机械制造技术(下)-实验指导书-(新-201X.3.7).doc

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《机械制造技术(下)》实验指导
实验一 组合夹具拼装实验
一、实验目的
1．掌握工件的定位原理、夹紧原理、定位基准面的选择方法。
2．了解组合夹具的分类方法，组合夹具元件的标记方法。
3．掌握组合夹具的组装步骤。
二、实验属性
本实验为设计性实验
三、实验仪器设备及器材
1．组合夹具一套。
2．螺丝刀3把。
3．活动板手3把。
四、实验要求
1．根据自己的所学，拟订出实验步骤；
2．并根据实验指导教师对机器零件加工部位的要求，提出加工方案，选择所用机床；
3．正确选择定位基准面，按照定位原理、夹紧原理的原则，组装出符合机床使用的夹具一套；
4．实脸完成后，经实验教师检查、验收，合格后，画出夹具示意简图，完成实验报告；
5．将所用工具、夹具元件拆下、擦拭干净后，放回原来的地方；
6．清扫卫生后，方可离开实验室。
五、实验原理
1．组合夹具元件
我国目前生产和使用的组合夹具，多为槽系组合夹具，其元件间以键和键槽定位。用孔和圆销定位的组合夹具称作孔系组合夹具，也已在生产中使用。
（1）元件的分类及用途
组合夹具根据其承载能力的大小分为三种系列：
① 16mm槽系列，俗称大型组合夹具；
② 12mm槽系列，俗称中型组合夹具；
③ 8mm、6mm槽系列，俗称小型组合夹具。
其划分的依据主要是连接螺栓的直径、定位键槽尺寸及支承件界面尺寸。
组合夹具元件根据元件的结构、形状和用途而分类。如按其用途不同，可划分为八大类，详见表1.1。
表1.1 元件类别及用途
序号
类 别
作 用
1
基础件
夹具的基础元件
2
支承件
作夹具骨架的元件
3
定位件
元件间定位和工件正确安装用的元件
4
导向件
在夹具上确定切削工具位置的元件
5
压紧件
作压紧元件或工件的元件
6
紧固件
作紧固元件或工件的元件
7
其它件
在夹具中起辅助作用的元件
8
合件
用于分度、导向、支承等的组合件

（2）元件的编号方法
组合夹具的分类编号原则和标记方法，按照原机械工业部标准(JB2811—79)规定如下：
1）元件分类编号以分数形势表示。
分子表示元件的型、类、组、品种，称之为“分类编号”。
元件分大、中、小三个类型，用汉语拼音大、中、小三字的字头表示：
D---大（Da）型组合夹具元件，即16mm槽系列组合夹具元件;
Z---中（Zhong）型组合夹具元件，即12mm槽系列组合夹具元件;
X---小（Xiao）型组合夹具元件，即8mm或6mm槽系列组合夹具元件。
2）元件的类、组、品种各用一位数字表示。
第一位数字表示元件的“类”，按元件的用途划分，用数字1～9表示。
1---基础件；2---支承件；3---定位件；1---导向件；5---压紧件；6---紧固件；7---其它件；8---合件；9---组装用工具和辅具。
第二位数字表示元件类中的“组”，按元件的用途划分，用数字0～9表示。
第三位数字表示“组”中的“品种”，按元件的结构特征划分，用数字0～9表示。
3）分母表示元件的规格特征尺寸，一般用L×B×H---称规格。
【例】

（3）元件的名称、结构及尺寸标注
1985年机械工业部颁布了“12mm槽系列组合夹具元件”部标准(JB3930.1～3930.119-85)。各类元件名称、结构和尺寸标注如下。
第一类，基础件：包括方型基础板、长方形基础板和基础角铁等，见表1.2。
第二类，支承件：包括各种垫片、垫板、支承、角铁、V型角铁、伸长板和菱形板等，见表1.3。
第三类，定位件：包括各种键、定位销、定位盘、角度定位件、定位支承、定位板和V型件，见表1.4。
第四类，导向件：包括各种钻模板、钻套、铰套和导向支承等，见表1.5。
第五类，压紧件：包括各种压板，见表1.6。
第六类，紧固件：包括各种螺栓、螺钉、螺母和垫片等，见表1.7。
第七类，其它件：包括除上述六类外的各种用途的单件元件，如连接板、滚花手柄、各种支钉和支承冒、支承环、弹簧、二爪支承、三爪支承及平衡块等，见表1.8。
另外还有一些组合件及组装工具和辅具等，见表1.9和表1.10。
表1.2 基础件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.1-85
简式方形基础板

