Y(m) 5. 当载荷去除后，变形恢复不到起点，什么因素影响的？ 实验三实验三 普通车床主轴箱结构剖析普通车床主轴箱结构剖析 一、实验目的一、实验目的 1了解卧式车床的用途、总体布局，以及主要技术性能。 2通过对普通车床主传动系统的观察，了解通用机床主传动链的主要组成形式， 认识本机床主运动的传动路线，弄清机床内部传动过程的变化与外部控制手柄的对应 关系。 3了解和分析机床传动系统主要零部件的构造和工作原理。 二、实验设备二、实验设备 C6140H 型普通车床。 三、实验内容三、实验内容 机床的操纵方法和机床运动的调整方法。了解主轴箱的结构、主轴变速操作机构 的工作原理离合器与制动器的操纵及其调整。 四、实验步骤四、实验步骤 1. 断开机床总开关和电源开关，揭开主轴箱盖，根据 C6l40H 卧式车床的传动系统 图（图 1）看清实现主轴各级转速传动路线及有关传动件的构造。 2. 看懂主轴箱标牌上符号的意义，明确主轴箱各操纵手柄的作用。 3. 了解主传动系统的传动路线，主轴的正转、反转、高速、低速的各条传动路线 是如何调整实现的。 4. 结合现场教学图（图 2）了解摩擦离合器的结构原理及其调整原理和操纵动作的 过程，摩擦离合器与制动器的操纵动作的配合关系。 5. 结合现场教学图观察主轴前轴承、后轴承、中轴承的构造，了解轴承的作用及 调整间隙的方法。 6. 观察卸荷带轮的结构，掌握其原理。 7. 对照传动系统图找到各个传动轴，观察滑移齿轮的结构形式、固定齿轮的结构 形式及固定方法。 8. 观察离合器、制动器及其操纵离合器与制动器怎样实现互锁。 9. 观察 II 轴上的滑移齿轮操纵机构。本机构使用了那些操纵件，滑移齿轮的位置 是怎样保证的（既滑移齿轮是怎样定位的） 。 10.观察轴 IV 轴上的滑移齿轮及主轴上的离合器是怎样操纵的，使用了那些操纵 件掌握主轴的变速方法。 11.了解主轴箱的润滑系统及各传动件的润滑部位。 五、注意事项五、注意事项 1. 关闭电源后，方可观察机床内部结构。 2. 不准用手直接接触主轴箱里的零件，改变主轴转速时，当齿轮不能正常啮合时 （出现齿尖对齿尖时）稍微转动主轴，不能强行转动变速手柄，以免损坏机床。 3. 防止异物掉进主轴箱。 4. 实验完毕后将机床各部件及操纵机构复原，并对机床导轨部分加油，打扫场地。 图 1 C6140H 主传动转速图 图 2 摩擦片离合器及闸带式制动器 1-操纵手柄 2-箱体 3-皮带轮 4-单列向心球轴承 5-花键套筒 6-支承套 7-空套齿轮 8-定位片 9- 外摩擦片 10-内摩擦片 11-螺母 12-滑套 13-销 14-空套齿轮 15-拉杆 16-滑环 17-摆杆 18-杠杆 19-制动盘.20-调节螺钉.21-制动带.22-定位销 23-扇形齿轮 24-齿条轴 25-连杆 26-操纵轴 实 验 报 告 1. 卸荷皮带轮工作原理是什么? 2. 摩擦片离合器的工作原理是什么? 通过什么环节可以保持离合器的自锁? 3. 比较C6140H与CA6140机床主轴箱不同之处和各自特点。 4. 根据对 CA6140H 车床床头箱的观察，绘制 C6140H 车床主运动传动系统图。 实验四实验四 加工误差统计分析加工误差统计分析 一、实验目的实验目的 运用统计分析法研究一批零件在加工过程中尺寸的变化规律，来分析加工误差的 性质和产生原因，并提出消除或降低加工误差的途径和方法，通过本实验使同学能够 掌握综合分析机械加工误差的基本方法。 二、实验装置及工具材料二、实验装置及工具材料 1M1040A 型无心磨床； 2试件：被加工零件 50 件； 3. 0-25mm 千分尺。 三、实验内容三、实验内容 在无心磨床上连续磨削一批试件（50 件） ，按加工顺序用千分尺测量其直径尺寸， 并记录之，然后画尺寸点图和-R 图。