机械制造技术基础实验指导书 2汇总.docx

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机械制造技术基础实验指导书2汇总

机械制造技术基础

实验指导书

李志李菊丽编

徐州工程学院机电学院

机械制造及其自动化教研室

2017.2

实验一车刀几何角度的测量

一、实验目的和要求

1.熟悉车刀切削部分的构成要素，掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀标注角度的定义；

2.了解车刀量角台的结构，学会使用量角台测量车刀标注角度；

3.绘制车刀标注角度图，并标注出测量得到的各角度数值。

二、实验原理

车刀的标注角度可以用车刀量角台进行测量。

测量的基本原理是：

按照车刀标注角度的定义，在刀刃选定点上，用量角台的指针平面（或侧面或底面），与构成被测角度的面或线紧密贴合（或相平行、或相垂直），把要测量的角度测量出来。

图2-1车刀量角台

1—支脚2—底盘3—导条4—定位块5—工作台6—工作台指针7—小轴8—螺钉轴9—大指针10—销轴11—螺钉12—大刻度盘13—滑体14—小指针15—小刻度值16—小螺钉17—旋钮18—弯板19—大螺帽20—立柱

车刀量角台结构如图2-1所示。

圆形底盘2的周边，刻有从0°起向顺、逆时针两个方向各100°的刻度。

其上的工作台5可以绕小轴7转动，转动的角度，由固连于工作台5上的工作台，指针6指示出来。

工作台5上的定位块4和导条3因定在一起，能在工作台5的滑槽内平行滑动。

立柱20固定安装在底盘2上，它是一根矩形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽19，可以使滑体13沿立柱（丝杠）20的键槽上、下滑动。

滑体13上用小螺钉16固定装上一个小刻度盘15，在小刻度盘15的外面，用旋钮17将弯板18的一端锁紧在滑体13上。

当松开旋钮17时，弯板18以旋钮17为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯板18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来。

在弯板18的另一端，用两个螺钉11固定装上一个扇形大刻度盘12，其上4用特制的螺钉轴8装上一个大指针9。

大指针9可以绕螺钉轴8向顺、逆时针两个方向转动，并在大刻度盘12上指示出转动的角度。

两个销轴10可以限制大指针9的极限位置。

当工作台指针6、大指针9和小指针14都处在0°时，大指针9的前面a和侧面b垂直于工作台5的平面，而大指针9的底面c平行于工作台5的平面。

测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台5，同时调整放在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺帽19，使滑体13带动大指针9上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针9的前面a（或侧面b、或底面c），与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘12上读出大指针9指示的被测角度数值。

三、实验方法

（1）校准车刀量角台的原始位置

用车刀量角台测量车刀标注角度之前，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位，然后把车刀按图2-2所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置。

（2）主偏角r的测量

图2-2用车刀量角台测量

车刀标注角度的原始位置

从原始位置起，按顺时针方向转动工作台（工作台平面相当于Pr），让主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图2-3所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角r的数值。

（3）刃倾角s的测量

测完主偏角r之后，使大指针底面c和主刀刃紧密贴合（大指针前面a相当于Ps），如图2-4所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角s的数值。

指针在0°左边为+s，指针在0°右边为–s。

（4）副偏角r的测量

参照测是主偏角r的方法，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图2-5所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角r的数值。

图2-3测量车刀主偏角图2-4测量车刀刃倾角

图2-5测量车刀副偏角

（5）前角o的测量

前角o的测量，必须在测量完主偏角r的数值之后才能进行。

从图2-2所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底盘上r=90°-r的刻度数值处（或者从图2-3所示测完主偏角r的位置起，按逆时针方向使工作台转动90°），这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面a（相当于Po），然后让大指针底面c落在通过主刀刃上选定点的前刀面上（紧密贴合），如图2-6所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角o的数值。

指针在0°右边时为+o，指针在0°左边时为–o。

（6）后角o的测量

在测完前角o之后，向右平行移动车刀（这时定位块可能要移到车刀的左边，但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧），使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图2-7所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后面o的数值。

指针在0°的数值。

指针在0°左边为+o，指针在0°右边为-o。

图2-6测量车刀前角图2-7测量车刀后角

（7）法平面前角n和后角n的测量

测量车刀法平面的前角n和后角n，必须在测量完主偏角r和刃倾角s之后才能进行。

将滑体（连同小刻度盘和小指针）和弯板（连同大刻度盘和大指针）上升到适当位置，使弯板转动一个刃倾角s的数值，这个s数值由固连于弯板上的小指针在小刻度盘上指示出来（逆时针方向转动为+s，顺时针方向转动为–s），如图2-8所示，然后再按前所述测量正交平面前角o和后角o的方法（参照图2-8和图2-7），便可测量出车刀法平面前角n和后角n的数值。

图2-8测量车刀法平面前角和后角

思考题

1.用车刀量角台测量车刀正交平面前角o和后角o时，为什么要让工作台从原始位置起，逆时针方向旋转r=90°–r的角度？

2.在什么情况下需要测量车刀法平面前角n和后角n?

