機(jī)械制造工藝學(xué)試驗(yàn)教學(xué)大綱.doc

機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書班級： 姓名： 學(xué)號： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械制造教研室2006年10月目 錄實(shí)驗(yàn)一 車床靜剛度測量2 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 二、實(shí)驗(yàn)原理及方法2 三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料3四、實(shí)驗(yàn)步驟3五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告4六、 思考題 5實(shí)驗(yàn)二 加工誤差統(tǒng)計(jì)分析6 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 二、實(shí)驗(yàn)原理及方法6 三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料6四、實(shí)驗(yàn)步驟7五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)8六、 做出質(zhì)量分布圖 9七、質(zhì)量分布圖的觀察與分析9八、思考題9實(shí)驗(yàn)三 鏜桿自激振動(dòng)與消振實(shí)驗(yàn)10 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?0 二、實(shí)驗(yàn)原理及方法10 三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料12四、實(shí)驗(yàn)步驟 12五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告13 六、 思考題 13實(shí)驗(yàn)一 車床靜剛度測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解機(jī)床靜剛度對加工精度的影響；2、熟悉機(jī)床靜剛度的測定方法；3、鞏固所學(xué)機(jī)床剛度的概念，畫出機(jī)床靜剛度曲線。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法機(jī)床靜剛度Ks是機(jī)床在穩(wěn)態(tài)下工作（無振動(dòng)）的剛度，它衡量機(jī)床抵抗靜載變形的能力。靜剛度的概念，一般用下式表示： Ks=F/Y式中：Ks-靜剛度（Kg/mm） F-切削力（Kg） Y-在F作用下刀刃與加工面之間的相對位移（mm）。但是從工藝觀點(diǎn)來研究問題時(shí)，我們認(rèn)為在切削分力Fy方向上的變形要比其它切削分力作用方向上的變形大得多，所以Fy對加工精度的影響占主要地位，故又可以用下式表示工藝系統(tǒng)剛度Ks=Fy/Y工藝系統(tǒng)在受力情況下的總位移量Y是各個(gè)組成環(huán)節(jié)的位移量迭加，根據(jù)測量數(shù)據(jù)可得出： 刀架剛度 KsD=Fy/YD 前頂尖剛度 KsQ=Fy/2YQ 后頂尖剛度 KsH=Fy/2YH再根據(jù)車床變形Ys為前后頂尖變形位移的平均值和刀架變形位移之和，則 Ys=Fy/Ks=1/2（Fy/2KsQ+Fy/2KsH）+Fy/KsD化簡后 1/Ks=1/4（1/KsQ+1/KsH）+1/KsD這樣車床靜剛度Ks即可求出。 本實(shí)驗(yàn)采用三向剛度儀的靜態(tài)測定法測定車床靜剛度。車床靜剛度測定實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1-1所示。圖1-1 剛度測定加載裝置1234561、前頂尖；2、接長套筒；3、測力環(huán)4、弓行加載器；5、加力螺釘；6、模擬刀桿圖中弓形加載架剛度足夠大，其變形略去不計(jì)，通過加載器上的加力螺釘5進(jìn)行加力Fy。Fy經(jīng)鋼球傳至測力環(huán)3，由測力環(huán)的千分表指示出所加Fy力的數(shù)值。床頭、尾座、刀架部件均在Fy力作用下發(fā)生彈性位移，三個(gè)部位各安裝一個(gè)千分表，測其彈性位移YsQ、YsH、YsD。