机械制造工艺学实验指导书.doc

14机械制造工艺学课程实验指导书目 录实验1 Y3150E滚齿机调整实验 . 2实验2 加工误差的统计分析. 7 实验3 车床综合静刚度的测定 .13实验1 Y3150E滚齿机调整实验1.实验目的1.1分析滚齿机的运动及传动系统；1.2熟悉滚齿机的结构和性能；1.3通过加工直齿或斜齿圆柱齿轮，熟悉滚齿机的换置计算和调整方法2.实验内容2.1实验前的准备工作2.1.1认真阅读本指导书，明确实验目的及内容；2.1.2根据传动系统图画出传动原理图；2.1.3根据传动系统图列出加工各种工件时的平衡方程式，求出调整公式；2.1.4根据所给的数据进行必要的调整计算。2.2实验工作2.2.1对照机床的传动系统图，在机床上找出各传动链的传动路线，各组挂轮(交换齿轮) 的位置，熟悉机床结构。2.2.2按步骤安装工件并找正(如果齿坯以内圆定心除外)。2.2.3安装刀具并调整刀架角度。2.2.4调整切削深度，开动机床，切削完毕，测量工件，确定质量是否合格并进行分析。2.2.5拆卸挂轮，擦净机床。3.Y3150E滚齿机的主要技术规格及用途本机床主要用于切削直齿、斜齿圆柱齿轮以及用径向进给切削蜗轮；此外还可以用包络法加工花键轴、多面体、链轮等工件。进行上述各种工件的加工时要分别采用适当截面形状的滚刀。主要技术指标 加工齿轮最大模数 工件为钢件时6mm；工件为铸件时8mm 加工齿轮最大直径 500mm 刀具最大直径 160mm刀架最大回转角度 240刀具主轴转速共九级：（见表1）垂直进给量共十二种：（见表2）主电动机功率 4千瓦快速电动机功率 1.1千瓦交换挂轮的齿轮齿数（分齿挂轮，进给挂轮及差动挂轮共用）：20（两件）23 24 25 26 30 32 33 34 35 36（两件） 37 40 41 43 45 46 47 48 50 52 53 55 57 58 59 60（两件） 61 62 65 67 70 71 73 75 79 80 85 89 90 92 95 97 98 100共46种（49件）模数m2。 图2.1 Y3150E型滚齿机传动系统图4.机床的调整计算(公式由学生求出，这里只作必要的说明)4.1加工直齿圆柱齿轮4.1.1主运动：根据刀具外径、刀具材料、合理的切削速度V，求得所需刀具转速：式中 D滚刀直径(mm)；n主轴转速(rmin)；v切削速度(mmin) 按滚刀主轴转速挂轮表选取AB挂轮。4.1.2分度运动；传动链联系滚刀和工件，差动机构(合成机构)为不用差动机构时的情况(用接合爪)调整计算公式为：式中 e、f挂轮是一对“结构性挂轮”，根据被加工齿轮的齿数来选取：时，用于；时，用于；时，用于。4.1.3刀架垂直进给运动：根据加工粗糙度的要求，选取进给量S值，然后由垂直进给量挂轮表选取a1/b1挂轮。（参看表2、表3）4.2加工斜齿圆柱齿轮4.2.1主运动(同上)4.2.1分齿运动：运动关系同上，但此时差动机构的结构为用差动机构时的情况（用接合爪）4.3.3刀架的垂直进给运动(同上)4.3.4差动运动式中：工件螺旋斜角；工件法向模数；k滚刀头数。注：由调整公式计算出的数值通过“挂轮选用表”或挂轮对数表查出具体齿数。5.刀具、工件的安装根据工件、刀具的螺旋角方向和度数调整刀架的安装角度，使滚刀螺旋线与工件齿向平行。5.1加工圆柱直齿时刀架偏转角度（见图2.2）图2.2 加工圆柱直齿时刀架偏转角度5.2加工圆柱斜齿轮时刀架偏转角度及挂轮分配情况（见图2.3）图2.3 加工圆柱斜齿时刀架偏转角度及挂轮分配工件坯应牢固地装夹在工作台上，不用心轴定位时需用千分表调正齿坯外圆，使工件与工作台同心。