为什么用车刀量角台测量车刀法平面前角n和后角n时，小指针（即弯板）要旋转一个刃倾角s的数值？

3.参照测量车刀主剖面前角o和后角o的方法，怎样利用车刀量角台测量出车刀副刀刃上的副前角o，和副后角o，？

为什么车刀工作图上不标注副前角o，？

4.怎样利用车刀量角测量出车刀假定工作平面、背平面参考系的前角f、p和后角f、p？

标注出f、p和后角f、p有什么用处？

5.切断车刀有几条刀刃？

哪条是主刀刃？

哪条是副刀刃？

应如何利用车刀量角台测量切断车刀的主偏角r和副偏角r，？

6.45°弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化？

为什么？

实验二普通车床传动及调整

一、实验目的

　　了解机床的传动系统、传动结构、机床的操纵机构及其操作方法．熟悉和掌握机床主要部件及其调整方法。

二、实验设备

　　CA6140型普通车床

三、实验内容

　　机床的操纵方法和机床运动的调整方法。

了解主轴箱的结构、主轴变速操作机构的工作原理，离合器与制动器的操纵及其调整。

四、实验步骤

1.闭合电源开关，闭合机床总开关，启动电动机，操纵离合器，使主轴启动，停止、反向，熟悉离合器操纵手柄的使用。

2.接通丝杠，加工螺纹传动链接通，掌握加工螺纹时机床的调整方法。

调整机床，使其加工螺距t=3mm,旋向为左旋；t=24mm，旋向为右旋。

3.接通光杠，熟悉机动进给手柄的操作方法。

观察搬动手柄时的操作方法，观察搬动手柄时刀架部件的运动状态。

操纵快速电机，使刀架快速移动。

4.断开机床总开关和电源开关，打开主轴箱，对照传动系统图找到各个传动轴，观察滑移齿轮的结构形式、固定齿轮的结构形式及固定方法。

5.观察离合器、制动器及其操纵，离合器与制动器怎样实现互锁。

6.观察

轴上的滑移齿轮操纵机构,本机构使用了那些操纵件？

滑移齿轮的位置是怎样保证的（既滑移齿轮是怎样定位的）?

7.观察

轴上的滑移齿轮及主轴上的离合器是怎样操纵的?

使用了哪些操纵件？

8.掌握主轴的变速方法。

五、注意事项

1.机床开动时要远离机床运动部件，以免发生危险。

机床主轴箱打开后，不要用手去摸齿轮离合器等，不要将杂物掉进主轴箱里，以免损坏设备。

2.机床开动前要对机床按要求进行润滑，实验完毕后将机床各部件及操纵机构复原并对机床导轨部分加油，打扫场地。

实验三机床夹具拆装与调整

一、实验目的

1.掌握夹具的组成、结构及各部分的作用；

2.理解夹具定位原理及各部分的连接关系，了解夹具的装配过程；

3.掌握夹具与机床连接、定位方法，了解加工前的对刀方法。

二、实验设备

1.钻床、铣床一台

2.钻床、铣床夹具一套

3.拆装、调整工具各一套

三、实验内容及步骤

1.熟悉夹具的总体结构，找出夹具中的定位元件、夹紧元件、对刀元件、夹具体及导向元件。

2.分析夹具是如何实现工件定位和夹紧的,指出定位基准和各定位元件所限制的自由度，判断该夹具在设计中有无不合理之处，如过定位、欠定位等，若有不合理的定位方案请提出改进意见。

