机械制造工艺学实验指导书教材.docx
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机械制造工艺学实验指导书教材
实验一夹具拆装实验
一．实验目的
1．使学生掌握各类机床夹具的结构、原理和特点；
2．熟悉典型定位方式和定位元件，掌握典型夹紧机构的作用原理和特点；
3．巩固所学六点定位原理的概念，掌握各类机床夹具的特点及设计要点。
二、实验设备、仪器及试件
1．夹具元件几套。
2．零件实物几件。
3．活动扳手、铜锤、起子等工具。
4．千分尺、游标卡尺、千分表、磁力表座、块规、心棒等检具。
三．实验内容
通过熟悉现场典型夹具结构与分类、加强对六点定位原理的认识，提高分析应用能力。
1．机床夹具及其组成
夹具主要组成有：
（1）定位组件、
（2）夹紧装置、（3）夹具体、（4）对刀或导向组件、（5）连接元件。
熟悉组成部分在夹具中的运用。
2．夹具的分类
1）通用夹具；2）专用夹具（车、铣、钻等机床专用夹具）；3）组合夹具。
了解各类夹具的的结构及功能。
3．常用定位方法和定位元件
1）工件的平面定位
（1）固定支承（平头、球头、齿纹形）
（2）可调支承：
尺寸不同的工件，在加工一批工件前调整，锁紧后相当于固定支承。
（3）自位支承（浮动支承）
球面三点式，摆动杠杆两点式，滑动杠杆两点式。
2）工件的圆孔定位
心轴（过盈配合心轴、间隙配合心轴、小锥度心轴、弹性心轴）、定位销（圆柱销、菱形销） 、锥销。
3）工件的外圆定位
套筒（圆孔）、半圆孔、支承钉、支承板等定位，也常用三爪卡盘，弹簧夹头等装夹。
但广泛采用Ｖ形块做定位组件。
通过现场实物加深对定位元件结构的了解。
4．典型夹紧机构
1）斜楔夹紧机构实例分析；
2）螺旋夹紧机构实例分析；
3）圆偏心夹紧机构实例分析；
4）定心夹紧机构实例分析；
5）液性塑料定心夹紧机构实例分析；
6）联动夹紧机构实例分析。
组合夹具的设计、组装与调整
一、实验目的
根据工件工序要求及结构特点，自行设计夹具总装方案，并进行装配及调整，以巩固机制工艺学课程中所学到的有关组合夹具的基本理论知识，并用来解决实际加工中工件的装夹问题。
（1）掌握组合夹具的特点和设计装配方法，具有按加工要求组装组合夹具并进行检测的能力。
（2）了解组合夹具的元件种类、结构与功用。
（3）掌握六点定位原理及粗、精基准选择原则。
（4）理解夹具各部分连接方法，了解夹具与机床连接及加工前的对刀方法。
（5）掌握定位方法，调整定位尺寸、消除形位误差、夹紧力的分析等。
（6）熟悉铣、钻、镗等机床夹具的特点。
二、实验设备、仪器及试件
1．组合夹具元件几套。
2．零件实物几件。
3．活动扳手、铜锤、起子等工具。
4．千分尺、游标卡尺、千分表、磁力表座、块规、心棒等检具。
三、组合夹具元件及其作用
组合夹具按组装对元件间连接基面的形状不同，可分为槽系和孔系两大系统。
为了适应不同产品加工零件尺寸大小的需要，组合夹具按其尺寸大小又分为大、中、小型三个系列，见下表。
各系列中，其元件用途又可分为八大类。
在每一类元件中又分很多结构类型、品种及规格，以供组装不同夹具时搭配选用。
为了掌握组合夹具的组装技术，必须熟悉各类元件的结构特点、尺寸规格及使用方法，以便灵活运用各类元件，迅速组装出所适用的夹具来。
现以中型系列为例，介绍八大类元件的主要结构形式和基本用途。
1．基础件
它是组合夹具中最大的元件，包括各种规格尺寸的方形、矩形、圆形基础板和基础角铁等。
基础件通常作为组合夹具的基体，通过它将其他各种元件或合件组装成一套完整的夹具，图1为其中的几种结构。
（a）正方形基础件（b）长方形基础件（c）圆形基础件
图1基础件
2．支承件
支承件是组合夹具的骨架元件。
支承件通常在组合夹具中起承上启下的作用，即把上面的其他元件通过支承件与其下面的基础件连成一体，一般各种夹具结构中都少不了它。
支承件有时可作定位元件使用，当组装小夹具时，也可作为基础件。
图2为其中的几种结构。
（a）V形基座（b）方形垫板（c）正方形支承
（d）V形垫板（e）支承角铁
图2常用支承件
3．定位元件
定位件主要用于工件在夹具中的正确定位，也用于保证夹具中各元件的使用精度及其强度和刚度。
图3为其中的几种结构。
（a）平键（b）长平键（c）平偏心键
（e）圆形定位盘（f）直柄顶尖
图3定位元件
4．导向件
导向件主要用来确定刀具与工件的相对应置，加工时起引导刀具的作用。
有的导向件可作定位用，也可作为组合夹具系统中移动件的导向。
图4为其中的几种结构。
（a）十字槽右弯头钻模板（b）左弯头钻模板
（c）十字槽钻模板（d）沉头钻模板
图4导向件
5．夹紧件
