机械制造关键技术基础试验参考指导书

工程技术系机电一体化专业机械制造技术实训指导书编写人：王钧赵力杰目录TOC\o"1-1"\h\z\u试验一车刀几何角度测量 5试验二车床三箱结构认识 9试验三滚齿机调整和加工 16试验四机床工艺系统刚度测定 22试验五加工误差统计分析 27试验一车刀几何角度测量一、试验目标1、加深对刀具几何角度及各参考坐标平面概念了解；2、了解万能量角台工作原理，掌握刀具几何角度测量方法；学会刀具工作图表示方法。二、试验设备1、万能量角台一台。2、测量用车刀若干把。三、试验原理刀具几何角度测量是使用刀具角度测量仪完成，刀具角度测量仪即万能量角台测量原理图1-1所表示，立柱式万能量角台关键由台座、立柱、垂直升降转动套、水平回转臂、移动刻度盘和指度片等零件组成。松开侧锁紧螺钉，可使垂直升降转动套带动水平回转臂上下移动，松开前锁紧螺钉，可使水1.台座2.立柱3.前锁紧杆4.滑套5.侧锁紧螺杆6.挡片7.水平转臂8.挡片9.移动刻度盘10.指度片11.紧固螺钉12.定位销钉图1-1万能量角台示意图平回转臂和移动刻度盘绕水平轴转动。移动刻度盘可沿着水平回转臂上水平槽水平移动，并依据测量需要紧固在某一确定位置。指度片可绕螺钉销轴转动，其底部靠近被测量表面，指针指示测量角度。用上述这些零件位置变动，即可实现各参考平面内刀具角度测量。测量时，刀具放在台座上，以刀杆一侧靠在两定位销内侧定位。四、试验内容1）测量主偏角滑套上“0”刻度对准立柱上标定线，测量时只可上下移动，不得转动。转动水平回转臂，使其上“0”刻度线对准滑套上标定线。调整测量指度片，使指度片底面和主切削刃重合，制度片指针所指角度为主偏角2）测量负偏角方法同上，只是让指度片底面和副切削刃重合，指针所指读数为负偏角。测量前角滑套上“0”刻度对准立柱上标定线后，再把滑套相对于标定线顺时针转动一个主偏角余角，转动水平回转臂，使水平回转臂上“90”刻度线对准滑套上“90”刻度线，调整指度片，使指度片底面和前刀面重合，制度片指针所指角度为4）测量后角方法同上，只是让指度片后侧面和主后面重合，指度片指针所指角度为后角。5）测量刃倾角滑套上“0”刻度对准立柱上标定线后，再把滑套相对于标定线逆时针旋转一个主片角使主刀刃和指度片前侧面靠紧，再沿立柱移动滑套，使指度片底侧面和主刀刃贴紧，指度片指针所指角度为。五、试验注意事项调整角度要正确，该靠紧面要全部靠紧。该松零件要放松，该紧固零件要拧紧。注意安全，不要让刀刃碰住身体。六、试验汇报（格式）1、试验目标：2、试验仪器：3、试验数据：表1-1试验数据表车刀名称车刀角度（以度计）前角后角主偏角副偏角刃倾角副后角外圆车刀切断刀4、思索题：1）依据测量结果，绘制所测刀具工作图；2)刀具标注角度参考系有哪些？有何不一样？作用为何？3）法剖面和主剖面有何不一样？法剖面前后角和主剖面前后角关系？4）图示45°弯头车刀车外圆和端面时，主副刀刃分别在什么位置？

