机制实验指导书 适用于机械类各专业.docx
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机制实验指导书适用于机械类各专业
《机械制造技术》
实验指导书
编写
河南机电高等专科学校
2010年9月
实验一普通车刀标注角度测量及分布
一、实验目的及要求：
1、掌握车刀标注角度的基本测量方法，加深对车刀具各种角度、各种参考平面、各种参考系概念的理解。
2、了解车刀测角仪的主要结构、工作原理和使用方法。
3、通过对对剖面角度的测量及计算，加深了解各剖面角度之间的相互关系。
二、实验内容：
在主剖面参考系中测量外圆车刀，端面车刀的主偏角KT、付偏角KT′、前角To、后角αo、和刃倾角λs。
三、实验装置及设备：
1、车刀测角仪
2、被测车刀
四、实验仪器的结构及使用
1、车刀测角仪的结构及使用：
车刀测角仪结构如图
（1）所示。
它由底座、立柱、滑体、刻度盘、工作台、指针、手轮等组成。
转动手轮1可以使滑体带动刻度2、3上下移动，松动手轮2可以使刻度盘2绕手轮2的轴转动，在刻度盘3上读出刀具角度值。
指针的底边和两平行侧边垂直，均可做工作边，把底边和侧面与待测表面靠紧，可以从大刻度盘上读出角度值。
2、角度的测量
（1）主偏角K-和刃倾角λs。
调整工作台使主刀刃与指针1的底边贴合，这时刻度盘1上工作台转角为K-，刻度盘2上指针1转角为λs。
（2）前角To。
调整工作台和指针1，使指针1的底边贴紧前刀面，并垂直于主刀刃在底面的投影（可以在测量主编角KT以后，把工作台转过90°），从刻度盘2上读出角度值。
（3）后角αo
调整工作台和指针1，使指针1侧边紧贴刀具后刀面，并使主刀刃在基面的投影垂直于指针1的底边，从刻度盘2上读出后角值。
（注：
付前角To′、付后角αo′，按同样方法测理）。
五、实验过程：
1、在测角仪上按上述方法测出所要求的角度。
2、画出刀具的各剖面图，并标明参考平面。
六、实验总结：
计算所测车刀在纵横剖面参考中的角度值。
一
（1）车刀几何角度测量
一、实验目的
1了解车刀量角台的构造与工作原理。
2掌握车刀几何角度测量的基本方法。
3加深对车刀各几何角度、各参考平面及其相互关系的理解。
二、实验仪器及刀具
仪器：
回转工作台式量角台
车刀：
1直头外圆车刀（λs=00）
2直头外圆车刀（λs<00）
三、回转工作台式量角台的构造
图1-1所示，回转工作台式量角台主要由底盘1、平台3、立柱7、测量片5、扇形盘6、10等组成。
底盘1为圆盘形，在零度线左右方向各有1000角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针2读出角度值；平台3可绕底盘中心在零刻线左右1000范围内转动；图1-1量角台的构造
图1-2测量片
定位块4可在平台上平行滑动，作为车刀的基准；测量片5，如图1-2所示，有主平面（大平面）、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等。
大扇形刻度盘6上有正副450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片5的指针指出角度值；立柱7上制有螺纹，旋转升降螺母8就可以调整测量片相对车刀的位置。
四、实验内容
1利用车刀量角台分别测量λs=00、λs<00的直头外圆车刀的几何角度：
要求学生测量κr、κr＇、λs、γo、αo、αo＇等共6个基本角度。
2记录测得的数据，并计算出刀尖角ε和楔角β。
五、实验方法
1根据车刀辅助平面及几何参数的定义，首先确定辅助平面的位置，在按着几何角度的定义测出几何角度。
2通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合）使指针指出所测的各几何角度。
六、实验步骤
１、首先进行测量前的调整：
调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针全部指零，使定位块侧面与测量片的大平面垂直，这样就可以认为：
<>• 主平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线。
• 底平面平行于平台平面。
• 侧平面垂直于平台平面，且平行于平面对称线。
２、测量前的准备：