3.使用工具，按顺序把夹具各连接元件拆开，注意各元件之间的连接和定位关系，并把拆掉的各元件摆放整齐。

4.利用工具，按正确的顺序把各元件装好，了解装配方法，调整好各工作表面之间的位置。

5.把夹具装到钻、铣床的工作台上，注意夹具在机床上的定位，调整好夹具相对机床的位置，然后将夹具夹紧。

6.将工件安装到夹具中，注意工件在夹具中的定位、夹紧。

7.利用对刀塞尺，调整好刀具的位置，注意对刀时塞尺的的使用。

8.实验后绘出一种零件工序简图及夹具装配示意图，装配示意图重点表达清楚工件在夹具中的定位和夹紧方式，完成实验报告。

四、实验注意事项

1.实验中小心毛刺，注意安全。

2.遇到别卡现象，不要硬行装配，不要用金属物敲打零件，以防破坏夹具精度。

实验四加工误差的统计分析

一、实验目的与要求

学习加工误差统计分析法的基本理论，掌握分布曲线图的作法，学会计算分布曲线参数和工艺能力评价，学会分布曲线图的分析并能提出解决加工误差问题的措施。

+0.12

-0.18

二、实验装置及工具材料

1．小轴尺寸φ10小轴数量：

100根

2．游标卡尺测量范围：

0～125/150mm游标读数值：

0.02mm

三、加工误差统计分析概述

在实际机械加工过程中，影响加工精度的因素往往是错综复杂的，不可能用单因素的方法一一分析计算，通常要用统计分析法来分析和解决加工精度问题。

所谓加工误差统计分析法，就是在加工一大批零件中抽检一定数量的零件，并运用数理统计的方法对检查测量结果，进行数据处理与分析。

从中找出规律性的东西及产生加工误差的原因、误差的性质，从而找到解决加工精度问题的途经。

四、测量方法与步骤

1．游标卡尺的使用方法

量具使用得是否合理，不但影响量具本身的精度，且直接影响零件尺寸的测量精度，甚至发生质量事故。

所以，必须重视量具的正确使用，对测量技术精益求精，以获得正确的测量结果。

在使用游标卡尺测量小轴直径尺寸时，必须注意以下几点：

（1）测量前应把卡尺擦干净，把两个量爪密贴合时，无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。

（2）移动尺框时，活动要自如，不应过紧或过松。

用固定螺釘固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。

（3）测量小轴直径尺寸时，先把卡尺的活动量爪张开，把小轴贴靠在固定量爪上，然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触小轴表面，不要过分地施加压力。

卡尺两测量面的联线应垂直于被测量表面，不能歪斜，测量时可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置。

同时，应当用量爪的平面测量刃进行测量，尽量避免用端部测量刃和刀口形量爪去测量外尺寸。

（4）在游标卡尺上读数时，首先要看游标零线的左边，读出主尺上尺寸的整数是多少毫米，其次是找出游标上那一根刻线与主尺刻线对准，该游标刻线的次序数乘其游标读数值，就是尺寸的小数部分，整数和小数相加的总值，即是被测小轴尺寸的数值。

读数时应水平拿着卡尺，使人的视线和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜造成读数误差。

（5）为了获得正确的测量结果，应在小轴的不同截面和同一截面的不同方向进行测量，取得平均值。

2．测量小轴100根，并将每一根小轴的测量结果，填入实验报告“小轴直径测量值”表格中。

五、分布曲线图的绘制

1．从小轴直径实测值（100个数据）中，找出最大值xmax和最小值xmin并在表中画上记号。

2．计算组距h:

关于分组数的确定见表1。

表1分组数的确定

抽查零件数n

分组数k

一般使用组数k

50～100

100～250

250以上

6～10

7～12

10～20

10

10

10

实践证明，组数太少会掩盖组内数据的变动情况，组数太多会使各组的高度参差不齐，从而看不出变化规律。

通常确定的组数要使每组平均至少摊到4～5个数据。

根据表1可求得组距:

