机械制造技术实验指导书.doc分解

机械制造技术实验指导书

吴乃领编

盐城工学院机械工程实验中心

学生实验规则

1．在实验前认真阅读实验指导书、实验报告，明确了解实验的内容和要求，了解实验原理、步骤和方法，接受实验教师提问和预习检查。

2．准时上实验课，不得迟到早退。

3．遵守实验室各项规章制度，讲究卫生，不大声喧哗，保证实验室良好工作秩序和实验环境。

4．严格遵守实验室的各项操作规程，树立科学的态度，集中精力，大胆、细心、认真地作好实验。

5．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，节约使用材料，服从实验教师和技术人员指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品，禁止随便操作机床上控制按扭与操作手柄。

6．实验时，请特别注意人身安全，防止人身和设备事故的发生。

7．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。

8．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。实验结束后，整理好实验设备、桌椅，作好仪器设备使用记录，经指导教师检查同意后。再离开实验室。

9．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。

10．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章程预以赔偿。

实验一车刀角度的测量

一、实验目的

1．掌握车刀几何角度测量的基本方法。

2．熟悉车刀切削部分结构要素，加深对车刀各几何角度、各参考平面及其相互关系的理解。

3．了解车刀角度测量仪的构造与工作原理。

二、实验仪器及刀具

仪器：车刀角度测量仪

车刀：直头外圆车刀4把

三、车刀角度测量仪的构造与工作原理

车刀角度测量仪主要由底盘、平台、立柱、测量片、刻度盘等组成。

略。

四、实验内容

1．利用车刀角度测量仪分别测量4把直头外圆车刀的几何角度。

要求学生测量κ

r 、κ

r

＇、λ

s

、γ

o

、α

o

、α

o

＇等。

2．记录测得的数据，并计算出刀尖角ε

r 和楔角β

o

。

五、实验方法

1．根据车刀参考平面及几何参数的定义，首先确定参考平面的位置，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）主平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线。

（2）底平面平行于平台平面。

（3）侧平面垂直于平台平面，且平行于平面对称线。

2．测量前的准备：把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，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）根据定义：主（副）刀刃在基面的与走刀方向夹角。

（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，故可以把主平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向，其与主（副）刀刃在基面的投影有一夹角，即为主（副）偏角。

（3）测量方法：顺（逆）时针旋转平台，使主刀刃与主平面贴合。主（副）刀刃在基面的投影与走刀方向重合，平台在底盘上所旋转的角度，即底盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值为主（副）偏角κr（κr＇）的角度值。

4．测量车刀刃倾角（λs）

（1）根据定义：主刀刃和基面的夹角。

（2）确定主切削平面：主切削平面是过主刀刃与主加工表面相切的平面，在测量车刀的主偏角时，主刀刃与主平面重合，就使主平面可以近似地看作主切削平面（只有当λs =0时，与主加工表面相切的平面才包含主刀刃），当测量片指针指零时底平面可作为基面。这样就形成了在主切削平面内，基面与主刀刃的夹角，即刃倾角。

（3）测量方法：旋转测量片，即旋转底平面（基面）使其与主刀刃重合。如图1-4所示，测量片指针所指刻度值为刃倾角。

5．测量车刀正交平面内的前角γo和后角αo

（1）根据定义：主前角是指在正交平面内，前刀面与基面的夹角。主后角是指在正交平面内后刀面与主切削平面的夹角。

（2）确定正交平面：正交平面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面的投影。

（3）在测量主偏角时，主刀刃在基面的投影与主平面重合（平行），如果使主刀刃在基面的投影相对于主平面旋转900，则主刀刃在基面的投影与主平面垂直，即可把主平面看作正交平面。当测量片指针指零时，底平面作为基面，侧平面作为主切削平面，这样就形成了在正交平面内，基面与前刀面的夹角，即前角（γo）；主切削平面与后刀面的夹角，即后角（αo）。

（4）测量方法：使底平面旋转与前刀面重合。测量片指针所指刻度值为前角；使侧平面（即主切削平面）旋转与后刀面重合。测量片指针所指刻度值为后角。

6．副后角的测量与主后角的测量方法相近，所不同的是须把主平面作为副剖面。

七、记录数据并完成实验报告

将测得的角度值记录并计算出楔角β

o 和刀尖角ε

r

，以及其他角度的计算

值，并进行比较、分析其误差原因，写在实验报告中。

实验二切削变形及其影响因素

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、刀具前角和走刀量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：游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。

3．刀具：硬质合金车刀若干把。

4．试件：轴向带断屑槽的棒料。

三、实验的基本原理

在金属切削过程中，由于产生塑性变形，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。

图2-1 车削切屑收缩图图2-2 刨削切屑收缩图一般情况下，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

Λh＝ L

c / L

ch

式中Λh──变形系数；

L c──切削长度（ｍｍ）；L c＝πD/(ｎ-b)；槽数、槽宽由现场定（槽数ｎ＝3；槽宽b＝2.5）；

L

ch

──切屑长度（ｍｍ），把切屑收集起来，学生自己测量其长度。

计算变形系数的方法用测量切削长度法。在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并灌锡，以达到断屑和保护刀尖的目的，如图2-2所示。

