机械制造技术基础实验指导书_图文

1、机械制造技术基础实验指导书郑广花付宏鸽编刘新宇审北华航天工业学院2008.12目录实验一车刀几何角度测量 (1实验二切削变形 (12实验三车削力的测量 (17实验四 CA6140车床结构及调整 (28实验五典型专用机床夹具结构分析实验 (36实验六机床主轴回转精度的测试 (39实验七机床静刚度的测试 (43实验八加工误差的统计分析 (47实验一车刀几何角度测量一、实验目的1.加深对课堂讲授内容的理解,帮助掌握车刀切削部分的基本概念和基本定义,使之了解以下几方面的内容:(1刀具切削部分的结构。(2刀具切削角度的参考平面。(3刀具标准角度的参考系。(4刀具的标准角度。2.了解车刀量角台的结构(如图

2、1-1所示和使用方法,学会用车刀量角台测量车刀的角度。二、实验仪器及刀具 图1-1 量角台的构造仪器:回转工作台式量角台车刀:外圆车刀、90偏刀或切断刀若干。三、回转工作台式量角台的构造 图1-1所示,回转工作台式量角台主要由底盘1、平台3、立柱7、测量片5、扇形盘6、10等组成。底盘1为圆盘形,在零度线左右方向各有1000角度,用于测量车刀的主偏角和副偏角,通过底盘指针2读出角度值;平台3可绕底盘中心在零刻线左右1000范围内转动; 定位块4可在平台上平行滑动,作为车刀的基准;测量片5,如图1-2所示,有主平面(大平面、底平面、侧平面三个成正交的平面组成,在测量过程中,根据不同的情况可分别用

3、以代表主剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘6上有正副450的刻度,用于测量前角、后角、刃倾角,通过测量片5的指针指出角度值;立柱7上制有螺纹,旋转升降螺母8就可以调整测量片相对车刀的位置。 四、实验内容1.利用车刀量角台分别测量所给车刀的几何角度,要求学生测量:r 、r 、s 、o 、o 、o 、n 、n 、f 、f 、p 、p 等角度;2.记录测得的数据,并计算出刀尖角r 和楔角o ;3.利用公式计算:so n r s r o p r s r f f cos tan tan sin tan cos tan tan cos tan sin tan tan =+=-= 计算出n 、f 、p ,

4、并验证与实际测量的值是否一致,分析误差原因。 五、实验方法1.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,再按几何角度的定义测出几何角度。2.通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合(重合,使指针指出所测的各几何角度。 六、实验步骤1.首先进行测量前的调整:调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针全部指零,使定位块侧面与测量片的大平面垂直,这样就可以认为:(1 测量片的大平面垂直于平台平面,且垂直于平台对称线(即零度线; (2 测量片的底平面平行于平台平面;(3 测量片的侧平面垂直于平台平面,且平行于平台平面对称线(零度线。2 .测量前的准备:把车刀侧面紧靠在定位块的侧面

5、上,使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动,并且可使车刀在定位块的侧面上滑动,这样就形成了一个平面坐标,可以使车刀置于一个比较理想的位置。3.测量车刀的主(副偏角 (1偏角的定义:主刀刃在基面的投影与走刀方向夹角为主偏角r ;副刀刃在基面的投影与走刀反方向的夹角为副偏角r 。(2确定走刀方向:由于规定走刀方向与刀具轴线垂直,在量角台上即垂直于零度线,故可以把测量片大平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向,其图1-3 车刀主偏角的测量与主(副刀刃在基面的投影有一夹角,即为主(副偏角。(3测量方法:如图1-3所示,从零位开始顺时针方向旋转平台,使主刀刃与测量片的大平面贴合,即主刀刃在基面的投影与

6、走刀方向重合,这时平台在底盘上所旋转的角度,也就是底盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值,就是主偏角r的大小;按同样的方法操作,如图1-4所示,从零位逆时针方向旋转平台,使副刀刃与测量片的大平面贴和,即副刀刃在基面的投影与走刀反方向重合,这时平台在底盘上旋转的角度,也就是此时底盘指针所指的刻度值,就是该刀具的副偏角r。图1-4 车刀副偏角的测量4.测量车刀刃倾角(s(1刃倾角的定义:在主切削平面内,主刀刃和基面的夹角为刃倾角s 。(2确定主切削平面:主切削平面是过主刀刃与加工表面相切的平面。在测量车刀的主偏角时,主刀刃与测量片的大平面重合,此时可以把大平面近似地看作主切削平面(实际上只有当s=0时

7、,与加工表面相切的平面才包含主刀刃,而只有这时测量片的大平面才与主切削平面完全重合;当测量片指针指零时,其底平面可看作基面。这样就形成了在主切削平面内,基面(测量片底平面与主刀刃的夹角,即刃倾角。(3测量方法:在上述位置旋转测量片,使底平面(基面与主刀刃重合。如图1-5所示,测量片指针所指刻度值为该车刀的刃倾角s 。 1-5 测量车刀刃倾角5.测量车刀主剖面(也叫正交平面内的前角o和后角o(1前角和后角的定义:前角是指在主剖面内,前刀面与基面的夹角;后角是指在主剖面内后刀面与主切削平面的夹角。(2确定主剖面(正交平面:主剖面是过主刀刃一点,垂直于主刀刃在基面的投影。在测量主偏角时,主刀刃在基面

