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机械制造技术基础实验指导书

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2020年4月19日
文档仅供参考

《机械制造工艺基础》

实 验 指 导 书

武 汉 纺 织 大 学
机械工程与自动化学院

实验一 车刀几何角度测量

一、实验目的
1.了解量角器的结构，学会使用量角器测量车刀标注角度。
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
1.仪器：万能量角器
2.车刀：（1）直头外圆车刀
（2）弯头外圆车刀
（3）其它车刀
三、实验内容
1. 要求学生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，再按照刀具几何角度的定义利用万能量角器分别测量直头外圆车刀、弯头外圆车刀和其它车刀的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。
四、万能量角器的结构
车刀标注角度能够用角度样板、万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等进行测量。其测量的基本原理是；按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量角器的尺面或量角台的指针平而(或侧面、或底面)，与构成被测角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，把要测量的角度测量出来。由于量角器和量角台的结构不同，其测量方法也不问。
图1—1 万能量角器
1一尺体 2一游标尺 3一制动头 4—尺座 5、11一定位螺钉6、9—卡块 7、10一制动螺钉 8一直角尺 12一直尺 13一基尺
万能量角器是一种通用的角度测量工具，如图1-1所示。直角尺8或直尺12根据需要，用定位螺钉5或11、卡块6或9、制动螺钉7或10装在尺座4上，松开制动螺钉7或10，直角尺8或直尺12能够在卡块6或9内平行移动，当将直角尺8或直尺12调整到适当的位置时，再用制动螺钉7或10将其锁紧。测量角度时，松开制动头3，尺体1连同基尺13能够沿尺座4上的半圆形滑轨转动，把基尺13与构成被测角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，然后将制动头3锁紧，从游标尺2的刻度线上，便能够读出所要测量的角度数值。
五、实验方法和实验步骤
以直头外圆车刀为例，说明用万能量角器测量车刀标注角度的方法。
1．主偏角kr的测量
将万能量角器装成如图1—2所示的样子，使车刀的左侧面(主刀刃一侧)紧密地贴合在直尺(或换成直角尺)的尺面上，让基尺和主刀刃在基面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是主偏角kr的数值。
2．副偏角kr＇的测量
测完主偏角kr之后，保持车刀和直尺的相对位置，让基尺和副刀刃在衷面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是副偏角kr＇的数值(见图1—3)。
图1—2万能量角器测量车刀主偏角 图1—3万能量角器测量车刀副偏角

3．刃倾角λs的测量
将万能量角器装成如图1-4所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在切削平面（Ps）内，并和主刀刃紧密贴合，则游标尺零线
所指示的角度数值，就是刃倾角λs的数值。
4．前角γo 的测量
图1—4万能量角器测量车刀刃倾角
将万能量角器装成如图1—5所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面(Po)内，并经过主刀刃上的选定点，和前刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是主削面前角γo 的数值。
5．主后角αo 的测量
将万能量角器装成如图1—6所示的样子，把车刀底面紧密地贴合直角尺(或换成直尺)的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面(P。)内，并经过主刀刃上的选定点，和后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是主剖面后角αo的数值。
6．副后角αo ＇的测量
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。
用万能量角器测量车刀标注角度，其角度数值的精确度能够达到分，但由于基尺、直角尺和直尺的尺面较窄，定位不准，再加上是用眼睛观察来判断尺面是否在基面、切削平面和主削面内，因此可能造成较大的测量误差。
图1—5万能量角器测量车刀前角

图1—6 万能量角器测量车刀后角

实 验 报 告

1.将测得的刀具角度记录值填写在下表中。
车刀几何角度测量结果记录表
刀具名称
刀杆
截面
B×H
角 度 测 量 结 果（度）
前角
后角
刃
倾
角
主
偏
角
副
偏
角
副
后
角
法向
前角
法向
后角
切深
前角
进给
前角
γ0
α0
λs
Kr
Kr′
a0′
γn
an
γp
rf

2. 画出外圆车刀简图，并在图上标注出所测量的几何角度数值。

2．切断车刀有几条刀刃？哪条是主刀刃？哪条是副刀刃？

3. 45°弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、削偏角是否发生变化？为什么？

4.什么情况下需要测量车刀法剖面前角γn和后角αn？

5．为什么车刀工作图上不标注副前角？

实验二 机床静刚度测定

一、实验目的
1.了解和掌握机床刚度的测定方法之一——静载法。
2.比较机床各部件刚度的大小，分析影响机床刚度的各个因素。
3.巩固和验证课程中有关系统刚度的概念。
二、实验内容
用静载法测定车床刚度，着重测量记录车床主轴前顶针、刀架及尾架后顶针在受力后的位移，以便计算其各部件刚度及机床刚度及绘制其刚度曲线。
三、实验仪器设备
C6140H车床、ES-03A标准测力仪、千分表及表架、工件（刚性心轴）等。
四、实验原理
机械加工时，机床的有关部件、夹具、刀具、和工件在切削力的作用下，都会不同程度的变形，导致刀刃和加工表面在Y方向的相对位置发生变化，产生加工误差。工艺系统在力的作用下的总位移是各个组成部分位移、、、的叠加，即

