机床静刚度实验

实验一机床静刚度实验一、实验目的：通过实验，使学生进一步了解由机床（包括夹具）一工件一刀具所组成的工艺系统是一弹性系统，在此系统中因切削力、零件自重及惯性力等的作用，工艺系统各组成环节会产生弹性变形及系统中各元件之间若有接触间隙，在外力的作用下会产生位移，并且熟悉机床静刚度的测量方法和计算方法，从而更深的理解机械制造工艺中的工艺设备及其对零件加工质量的影响，提高学生分析和处理问题的能力。

二、实验装置机床一台静刚度测定装置一套图1 机床静刚度测定装置图三、实验方法与步骤1、如上图所示，在机床的两顶尖间装夹一根刚度很大的光轴1 (光轴受力后变形可忽略不计)。

2、将加力器5固定在刀架上，在加力器与光轴间装一测力环4。

3、在测力环内孔中固定安装一个千分表，当对如图1所示安装的测力环施加外力时，其中的千分表指针就会变动，其变动量与外载荷之间对应关系可在材料试验机上预先测出，千分表2、3、6的指针也会因与之接触部位的位移而变动。

4、实验时用扳手扭转带有方头的螺杆7，以施加外载荷（Fy）。

然后读出靠近在车头，尾座和刀架安放的千分表（2）、（3）、（6）的读数，并记录下来填入表1中。

表1 外加载荷与千分表读数记录根据以上数据，计算出床头、刀架和尾座的受力F 头、F 刀和F 尾。

为了说明尾座套筒伸出长度对刚度的影响，实验时可将套筒分别伸出5mm 和105mm 。

并分别测出千分表读数和计算出刚度的数值，填入表2中。

表2 机床静刚度计算三、静刚度的计算为了计算方便，实验时可将测力环抵在刚性轴的中点处。

故机床、床头、刀架它们之间的刚度关系可以用下式表示：实验时将测力环对准光轴中间，即X=L/2时，则上式简化为 式中：头头头Y F j =；刀刀刀Y F j =;尾尾尾Y F j = 四、画出尾座套筒分别伸出为5mm 、105mm 时尾座的刚度曲线图。

其中横座标为尾座位移量Y 尾，纵座标为F 尾值。

五、实验结果分析及体会 六、填写实验报告实验二机床夹具运用实验一、实验目的通过实验，使学生进一步了解夹具的各种类型，掌握机械加工过程中夹具的功能、工件的定位原理及夹紧机构的作用，并能根据工件的具体情况和加工要求，设计出合适的夹具。

二、实验前必须了解的基本知识（一）夹具的种类1、通用夹具在通用机床上一般都附有通用夹具，如车床上的三爪和四爪卡盘，顶针和鸡心夹头；铣床上的平口钳、分度头和回转台等，通用夹具有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。

通用夹具主要用于单件小批量生产中，因为单件小批量生产中加工工件经常变换，在成批生产中很少使用。

这种通用夹具一般由专业厂生产。

2、专用夹具专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的,因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计得结构紧凑，操作迅速方便。

专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。

其设计制造周期较长，当产品变更时，因无法再使用而报废，故多适用于产品固定的批量大的生产中。

3、成组专用夹具有时由于批量较小，为每种工件设计专用夹具不合适，而使用通用夹具又不能满足加工质量或生产率的要求，这时可以采用成组加工工艺，把工件按形状、尺寸和工艺的共性分组，再为每组工件设计组内通用的专用夹具，这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。

4、组合夹具组合夹具是由一套预先制造好的标准元件组装成的专用夹具,它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品变换时，不存在夹具“报废”问题。

因为它可以拆开，其元件可清洗入库，以待组装新的夹具。

因此,组合夹具很适合于新产品试制和单件小批量生产中。

5、随行夹具随行夹具为自动线夹具的一种。

自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，这与一般专用夹具相似；另一类为随行夹具，这除了具有一般夹具所担负的装夹工件任务外，还担负沿自动线输送工件的任务，因为它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故有“随行夹具”之称。

