新大机械制造技术基础实验指导

PAGEPAGE2新疆大学机械工程学院机械自动化教研室早热木·依玛木PAGEPAGEi目录实验一CA6140车床结构剖析及操作实验实验二数控车床整机及主要部件结构认识及操作实验实验三车削加工以及车刀选择实验四数控车床车刀切削加工实验实验五数控钻铣床平面铣刀切削实验实验六典型机床夹具结构以及定位、夹紧实验实验七机械加工工艺系统刚度的测定实验八加工误差的统计分析实验报告部分PAGEPAGE23绪论目前市场急需应用性技术人才，特别是现代化数控加工制造企业，尤其注重人才的实际动手操作技能。机械自动化教研室拥有金属切削加工实验室，数控加工实验室，拥有10台数控加工设备。通过在本实验室的系列实验能使学生，熟悉先进的硬质合金刀具的切削性能，掌握刀具应用方法。在制定机械加工工艺规程时，能够正确选择刀具，切削用量。正确安装调试刀具，学习如何设计专用机床夹具。培养学生初步解决切削加工有关的工艺问题的能力。“机械制造技术基础”是机电一体化等专业的主要专业课程。课程主要涉及传统课程体系中“金属切削机床”、“切削原理”、“机械制造工艺学”，“机床夹具”等课程内容。本指导书为配合“机械制造技术基础”课程中“金属切削机床”、“切削原理”、“机床夹具”以及“制造工艺”实验部分而编写。“切削原理”部分包括三个实验，“金属切削机床”部分包括两个实验，“机床夹具”部分一个实验。而“机械制造工艺学”部分为两个实验。共计八个实验。实验指导教师应按本指导书要求，准备实验机床等有关设备和工具，并按要求展示结构。学生进行实验前，一定要仔细阅读本实验指导书，实验中进行详细记录，认真填写实验报告，并按时上交实验报告。实验一CA6140车床结构剖析及操作实验一、实验目的1、了解卧式车床的用途、总体布局，以及主要技术性能。2、分析卧式车床的传动原理和路线。3、了解和掌握卧式车床主要零部件的构造和工作原理。二、实验内容由指导教师以CA6140为例，介绍卧式车床的用途、布局、各操纵手柄的作用及其操作方法。然后开车空载运转表演，以观察机床各部件的运动。揭开主轴箱盖，根据CA6140卧式车床的传动系统图和主轴箱展开图，看清实现主轴各级转速传动路线及有关传动件的构造。(1)看懂标牌上符号的意义，明确主轴箱各操纵手柄的作用。(2)了解主传动系统的传动路线，主轴的正转、反转、高速、低速的各条传动路线是如何调整实现的。(3)结合现教图l—1了解摩擦离合器的结构原理及其调整原理和操纵动作的过程，摩擦离合器与制动器的操纵动作的配合关系。(4)操纵有关手柄使Ⅱ—Ⅲ轴上两个滑移齿轮移动，操纵有关手柄使Ⅳ轴上的两个滑移齿轮及Ⅵ轴上的一个滑移齿轮移动，注意它们的动作过程和啮合位置。(5)结合现教图1—2观察主轴前轴承、后轴承、中轴承和轴上齿轮离合器的构造，了解前后轴承的作用及调整间隙的方法。(6)观察卸荷带轮的结构，掌握其原理。(7)了解主轴箱的润滑系统及各传动件的润滑部位。挂轮架：了解挂轮架的用途、构造及调整方法。进给箱：结合进给箱展开图及传动系统图及操纵机构原理图，观察基本组、增倍组的结构及其操纵机构，螺纹种类移换机构，以及选择光杠、丝杠传动的操纵机构等。溜板箱：了解纵向、横向的机动进给及快速移动的操纵机构。丝杠、光杠进给的互锁机构、对开螺母机构。结合现教图1—3了解超越离合器及过载保险装置。刀架：刀架组件由床鞍、横刀架、转盘、小刀架及方刀架五部分组成。通过了解这些部件的结构，分析其工作原理。尾架观察尾架的构造。了解尾架套筒的夹紧方法，尾架套筒与机床主轴中心线同轴度的调整方法。床身：了解床身的整体结构，床身导轨的组合方式与用途。本实验的重点：车床传动系统电动机输出动力经皮带轮的传动传给主轴箱，变换箱外手柄的位置可使主轴得到各种不同的转速。主轴通过卡盘带动工件做旋转运动。此外主轴的旋转通过挂轮箱、进给箱、丝杠或光杠、溜板箱的传动，使拖板带动装在刀架上的刀具沿床身导轨做直线走刀运动。如图：通过学习和实践，加深对车床结构、传动系统理解，提高同学实际操作技能，为今后工作打下坚实的基础。思考题:1、摩擦离合器的工作原理是什么?