6机械制造技术基础实验指导书14-04.doc

机械制造技术基础实 验 指 导 书魏伟锋 编 写适用专业： 机械设计制造及其自动化陕西理工学院机械工程学院2014年 4 月实验1：刀具几何角度测量实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：选作一、实验目的1. 熟悉车刀切削部分的构成要素，掌握车刀静态角度的参考平面、参考系及车刀静态角度的定义：2. 了解车刀量角台的结构，学会使用量角台测量车刀静态角度；3. 绘制车刀静态角度图，并标注出测量得到的各角度数值。4. 巩固和加深对刀具几何角度定义的理解。图2-1 车刀量角台1支脚 2底盘 3导条 4定位块 5工作台 6工作台指针 7小轴 8螺钉轴 9大指针 10销轴 11螺钉 12大刻度盘 13滑体 14小指针 15小刻度值 16小螺钉 17旋钮 18弯板 19大螺帽 20立柱二、实验内容测量车刀的正交参考系、法平面及假定工作平面内的几何角度，并分别画图标注。三、实验原理、方法和手段车刀的静态角度可以用车刀量角台进行测量，其测量的基本原理是：按照车刀静态角度的定义，在刀刃选定点上，用量角台的指针平面(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。车刀量角台的结构如图2-1所示。圆形底盘2的周边，刻有从0起向顺、逆时针两个方向各100的刻度。其上的工作台5可以绕小轴7转动，转动的角度，由固连于工作台5上的工作台，指针6指示出来。工作台5上的定位块4和导条3因定在一起，能在工作台5的滑槽内平行滑动。立柱20固定安装在底盘2上，它是一根矩形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽19，可以使滑体13沿立柱(丝杠)20的键槽上、下滑动。滑体13上用小螺钉16固定装上一个小刻度盘15，在小刻度盘15的外面，用旋钮17将弯板18的一端锁紧在滑体13上。当松开旋钮17时，弯板18以旋钮17为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯板18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来。在弯板18的另一端，用两个螺钉11固定装上一个扇形大刻度盘12，其上4用特制的螺钉轴8装上一个大指针9。大指针9可以绕螺钉轴8向顺、逆时针两个方向转动，并在大刻度盘12上指示出转动的角度。两个销轴10可以限制大指针9的极限位置。当工作台指针6、大指针9和小指针14都处在0时，大指针9的前面a和侧面b垂直于工作台5的平面，而大指针9的底面c平行于工作台5的平面。测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台5， 同时调整放在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺帽19，使滑体13带动大指针9上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针9的前面a (或侧面b、或底面c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘12 上读出大指针9指示的被测角度数值。三、实验方法(1) 校准车刀量角台的原始位置用车刀量角台测量车刀静态角度之前，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位，然后把车刀按图2-1所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀静态角度的原始位置。(2) 主偏角Kr的测量.从图2-1所示的原始位置起，按顺时针方向转动工作台(工作台平面相当于Pr)，让主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图2-2所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角Kr的数值。(3) 刃倾角ls的测量测完主偏角Kr之后，使大指针底面c和主刀刃紧密贴合(大指针前面a相当于Ps)，如图2-3所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角ls的数值。指针在0左边为+ls，指针在0右边为ls。(4) 副偏角Kr的测量 参照测是主偏角Kr的方法，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图2-4所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角Kr的数值。 图2-2 用车刀量角台测量车刀主偏角 图2-3 用车刀量角台测量车刀刃倾角图2-4 用车刀量角台测量车刀副偏角 图2-5 刀具几何角度投影图(5) 前角g0的测量前角g0的测量，必须在测量完主偏角kr的数值之后才能进行。