夹紧件主要用来将工件夹紧在夹具上，保证工件定位后的正确位置，也可作垫板和挡块用。
图5为其中的几种结构。
（a）平压板（b）伸长压板（c）铰链压板
（d）偏心轮（e）双头压板（f）U形压板
图5夹紧件
6．紧固件
紧固件主要用来连接组合夹具中各种元件及紧固工件。
由于紧固件在一定程度上影响整个夹具的刚性，因此均采用细牙螺纹，这样可使元件的连接强度好，紧固可靠。
同时所选用材料、精度、表面粗糙度及热处理均高于一般标准紧固件。
图6为其中的几种结构。
（a）双头螺栓（b）方形槽用螺栓（c）长方形槽用螺栓
（d）关节螺栓（e）圆柱头螺钉（f）带肩螺母
图6紧固件
7．其他件
除了上述六类元件以外的各种用途的单一元件称为其他件。
其他件中有的有明显的作用，有的常无固定的用途，但如用得合适，则能在组装中起到极为有利的辅助作用。
图7为其中的几种结构。
（a）回转板（b）连接板（c）平衡块
图7其他件
8．合件
合件是由若干零件装配而成，并在组装过程中不拆散使用的独立部件。
按其用途可分为定位合件、导向合件、分度合件以及必需的专用工具等。
图8为其中的几种结构。
（a）顶尖座（b）垂直键槽折合板
图8合件
四、实验步骤
1．
（1）根据工件工序要求及结构特点，确定定位方案，画出定位简图；
（2）自行设计夹具组装方案：
构思整个夹具的总体结构，确定夹具中的基础件、支承件、定位元件、夹紧元件、对刀元件及导向元件；（3）确定各元件之间的连接及定位关系。
（4）分析定位误差的构成，计算确定夹具定位元件间允许的位置公差值。
2．试装：
根据夹具总装方案，在夹具标准件库中，找出所需元件，进行试装配，发现问题，及时更正。
3．装配：
利用工具，在指导老师指导下按正确的装配顺序，把各元件装配好，了解装配方法。
4．调整：
调整好各工作表面之间的位置。
5．检测：
按计算出的位置公差值（夹具要求），检测各工作表面之间的位置是否符合要求。
五、思考题
1、组合夹具的基础件有几种？
结构特点如何？
有什么作用？
2、组合夹具的支承件有几种？
结构特点如何？
有什么作用？
3、组合夹具的定位件有几种？
结构特点如何？
有什么作用？
4、组合夹具的导向件有几种？
结构特点如何？
有什么作用？
5、组合夹具的压紧件和紧固件有几种？
如何使用？
6、组合夹具的合件和其他部件有什么用途？
7、组合夹具可多次组装，每一次组装后是专用夹具吗？
8、某零件某道工序可设计专用夹具，试比较组合夹具与专用夹具的优缺点？
9、组合夹具的键定位和螺栓紧固联接与整体结构的夹具体比较有什么优缺点？
10、组合夹具能满足任何加工要求吗？
试举例？
11、通用夹具、成组夹具、可调夹具、组合夹具各适合什么场合？
12、你所拆装的那道工序组合夹具设计是否合理？
你如认为需要改进，应怎样改进更为合理？
实验二加工误差统计分析
一、实验目的
在调整好的无心磨床上连续加工一批同样尺寸的试件，测量其加工尺寸，对测得的数据进行不同的处理，以巩固机制工艺学课程中所学到的有关加工误差统计分析方法的基本理论知识，并用来分析此工序的加工精度。
（1）掌握加工误差统计分析方法的基本原理和应用。
（2）掌握样本数据的采集与处理方法，要求：
能正确地采集样本数据，并能通过对样本数据的处理，正确绘制出加工误差的实验分布曲线和
图。
（3）能对实验分布曲线和
图进行正确地分析，对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性做出准确的鉴别。
（4）培养对加工误差进行综合分析的能力。
二、实验设备、仪器及试件
设备：
无心磨床
量仪：
0~25mm数显千分尺一把
试件：
φ24（±0.01）×32的45钢（淬火）100件
三、实验原理
在实际生产中，为保证加工精度，常常通过对生产现场中实际加工出的一批工件进行检测，运用数理统计的方法加以处理和分析，从中寻找误差产生的规律，找出提高加工精度的途径。
这就是加工误差统计分析方法。
加工误差分析的方法有两种形式，一种为分布图分析法，另一种为点图分析法。
1．分布图分析法
分布图分析法是通过测量一批加工零件的尺寸，把所测到的尺寸范围分为若干个段。
画出该批零件加工尺寸（或误差）的实验分布图。
其折线图就接近于理论分布曲线。
在没有明显变值系统误差的情况下，即工件的误差是由很多相互独立的微小的随机误差综合作用的结果，则工件尺寸分布符合正态分布。
利用分布曲线图可以比较方便地判断加工误差性质，确定工序能力，并估算合格品率，但利用分布图分析法控制加工精度，必须待一批工件全部加工完毕，测量了样本零件的尺寸后，才能绘制分布图，因此不能在加工过程中及时提供控制精度的信息，这在生产上将是很不方便的。
2．点图法