因此机床综合刚度：

五、实验步骤
1. 按图1所示安装测力仪和各千分表，注意各千分表的表头要在工件的中心轴线上；
2. 先预加一定的载荷消除接触面间隙，各表校零；
3. 旋转加力螺钉，开始施加载荷，每20KG加一次，间隔时间为2～3分钟，并记下各表的读数，依次加40，60，……200KG；
4. 加载到200KG后，开始卸载，从200KG卸到180KG并记下各表的计数，再依次卸160、140、120、……20、0，间隔时间为2～3分钟，同时记录各表的计数。
按照上述方法重复加载三次,取平均值绘曲线图。
5. 卸下各仪表及工具，擦拭处理。

实 验 报 告

1. 填写加、卸载记录于下表中；
载荷
(kg)
刻度
显示
（mm）
床 头（μm）
刀 架（μm）
尾 架（μm）
第一次
第二次
第三次
第一次
第二次
第三次
第一次
第二次
第三次
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
加载
卸载
0
1.00

20
1.54

40
2.08

60
2.62

80
3.16

100
3.70

120
4.24

140
4.78

160
5.32

180
5.86

200
6.40

2. 计算车床平均静刚度
K床头 =

K尾座 =

K刀架 =

K系统 =

3. 以变形Y为横坐标，载荷Py为纵坐标，画出车床各部件（床头、尾座和刀架）的刚度曲线图。
Py(kg)
Y(μm)

4. 实验中，加载曲线与卸载曲线不重合，为什么？

5. 当载荷去除后，变形恢复不到起点，什么因素影响的？

实验三 普通车床三箱

一、实验目的
　　了解机床的传动系统、传动结构、机床的操纵机构及其操作方法．熟悉和掌握机床主要部件及其调整方法。
二、实验设备
　　C6140H型普通车床。
三、实验内容
　　机床的操纵方法和机床运动的调整方法。了解主轴箱的结构、主轴变速操作机构的工作原理．离合器与制动器的操纵及其调整。
四、实验步骤
1.闭合电源开关，闭合机床总开关，启动电动机，操纵离合器，使主轴启动，停止、反向熟悉离合器操纵手柄的使用。
2.接通丝杠，加工螺纹传动链接通，掌握加工螺纹时机床的调整方法．调整机床，使其加工螺距t=3mm,旋向为左旋．t=24mm，旋向为右旋。
3.接通光杠，熟悉机动进给手柄的操作方法。观察搬动手柄时的操作方法，观察搬动手柄时刀架部件的运动状态。操纵快速电机，使刀架快速移动。
4.断开机床总开关和电源开关，打开主轴箱，对照传动系统图找到各个传动轴，观察滑移齿轮的结构形式、固定齿轮的结构形式及固定方法。
5.观察离合器、制动器及其操纵．离合器与制动器怎样实现互锁。
6.观察II轴上的滑移齿轮操纵机构。本机构使用了那些操纵件，滑移齿轮的位置是怎样保证的（既滑移齿轮是怎样定位的）。
7.观察轴IV轴上的滑移齿轮及主轴上的离合器是怎样操纵的，使用了那些操纵件．掌握主轴的变速方法。
五、注意事项
1.机床开动时要远离机床运动部件，以免发生危险。机床主轴箱打开后，不要用手去摸齿轮、离合器等，不要将杂物掉进主轴箱里，以免损坏设备。
2.机床开动前要对机床按要求进行润滑，实验完毕后将机床各部件及操纵机构复原，并对机床导轨部分加油，打扫场地。

实 验 报 告

1. 卸荷皮带轮工作原理是什么?

2. 摩擦片离合器的工作原理是什么? 经过什么环节能够保持离合器的自锁?

3. 超越离合器、安全离合器的用途和工作原理是什么?

4. 绘制车床主运动传动系统图，计算出最高转速和最低转速。

实验四 加工误差统计分析

一、实验目的
运用统计分析法研究一批零件在加工过程中尺寸的变化规律，来分析加工误差的性质和产生原因，并提出消除或降低加工误差的途径和方法，经过本实验使同学能够掌握综合分析机械加工误差的基本方法。
二、实验装置及工具材料
1．M1040A型无心磨床；
2．50根直径尺寸D =φ20+0.10 +0.04mm的小轴；
3. 游标卡尺：测量范围：0～125mm，游标读数值：0.02mm。
三、实验内容
在无心磨床上连续磨削一批试件（50件），按加工顺序用游标卡尺测量其直径尺寸，并记录之，然后画尺寸点图和---R图。并从点图上取尺寸比较稳定（即尽量排除掉变值系统性误差的影响）的一段时间内连续加工的零件50件，由此计算出、σ，并做出尺寸分布图，分析加工过程中产生误差的性质，工序所能达到的加工精度；工艺过程的稳定性和工艺能力；提出消除或降低加工误差的措施。
四、实验步骤
1.按给定尺寸（Φd 0 -0.02 mm）调整机床，试磨五件工件，使得平均尺寸应保证在公差带中心稍偏下为宜，然后用贯穿法连续磨削一批零件。
2.按工件的磨削顺序，用游标卡尺测量其直径尺寸，并将每一根小轴的测量结果，填入表格中。为了获得正确的测量结果，应在小轴的不同截面和同一截面的不同方向进行测量，取得平均值。
3.清理机床，收拾所用量具、工具等。
4.整理实验数据，做实验报告。
五、实验报告要求及数据处理
1. 分布曲线图的绘制
（1）从小轴直径实测值（50个数据）中，找出最大值xmax和最小值xmin并在表中画上记号。
（2）计算组距h: 关于分组数的确定见表4-1。
表4-1 分组数的确定
抽查零件数n
分 组 数k
一般使用组数k
50～100
100～250
250 以上
6～10
7～12
10～20
10
10
10