从图2-1所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底盘上yr=90Kr的刻度数值处(或者从图2-2所示测完主偏角kr的位置起，按逆时针方向使工作台转动90)，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面a(相当于P0)，然后让大指针底面c落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴合)，如图2-6所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角g0的数值。指针在0右边时为+g0，指针在0左边时为g0。 (6) 后角a0的测量 在测完前角g0之后，向右平行移动车刀(这时定位块可能要移到车刀的左边，但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧)，使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图2-7所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后面a0的数值。指针在0的数值。指针在0左边为+a0，指针在0右边为a0。 图2-6 用车刀量角台测量车刀前角 图2-7 用车刀量角台测量车刀后角(7) 副后角a0的测量（8）法平面前角gn和后角an的测量测量车刀法平面的前角gn和后角an，必须在测量完主偏角kr和刃倾角ls之后才能进行。将滑体(连同小刻度盘和小指针)和弯板(连同大刻度盘和大指针)上升到适当位置，使弯板转动一个刃倾角ls的数值，这个ls数值由固连于弯板上的小指针在小刻度盘上指示出来(逆时针方向转动为+ls，顺时针方向转动为ls)，如图2-7所示，然后再按前所述测量正交平面前角g0和后角a0的方法(参照图2-6和图2-7)，便可测量出车刀法平面前角g0和后角a0的数值。 图2-7 用车刀量角台测量车刀法平面前角和后角四、实验组织运行要求以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件1、车刀量角台。2、直头外圆车刀、弯头外圆车刀、偏刀、切断刀。六、实验步骤1.熟悉车刀量角台的使用；2.车刀量角台初始位置的调整；3.按照定义分别测量车刀的几何角度，按照实测角度画出刀具几何角度投影图。刀具几何角度记录表序号刀具名称主偏角Kr刃倾角ls副偏角Kr前角0后角a0副后角a0123 七、思考题1. 用车刀量角台测量车刀正交平面前角l0和后角a0时，为什么要让工作台从原始位置起，逆时针方向旋转yr=90Kr的角度？2. 在什么情况下需要测量车刀法平面前角gn和后角an?为什么用车刀量角台测量车刀法平面前角gn和后角an 时，小指针(即弯板)要旋转一个刃倾角ls的数值？3. 参照测量车刀主剖面前角l0和后角a0的方法，怎样利用车刀量角台测量出车刀副刀刃上的副前角g0和副后角a0？为什么车刀工作图上不标注副前角g0？4. 怎样利用车刀量角测量出车刀假定工作平面、背平面参考系的前角gp(gf)和后角ap(af)？标注出gp(gf)和后角ap(af)有什么用处？5. 切断车刀有几条刀刃？哪条是主刀刃？哪条是副刀刃？应如何利用车刀量角台测量切断车切的主偏角Kr和副偏角Kr？6. 45弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化？为什么？八、实验报告写出实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果（将所测量得到的结果列表记录，按照实测角度画出所测车刀的几何角度投影图，按照主剖面与法剖面刀具角度的关系式验证所测结果的正确性），对实验过程和结果进行讨论分析。实验2：圆柱齿轮设计制造及其检测实验学时：4h实验类型：综合实验要求：必作一、实验目的本实验的学习目的，是为了使学生通过加工圆柱齿轮，掌握滚齿机的加工原理、传动链的计算和调整方法，了解滚齿机的基本操作规程；回顾齿轮精度的常用检测项目，熟悉齿轮双面啮合综合检查仪的使用，掌握典型零件圆柱齿轮的一般工艺过程和检验方法。二、实验内容根据实验的要求，确定交换齿轮的齿数，自己动手调整机床完成工件、滚刀、交换齿轮的安装；加工完圆柱轮轮后检验齿轮的精度，评定齿轮的加工误差性质和精度。三、实验原理、方法和手段要求深刻理解加工直（斜）齿圆柱齿轮时滚刀的旋转运动、工件的旋转运动及滚刀的垂直运动之间的关系，具体采用实际调整机床加工获得一对平行轴啮合齿轮，然后用公法线千分尺测量公法线长度变动误差，在3102型齿轮双面啮合综合检测仪上测量圆柱齿轮径向综合总偏差，获得对齿轮精度、用途的评价。四、实验组织运行要求该实验的特点是使用的机床种类较多（有2种），调整的环节较多，使用的仪器较多、对学生的动手能力要求较高，采用5人一小组，10人一大组，每大组分成A、B2个小组，要求A、B2个小组加工的圆柱齿轮能够正确的啮合。