L×B×H
JB3930.2-85
二侧槽方形基础板

L×B×H
JB3930.3-85
四侧槽方形基础板

L×B×H
JB3930.4-85
简式长方形基础板

L×B×H
JB3930.5-85
长方形基础板

L×B×H
JB3930.6-85
基础角铁

L×B×H
JB3930.7-85
45°圆形基础板

D×H
JB3930.8-85
60°圆形基础板

D×H
JB3930.9-85
90°圆形基础板

D×H

表1.3支承件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.10-85
简式方支承

L×B×H
JB3930.11-85
对称槽方支承

L×B×H
JB3930.12-85
直角槽方支承

L×B×H
JB3930.13-85
简式小长方支承

L×B×H
JB3930.14-85
小长方支承

L×B×H
JB3930.15-85
对称槽大长方支承

L×B×H
JB3930.16-85
多槽大长方支承

L×B×H
JB3930.17-85
紧固支撑

L×B×H
JB3930.18-85
小长方空心支承

L×B×H
JB3930.19-85
长方空心支承

L×B×H
JB3930.20-85
大长方空心支承

L×B×H
JB3930.21-85
加长空心支承

L×B×H
JB3930.22-85
45宽单槽伸长板

L×B×H
JB3930.23-85
60宽单槽伸长板

L×B×H
JB3930.24-85
60宽双糟伸长板

L×B×H
JB3930.25-85
90宽双糟伸长板

L×B×H
JB3930.26-85
加筋角铁

L×B×H
JB3930.27-85
左支承角铁

L×B×H
JB3930.28-85
右支承角铁

L×B×H
JB3930.29-85
宽角铁

L×B×H
JB3930.30-85
角度垫板

L×B×α
JB3930.31-85
角度支承

L×B×H×α
JB3930.32-85
左角度支承

L×B×H×α
JB3930.33-85
右角度支承

L×B×H×α

表1.4定位件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.34-85
平键

L×B×H
JB3930.35-85
T形键

L×B×H
JB3930.36-85
偏心键

L×B×H
JB3930.37-85
圆形定位销

d×D×L
JB3930.38-85
菱形定位销

d×D×L
JB3930.39-85
圆形定位盘

D×d
JB3930.40-85
菱形定位盘

D×d×L
JB3930.41-85
三菱定位支座

D×B×α
JB3930.42-85
角度支座

D×B×α
JB3930.43-85
方形定位支座

D×B
JB3930.44-85
六菱定位支座

D×B×α
JB3930.45-85
定位接头

L×B×d
JB3930.46-85
端孔定位支承

D×L×B×H
JB3930.47-85
侧孔定位支承

D×L×B×H
JB3930.48-85
侧中孔定位支承

D×L×B×H
JB3930.49-85
无台阶定位板

D×L×B×H
JB3930.50-85
有台阶定位板

D×L×B×H
JB3930.51-85
V形板

L×B×H×D
JB3930.52-85
V形支承

L×B×H
JB3930.53-85
活动V形铁

L×B×H
JB3930.54-85
左菱形板

L×B×H
JB3930.55-85
右菱形板

L×B×H
JB3930.56-85
左角铁

L×B×H
JB3930.57-85
右角铁

L×B×H
JB3930.58-85
V形角铁

L×B×H

表1.5 导向件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.59-85
固定钻套

D×d×H
JB3930.60-85
快换钻镗套

D×d×H
JB3930.61-85
立式钻模板

D×L×B
JB3930.62-85
左偏心钻模板

D×L×B×A
JB3930.63-85
右偏心钻模板

D×L×B×A
JB3930.64-85
钻模板

D×L×B
JB3930.65-85
双槽钻模板

D×L×B
JB3930.66-85
中心钻模板

D×L×B
JB3930.67-85
角铁形镗孔支承

D×L×B×H
JB3930.68-85
长方形镗孔支承

D×L×B×H
JB3930.69-85
侧孔镗孔支承

D×L×B×H
JB3930.70-85
侧中孔镗孔支承

D×L×B×H

表1.6 压紧件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.71-85
