《机械制造技术基础》课程

PAGEPAGE2《机械制造技术基础》课程实验指导书与实验报告（机械工程及近机械类专业用）大连交通大学机械工程学院工程实验教学中心2018年7月

实验一车刀几何角度的测量实验目的和要求掌握测量车刀几何角度的方法及所用仪器。弄清楚车刀几何角度的定义。并将所测量的车刀按1：1比例绘出视图，标注所测得的各个角度度数。实验仪器与工具车刀量角台尖头外圆车刀，弯头外圆车刀，切断车刀车刀量角台的构造和使用方法1。量角台的构造（见图1——1）⑴底盘2——在顶面周边上刻左、右0~100º度刻度。⑵工作台3——上面装有导块5和定位块4，它们可以在工作台滑动槽内左右移动；在工作台左侧前端薄板A上刻有与底盘定位用的刻线。⑶立柱10——用作支撑扇形刻度板9和14，并能使两个扇形刻度板沿其键槽上下移动。⑷滑体16——用来装扇形刻度板9和14。⑸扇形板9和14——两个扇形板互相垂直，各板都刻有刻度，并分别装有测量指针7和15。利用指针7的底面和侧面分别可测量出车刀的前角、后角和刃倾角；利用指针15的转动，扇形板9可倾斜一个刃倾角，与切削刃垂直，从而可测量法剖面系的前角、后角。2。量角台使用方法调整工作台3使左侧前端薄板A上的刻线与底盘2的O刻线重合，这样标准刀杆纵向与扇形板9相垂直，然后根据在不同剖面内利用指针7底面和侧面可测量出前角与后角；转动工作台3（相当基面），使车刀主切削刃或副切削刃与指针7的侧而吻合，可测量主偏角和副偏角；将车刀主切削刃与指针7的侧面吻合（相当切削平面），利用指针7的底面，可测量出刃倾角。图1——1车刀量角台1——支脚2——底盘3——工作台4——定位块5——导块6——小轴7——大指针8——紧固轴9——刻度板10——立柱11——螺帽12——旋钮13——弯板14——小刻度板15——小指针16——滑体实验二无心磨床的调整与加工误差的统计分析实验目的：了解无心磨床的工作原理及调整方法；验证随机误差的数学规律；学习利用分布曲线和点图法来分析加工误差，并熟悉工艺能力系数的计算方法。实验条件JM1050型无心磨床1台DGF-4型峰值电感测微仪1台千分尺1只块规一套扳手一套工件名称：圆柱销加工要求如图2-1所示材料：45号钢件数：100~130件图2-1零件图实验内容用试切法调整好无心磨床，加工一个零件（100~130），然后进行测量，并按要求进行有关计算并画出图表。实验原理运用系统性和随机性加工误差出现的数学规律调整无心磨床并进行无心磨削工艺验证。用试切法调整机床时的调整公差确定如下：在已经调整好的自动获得尺寸的机床上加工一批零件时，在正常情况下，由于随机性误差（亦称偶然性误差）的存在，所得的零件尺寸是服从正态分布的。如图2-2所示中的曲线A[σ]。由概率论知，一批零件尺寸若服从正态分布，当该零件分成n组（每组m个零件）时，则各组零件尺寸的平均值也服从正态分布，如图2-2中的曲线B[σ’],曲线B[σ’]的分布中心与曲线A[σ]的分布中心相重，各组零件尺寸平均值的分散范围（6σ’）小于各个零件尺寸的分散范围（6σ），两者的关系为：σ’=σ/图2-2单个零件尺寸的分布曲线A[σ]和各组零件尺寸平均值的分布曲线B[σ’]式中：σ单个零件尺寸的分布曲线的均方差；σ’各组零件尺寸平均值的分布曲线的均方差；m每组的零件数。当调整机床时，试切一个零件得尺寸x1，这个零件是以后继续加工的一批零件中的一个，这批零件的尺寸也将服从正态分布，如果仅从试切出的这一批零件尺寸（x1）来预计整批单个零件尺寸的分布曲线时，它将由两个极限位置，如图2-3所示当零件公差T=12σ时，试切尺寸x1必须正好与工件中心相重，才能保证继续加工的零件尺寸不超差，也就是说没有调整公差，这是很难做到的，当工件公差T<12σ时，则废品是不可避免的（见图2-4所示）。如果不是试切一个零件而是试切一组零件（m个），得其尺寸平均值，它也将与以后继续加工一批零件的各组尺寸平均值同服从正态分布，而单个零件尺寸与各组零件尺寸平均值的正态分布曲线如图2-4的关系。