机制工艺实验指导书

前言

实验是《机械制造工艺学A》课程中重要的实践教学环节，用于巩固和补充课堂讲授的理论知识，培养学生的综合实践能力。为了搞好实验教学，对学生实验做出如下要求：

一、预习实验

在上实验课前，必须认真预习实验指导书，了解实验目的、实验用仪器设备的结构及工作原理、实验操作步骤，复习与实验有关的理论知识。

二、上实验课

1．按时上、下课，不得迟到、早退或旷课。

2．上课时遵守学生实验守则，按使用方法照章严格操作，严禁违章操作，并注意安全。

3．上课时要注意观察，认真分析，准确地记录实验原始数据。

4．实验结束后要及时关掉电源，并对所用仪器设备进行整理，恢复到原始状态。

5．经指导老师允许后方可离开。

三、撰写实验报告

1．实验报告应独立完成，不得抄袭他人成果。

2．实验报告书写要工整。

按照《机械制造工艺学A》课程大纲的要求，编写了此实验指导书，共有“车床静刚度测量”和“加工误差的统计分析”“机床主轴回转精度测试”三个实验。实验成绩应根据实验预习、实验操作及实验报告综合评定。完成全部实验方能取得参加期末课程考试的资格。

实验一车床静刚度测量

一．实验目的

1、了解机床静刚度对加工精度的影响。

2、熟悉机床静刚度的测定方法。

3、巩固所学机床刚度的概念，画出机床静刚度曲线。

二．实验原理及方法

机床静刚度Ks是机床在稳态下工作（无振动）的刚度，它衡量机床抵抗静载变形的能力。

静刚度的概念，一般用下式表示：

Ks=F/Y

式中：Ks---------------静刚度（N/mm）

F-----------------切削力（N）

Y-----------------在F作用下刀刃与加工面之间的相对位移（mm）。

但是从工艺观点来研究问题时，我们认为在切削分力Fy方向上的变形要比其它切削分力作用方向上的变形大得多，所以Fy对加工精度的影响占主要地位，故又可以用下式表示工艺系统刚度

Ks=Fy/Y

工艺系统在受力情况下的总位移量Y是各个组成环节的位移量迭加，根据测量数据可得出：

刀架刚度Ks D=Fy/Y D

前顶尖刚度Ks Q=Fy/2Y Q

后顶尖刚度Ks H=Fy/2Y H

在根据车床变行Ys为前后顶尖变形位移的平均值和刀架变形位移之和。

Ys=Fy/Ks=1/2（Fy/2Ks Q+Fy/2Ks H）+Fy/Ks D

化简后

1/Ks=1/4（1/Ks Q+1/Ks H）+1/Ks D

这样车床静刚度Ks即可求出。

本实验采用三向刚度仪的静态测定法测定车床静刚度。车床静刚度测定实验装置，如图1所示。

图中1、前顶尖；2、接长套筒；3、测力环4、加力螺钉；5、弓行加载器；6、模拟车刀

图中弓形加载架刚度足够大，其变形略去不计，通过加载器上的加力螺钉5进行加力F。F经钢球传至测力环3，由测力环的千分表指示出所加F力的数值。床头、尾座、刀架部件均在F力作用下发生变形位移，三个部位各安装一个千分表，测其变形位移Ys Q、Ys H、Ys D。在根据公式计算出床头、刀架、尾座各部件的刚度，然后计算出机床静刚度Ks。

实验时，加载螺钉孔间夹角a=15°，β角选为30°。

根据公式：Fx=F•Sinâ

Fy=F•Cosâ•sinβ

Fz=F•cosâ•cosβ

注意事项：

1．实验前擦净弓形加载器支架中心孔，调好机床可动部件和紧固部件，弓形

加载支架与主轴的联接要牢固不得有松动。

2．实验所用千分表，在使用前要检查灵敏度，安装时要调好零点（预压1圈）。

3．每次加载或卸载后，不应立即读数，应停一会再读数。

三．实验仪器及器材

1．车床CA6140。

2．弓行加载支架。

3．测力环。

4．模拟刀杆（自制），安装在车床小刀架上。

5．千分表磁力表座。千分表读数值（0.001mm）。

四．实验步骤

1．主轴和尾座各安装顶尖，将弓形加载架用接长套筒开口槽套与支架上的定位杆上，将其固定，将尾座固定螺钉紧固好。

2．分别安装三块表，调整好零位。

3．用弓形加载支架上的加力螺钉上的钢球压紧测力环，事先有一个预紧力。

4．用加力螺钉由小到大依次加载，记录每次加载以后车床床头、刀架、尾座的变形位移。

5．用加力螺钉由大到小依次卸载，记录每次卸载以后车床床头、刀架、尾座的变形位移。

附图外圆车削时力的分解

加力仪读数格数与载荷关系表

五．分析整理实验数据

2、计算车床平均静刚度

按公式分别计算刀架刚度Ks D、前顶尖刚度Ks Q、后顶尖刚度Ks H最后

计算车床平均静刚度Ks。

3、画出车床各部件（床头、尾座和刀架）的刚度曲线

六. 思考题

1．实验中，加载曲线与卸载不重合，为什么？

塑形变形

2．当载荷去除后，变形恢复不到起点，什么因素影响的？

①连接表面间接触变形的影响由于零件表面存在着宏观的几何形状误差与微观的表面粗糙度-使零件间实际接触状态为表面间相对凸起的峰点面接触，所以实际接触面积只是理论接触面积的一小部分。当外力作用时，接触面上将产生较大的接触应力而引起接触变形，其中既有表面层的弹性变形，也有局部塑性变形。试验表明，接触表面间载荷增大，压强增大，接触变形也增大，且接触刚度也将随之增大。同时连接表面的接触剐度受接触表面材料、硬度，表面的纹理方向等许多因素的影响。

②零件间摩擦力和接合面间隙的影响机床部件受力变形时，零件接触表面间会发生相对错动，加载时摩擦力阻碍变形增大，卸载时摩擦力阻碍变形恢复。因而造成加载和卸载刚度曲线不重合。零件配合表面间的间隙，会引起配合件的相对错位，所以，配合件受单向载荷后，间隙消除，表面相互接触刚度增大，对加工精度影响减小。

③部件中薄弱零件变形的影响部件中的薄弱零件受力后会产生很大的变形，使整个部件的刚度降低。如溜板箱部件中细长的楔铁，刚性差，不易加工平直而与导轨面配合不良，或轴承衬套因形状误差而与孔体接触不良，在载荷作用下，都极易产生变形而使整个部件的刚度降低。