试验二车床三箱结构认识一、试验目标1、了解主轴箱、进给箱、溜板箱内部结构，加深对车床感性认识；2、了解主轴箱、进给箱、溜板箱基础组成及传动路线；3、了解主轴箱、进给箱、溜板箱中各操纵机构功效及结构；二、试验设备CA6140一般车床三、试验原理（一）主轴箱CA6140车床主轴箱是一个比较复杂部件。工件旋转运动和车刀纵横向运动全部是经过主轴箱传输。了解车床传动原理首先应从了解主轴箱传动原理开始。图2-1是主轴箱传动系统图。试验时可将实物和图纸进行对照，加深对主轴箱内部结构了解。2-1主轴传动系统图2-1主轴传动系统图卸荷式带轮图2-2所表示，主轴箱动力是主电机经过皮带轮和三角带传给轴Ⅰ并输进主轴箱，为预防轴Ⅰ在三角带张力作用下产生弯曲变形，设计时将皮带轮先经过花键套、滚动轴承和法兰盘安装在箱体上。从而使张力由床身承受，扭矩由花键套传给轴Ⅰ。轴Ⅰ不再因皮带张力而产生弯曲变形，故轴Ⅰ上零件工作条件得到改善。图2-2卸荷带轮、双向摩擦离合器、制动器及其操作机构双向多片式摩擦离合器图2-2所表示，双向多片式摩擦离合器安装在轴Ⅰ上。摩擦离合器由内摩擦片2、外摩擦片3、止推片4、压块7及空套齿轮1和8组成。左离合器传动主轴正转，正转关键用于切削，传输力矩较大，所以片数较多（外摩擦片8片，内摩擦片9片）。右离合器传动主轴反转，关键用于退刀，片数较少（外摩擦片4片，内摩擦片5片）。内摩擦片2安装在轴Ⅰ花键上，和轴Ⅰ一起旋转。外摩擦片3外圆上有四个相当于键凸起装在齿轮1缺口槽中，外片空套在轴Ⅰ上。当杆9经过销5向左推进压块7时，内片2和外片3相互压紧，于是轴Ⅰ运动便经过内外片之间摩擦力传给齿轮1，使主轴正向转动。同理，当压块7向右压时，可使右离合器内外摩擦片压紧，使主轴反向转动。当压块7处于中间位置时，左、右离合器全部处于脱开状态，这时轴Ⅰ即使转动，但离合器不传输运动，主轴处于停止状态。3、变速操纵机构主轴箱中共有7个滑动齿轮，其中五个用于改变主轴转速，另有两个分别用于车削左右螺纹及正常螺距、扩大螺距变换。在主轴箱中共有三套操纵机构操纵这些滑动齿轮。它们分别是:(1)轴Ⅱ和轴Ⅲ上滑动齿轮操纵机构（图2-3）；（2）轴Ⅳ和轴Ⅵ上滑动齿轮操纵机构（图2-4）；（3）轴Ⅸ和轴Ⅹ上滑动齿轮操纵机构。图2-3轴Ⅱ和轴Ⅲ上滑动齿轮操作机构图2-4轴Ⅳ和轴Ⅵ上滑动齿轮操作机构主轴箱中各传动链润滑主轴箱和进给箱润滑是有专门润滑系统供油。装在左床腿上润滑油泵是由电机经三角带传动，油泵转动后，就使装载左床腿内润滑油经粗虑油器及油泵，由油管流到细虑油器中，然后再由油管流到分油器内，于是润滑油便经过分油器油孔和各分支油管对传动件和操纵机构进行润滑。图2-5图2-5CA6140型一般车床进给箱进给箱是调整车刀进给速度专门部件。主轴转速确定以后，当需要和主轴转速相适配进给速度时，经过调整进给箱里变速机构来实现。图2-5是进给箱装配图。图2-6基础组操作机构立体图图2-6基础组操作机构立体图进给箱里有三套操纵机构，它们分别是：基础组操纵机构（图2-6）、增倍组操纵机构、螺纹种类变换及丝杠、光杠传动操纵机构。这些机构操纵手柄全部设在进给箱正面。图2-7进给箱传动操作机构图。图2-7进给箱传动操作机构图图2-7进给箱传动操作机构图（三）溜板箱溜板箱作用是将丝杠或光杠旋转运动转换为刀具纵向或横向直线运动。溜板箱内有纵向或横向机动进给操纵机构及刀架快速移动机构、换向机构、丝杠开合螺母机构、过载保护机构等。可分别观察认识。图2-8溜板箱传动系统图图2-9溜板箱操作机构立体图四、试验内容打开主轴箱盖，观察双向多片式摩擦差离合器、制动器结构形式，了解工作原理。2、对照图纸，分辨每根传动轴轴号，观察它们传动次序。3、观察变速机构，了解滑动齿轮作用和操纵机构工作原理。4、分别观察主轴高速正转、低速正转和反转时传动路线，统计传动时经过轴、齿轮。5、打开变速箱盖，观察内部结构，了解传动路线，变速原理。6、打开溜板箱盖，观察内部结构，了解光杠、丝杠运动传输原理，怎样实现纵向进给和横向进给。7、将机床按原状重新装好。五、试验注意事项1、试验前先切断总电源，并挂“不得送电”警示标志。2、拆装机床时注意安全，以免身体受伤。3、搬运零件时轻拿轻放，以免零件受损。4、不要让任何物品掉进箱体内。5、观察床头箱时不要用脚踩导轨等精密部件。6、操作时，不可强硬操作。六、试验汇报试验设备：主轴箱传动纪录：输出转速经过传动轴经过传动齿轮总传动比正转10正转500反转14反转1580正转450正转14003、思索题：1）主轴箱、进给箱、溜板箱作用？2）主轴箱里有多少个滑动齿轮？靠它们可改变多少种转速？3）CA6140三箱共有多个离合器？其结构特点及作用？4）进给箱三套操纵机构是控制哪些零件？其作用是什么？5）溜板箱纵横向传动怎样实现？

