机械制造基本工艺学试验参考指导书.doc

目 录

试验1 Y3150E滚齿机调整试验 ……………………...…………………… 2
试验2 加工误差统计分析………………………...………………………… 7
试验3 车床综合静刚度测定 ………………………...……………………13

试验1 Y3150E滚齿机调整试验
1.试验目标
1.1分析滚齿机运动及传动系统；
1.2熟悉滚齿机结构和性能；
1.3经过加工直齿或斜齿圆柱齿轮，熟悉滚齿机换置计算和调整方法

2.试验内容
2.1试验前准备工作
2.1.1认真阅读本指导书，明确试验目标及内容；
2.1.2依据传动系统图画出传动原理图；
2.1.3依据传动系统图列出加工多种工件时平衡方程式，求出调整公式；
2.1.4依据所给数据进行必需调整计算。
2.2试验工作
2.2.1对照机床传动系统图，在机床上找出各传动链传动路线，各组挂轮(交换齿轮) 位置，熟悉机床结构。
2.2.2按步骤安装工件并找正(假如齿坯以内圆定心除外)。
2.2.3安装刀具并调整刀架角度。
2.2.4调整切削深度，开动机床，切削完成，测量工件，确定质量是否合格并进行分析。
2.2.5拆卸挂轮，擦净机床。

3.Y3150E滚齿机关键技术规格及用途
本机床关键用于切削直齿、斜齿圆柱齿轮和用径向进给切削蜗轮；另外还能够用包络法加工花键轴、多面体、链轮等工件。进行上述多种工件加工时要分别采取合适截面形状滚刀。
关键技术指标
加工齿轮最大模数 工件为钢件时6mm；工件为铸件时8mm
加工齿轮最大直径 500mm
刀具最大直径 160mm
刀架最大回转角度 240°
刀具主轴转速共九级：（见表1）
垂直进给量共十二种：（见表2）
主电动机功率 4千瓦
快速电动机功率 1.1千瓦
交换挂轮齿轮齿数（分齿挂轮，进给挂轮及差动挂轮共用）：
20（两件）23 24 25 26 30 32 33 34 35 36（两件） 37 40 41 43 45 46 47 48 50 52 53 55 57 58 59 60（两件） 61 62 65 67 70 71 73 75 79 80 85 89 90 92 95 97 98 100共46种（49件）模数m＝2。

图2.1 Y3150E型滚齿机传动系统图

4.机床调整计算(公式由学生求出，这里只作必需说明)
4.1加工直齿圆柱齿轮
4.1.1主运动：依据刀具外径、刀具材料、合理切削速度V，求得所需刀具转速：

式中 D——滚刀直径(mm)；n——主轴转速(r／min)；v——切削速度(m／min)
按滚刀主轴转速挂轮表选择A／B挂轮。
4.1.2分度运动；传动链联络滚刀和工件，差动机构(合成机构)为不用差动机构时情况(用接合爪)调整计算公式为：

式中 e、f挂轮是一对“结构性挂轮”，依据被加工齿轮齿数来选择：
时，用于；
时，用于；
时，用于。
4.1.3刀架垂直进给运动：依据加工粗糙度要求，选择进给量S值，然后由垂直进给量挂轮表选择a1/b1挂轮。（参看表2、表3）
4.2加工斜齿圆柱齿轮
4.2.1主运动(同上)
4.2.1分齿运动：运动关系同上，但此时差动机构结构为用差动机构时情况（用接合爪）
4.3.3刀架垂直进给运动(同上)
4.3.4差动运动

式中：β——工件螺旋斜角；——工件法向模数；k——滚刀头数。
注：由调整公式计算出数值经过“挂轮选择表”或挂轮对数表查出具体齿数。

5.刀具、工件安装
依据工件、刀具螺旋角方向和度数调整刀架安装角度，使滚刀螺旋线和工件齿向平行。
5.1加工圆柱直齿时刀架偏转角度（见图2.2）

图2.2 加工圆柱直齿时刀架偏转角度
5.2加工圆柱斜齿轮时刀架偏转角度及挂轮分配情况（见图2.3）

图2.3 加工圆柱斜齿时刀架偏转角度及挂轮分配
工件坯应牢靠地装夹在工作台上，不用心轴定位时需用千分表调正齿坯外圆，使工件和工作台同心。

6.调整切削深度
依据工作模数、材料强度，和所要求加工精度来确定走刀次数和切削深度。
用滚刀切削不超出7级精度圆柱齿轮时，对模数mn≤2mm齿轮用一次走刀切出；对模数mn＞2mm以上时用二次或三次以上走刀。
思 考 题
1.加工圆柱斜齿齿轮，在调整机床时，是依据工件端面模数选择滚刀，还是依据工件法向模数选择滚刀？为何？
2.在Y3150E型滚齿机上决定加工精度是哪个传动链？而该传动链中又以那些传动件为关键件？

