机械制造技术基础教学提纲.docx
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机械制造技术基础教学提纲
机械制造技术基础》实验指导书
实验一工艺装备认识与分析（机床、刀具认识）
（现场教学一）
一、目的与要求
1、了解金属切削机床型号的编制方法。
2、了解部分典型机床的工艺范围、总体部局、结构特点和主要技术性能。
3、了解各种常用的金属切削刀具。
4、了解机床专用夹具的用途、组成及一些典型零部件。
二、内容
1、金属切削机床的分类机床主要是按加工性质和所使用的刀具进行分类，目前我国将机床分为12大类：
车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、切断机床及其他机床。
按照万能程度、机床又可分为：
通用机床（万能机床）、专门化机床（专能机床）、专用机床。
按照加工精度不同，在同一种机床中分为普通精度、，精密和高精度三种精度等级。
机床按照自动化程度的不同，分为手动、机动、半自动和自动的机床。
按照机床重量的不同，分为仪表机床、中型机床（一般机床）大型机床
和重型机床、超重型机床按照机床主要器件的数目，分为单轴、多轴、单刀，多刀机床等。
上述几种分类方法，是由于分类的目的和依据不同而提出来的。
通常，机床是按照加工方式（如车、钻、铣、刨、磨等）及某些辅助特征来进行分类的。
2、常用金属切削刀具
（1）车刀
车刀是金属切削加工中应用最广泛的刀具，它可以用来加工外园、内孔、端面，螺纹，也可以用于切槽和切断等。
车刀按照用途不同可分为外园车刀、端面车刀、切断刀及螺纹车刀、成型车刀等。
车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀、机夹重磨式和机夹可转位车刀。
成形车刀按结构和形状分有：
平体成型车刀、棱体成形车刀、圆体成形车刀，按进刀方式可分为径向成形车刀和切向成形车刀。
（2）孔加工刀具麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、中心钻、深孔钻等。
（3）铣刀铣刀的种类很多，按用途分有，园柱铣刀、端铣刀、盘形铣刀（槽铣
刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀和错齿三面刃铣刀）、锯片铣刀、立铣刀、角度铣刀、键槽铣刀、成形铣刀。
（4）拉刀
由于拉削加工方法应用广泛，拉刀的种类也很多。
按加工工件表面的不同，可分为内拉刀和外拉刀两类，内拉刀是用于加工工件内表面的。
常见的有园孔拉刀，键槽拉刀、花键拉刀等。
加工外表面的拉刀，则称为外拉刀、如平面拉刀，成形表面拉刀及齿轮拉刀等。
在分析拉刀时，注意拉刀的主要组成部分及切削部分的拉削方式（拉
削图形）
a、分层拉削方式：
成形式（同廓）和渐成式；
b、分块拉削方式：
分组式、轮切式：
c、综合式拉削。
并进一步比较拉刀上相应的齿形。
（5）齿轮刀具
成形法齿轮刀具：
盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀（模数铣刀）展成法
齿轮刀具：
齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀。
（6）磨料和磨具砂轮的特性主要由磨科、粒度、结合剂，硬度、组织及形状尺寸等因素决定。
注意砂轮端面上的标志与砂轮形貌的对应。
了解各种金属切削刀具的同时，应能分清刀体材料和切削部分的材料。
（高速钢、硬质合金、陶瓷材抖及立方氮化硼等）。
3、以CK6136车床为例，了解其工艺范围，布局与组成，传动原理。
以XK7732为例，了解数控机床依靠控制元件实现程序加工。
以CK6136为例，了解自动化加工设备中刀只的管理、刀具的识别选刀方式及换刀过程。
三、实验报告
1、记录本次实验所见的机床型号、工艺范围。
2、记录本次实验所见的各种刀具名称和用途。
3、记录本次实验所见的各种机床夹具典型部件。
实验二车刀角度的测量
一、目的与要求
1、熟悉车刀切削部分的组成，掌握确定刀具角度的参考平面、参考系及刀具的标注角度；
2、了解万能量角器和车刀量角台的结构，学会使用万能量角器和车刀量角台测量车刀的标准角度；
3、绘制车刀标准角度图，并标出测量得到的各标注角度数值。
二、实验设备、仪器和试件
车刀、万能量角器和车刀量角台
三、测量原理
车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等进行测量。
其测量基本原理是：
按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量角器的尺面或量角台的指针平面，与构成被测角度的面或线紧密贴合，把要测量的角度测量出来。
四、实验内容与方法
（一）量角器和量角台的结构
1、万能量角器
结构如图，直角尺8或直尺12根据需要，用定位螺钉5或11,卡块6或9、制动螺钉7或10装在尺座4上，松开制动螺钉7或10,直角尺8或直尺12调整到适当位置时，再用制动螺钉7或10将其锁紧。
测量角度时，松开制动头3,尺体1连同连同基尺13可以沿尺座4上的半圆形滑轨转动，把基尺13与构成被测角度的面或线紧密贴合（或相平行、或相垂直），然后将制动头3锁紧，从游标尺2的刻座线上，便可以读山所要测量的角度数值。
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2、车刀量角台
车刀量角台是测量车刀标注角度的专用量角仪，它有很多种型式，其
中即能测量车刀主剖面参考系的基本角度，又能测量车刀法剖面参考系的基本角度的一种车刀量角台，如图1-2所示。
圆形底盘2的周边，刻有从o0起向顺、逆时针两个方向各1000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固定在一起，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，旋转丝杠上的大螺帽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将弯扳18的一端锁紧住滑体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扳18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来.