平压板

L×B×H
JB3930.72-85
伸长压板

L×B×H
JB3930.73-85
U形压板

L×B×H
JB3930.74-85
叉形压板

L×B×H
JB3930.75-85
圆形压板

d×H
JB3930.76-85
回转压板

L×R
JB3930.77-85
关节压板

L×B×H
JB3930.78-85
摇板

L×H
JB3930.79-85
弯压板

L×B×H

表1.7 紧固件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.80-85
六角螺母

D×H
JB3930.81-85
带肩六角螺母

D×H
JB3930.82-85
长方螺母

D×L
JB3930.83-85
圆螺母

D×d×H
JB3930.84-85
滚花螺母

D×H
JB3930.85-85
过渡螺母

D×d
JB3930.86-85
双头螺栓

d×L
JB3930.87-85
槽用方头螺栓

d×B×L
JB3930.88-85
槽用长方头螺栓

d×B×L
JB3930.89-85
关节螺栓

d×L
JB3930.90-85
球头螺钉

d×L
JB3930.91-85
压紧螺钉

d×L
JB3930.92-85
定位螺钉

D×d
JB3930.93-85
平垫圈

D×d
JB3930.94-85
凸球面垫圈

D×d
JB3930.95-85
凹球面垫圈

D×d

表1.8 其它件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.96-85
连接板

L×B×H
JB3930.97-85
平面支钉

d×H
JB3930.98-85
球头支钉

d×H
JB3930.99-85
鳞齿支钉

d×H
JB3930.100-85
钻套螺钉

d×L
JB3930.101-85
平面支承帽

D×H
JB3930.102-85
球面支承帽

D×H
JB3930.103-85
鳞齿支承帽

D×H
JB3930.104-85
二爪支承

d×H
JB3930.105-85
三爪支承

d×H
JB3930.106-85
支承环

d×D×H
JB3930.107-85
轴销

d×L
JB3930.108-85
对位轴

d×L
JB3930.109-85
空心轴

d×L
JB3930.110-85
顶尖

d×L
JB3930.111-85
对定栓

d×L
JB3930.112-85
平衡块

R×H
JB3930.113-85
手柄

d×L

表1.9 组合件
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3930.114-85
顶尖座

L×B×H
JB3930.115-85
可调V形铁

L×B×H
JB3930.116-85
折合板

L×B
JB3930.117-85
侧支钉

H×D
JB3930.118-85
摆动头

d×L
JB3930.119-85
关节叉头

H×D

表1.10 组装工具和辅具
标准代号
名称
结构示意图
规格标注
JB3627.1-84
六角套筒扳手

JB3627.2-84
电动扳手六角头

JB3627.3-84
丁字形四爪扳手

JB3627.4-84
电动扳手四爪头

JB3627.5-84
四爪扳手

JB3627.6-84
拨杆

JB3627.7-84
铜锤头

JB3627.8-84
钻孔夹具检验棒

A型、B型
JB3627.9-84
镗孔夹具检验棒

JB3627.10-84
空心镗孔夹具检验棒

JB3627.11-84
连接盘

A型

B型

C型

D型

E型

F型

2．工件在组合夹具中的定位
（1）定位
工件在组合夹具上定位的任务是：既要保证单个工件相对于已经调整好刀具位置的准确性，又要保证一批工件相对于刀具位置的一致性。在组装组合夹具时，首先要熟悉和掌握工件在组合夹具中的定位基本原理和方法，拟定出定位方案，在此基础上根据工件的加工要求，分析定位的准确性和可靠性，最后通过组装达到夹具结构的合理化。
（2）基准
与组合夹具关系较大的是工序基准和定为基准。
1）工序基准
组合夹具是为加工工件的某些表面而组装的，所以工序基准和加工尺寸是选择定位基准和组装夹具的重要依据。
2）定位基准
工件的定位也就是使定位基准获得确定的位置。
（3）六点定位原理
工件在夹具中的定位元件的定位情况可以用支撑点的概念进行简化分析，定位元件能简化成支撑点的个数就相当于其具有多少个自由度的约束能力。工件在夹具中需要约束多少个自由度完全取决于工件的加工要求，最多需要的支撑点的个数不能大于六个。
（4）工件在组合夹具中的定位
1）完全定位与不完全定位