所以只要试切m个零件尺寸的平均值位于MN内（见图2-5）则加工一批零件单个尺寸的分布曲线的中心必将位于P、Q范围内（不考虑热变形的影响），也就是说，所试切的m个零件之尺寸平均值只要能在调整公差TH的范围内，则加工一批零件的尺寸均能保在尺寸公差T范围之内，当不考虑砂轮磨损和热变形时，则：图2-3从一个零件尺寸预计分布曲线的极限位置图2-4T<12σ时的情况调整公差TH=MN=（T/2-3σ-3σ/）*2=T-6σ-6σ/调整尺寸XH=±TH/2=±（T/2-3σ-3σ/）XHmin、=-（T/2-3σ-3σ/）XHmax=+（T/2-3σ-3σ/）式中：TH调整公差；XH调整尺寸；XHmin最小调整尺寸；XHmax最大调整尺寸；零件公称尺寸（当公差为对称分布时）。故应先测出机床的均方差σ，均定试切零件个数m，即可根据零件尺寸公差T计算调整尺寸，再根据调整尺寸进行机床调整。图2-5调整尺寸原理图五．实验步骤1、（σ=X0=DT=±0.04）2、熟悉机床调整步骤和操作方法，了解实验设备的装置方法和功用，按要求调整机床和选择用量。3、调整完后，需经指导教师检查批准，方可开动机床试磨m个零件，应注意按零件序号顺序磨削。4、用块规调整电感测微仪的零点，在电感测微仪上按顺序测量零件D（由于零件有几何形状误差，故测量时应在两个垂直方向测量其尺寸大小，再取平均值）计算m个零件的直径平均值X1，若X1不在调整尺寸XH范围内，需再调整机床，直到X1满足XH的要求为止。当重新调整机床时，应另换m个零件，若X>XHmax时，可增大αp;若X<XHmin时，可减少αp。5、机床调整满足要求后，按序号磨削全部零件。6、恢复机床到原状，擦净机床。7、在电感测微仪上按序号测量全部零件直径，并记录于报告书中。8、擦净仪器，恢复原状。9、整理及计算所得数据，完成报告书所要求的内容。零件分组数、组距、及分组界限的确定①从数据中找到最大值Xmax和最小值Xmin（如有异常的特大或特小值，应查明情况、原因、剔除掉）。计算最大值和最小值之差Rmax=Xmax-Xmin。②选定分组数K，再用它除以最大值和最小值之差Rmax/K=h’,分组数的决定可参照表1。表1数据个数分组个数50~1006~7100~2007~100选择上述得h’相近而且是测量单位整数倍数的数值为组距h。③为避免数据落在分组界限上，分组界限要取数据尾数的1/2处（即分组界限的单位取为测量单位的1/2）例如数据的尾数为1μ，则分组界限取为0.5μ。分组界限应该把最大值和最小值包括在内；从小到大依次加上组距定出各组分组界限；每组内各数之平均值即为组平均值。作频数分布表将各个数组用频数记号填入频数分布表，并计算出各组频数m1。计算全部零件尺寸的平均值和均方差σ当把零件进行分组时，和σ的计算公式为：X=σ=（用一批零件的均方差近似代替总体均方差）式中：Xi第i组的平均值；mi第i组的平均值；n零件总数；K零件分组的组数。画实际分布曲线，在坐标纸上，以零件尺寸间隔为横坐标（间隔ΔX=2~4μ），以零件出现的频数为纵坐标画实际分布曲线图。画相应的理论分布图，在同一坐标纸上，以X0（工件的基本尺寸）和所求得的σ值画理论上的分布曲线，为了让实验的及理论的曲线对比，理论正态分布曲线的y值应乘以比例系数F，使之与绘制的实验分布曲线取得相同的比例：比例系数F：F=n*ΔX纵坐标最大值：ymax=0.4/σ*F当X=±σ时的纵坐标值：y=0.24/σ*F分布范围P=±3σ计算两者分布中心的偏离值ε=画-R控制图平均值控制图表示生产过程质量分布的中心在什么地方，级差R控制图表示质量的一致性，-R控制图可以用来判断加工过程是否稳定，它是分析工艺及质量管理的重要工具。把零件按加工顺序每5个分为一组，求出每组零件尺寸的平均值及级差Ri，坐标纸上方画控制图，下方画R控制图。横坐标为小组顺序，纵坐标为、R值，R控制图纵坐标的刻度值单位应比控制图缩小一倍。①控制图的中心线：CL=上控制界限：UCL=+A2R下控制界限：LCL=-A2HR控制图的中心线：CL=上控制界限：UCL=D4R式中：X== 全部零件尺寸的平均值级差平均值第i组零件尺寸的平均值Ri第i组零件尺寸的级差N零件分组数A2、D4系数，见表2表2每组零件个数mA2D440.732.2850.582.11注：关于点图上的点子正常波动（工艺稳定）与异常波动（工艺不稳定）的标志。