夹具除了以上分类方法分类外，还可以按动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具以及自夹紧夹具等。

按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具、钻床夹具等。

（二）工件的六点定位原理如下图所示，工件在夹具中的位置有六个不定度，即空间X 、Y 、Z 直角坐标中沿X 轴移动X ，沿X 轴转动x ；沿Y 轴的移动Y ，沿Y 轴的转动y ；沿Z 轴的移动Z 和沿Z轴的转动z。

这六个不定度需要用夹具上按一定要求布置的六个支承点（定位元件）来消除，这就是工件的六点定位原理。

（三）工件的夹紧一般情况下，工件在加工过程中会受到切削力、惯性力、重力等外力的作用，若不夹紧，工件就可能发生移动，造成设备、刀具损坏及人身事故。

同时，工件在定位过程中获得的既定位置主要依靠夹紧来保持，有时工件的定位也是在夹紧过程中实现的。

因此，夹紧装置是夹具的重要组成部分。

（四）组合夹具的组装组合夹具的组装，就是按一定的步骤和要求，把组合夹具的有关元件组装成加工工件所需的夹具，组装工序包括夹具的设计和装配二个过程。

组合夹具既要有较大的刚度，也要力求结构紧凑，轻巧灵活。

正确的组装过程可按下列步骤进行。

组装步骤（1）在组装前，根据工件的形状、尺寸、公差等加工工艺要求以及使用的机床、刀具等情况确定组装方案。

（2）按工件的定位和夹紧的基本要求，选择定位元件、夹紧元件及相适应的支承元件、基础板等（包括特殊情况下设计的简单专用件），初步确定夹具的结构形式。

（3）试装。

也就是将前面设想的夹具结构方案先组装一下，各元件之间暂不紧固，对有些主要元件的精度，如等高度、平行度等进行测量和挑选，从而对前面拟定的夹具结构方案进行修改和补充。

（4）连接。

通过试装肯定了夹具结构的方案后，即可进行元件的连接和调整工作。

即按一定的顺序（一般由下到上，由内到外）把各元件用螺钉和螺母连接起来，在连接的同时要进行有关尺寸的调整，连接和调整要交替进行。

（5）检验。

夹具元件全部紧固后，要进行一次仔细的检验。

检验的内容与试装中相同，最后检查零星元件是否配齐。

三、实验步骤1、对照实验室夹具模型进一步熟悉工件定位原理，了解夹紧机构的作用，分析有关定位元件和夹紧机构的特点。

2、任选一种车、钻、镗、铣等夹具，进行实物分析研究，找出定位元件，分析定位情况，画出夹具简图，写出评定及改进意见。

3、按前述组合夹具组装步骤，结合实验室具体工件的具体加工工序要求，用现有的组合夹具元件，组装所需夹具，并分析加工的可靠性及各元件的具体功能。

4、对已组合好的组合夹具，按元件加工要求进行实物分析，判定是否组装合理；四、填写实验报告实验三曲轴状态检查实验一、实验目的通过实验使学生进一步熟悉曲轴臂距差的测量方法，学会分析影响臂距差变化的因素，并能根据测定出的曲轴臂距差绘制出曲轴轴线状态图。

三、基本原理曲轴安放在高低不同的主轴承上时，其轴心线即成为一弯曲的状态。

当曲轴轴心线弯曲时，必然引起曲轴曲柄臂之间的距离在上、下止点或左右舷时有变化，曲轴轴心线弯曲越大，臂距的差值就越大。

曲轴曲柄间产生臂距差的主要原因是机座变形，主轴承加工误差，曲轴安装时的轴线偏差等。

对于长期使用的柴油机由于受力或其它原因造成轴瓦不同程度的严重磨损，也是曲轴曲柄间产生臂距差的重要原因。

三、实验设备及工具1．6250柴油机一台2．曲轴量表（拐挡表）及其附件3．桥规、塞尺、钢直尺等四、实验步骤1．测量曲轴各有关尺寸，如图1所示，并将其测量结果填入表1中，要求测量误差小于1mm.表1 曲轴结构尺寸表（mm）2、测量桥规值桥规测量如图2所示，如“1”号主轴颈a=0.04，“2”号主轴颈b=0.05。