把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动，并且可使车刀在定位块的侧面上滑动，这样就形 成了一个平面坐标，可以使车刀置于一个比较理想的位置。
３、测量车刀的主（副）偏角
• 根据定义：
主（副）刀刃在基面的与走刀方向夹角。
• 确定走刀方向：
由于规定走刀方向与刀具轴线垂直，在量角台上即垂直于零度线，故可以把主平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向，其与主（副）刀刃在基面的投影有一夹角，即为主（副）偏角。
• 测量方法：
顺（逆）时针旋转平台，使主刀刃与主平面贴合。
如图1-3所示，即主（副）刀刃在基面的投影与走刀方向重合，平台在底盘上所旋转的角度，即底盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值为主（副）偏角κr（κr＇）的角度值。
４、测量车刀刃倾角（λs）
（1）根据定义：
主刀刃和基面的夹角。
（2）确定主切削平面：
主切削平面是过主刀刃与主加工表面相切的平面，在测量车刀的主偏角时，主刀刃与主平面重合，就使主平面可以近似地看作主切削平面（只有当λs=0时，与主加工表面相切的平面才包含主刀刃），当测量片指针指零时底平面可作为基面。
这样就形成了在主切削平面内，基面与主刀刃的夹角，即刃倾角。
（3）测量方法：
旋转测量片，即旋转底平面（基面）使其与主刀刃重合。
如图1-4所示，测量片指针所指刻度值为刃倾角。
５、测量车刀主剖面内的前角γo和后角αo
• 根据定义：
主前角是指在主剖面内，前刀面与基面的夹角。
主后角是指在主剖面内后刀面与主切削平面的夹角。
• 确定主剖面：
主剖面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面的投影。
1-3测量车刀的主偏角图 1-4测量车刀刃倾角
•在测量主偏角时，主刀刃在基面的投影与主平面重合（平行），如果使主刀刃在基面的投影相对于主平面旋转900，则主刀刃在基面的投影与主平面垂直，即可把主平面看作主剖面。
当测量片指针指零时，底平面作为基面，侧平面作为主切削平面，这样就形成了在主剖面内，基面与前刀面的夹角，即前角（γo）；主切削平面与后刀面的夹角，即后角（αo）。
• 测量方法：
使底平面旋转与前刀面重合。
如图1-5所示，测量片指针所指刻度值为前角；使侧平面（即主切削平面）旋转与后刀面重合。
如图1-6所示，测量片指针所指刻度值为后角。
6副后角的测量与主后角的测量方法相近，所不同的是须把主平面作为副剖面。
图1-5测量车刀前角 图1-6测量车刀后角
七、记录数据并完成实验报告
将测得的角度值记录并计算出楔角βo和刀尖角εr，以及其他角度的计算值，并进行比较、分析其误差原因，写在实验报告中。
表1-1车刀几何角度测量结果记录
基本角度
λs=00直头外圆车刀
λs < 00直头外圆车刀
备注
主偏角κr
刃倾角λs
前角γo
后角αo
副偏角κr＇
副后角αo＇
楔角βo
刀尖角εr
实验二刨削加工切屑变形实验
一、实验目的与要求：
1、观察切削过程，认识各种切削的形状。
2、掌握测量切削变形的方法。
3、研究切削厚度，前角和工件材料对切屑变形的影响规律。
二、实验设备及用具：
1、设备：
B665型牛头刨床。
2、刀具：
高速钢刨刀（三把）
To=15αo=8KT=90λs=0
To=20αo=8KT=90λs=0
To=25αo=8KT=90λs=0
3、用具：
游标卡尺、钢板尺、细钢丝。
4、试件：
45钢、铜、100×50×5各类板板。
三、实验基本原理
在切削过程中，由于发生塑性变形，使切削层尺寸发生变化，与原切削层尺寸比较，长度Lc变短，厚度αp增加，这种现象称为切屑收缩，切屑收缩的大小，一般能反映切屑变形的适度，用变形系数ξ表示。
四、方法步骤
本实验在刨床上进行，如图所示，将实验用的试件制成长L=100mm，宽=α=50mm，厚h=5mm，然后在一定的切削条件下，进行切削，并用细铜丝及钢板尺，量出切削长度Lc，即可求出在一定条件下的变形系数ξ。
其中：
Lc、ap——切屑的长度、厚度。
L、Cc——切屑层的长度、厚度。
1、αc与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
试件材料
试件长度
刀具材料
刀具前角
依次改变切削厚度αc进行切削，收集切屑，用细铜丝及钢此尺，测出切屑长度Lc，记入报告书表格，并作出αc—ξ曲线。