6.调整切削深度根据工作的模数、材料强度，以及所要求加工精度来确定走刀次数和切削深度。用滚刀切削不超过7级精度的圆柱齿轮时，对模数mn2mm的齿轮用一次走刀切出；对模数mn2mm以上时用二次或三次以上走刀。思 考 题1.加工圆柱斜齿齿轮，在调整机床时，是根据工件的端面模数选择滚刀，还是根据工件的法向模数选择滚刀？为什么？2.在Y3150E型滚齿机上决定加工精度的是哪个传动链？而该传动链中又以那些传动件为关键件？实验2 加工误差的统计分析1.实验目的与要求1.1 通过本实验使学生掌握加工误差统计分析的基本原理和方法；运用此方法综合分析零件加工尺寸的变化规律。1.2 学习设计实验线路，正确选择与使用有关测量装置，测量工具和仪器。1.3 正确地进行采样和运算，并绘制点图，实验分布曲线图。1.4 绘制质量控制图。1.5 确定本工序的工序能力系数，（也称精度系数），并分析本工序加工的稳定性。2.基本原理2.1 加工误差及其变化规律 由各种工艺因素所产生的加工误差可分为两大类，即系统性误差和随机性误差。系统性误差主要有因调整因素引起的常值系统误差常和因刀具磨损、工艺系统热变形等引起的有规律变化趋势的变值系统性误差变。随机性误差随是由于尺寸的分散造成的，亦称瞬时尺寸分散。整批零件尺寸的分散还应包含有规律变化着的系统性误差。在加工过程中，随机性误差和系统性误差是同时存在，而且混在一起的。因此，生产实际中，常用统计分析法来研究加工精度问题。2.2 分布曲线法2.2.1 理论分布曲线大量的实验、统计分析表明：当一批工件总数足够多时，加工中的误差是由相互独立的随机因素引起的，而且这些误差因素中又都没有任何优势的倾向，则其分布是服从正态分布的。也就是说，随机误差分布曲线，是正态分布曲线，它是描述正态分布密度函数的图形。理论正态分布曲线是连续的、对称的曲线。如图3.1所示，它的方程式如下：式中，y分布的概率密度；x自变数，它属于某一组随机变数的集合X； 图3.1 正态分布曲线 随机变数总体的均值（分散中心）： N为样本总数 均方差： 生产实际中，加工误差统计分析时，可得，为工件尺寸分布平均值；N为工件的数量；为工件尺寸。如果改变参数（保持不变），则曲线沿x轴平移而不改变其形状，这说明是表征分布曲线位置的参数。的变化主要是常值系统性误差引起的。如果保持不变，当值减少时，则曲线形状陡峭；当值增大时，曲线形状平坦，是由随机性误差决定的，随机性误差越大则越大，可见是表征分布曲线形状的参数，亦即它刻划了随机变量x取值的分散程度，亦即随机性误差对加工过程的影响。 理论分布曲线常用于需要深入研究某个工序的加工精度问题。为减少统计工作量，一般加工精度分析常采用实验分布曲线。2.2.2 实验分布曲线实验分布曲线是根据一批零件的加工尺寸绘制出来的。通常，随机抽取的工件数量应在50件以上，越多越能反映出它的分布规律，一般最多不超过200件。作图时，令横坐标表示加工尺寸分组间隔，纵坐标表示对应某加工尺寸间隔内尺寸出现的频率，也可用某加工尺寸间隔内尺寸出现的次数，即频数表示。分组数和组距 ，分组数K712式中，h组距；K分组数，与样本数有关；xmax、xmin测量数据的最大值、最小值。实验分布曲线图又称频率直方图，它与理论分布曲线不同之点在于：它不是光滑曲线而是折线。理论的正态分布曲线有两个特征参数和，根据实验数据所计算出来的和只是它们的近似值，称为正态分布的统计特征量。