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机械制造技术基础课程实验指导书实验一 常用切削刀具的认识一、实验目的金属切削加工作为制造技术的主要基础工艺，对制造业和制造技术的发展起着十分重要的作用。要高质量,高效率进行切削加工，就必须有高质量，高性能的生产工具。金属切削刀具是用于直接对零件进行切削的刀具，刀具的性能和质量的优劣，不但是直接影响切削加工精度，表面质量和加工效率，而且，还会影响到金属切削加工工艺的发展。因此，刀具的改造与发展一直对促进整个机械制造工业的发展起着积极推动的作用,成为当前先进制造技术发展的重要组成部分和显著特征之一。通过实验使同学对金属切削刀具能有一些基本的感性认识和体会,对刀具的分类方法、名称、刀具材料等各种参数等有所了解。在此基础上，帮助同学们对制造技术课程内容的深入学习。二、实验原理刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为： 整体式； 镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种； 特殊型式，如复合式刀具、减振式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为： 高速钢刀具； 硬质合金刀具； 金刚石刀具； 其他材料刀具，如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。三、实验材料焊接式外圆车刀、端面车刀、切断刀，硬质合金机夹可转位车刀，内外螺纹车刀，各类麻花钻头、立铣刀、键槽铣刀，端面铣刀，丝锥、板牙。四、实验内容及步骤1、各种焊接式车刀识别2、各种机夹式车刀识别3、立铣刀与键槽铣刀区分（1）平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。（2）圆鼻刀：主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的模具加工，开粗时优先选择圆鼻刀。（3）球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工。4、端面铣刀结构识别五、实验报告的要求1、给出外圆车刀与麻花钻的角度标注图（参考答案：外圆车刀见教材17页图2-6，麻花钻见21页图2-15）2、说出立铣刀与键槽铣刀的结构区别。（参考答案：1、立铣刀一般34个刃瓣，键槽铣刀2个刃瓣.2、立铣刀主切削刃不过中心，底面中心有浅凹坑，刀具不能垂向进刀切削。键槽铣刀主切削刃过中心，可垂向进刀切削。）3、用图形表示轴上铣键槽的方法（参考答案：分层铣削）4、画出常用车刀示意图（参考答案：教材19页图2-12）实验二 车刀角度的测量一、实验目的1熟悉车刀切削部分的构造要素，掌握车刀标注角度的参考系及车刀标注角度的定义。2了解量角器的结构，学会使用量角器测量车刀标注角度。3绘制车刀标注角度图，并标注出测量得到的各标注角度数值。二、实验概述1车刀标注角度及其坐标参考系刀具的切削部分是由前刀面、主后刀面、副后刀面组成，这些刀面之间的交线又称为主刀刃、副刀刃，并构成刀尖。刀面或刀刃在空间的位置是用刀具角度值来反映。刀具角度值是如何测定的呢?为此，人为的建立几个坐标平面，如图101所示，它们分别是，通过主刀刃上某一点，与该点加工表面相切的切削平面Ps；通过主刀刃上某一点，与该点切削速度方向垂直的基面Pr；通过主刀刃上某一点，与主刀刃在基面上投影垂直的主剖面P o；这3个坐标平面又称为坐标参考系。以坐标参考系为基准来度量刀具标注角度的大小。但坐标参考系是在一定假设条件下建立的，那就是：(1)不考虑进给运动(即Vf=0)，用主运动向量V近似地代替切削刃与工件间的相对运动合成速度向量V e；(2)规定刀杆中心线与进给方向垂直，刀尖与工件中心等高。2车刀的标注角度。所谓刀具标注角度就是在刀具图纸上所标注的角度，是制造或刃磨刀具时所依据的角度，可分别在主剖面、基面和切削平面内测量。(1)在主剖面内测量的标注角度有：前角o前刀面与基面间的夹角；后角o主后刀面与切削平面间的夹角。(2)在基面内测量的标注角度有：主偏角Kr主刀刃与进给方向在基面上 投影的夹角；副偏角Kr副刀刃与进给方向在基面上投影的夹角。(3)在切削平面内测量的标注角度有：刃倾角S主刀刃与基面的夹角。三、实验设备及用材1万能量角器。2外圆车刀。四、实验方法与步骤车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器以及车刀量台等进行测量。其测量的基本原理是，按照车刀标注角度的定义，在刀刃上选定点，用量角器的尺面，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。本实验采用万能量角器来测量车刀标注角度。