试验三滚齿机调整和加工一、试验目标：

1、了解机床总布局、关键组成部分、各操纵机构功用。

2、分析Y3150E型滚齿机传动系统，掌握各传动链相互依靠和制约关系。

3、了解滚刀结构，掌握滚齿时切削用量选择方法和调整步骤。

4、了解齿坯定位、装卡方法，掌握挂轮计算、安装方法、介轮使用。

5、了解相关齿轮检验项目、精度要求及使用工具。二、试验设备：

1、Y3150E滚齿轮机一台。

2、滚刀一把。

3、石蜡齿坯一个。

4、千分表、磁性表等各一只。

5、齿厚测量卡尺一把（或公法线长度测量千分尺一把）

6、300mm卡尺一把三、试验原理及内容

1、主轴转速选择及调整：

切削速度可依据下面公式计算：转／分其中：Ｄ为滚刀直径（毫米），n刀为主轴转速（转/分）。表3-1高速钢滚刀切削速度加工材料切削速度（米／分）铸钢16－2020－25钢（极限强度≤60Kg/mm2）25-2830-35钢（极限强度>60Kg/mm2）20－2525－30青铜25－50塑料25－50选择切削速度时应注意以下几点：（1）粗切通常低切削速度大走刀量；精切通常见高切削速度，小走刀量。

（2）被加工齿轮齿数较少时应选择V切低部分。

V切确定后即可依据下面公式计算主轴转速：

转/分若计算结果不是机床九级转速中一级，则应选择和计算结果最相近一级主轴转速。（滚刀主轴转数：40、50、63、100、125、200、250rpm）2、分齿挂轮计算和调整，分齿挂轮按下面公式计算：

