新大机械制造技术基础实验指导及机床夹具设计

PAGEPAGE2新疆大学机械工程学院机械工程系早热木·依玛木PAGEPAGEPAGEi 目录实验一CA6140车床结构剖析及操作实验实验二车刀几何角度测量实验三各种切削刀具认识以及选择实验四典型机床夹具结构以及定位、夹紧实验实验五机械加工工艺系统刚度的测定实验六加工误差的统计分析实验报告部分PAGEPAGE21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。新疆大学机械工程系拥有金属切削加工实验室，数控加工实验室，拥有10多台数控加工以及机械加工设备。通过本系列实验能使学生，熟悉多种加工技术，掌握切削加工的应用方法。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”部分包括两个实验，“金属切削机床”部分包括一个实验，“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。共计六个实验。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?实验二车刀几何角度测量一、实验目的1、通过实验巩固和加深对车刀几何角度的标注坐标系平面与车刀几何角度坐标系的基本定义的了解；2、了解车刀量角仪的结构与工作原理，熟悉其使用方法；3、掌握车刀标注角度的测量方法。二、实验设备1、车刀量角仪；2、实验用车刀教具：45°外圆车刀、75°外圆车刀、外圆车刀、45°弯头车刀、切断刀等。所用车刀教具的刀杆的截面为矩形。三、车刀量角仪的结构原理及使用方法图示为车刀量角仪。它能测量各类型车刀的任意剖面中的几何角度。其结构与工作原理及使用方法如下：1-底座2-指针3-立柱4-小扇形盘5-调紧螺母6-大扇形刻度盘7-载刀台8-旋钮图1车刀量角仪滑块可轻便地沿立柱3上下移动。通过调节滑块后调紧螺母的松紧，能保持装在滑块上的小扇形刻度盘4、大扇形刻度盘6、测量片等零件停留在任意高度位置上，且不需要锁紧。滑块也可自由转动，以供选择合适的测量工作位置。被测车刀放在转盘的载刀台7上贴紧相互垂直的两个承刀面上，可将其在转盘座1上回转或在底座及滑板上纵、横向平移，并调整滑块的位置，以使被测车刀的被测面或被测刀刃能与测量片接触。这样，可分别测得在主剖面坐标系内的被测车刀的偏角、前角、后角和刃倾角。若调整转盘，使转盘4指示针在转盘座的刻度盘上所指示的数值为零，并用旋钮8锁紧。利用两个测量工位先后测量，可较方便地测量进给剖面与切深剖面中的被测车刀的前角和后角。若将大扇形刻度盘6旋转一个刃倾角，并用旋钮锁紧。使测量片的测量面（即测量片的两铅垂大平面）处于主切削刃垂直的方位，按前述的测量方法即可测得法向剖面中的被测车刀的前角和后角。使用车刀量角仪时，零部件的调整应轻而缓慢。特别是向下调整滑块时，一只手的食指和中指应在滑块的下部用力夹住立柱，另一只手向下缓慢移动滑块3。以避免因滑块快速下移而产生的测量片对转盘、转盘座1、底座和被测车刀等的冲击，从而造成测量片7的损坏及人身事故。实验操作时，应按使用方法照章操作，严禁违章操作。四、测量方法（主剖面坐标系的车刀几何角度测量）1、车刀量角仪的测量方法（1）测量工作见图示。（2）测量方法一：①将大扇形刻度盘6调整至其指示针所指示的数值为零，并用旋钮8锁紧。调整滑块、大扇形刻度盘6测量工位；②把被测车刀放在转盘6的载刀台7上贴紧相互垂直的两个承刀面；③调整转盘使被测车刀的主切削刃与测量片的测量面（即测量片的两铅垂大平面）轻轻贴合。尔后，用旋钮8将转盘6锁紧。此时，转盘6的指示针在刻度盘上所指示的数值为被测车刀的主偏角的余角的值，称为β，则被测车刀的主偏角Kr＝90°－β；④调整滑块、测量片。使测量片的下刀口（即测量片的两铅垂大平面间，且下方的刀刃）与被测车刀的主切削刃轻轻贴合。这时，测量片的指示尺在大扇形刻度盘6上所指示的数值为被测车刀的刃倾角的值λ；⑤以步骤③中指示针在转盘座的刻度盘上所指示的位置为零点，以步骤③中转盘的转动方向为正方向。反向转动转盘座转90°。调整滑块、测量片。使测量片的下刀口与被测车刀的前刀面轻轻贴合。此时，测量片的指示尺在刻度盘上所指示的数值为被测车刀的前角的值γ；⑥调整滑块、测量片。使测量片的侧刀口（即测量片的两铅垂大平面间，且铅垂的刀刃）与被测车刀的后刀面轻轻贴合。这时，测量片的指示针在刻度盘上所指示的数值为被测车刀的后角的值α；（3）测量方法二：①将大扇形刻度盘6调整至其指示针在小扇形刻度盘4上所指示的数值为零，并用旋钮8锁紧。调整滑块、大扇形刻度盘6至测量工位；②把被测车刀放在转盘6的载刀台上贴紧相互垂直的两个承刀面；③调整转盘、转盘座、滑块。使被测车刀的主切削刃与测量片的测量面轻轻贴合。然后，用旋钮8将转盘6锁紧。此时，转盘8的指示针在刻度盘上所指示的数值为被测车刀的主偏角的值Kr；④调整滑块、测量片。使测量片的下刀口与被测车刀的主切削刃轻轻贴合。这时，测量片的指示针在大扇形刻度盘6上所指示的数值为被测车刀的刃倾角的值λs；⑤调整滑块、大扇形刻度盘至I测量工位。调整转盘座、刻度盘。使测量片的下刀口与被测车刀的前刀面轻轻贴合。此时，测量片指示针所指示的数值为被测车刀的前角的值γ；⑥调整转盘座、大扇形刻度盘。使测量片的侧刀口与被测车刀的后刀面轻轻贴合。此时，测量片的指示针指示的数值为被测车刀的后角的值α。五、实验任务测量主剖面坐标系内的外圆车刀和切断刀的主偏角、前角、刃倾角、后角；副偏角。