正常波动：没有点子超出控制线；大部分点子在中心线上下波动，小部分在控制线附近；点子没有明显的规律性。异常波动：有点子超出控制线；点子密集在中心线上下附近；点子密集在控制线附近；连续7个点子中有10个以上；连续14个点子中有12个以上；连续14个点子中有12个以上；连续17个点子中有14个以上；出现在中心线上方或下方连续20个点子中有16个以上；9、点子有上升或下降倾向；10、点子又周期性波动。（8）计算工艺能力系数CP、确定工艺等级工序的工艺能力P，就是表示这道工序能够稳定地生产合格品的能力，一般用实际尺寸分散范围（6σ）来表示，即P=6σ。当实际尺寸分散中心和公差带中心重合时：、CP=δ/P=δ/（6σ）式中：δ零件公差值；σ均方差；P工序的工艺能力；CP工序的工艺能力系数。根据工艺能力系数CP的大小，可将工艺分为5个等级，如表3所示。当实际尺寸分散中心和公差带中心不重合时，如图2-6所示。首先应设法使其重合，如果调整有困难或不必要的话，那么应对工艺能力系数CP进行修正。表3CP值工艺等级名称说明CP>1.67特级工艺工艺能力过高，可以允许有异常波动或作相应的考虑1.67>=CP>1.33一级工艺工艺能力足，可以有一定的异常波动1.33>=CP>1.00二级工艺工艺能力勉强，必须密切注意1.00>=CP>0.67三级工艺工艺能力不足，可以出少量不合格0.67>=CP四级工艺工艺能力很差，必须加以改造即CP’=KCP而K=1-△/（T/2）式中：CP’修正后的工艺能力系数值；CP工艺能力系数值；K修正系数；△公差带中心和实际分散中心之间的偏移量；△=实际分散中心；D公差带中心，当公差对称分布时，此值就是零件基本尺寸；T零件公差带。图2-6实际尺寸分散中心和公差带中心不重合实验三车削力的测定实验目的与要求：掌握车削用量ap、f，V对切削力及变形的影响。学会测量切削力及使用的设备和仪器。掌握实验数据处理方法及经验公式推导。求出FZ=CFZ*apXFZfyFZ，公式中的系数和指数。实验仪器与设备CA6140车床或其他车床电阻式三向车削测力仪动态应变仪SC-16型光线记录示波器或函数记录仪DCI型电子秤或测力环硬质合金外圆车刀45号钢试件物理天平电阻式测力仪原理：电阻式三向车削测力仪，以八角扁环（上下环）作为弹性元件，在其适当位置上粘贴电阻应变片作为敏感元件。弹性元件受力变形后，引起电阻应变片的电阻值变化，电阻变化率△R/R与应变△L/L有如下的线性关系：△R/R=K0*△L/L=K0*ε式中Ko为电阻应变片的应变灵敏系数。一般Ko=2.0~2.4，通常应变片电阻的变化是很小的。使用电阻应变仪，将电阻的很小变化转变成电流（电压），并加以放大，可以用记录仪进行记录。记录下的电流（电压）值，通过预先测好的标定曲线，可以换算成作用在刀尖上的力（Fx、Fy、Fz）。标定曲线是这样做成的：（见图3-1）。将装有标定杆的车削测力仪④放在标定架下，在标定杆上加上测力环③。转动螺杆①向测力仪加力，记录下示波器中光点走的距离、或记录仪上记录仪纵向走的距离（可以查记录纸带上纵向分格线的格数），画出标定曲线（图3-2），在实际切削时，测得的格数多少，查对标定曲线便可得知Fz力的大小。同理转动螺杆⑤和⑥，可以在另两个方向向测力仪和测力环上加力，测出Fx和Fy力的大小。图3-1车削力标定装置图3-2标定曲线示意图实验方法：首先将试件夹固在车床夹盘上，并用尾座上的顶尖顶牢。卸下原四方刀架，装上测力仪。将测量Fx、Fy、Fz的各组应变片，分别按全桥测量法接到电桥盒上（见图3-3）。仪器的连接：将测量Fx、Fy、Fz三向力电阻应变片均按全桥接线，分别接到三个电桥盒上，再接到应变仪和记录仪上（见图3-3，详见仪器说明书）图3-3仪器连接示意图应变仪平衡调节：（1）、打开DY-15型稳压电源开关，指示灯亮，观察面板上电压表，指针应定在24伏上。（2）、从YD-15型应变仪的第一槽路开始，逐个观察输出表是否指零。如果不指零，可调节“低阻基零”电位器，同时用万用表量电压输出接线叉上输出电压。