试验2 加工误差统计分析
1.试验目标和要求
1.1 经过本试验使学生掌握加工误差统计分析基础原理和方法；利用此方法综合分析零件加工尺寸改变规律。
1.2 学习设计试验线路，正确选择和使用相关测量装置，测量工具和仪器。
1.3 正确地进行采样和运算，并绘制点图，试验分布曲线图。
1.4 绘制质量控制图。
1.5 确定本工序工序能力系数，（也称精度系数），并分析本工序加工稳定性。

2.基础原理
2.1 加工误差及其改变规律
由多种工艺原因所产生加工误差可分为两大类，即系统性误差和随机性误差。
系统性误差关键有因调整原因引发常值系统误差Δ常和因刀具磨损、工艺系统热变形等引发有规律改变趋势变值系统性误差Δ变。
随机性误差Δ随是因为尺寸分散造成，亦称瞬时尺寸分散。整批零件尺寸分散还应包含有规律改变着系统性误差。
在加工过程中，随机性误差和系统性误差是同时存在，而且混在一起。所以，生产实际中，常见统计分析法来研究加工精度问题。

2.2 分布曲线法
2.2.1 理论分布曲线
大量试验、统计分析表明：当一批工件总数足够多时，加工中误差是由相互独立随机原因引发，而且这些误差原因中又全部没有任何优势倾向，则其分布是服从正态分布。也就是说，随机误差分布曲线，是正态分布曲线，它是描述正态分布密度函数图形。理论正态分布曲线是连续、对称曲线。图3.1所表示，它方程式以下：

式中，y——分布概率密度；x——自变数，它属于某一组随机变数集合X；

图3.1 正态分布曲线
——随机变数总体均值（分散中心）：
N为样本总数
σ——均方差：

生产实际中，加工误差统计分析时，可得，为工件尺寸分布平均值；N为工件数量；为工件尺寸。
假如改变参数（保持不变），则曲线沿x轴平移而不改变其形状，这说明是表征分布曲线位置参数。改变关键是常值系统性误差引发。假如保持不变，当值降低时，则曲线形状陡峭；当值增大时，曲线形状平坦，是由随机性误差决定，随机性误差越大则越大，可见是表征分布曲线形状参数，亦即它刻划了随机变量x取值分散程度，亦即随机性误差对加工过程影响。
理论分布曲线常见于需要深入研究某个工序加工精度问题。为降低统计工作量，通常加工精度分析常采取试验分布曲线。
2.2.2 试验分布曲线
试验分布曲线是依据一批零件加工尺寸绘制出来。通常，随机抽取工件数量应在50件以上，越多越能反应出它分布规律，通常最多不超出200件。作图时，令横坐标表示加工尺寸分组间隔，纵坐标表示对应某加工尺寸间隔内尺寸出现频率，也可用某加工尺寸间隔内尺寸出现次数，即频数表示。
分组数和组距 ，分组数K＝7～12
式中，h——组距；K——分组数，和样本数相关；xmax、xmin——测量数据最大值、最小值。
试验分布曲线图又称频率直方图，它和理论分布曲线不一样之点在于：它不是光滑曲线而是折线。理论正态分布曲线有两个特征参数和，依据试验数据所计算出来和只是它们近似值，称为正态分布统计特征量。
分布曲线分析法能够用于：
⑴判别加工误差性质
假如实际分布和正态分布基础相符，则加工过程中没有变值系统性误差或影响很小，进而可依据是否和公差带中心重合来判定是否存在常值系统性误差，不重合就说明存在常值系统性误差。假如实际分布和正态分布有较大出入，可依据直方图初步判定变值系统性误差类型。
⑵确定多种加工方法所能达成精度
因为多种加工方法在随机性原因影响下所得到加工尺寸分散规律符合正态分布，所以能够在数次统计分析基础上，为每一个加工方法求得它标准偏差值，然后按分布范围等于6规律，即可确定多种加工方法所能达成精度。
⑶确定工序能力及其等级
⑷估算不合格品率