2、To与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
切削厚度αc
试件材料
试件硬度
试件长度
刀具材料
依次改变不同的刀具前角，To进行切削，测量切屑长度Lc计入报告书表格，并作出To—ξ曲线。
3、工件材料与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
切削厚度αc
试件长度
刀具材料
刀具前角
依次改变试件材料，进行切削，收集切屑，测量切屑Lc填入报告书表格，通过以上实验步骤，从而可以看出各种条件，对变形的影响规律。
思考题：
1、切屑有几种类型？
它们的形成过程及特点如何？
2、刀具前角To和切削用量，对切屑变形系数的影响如何？
为什么？
实验三工件表面质量控制实验
一、实验目的：
1、用单因素实验法，研究刀具几何角度，切削用量（切削速度V进行量f）对加工表面质量（或光洁度）的影响。
2、用正交实验法，研究刀具，切削速度V，进给量f三因素，如何选取组合，才能在现有条件下获得最好的表面质量（如光洁度，形位误差等）。
二、实验设备及仪器：
1、普通车床
2、外圆车刀4把
3、45#钢工件
4、表面光洁度测量仪（或光切显微镜）
三、实验步骤
1、单因素法
①4种不同车刀车削进行加工，比较表面质量
②90°主偏角，小负倒棱车刀车削加工=450转/分（一定），a=0.3。
进给量f
0.036
0.1
0.2
0.3
表面质量
③90°主偏角，小负倒棱车刀加工（一定）f=0.1，ap=0.3。
机床转速n
10
40
100
160
250
450
900
表面质量
2、正交实验法
①确定实验指标和实验因素
a、实验指标：
工件表面质量
b、实验因素：
车刀种类，切削速度V，进给量f
②确定各因素水平，列出因素水平表及正交实验表，并进行切削加工实验。
因素水平表
因素
机床转n
车刀主偏角
进给量
1水平
10
90°
0.1
2水平
45
75°
0.2
3水平
90
45°
0.3
正交实验表
实验号
转速n
刀具主偏角
进给量
表面质量
1
1（100）
1（90°）
3（0.3）
2
2（450）
1（90°）
1（0.1）
3
3（900）
1（75°）
2（0.2）
4
1（100）
2（75°）
2（0.2）
5
2（450）
2（75°）
3（0.3）
6
3（900）
2（75°）
1（0.1）
7
1（100）
3（45°）
1（0.1）
8
2（450）
3（45°）
2（0.2）
9
3（900）
3（45°）
3（0.3）
I
II
III
极差R
3、分析实验结果
①根据极差R的大小，排列现在条件下影响表面质量的主次因素。
主————次
②找出较优组合形式
③在较优组合下，进行实验、验证实验结果。
实验四CA6140结构剖析与调整实验
一、目的与任务
1、目的
观察和分析理解机床传动系统及变速系统的操纵机构的作用及工作原理，了解机床主要部件的构造和调整方法，及其机床的应用范围。
2、任务
（1）对照机床的装配范围，仔细观察机床的结构，（主轴箱、进给箱、尾架、溜板箱、供油系统）和机床的运动（主运动、进给运动、快速进退运动等）以及运动的传动过程。
（2）对照传动系统图，了解各操纵手柄的作用，分析操纵机构的类型。
a）主运动变速手柄；
b）进给变速手柄；
c）控向手柄。
（3）对照部件装配图，了解可能观察到的一些部件的特殊结构（如摩擦离合器控制操纵机构，主运动制动机构等）。
（4）了解机床运动参数的调整方法。
二、设备：
CA6140普通车床一台。
CA6140普通机床挂图一套。
工具若干。
三、实验步骤：
1、观察CA6140各部件和机床的布局。
2、在指导教师的指导下开动机床，观察所有的运动及变速情况。
3、完成本实验的任务，进行详细的观察与分析。
4、实验总结与提问。
四、思考、分析与故障排除：
1、CA6140主要由哪些部件组成？
其功用是什么？
2、机床上的各个操纵手柄的功用是什么？
3、根据进给量铭牌回答下列问题：
①机床可加工哪些类型的螺纹？
其导程如何表示？
②当加工大螺距螺纹时，对机床主运动应用什么限制？
为什么？
③当进行精细加工时，对机床主运动应有什么限制？
为什么？
④若加工螺距为1.75mm的螺纹时，进给箱各手柄应如何调整？
⑤若加工螺距为18mm的螺纹时，机床应如何调整？