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在弯扳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o•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g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，然后用大指针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。
（二）测量车刀标注角度的方法
1、用万能量角器测量车刀标注角度
（1）主偏角Kr的测量
将万能量角器装成如图1-3所示的样子
贴合在直尺（或换成直角尺）的尺面上，让基尺和主刀刃在基面上的投
影相平行游标尺零线所指示的角度数值，就是主偏角Kr的数值.
⑵副偏角Kr的测量
测完主偏角Kr之后，保持车刀和直尺的相对位置，让基尺和副刀刃装表面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是副偏角kr的数值（见图1-4）.
（3）刃倾角s的测量
将万能量角器装成如图1-5所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处桠切削平面（Ps）内，并和主刀刃紧密贴合；则游标尺零线所指示的角度数值，就是刃倾角s的数值。
（4）前角°的测量
将万能量角器装成如图1-6所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面（Po）内，并通过主
刀刃上的选定点和前刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是主剖面前角。
的数值。
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（5）后角a。
的测量
将万能量角器装成如图1-7所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直角尺（或换成直尺）的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面（P。
）内，并通过主刀刃上的选定点，和后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是主剖面后角a。
的数值。
用万能量角器测量车刀标注角度，其角度数值的精确度可以达到分，但由于基尺，直角尺和直尺的尺面较窄，定位不准，再加上是用眼睛观察来判断尺面是否在基面、切削平面和主削面内，因此可能造成较大的测量误差。
2、用车刀量角台测量车刀标注角度
（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1-8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。
⑵主偏角Kr的测量
从图1-8所示的原始位置起，按顺时针方向转动工作台（工作台平面相当于P。
），让主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图1-9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kr的数值。
（3）刃倾角s的测量
测完主偏角Kr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1-10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00左边为+s，指针在00右边为s。
（4）副偏角kr的测量
参照测量主偏角Kr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1—17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kr的数值。
（5）前角°的测量
前角°的测量，必须在测量完主偏角Kr的数值之后才能进行。
从图
1—8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
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指到底盘上r=90°kr,的刻度数值处（或者从图1—9所示测完主偏角Kr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1—12所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面前角°的数值。
指针在0°右边时为+°，指针在0。
左边时为-°。
（6）后角a。
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1-13所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面后角a。
的数值。
指
针在0。
左边为+a。
，指针在0。
右边为-a。
（7）法剖面前角n利后角n的测量
测量车刀法剖面的前角n和后角n，必须在测量完主偏角Kr，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，顺时针方向转动为一s），如图1—14所示，然后再按如前所述测量主剖面前角。
和后角a。
的方法（参照图1-12和图1-13），便可测量出车刀法剖面前角n和后角n的数值。
五、实验报告内容
（一）实验用量仪和工具
（二）实验记录
主剖面参考系的基本角度（单位：
度）
（三）绘制车刀标注角度图
（四）实验结果分析讨论
五、思考题
1、用车刀量角台测量车刀主剖面前角。
和后角。
时，为什么要让工
作台从原始位置起，逆时针方向旋转r=900kr的角度?