8、的投影与测量片大平面重合,如果使主刀刃在基面的投影相对于大平面旋转900,则主刀刃在基面的投影与测量片的大平面垂直,这样就可以把大平面看作是主剖面。当测量片指针指零时,底平面就可以看作为基面,侧平面作为主切削平面,这样就形成了在主剖面内基面与前刀面的夹角-前角(o,主切削平面与后刀面的夹角-后角(o。(3测量方法:前角的测量:首先按上述方法确定主剖面,同时使测量片指针指零,如图1-6图1-6 测量车刀前角图1-7 测量车刀后角所示,然后旋转测量片,使其底平面与前刀面重合,测量片指针所指刻度值为该刀具的前角。后角的测量:调整测量片的指针为零,如图1-7所示,使车刀侧面紧贴定位块,并沿平台上的滑槽

9、横向调整它们的位置,使刀刃和测量片的侧平面接触,此时侧平面就可以看作是主切削平面,然后旋转测量片,使侧平面与后刀面重合,测量片指针所指刻度值就是该车刀的后角值。6. 测量车刀的副后角。如图1-8所示,与主后角的测量方法相同,只是测量发生在副切削刃和副后 刀面。按上述相同的方法找出副剖面、副切削平面、调整测量片即可测得副后角。 7. 测量法剖面内的前角n 和后角n(1定义:法前角n 是在法剖面内,前刀面和基面的夹角;法后角n 是在法剖面内,后刀面和主切削平面的夹角。(2确定法剖面:法剖面是通过主切削刃上的一点垂直于主切削刃的平面。而主剖面是垂直于图1-8 测量车刀副后角主刀刃在基面的投影,所以主

10、剖面和法剖面相差一个刃倾角值的大小,即如果使主平面旋转一个刃倾角,则主剖面可以作为法剖面,实现的方法如下:松开缩紧螺母,使大扇形刻度盘旋转刃倾角值的大小,旋转方向则根据所测车刀的刃倾角的正负确定(刃倾角为正,则逆时针旋转;刃倾角为负,则顺时针旋转,旋转后的大平面即可看作法剖面。前已说明,测量片指针指零时,其底平面作为基面,侧平面作为主切削平面,这样就形成法剖面内基面与前刀面的夹角法前角,主切削平面和后刀面的夹角法后角。(3测量方法按上述方法旋转大扇形刻度盘s角度后锁紧,即可用与前述测量主前角和主后角相似的方法(见5(3测量法前角和法后角。8.测量进给剖面内的前角f和后角f(1f、f定义:进给前

11、角f:在进给剖面内,前刀面和基面的夹角;进给后角f:在进给剖面内,后刀面和主切削平面的夹角。(2确定进给剖面:进给剖面平行于进给方向且垂直于基面,当大、小扇形刻度盘、底盘指针刻度为零时,测量片的大平面平行于进给方向且垂直于平台平面(基面,所以此时测量片的大平面就可以看作是进给剖面,底面看作是基面,侧面看作是主切削平面,这样就形成了进给剖面内基面与前刀面的夹角进给前角 f ,主切削平面与后刀面的夹角进给后角 f 。(3测量方法:同5(3。9.测量切深剖面内的前角p和后角p(1p、p定义切深前角p:在切深剖面内,前刀面与基面之间的夹角;切深后角p:在切深剖面内,后刀面与主切削平面之间的夹角;(2确

12、定切深剖面切深剖面平行于切深方向且垂直于基面。在车床上进给方向和切深方向在水平面内相会垂直,所以切深剖面与进给剖面成90关系。若在进给剖面的基础上,使平台旋转90,则测量片的大平面可以看作切深剖面,这样就形成了切深剖面内前刀面和基面的夹角切深前角p,后刀面和主切削平面的夹角切深后角p。(3测量方法:同5(3。七、记录数据并完成实验报告记录测量结果并填入表1-1,然后计算出楔角o 和刀尖角r,填入表中。八、完成实验报告按【附1】中提供的格式和内容要求书写实验报告,并作相应的计算。【附1】:实验报告的内容和格式1.实验名称2.实验目的3.实验设备及仪器4.实验内容和实验步骤5.实验结果及分析1实验

13、测量结果表1-1 车刀几何角度测量结果 表1-2 测量值和计算值对比分析计算公式:so n r s r o p rs r o f cos tan tan sin tan cos tan tan cos tan sin tan tan =+=-= 2总结上述表格中数值对比结果并分析原因:3根据所测得的结果,按照投影关系,绘制刀具图,并在图中注明实验中测得的各个角度。实验二切削变形一、实验目的1.观察切削变形的过程以及所出现的现象。2.掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。3.研究切削速度v、刀具前角o和进给量f等因素对切削变形的影响规律。二、实验装备1.设备:CA6140普通车床2.工具:游

14、标卡尺、工业天平、钢板尺、细铜丝或细漆包线等。3.刀具:硬质合金车刀若干把。4.试件:带轴向断屑槽的棒料。三、实验原理在金属切削过程中,由于塑性变形,使切屑的外形尺寸发生变化,即与切削层尺寸比较,切屑的长度偏短,厚度增加,这种现象称为切屑收缩,如图2-1所示。一般情况下,切屑收缩的大小能反映切削变形的程度,衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示:即= L c / L ch式中变形系数;L切削长度(mm;L c=(D/n-b;c对于本实验:D-棒料直径,槽数n=4;槽宽b=2.5;L切屑长度(mm;ch图2-1切屑收缩示意图本次实验计算变形系数用测量切屑长度法,如图2-2所示,在车床上将试件装在三爪