分布曲线分析法可以用于：判别加工误差的性质如果实际分布与正态分布基本相符，则加工过程中没有变值系统性误差或影响很小，进而可根据是否与公差带中心重合来判断是否存在常值系统性误差，不重合就说明存在常值系统性误差。如果实际分布与正态分布有较大出入，可根据直方图初步判断变值系统性误差的类型。确定各种加工方法所能达到的精度由于各种加工方法在随机性因素影响下所得到的加工尺寸的分散规律符合正态分布，因此可以在多次统计分析的基础上，为每一种加工方法求得它的标准偏差值，然后按分布范围等于6的规律，即可确定各种加工方法所能达到的精度。确定工序能力及其等级估算不合格品率2.2.3 正态性检验分布曲线是否服从正态分布，需要进行正态性检验，常采用正态概率纸法来分析。正态概率纸法，要用到正态概率纸，它是一种特殊的坐标纸。其横坐标为等分刻度，纵坐标按正态分布的累计频率来刻度。这样，正态分布函数在正态概率纸上的图形是一条直线。若将实验结果在正态概率纸上作点，即横坐标为组中值，纵坐标为累计频率，画出各点，用直尺画一条尽量靠近这些点的直线。若服从正态分布，则这些点应落在这条直线上。由于工件尺寸的波动，这些点相对直线多少有些偏离。但不能偏离过大，过大则总体分布可能不服从正态分布。一般来说，中间的点相对直线的偏离不能过大，两头的点可以允许大一些。2.2.4 工艺过程的精度评价工艺过程的精度评价，就是对现行的工艺过程或待实施的工艺过程进行工艺验证，看它能否合理地满足工艺要求，即零件经过本工序加工以后，能否达到工序间的加工尺寸和给定的公差。工序的精度系数即工艺能力系数，是用来作为精度评价的指标，它表明工艺过程的稳定程度和本工序的加工能力。一般情况下，。值越大，工序的加工能力越强，产品的合格率越高，但生产成本必然相应地增加，若或表明该工序的加工能力较弱，产品的废品率上升，必须采取相应措施来改善工艺过程。的计算方法是： 式中，待加工工件的工序公差；样本的均方差（标准差）。必须指出，利用分布曲线法研究加工精度问题时，存在两点不足：不能反映误差的变化趋势。由于分析时没有考虑到工件加工的先后顺序，故不能把变值系统性误差与随机性误差区分开来。采用分布曲线法控制加工精度时，必须检查整批加工的零件，只有一批零件加工完毕后方能绘制出分布曲线图。 采用点图分析法可以弥补上述不足。2.3 工艺稳定性与点图法所谓工艺的稳定，从数理统计的原理来看，一个过程（工序）的质量参数的总体分布，其平均值和均方差在整个过程（工序）中若能保持不变，则该工艺是稳定的。图法是典型的统计质量控制方法，它是控制连续生产工艺稳定性的有力工具。为了验证工艺的稳定性，需要应用和两张点图，是将一批工件依照加工顺序，m个为一组，共分K组，第i组的平均值；是第i组数值的极差，即。两张图合起来应用，通常称为图。不难理解，和R的波动反映了工件平均值的变化趋势和随机性误差的分散程度。在图上分别画出中心线和控制线，控制线就是用来判断工艺是否稳定的界限线。在图上，还可画出公差上限线和公差下限线。图的中心线为：R图的中心线为：图的上控制线为：图的下控制线为：R图的上控制线为：式中，A和D的数值是根据数理统计原理而定出的，K取725；一般每组工件个数m取4或5。 表1每组个数mADK40.732.2872550.582.11为了方便作图，可事先将工件尺寸测量后填于如下的图记录表中。 表2：图记录表组号测定值总计平均值极差Rx1x2x3x4x5123K图3.2 测量装置3.数据的采集与处理3.1数据的采集数据处理的第一步是测量并采集原始数据。因此，对原始数据采集的方法是否合理，不仅关系到测量误差大小，数据的可靠性，而且关系到能否得出正确结论。测量装置如图3.2所示。