2、在什么情况下需要测量车刀法剖面前角n和后角n?
为什么用车刀量角台测量车刀法剖面前角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。
和后角。
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。
，和副后角。
，？
为什么车刀工作图上不标注副前角。
?
4、怎样利用车刀量角台测量出车刀切削深度（进给）方向剖面的前角p
（f）和后角p（f）?
标注出p（f）和后角p（f）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kr，和副偏角kr？
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？
7、在实际切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，形成刀具的工作角度，请分析以下情况，切削平面、基面和正交平面位置是如何改变的。
（1）车刀（镗刀）安装时，刀尖高于工件轴线。
（2）车刀（镗刀）安装时刀尖低于工件轴线。
（3）车刀安装偏斜。
（4）纵向进给运动对工作角度的影响。
（5）横向进给运动对工作角度的影响。
实验三车削力的测量
、目的与要求
1、了解通用测力仪的工作原理及测力方法。
2、掌握切削深度p、进给量f等对车削力的影响规律。
3、通过实验数据的处理，建立主车削力Fz的经验公式
二、实验设备、仪器、工具和试件
1、测试系统框图
记录仪
2、设备，仪器和试件
CA6140普通车床、外园车刀，45#园钢棒料、QB-09型通用测力仪、
Y6D-3A型动态电阻应变仪、SC-16型光线示波器。
三、测量原理
测量切削力的测力仪种类很多，有机械测力仪，油压式测力仪和电测力仪。
目前使用较多的是电测力仪，它的测量精度和灵敏度较高，电测力仪又有电阻应变式、电感式、电容式和压电式等。
（一）电阻应变式测力仪的工作原理
就电阻应变式测力仪而言，尽管种类繁多，结构各异，但其工作原理是一样的，即在测力仪弹性元件的适当位置粘贴着具有一定电阻值R
的电阻应变片。
并将其联成电桥。
切削时，弹性元件受力变形，于是紧粘在其上的电阻应变片也随之变形，电阻值R发生了变化。
当应
变片R1及R3受拉而伸长时，电阻丝直径变细，电阻增大（R+R）,
当应变片R2、R4受压缩变形时，电阻丝直径变粗，电阻减小（R-R）,于是电桥失去平衡而产生输出电压（或电流）。
但由于电阻应变片的电阻变化很小，所以一般还必须经过电阻应变仪放大，然后由记录仪器记录，再根据标定曲线的换算，就能求得切削力的数值。
利用电补偿原理，可以消除各分力间的相互干扰
图示为几种不同结构形式的八角环形电阻应变式车削测力仪。
（二）电阻应变式测力仪常用的放大与记录仪器
1、电阻应变仪
由于电桥的输出电压很小，因此需用应变仪来放大电桥的输出信号电阻应变仪的型号很多，常用的有YJD-1型、YJ-5型、Y6D-2型、Y6D-3A型、Y8DB-5型等。
根据负载电阻的不同，上述电阻应变仪分为电压桥和功率桥两类，YJD-I、YJ-5、Y6D-2等型号属电压桥；Y6D-3A、Y8DB-5等型号属功率桥。
应当注意，使用电压桥的电阻应变仪时，每一工作桥臂上的电阻应变片的片数、串联或并联不影响电桥的灵敏度，而使用功率桥的电阻应变仪时，电桥的灵敏度则与每一个工作臂上的电阻应变片的片数、串联或并联的方法有关，在接桥时必须注意。
2、记录仪器与电阻应变仪配套使用的记录仪器有光线示波器（SC-16型等）及数字电压表（PZ8、PZ26型等）。
（三）压电式测力仪压电式测力仪的工作原理是基于石英晶体的正压电效应。
当晶体受力作用时，产生变形，从而在晶体表面上产生电荷，所产生的电荷量与外力大小成止比，这种现象称为压电效应。
由于石英晶体在切片时的方位不同，有纵向效应与切向效应之分。
