《机械制造技术基础》实验教学指导书 - 副本.doc

机械制造技术基础实验教学指导书实验二 六点定位及夹紧装置一、实验目的1巩固六点定位原理概念，以及完全定位、不完全定位，欠定位、过定位的区别和使用 方法等；2熟悉典型定位方式和定位元件，掌握典型夹紧机构的作用原理和特点；3使学生掌握各类机床夹具的结构、原理和特点；了解现代机床夹具的发展。二、实验仪器设备夹具和定位元件展示柜一组三、实验原理（一）六点定位原理工件在夹具中的定位，就是要使工件在夹具中占据正确的加工位置，这可以通过布置定位支承点限制工件相应的自由度获得。任何一个工件 （刚体）在空间直角坐标系中都具有六个自由度，见图1-1。以， ，分别表示沿三个坐标轴的轴向移动（或称移动自由度），以，分别表示绕三个坐标轴的转动（或称为转动自由度）。由此可见，要使工件在夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过合理的布置定位元件限制工件的六个自由度。在XY平面 （A面）上布置三个支承钉，把工件放在三个支承钉上，就可限制工件的三个自由度, ,；在YZ平面上(B面)上布置两个支承钉，使工件靠在两个支承钉上，就可限制, ；在XZ平面(C面)上布置一个支承钉，使工件靠在这个支承钉上，又可限制工件一个自由度 。通过工件与六个支承点接触，限制其六个自由度。图2-1 刚体在空间的六个自由度完全定位和不完全定位：工件定位时，其六个自由度全部被限制的定位称为完全定位如果工件根据加工要求只需要限制其部分自由度，虽然工件在空间不占有一个完全确定的位置，但不影响该工序加工要求时称为不完全定位。欠定位：工件实际定位所限制的自由度数目，少于按该工序加工加工要求必须限制的自由度数目称为欠定位。过定位：工件定位时，如果出现两个或两个以上的定位支承点重复限制工件上的同一个自由度则称为过定位。（二）偏心夹紧机构原理偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件。偏心夹紧的夹紧力可用下式计算： 其中：W夹紧力 （N）； Q手柄上动力（N）； L动力力臂（mm）； 转动中心到作用点P间距离（mm； 夹紧楔角（）。 转轴处的摩擦角（）偏心夹紧机构的优点是结构简单，操作方便，动作迅速。其缺点是自锁性能差，夹紧行程和增力比小。 图2-2 偏心夹紧夹具1扳手 2夹具体 3套 4工件 5拉杆 6偏心轮 7手柄 8板手9杆 10销 11偏心轮 12垫块 (三)螺旋夹紧机构原理螺旋可以视为绕在圆柱体上的斜楔，所以螺旋夹紧力的计算公式：其中：F单个螺旋夹紧时产生的夹紧力(N)；Q原始作用力；L作用力臂(mm)；r螺旋副的当量摩擦半径(mm)，其值视螺旋副的结构形式而定；螺杆端部与工件键的摩擦角（）；螺纹中径之半（mm）；螺纹升角（）；螺旋副的当量摩擦角（），=arctan(tan/cos),式中为螺旋副的摩擦角（），为螺纹牙型半角（）。螺旋夹紧机构结构简单，易于制动，增力比大，自锁性好，是手动夹紧中应用最广泛的一种夹紧机构；缺点是动作较慢。 图2-3 螺旋夹紧图1 工件 2定位销轴 3挡销 4定位套 5分度定位销 6手钮 7手柄8衬套 9开口垫圈 10螺母 11转盘 12钻模套 13夹具体（四）斜楔夹紧机构斜楔夹紧机构主要是利用其斜面移动时所产生的压力夹紧工件。斜楔夹紧机构工作原理是：将工件装入，敲击斜楔大头，夹紧工件；加工完毕，敲击斜楔小头，使工件松开。生产中很少单独使用斜楔夹紧机构，常与与其他机构组合使用。 图2-4 斜楔夹紧图四、实验内容与步骤1、按照定位元件和夹具陈列展示柜所展示的零部件顺序，由浅入深、由简单到复杂进行参观认知，指导教师做简要讲解。2、在听取指导教师讲解的基础上，分组（5人一组）仔细观察和讨论各种典型定位元件特点，以及各种典型夹紧机构的结构和工作原理。五、实验注意事项1实验时没有指导教师的允许不得擅自拿出展示柜中的仪器零件。六、实验报告要求实验报告应包含以下内容：一、实验目的二、实验仪器设备记录实验时所使用的仪器、设备（名称、规格）三、画出一种典型夹紧机构的夹紧图，并分别指出定位、夹紧和夹具体三部分。