六、实验要求实验预习（1）仔细阅读本课程教材中刀具切削部分的基本定义一节，理解车刀几何角度的标注坐标系平面的定义，理解车刀各面和各角的定义。明确各面的相互位置和各刃形成的成因；（2）要注意区分不同功用的车刀，其进给方向与被加工工件之回转轴线的夹角不同（即主偏角不同）。应明确车刀的进给方向，并用图表示。理解车刀各角的正负值的规定。（3）仔细阅读本实验指导书。根据本实验指导书中车刀量角仪的结构与工作原理及使用方法一节和图1和图2，力求对各型车刀量角仪的结构有一个书面的感性认识。仔细分析车刀之切削刃部分各要素及各型车刀量角仪的测量方法。自己选择实验仪器型号，设计实验方案和实验步骤。实验操作（1）实验操作前应根据本实验指导书，对照图1或图2及车刀量角仪实物，熟悉所选用的车刀量角仪和被测车刀的切削部分各要素。根据不同功用的被测车刀，确定被测车刀的进给方向。（2）实验操作时，应按使用方法照章严格操作，严禁违章操作。违章操作者将被罚分。在最短的时间内，顺利完成实验步骤操作又无违章操作者为佳。（3）实验操作时，应按实验预习报告所设计的实验方案和实验步骤进行操作。操作时，有关本实验的问题，实验者可以相互讨论。对于实验预习报告所设计的实验方案和实验步骤与实验操作所用的不一致时，应将不一致的部分记录下来。（4）实验操作完毕后，必须将车刀量角仪按其使用方法复位，并擦干净。同时应将实验教具收拾整齐。实验操作才算完全完成合格。3、实验报告应写明实验者实施本实验所选用的实验仪器的型号。实验数据和实验参数应真实、完整，并列于表中。画出被测车刀切削部分的立体图，标注出各面、各刃及被测车刀的进给方向。实验报告应在本实验操作完成后一周内交实验室批改。机类专业学生须完成四种车刀几何角度的测量。非机类专业学生应完成一种车刀几何角度的测量。实验三各种切削刀具认识以及选择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。工欲善其事，必先利其器。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。通过实验使同学增强对金属切削刀具的感性认识和体会，理解刀具的分类方法、名称、刀具材料、参数、形状特征等各种参数。一.实验目的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。二.实验内容实验展示刀具为分为6类，它们分别是：刀具分类名称用途刀具名切刀类各类车刀孔加工刀具加工孔类零件麻花钻、扩孔钻、铰刀和镗刀铣刀类加工平面、沟槽和回转体表面立铣刀、面铣刀、沟槽铣刀、三面刃铣刀、成形铣刀、尖点铣刀和齿轮铣刀拉刀类成形切削加工圆孔拉刀、成形孔拉刀、花键拉刀、成型表面拉刀、齿轮拉刀螺纹刀具类加工螺纹表面螺纹车刀、螺纹滚刀、螺纹滚压刀具、螺纹铣刀等齿轮刀具类加工齿轮滚齿刀、插齿刀、剃齿刀、蜗轮滚刀和锥齿轮刀具三．实验要求实验中，要求同学能在指导教师的讲解和辅导下，达到下述要求1.了解各类刀具的用途和特点。2.能识别各类刀具几何结构特征和参数。3.结合课程内容，掌握本课程内所介绍的各种刀具的用途，特点、装夹方式、使用要求。四.实验报告对实验中所观察到的刀具进行分类，说出该类刀具的主要特点，技术主参数和使用场合。。实验四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、量具各类典型机床夹具10套。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。典型机床夹具机械结构图。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？实验五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。实验六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PAGEPAGE30实验一实验报告实验名称:CA6140车床结构剖析及操作实验系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩实验指导教师：实验目的二、实验设备三、实验步骤简述四、思考题答:(另加页)实验二:实验报告实验名称:车刀几何角度测量系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩实验指导教师：车刀几何角度测量实验报告一、实验数据1、车刀编号；车刀名称 主偏角Kr副偏角Kr，刃倾角λs前角γ后角α画出被测车刀切削部分的立体图（选一个）实验三实验报告实验名称:各种切削刀具认识以及选择系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩实验指导教师：实验目的二、实验设备三、实验步骤简述四、思考题（对实验中所观察到的刀具，进行分类，并说出该刀具的主要参数和使用场合。）答:实验四实验报告实验名称:典型机床夹具结构以及定位、夹紧实验系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩实验指导教师：一：实验目的二、实验设备三、实验步骤简述四、思考题（绘出某一种夹具的结构图，说明定位，加紧原理）答:实验五实验报告部分实验名称:机械加工工艺系统刚度的测定系（部）班级姓名学号实验小组号实验日期成绩实验指导教师：一、实验设备及