在生产中常用的另一种误差分析方法是点图法或
图法。
点图法是以顺序加工的零件序号为横坐标，零件的加工尺寸为纵坐标，把按加工顺序定期测量的工件尺寸画在点图上。
点图可以反映加工尺寸和时间的关系，可以看出尺寸变化的趋势，找出产生误差的原因。
图称为平均尺寸——极差质量控制图。
一般是在生产过程开始前，先加工一批试件（本实验中即用本批加工的零件作为试件），根据加工所得的尺寸，求出平均值
和极差R而绘制成的。
点图：
中线
上控制线
下控制线
R点图：
中线
上控制线Rs=D1
下控制线Rx=D2
是将一批工件依照加工顺序按n个分为一组第i组的平均值，共分成k组；
是第i组的极差；
式中A2、D1、D2的数值根据数理统计原理而定出（见表1）。
表1
每组件数n
A2
D1
D2
4
0.73
2.28
0
5
0.58
2.11
0
将生产中定期抽样的尺寸结果，点在
图上，从点子在图中的位置便可看出
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。
图上的控制界限线，就是用来判断工艺是否稳定的界限。
因此
图是用来判断工艺过程的稳定性的。
四、实验步骤
1．按无心磨床的操作方法，加工一批零件（本实验为100件）。
加工完的零件，擦洗干净，按加工顺序放置好。
2．按加工顺序测量工件的加工尺寸，记录测量结果。
3．绘制直方图和分布曲线
1）找出这批工件加工尺寸数据的最大值xmax和最小值xmin，按下式计算出极差R。
R＝xmax一xmin
2）确定分组数K（K一般根据样本容量来选择，建议可选在8~11之间）。
3）按下式计算组距d。
4）确定组界（测量单位：
微米）。
5）做频数分布表。
6）计算
和
。
7）画直方图
以样本数据值为横坐标，标出各组组界；以各组频率密度为纵坐标，画出直方图。
8）画分布曲线
若工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若工艺过程不稳定，则应根据实际情况确定其分布曲线。
画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。
9）画公差带
在横轴下方画出公差带，以便与分布曲线相比较。
4．绘制
图
1）确定样组容量，对样本进行分组
样组容量m通常取4或5件。
按样组容量和加工时间顺序，将样本划分成若干个样组。
2）计算各样组的平均值和极差
对于第i个样组，其平均值和极差计算公式为：
式中
——第i个样组的平均值；
——第i个样组的标准差；
——第i个样组第j个零件的测量值；
——第i个样组数据的最大值；
——第i个样组数据的最小值
3）计算
图控制限（计算公式见实验原理）
4）绘制
图
以样组序号为横坐标，分别以各样组的平均值
和极差R为纵坐标，画出
图，并在图上标出中心线和上、下控制限。
5．按下式计算工序能力系数Cp
6．判别工艺过程稳定性
可按下表所列标准进行判别。
注意，同时满足表中左列3个条件，工艺过程稳定；表中右列条件之一不满足，即表示工艺过程不稳定。
表2
7．加工误差综合分析
通过对分布图和
图的分析，可以初步判断误差的性质。
进而结合具体加工条件，分析影响加工误差的的各种因素，必要时，可对工艺系统的误差环节进行测量和实验。
五、实验数据
序号
记录数据
序号
记录数据
序号
记录数据
序号
记录数据
1
26
51
76
2
27
52
77
3
28
53
78
4
29
54
79
5
30
55
80
6
31
56
81
7
32
57
82
8
33
58
83
9
34
59
84
10
35
60
85
11
36
61
86
12
37
62
87
13
38
63
88
14
39
64
89
15
40
65
90
16
41
66
91
17
42
67
92
18
43
68
93
19
44
69
94
20
45
70
95
21
46
71
96
22
47
72
97
23
48
73
98
24
49
74
99
25
50
75
100
组
号
组界
中心值
xi
频数
mi
频率
fi
xi-
（xi-
）2
（xi-
）2mi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
表1-4实际分布曲线图（直方图）
表1-5
-R控制图数据
样组号
平均值
极差
R
样组号
平均值
极差
R
样组号
平均值
极差
R
1
10
19
2
11
20
3
12
21
4
13
22
5
14
23
6
15
24
7
16
25
8
17
9
18
组序
R
-R控制
升级会员 