4、当摩擦离合器的内外摩擦片由于磨损而产生较大间隙昱，应如何调整？
5、正反转手柄是如何定位的？
6、单项超越安全离合器的工作原理是什么？
7、当机床停车后，主轴有自转现象是什么原因造成的？
8、调整机床时，光杆、丝杆同时转运是什么原因造成的？
9、柱工件加工后外径锥度超差的原因是什么？
10、车削螺纹时，螺距不匀及乱纹的原因是什么？
11、床头箱油窗不见注油的原因是什么？
实验五Y3150E滚齿机床结构传动分析
一、实验目的
1、了解机床用途，主要技术参数，主要部件的布局及相对运动关系。
2、通过加工一斜齿圆柱齿轮，熟悉滚齿机的换置计算和调整方法，并进行机技术应用。
3、学习滚齿机的传动系统和工作原理。
二、Y3150E滚齿机的主要技术规格与附件：
1、加工规范：
①工件最大直径500mm
②工件最大模数8mm
③最大加工宽度250mm
④工件最少齿轮
2、刀架
①刀具最大直径160mm
②刀具最大长度160mm
③刀架最大回转角度240
④刀具最大轴向移动量55mm
⑤刀架垂直快速移动速度0.5325公尺/分
⑥刀架垂直手移动每转移动量0.75mm
3、工作台
①工作轴心到刀具轴心间的距离最大330mm
最小30mm
②工作台面到刀具轴心间的距离最大535mm
最小235mm
③工作台直径510mm
④工作台液压快速移动距离50mm
⑤工作台水平手移动每转移动量2mm
⑥工作台工件用心轴直径30mm
4、变换齿轮
四、机床的调整计算
1、切削速度传动链（电机—滚刀）
其调整公式：
n刀——滚刀转速（转/分）
V=切削速度
d=滚刀直径
滚刀切削速度是根据刀具材料、工件材料及其粗、精加工的要求等来确定的，现将高速钢滚刀的切削范围列表如下，以供参考。
工件材料
切削速度（m/min）
粗切
精切
铸铁
＜20
20~25
钢（极限强度60N/mm以下）
＜80
30~35
钢（极限强度600N/mm以上）
＜25
25~35
青铜
25~50
塑料
25~40
本机床备有三对变速齿轮、变换齿轮与主轴箱内推挡变速组相配合可得9级转速，如下图所示。
挂轮
转速
转/分
手柄
位置
B
A
I
40
80
160
II
63
125
250
III
50
100
200
由公式
计算得的结果，如与上图表中转速不符，可选择与结果相近的一级主轴转速。
除上述计算法求A、B挂轮外，还有根据切削速度V，查切削速度计算图的方法求A、B挂轮。
切削速度计算图在机床使用说明内。
2、分齿（范成）运动传动链
根据加工过程中滚刀每旋转一周，工作转过
转，推出其调整公式：
K——滚刀头数
Z刀——工件齿数
当5≤Z工/K≤20时，取e=48f=24
当21≤Z工/K≤142时，取e=36f=36
当143≤Z工/K时，取e=24f=48
除上述计算求a、b、c、d外，机床实验指导书附表中还可用查表法求a、b、c、d，方法简单、准确。
3、轴向进给传动链
根据传动关系，工作台每转一周，滚刀刀架在垂直方向S毫米，推出调整公式：
S由工件刀具材料及加工精神来决定。
S=0.25~3mm/转。
4、差动传动链
加工斜齿轮时，要求滚刀在轴向进给的同时，齿坯要有相应的附加运动，也就是当滚刀在轴向进给一个导程时，要求齿坯附加旋转一转。
推出公式为：
Mn——工件的法向模数。
K——滚刀头数。
β——工件螺旅角。
差动挂轮a2、b2、c2、d2的求解方法有两种。
①、对数查表法，此方法可查阅机床设计手册、上卷。
②、微机计算法，本实验要求学生根据要求，使用BASIC语言进行差动程序设计要求：
1、已知参数：
Mn=2mmK=1
β1=15°
2、计算误差保留4位小数。
3、所选齿轮必须在差动变换齿轮系列内。
五、滚刀与工件的安装
1、滚刀的安装调整：
①了解滚刀心轴的安装方法及要求，并安装正确。
②滚刀对中的调整，调整滚刀主轴前轴承的微调机构，轴向移动刀具主轴，使刀具中间的一刀齿或刀槽的对称中心线通过具坯的中心，从而保证加工出齿轮两侧齿形的对称性。
③刀架安装角的调整。
工件旋向
滚刀旋向
右
左
右
左
2、工件的安装调整
本实验是以工件的孔和端面作定位基面，正确装夹后进行找正。
六、实验的步骤、方法及注意事项
1、实验前应仔细阅读实验指导书及讲义的有关内容，明确实验的目的、要求、方法和步骤，根据传动系统图，了解机床各传动链的组成，结构及其调整方法。
2、根据所以给定的工件及滚刀数据条件进行各传动链的换置计算，差动挂轮选择程序上机验证。
3、实验课内，根据计算结果，安装配置挂轮。