实践证明，组数太少会掩盖组内数据的变动情况，组数太多会使各组的高度参差不齐，从而看不出变化规律。一般确定的组数要使每组平均至少摊到4～5个数据。根据表1可求得组距:
组距h ＝（ Xmax—Xmin）/ K
（3）计算第一组的上下界限值：
Xmin ± h / 2
（4）计算其余各组的上下界限值。第一组的上界限值就是第二组的下界限值。第二组的下界限值加上组距就是第二组的上界限值，其余类推。并将每组小轴尺寸范围，填入实验报告“小轴频数分布表”。
（5） 计算各组的中心值Xi：
Xi ＝ （某组上限值﹢某组下限值）/ 2
（6）统计各组的小轴频数m，计算各组频率m/n（n＝50）。
（7）以频数或频率为纵坐标，组距为横坐标，画出一系列直方形，即直方图。经过直方图能够更形象、更清楚地反映出小轴尺寸分散的规律性。如果将各矩形顶端的中心点连成曲线，就可绘出一条中间凸起两边逐渐低的频率分布曲线（如图4-1所示）。
x
分 散 范 围

频率（%）

图4-1 分布曲线图
作分布曲线图的目的，是经过观察图的形状，判断生产过程是否稳定，预测生产过程的加工质量。然后和零件尺寸公差比较，即可确定有无废品。根据分布曲线还能够看出影响加工精度的误差性质，从而分析原因，找出解决加工误差问题的途经。一般来说，系统误差规律性比较强，这类因素比较容易被识别，而且可经过调整等法将其减小或消除。但随机性误差产生的因素比较复杂，且又是难以查找，必要时可将各种可能产生的因素一一分析，最终查明原因，提出解决措施。
表一
2. -R图的绘制
对所磨削的一批试件尺寸依次按每五个一组进行分组，并以横坐标表示分组的顺序号，以每组工件误差的平均值为纵坐标，同时把每组的极差R=(x-x)做为另一点的纵坐标，则可得到-R图（如图4-2所示）。图中各控制线按下式确定：
图的中心线为：
图上控制界限：
图下控制界限：
其中系数A取0.58。
R图的中心线为：
R图的上控制界限：
其中系数D为2.11，K为工件分组数。

20
20
0 5 10 15 20 25
4
8
12
16
组次

8

1

组次
0 5 10 15 20 25
12
Ri
4
8
组次
Ru

R

图4-2 图
由图可判断该工艺过程的稳定性。
3. 工艺能力分析
所谓工艺能力是用工艺能力系数C来表示的，它是公差范围T和实际加工误差（分散范围6σ）之比，即
C=T/6σ
根据工艺能力系数C的大小，可将工艺分成5个等级：
C>1.67 为特级，说明工艺能力过高，不一定经济；
1.67≧C>1.33 为一级，说明工艺能力足够，能够允许一定的波动；
1.33≧C>1.00 为二级，说明工艺能力勉强，必须密切注意；
1.00≧C>0.67 为三级，说明工艺能力不足，可能会出少量不合格品；
0.67≧C 为四级，说明工艺能力不行，必须加以改进。
一般情况下，工艺能力不应低于二级。
实 验 报 告

1. 检测并记录零件尺寸
序号
零件尺寸
序号
零件尺寸
序号
零件尺寸
序号
零件尺寸
1

14

27

40

2

15

28

41

3

16

29

42

4

17

30

43

5

18

31

44

6

19

32

45

7

20

33

46

8

21

34

47

9

22

35

48

10

23

36

49

11

24

37

50

12

25

38

51

13

26

39

52

表4-2 零件尺寸检测记录表

2. 分布曲线图的绘制与分析
表4-3 零件尺寸频数分布表
组别
尺寸范围（mm）
中点尺寸（mm）
组内工件数
频率%（m/n）
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

3. 工艺能力分析
表4-4 曲线参数计算值及工艺能力评价表
小轴平均尺寸
（ mm ）

x / σ＝
（T/2－⊿）/ σ

均方根误差σ
（ mm ）

合 格 率
（ % ）

公差带中心值
（ mm ）

工艺能力系数

中心偏移值⊿
（ mm ）

工 艺 等 级

公 差 带 T
（ mm ）

工艺能力判断

4. -R图的绘制与分析