15、卡盘与尾架顶尖之间,试件轴向开槽并镶嵌钢板,以达到断屑和保护刀尖的目的,调整好机床进行切削,并把得到的切屑收集起来。等实验得到的切屑冷却后,选出标准切屑,用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直,然后用钢板尺测出铜丝相应的长度L 。为提高实验精度,可测35段切屑的长度,然后求出平均值L ch 。变形系数按下式计算: ChCh CL bn D L L -= (1三、实验内容和步骤1.切削速度对切削变形的影响在车床上固定试件,装夹好刀具。 试件材料:20钢,试件直径由现场定; 刀具材料:YT15硬质合金车刀; 刀具参数:r =45 ;r =8 ;s = 0 ;o =10;o =7;r =0.1 mm ; 切削用

16、量: =0.28 mm/r ,a p =2 mm ;改变切削速度;速度取值很关键,必须在实验前进行计算,从低速到高速,可先取:=5;10;20;30;40;60;110 m/min ;然后根据试棒直径,按式D 1000v n =计算出对应的机床转速,并以此调整机床转速进行切削。n = ; ; ; ; ; ; ;r/min ;分别用每一种转速切削一段试棒,停车收集切屑并观察切削颜色(注意安全,防止烫伤,测量切屑的长度,并将结果填入表2-1中。 2.刀具前角对切削变形的影响在车床上固定试件,装夹好刀具; 试件材料:20钢,试件直径由现场定; 刀具材料:YT15硬质合金车刀;表2-1 切削速度对切削

17、变形影响实验数据记录表图2-2 观察和测量车削时切屑收缩示意图 刀具参数:r =450;r =80;s =00;o =70;r =0.1 mm 。 切削用量: =0.28 mm/r,a p =2 mm ,=60 m/min 。 改变车刀前角:o = 0 ;15 ;30。分别用不同前角的车刀分别切削一段试棒,停车收集切屑并观察切削颜色(注意安全,防止烫伤。测量切屑长度,并将结果填入表2-2中。表2-2 刀具前角对切削变形影响实验数据记录表 3.进给量 对切削变形的影响在车床上固定试件,装夹好刀具。试件材料:20钢,试件直径由现场定。刀具材料:YT15硬质合金车刀刀具参数:r =45;r=8;s=

18、0;o =10;o=7;r=0.1 mm。切削用量:a p=2 mm,=60 m/min。改变进给量:=0.2;0.36;0.51;0.66(mm/r。用不同的进给量分别切削一段试棒,停车收集切屑并观察切削颜色(注意安全,防止烫伤。测量切屑长度,并将结果填入表2-3中。表2-3 进给量对切削变形影响实验数据记录表 五、实验数据的处理与实验报告要求将切屑长度测量后取平均值,记录在表2-1、2-2、2-3中,并按(1式计算变形系数。按【附2】中所给的格式和内容要求书写实验报告。【附2】:实验报告的内容和格式1.实验名称:2.实验目的:3.实验设备和用具:4.实验原理:5.实验内容和步骤:其中要有实

19、验各步骤原始材料和数据的记录,填写表2-1、2-2、2-3 6.实验结果和数据处理:并完成表2-1、2-2、2-3相应的计算;按所得数据绘出;o ;曲线。7.实验结果分析:根据绘出的曲线,分析各切削参数(、o 、对切削变形的影响规律。实验三车削力的测量车削力是切削过程中产生的重要物理现象之一,切削力的大小与工件材料和切削因素有关。它直接影响工艺系统的变形,切削温度、刀具磨损及功率消耗。因此精确地测量切削力对于选择理想的切削参数和控制加工质量是非常重要的。一、实验目的1 .了解测力仪的结构和工作原理以及测力系统所使用仪器的工作过程;2 .了解切削参数(v 、f、a p、r、0对切削力的影响规律;

20、3. 根据实验结果,建立切削力的经验公式。二、实验设备及用具1.车床:CA6140;2.测力仪系统:包括测力传感器(即SDC系列测力仪、应变仪(即应变信号放大器、模数转换板(即A/D卡、力数据采集和处理软件FAS-4DE、微型计算机一台;3. 刀具:硬质合金车刀若干把;4. 工具:0-15Omm游标卡尺、定标工具等;5.试件材料:45钢;直径:mm;6.双对数坐标纸三、测力仪系统的组成及使用1.测力仪系统组成本测力系统由测力传感器(即SDC系列测力仪、应变仪(即应变信号放大器;如:YD-21/4,YD28/4等四通道应变仪、模数转换板(即A/D卡、带电缆和插头的连接器、一个三寸软盘(其中装有力

21、数据采集和处理软件FAS-4DE等组成。见图3-1,测力仪上有三或四个插座,三个插座的测力仪用于测量FX、F Y、FZ三个切削或磨削分力,四个插座的测力仪除用于测量三个分力外还可测量钻削扭矩。只测三个分力的测力仪上也常带有第四个插座,但这个插座是不用的。把随测力仪提供的电缆插头与测力仪插座连接,需拧紧插头不能松动;再把电缆另一端的四个连接勾(或叉与应变仪电桥盒(图示连接器1,connector1相接,红色的两个连接勾(或叉与电桥盒1、3号连接柱相接;黑色的两个勾(或叉与电桥盒2、4号连接柱相接;或两者互换也可以。勾、叉与柱的连接也需拧紧,不允许松动。图3-2所示连接器2(connector2即