上式中K为滚刀头数；Z为工件齿数。加工直齿圆柱齿轮时，应在轴IX上装短齿离合器M1；加工斜齿圆柱齿轮时，应在轴IX上装上长齿离合器M2;因为使用差动机构,所以轴IX旋转方向改变了,这时分齿挂轮应按图3-1搭配。3、轴向进给量调整：轴向进给量通常在0.5—3mm4、差动挂轮计算和调整：差动挂轮计算按下面公式其正负号按表3-3确定，差动挂轮按图3-2搭配。应尤其注意在切削过程中手柄2只能处于接通“轴向”位置，采取数次走刀切削斜齿轮，在整个切齿工作未完成前不能改变手柄2位置。5、刀架工作行程挡块位置调整刀架行程最终位置均应超出被切齿轮端面合适距离，应在此条件下调整刀架工作行程挡块位置，当逆铣时，刀架工作行程挡块应使用上面一个挡块，顺铣时，应使用下面一个挡块。6、工件和滚刀安装：1）工件安装：对于直径较小工件，可直接装在本机床所附工件心轴上（该心轴直径φ30mm图3-1加工斜齿圆柱齿轮时分齿挂轮搭配滚刀旋向右旋滚刀左旋滚刀分齿挂轮搭配工作台旋转方向图3-2滚切斜齿圆柱齿轮差动挂轮搭配表3-2轴向进给量调整（2）滚刀安装：安装前应将滚刀孔和端面、间隔环端面、主轴锥孔及在滚刀心轴上脏物、毛刺等清除洁净、并确保清洁。滚刀安装角即为滚刀轴心线和水平位置夹角。当滚刀螺旋方向和工件螺旋方向相同时，其安装角为二者之差。相反时为二者之和。刀架在调整安装角时，可依据刀架上刻度尺进行。表3-3正负号确实定注：“+”时不用惰轮，“—”时用惰轮（3）滚刀对中：为了使切出齿形对称，要求滚刀中间一个刀齿或刀槽对称线要经过齿坯中心。对精度要求不很高齿轮可用下述简易方法对中，将滚刀中间一个齿槽移近齿坯中心位置，再用纸塞进齿坯外圆和滚刀之间（图3所表示）摇手柄使滚刀径向移至齿槽将纸压紧，然后看纸上是否出现两个对称刀尖痕迹，若出现了两个对称刀尖痕迹就说明滚刀对中了。7、调整切削深度依据工件模数、材料硬度和所要求加工精度来确定切削深度和加工次数。7级精度以下齿轮，当m≤2mm时可用1－2次走刀切成；当m=2~3mm时用2－3次走刀切成；当m≤4mm时，用3~5次走刀切成。四、试验步骤1、熟悉机床结构，了解各换置机构所在位置，按计算结果，把挂轮和介轮正确安装好。并检验各实施件运动方向是否正确。2、安装滚刀并检验是否正确。3、装夹工件并检验是否正确、可靠。4、调整滚刀安装角并检验是否正确。5、调整、检验滚刀相对齿坯位置（即对中性）。6、上述步骤全部完成后，再仔细检验一遍并请现场指导老师检验同意后再开车进行滚切加工。五、试验注意事项1、试验前要先熟悉试验汇报，明确试验目标和要求。2、注意统计试验过程中相关参数，如机床加工范围、工件直径、模数、刀具直径、挂轮齿数等，以备试验后分析结果。2、挂轮安装后要检验，预防挂轮脱落。3、整调机床后，应仔细检验，请现场指导老师检验同意后再开车。六、试验汇报1、加工齿轮参数、材料及技术要求2、试验设备、工具、（记下型号规格尺寸等）3、切削用量选择、挂轮计算4、滚刀安装角确实定、径向进刀量计算5、各实施件运动方向确定6、检验结果及分析：七、思索题：1、数次走刀时那些原因可能引发乱扣？2、加工直齿和加工斜齿轮有何不一样？3、影响斜齿轮加工精度原因有哪些？4、试分析齿坯定位方法，是否存在过定位？试验四机床工艺系统刚度测定试验目标1、了解工艺系统刚度对加工精度影响，提升工艺系统刚度方法；2、了解机床静刚度测定装置基础原理，掌握仪器操作方法；3、掌握机床静刚度测定方法和计算方法。