在根據(jù)公示計(jì)算出床頭、刀架、尾座各部件的剛度，然后計(jì)算出機(jī)床靜剛度Ks。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，加載螺釘孔間夾角a=15，角選為30。 根據(jù)公式：Fx=FSina Fy=FCosasin Fz=Fcoscos注意事項(xiàng)：1、實(shí)驗(yàn)前擦凈弓形加載器支架中心孔，調(diào)好機(jī)床可動(dòng)部件和緊固部件，弓形加載支架與主軸的聯(lián)接要牢固不得有松動(dòng)。2、實(shí)驗(yàn)所用千分表，在使用前要檢查靈敏度，安裝時(shí)要調(diào)好零點(diǎn)（預(yù)壓1圈）。3、每次加載或卸載后，不應(yīng)立即讀數(shù)，應(yīng)停一會(huì)再讀數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料1、弓形加載支架（自制）；2、八角型測力環(huán)；3、模擬刀桿（自制），安裝在車床小刀架上；4、千分表磁力表座。千分表讀數(shù)值（0.001mm）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、主軸和尾座各安裝頂尖，將弓行加載架用接長套筒裝在支架上的定位桿上，并將其固定，同時(shí)將尾座用固定螺釘緊固好。2、分別安裝三塊表，調(diào)整好零位。3、用弓形加載支架上的加力螺釘上的鋼球壓緊測力環(huán)，事先加有一個(gè)預(yù)緊力。五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、加、卸載記錄表加力儀千 分表讀數(shù)（格）車床部件位移量床頭I刀架尾座加卸加卸加卸2、 計(jì)算車床平均靜剛度KsQ= KsD=KsH= Ks= 3、畫出車床各部件（床頭、尾座和刀架）的剛度曲線py(kg)Y(mm)六、思考題 1、實(shí)驗(yàn)中加載曲線與卸載不重合，為什么？2、當(dāng)載荷去除后，變形恢復(fù)不到起點(diǎn)，什么因素影響的？實(shí)驗(yàn)二 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析法研究一批零件在加工過程中尺寸的變化規(guī)律，分析其誤差的原因。2、通過實(shí)驗(yàn)掌握綜合分析機(jī)械加工誤差的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法 對于生產(chǎn)實(shí)際中經(jīng)常以復(fù)雜的因素而出現(xiàn)的誤差問題，我們不能用單因素估算來衡量其因果，更不能從單個(gè)工件的檢查結(jié)果來得出結(jié)論。因?yàn)閱蝹€(gè)工件不能暴露出誤差的性質(zhì)和變化的規(guī)律,單個(gè)工件的誤差大小也不能代表整個(gè)工件的誤差大小。這是由于在一批工件的加工過程中，既有變值系統(tǒng)性誤差因素，也有隨機(jī)性誤差因素在作用。這時(shí)單個(gè)工件的誤差是在不斷地變化的。憑單個(gè)工件去推斷整批工件的誤差情況極不可靠，所以就需要用統(tǒng)計(jì)分析的方法。 統(tǒng)計(jì)分析法就是以生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)對許多工件進(jìn)行檢查的結(jié)果為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法去處理這些結(jié)果，從中找出規(guī)律性的東西，用以指導(dǎo)我們找出解決問題的途徑。 常用的統(tǒng)計(jì)分析法有如下的兩種：1、分布曲線法在單軸六角自動(dòng)車床上連續(xù)加工一批試件（約100件），按加工順序在測量其尺寸，并記錄之。把測量所得的尺寸大小分組，每組的尺寸間隔為0.002mm，填入相應(yīng)的表格。 然后，做出質(zhì)量分布圖，進(jìn)行加工誤差分析。2、點(diǎn)圖法點(diǎn)圖法的要點(diǎn)就是：按加工的先后順序作出尺寸的變化圖，以暴露整個(gè)加工過程中誤差變化的全貌。具體的方法是按工件的加工順序定期測量工件的尺寸，以其序號為橫座標(biāo)，以測得的尺寸為縱座標(biāo)，則可得到一個(gè)點(diǎn)圖。 