22、为随A/D卡提供的接口,见图3-2。把应变仪输出电缆的信号线与连接器2对应的输入端螺钉相接;建议FX 对应应变仪第1通道、FY对应应变仪第2通道、FZ对应应变仪第3通道、 图3-2连接器2示意图2.测力仪的使用方法(1硬件连接:将A/D卡插入计算机扩展槽,然后图3-1连接测力仪等仪器。(2在Windows98操作系统下,安装动态数据采集系统FAS-4DEE-2,并启动该系统。(3系统概览启动系统后,将显示图3-3所示主菜单:在该菜单上,除了标准Windows 应用程序的“系统”菜单和“最大化/最小化”按钮外,还有五个菜单项: 图3-3系统界面1“文件”在该菜单中只有“退出”一个菜单项,为用户增

23、加一条退出系统的途径。2“查看”:在该菜单中只有“状态栏”一个菜单项,用于显示或隐藏状态栏。3“数据采集”:在该菜单中包含“采集数据”、“回放数据”及“标定”“数据窗口”。各自的功能分别是用于采集测力仪数据、回放已经采集的数据以及标定测力仪、查阅数据。在进行Data Play(数据回放时,可能利用窗口下Save As 按钮把本次文件中数据存入任何指定的存贮区。4“数据处理”:在该菜单中包含“平均值”、“自相关”、“互相关”和“谱分析”四个功能,分别用于处理已经采集的数据。5“选项”:该功能用于配置测力仪及设置一些参数,如采集点数、测力仪号码、数据存储方式、打印放大倍数等,用来控制数据采集过程。

24、(4标定标定测力仪就是记录采集的电压值与加载在测力仪上的力之间的关系。标定系数的单位是:N/V。因为应变仪提供了1001000的标定功能,所以也可通过标定获得采集的电压值与微应变数之间的对应关系。因为测力仪信号要经过应变仪放大才经由A/D板采集,而应变仪各通道的放大倍数不完全相同,所以为了保证采集的数据的准确性,测力仪在连接好以后要进行标定。标定步骤:1单击“数据采集”菜单中选择“标定”菜单项。将弹出图3-4所示对话框: 图3-4标定测力仪对话框在该对话框左下方的编辑框中设置各分力与A/D卡各通道之间的对应关系;单击左上方的单选按钮选择当前标定的测力仪通道;设置标定过程中将加载的次数以及每次加

25、载的力值(单位为kg。因为可能有多台测力仪,所以为了避免更换测力仪后需要重新标定“新”测力仪,所以可在此对话框中设置测力仪的序号。以后使用测力仪时,只需输入测力仪的序号即可。2设置好后,单击“开始标定”按钮,将弹出图3-5所示标定窗口:屏幕左边较大的一个窗口用来显示当前选定通道的标定曲线。屏幕右边最上方的一个窗口用于显示当前选定通道的标定系数。标定系数要等到标定结束(即最后一次卸载结束时才显示。屏幕右方有三个窗口,靠下方的两个窗口分别显示了标定过程中将加载的次数以及每次加载的值。并显示当前进行的加载状态,以供操作时核对。次数显示的是“第0次加载”。窗口右下方有三个按钮:“加载”、“卸载”和“返

26、回”。 次数达到加载次数时,“加载”按钮将变灰,处于无效状态;而“卸载”按钮将变成有效。5给测力仪卸载,每卸载一次单击一次“卸载”按钮,重复该操作直到达到预先设置的加载次数。在每次单击“卸载”后,标定曲线窗口中都将用蓝色线画出卸载曲线。操作次数达到加载次数时,“卸载”按钮将变灰,处于无效状态。此时“打印”按钮将变为有效。卸载结束后,将在右边第一个窗口中显示标定系数。(5采集数据要启动该功能,单击系统主菜单“数据采集”项中选择“采集数据”。系统将进行采集数据前的准备工作,并弹出一个提示框提示用户等待。准备工作结束,提示框将消失,系统弹出图3-6所示对话框,该对话框左边有五个列表框:“文件名”用于

27、输入存储数据的文件的名称。文件名遵循DOS命名规则,最长为八个字符。如果不输入文件名,系统在保存数据时将用当前日期和时间的组合作为文件名。例如:如果现在是11月15日下午2时52分,那么缺省文件名为11151452。因为同一年中日期和时间的组合不会重合,所以能保证缺省文件名的唯一性。如果用户输入的文件名已经存在,系统将通过图9所示提示框提示用户,并要求重新输入文件名。 图3-6采集数据设置对话框“采集频率”用于选择采集频率。用户也可直接输入采集频率,采集频率的范围2-8K,如果输入的频率值不在此范围之内,系统将弹出图10所示提示框提示用户,并要求重新输入采集频率。“最大电压值”和“中断号”的设

28、置与使用的A/D板有关,最大显示电压为A/D量程为-5到+5伏,则最大显示电压为5,定时中断号为A/D上定时中断的跳线设置。“测力仪号”用于选择测力仪。选择好后将调入相应的通道设置和有关参数。对话框中靠右边有两组复选框:“采集”:用于用户选择使用的通道,各项前方框中的表示选中了该通道。在某顶上单击鼠标可选中或禁用该项。“显示”:用于选择在采集过程中显示哪些通道的信息,选择方法同“采集”的选择。“方向/通道”:指出了A/D各通道与测力仪各通道的对应关系。“设为默认值”按钮将上述列表框和复选框的选择设置成默认值。设置好各项选择后,单击“开始采集”,开始采集过程。计算机屏幕主窗口中显示了各通道的数据