四、思考题1.常用的定位元件有哪些？2.较不完全定位和欠定位的区别？3偏心夹紧夹具和螺旋夹紧夹具的工作原理各是什么？实验三 加工误差统计分析一、实验目的通过检测工件尺寸、计算，画出直方图，分析误差性质，学习加工误差统计分析法的基本理论，掌握分布曲线图的作法，学会计算分布曲线参数和工艺能力评价，学会分布曲线图的分析并能提出解决加工误差问题的措施。二、实验仪器设备千分尺、工件若干三、实验原理在机械加工中应用数理统计方法对加工误差（或其他质量指标）进行分析，是进行过程控制的一种有效方法，也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性，对测量数据进行处理，作出分布图，据此工序能力进行识别和判断，进而对加工误差作出综合分析。（一）直方图和分布曲线绘制1.初选分组数K一般应根据样本容量来选择，参见表3-1。表3-1 分组数K的选定n2540406060100100100160160250k6781011122.确定组距找出样本数据的最大值Ximax和最小值Ximin，并按下式计算组距：选取与计算的d值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距。3.确定分组数4.确定组界 各组组界为：（j=1，2，k）5.统计各组频数ni（即落在各组组界范围内的样件个数）6.画直方图以样本数据值为横坐标，标出各组组界；以各组频数 为纵坐标，画出直方图。7.画分布曲线将各矩形顶端的中心点连成曲线，就可以出一条中间凸起两边逐渐低的频率分布曲线。画分布曲线时，注意使分布曲线与直方图协调一致。若研究的质量指标是尺寸误差，且工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若研究的质量指标是形位误差或其他，则应根据实际情况确定其分布曲线。8.画公差带在横轴下方画出公差带，以便与分布曲线相比较。（二）分布曲线参数计算及工艺能力评价实际分布曲线能表示加工尺寸的分布规律，但不能进行具体计算，因为曲线方程不知。所以在用统计分析法研究加工误差问题时，常常应用数理统计学中的一些理论分布曲线来近似代替实际分布曲线，以使分析问题的方法简化。其中应用最广的便是“正态分布曲线”1. 分布曲线参数计算。平均值得计算公式为：式中:xi第i个样件的测量值； n样本容量。标准差的计算公式为： 、是曲线的两个特性参数。确定零件尺寸分散范围中心的位置，即确定曲线位置。表示零件尺寸分散范围的大小，即决定曲线形状。2. 评价工艺能力若零件加工公差带为T，则工艺能力系数为： 根据工艺能力系数大小，可将工艺能力分为5级，见表3-2。 表3-2 工艺系数等级工艺等级 特级 一级 二级 三级 四级 CpCp1.671.67Cp1.331.33Cp1.001.00Cp0.670.67Cp能力判断很充分 充分不够充分明显不足非常不足 对于 Cp 1 的工艺应采取措施，提高工艺能力系数，以保证产品的加工质量。(三)分布曲线图的观察分析 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。观察分析分布曲线图时，应着眼于图形的整个形状，常见的有以下几种图形：1、锯齿形：此种情况多因测量方法或读数有问题，也可能是数据分组不当引起的。2、 对称形：分布曲线图以中间为顶峰，左右基本对称分布，正常状况大多数是这样分布。3、 左偏/右偏形：曲线图的顶峰偏向一侧，有时象端跳、径跳等形位误差的分布。也可能因加工习惯造成这样分布，如试切法的孔加工直径往往偏小，而轴加工直径又往往偏大。4、 孤岛形： 在远离主分部中心地方又出现小的分布群，这表示有某种异常情况，如加工条件有变动等。5、 双峰形： 这种情况是两批不同的分部混在一起所致。6、平顶形： 这往往是由于生产过程中某种缓慢的变动倾向在起作用所造成，如工具的磨损或操作者的疲劳等。六、实验报告要求实验报告应包含以下内容：一、实验目的二、实验仪器设