被测工件置于比较仪的测量台上，千分表或者电感位移传感器装在测量台的立柱、横臂上，使每个工件逐次与测量头接触，则从千分表上可读出数据并记录在图记录表中，供分析作图之用。图3.3 自动测量方法自动测量的方法如图3.3所示。电感位移传感器将检测得到的位移信号输送给测微仪，测微仪输出模拟电压信号。经过一级直流放大和低通滤波后，再经A/D转换，变成数字信号送入微型计算机，利用数据处理和绘图程序，可将分析结果打印，并绘出图和分布图。3.2 数据的处理 对一批零件的加工尺寸进行测量时，会出现个别过大或过小的异常数据，与大多数测量数据相差悬殊。这是由于测试过程中操作不正确，或错读、错记，或测试条件发生突变等偶然原因造成的。这样的数据对可能得到的真实数据结果带来歪曲，因此，这样的数据必须舍去。实际测量中，一般根据格拉布斯方法来确定异常值。其计算方法如下：设测量值为：x1，x2，x3，xn，并总体服从正态分布，如果为x1，x2，x3，xn中的异常值，则有： 式中：， 检验指标，见表4；显著性水平； n 测量值总个数。 表4：格拉布斯准则的n3456789101.151.461.671.821.942.032.112.181.151.481.711.892.022.132.212.291.151.491.751.942.102.222.322.414.实验条件与步骤4.1 设备，仪器和试件4.1.1 试件（100200件），经无心磨床或自动车床连续加工的一批短销轴。4.1.2 仪器：比较仪和测微仪。4.1.3 测量工具：测量台架、百分表、千分表、块规。4.1.4 计算机采集系统：模数转换板、放大器、低通滤波器、稳压电源、传感器、微机等。4.2 实验步骤按加工顺序测量试件，进行数据处理并绘图，有两种方案。4.2.1用测微仪进行测量，微机进行采样，数据处理并绘图。4.2.2用比较仪进行测量，手工或编程计算，具体步骤如下：（1）用块规调整好比较仪，按加工顺序测量试件尺寸，并记录结果。（2）绘制点图，分析产生工序加工误差的原因。（3）绘制实验分布曲线图（直方图）。作图步骤如下：找出试件加工尺寸的最大值和最小值，即确定分组数K；（K=725）计算组距h；决定组距作频数或频率分布表计算和，绘制实验分布曲线图，标出和的值。计算工序加工能力系数（4）绘制图。（参阅前述2.3图法）5.实验报告内容5.1 实验名称5.2 实验内容5.3 实验设备，仪器和试件5.4 测量数据记录和整理 数据和计算格式组别尺寸范围分组中点尺寸xj频数fi总和 5.5 实验结果5.5.1 绘制实验分布曲线图。5.5.2 用正态概率纸检验正态性。5.5.3 绘制图。5.5.4 计算工序加工能力系数5.6 实验结果的分析与讨论5.6.1 本工序点图说明了什么问题？5.6.2 本工序的实验分布曲线图是否服从正态分布规律？5.6.3 根据工序能力系数，本工序几级精度工艺能力？5.6.4 根据图，分析本工序的工艺过程是否稳定？如果不稳定，试分析其原因。实验3 车床综合静刚度的测定1.实验目的在加工过程中，“机床刀具工件”所组成的工艺系统的刚度对加工精度、生产率和抗振性能有很大的影响。本实验是在机床不工作状态下，模拟切削时的受力情况，对机床施加载荷，然后测出机床的床头，刀架和尾座在不同载荷下的变形，从而作出各部件的变形量和作用力的关系曲线，然后求出刚度曲线，并计算出机床的刚度，了解机床的刚度特点及其测定方法。2.实验内容用八角环测力议和千分表测定车床、刀架、尾座的变形量和作用力的关系曲线，求出刚度曲线，并计算各部件的刚度以及机床的刚度。3.实验设备及用具3.1C620