29、波形。在左下方的小窗口中显示了已经采集的点数。要停止采集过程,请单击“停止采集”按钮。停止采集后,将返回到图3-6所示对话框,此时可开始新的一次采集或退出数据采集功能。要退出数据采集功能,请单击“退出”按钮。(6数据回放要启动该功能,单击系统主菜单“数据采集”项中“数据回放”选项,弹出如图3-7所示的对话框。该功能用于回放已经采集的数据,便于直观分析。 图3-7数据回放对话框四、实验内容1.改变走刀量f = 0.1;0.2;0.3;0.4lmm/r;用每个走刀量分别切削一段金属,切削力从测力仪读出,将测量结果记录到表3-1。2.改变切削深度a p = 0.5;1;1.5;2 mm;用每个切削深

30、度分别切削一段金属,切削力从测力仪读出,将测量结果填入表3-2。表3-1进给量对切削力的影响 表3-2 切削深度对切削力的影响 3.改变前角0 = 0;15;30;用几把前角不同的车刀分别切削一段金属,切削力从测力仪读出,将测量结果填入表3-3。表3-3 刀具前角对切削力的影响 4.改变主偏角:r =45;60;75;90用几把主偏角不同的车刀分别切削一段金属,切削力从测力仪读出,将测量结果填入表3-4。表3-4 刀具主偏角对切削力的影响 5. 改变切削速度v = 3;20;30;40;60;100mm/min ;计算对应主轴转速: 1000v n = ; ; ; ; ;用上述切削速度分别切削

31、一段金属,切削力从测力仪读出,记录测量结果并填入表3-5。表3-5 切削速度对切削力的影响 五、数据处理根据记录的数据绘出Fz- f 、Fz- a p 、Fz-0 、Fz- v 关系曲线,分析并总结f 、a p 、0 、v 对Fz 的影响规律,对比并解释原因。 建立切削力F Z 的经验公式,方法如下:根据实验得到的f-Fz 、a p Fz 两组值,可在双对数坐标中连成两条直线图形,如图3-8所示,直线图形的对数方程为:p F a Z a x C F Z p lg lg lg +=f y C F Z F f Z lg lg lg +=上面两式可以写成:Z F p xp a Z a C F = (

32、1 Z F y f Z fC F = . . (2式中Z F x 、Z F y 分别为ap 和f 对切削力的影响指数。 综合(1、(2式,的Fz 的经验公式:ZF Z F Z y xp F Z fa C F = . . (3式(1、(2、(3中的Z F x 、Z F y 分别为F a p 、Fz f 直线图形中的斜率,可以通过测量倾角后计算出来;p a C 、f C 分别为F a p 、Fz f 直线图形中的截矩,可从图中量取;Z F C 是由(1(3和(2(3式关联求得的系数值。六、实验报告要求 1.简要叙述实验过程; 2.要有原始数据记录;3.要有数据处理内容及分析结论;4.实验报告按统一

33、格式填写按【附3】中所给的格式和内容要求书写实验报告。图3-8 双对数坐标中的直线图形附3:实验报告内容和格式1.实验名称:2.实验目的:3.实验设备和用具:4.实验系统工作原理:5.实验内容和步骤:其中要有实验各步骤原始材料和数据的记录6.实验结果和数据处理:1在实验报告中填写表3-1、3-2、3-3、3-4、3-5;2画出f Fz;ap Fz;o Fz;kr Fz ;vFz关系曲线、分析个参数对切削力的影响规律。3在双对数坐标中画出f Fz;ap Fz直线图形,并按前述方法得出经验公式。实验四:CA6140车床结构及调整实验一、实验目的1.了解CA6140普通车床的功用,掌握主传动和进给系

34、统传动路线;2.了解机床主运动及进给运动的操纵机构及其操作方法;3.了解机床主要部件及典型结构、工作原理。二、实验设备1.CA6140型普通车床(1机床的功用及主要技术性能CA6140型普通车床是一种通用性很好的典型机床,它除用作车内外圆柱及圆锥表面、车端面、切槽、切断外,还可车削公制、英制、模数、径节等四种制式螺纹。如在尾座锥孔内安装钻头或铰刀,还可以进行钻孔及铰孔。CA6140型普通车床主要技术性能如下:床身上最大工件回转直径400 (mm最大工件长度(四种规格750(mm最大车削长度(四种规格650(mm刀架上最大工件回转直径210(mm主轴中心高205(mm主轴内孔直径52 (mm主轴

35、内孔前端锥度莫氏6号主轴转速范围:正转(24级101400 r/min反转(12级141500 r/min进给量范围:纵向(64种0.0286.33 mm/r横向(64种0.0143.16 mm/r刀架快速移动速度:纵向 4.9 m/min横向 2.45 m/min加工螺纹范围:公制螺纹(44种1192mm英制螺纹(20种224牙/in模数螺纹(39种0.2548 mm径节螺纹(37种196牙/in 主电机7.5kw,1450 r/min溜板快速移动电机250w ,1360 r/min机床传动系统图见下图。 (2机床主要部件与典型机构1主轴变速箱主轴箱展开图见图4.1。图4.1 CA6140型

36、卧式车床主轴箱展开图1-带轮;2-花键套;3-法兰;4-主轴箱体;5-双联空套齿轮;6-空套齿轮;7、33-双联滑移齿轮;8-半圆环;9、10、13、14、28-固定齿轮;11、25-隔套;12-三联滑移齿轮;15-双联固定齿轮;16、17-斜齿轮;18-双向推力角接触球轴承;19-盖板;20-轴承压盖;21-调整螺钉;22、29-双列圆柱滚子轴承;23、26、30-螺母;24、32-轴承端盖;27-圆柱滚子轴承;31-套筒皮带轮卸荷装置主轴箱中轴I上皮带轮并不直接固定在该轴上,而是通过两个滚珠轴承装在与箱体固定在一起的法兰盘上,这样皮带对皮带轮的径向拉力可通过轴承、法兰盘、螺钉传到箱体上,从