1万能量角器的结构万能量角器是一种通用的角度测量工具，如图102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装在尺坐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可以沿尺坐4上的半圆形滑轨转动，把基尺13与构成被测角度的面或线紧密贴合(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。2用万能量角器测量车刀标注角度(1)主偏角Kr的测量将万能量角器装成如图103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，就是副偏角Kr的数值，如图104。(3)刃倾角s的测量将万能量角器装成如图10一5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。 图10-5 用万能量角器测量车刀刃倾角(4)前角0的测量将万能量角器装成如图10一6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(P0)内，并通过主刀刃上的选定点，和前刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是主剖面前角o的数值。10-6 用万能量角器测量车刀前角（5）后角0的测量将万能量角器装成如图107所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直角尺（或换成直尺）的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面（P0）内，并通过主刀刃上的选定点，和主后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是主剖面后角0的数值。图107 用万能量角器测量车刀后角五、实验报告要求1.叙述本实验目的2.实验记录车刀标注角度（单位：度）车刀编号车刀名称前角0后角0主偏角Kr副偏角Kr刃倾角s外圆车刀3.绘制车刀标注角度图实验三 加工误差统计分析一、实验目的和要求1、学会并掌握大批大量生产中，加工误差的统计分析方法。2、加深对加工精度统计分析理论的理解。二、实验所有仪器及材料1小轴尺寸 14-(012)(018) 轴数量：100根2游标卡尺 测量范围：0125/150mm 游标读数值：0.02mm三、实验原理以实测数据为基础，应用概率论和数理统计的方法，分析计算一批工件的误差，从而划分性质提出消除或控制误差的一种方法。大量的试验、统计和理论分析表明：当一批工件总数极多，加工中的误差是由许多相互独立的随机因素引起的，而且这些误差中又都没有任何优势的倾向，其分布是服从正态分布的，这时的分布曲线称为正态分布曲线。1、 实际分布法直方图几个概念：（1） 组距(h)：每组尺寸的间隔。（2） 样本含量(n)：所抽样测量的工件数目。（3） 频数(m)：同一尺寸间隔范围内出现的零件数目。（4） 频率(f)：（5） 尺寸分散范围X（6） 频率密度(y)：（7） 分散中心（平均尺寸）：（8） 均方差： 2、正态分布（1） 正态曲线方程：曲线关于对称，根据坐标平移得：（2） 正态分布曲线的特性 曲线关于对称，由概率的知识可知：在6范围内的分布工件数目占全部工件数目的99.73%，其中靠近的工件尺寸出现的概率大，远离的工件尺寸出现的概率较小。因此，一般6（即）为作为某加工方法的实际分散范围。 曲线的形状取决于，大，曲线陡，小，曲线平坦，的值由随机误差决定，随机误差大，值也大，随机误差小，值也小。 曲线下的总面积为1即：，不同区域内的曲线面积表示工件在该区域内出现的概率。曲线分布的范围6表示某加工方法所能达到的加工精度。（3） 正态分布曲线的应用利用正态分布曲线，实际分布曲线分析废品率曲线的分布范围6是否在零件的公差范围内，可判别工艺过程中是否存在废品。废品率的计算可利用曲线下分布的部分面积来计算。部分面积的计算：，其中：，F1的值可查表。废品率=0.5-F1废品有：真废品：不可修复。 假废品：可修复工艺能力系数Cp的确定 表：工艺等级工艺能力系数值工艺等级说 明Cp1.671.67Cp.1.331.33Cp.1.001.00Cp.0.670.67Cp.特级工艺一级工艺二级工艺三级工艺四级工艺工艺能力很高，可以允许有异常波动或作相应的考虑工艺能力足够，可以有一定的异常波动工艺能力勉强，必须密切注意工艺能力不足，可能产生少量的不合格产品工艺能力很差，必须加以改进思考1：用钻摸钻一批工件的15，要求保证轴线与端面间尺寸为500.08，若工序尺寸按正态分布，且分布中心的尺寸为 =50.050。