根据加工要求，工件的六个自由度被完全限制时称为完全定位方式。但在许多情况下，根据加工要求，限制的自由度数目少于六个的情况称为不完全定位方式。完全定位和不完全定位都是符合加工要求的定位，且不完全定位可以转化为完全定位方式。
2）欠定位与过定位
根据加工要求，工件应该约束的自由度而没有被定位元件约束的现象称为欠定位。欠定位不能满足加工要求，因此不允许出现。而如果有两个或两个以上的定位元件同时约束了工件的同一个或几个自由度的现象称为过定位。过定位结构在一定的工艺措施后对工件的加工过程是有意义的。
3．工件在组合夹具中的夹紧
在机械加工过程中，切削力、重力、支承反力和惯性力均作用在工件上，为了使工件保持定位时的正确位置，必须将工件夹紧，以使夹紧力与上述各力平衡。夹具中将工件夹紧的机构称为夹紧机构。对组合夹具的夹紧机构有如下要求：
（1）夹紧不能破坏工件的定位。
（2）加紧后工件和组合夹具元件的变形要小。
（3）夹紧力的大小要适合。
（4）夹紧动作力求迅速、省力。
（5）加紧装置不要妨碍工件的装卸。
（6）夹紧力应指向工件各定位基准的支承面，力的作用点应落在支承面内或支承点上。
六、实验步骤
1．熟悉有关技术资料
这是组装过程开始的第一步，其目的在于明确组装要求和条件.与组装有关的原始资料主要包括以下各方面内容。
(1)工件
1)工件形状与轮廓尺寸。
2)加工部位与加工方法。
3)加工精度与技术要求。
4)定位基准及工序尺寸。
5)有关前、后工序的要求。
6)加工批量与使用时间。
(2)机床、刀具
1)机床型号及主要技术参数。
2)机床主轴或工作台的安装尺寸。
3)可供使用的刀具种类、规格及特点。
4)刀具或辅具所要求的配合尺寸。
(3)夹具
从本单位或外单位组装过的组合夹具中，检索出类似组合夹具的组装记录，供组装时参考。
(4)夹具使用部门
使用车间的地点，现场条件、操作工人技术水平等，也是组装前应予以考虑的因素。
在熟悉和掌握上述有关资料的过程中，应结合该组合夹具的组装工作认真分析有关问题，例如，定位要求是否合理，加工精度能否达到，组装时间是否允许，个人组装技术能否胜任，等等。如发现问题，应及时与有关单位或部门协商解决。
2．初步拟订组装方案
拟订组装方案就是根据原始资料，应用组合夹具的基本组装原理来构思夹具的基本结构，以满足组装要求。一般过程如下：
（1）局部结构的构思。一般应首先考虑定位方案和定位部分结构，其次考虑刀具引导方案和引导部分结构，然后考虑夹紧方案和夹紧部分机构，最后考虑基础部分和其他部分结构。
（2）整体结构的构思。在各局部结构初步确定后，应考虑如何将这些局部结构连成一个整体，此时应特别注意整体结构和各部分之间的协调。
（3）有关尺寸的计算和分析，其中包括：工件工序尺寸，夹具结构尺寸，测量尺寸，角度以及精度分析等。此外，在构思夹具结构时，还需进行必要的受力分析，以保证夹具有足够的刚度。
（4）元件品种、规格的选用。
（5）调整与测量方法的确定。
（6）提出专用件及特殊要求。
3．试装
按拟订的组装方案用实际元件初步组装成一个“模样”，以验证组装方案是否能满足工件、机床、夹具、刀具等各方面要求，以及发现存在的问题和提出改进措施等等，这个过程就是试装。
试装时一定要按要求的尺寸，对每一局部结构及整体结构进行试装，仔细检查每一个定位键、螺栓的安装位置。
4．确定方案
针对试装时所发现的各种问题，例如，各结构之间配置不当，尺寸计算中的错误，安装定位键和螺栓的困难，以及某些元件的暂时短缺，等等，修正原方案，有时甚至重新拟订新方案，重新试装，直到满足设计要求为止，此时即可最后确定组装方案。
5．选择元件、装配、调整和固定
所谓选择元件就是根据精度分析的结果，从所要求规格的元件中挑选合适精度的元件。
按所要求的位里和数量装上各定位键，用螺栓和螺母可靠地连接成不同形式的组装单元，由组装单元装配成不同的结构，最后组装成完整的夹具。通常一套组合夹具的组装顺
序是基础部分 定位部分 导向部分 压紧部分。装配时要对各有关尺寸进行侧量和调整，以达到精度要求。夹具上有关尺寸的公差通常取工件的相应公差的～，若工件相应尺寸为自由公差，夹具尺寸公差可取±0.05mm，角度公差可取±5′。调整后应及时固定有关元件。
6．检验
检验是按零件加工的精度及其他要求，在夹具交付使用之前，对夹具进行全面检查，必要时还应在机床上进行试切，以确保夹具合乎使用要求。
检验有自检、互检、专职检验三种。一般应尽量设置专职检验人员，检验时还应检查与组合夹具配套的附件、专用件图纸、特殊的使用说明等是否齐全。
7．整理和积累组装技术资料
积累组装技术资料是总结组装经脸，提高组装技术以及进行技术交流的重要手段。一套组合夹具的完整资料，不但对减轻组装劳动量和加快组装速度有利，而且能从中归纳总结出，一些新的组装方法和组装规律。
七、思考题
1．总结组合夹具与专用夹具的相同点和不同点。
八、实验报告内容
实验报告内容包括：
一、实验目的
二、实验设备及仪器型号
三、现场绘制组合夹具的草图
四、思考题