把实验得到的切屑，冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L，为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度求

出平均值L C 。

变形系数 Λh ＝ L c / L ch =（πD/n - b ）/ L ch

四、实验内容

1．切削速度υ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：材料（Q235）及试件直径由现场定。

刀具材料：由现场定（YT15硬质合金车刀）。

刀具参数：κr ＝45°； κr ＇＝ 8°； λs ＝ 0°； γo ＝10°；αo ＝αo ’=7°；r ε＝ 0.1 mm 。

切削用量：? ＝ 0.42 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，可先取机床转速

ｎ ＝ 10；100；250；500；1000； r/min ；

υ ＝ ； ； ； ； ； m/min ；

然后根据试棒直径计算出对应的切削速度。

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，并将结果填入实验报告相应表格中。

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：试件直径由现场定。

刀具材料：由现场定（YT15硬质合金车刀）。

刀具参数：κr ＝ 45°；κr ＇＝ 8°；λs ＝ 0°；αo ＝αo ’= 7°；r ε＝ 0.1 mm 。

切削用量：? ＝ 0.42 mm/r , a p ＝ 2 mm ， υc ＝ 60 m/min 。

改变车刀前角：γo ＝ 5°；10°；20°；30°。

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，并将结果填入实验报告相应表格中。

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：试件直径由现场定。

刀具材料：由现场定（YT15硬质合金车刀）。

刀具参数：κr ＝ 45°；κr ＇＝ 8°；λs ＝ 0°；γo ＝ 20°； αo ＝αo ’＝ 7°；r ＝ 0.1 mm 。

切削用量： a p ＝ 2 mm ， υc ＝ 60 m/min 。

改变进给量：? ＝ 0.21；0.42；0.56；0.75 （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，并将结果填入实验报告相应表格中。

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，记录在实验报告表格中，计算变形系数。

完成实验报告。

实验三工艺系统刚度测定与误差复映

一、实验的目的

通过实验使学生掌握机床刚度的测定方法和计算方法，其具体要求如下：1．熟悉机床刚度的测定方法；

2．掌握车床部件刚度及机床综合刚度的计算方法；

3．对误差复映规律有深刻的理解；

4．根据实验结果进一步分析工艺系统刚度对加工精度的影响，并讨论提高精度的措施。

二、实验设备

1．机床：CW6140 车床一台

2．测量仪器：千分表一只，卡尺一把

3．试件：三段阶梯圆盘试件一根

4．刀具：（YT15）车刀一把

三、实验原理

刚度的生产测定法

在正常切削状态下，测量出工件切削前后误差数值的变化，然后根据误差复映规律公式，可计算出工艺系统和机床的刚度。对于车床来说，工件切削前毛坯的误差可以人为地做成阶梯或偏心形两种，在实验时两种形式可以应用。

