机械制造工艺学实验指导书

机械制造工艺学实验指导书

南通大学

机械工程学院实验中心

实验一机床静刚度测定

在工艺系统（机床——夹具——刀具——工件）受到切削力作用时，将会产生一定的弹性位移，这对工件的加工精度有很大的影响，机床刚度在整个工艺系统刚度中占有较大的比例，他直接影响到机床加工中的精度、生产率和表面光洁度等。机床刚度是评定机床性能和质量的一项重要指标。

测定机床刚度，有静载荷测定和动载荷测定二种，由于静载荷测定的方法比较简单方便，所以目前在实际中应用较多。本实验是采用静刚度测定仪对车床进行静刚度测试。

一、实验目的

1、熟悉采用三向静刚度测定仪测定机床静刚度的方法：

2、掌握车床的部件刚度及机床综合刚度的计算方法：

3、分析机床静刚度对工件加工精度的影响，探讨提高机床刚度的

措施。

二、实验原理

机床处于静止状态，在常用切削位置处，用模拟正常切削时的切削力对机床施加静载荷，并测量在不同载荷下车床各部件在误差敏感方向上的变形量。所以载荷为总切削力，是一空间矢量。加载时，载荷由小逐步增大（最大载荷为机床所允许最大载荷的2/3），然后卸载，载荷由大逐步减小，就可以绘出加载，卸载的变形曲线——即静刚度曲线。

加载装置如图（1）所示，它主要由一个刚度很大的弓形支架以

及加力和测力装置组成。使用时，先将弓形支架1稳定地安装在前后顶尖之间。拧动加力螺钉2，就可以使圆形测力环3产生弹性力而旋加到模拟车力上，所以载荷由测力环中的千分表对应测力环已标定的数值。弓形支架1上开有不同α角度的螺孔。根据所需α角度的大小进行选用。β角也可以调整。α和β角决定了切削分力与总切削力之间的关系：（图2）

P X=P·sinα

P y = P·cosα·sinβ

P z= P·cosα·cosβ

在模拟切削力的作用下，敏感方向分别由千分表测得床头、尾架刀架的变形量，得到：

床头刚度：K j

头==·

尾架刚度：K j

尾==·

刀架刚度：K j

刀=

则机床静刚度可用下式表示：

=·（）2+（）2+

式中x——弓形架左端面至弓形架受力点间的水平距离。

L——弓形架全长。

L值及不同加力角度下的x值见图1

当x=，即加力螺钉2处在0位时，此时有：

床头刚度：K j

头=

尾架刚度：K j

尾=

刀架刚度：K j

刀=

则机床静刚度可用下式表示：

=（+）+

三、实验仪器和设备

1、机床：CA6140

2、加载装置：三向静刚度测定仪

3、测量仪器：千分表四只、磁性表架三只

四、实验方法和步骤

1、将三向静刚度测定仪安装在及床上。

2、装好测变形量的三只千分表（如图1），磁性表座安放在床身上。

3、为了消除间隙的影响，预加载荷接近极限值后卸载，然后将千分表调整到零位。

4、拧动加载螺钉，逐渐进行加载，同时观察测力环内千分表的读数。

以20公斤力为间隔加载至极限240公斤，然后同样按此间隔卸载，分别记录下加载和卸载过程中千分表的读数。

五、实验注意事项

1、将刀架的纵、横楔铁调整到适当位置，间隙大大会产生爬行现象；间隙太小，刀架的变形会很小。

2、将模拟车刀牢牢地夹紧在刀架上，否则，受力过大后刀杆会移动。

3、锁紧尾架的各个活动环节。

4、实验中，当弓形架转过β角以后，为防止测力圈掉下，可用一细铁丝将测力圈连于弓形架上。

5、注意加载值不能超过所规定的极限载荷值，否则会损坏仪器和设备。

六、实验结果

加载模拟切削力（α= ——；β= ——）

实验数据填入下表：

绘制床头、尾架、刀架部件刚度曲线图。

实验二加工精度的统计分析

一、实验的目的与要求

为了巩固课程中学到的有关加工误差的统计分析方法的基本理论知识，了解质量控制的基本方法。本次实验是在调整好的机床上，连续加工一批试件，测量其加工尺寸，对测得的数据用统计分析的方法进行处理，来分析该工序的加工精度，要求：

1.绘制尺寸分布曲线，计算标准差S及平均尺寸；

2.绘制点图；

3.绘制—R质量控制图；

4.确定本工序的加工精度能力，并分析加工稳定性。

二、实验原理与计算方法

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，为了对某一工序的加工精度进行分析研究，从工序连续生产出来的工件中抽取部分工件（本次实验的试件为100件）进行测量得到加工尺寸的一系列数据，可画出频数直方分布曲线。若所取的工件数较多，组距较小，折线就接近于实际分布曲线。在没有明显变化系统的误差情况下，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，则工件的尺寸分布符合正态分布，由概率论知识它的方程为：

式中：σ——均方根误差，又称标准差

——工件平均尺寸

X——尺寸

工件尺寸的分布近似地看作在±3σ范围的分布，工序的工艺能力系数C P为：

式中：δ——所规定的零件公差。

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。但是，采用分布曲线法控制加工精度必须全部检查所有加工工件，当一批工件加工完成后，才能绘制分布曲线图，在生产上常用点图或——R图法，可以及时对加工精度进行分析控制。

点图是以顺序加工的工序件序号作横坐标，工件的加工尺寸为纵坐标，对一批工件中的每一件加工所得尺寸，依次在坐标上点出。点图可以反映出加工尺寸随时间而变的关系，可以看出尺寸的变化趋势，找出产生误差的原因，以便及时采用有效的措施，加以克服。

——R称为平均尺寸——极差（又称范围）控制图。它在大批大量生产过程进行之前，先加工一批试件，根据其所得的加工尺寸，求出其平均值和极差R而制造成的。用此——R图可以及时地了解以后大批量生产的加工精度进行分析控制。从数理统计的原理来看