37、而减轻轴I由于皮带拉力而引起的弯曲变形,提高I轴的使用寿命,这种结构称为卸荷装置。主轴正、反转及制动装置见图4.2,轴I上的双向摩擦离合器是控制主轴正、反转和停车的,图4.2a 所示为摩擦离合器的左面部分,内摩擦片3与轴I靠花键联接,外摩擦片2空套在轴I上,拉杆7的左、右移动推动销5左、右两边的内、外摩擦片压紧,则内摩擦片通过摩擦力带动外摩擦片转动,再利用外摩擦片外圈上的四个凸起拨动相应的齿轮转动,使主轴实现正、反转。拉杆7的运动是由手柄18操纵的,当手柄18运动时,扇形齿轮17转动,驱动齿条上的拨叉23带动滑套12移动,元宝块杠杆6的支点固定在轴I上,当滑套12移动时压下它的一端,其尾部推动

38、拉杆7,使它产生轴向移动,即可使左侧(正转或右侧(反转的摩擦片起作用。当离合器在中间位置时,杠杆14作逆时针方向摆动,将制动带15压紧在制动盘16上,使轴和主轴迅速停止转动。主轴部件主轴部件由主轴、主轴支承和安装在主轴上的传动件、密封件等组成,见4.1。CA6140的主轴为空心阶梯轴,其内孔可用于装夹长棒料和装卸顶尖,主轴前端的莫氏6号锥孔用于安装前顶尖,拨盘和卡盘,固定采用短法兰盘式结构。由于机床所受切削力主要作用在主轴上,所以对主轴的强度要求比较高,主轴的直径较粗。安装在它上面的齿轮的模数大,强度高,且采用了一对斜齿轮传动以提高机床在低速重载情况下的工作能力。为了提高主轴的旋转精度和刚度,

39、主轴采用前后支承为主、中间支承为辅的支承方式,前支承由两个轴承组成:右端是一个双列向心短圆柱滚子轴承,用于承受径向力。左端是一个双向推力角接触球轴承,用于承受两个方向的轴向力。后支承采用双列向心短圆柱滚子轴承。中间支承是一个单列向心短圆柱滚子轴承。前支承轴承间隙调整及预加载荷方法如下:松开前端螺母23(M1151.5,拧动前支承左端带紧定螺钉的调整螺母26(M1001.5,使右端滚柱轴承的内锥环沿主轴的锥形轴颈向右移动,内环的直径由于弹性变形而增大,因而消除了滚柱与内外环间的径向间隙,拧紧前端螺母23,稍微松动调整螺母26,最后拧紧26的紧定螺钉。主轴变速操纵机构主轴变速包括两个部分:第一部分

40、是轴II和轴III上滑动齿轮的操纵机构:见4.3,轴II和轴III上滑动齿轮是由一个手柄5搡纵的,它每转60就可变换图4.2 双向摩擦离合器、制动器及其操纵结构盘形凸轮3和曲柄2转动。凸轮3上有一条封闭曲线槽,它由两段不同半径的圆弧槽和两段过渡曲线槽组成,杠杆6一端的销钉插入这个槽中,当轴4转动时,盘形凸轮3可推动销钉摆动,从而带动杠杆6另一端拨动轴II 上的双联滑动齿轮块A 换位,由于凸轮3有两段不同直径的曲线槽,所以齿轮A 有两种不同的位置;与此同时,轴4上的曲柄2通过拨叉1拨动轴III 上的三联滑动齿轮B 换位,可依次和II 轴上的三个固定齿轮啮合。A 、B 两齿轮块六种位置的组合,使手

41、柄每转60得到一种不同的传动比,即改变了一次主轴转速。第二部分是轴和轴上滑动齿轮的操纵机构:见图 4.4,此机构的操纵手柄与轴II 、轴III 上的滑动齿轮操纵手柄处于同一轴心线上。轴上的两个双联滑移齿轮和轴上的滑动齿轮Z50均由这一手柄操纵。由传动系统分析可知,轴上的两个双联滑移齿轮只需三种位置的组合。主轴上的滑动齿轮Z50也应有左、中、右三种位置。 从图4.4中可见,连杆4右端固定的滚销插在盘形凸轮2的槽内,连杆4左端与杠杆5铰接,当通过手柄转动轴1时,带动轴9转动,固定在其上的两个盘形凸轮2和6也随之转动,凸轮2推动连杆4水平移动,使杠杆5摆动,根据凸轮2的曲线槽的形状使轴上的滑动齿轮Z

42、50获得左、中、右三种不同位置。凸轮6也利用一定形状的槽推动杠杆7、8摆动,分别拨动两个双联滑动齿轮换位,并使其只有三种不同组合。进给机构中的其它部件及工作原理参见教材或其它书籍,此处不再赘述。 三、实验内容和实验步骤1.闭合电源开关,闭合机床总开关,启动电动机,操纵离合器,使主轴启动,停止、反向熟悉离合器操纵手柄的使用;2.接通丝杠、加工螺纹传动链接通,掌握加工螺纹时机床的调整方法,调整机床,使其加工螺距t=3mm,旋向为左旋.t=24mm,旋向为右旋;3.接通光杠,熟悉机动进给手柄的操作方法。观察搬动手柄时的操作方法,观察搬动手柄时刀架部件的运动状态。操纵快速电机,使刀架快速移动;4.断开