三、 實(shí)驗(yàn)儀器及材料1、在自動(dòng)車床上連續(xù)加工100個(gè)試件，將它們放在無心磨床上進(jìn)行磨削。2、千分尺或千分表測量臺(tái)。3、20鋼料，45號冷拔鋼。4、用于冷卻的切削液。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、在六角自動(dòng)車床上連續(xù)加工100個(gè)試件。2、將100個(gè)試件放到無心磨床上進(jìn)行磨削。3、磨削后的試件用千分尺或千分表測量臺(tái)進(jìn)行測量，并記錄在相應(yīng)表格中：表2-1 全部零件磨削后的尺寸記錄序號測量尺寸序號測量尺寸序號測量尺寸序號測量尺寸126517622752773285378429547953055806315681732578283358839345984103560851136618612376287133863881439648915406590164166911742679218436893194469942045709521467196224772972348739824497499255075100五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2-2 定位銷直徑測量結(jié)果“頻數(shù)表”組號組界(尺寸范圍)頻數(shù)計(jì)算（組內(nèi)工件數(shù)目）頻數(shù)f組位ufufu212345678910合計(jì)100說明：（1）分組數(shù)J：當(dāng)工件N = 100件時(shí)，J = 610；（2）尺寸間隔寬度（組距）X = （XmaxXmin）/ J式中：Xmax 100中零件最大值；Xmin 100件中零件尺寸最小值；J 分組數(shù)。（3）求平均尺寸值X和均方根差a. 確定組位u： 以頻數(shù)最大的為基準(zhǔn)，該組組位u=0；以0組位為基準(zhǔn)，在頻數(shù)表中，向上依次的組位為-1；-2；-3；向下依次的為+1；+2；+3，排列組次。b.求出fu：fu等于各組頻數(shù)f欄分別乘以各組的組位u欄，然后將各組fu相加得到fu。c.求出fu2：fu2等于各組的u分別乘以fu填入fu2欄內(nèi)，然后將各組的fu2相加求得fu2。d.計(jì)算平均尺寸值X和均方根差X = X0 + J = J式中：X0 組位為0組的中間值 J 組距；f 頻數(shù)；u 組位六、做出質(zhì)量分布圖七、質(zhì)量分布圖的觀察與分析八、思考題1、各種加工誤差，按它們在一批零件中出現(xiàn)的規(guī)律來看，可以分為幾大類？2、隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差有什么不同？實(shí)驗(yàn)三 鏜桿自激振動(dòng)與消振實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自激振動(dòng)的坐標(biāo)聯(lián)系原理。2、了解切削用量及刀具幾何參數(shù)對自振強(qiáng)度的影響。3、比較撞擊塊與鏜桿孔間的不同間隙的消振效果。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法切削過程中產(chǎn)生自激振動(dòng)的原因，有各種學(xué)派解釋，其中最主要的是坐標(biāo)聯(lián)系原理及再生原理。1、坐標(biāo)聯(lián)系原理（振型關(guān)聯(lián)理論，主振摸態(tài)耦合原理）按照該理論，認(rèn)為車刀與工件的相對振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，是以質(zhì)量耦合的形式，在二個(gè)方向相互關(guān)聯(lián)的振動(dòng)的振動(dòng)組合（二個(gè)自由度的振動(dòng)）；振動(dòng)時(shí)，刀具與工件相對運(yùn)動(dòng)的軌跡，是按順時(shí)針方向的橢圓形；維持振動(dòng)的能量（所必需的切削力的變動(dòng)），僅取決于切削截面的大小變化，而與振動(dòng)速度無關(guān)。如圖3-1所示。PABCDN圖3-1 刀尖振動(dòng)的軌跡PKBYZ1Z2K2Zam圖3-2 二自由度振動(dòng)力學(xué)模型 刀尖由A點(diǎn)經(jīng)C點(diǎn)到B點(diǎn)，再由B點(diǎn)經(jīng)D點(diǎn)到A點(diǎn)。