试验设备1、CA6140一般车床一台；2、三向静刚度测定仪一台；3.圆形测力环一个；4、模拟车刀一把；5、千分表三只；磁性表架三只。试验原理测定机床刚度方法有两种：（1）静载荷测定法；（2）动载荷测定法（工作状态测定法）。本试验是采取静载荷测定法，在CA6140车床上进行测定。工艺系统静刚度计算公式为：在试验中因为使用刀具和工件刚度很大，所以和可忽略不计。这么，工艺系统静刚度近似等于机床静刚度。试验是使车床处于静止状态，利用试验装置施加静载荷模拟切削时切削力，用千分表测量不一样载荷下机床各部件变形量，再用计算方法求得机床静刚度。图4-1所表示，试验装置关键有三向静刚度测定仪、圆形测力环、模拟车刀和三只千分表组成。三向静刚度测定仪是一个刚度很大弓形支架，它安装在前后顶尖之间，模拟工件。圆形测力环安装在三向静刚度测定仪和模拟车刀之间，旋转三向静刚度测定仪上加载螺钉，使圆形测力环变形，从而产生弹性力，此力作用在三向静刚度测定仪（模拟工件）和模拟车刀之间，可模拟加工时切削力。模拟切削力大图4-1三向测力装置小由圆形测力环中千分表指示（试验前经过标定）。模拟切削力方向可经过调整三向静刚度测定仪确定（图4-2所表示）。图4-2车床部件刚度测定三向加载装置α和β决定切削分力和总切削力之间关系，在本试验中取α=15°，β=63.4°。切削分力计算公式以下：在模拟切削力作用下，头架、刀架和尾架均会产生变形，在y方向各变形量、、可分别由三只千分表测得。头架、刀架和尾架三处刚度可按下面公式计算：头架刚度刀架刚度尾架刚度当加力点在前、后顶尖中间时，机床静刚度由下式计算：四、试验步骤按图4－2所表示，将三向静刚度测定仪安装在前后顶尖之间，按要求调整好安装角度，并注意使尾架伸出合适长度。将圆形测力环安装在加载螺钉和模拟刀具之间。按图4－1所表示，安装三只千分表，磁性表架安放在车床床身上。预加载荷1500N（测力环中千分表移动一格为15N，共移动100格），然后卸载。将测量变形量所用三只千分表调到零位。旋转加载螺钉逐步均匀加载，加载300N统计一次三只千分表读值，共统计10次，总加载量为3000N。反向旋转加载螺钉逐步均匀卸载，每卸载300N统计一次三只千分表读值，共统计10次，最终使载荷为0N。根据5、6步骤方法再反复一次，进行第二次加载、卸载，并作统计。依据试验结果分别计算头架、刀架、和尾架静刚度。9、计算机床静刚度。五、试验注意事项加载前应检验溜板箱、尾座和刀具是否锁紧，假如没锁紧应重新锁紧。预加载时要注意观察测量变形量所用三只千分表指针是否摆动，假如不动说明千分表安装不正确，应重新安装调整。加载时用力要均匀，加载尽可能正确。六、试验汇报试验设备、仪器仪表等统计试验数据并填写试验数据表；3、用坐标纸绘制头架、刀架、尾架静刚度曲线。4、计算出机床工艺系统刚度5、思索题：依据试验结果和所绘刚度曲线说明造成静刚度非线性原因。分析加载曲线和卸载曲线不重合原因。完全卸载后曲线是否回到原点，若没回原点，为何？α、β角作用是什么？α＝0，β＝0含义什么？对系统有何影响？α＝90，β＝0含义什么？对系统有何影响？α＝0，β＝90含义什么？对系统有何影响？试验数据表序号操作测力表读数（格）载荷（N）位移量（μm）总力分力头架尾架刀架加载卸载加载卸载加载卸载0第一次加载卸载123456789100第二次加载卸载12345678910试验五加工误差统计分析一、试验目标：了解无心外圆磨床工作原理，熟悉无心外圆磨削调整方法；掌握加工误差统计分析基础方法；熟悉统计分析所用多种图形绘制法。