4、润滑机床，空运转试车，并检查各运动的方向。
5、安装齿轮毛坯，并检查各运动的方向。
6、安装滚刀并调整其对中位。
7、手动刀架使其下降，使刀轴中心线稍低于工件的上平面。
8、开动机床，手摇立柱移动使滚刀接近工作，一直到滚刀刚接触到工件为止，再将立柱水平移动刻度环调到“零”点位置。
当工件与滚刀对滚一圈后，停车并从工件表面上所切出的刀痕检查加工的齿数是否正确。
9、手动移动立柱，使滚刀向工件切入，切入深度为第一次粗切深度（当mn＞3时，一般采用两次以上加工）。
直至切出全齿深。
10、加工完毕后，停车，快速退回厂架，退出立柱，并检查工件尺寸。
11、卸下工件、滚刀及全部配换挂轮，并清理机床。
实验六机床的机何精度检验
一、实验目的
通过对普通车床的精度检验，掌握机床几何精度的检验方法，分析机床几何精度对加工零件精度的影响。
二、所用工具
①千分表（1/100）；②千分表架；③水平仪；④长、中、短三支车床精度检验心棒；⑤顶尖三个；⑥钢板尺等。
三、实验内容：
检验：
1、溜板移动在垂直平面内的直线度。
2、溜板移动时的倾斜。
3、主轴锥孔中心线的径向跳动。
4、溜板移动，对主轴中心线的平等度。
5、主轴轴肩支承面的跳动。
6、主轴的轴向窜动。
7、主轴定心轴颈的径向跳动。
8、主轴锥孔中心线和尾座顶尖套锥孔中心线对溜板移动的不等高度。
四、实验方法
1、检验溜板移动在垂直平面内的直线度。
方法：
摇动手把，将刀架向顶头中心线移动。
在溜板上靠近刀架的地方放一个和床身导轨平仪的读数依次排列，画出溜板的运动曲线。
在每一米选种上的运动曲线和它的两端点连接间的最大座标值，就是一米行程上的直线度误差。
在全部行程上的直线度误差。
简图1
2、检验溜板移动时的倾斜：
方法：
摇动手把，将刀架向顶尖中心线移动。
在溜板上靠近刀架的地方垂直于床身导轨放一个水平仪。
移动溜板，每隔250（或小于250）毫米记录一次读数，在溜板的全部行程上检验。
水平仪在每一米行程上读数的最大代数差值，就是溜板在移动的倾斜度误差。
简图2
3、主轴锥孔中心线的径向跳动：
方法：
在主轴锥孔中紧密地插入一根检验棒，将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在检验棒表面上，旋转主轴分别在靠近主轴端部的a处距a处300mm（或150mm）的处检验径向跳动。
然后，将检验棒从锥孔中取出，使检验棒旋转180°后，再插入，按上述方法再进行一次检验。
a、b两点的误差分别计算，千分表两次测量读数的代数和的一半，就是径向跳动的数值。
简图3
4、溜板移动对主轴中心线的平行度：
方法：
在主轴的锥孔中紧密地插入一根检验棒，将千分表固定在溜板上，使千分表测头顶在检验棒的表面上，移动溜板分别在a上母线和b侧母线上检验。
a、b的测量结果分别以千分表读数的最大差值表示。
然后，将主轴旋转180°再同样检验一次。
a、b的误差分别计算，两次测量结果的代数和的一半就是平行度的误差。
简图4
5、主轴轴肩支承面的跳动：
方法：
将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在主轴轴肩支承面靠边缘的地方，旋转主轴，分别在相距180°的a点和b点检验记下a、b两处千分表的读数，其差值就是支承面跳动的数值。
6、主轴的轴向窜动：
方法：
在主轴锥孔中紧密地插入一根短检验棒，将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在检验棒的端面靠近中心线的地方，旋动主轴检查。
千分表读数的最大差值，就是轴向窜动的数值。
7、主轴定心轴颈的径向跳动：
方法：
将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在主轴定心轴颈的表面上。
旋转主轴检验，千分表读数的最大差值，就是径向跳动的数值。
简图7
8、主轴锥孔中心线和尾座顶尖套锥孔中心线对溜板移动的不等高度。
方法：
用顶尖将检验棒安装在机床上，将千分表固定在溜板刀架上，千分表测头轴线垂直于检验棒轴线，千分表测头触及检验棒上母线移动溜板，分别在主轴端和尾座顶尖端各测一次，其千分表读数差值为不等高度。
简图8
五、实验要求：
1、记录检验结果。
2、填写实验报告。
3、每人做一项实验。
六、
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