另外，相关的知识点较多（齿轮的设计，机床的结构、使用、调整，工件的装夹定位，加工的工艺，检验评价等）故采用“以学生自主训练为主，教师现场辅导为辅的开放模式组织教学”。五、实验条件Y38滚齿机及其交换齿轮、CW6140、YX3102型齿轮双面啮合综合检查仪、百分表、测量心轴工件毛坯、普鲁士兰。1. 切削速度交换齿轮模数：m=3.5mm齿轮齿数有：18，22，25，28，32，35，38，42。对应于滚刀七种转速交换齿轮的选配：表4-1nD (rpm)19215312797796547.5因轴间距离不能改变，故齿数和A+B=60。2.现有滚刀参数（表4-2）序号模数螺旋升角头数K滚刀外径法向齿轮形角材料旋向1120W18C4V右旋21.53242.51D=655363.574.586983. 分度运动、进给运动和差动运动使用的交换齿轮20（两个），23，24，25（两个），30，33，34，35，37，40，41，43，45，47，48，50，53，55,57，58，59，60，61，62，65，67，70，71，73，75，79，80，83，85，89，90，92，95，97，98，100。交换齿轮e和f，模数m=3mm，齿数：24，36（四个），48六、实验步骤1、 根据实验室条件，确定齿轮基本参数：m= , z2= ，= , 旋向: 其中z2取3055之间，为了检验方便，模数统一取m=2.5,螺旋角统一取=140计算全齿高： 直齿=ap 斜齿=ap 计算齿顶圆直径：直齿 斜齿（标准齿轮h*=1）2. 计算传动链交换挂论）主运动传动链的计算调整： 滚刀转速 式中：V是切削速度，取V=15-25m/min，D是滚刀外径。为避免过早的损坏工作台蜗轮副，应按下式校核工作台转速：式中：n工作台是工件转速，nD是刀具转速，K是滚刀头数，Z是工件齿数。在“五.1”表中选择主运动交换挂轮，列出传动方程式 ： 校核切削速度的实际值V=误差：）分度运动链的计算调整：根据范成原理，滚刀转1转对应工件转1/Z2转，列出传动方程式： 当Z2140时，否则根据计算结果，在“五.3”中选配分度运动交换挂轮，UX不能有误差。选取交换齿轮：= = = = 校核Ux误差： ）刀具垂直进给传动链计算调整：工件转一转对应刀具垂直移动b，列出传动方程式： 进给量： =12mm在“五.3”中选用交换齿轮： 校核s误差： ）差动传动链的计算调整：刀具垂直移动一个斜齿轮螺旋线导程P（）时工件附加转动一转，列出传动方程式： 根据计算结果，在“五.3”中选配差动运动交换挂轮，选配的交换挂轮传动比应与计算结果在小数点后至少三位相同，越精确齿向误差越小。选用交换齿轮： 校核y误差：5) 计算跨齿数和公法线长度W：跨齿数： （取整,为测量公法线长度时所跨齿数）公法线长度： 6） 计算中心距（测量径向综合误差时用） 直齿轮： Z1=50 斜齿轮： Z1=403.加工步骤1）工件毛坯的安装，用百分表检查工件外圆，使径向跳动不超过允许误差考虑这是那种装夹方法。2）滚刀的安装：调整刀具安装角度=，刀具和工件旋向相同时取“”，相反时取“+”；调整滚刀的位置，使滚刀长度的中点大致对准工件中心，按安装角调整刀架。3）按计算结果安装各传动链交换齿轮，齿轮安装时，齿隙不能太大，以防咬死或因间隙过大带来误差。注意运动方向，考虑是否需要惰轮，装上离合器2，即接通差动运动链。4）调整滚切深度，本实验用一次走刀完成还是多次完成。5）调整各传动链交换挂轮，检查无误后启动机床，判断主运动、分度运动和差动运动方向是否正确。6）加工齿轮,铸铁工件可以一刀加工，钢工件分两刀加工：第一刀加工总余量的80%左右， 第二刀加工完剩下的余量。4、检验所加工的齿轮精度根据实验室条件，按照8级精度检验两个项目：公法线长度变动误差和径向综合误差，这两项误差属于影响运动准确性的第公差组。表4-3公法线长度变动公差公差表（m）分度圆直径精度等级大于到567891012513202540568012540018253045711004008002032357098125800160025404690112160160025002845611001402002500400040639612518250表4-4 径向综合公差公差表（m）分度圆直径法向模数精度等级大于到56789101251-3.53.5-6.36.3-10222528364045505663637180901121251401802001254001-3.53.5-6.36.3-10323640505663718090901001121121401601602002241）是指实际公法线长度的最大值与最小值之差，它是评定齿轮运动准确性的指标之一。用公法线长度千分尺测量公法线长度变动误差，并与公法线长度变动公差比较：测量六次公法线长度W，把最大值和最小值相减即得公法线长度变动误差。当时，该项指标合格。