由此计算出、，并做出尺寸分布图，分XX 析加工过程中产生误差的性质，工序所能达到的加工精度；工艺过程的稳定性和工艺 能力；提出消除或降低加工误差的措施。 四、实验步骤四、实验步骤 1.按给定尺寸（d 0 -0.02 mm）调整机床，试磨五件工件，使得平均尺寸应保 证在公差带中心稍偏下为宜，然后用贯穿法连续磨削一批零件。 2.按工件的磨削顺序，用千分尺测量其直径尺寸，并将每一根小轴的测量结果，填 入表格中。为了获得正确的测量结果，应在小轴的不同截面和同一截面的不同方向进 行测量，取得平均值。 3.清理机床，收拾所用量具、工具等。 4.整理实验数据，做实验报告。 五、实验报告要求及数据处理五、实验报告要求及数据处理 1. 分布曲线图的绘制 （1）从小轴直径实测值（50 个数据）中，找出最大值 xmax和最小值 xmin并在表中 画上记号。 （2）计算组距 h: 关于分组数的确定见表 1。 表 1 分组数的确定 抽查零件数 n分 组 数 k一般使用组数 k 50100 100250 250 以上 610 712 1020 10 10 10 实践证明，组数太少会掩盖组内数据的变动情况，组数太多会使各组的高度参差 不齐，从而看不出变化规律。通常确定的组数要使每组平均至少摊到 45 个数据。根 据表 1 可求得组距: 组距 h （ XmaxXmin）/ K （3）计算第一组的上下界限值： Xmin h / 2 （4）计算其余各组的上下界限值。第一组的上界限值就是第二组的下界限值。第 二组的下界限值加上组距就是第二组的上界限值，其余类推。并将每组小轴尺寸范围， 填入实验报告“频数分布表” 。 （5） 计算各组的中心值 Xi： Xi （某组上限值某组下限值）/ 2 （6）统计各组的小轴频数 m，计算各组频率 m/n（n50） 。 （7）以频数或频率为纵坐标，组距为横坐标，画出一系列直方形，即直方图。通 过直方图能够更形象、更清楚地反映出小轴尺寸分散的规律性。如果将各矩形顶端的 中心点连成曲线，就可绘出一条中间凸起两边逐渐低的频率分布曲线（如图 1 所示） 。 图 1 分布曲线图 作分布曲线图的目的，是通过观察图的形状，判断生产过程是否稳定，预测生产 过程的加工质量。然后和零件尺寸公差比较，即可确定有无废品。根据分布曲线还可 以看出影响加工精度的误差性质，从而分析原因，找出解决加工误差问题的途经。一 般来说，系统误差规律性比较强，这类因素比较容易被识别，并且可通过调整等法将 其减小或消除。但随机性误差产生的因素比较复杂，且又是难以查找，必要时可将各 种可能产生的因素一一分析，最终查明原因，提出解决措施。 2. -R 图的绘制x 对所磨削的一批试件尺寸依次按每五个一组进行分组，并以横坐标表示分组的顺 序号，以每组工件误差的平均值为纵坐标，同时把每组的极差 R =(x-x) 做为另 imaxmini 一点的纵坐标，则可得到-R 图（如图 2 所示） 。x 表一 x 分 散 范 围 n m 频率（%） 1 lx 组次 R 图 2 图Rx 图中各控制线按下式确定： 图的中心线为： x k i i x K x 1 1 图上控制界限： xRAxxu 图下控制界限： xRAxxl R 图的中心线为： k i i R K R 1 1 R 图的上控制界限： RDRu 其中系数 A 和 D 见表 2，K 为工件分组数。 表 2 系数 A、D 每组工件数AD 40.732.28 50.582.11 由图可判断该工艺过程的稳定性。Rx 3. 工艺能力分析 所谓工艺能力是用工艺能力系数 C 来表示的，它是公差范围 T 和实际加工误差 p （分散范围 6）之比，即 C =T/6 p 根据工艺能力系数 C 的大小，可将工艺分成 5 个等级： p C 1.67 为特级，说明工艺能力过高，不一定经济； p 1.67C 1.33 为一级，说明工艺能力足够，可以允许一