均方差 =0.02，试求：（1）这批工件废品率（2）工艺能力（3）为防止产生废品的产生应采取什么改进措施思考2：加工一批外圆，图纸要求尺寸为200.07，若加工尺寸按正态分布，加工后发现8%为废品，且其中一半废品的尺寸小于零件的下偏差，试确定该工序所能达到的加工精度解：3、分布曲线法的缺陷：（1）必须等到加工完后，测量分析，不能即时控制（2）系统变值误差和随机误差不能分开（区分）四、实验内容与步骤1按工件加工顺序逐个测量工件尺寸，并记入表1。注意测量时要用力均匀，部位一致。2整理表1的数据，画出该批工件加工尺寸的实际分布图。3计算该工艺产生的系统误差和随机误差。4计算出这批工件的合格率和废品率。五、填写实验报告工件直径尾数表1工件序号1-1011-2021-3031-4041-5051-6061-7071-8081-9091-100工件直径尾数m实验四 CA6140主轴箱内部结构分析一、实验目的 1、了解CA6140车床主轴箱内部具体机械结构的组成；2、学习有级变速主传动系统的传动和变速原理；3、掌握有级变速主轴箱的基本设计方法。二、实验内容1、在CA6140车床给主轴变速；2、在车床模型上给主传动系统、进给系统变速。三、实验设备1、CA6140； 2，车床模型。四、实验方法、步骤1、给定两个不同的速度（主传动系统），看一看机械机构的变化；2、给定一个最低转速和一个最高转速，确定机床震动和噪声现象。五、实验数据及分析1、两个不同的速度时的传动路线2、根据实验设计出某机床的主传动系统。要求：车床的主轴转速为n=401800 r/min,公比=1.41，电机的转速n电=1440 r/min，请给出1）试拟定结构式、2）转速图；3）确定齿轮齿数、带轮直径，验算转速误差；附图 CA6140型普通车床转速图实验五 切削力实验一、实验目的要求1. 了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统； 2. 掌握背吃刀量进给量和切削速度对切削力的影响规律，通过实验求取切削力实验公式； 3. 了解三向切削测力仪软、硬件系统构成，了解现代化的计算机辅助的实验系统。 实验原理及系统简介图1 切削力实验硬件系统简图三向切削测力仪测量切削力的主要仪器是测力传感器，测力传感器的种类很多，本实验使用的是电阻应变式测力传感器。电阻应变式测力传感器的工作原理是在测力传感器的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联成电桥，电桥的输出与弹性体的应变成正比。三向应变模拟信号输出并进行高倍率放大后，再经A/D板转换为数字量送入计算机。在软件系统控制下，自动计算显示切削力的大小。二、实验准备工作1. 安装工件、测力仪，注意刀尖对准车床中心高； 2. 用三根软管导线连接测力传感器和实验仪器； 3. 用25芯扁平线连接实验仪器和A/D板； 4. 将A/D板插入计算机； 5. 接通计算机电源； 6. 接通实验仪器电源； 7. 接通并认真检查实验仪器和计算机的接地； 8. 熟悉机床操作方法，注意安全事项； 9. 仔细阅读三向切削测力仪使用说明书，熟悉本仪器的操作； 10. 开启车床电源； 11. 启动车床，将工件外圆表面加工平整； 12. 开启计算机电源； 13. 开启实验仪器电源； 14. 启动“切削力实验2006”程序。 三、切削力实验向导切削力实验向导界面是进入实验过程的引导界面。按照其使用说明，在切削力实验向导界面上，可以点击激活亮显了的项目，调出相应的界面和程序运行。主要的操作过程如下：1. 对于需要将实验过程中的实时数据写进数据库的项目“测力传感器标定”和“切削力实验”，在点击其软按钮之前，应先在“输入实验编号”栏目内，输入年级、专业、班级、组号、实验次数和主题词等，并点击确定。 2. 如果实验编号与以前的重复，则会弹出操作提示框告知。回答操作提示框的询问后，回到切削力实验向导界面，在“要进行新实验必须在此输入实验编号”栏目内，点击确定软按钮，激活所有项目。之后，再点击需要的软按钮，调出相应程序运行。 3. 点击零位调整软按钮，调出零位调整界面（图4），进行三向零位调整； 4. 点击三向力数字显示软按钮，调出三向力数字显示界面（图5）； 5. 点击切削力实验方式向导软按钮，调出切削力实验方式向导界面（图6），进行实验方式选择； 6. 点击数据库查询软按钮，进入数据库查询界面；进行数据查询； 7. 点击帮助软按钮，调出帮助查询界面。在其它环境下，点击帮助软按钮，可直接调出相关的帮助界面，而不是帮助查询界面，以下不再赘述； 8. 点击退出软按钮，界面将弹出对话框，告知退出后果，询问是否真要退出，回答是则结束程序过程，退到Windos桌面；回答否则隐藏对话框，保持原界面不变。以下不少界面都设有退出软按钮，操作情况与此相同，不再赘述。 需要特别注意的是，不要轻易点击测力系统增益标定和测力系统机械标定软按钮。切削力实验应按1、2、3、4或5项进行。四、实验数据处理在实验的数据处理过程中我的们本实验还用到了最小二乘法和一元线性回归以及多元线性回归等方法，而且应用拟合逼近的