操纵摩擦离合器，完成主轴正转和反转，通过什么环节保持离合器的自锁?2、CA6140车床主轴支承有何特点?其轴承间隙调整的原理是么?3、纵滑移齿轮变速的基本结构是什么?实验二数控车床整机及主要部件结构的认识及操作一、实验内容1．认识数控车床的主要部件结构，熟悉其操纵系统。2．了解数控车床的加工工艺范围及其主要技术规格。3．掌握数控车床编程原理以及编程方法。。二、实验目的1．通过对卧式数控车床整机工作状态的观察以及操作，建立起数控加工的概念，掌握基本的操作原理。2．通过对数控车床主要部件结构的观察分析，了解数控机床的典型结构及数控车床主要部件的功能及于普通车床的区别。三、实验设备、仪器及工具1．数控车床三台。2．外圆车刀及镗孔刀各一把。3．各种辅助工具及测量工具。四、注意事项开动机床时要注意安全，注意工件，刀具安装好后，开动机床。关闭电源后，方可观察机床内部结构。操作应符合基本操作规范。五、实验步骤1．观察数控车床整机。了解数控车床的控制系统、床身组件、主轴箱、床鞍、刀架、尾座及防护罩等组成部件。2．认识主轴箱，分析结构特点。3．认识X、Z向运动部件，分析运动及传动。4．认识回转刀架、尾座，分析使用方法。六、思考题1．数控车床上被加工工件的装夹方法。2．数控车床上刀具的装夹方法。3．数控车床日常使用维护项目。实验五附录表1机床（课程）实验设备、实验消耗品及费用清单序号名称规格/型号每组人数价格(维护备注1数控车床数控车床三台6人600000自动化教研室2加工耗材呢绒棒10根6人500同上3平口起子3个6人15同上4外圆车刀及镗孔刀。各三把6人1000同上5内六角扳手三套6人160同上实验三车削加工以及车刀选择一、实验目的1，掌握车削加工原理，熟悉数控车床。2，掌握硬质合金刀片选择的一般方法。3，掌握车刀刀杆选择的一般方法。二、实验原理车床刀具的选刀过程车床刀具的选刀过程。从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过十个基本步骤，。1.机床影响因素为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素：*机床类型：普通车床以及数控车床。*刀具附件：刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄*主轴功率*工件夹持方式2.选择刀杆型号刀杆选用原则：首先应选用尽可能大尺寸的刀杆，同时确定以下因素：*夹持方式*切削深度和进给量*刀柄的悬伸长度3.刀片夹紧方式1）杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：转位精度高*排屑流畅*操作简便*可与其它系列刀具产品通用2）螺钉夹紧系统特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工4.选择刀片形状1）刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，选择尽可能大的刀尖角。通常这个角度在35o到90O之间。2）刀片基本类型刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片：内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片：外圆加工，金属切除率高和加工条件不太好时应优先选择负型刀片。5.工件影响因素选择刀具时，必需考虑以下与工件有关的因素：*工件形状：稳定性*工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型*毛坯类型：锻件、铸件等*工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等*表面质量*加工精度*切削深度*进给量*刀具耐用度6．刀片材料选定1）选定刀片材料根据被加工工件的材料、加工条件，就可选出刀片材料代号。