实验二 主轴回旋精度的测试实验
一、实验目的
1．理解主轴回转精度的概念
2．了解主轴回转精度的测量原理及方法
二、实验属性
本实验为验证性实验
三、实验仪器设备及器材
1．VDL-1000数控铣床
2．Lion Precision主轴误差分析仪、电容传感器及安装座。
3．PC及SEA测量软件
四、实验要求
1．实验前预习实验指导书，熟悉实验仪器设备，制订实验方案。
2．实验中应认真观察实验中的数据变化，仔细操作设备。
3．对实验中的数据变化进行初步分析，严格按仪器设备操作规程操作。
4．按实验报告的统一格式要求完成实验报告。
五、实验原理
机床主轴回转精度是指机床主轴的实际回转情况与理想回转情况相符合的程度。它是机床主要精度指标之一，可以用主轴回转误差运动的范围（即轴心线径向跳动量，轴向窜动量及角度偏摆量）作为衡量指标。
利用Lion Precision主轴误差分析仪及配套电容传感器可测量主轴不同转速下的回转精度，在SEA测量软件中可以得出主轴径向和轴向的同步误差、异步误差数据及对应图形。
名称解释：
同步误差：及平均误差，是总误差运动极座标图的平均轮廓线，代表机床在理想加工条件下所能加工出零件的最好圆度。
异步误差：是总误差运动对平均误差运动的偏离，代表机床在理想加工条件下所能获得的表面精度。
基本误差：平均误差运动的最密切圆，代表主轴轴心线每转一次的轴向误差。
剩余误差：平均误差运动对基本误差图像的偏离，代表端面加工的平面度。
六、实验步骤
1．将误差分析仪主机、传感器、传感器安装座、数据线、电源线等部件正确安装。
2．打开SEA软件，加载各通道传感器数据。
3．操作机床和SEA软件，分别在Z轴方向和X/Y轴方向对中标准球，然后使Z轴传感器复位。
4．设置SEA软件，使之可以显示测量结果并将窗口最大化。
5．操作机床，按下表依次设置主轴转速，每次待转速稳定1分钟后记录SEA软件中的各项数据及图形。
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
转速(RPM)
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
3600
4000
6．记录实验数据并分析，完成实验报告。
实验数据样例：
转速（RPM）
径向（μm）
轴向（μm）
同步误差
异步误差
基本误差
剩余误差
异步误差
300
6.65
0.88
0.05
0.12
0.35