2）径向综合误差是指被测齿轮和理想精确齿轮（标准齿轮）双面啮合时，在被测齿轮一转内，双面啮合中心距的最大值和最小值之差。测量径向综合误差，并与径向综合公差比较。时，该项指标合格。图4-1 圆柱齿轮径向综合总偏差和一齿径向综合偏差示意图如果测量所有的齿轮偏差参数，这是不经济的也是不需要的，因为有些参数对于齿轮的影响不大。径向综合检测可以代替径向跳动。3102型齿轮双面啮合综合检测仪主要用于测量圆柱齿轮径向综合总偏差（被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量）Fi、和一齿径向综合偏差（被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，双啮中心距的最大变动量）fi、，以及双啮齿轮中心距和检查一对传动齿轮的接触情况。提高齿轮副的接触斑点对于提高齿轮副的寿命和降低噪音等方面有重要的意义。接触斑点有形状、大小、位置三方面要求。下表给出了接触斑点和精度等级之间的对应关系，作为一般情况下的参考。从实际使用的角度看接触斑点和精度等级之间没有固定的关系，因此，设计者可以根据齿轮的用途、载荷和齿轮刚性及齿线形状等条件选用。 表4-5 接触斑点和精度等级精度等级4567891012沿齿长方向沿齿高方向60%80%65%85%50%70%55%75%35%65%40%70%25%55%30%60%注：表中数值范围用于齿面修形的齿轮，对齿面不做修形的齿轮，其接触斑点大小不小于其平均值。若压力角不等于20度时，应对轮径向综合总偏差Fi、和一齿径向综合偏差fi、乘以系数AA=sin20/sin图4-2 圆柱齿轮径向综合总偏差和一齿径向综合偏差示意图1-百分表2-螺钉3-挡钉4-测量滑架5-手柄6-立柱7-手柄8-V型块9-锁紧块10-上顶尖11-托架12-拨杆13-手柄14-下顶尖15-游标尺16-手柄17-主滑架18-刻度尺19-仪座20-手轮345678910111213141516171）仪器的工作原理 被测齿轮安装在可沿仪座(19)导轨滑动的主滑架(17)上的上顶尖(10)和下顶尖(14)之间，标准齿轮安装在可沿V型导轨浮动的测量滑架(4)上的上、下顶尖之间，按两齿轮理论中心距固定主滑架。测量滑架借助弹簧力靠向主滑架，使两个齿轮进行紧密地无侧隙地啮合。转动被测齿轮时，检查由于齿轮加工误差引起中心距变化来综合地反映被测齿轮的加工误差，其中心距的变动量由百分表（1）显示出来。2）工作原理与结构特征A.仪器使用前应将各工作表面，被测齿轮以及与被测齿轮模数相同的标准齿轮清洗干净。B.把控制测量滑架的手柄(5)搬到正上方，装上百分表，使表指针转过5圈后用螺钉(2)紧固，并调整百分表指针与其零线重合，然后将手柄(5)搬向左边。C.根据两齿轮的理论啮合中心距，按刻度尺(18)与游标尺(15)的示值，转动手轮(20)把主滑架(17)调整到工作位置后，用手柄(16)锁紧。D.把一齿轮安装在测量滑架的下项尖(14)和立柱(6)的上顶尖(10) 之间，转动手柄(7)带动锁紧块(9)将上顶尖(10)固定在V型块(8)的V型面内的同时，亦紧固标准齿轮。E.与上一步方法类似，将被另一齿轮安装在主滑架的上、下顶尖之间，然后将手柄(5)搬向右边(未安装被测齿轮时手柄不能搬至右边)使测量滑架靠向主滑架，保证标准齿轮和被测齿轮紧密啮合。F.在两齿轮正常啮合的情况下，用手轻微而均匀地转动被测齿轮，在转动一周或一齿的过程中观察百分表的示值变化，该变化量就是一周或一齿内中心距的变动量。在转动一周或一齿过程中百分表示值相对于百分表原始零点的最大、最小值就是中心距变动的上、下极限偏差，二者之差即为被测齿轮的Fi、或fi、值。G.当一个齿轮测量完毕后，将测量滑架控制手柄(5)搬至左边，使标准齿轮和被测齿轮脱开，然后转动手柄(13)在松开锁紧块(9)的同时，带动拨杆(12)转动，通过固定在上顶尖上的托架(11)将上顶尖向上移动(其移动距离根据需要可调)，卸下被测齿轮，更换新的被测齿轮，锁紧上顶尖，将手柄(5)搬至右边，按6中的方法继续进行测量。H.精密测量时，为了准确地固定理论中心距，按(1)式计算M1值，用量块按尺寸M1组合后，放在标准齿轮轴和被测齿轮轴之间，并将量块上下、左右轻微摆动，观察百分表的最小值，依此最小值调整百分表指针与其零线重合。其它操作过程如上所述。 A：两齿轮的理论中心距 d1：标准心轴1直径d2：被标准心轴2直径3）轮齿接触斑点检查为了检查齿轮工作面的接触情况，在标准齿轮的齿面上，均匀而薄薄地涂上一层普鲁示兰(或其它专用涂料)，其厚度为0.006mm0.012mm，然后与被测齿轮啮合，相对转动后，根据其轮齿接触斑点情况，评估被测齿轮的加工质量。5、将所有计算数据填入表4-6：模数m=螺旋角= 旋向:齿数z2=全齿高h=中心距a=滚刀安装角滚刀切深aph=公法线长度变动公差=公法线长度变动误差=(是否合格）径向综合公差=径向综合误差=(是否合格）图4-3 Y38滚齿机传动系统图七、注意事项.实验前必须看懂机床的传动系统图，做好传动链的运动调整计算。.开机前应对各调整环节再进行一次检查校