三、实验设备：普通车床，数控车床，被加工工件、刀具选择手册四、实验步骤根据零件图按选刀步骤选择刀具。进行切削实验。观察所选刀具的加工性。1.机床影响因素2.选择刀杆形状3.刀片夹紧系统4.选择刀片形状5.工件影响因素6．选定刀片材料五、实验数据、现象记录记录各步骤，选择依据。切削结果。实验结果分析（用切削加工原理）六、思考题：对实验过程以及结果进行综合性分析。实验四数控车床车刀切削实验一、实验目的通过具体刀具的观察与拆装了解常用数控车床刀具的结构特点，掌握数控车床加工所用刀具的名称及功用，熟悉数控车床的车刀安装调整的一般操作方法。掌握外圆车刀对不同工件材料加工的切削性能。二、实验设备、数控车床三台、高速钢车刀、焊接式车刀、机夹式可转位硬质合金车刀，游标卡尺、切削液。车刀刀头外圆车刀内孔车刀螺纹车刀切断刀和切槽刀焊接式车刀刀片铝加工刀片车刀和镗刀片金属陶瓷刀片螺纹车刀刀片切断刀和切槽刀可焊式刀片常用车刀及刀片外型图三、实验内容与步骤内容：认识各种常用刀具，观察各种刀具的结构，分辨组成元件、刀片定位夹紧机构特点。了解它们的功用，掌握各种车床刀具的用途。观察各种车床刀具切削刃形状特征、断屑槽形、刀片主要几何角度，将数控车床常用刀具与普通车床常用刀具的特点进行对比，掌握数控车床刀具的特性。步骤：1.根据刀具结构图认识刀具名称；2.分别观察各种刀具的外型结构特点，拆卸刀具刀片夹紧机构；3.复位安装刀片夹紧机构；4.仔细观察刀具切削刃、断屑槽及主要角度的特点；5.清理实验设备、工量具及实验台。6．设定切削用量。切削深度=3mm,进给量=0.3mm/r切削速度自拟切削深度=2mm,进给量=0.2mm/r切削速度自拟切削深度=1mm,进给量=0.1mm/r切削速度自拟四、实验数据,实验注意事项课后每位同学按照要求,完成实验报告。1.刀具刀片夹紧系统的拆装必须使用专用工具进行。2.展示用刀具只能用于观察，不允许用于拆装实验；3.刀具刃口较为锋利，实验时注意安全操作。思考题：1,刀具参数对车削加工有那些影响?2,切削用量对车削加工有那些影响?实验五数控钻铣床平面铣刀切削实验一、实验目的1,掌握平面铣刀在不同切削用量时的切削性能。2,掌握平面铣刀对不同工件材料加工的切削性能。二、实验设备;数控钻铣床三台、加工耗材材料、机床夹具刀具,安装工作台、硬质合金可转位平面铣刀、游标卡尺千分表等工具。三、实验步骤熟悉数控钻铣床，掌握其操作方法。根据加工零件图进行编程。3.设定切削用量。径向切削深度=3mm,进给量=0.3mm/r，切削速度=300m/min径向切削深度=2mm,进给量=0.2mm/r，切削速度=600m/min径向切削深度=1mm,进给量=0.1mm/r，切削速度=900m/min3.观察切削加工过程。四、实验数据、现象记录纪录切削加工条件，加工精度、工件表面质量，机床声音等。五、思考题：1,用切削加工原理的知识，对实验结果进行综合分析。2,试分析数控钻铣床与普通铣床在加工方面的不同点实验六典型机床夹具结构以及定位与夹紧实验一、实验目的与要求1,了解各种典型机床夹具的结构、功能，掌握各种夹具的安装、调整和使用方法。2,了解常用数控机床夹具的定位与夹紧原理及方法；通过几个典型零件的定位与夹紧来分析夹具的定位与夹紧原理及方法。二、实验装置及工量具实验装置：三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、压板、顶尖、常用工具、量具精密三爪卡盘精密四爪卡盘精密平口钳三、实验内容

认识各种典型夹具，观察夹具的结构，认识其组成元件（定位元件、夹紧装置、夹具体等），了解它们的功用。掌握车床典型夹具的安装、找正方法；掌握铣床典型夹具的安装、找正方法。四、实验步骤1.认识并区分几种典型夹具的名称及功能；2.每个实验小组选择一种典型夹具进行拆装，了解该夹具结构特征；3.观察其它实验组拆装的情况，了解其它夹具的结构特征；4.使用卡盘、平口钳装夹工件分别完成指定零件的装夹；5.选择一种典型夹具6.使用所选夹具装夹零件；7.分析定位与夹紧原理；8.拆卸零件；9.清理实验设备、工量具及实验台。五、实验报告