1．阶梯圆盘

在一根足够的轴上，预先车出前、中、后三个带有阶梯的圆盘，如图3—1。每个阶梯台阶的尺寸分别为D1和D2。经过一次走刀车削后，各阶梯尺寸分别切成为d1和d2。

图3-1 阶梯圆盘生产法

由此可算出前（头架处）、中、后（尾架处）三个阶梯的误差复映系数ξ

、

前ξ中、ξ后。

ξ前=⊿g前/⊿M前=（d2前- d1前）/（D2前- D1前）

ξ中=⊿g中/⊿M中=（d2中- d1中）/（D2中- D1中）（3-1）

ξ后=⊿g后/⊿M后=（d2后- d1后）/（D2后- D1后）

式中⊿g——车削后工件阶梯的直径差；

⊿M——车削前毛坯阶梯的直径差；

根据误差复映规律公式：

（3-2）

式中λ——切削后工件阶梯的直径差；

C f——与工件材料、刀具几何角度等有关的切削力系数；

f——进给量（㎜/转）。

若不考屡切削深度的影响，则前、中、后三个阶梯处工艺系统刚度分别为：

（3-3）而且又根据下列公式：

（3-4）解方程组（3-4）式后，推出一部机床各部件刚度的计算公式：

（3-5）

2．偏心圆盘

如图3-2所示。三个前、中、后偏心圆盘，它们的偏心量由偏心环形成。

图3-2 偏心圆盘生产法

只要测量出切削前后偏心量的变化，代人上述误差复映规律公式，同样也可以求的机床刚度，当然，偏心盘的具体结构还可以做成其他形式。

四、实验方法和步骤

静刚度的生产法测定：

1．把阶梯圆盘试件安装到车床前后顶尖上；

2．调整好机床切削用量，安装好车刀（κr ＝75°； ＝0.16 mm/r, a

＝

p

2 mm， n＝100-300r/min）；

3．开车切削，每个圆盘上车出图2-1中所示的台阶，每个台阶的直径差车成9-10毫米为宜；

4．用卡尺测量台阶尺寸，在圆周上相隔120°处测三次，真确计算出台阶直径差；

5．保持最小切深为0.2毫米一次走刀去三个圆盘的余量；

6．清除切屑后，将千分尺安装在溜板上，纵向移动溜板，测出切削后台阶的直径差，即：同样在圆周方向上相隔120°处测量三次；

7．改变切削用量，重复以上过程；

8．清理。

五、实验数据的处理与实验报告要求

将测量结果记录在实验报告表格中，完成数据处理。

完成实验报告。

实验四 加工精度统计分析

一、实验目的与要求

1、目的：通过实验使学生掌握用统计分析方法综合分析加工误差时所根据的基本原理、知识和方法

2、要求：在调整好的机床上，连续加工一批试件，测量其加工尺寸，对测得的数据进行处理，用统计方法分析此工序的加工精度，绘制下列图形并加以分析：

（1）绘制分布曲线，计算标准差σ及平均尺寸X ；

（2）绘制点图；

（3）绘制X --R 质量控制图

（4）确定本工序的加工精度能力，并分析工序加工稳定性。

二、实验所用的设备、仪器和试件

机床：（M1040）无心磨床或自动机

仪器：比较仪

量具：块规一组，千分尺一把

计算工具：计算器一台

验件：G45T 试件 尺寸D ×L

三、基本原理

在加工过程中，由于随机误差和系统误差的影响，使一批工件加工出来的尺寸各不相同。通过测量一批工件的加工尺寸可画出频数直方分布图。若所取工件的数量较多，组距较小，折线图就接近于实际分布曲线。

图4-1 正态分布曲线

在没有明显变值系统误差情况下，即工件的误差是由很多相互独立的微小的随机因素所组成，则工件尺寸分布符合正态分布（见图4-1），它的方程为：

()

222σX X e 2πσ1

y --= （4-1）

式中 X --工件平均尺寸；

б--均方根差；

X-工件尺寸。

工件尺寸可以近似地被认为分布在X ±3σ的范围之内（当加工过程出现非稳定因素，影响正态分布时，当然尚应考虑相对分布系数K j ）,工序的工艺能力系数Cp 为： 6σ

δC P = （4-2） 式中 σ--图纸上规定的工件公差。

利用分布曲线可以比较方便地研究加工精度，可以分辨出工序的偶然误差的大小以及是否存在着系统误差，但不能把规律性变化的系统误差从偶然误差中区分出来。采用分布曲线法控制加工精度时，必须检查所有加工工件；只有将一批工件加工完毕后方能绘制出分布曲线图，在生产上常用点图或X -R 图法，因为它们可以及时对加工过程进行分析。

点图是以顺序加工的工件序号为 横坐标，工件加工尺寸为纵坐标，按工件加工顺序定期测定出工件的加工尺寸，将它点D 在图上，这样就绘制出点图（见图4-2）。点图可反映出加工尺寸变化和时间的关系，从图上可以看出尺寸变化趋势，找出产生误差的原因，以便及时采取有效措施加工控制。

图4-2 点图

X -R 图称为平均尺寸-极差控制图（见图4-3）。在生产上是在生产过程进行之前，先加工一批试件（本实验中即用本批加工出的试件），根据其所得加工尺寸，求出其平均值X 和极差R ，从而求出上、下控制线。从数理统计的原理来说，一个生产过程的质量参数的总体分布，如果其平均值X 和均方根差σ在整个过程（工序）中保持不变，则工艺是稳定的。

X 图的中心线为： /K X X K

1

i i ∑==

R 图的中心线为： /K R R K 1

i i ∑== X 图的控制线：上控制线 R A X X V +=

下控制线 R A X X L -=

R 图的上控制线：上控制线 R D R V =

式中 K —一批工件依照加工顺序分成m 个为一个，共分为K 组。

图4-3 X -R 图 将生产中定期抽样时所得尺寸的计算结果点在X -R 图上，从点子在图中的位置便可看出X 和R 的波动，它反映了工件平均值的变化趋势和随机误差的分散程度。在X-R 图上画出中心线和控制线，控制线就是用来判断工艺是否稳定的界限线。

四、实验步骤

1、调整好机床，加工一批工件（100件左右）；

2、按加工顺序测量工件加工尺寸，记录测量结果。测量前先用适当的块规调整好比较仪；

3、绘制点图，分析产生工序误差的原因；

4、绘制实验分布曲线，作图步骤如下：

（1）找出这批工件加工尺寸数据的最大值与最小值，即Xmax 、Xmin ；

（2）确定分组数（建议可选在7-12之间）；

（3）计算组距h h=（Xmax-Xmin ）/K

（4）决定组界；

（5）做频数分布表；

（6）计算X 和σ；

（7）绘制实验分布曲线，算出X 和6σ值；

（8）计算工艺能力系数Cp。

5、绘制X-R图，作图步骤如下：

（1）取定m值，计算出每组数据的X及R；

（2）计算X及R；

（3）计算X及R图的控制尺寸；

（4）绘制X-R，并分析工序是否稳定。

五、实验数据的处理与实验报告要求

将测量结果记录在实验报告表格中，完成数据处理。

完成实验报告。