纵向效应的石英晶片，只有当力垂直作于石英晶片的表面时，才有电荷产生。
而切向效应的石英晶片，只有当力沿着灵敏轴方向切于石英晶片表面时，才有电荷产生。
单向压电晶体传感器是由两片纵向效应的石英晶片组成，只能测量垂直于传感器表面的作用力。
三向压电晶体传感器是由三组石英晶片组成，其中测量Fz力的一组是由二片纵向效应的石英晶片组成，而测量Fy及Fx力的二组都是由二片切向效应的石英晶片组成，但两组石英晶片的灵敏轴方向互成90'，因此，当空间任意方向的力作用于传
感器上时，就能自动的将作用力分解为三个相互垂直的分力。
压电式测力仪由于刚性好，灵敏度高，且可以测量动态切削力，因此应用逐渐增多。
压电测力仪，由于在力作用下石英晶片所产生的电荷很少，因此尚需配用电荷放大器进行放大（电荷放人器有FDH-2型、FDH-7型等），再用光线示波器（SC-16型等）或数字电压表（PZ8型、PZ26型等）进行记录。
使用压电式测力仪测力时，测量系统框图如图所示。
四、实验内容与方法：
1、测力仪的标定
实际测定切削力之前，必须对测力仪进行标定，这样才能得到测力仪承受力的大小与记录仪输出的函数关系.能否准确地进行标定，将影响测力的精度。
通过测力环来进行标定可得到切削力（N或kgf）与微应变与uE之间的函数关系曲线，即标定曲线。
2、准备工作
（1）安装工件、测力仪及车刀。
注意刀尖伸出长度应与标定时一致，并对准工件中心高。
（2）按测量系统图连线。
（3）熟悉电阻应变仪使用，并进行电桥平衡调节。
熟悉记录仪器的使用。
（4）熟悉机床操作手柄及操作方法。
注意安全事项。
（5）确定实验条件。
五、实验数据和处理与经验公式的建立切削力的经验公式通常是以切深ap和进给量f为变量的幂函数，其形式为：
（以主切削力Fz为例）
FZCFapxFZfyFZ
首先建立切削力与每一单独变化因素间的关系式（如Fz-ap与Fz-f），
分别求出各指数和系数，然后经过综合，求出总的系数。
1、图解法在单因素实验的构思下，固定其他因素不变，只改变一个冈素，分别表达切深印、进给量f与主切削力Fz关系的单项切削力指数公式为：
FZCFapxFZ；FZCffyFZ将等号两边取对数，则有lgFZ=lgCap+XFZlgaplgFZ=lgCf+XFZlgf显然Fz-ap线和Fz-f线在双对数坐标纸上是直线。
系数Cap为Fz-ap线在ap=lmm时的Fz值.系数Cf为Fz-f线在f=lmm/r时的Fz值。
指数Xfz为Fz-sp线的斜率。
指数Yfz为Fz-f线的斜率。
用本次的数据可在双对数坐标纸上画山5条Fz-sp线和4条Fz-f线,
分别求Xfz和YFz，然后取平均值，以提高实验精度。
取任意一对Fz-ap线和Fz-f线，可以求出cFz。
Cf
由于式FzCapapXFZ是在f=f°（改变ap实验时所固定的f值）的情况下得到的，故有：
FzCapapXFZ=CFzapXFZfoyFZ则CfZ1
而式FzCffyFZ是在apapo（改变f实验时所固定的ap值），固有
由于实验误差Cfzi与CFZ2不一定相等，因此取两者的平均值，即
1
CFZ2（CFZ1CFZ2）
2、一元线性回归法
理论上IgFz-lgap与IgFz-lgf应是线性关系，但实际的实验点往往不可能全部落在一条直线上，上述图解法是用眼晴观察绘出的一条直线，使各实验点大约均布在该直线的上下，因此所求得的指数、系数存在一定的误差.一元线性回归法是运用数理统计中回归分析的方法，建
立一元线性回归方程，因为它是建立在误差平方和为最小的“最小二乘法”基础上得出的一条直线，因此误差最小。
六、实验报告内容
（一）实验仪器、设备及测试系统原理图1、仪器、设备
机床
1
好定帚数
9
Kk
-
1怜
材料
对A
材料
Yn
口■
X：
◎J
KJ
Y*
br
2、测试系统原理图
（二）实验步骤
（三）实验记录
切削
转罐nw/r?