课后每位同学按要求完成实验报告，内容包括实验中各种夹具的结构特点、功用，以及安装、调整方法和过程。分析实验中各种夹具的定位方式与夹紧原理。六、实验注意事项

1.夹具拆装实验时，按夹具结构原理图、夹具零件清单检查夹具零件数量；2.展示用夹具不允许用于拆装实验。3.在装夹零件时，必须使用该夹具配套的专用工具；装夹工件时，注意操作安全。七、思考题简述三爪卡盘、平口钳的结构特点和功用？.任选一种夹具分析其定位方法？列举两夹具的压紧方式？列举夹具应用中的过定位、欠定位现象，分析其特点？被夹紧的零件图如下：零件图1零件图2零件图3实验七机械加工工艺系统刚度的测定一、实验的目的与要求；掌握机床静刚度的测定方法及车床部件静刚度的测定方法。根据实验结果分析工艺系统静刚度对加工精度的影响以及提高刚度的措施。了解所用仪器的基本原理和操作方法。二、实验设备和仪器；机床：CA6140型车床一台。螺旋加力器。测力环。千分表三个。短轴（工件）一个。模拟车刀一把。磁性表座三个。三向测力仪一套。三、测量原测量原理框图。原理：由《机械制造工艺学》可知，工艺系统的静刚度由于实验中使用刚性很好的工件和刀具和可忽略不计,此时工艺系统的静刚度接近机床静刚度。 我们知道，车床的静刚度是由床头箱刀架和尾座等部件的刚度决定的。并且与部件的相对位置有关，即在纵拖扳行程的全长上各点的刚度是不同的，它们之间的关系是：式中：X：刀架与床头之间的距离Ｌ：床头与尾座之间的距离要知道机床刚度必须首先测定机床各部件的刚度，车床各部件刚度可由下列两种方法测定：(1)静载荷测定(2)动载荷测定（生产选）3.静载荷测定法：本实验是在车床上进行，采用静载荷测定法测定车床刚度；车床处于静止状态，在常用切削位置处，用模拟正常切削时的切削力对车床施加静载荷，并测量在不同载荷下车床各部件在误差敏感方法上的变形量，最后计算出机床刚度，其原理如图示：三向测力仪工作原理图四、实验步骤1.按图(2)装好测力环、加力器；2.将三个千分表分别夹固在床头、尾座、刀架处按图(2)所示。3.轻轻旋动加力螺杆，当测力环内千分表小盘指针指到三分之一处时停止。4.模拟切削力，转动加力器的加力螺杆；力的大小由测力环中的千分表读出。床头、尾座、刀架处的变形分别由表２、３、６读出。5.连续数次加载，每次增加40kg，共加十次、当增加至400kg时停止加载、记录数据。6.开始逐渐卸载，每次减力与加力时的数值同为40kg，记录数据，卸完载荷。7.按前面的方法重新逐渐加、卸载两次，记录所有数据。注意：每当加、卸载一次后需停留1～2分钟，待系统稳定后方可继续进行。五、实验报告要求1.整理实验结果，以纵坐标表示Fy力，横坐标表示在该力作用下的机床部件变形，按相比比例在坐标纸上绘出各部件三次加、卸载时的刚度曲线。2.分析实验结果。3.编写一段程序，各部件加、卸载曲线图由计算机绘出。实验七实验报告部分实验名称:系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩一、实验设备及仪器1.机床型号主要技术参数2.加力装置3.测量仪器二、实验数据记录表顺序操作测力表读数（格）载荷（kg）位移量（μｍ）床头刀架尾座加载卸载加载卸载加载卸载0第一次加载卸载123456789100第二次加载卸载12345678910三、绘制床头、刀架、尾座静刚度曲线，（用坐标纸或计算机绘出）四、计算车床部件及机床静刚度五、计算出工件的最大圆度误差和圆柱度误差。绘出工件大致形状。绘制床头、刀架、尾座静刚度曲线PAGEPAGE45实验八加工误差的统计分析一实验目的与要求：通过本实验系统掌握用统计分析加工误差时所依据的基本原理和方法。具体作法是：在调整好的机床上连续加工一批试件，测量加工后的尺寸，对所测数据进行处理，用统计方法分析此工序的加工精度及各类误差。利用数据要求绘制下列图形并进行分析；绘制点图；2.绘制实际和理论分布图；3.绘制质量控制图4.确定本工序的工序能力及废品率；5.