4、掌握加工工序工艺能力计算方法及工艺过程中工艺参数调整方法。二、试验设备：1.M1050A无心外圆磨床一台；2.电感比较仪；3.标准量块一组；4.千分尺一把；轴承滚子一批（试件）。三、试验原理：本试验为综合性试验，要求学生经过本试验能对无心外圆磨削加工原理和加工误差统计分析理论进行综合试验验证。所以本试验包含以下两部分原理：1．无心外圆磨削加工原理无心外圆磨床工作原理图5-1所表示。它没有床头箱和尾架，而是由托板和导轮支持工件，用砂轮进行磨削。托板上表面倾斜30°~50°，使工件靠磨削力紧紧压在导轮上，导轮轴线相对于砂轮轴线有一倾斜角度α（1.5°）。导轮低速转动靠摩擦力带动工件旋转。因为倾斜角存在，导轮和工件接触点处速度V导方向是斜，它可分为两个速度分量：一个是V工使工件旋转，另一个是V进，使工件产生轴向进给运动。V进=V导sinα.V工=V导cosα.式中：V导——导轮圆周速度（m/s）.V工——工件圆周速度(m/s).V进——工件轴向进给速度（m/s）.通常情况下，V导选0.166~0.5m/s。图5-1无心外圆磨削原理示意图因为导轮轴线和砂轮轴线有一倾斜角α，工件和导轮不是线接触。为使工件和导轮保持线接触，导轮形状就不应是圆柱形，而应将其做成双曲面形。为此修正砂轮时，金刚石笔运动应依据角α加以调整。因为无心外圆磨床磨削工件时不用顶尖支撑，所以工件磨削长度不受顶尖限制，又因磨削时工件被支持在导轮和砂轮之间，不会被磨削力顶弯，所以可磨削细长工件。无心磨削生产效率高，易于实现自动化，所以，多用于成批大量生产中磨削销轴等小零件或磨削细长光轴。无心磨床不能磨削断续表面（如有长键槽圆柱面），因为这么导轮就无法使工件旋转。2．加工误差统计分析在实际生产中，为确保加工精度，常常经过对生产现场中实际加工出一批工件进行检测，利用数理统计方法加以处理和分析，从中寻求误差产生规律，找出提升加工精度路径。这就是加工误差统计分析方法。加工误差分析方法有两种形式，一个为分布图分析法，另一个为点图分析法。分布图分析法是经过测量一批加工零件尺寸，把所测到尺寸范围分为若干个段。画出频数直方分布图。其折线图就靠近于理论分布曲线。在没有显著变值系统误差情况下，则工件尺寸分布符合正态分布。利用分布曲线能够比较方便地研究加工精度，分辨出工序随机误差大小，但不能把规律性系统误差从随机误差中区分出来。在生产中常见另一个误差分析方法是点图法或图法。点图法是以次序加工零件序号为横坐标，零件加工尺寸为纵坐标，把按加工次序定时测量工件尺寸画在点图上。点图能够反应加工尺寸和时间关系，能够看出尺寸改变关系，找出产生误差原因。图称为平均尺寸—级差控制图。通常是在生产过程开始前，先加工一批试件（本试验中即用本批加工零件作为试件）依据加工所得尺寸，求出平均值和均方根差σ在整个过程（工序）中保持不变，则工艺是稳定。图中心线为：R图中心线为：R=图上控制界限为：图下控制界限为：Ｒ图上控制界限为：式中：为零件分组数（把一批按次序号分为组，每组m个零件）。A、B为控制系数，可从表5-1选择。表5-1控制系数每组件数mAB40.732.1150.582.28将工件按加工次序每m个分为一组，求出每组工件平均值和Ri波动，它反应了工件平均值改变趋势和随机误差分散程度。