2.2.3 正态性检验
分布曲线是否服从正态分布，需要进行正态性检验，常采取正态概率纸法来分析。
正态概率纸法，要用到正态概率纸，它是一个特殊坐标纸。其横坐标为等分刻度，纵坐标按正态分布累计频率来刻度。这么，正态分布函数在正态概率纸上图形是一条直线。若将试验结果在正态概率纸上作点，即横坐标为组中值，纵坐标为累计频率，画出各点，用直尺画一条尽可能靠近这些点直线。若服从正态分布，则这些点应落在这条直线上。因为工件尺寸波动，这些点相对直线多少有些偏离。但不能偏离过大，过大则总体分布可能不服从正态分布。通常来说，中间点相对直线偏离不能过大，两头点能够许可大部分。
2.2.4 工艺过程精度评价
工艺过程精度评价，就是对现行工艺过程或待实施工艺过程进行工艺验证，看它能否合理地满足工艺要求，即零件经过本工序加工以后，能否达成工序间加工尺寸和给定公差。工序精度系数即工艺能力系数，是用来作为精度评价指标，它表明工艺过程稳定程度和本工序加工能力。通常情况下，。值越大，工序加工能力越强，产品合格率越高，但生产成本肯定对应地增加，若或表明该工序加工能力较弱，产品废品率上升，必需采取对应方法来改善工艺过程。计算方法是：

式中，——待加工工件工序公差；——样本均方差（标准差）。
必需指出，利用分布曲线法研究加工精度问题时，存在两点不足：
⑴不能反应误差改变趋势。因为分析时没有考虑到工件加工前后次序，故不能把变值系统性误差和随机性误差区分开来。
⑵采取分布曲线法控制加工精度时，必需检验整批加工零件，只有一批零件加工完成后方能绘制出分布曲线图。
采取点图分析法能够填补上述不足。
2.3 工艺稳定性和点图法
所谓工艺稳定，从数理统计原理来看，一个过程（工序）质量参数总体分布，其平均值和均方差在整个过程（工序）中若能保持不变，则该工艺是稳定。图法是经典统计质量控制方法，它是控制连续生产工艺稳定性有力工具。为了验证工艺稳定性，需要应用和两张点图，是将一批工件依据加工次序，m个为一组，共分K组，第i组平均值；是第i组数值极差，即。两张图合起来应用，通常称为图。
不难了解，和R波动反应了工件平均值改变趋势和随机性误差分散程度。在图上分别画出中心线和控制线，控制线就是用来判定工艺是否稳定界限线。在图上，还可画出公差上限线和公差下限线。
图中心线为：
R图中心线为：
图上控制线为：
图下控制线为：
R图上控制线为：
式中，A和D数值是依据数理统计原理而定出，K取7～25；通常每组工件个数m取4或5。
表1
每组个数m
A
D
K
4
0.73
2.28
7～25
5
0.58
2.11

为了方便作图，可事先将工件尺寸测量后填于以下图统计表中。
表2：图统计表
组号
测定值
总计

平均值

极差
R
x1
x2
x3
x4
x5
1

2

3

…

K

＝
＝
＝

＝
＝

图3.2 测量装置
3.数据采集和处理
3.1数据采集
数据处理第一步是测量并采集原始数据。所以，对原始数据采集方法是否合理，不仅关系到测量误差大小，数据可靠性，而且关系到能否得出正确结论。
测量装置图3.2所表示。被测工件置于比较仪测量台上，千分表或电感位移传感器装在测量台立柱、横臂上，使每个工件逐次和测量头接触，则从千分表上可读出数据并统计在图统计表中，供分析作图之用。

图3.3 自动测量方法
自动测量方法图3.3所表示。电感位移传感器将检测得到位移信号输送给测微仪，测微仪输出模拟电压信号。经过一级直流放大和低通滤波后，再经A/D转换，变成数字信号送入微型计算机，利用数据处理和绘图程序，可将分析结果打印，并绘出图和分布图。
3.2 数据处理
对一批零件加工尺寸进行测量时，会出现部分过大或过小异常数据，和大多数测量数据相差悬殊。这是因为测试过程中操作不正确，或错读、错记，或测试条件发生突变等偶然原因造成。这么数据对可能得到真实数据结果带来歪曲，所以，这么数据必需舍去。
实际测量中，通常依据格拉布斯方法来确定异常值。其计算方法以下：
设测量值为：x1，x2，x3，…，xn，并总体服从正态分布，假如为x1，x2，x3，…，xn中异常值，则有：