htin
切削連挖v/jfi/min|
1...
（_列削潯度时皿氐|_哎錯盘伽站主切削力F0
（四）实验数据处理及经验公式建立
（五）实验结果分析讨论
实验四加工精度的统计分析
一、目的与要求
在无心磨床上磨削一批试件，按顺序测量其尺寸。
1、绘制实际分布图。
2、计算平均尺寸X及均方根偏差，绘制理论分布曲线。
3、绘制X—R质量控制图。
4、确定本工序的工序能力及工序能力系数Cp。
通过实验，要求学生切实掌握加工误差的统计分析法的基本理论和了解统计质量控制的基本方法。
通过本实验，要求学生：
1、掌握样本数据的取得利处理方法，能绘制实际分布图、理论分布图及点图。
2、判断加工误差的性质，确定工序能力及其等级.
3、培养对加工误差进行综合分析的能力。
二、实验设备仪器和试件
1、测量仪器士0.001mm比较仪。
2、量具：
0—25mm千分尺，块规一组。
3、试件：
100—200个，园柱形工件，材料45钢。
三、实验原理
在加工过程中，由于随机误差利系统误差的影响，使一批工件加工后的尺寸各不相同，通过测量一批工件的尺寸，可画出该批工件的实际分布图，可判断加工误差的性质。
如果通过评定确认样本是服从正态分布的，就可以认为工艺过程中变值系统性误差很小（或不显著），引
起被加工工件质量分散的原因主要是由随机误差引起，这时可进一步
分析有无常值系统性误差存在。
如果评定结果表明样本不服从正态分布，就要进一步分析是哪种变值系统性误差在显著地影响着工艺过程。
实践证明：
在机械加工中，若同时满足下列三个条件：
1、无变值系统性误差（或有而不显著）；
2、各随机性误差是相互独立的；
3、在各随机性误差中没有一个是起主导作用的；
则工件的误差就服从正态分布。
在研究加工误差问题时，常常应用数理统计学中一些“理论分布曲线”来近似地代替实际分布曲线。
其中应用最广的便是正态分布曲线（或
称高斯曲线）。
其概率密度函数的方程为：
1
（xX）
yxexp
V2
（x,0）
2
Xi—工件尺寸；
n
X工件平均尺寸X=2Xi；
nii
-均方根偏差
/n（XiX）2
nii
的大小反映了机床加工精度的高低，正态分布的分散范围为X士
3,X的大小反映了机床调整位置的不同。
工序能力就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度，通常
用6来表示，工序能力系数就是工序能力满足加工精度要求的程度，
当工序处于稳定状态时，工序能力系数：
Cp6Tt—工件的尺寸公差
分布图分析法具有以下特点：
（1）分布图分析法采用的是大样本，因而能比较接近实际地反映工艺
过程总体（母体）；
（2）能把工艺过程中常值系统性误差从误差中区分开来，由于没有考虑工件加工的先后顺序，因此不能把变值系统性误差和随机误差区分开来；
（3）只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺
过程中及时提供控制工艺过程精度的信息；
（4）计算较
升级会员 