43、机床总开关和电源开关,打开主轴箱,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;5.观察离合器、制动器及其操纵,观察离合器与制动器怎样实现互锁;6.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?7.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。8.观察主轴组件;9.掌握主轴的变速方法;10.讨论如何在车床上加工有锥度的轴类零件及长丝杠;11.对上述操作和观察进行总结。四、注意事项1.上课前要认真阅读实验指导书;2.实验中要积极思考,认真观察;3.未经许可不可开动机床;4

44、.机床开动时要远离机床运动部件,以免发生危险。机床主轴箱打开后,不要用手去摸齿轮、离合器等,不要将杂物掉进主轴箱里,以免损坏设备;5.机床开动前要对机床按要求进行润滑,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。五、实验总结1.总结实验收获和认识2.完成下面思考题1离合器为什么要放在I轴上?制动器为什么放在IV轴上?2欲以手轻快转动主轴,主轴箱中各滑移齿轮及离合器应放在什么位置上?用手转动主轴并带动轴I转动时,齿轮及离合器放在什么位置最省力?3制动器、离合器为什么要互锁?4机床上为什么既要设置丝杠,还要设置光杠?实验五典型专用机床夹具结构分析实验一、实验目的1.认识专用

45、机床夹具的种类和典型结构;2.熟悉各类专用夹具中采用的定位元件、夹紧装置、对到导引装置以及各部分的连接情况;3.认识各类机床夹具的在机床上的定位安装或找正方法。二、实验用具1.车床、钻床、铣床和镗床专用夹具各一套(包括相应的零件实物或零件图和工序图2.各类典型定位元件实物或辅助挂图一套;3. 常用的拆卸工具一套。三、实验内容结合实物了解夹具分类和典型夹具的特点,掌握典型定位元件的结构特点和应用场合。(1车床类夹具这类夹具一般安装在机床主轴上,所以它的安装部分的结构应与所在机床的主轴端部结构相对应;夹具工作时应和工件同时旋转,所以设计时要考虑夹具动平衡问题,并尽量减少悬臂伸出的长度和整体重量。车

46、床类夹具通常分为心轴式,圆盘式、花盘角铁式等几种。(2铣床类夹具这类夹具一般固定在工作台上,随工作作纵向、横向或回转进给运动。由于铣削加工切削力大,又有波动,要求夹具必须有足够的刚度、强度和可靠性,在工作台上的安装应牢固。因此,设计铣床夹具时要考虑夹具与机床的连接和安装方法,一般是在夹具体下面安装两个定向键与工作台T形槽配合(图5-1所示,作定位兼承受力的作用;也可以在夹具体一侧加工找正基面,在安装时用它来找正。从夹具实物上找出定位键并分析安装的位置和间距。另外,为了快速对刀,有些夹具体上还固定对刀装置。(3钻镗类夹具用于钻床上钻、扩、铰孔等工序的夹具称为钻床夹具(钻 图5-1 定向键与夹具体

47、和机床工作台连接情况模;用在镗床上镗孔的夹具称为镗床夹具(镗模。它们的作用主要是导引刀具并保证被加工孔的位置,所以,这类夹具上都有引导刀具的导套,导套的结构都已标准化,可从手册中查到。另外,这类夹具一般都固定在机床工作台上不动,由刀具进给,当然,镗床上有时也由工作台带着夹具和工件进给,而刀具仅作旋转运动。钻床夹具的固定一般较为简单,用螺栓和压板压紧即可,而镗床夹具的固定方式与铣床夹具相似。除了上述介绍的专用夹具外,在生产中有时还用到组合夹具,以避免由于停产造成的浪费。组合夹具是由一系列标准件组合在一起装配而成的,其原理类似于“搭积木”。使用时根据工件形状和工序要求“拼凑”而成,夹具用完后即可拆

48、开,经过清洗、油封后存放起来,需要时再重新组装。组合夹具的元件可作多种用途,反复使用,避免了大量的浪费,同时使夹具灵活多变,适应性强。成组夹具是以成组技术为基础,依据“物以类聚”的基本思想,即相似的零件必有相似的工艺过程,相似的加工工序可以采用近似的工件装夹方式。零件分组后,根据每组零件的相似性设计可调整的夹具,即为成组夹具。成组夹具的通用性不及组合夹具,但对于组内零件,成组夹具只需进行小的结构或位置的调整,不必重新设计和制造、组装,节省了大量的生产准备时间,所以通用性又好于专用夹具。总之,一般专用夹具都是有下面几部分组成:定位元件、夹紧装置、对刀或导引元件、分度装置以及夹具体和其他一些起连接

49、作用的键块和螺钉、螺母等。四、实验步骤1.由老师结合现场实物讲解2.由老师指定,挑选现场的典型夹具进行分析,分析的内容和思路如下:1根据零件的被加工表面的加工性质,确定夹具的类型;2分析要保证加工表面的精度,要限制那些自由度;3分析工件上定位基准的选择方案,并考虑是否合理;4找出给定夹具上的定位元件,并考虑结构及布局是否合理,有无欠定位或过定位的情况;5找出给定夹具上采用的夹紧方案,分析夹紧点的布置和施力方向是否恰当、夹紧过程是否迅速、夹紧后能否自锁,安全可靠;6找出夹具上的对刀或导引元件,分析对刀导引方案是否方便、有效;7分析夹具的整体形式及各部分的布局是否合理,查看各部分之间的连接形式和特