图2 曲轴桥规定值测量1—桥规 2—曲轴轴颈3、在曲柄臂内左右两边找出安装曲轴量表的洋冲眼如图4所示22S D R +=， 其中：R-----------曲轴量表回转半径 R=245mm ； D-----------曲轴颈直径 D=220mm ； S-----------活塞行程 S=270mm 。

图4 曲轴量表安装示意图4．绘制臂距值记录表5．安装曲轴量表（1）活塞运动部件未装上时，盘车将曲柄销转至下止点或其它合适位置，即可安装曲轴量表。

（2）在放置曲轴量表时，其表的两端顶尖一定要顶在曲柄臂上既定的洋冲眼内，安放好曲轴量表后，要将其来回摆动几次，直至曲轴量表无论摆到任何角度，指针都不动时，才可认为曲轴量表顶尖确实顶到了洋冲眼的中心，证明曲轴量表已经安装好。

（3）盘车时应注意飞轮周围的人和物，待所有人员的头和手离开曲柄箱并检查曲柄箱内无其他物件后方可盘车，以免发生人身事故及机损事故。

（4）盘车至下止点，调整零位（即再转动表的外表，使指针指到零位）。

最后，装表人员的头和手应立即离开曲柄箱，并检查无工具或障碍物悬在曲轴箱内，方可缓慢按顺序盘车。

（5）若活塞运动部件已装上时，盘车将曲柄销转至下止点后30°，安装曲轴量表，调整零位,曲柄销不能到下止点，否则在曲柄销运行中连杆会打坏曲轴量表。

6．测量和记录 按柴油机转向盘车：（1）活塞运动部件未装上时，依次测出曲轴曲柄销在左舷、上止点、右舷、下止点（如图5a 所示）的臂距值，记入表2。

（2）活塞运动部件已装上时，要在下止点后30°装表，调整零位，并依次测出曲轴曲柄销处在左舷、上止点、右舷、下止点前30°（如图5b 所示）的臂距值，记入表2。

a、活塞运动部件未装上时b、活塞运动部件运装上时图5 测量点确定示意图（3）活塞运动部件已装上时，上止点前30°和下止点后30°两处的臂距测量值取平均值作为下止点臂距值。

7．计算臂距差值填入表2五、注意事项1．安装曲轴量表时注意短针压缩，长针调零（装好后方可松手，以免损坏曲轴量表）。

2．盘车时注意柴油机的转向、转角准确，注意人身安全。

3．读取、记录、计算要求准确，实验时分工负责。

4．活塞运动部件已装上测量时，注意下止点前30°值的测量，防止连杆旋转打坏曲轴量表。

六、确定所测臂距值的正确性通常根据上下止点的臂距值之和与左右舷臂距值之和相等的规律来验证所测臂距值的正确性。

七、作曲轴轴线状变图1．计算臂距差值现假设一组数据，如表3所示表3 假设垂直平面臂距值（△垂）2．作垂直平面曲轴轴线状态图⑴计算垂直平面各拐因臂距差△垂所引起的主轴承偏移量f，且将计算结果填入表4：表4垂直平面各拐因臂距差△垂所引起的主轴承偏移量f式中：R--------曲轴量表回转半径（mm）LX-------汽缸中心距（mm）f---------主轴承偏移量⑵绘制垂直平面内曲轴轴线状态图a、如图6，作水平线0—0代表曲轴轴线，以M（1:25）表示曲轴轴线长度的比例，在0—0线上划出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ代表相应的汽缸中心线位置。