七、思考题
1．影响主轴回转精度的主要因素有哪些?
八、实验报告内容
实验报告内容包括：
一、实验目的
二、实验设备及仪器型号
三、实验数据记录及处理
四、思考题

实验三 加工误差统计分析实验
一、实验目的
1．通过实验使学生掌握用统计分析方法综合分析加工误差时所依据的基本理论、知识和方法。
2．加工一批工件，测量其加工尺寸，对测得的数据进行处理，用统计方法分析此工序的加工精度，要求绘制图形并进行分析。
二、实验属性
本实验为综合性实验
三、实验仪器及设备
1．实验测量件轴100件
2．千分尺
3．计算器
四、实验要求
1．实验前预习实验指导书，熟悉实验过程，制定实验方案。
2．认真测量、记录实验数据，计算、统计分析数据变化情况。
3．按照要求绘图分析。
4．按照实验报告要求完成实验报告。
五、实验原理
在加工过程中，由于随机误差和系统误差的影响，使一批工件加工出来的尺寸各并相同。通过测量一批工件的加工尺寸可画出频数直方分布图。如果所取的工件数量较多，组距较小时，折线图就近似实际分布曲线。在没有明显变值系统误差的情况下，工件的误差是由许多相互独立的微小随机误差所组成，则工件尺寸分布符合正态分布，如图3－1所示。方程为：

式中 －工件的平均尺寸；
－均方根误差；
－工件尺寸。
工件尺寸可以近似被认为分布在的范围内，工序的工艺能力系数为：

式中 T－图纸规定的工件的尺寸公差。
图3－1 正态分布曲线

六、实验步骤
1．测量工件的加工尺寸，每个工件测量2次，记录测量结果。
2．绘制实验分布曲线，作图步骤：
（1）找出这批工件加工尺寸的最大值和最小值；
（2）确定分组数K（建议K在7～12之间）
（3）计算组距d

（4）作出频数分布图；
（5）计算和
，

（6）绘出实验分布图线
（7）计算工序能力

七、实验数据记录表
序号
测量值
总计
平均值
序号
测量值
总计
平均值
X1
X2
X1
X2
1

51

2

52

3

53

4

54

5

55

6

56

7

57

8

58

9

59

10

60

11

61

12

62

13

63

14

64

15

65

16

66

17

67

18

68

19

69

20

70

21

71

22

72

23

73

24

74

25

75

26

76

27

77

28

78

29

79

30

80

31

81

32

82

33

83

34

84

35

85

36

86

37

87

38

88

39

89

40

90

41

91

42

92

43

93

44

94

45

95

46

96

47

97

48

98

49

99

50

100

八、实验数据处理
组号
组距
组中值（mm）
频数
频率
自（mm）
至（mm）
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1．绘制点图（用坐标纸或用计算机编程来绘制）
2．频数分布图
3．绘制分布曲线
九、思考题
1．本工序点图说明什么问题？
2．本工序的分布曲线图是否接近正态分布图？
3．根据工序能力系数，确定本工序属于几级工序？
十、实验报告内容
实验报告内容包括：
一、实验目的
二、实验设备及仪器型号
三、实验数据记录及处理
四、思考题

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