式中：，
——检验指标，见表4；α——显著性水平； n ——测量值总个数。
表4：格拉布斯准则
n
3
4
5
6
7
8
9
10

1.15
1.46
1.67
1.82
1.94
2.03
2.11
2.18

1.15
1.48
1.71
1.89
2.02
2.13
2.21
2.29

1.15
1.49
1.75
1.94
2.10
2.22
2.32
2.41

4.试验条件和步骤
4.1 设备，仪器和试件
4.1.1 试件（100～200件），经无心磨床或自动车床连续加工一批短销轴。
4.1.2 仪器：比较仪和测微仪。
4.1.3 测量工具：测量台架、百分表、千分表、块规。
4.1.4 计算机采集系统：模数转换板、放大器、低通滤波器、稳压电源、传感器、微机等。
4.2 试验步骤
按加工次序测量试件，进行数据处理并绘图，有两种方案。
4.2.1用测微仪进行测量，微机进行采样，数据处理并绘图。
4.2.2用比较仪进行测量，手工或编程计算，具体步骤以下：
（1）用块规调整好比较仪，按加工次序测量试件尺寸，并统计结果。
（2）绘制点图，分析产生工序加工误差原因。
（3）绘制试验分布曲线图（直方图）。
作图步骤以下：
①找出试件加工尺寸最大值和最小值，即
②确定分组数K；（K=7～25）
③计算组距h；
④决定组距
⑤作频数或频率分布表
⑥计算和，绘制试验分布曲线图，标出和值。
⑦计算工序加工能力系数
（4）绘制图。（参阅前述2.3图法）

5.试验汇报内容
5.1 试验名称
5.2 试验内容
5.3 试验设备，仪器和试件
5.4 测量数据统计和整理
数据和计算格式
组别
尺寸范围
分组中点
尺寸xj
频数fi

总和

5.5 试验结果
5.5.1 绘制试验分布曲线图。
5.5.2 用正态概率纸检验正态性。
5.5.3 绘制图。
5.5.4 计算工序加工能力系数
5.6 试验结果分析和讨论
5.6.1 本工序点图说明了什么问题？
5.6.2 本工序试验分布曲线图是否服从正态分布规律？
5.6.3 依据工序能力系数，本工序几级精度工艺能力？
5.6.4 依据图，分析本工序工艺过程是否稳定？假如不稳定，试分析其原因。

试验3 车床综合静刚度测定
1.试验目标
在加工过程中，“机床—刀具—工件”所组成工艺系统刚度对加工精度、生产率和抗振性能有很大影响。本试验是在机床不工作状态下，模拟切削时受力情况，对机床施加载荷，然后测出机床床头，刀架和尾座在不一样载荷下变形，从而作出各部件变形量和作用力关系曲线，然后求出刚度曲线，并计算出机床刚度，了解机床刚度特点及其测定方法。
2.试验内容
用八角环测力议和千分表测定车床、刀架、尾座变形量和作用力关系曲线，求出刚度曲线，并计算各部件刚度和机床刚度。
3.试验设备及用具
3.1C620—3车床或CA6140车床；
3.2刚性心轴一根78mm；
3.3测力环一个（已标定）；
3.4千分表三套；
3.5施力器一套；
3.6YJD—1型电阻应变议，WY—1型电源各一台。
试验装置图所表示：

试验装置图
4.试验步骤
4.1将三个千分表安装在机床指定位置；
4.2将测力环装在刀架和心轴之间，并调整到靠近心轴中间位置上；
4.3将三个千分表调零；
4.4联络各相关电器仪表，电源线路；
4.5每次加载20千克，逐次加载至200千克，并统计下变形量；
4.6卸载并记下变形量（卸载大小及次数和加载相同）
4.7反复5、6两项内容次数三次以上；
4.8绘制变形量和作用力关系曲线，横坐标代表载荷，纵坐标代表变形量；
4.9依据变形量和作用力关系曲线，计算并绘制刚度曲线，横坐标代表载荷，纵坐标代表刚度。
5.数据处理
5.1依据各部件刚度曲线，求出各部件静刚度；
5.2依据各部件刚度曲线，求出系统刚度曲线；

5.3分析试验结果。
6.注意事项
6.1本试验全部机床部分部件有间隙，对试验有影响要设法消除。
6.2试验要分工明确，每人各居其位，耐心细致，不得喧哗，听从指挥，以免重做耽搁时间。
7.思索题
7.1为何说静刚度试验测定法，在机床设计领域内含有一定实用意义？
7.2测试过程中存在一定误差，你认为影响原因有哪些？
7.3依据试验测得数据（未测处假定为不变形）你认为哪一个部件静刚度最差，你计划采取什么方法来提升它静刚度？
8.试验汇报
8.1试验目标
8.2试验设备仪器：
8.3试验原理示意图；
8.4试验数据；
8.5试验结果分析（曲线、分析、思索题）
8.6体会和提议