如果不指零可调节“电压基零”电位器为之满足。（一般正常情况下，该项已调好）。（3）、将衰减开关依次转动到“100”、“30”、“10”、“3”、“1”档逐次调零，同时转换“预静”开关预和静位置，分别调节“R”和“C”，调节到输出指示表在静和预都指零，此时电桥已经平衡。调整示波器（函数记录仪见说明书）将示波器连接在工作电压上，打开开关，电机转动，指示灯亮，预热5分钟。按起辉按钮，点亮高压水银灯。打开光点光栅及分格光栅，注意观察屏上是否聚成小光点。灯泡点燃正常后，突然熄灭，灯泡不能马上起辉，待冷却后才能再次起辉。采用分流电阻，附加电阻或放大器使振子有适当振幅或偏转。选择记录速度与时标。将应变仪“输出”开关扳到“测量”位置，根据选用振子的测量位置，打开示波器，光点不应有移动，否则证明电桥不平衡，应重新调整使之平衡。根据测量信号的大小选择应变仪上的“标定”应变尺度，开动示波器打出“标定”记录。根据测量信号的频率选择记录线速度，按下电机电钮并锁牢。按拍摄按钮即可拍摄，拍摄下的线常在灯光下曝光约5-50秒，即可看到记录曲线。实验步骤切削深度ap对切削力的影响在刀具几何角度和切削用量（v、f）一定的条件下，只改变切深ap（如1、1.5、2、2.5mm），将所测得的切削力值填入实验报告的表1中。2、进给量f对切削力的影响在刀具几何角度和切削用量（v、f）一定的条件下，只改变进给量f（如0.1、0.2、0.3、0.4），将所测得的切削力值填入实验报告的表2中。3、切削速度v对主切削力Fz的影响 在刀具几何角度和切削用量（f、ap）一定的条件下，只改变车床主轴转速（如n=12.5、15、20、25、32、40、50、63、80、100、125、150、200、250、320），测出一系列相应的Fz值，填入实验报告的表3中，并在直角坐标纸上，按力和速度之关系画出Fz-v的曲线图。 另外，还要测几种切速下的切屑收缩系数，一并填入表3中。测收缩系数的方法有两种：①重量法，②长度法①重量法：取出适当长度的一段切屑，用细铜丝量出其长度L屑，再将此切屑放在天平上，亮出重量G，则可以按下式计算之ε=1000G/（L屑*γ*f*αp）式中：f进给量（mm/f）L屑切削长度（mm）αp切削深度（mm）γ比重（g/cm2）G切削重量（g）②长度法：在试件（棒料）上沿轴向科一条沟，把切下来的切屑按沟纹取一切屑，用细铜丝量出长度，则可以按下式计算之ε=Лd/L屑式中：d工件直径（mm）L屑切削长度（mm）实验数据处理，建立切削力的经验公式可用双对数坐标法（作图法），也可用最小二乘法（计算法）1、用双对数坐标建立切削力的经验公式FZ=Cap*ap*XFZ……………….①FZ=Cf*fy*FZ………………….②两边取对数lgFZ=lgCap+XFZlgap……………….③lgFZ=lgCf+YFZ*lgf………………….④这是直线方程（y=b+aX）。lgCap和lgCf为直线的截距b。XFZ和YFZ为直线的斜率a。当ap=1或f=1时，可得lgFZ=lgCap和lgFZ=lgCf，即得Cap和Cf。XFZ和YFZ可有直线斜率（tga）求得。如测XFZ：XFZ=tga=AB/BC，同理可求得YFZ将①，②公式合并，即得经验公式：FZ=Cfz*apXFZ*fYFZ而Cfz1=Cf/ap0XFZCfz2=Cap/f0YFZ式中：f0和ap0是实验中已知数据。Cfz=（Cfz1+Cfz2）/2实验报告一班级组别姓名日期一、题目：车刀几何角度的测量二、实验目的：三、实验条件测量记录几何角度车刀名称主剖面系测量角度派生角度γoαoλsκγκγ′βoεγ尖头外圆车刀弯头外圆车刀切断车刀几何角度车刀名称法剖面系背剖面系进给剖面系测量角度派生角度测量角度派生角度测量角度派生角度γnαnβnγpαpβpγfαfβf尖头外圆车刀弯头外圆车刀切断车刀五、按1：1绘出所测量的外圆车刀视图，将所测量的数值标注上。实验报告二班级组别姓名一、题目：无心磨床的调整与加工误差的统计分析二、实验目的：三、实验条件：四、实验数据整理及计算：填写-R控制图记录表所要