组距h＝（xmax—xmin）/K

3．计算第一组的上下界限值：

xmin,xmin+h

4．计算其余各组的上下界限值

第一组的上界限值就是第二组的下界限值。

第二组的下界限值加上组距就是第二组的上界限值，其余类推。

并将每组小轴尺寸范围，填入实验报告“小轴频数分布表”。

5.计算各组的中心值Xi：

Xi＝（某组上限值﹢某组下限值）/2

6．统计各组的小轴频数m，计算各组频率m/n（n＝100）。

7．以频数或频率为纵坐标，组距为横坐标，画出一系列直方形，即直方图。

通过直方图能够更形象、更清楚地反映出小轴尺寸分散的规律性。

如果将各矩形顶端的中心点连成曲线，就可绘出一条中间凸起两边逐渐低的频率分布曲线。

六、分布曲线参数计算及工艺能力评价

实际分布曲线能表示加工尺寸的分布规律，但不能进行具体计算，因为曲线方程不知。

所以在用统计分析法研究加工误差问题时，常常应用数理统计学中的一些理论分布曲线来近似代替实际分布曲线，以使分析问题的方法简化。

其中应用最广的便是“正态分布曲线”。

1.分布曲线参数计算

（1）零件平均尺寸x：

x＝（x1+x2+…+xn）/n

（2）均方根误差σ：

σ＝√﹝（x1―x）2+（x2－x）2+…+（xn－x）2﹞/n

x、σ是曲线的两个特性参数。

x确定零件尺寸分散范围中心的位置，即确定曲线位置。

σ表示零件尺寸分散范围的大小，即决定曲线形状。

（3）公差带中心值：

+0.12

-0.18

小轴10mm＝9.97±0.15mmx，＝9.97mm

（4）中心偏移值：

⊿＝x－x，

（5）计算合格率：

x－x/σ＝（T/2±⊿）/σ（查积分表，见教材）

2．测定加工精度和评价工艺能力

分布曲线也是加工精度的客观标志。

抽查部分零件，如果加工尺寸服从正态分布，则尺寸分散范围6σ（±3σ，99.73%的概率）也就代表了这种加工方法的平均经济加工精度。

若零件加工公差带为T，则工艺能力系数为：

Cp＝T/6σ

根据工艺能力系数大小，可将工艺能力分为5级，见表2。

表2工艺系数等级

工艺等级

特级

一级

二级

三级

四级

Cp

Cp≥1.67

1.67＞Cp≥1.33

1.33＞Cp≥1.00

1.00＞Cp≥0.67

0.67＞Cp

能力判断

很充分

充分

不够充分

明显不足

非常不足

对于Cp≤1的工艺应采取措施，提高工艺能力系数，以保证产品的加工质量。

七、分布曲线图的观察分析

作分布曲线图的目的，是通过观察图的形状，判断生产过程是否稳定，预测生产过程的加工质量。

然后和零件尺寸公差比较，即可确定有无废品。

根据分布曲线还可以看出影响加工精度的误差性质，从而分析原因，找出解决加工误差问题的途经。

一般来说，系统误差规律性比较强，这类因素比较容易被识别，并且可通过调整法将其减小或消除。

但随机性误差产生的因素比较复杂，且又是难以查找，必要时可将各种可能产生的因素一一分析，最终查明原因，提出解决措施。

观察分析分布曲线图时，应着眼于图形的整个形状，常见的有以下几种图形：

①锯齿形：

此种情况多因测量方法或读数有问题，也可能是数据分组不当引起的。

②对称形：

分布曲线图以中间为顶峰，左右基本对称分布，正常状况大多数是这样分布。

③左偏/右偏形：

曲线图的顶峰偏向一侧，有时象端跳、径跳等形位误差的分布。

也可能因加工习惯造成这样分布，如试切法的孔加工直径往往偏小，而轴加工直径又往往偏大。

④孤岛形：

在远离主分部中心地方又出现小的分布群，这表示有某种异常情况，如加工条件有变动等。

⑤双峰形：

这种情况是两批不同的分部混在一起所致。

⑥平顶形：

这往往是由于生产过程中某种缓慢的变动倾向在起作用所造成，如工具的磨损或操作者的疲劳等。

实验报告

班级

指导教师评语

姓名

实验地点

实验名称

实验日期

设备、工具、材料

实验目的与要求

量具名称

测量范围（mm）

游标读数值（mm）

小轴公称尺寸（mm）

小轴数量（根）

小轴直径测量值

单位：

mm

小轴频数分布表

组别

尺寸范围（mm）

中心值Xi（mm）

频数

频率（%）

小轴直径实际尺寸分布曲线图

频数（m）—频率（%）

公差带—组距（0.02mm/格）

曲线参数计算值及工艺能力评价表

小轴平均尺寸x（mm）

x/σ＝

（T/2±⊿）/σ

均方根误差σ（mm）

合格率（%）

公差带中心值x’（mm）

工艺能力系数Cp

中心偏移值⊿（mm）

工艺等级

公差带T（mm）

工艺能力判断

实验体会（曲线图观察分析、解决问题的措施等）：

实验预习报告

班级

指导教师评语

姓名

实验地点

实验名称

预习日期

主要内容提要：

1.测量方法与步骤：

2.分布曲线图的绘制：

3.分布曲线参数计算及工艺能力评价：