对实验结果进行分析与讨论；二基本原理１．无心磨床磨削原理无心外圆磨削是一种高生产率的外圆磨削方法，无心磨削后工件尺寸精度可达５—６级，适用于成批和大量生产。（例轴承制造上）无心磨削的特点是：工件不打中心孔、不用顶尖或卡盘。而是将工件置于磨削砂轮与导轮之间，用托板托住工件。加工过程中，工件的定位基准就是被加工表面本身；如图所示无心磨削工作原理1—砂轮2—导轮3—工件4—托板在无心外圆磨床上的磨削方法有贯穿法（纵磨法）和边入法（横磨法）两种贯穿法磨削时，为了使工件能够自动纵向进给，导轮的轴线相对砂轮的轴线需要倾斜一个角度α，如图所示２．调整机床、试磨零件３．加工误差的统计分析（ａ）分布曲线法；机械加工中，工艺系统受多种因素的影响，形成工艺系统的原始误差。我们利用统计分析法的原理将这些误差划分为系统性误差与随机性误差。由于受误差影响，加工后一批工件的尺寸各不相同。通过测量一批工件的实际加工尺寸我们可以画出频数直方图。若所取试件的数量较多组距较小时，折线图就接近于理论的分布图。在没有明显变值系统性误差情况下，即工件误差是由很多相互独立的微小的随机因素所组成，这是一批工件尺寸将符合正态分布规律。如图其方程为：式中：为一批工件的平均尺寸（计算出）为均方根差（计算出）工件尺寸可以竟是地被认为分布在范围内。此时工序的工艺能力系数——图纸上规定的工件工序公差利用分布曲线可以比较方便地研究加工误差问题，可以分辨出工序的偶然误差的大小，还可以看出是否存在系统性误差。当采用分布曲线法控制加工误差时，有两个问题：问题１）很难将系统性误差与随机性误差严格区分开２）必须测量所有的加工工件，只有将一批工件加工完成才可以绘制分布曲线图，因此不能控制废品的产生。（ｂ）控制图法（点图法）生产中常用控制图法即图法。该方法可以及时观察加工误差的变化趋势。可以对加工过程进行有效分析和控制。点图是以顺序加工的工件序号为横坐标，工件加工尺寸或工件误差为纵坐标，按工件加工顺序逐个的测出一批工件的尺寸，绘制在点图上如图所示点图可以反映出加工尺寸变化和时间的关系，从图中可以看出尺寸变化的趋势，找出产生误差的原因，采取有效措施对误差进行控制。图被称为平均尺寸控制图，极差控制图，通常在生产过程进行之前，先加工出一批试件测量，根据所加工尺寸，求初期平均值和极差；在求出上、下控制线。其作法是：将这一批试件分成若干组，每组４－５件求出每组零件的平均值和极差在求出图的中心线图的中心线即上下控制线图中心线：图中心线：（K为依照工件顺序分成ｍ为一组共为Ｋ组） 图的上控制线 A．D系数表每组件数mAD40.732.2850.582.11图的下控制线图的上控制线将每个点绘在图中，从点在图中的位置便可以看出和的波动，它能够反映工件平均值的变化趋势和随机性误差的分散程度。在图上画出中心线和控制线，控制线就是用来判断工艺过程是否稳定的分界线。三实验步骤加工好一批试件（100件此试件为无心外圆磨床磨削加工的圆柱销）按加工顺序测量尺寸；记录其数据。对数据进行分析整理。绘制实验分布曲线和相应的理论分布曲线绘制步骤如下：找出这批工件加工尺寸的最大值和最小值确定分组（建议选10组）计算组距计算每组工件的尺寸平均值绘制频数分布表计算总的平均值和均方差绘制实验分布曲线算出的值计算绘制理论分布曲线。（注意与实验曲线坐标比例相同）(10)计算工艺能力系数(11)计算出这批零件的合格率、废品率。(12)分析废品可否修复。绘制图作图步骤如下：取定m值，计算出每组数据的和值计算总的和值计算途中的上下控制线和绘制图，并分析工序是否稳定。四填写实验报告实验八实验报告实验名称:系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩一所用试验设备组号测量值总计平均值极差12345678910111213141516171819201测量仪器2量具3试件材料尺寸及公差二实验数据与整理1原始数据记录表2频数分布表组号组距组中值（毫米）频数频率自（毫米）至（毫米） =毫米=微米=附注：1.67为特级；1.671.33为一级；