50、点;8找出夹具与机床的联结元件,分析夹具在机床上的定位夹紧方式;9分析夹具整体及各部分的结构工艺性。3.由指导教师对学生的分析进行总结五、注意事项1.上课前要阅读实验指导书;2.不要乱动实验室内与本次实验无关的其它工具和物品;3.实验完成后,拆开的夹具必须要重新组装,防止零件丢失或造成混乱;4.搬动夹具时要注意安全,防止砸伤手脚、地面或其它物品;5.夹具翻动时要轻,防止损伤实验台的桌面;6.所用的工具最后由组长清查后放到老师指定的地方。六、实验总结写一份实验总结(收获和体会等,并完成下面复习思考题:1.什么叫安装?什么叫定位、夹紧?2.如何确定工件定位时应限制的自由度数目?3.什么是欠定位、过

51、定位?它们对加工精度的保证有何影响?4.在铣床夹具上一定要设置对刀块吗?如果没有,应如何对刀?5.车床夹具为什么要特别考虑平衡问题?你所见到的夹具采用的什么方法达到径向基本平衡?实验六机床主轴回转精度的测试一、实验目的1、了解主轴回转精度的测试原理和方法;2、初步掌握各种测试仪器的使用方法;3、学会实验结果的基本分析方法,了解机床主轴的回转误差对零件精度的影响。二、实验仪器及设备1、DB1型电容传感器2个2、DWS型超精密振动位移测量仪2台3、SR2型四踪示波器1台4、ED4710型XY记录仪1台5、回转误差测试原件1个6、CA6140车床1台7、磁力表架2个8、杠杆千分表1套9、塞尺1个三、

52、实验原理 图1-1 实验原理图1.基准圆球2.电容传感器3.摇摆杆4.调整螺钉5.调整球6.固定心轴主轴回转精度的测试装置如图1-1所示,基准球(件1用胶粘接在摇摆杆(件3上,以调整球(件5为轴节,调整螺钉(件4与心轴(件6固紧。然后用三爪卡盘把心轴夹紧在机床(CA6140主轴上,把杠杆千分表安装在千分表架上,使杠杆千分表触头与基准球接触,调整螺钉,使基准球的回转轴与机床主轴的回转轴心重合。在测量中为了便于分析,基准圆球的轴心O与主轴的回转轴心略有一偏心(一般为510m 。件2为互成90安装的两个电容式位移传感器,这种传感器为非接触式,与基准圆球间保持一定的间隙。一般多用与高速回转主轴精度的测

53、量中。主轴回转时,由于基准圆球与主轴回转轴心的偏心e 引起主轴轴心漂移,使基准圆球和两传感器之间的间隙发生微小改变,由于间隙的改变而引起电容C 的改变(因=4S C S 极板面积,间隙值即 传感器输出一信号,经放大器放大后分别输入到示波器的X 、Y 轴或输入X Y 记录仪的X 、Y 轴。现假设基准圆球的不圆度为零,如主轴回转没有漂移,由于偏心e 的影响两传感器分别输出一正弦信号和一余弦信号。输入到示波器或记录仪上得到一个正圆,其半径值为基准圆球在主轴上的安装偏心e (通过调整螺钉可得如主轴回转存在轴心漂移,即有径向误差,则误差信号输出叠加在正圆上,如图1-2所示,这时传感器输出信号为:sin(

54、sin cos(cos +=+=t t e Y t t e X式中:为主轴转速;为主轴回转误差矢量与基准圆球偏心矢量e 的夹角。主轴回转误差值的大小可用上述曲线圆图形来确定。一般是记录下足够的曲线圆(用X Y 记录仪在坐标纸上记录,然后用两个半径差为最小的同心圆内外包容所得图形。主轴回转误差即可用此两同心圆的半径差r 来衡量。 图1-2 传感器输出信号四、实验步骤将心轴用弹性夹爪夹紧在CA6140的主轴上,然后把杠杆千分表安装在千分表架上,使千分表触头与基准球接触,调整螺钉,使千分表的摆动范围在510m内,(不考虑基准球误差,即为基准球相对于主轴回转轴心的偏值e。1、将电极装在传感器上,并把传

55、感器与移动测量仪连接,接上电源对空调零,然后用磁性表架把传感器固定在机床上并调整传感器的微调,使传感器电极与基准圆球的间隙值为0.12mm(用塞尺测量,再调整位移测量仪的零点和满度值,并使其符合仪器说明书的要求。2、接通示波器、XY记录仪、振动位移测量仪的电源,并打开开关预热。3、对示波器进行标定。把两台位移测量仪的输入信号分别输入到示波器的X、Y轴,打开位移测量仪的标准信号开关,则输出一个标准信号输入到示波器,调整示波器的X、Y轴增益到一合适值。可通过位移测量仪的标准值和示波器上扫描距离求出每格所代表的位移值,这样就可通过示波器观察主轴回转径向误差情况。4、接通机床电源,启动机床并对传感器和基准球的间隙进行适当的调整至仪器的使用要求。通过示波器或XY记录仪得到主轴回转误差图形。5、改变主轴转速,观察不同转速时的图形,并用XY记录仪记录图形。五、实验数据分析处理由于回转误差运动的随机性,每周的误差运动曲线并不重合,因而得到一组误差运动曲线。其整体称为总误差运动圆图象。对回转误差运动圆图像的数值评定,通