切入時(shí)ACB，切深較小；切出時(shí)BDA，切深較大。由于切深的變化，引起了切削力的變化，當(dāng)?shù)都庋厍邢髁ν较颍˙DA）移動(dòng)時(shí)，比刀尖沿切削力F相反方向（ACB）移動(dòng)時(shí)的切削力來得大。這樣，在每一循環(huán)內(nèi)，切削力F對刀具部件作正功大于負(fù)功，振動(dòng)便加強(qiáng)，直到每一循環(huán)獲得的能量，與消耗在阻尼的能量平衡為止。此時(shí)，振動(dòng)便以一切削力F方向定的振幅維持下去。圖3-2所示，為二自由度振動(dòng)的力學(xué)模型，設(shè)工件為絕對剛體，刀具部分同時(shí)在Z1與Z2兩個(gè)互相垂直的方向上振動(dòng)。在Z1方向上的系統(tǒng)的剛度為K1，（令K1K2）Z1與Y軸（通過切削刃作加工平面的法線，刀具離開工件的方向?yàn)檎┑膴A角為，切削力F方向與Y軸夾角為（=tg-1Fx/Fy），經(jīng)計(jì)算，可求出振動(dòng)的邊界條件，即0為不穩(wěn)定區(qū)，也就是說，當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的小剛度軸，位于F力與Y軸夾角范圍內(nèi)為不穩(wěn)定區(qū)，系統(tǒng)易產(chǎn)生振動(dòng)。應(yīng)用這個(gè)理論，只要使扁鏜桿的小剛性軸的方位，在F力與Y軸夾角范圍以外，就不易產(chǎn)生振動(dòng)了。這就是結(jié)構(gòu)消振的原理（即坐標(biāo)聯(lián)系原理）。cbade撞擊塊Mabcdet圖3-3 消振原理X2、 撞擊式消振塊消振原理如圖3-3所示，當(dāng)鏜桿受到瞬時(shí)激力激發(fā)振動(dòng)后，從平衡位置O產(chǎn)生位移A，鏜桿獲得了位能。當(dāng)瞬時(shí)激力消失了以后，鏜桿要回復(fù)到平衡位置，這時(shí)要放出能量，鏜桿具有了速度。從圖a到圖b位置，速度Vmax，在這個(gè)過程中鏜桿帶動(dòng)撞擊塊離開平衡位置運(yùn)動(dòng)，由于鏜桿的反抗力，速度由Vmax0，但M由于存在慣性，在圖C位置仍具有Vmax，這時(shí)質(zhì)量M與鏜桿離開。設(shè)在圖d位置時(shí)，質(zhì)量M和鏜桿發(fā)生碰撞，即吸收了鏜桿的功能，使鏜桿在3/4個(gè)周期（圖內(nèi)de）過程中，振幅自A1到A2。若此過程繼續(xù)下去，則使鏜桿振動(dòng)幅度逐漸減小。本實(shí)驗(yàn)的基本目的是，借助于電測手段對鏜桿的自激振動(dòng)的實(shí)質(zhì)及其基本消振方法的效果進(jìn)行直接觀察，深入了解和認(rèn)識(shí)，并可做出定性和定量的分析研究。電測原理方框圖如下：振 動(dòng)加速度加速度傳感器阻 抗變換器電 子示波器器光振子示波器測震儀振動(dòng)加速度a振動(dòng)速度 V振 幅 A頻 幅 f圖3-4 電測原理方框圖三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料1、特殊剛性刀架；2、刀具（根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，具有各種幾何角度參數(shù)）；3、可改變剛性主軸方位的削邊鏜桿；4、消振鏜桿；5、撞擊塊；6、加速度傳感器YD-3-C（也可用其它加速度傳感器）兩件；7、阻抗變換器ZK2兩件；8、積分放大器JF-1一臺(tái)；9、GZ2六線測振儀一臺(tái)；10、超低頻雙束示波器SBDB型一臺(tái)；11、光振子示波器SC16一臺(tái)；12、低頻信號發(fā)生器（任意型號）一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、驗(yàn)證坐標(biāo)聯(lián)系原理：在鏜桿的水平方向和垂直方向分別取出振動(dòng)信號，同時(shí)分別輸入超低頻雙束示波器的水平輸入端和垂直輸入端，則可在屏幕上觀察到鏜刀刀尖的橢圓形運(yùn)動(dòng)軌跡。切削條件如下： ）轉(zhuǎn)速：n = 125轉(zhuǎn)/分；）刀具角度：前角=40，后角=15。工件材料：45號鋼，孔徑50。實(shí)驗(yàn)時(shí)削邊鏜桿可置于=30位置。2、求穩(wěn)定區(qū)：實(shí)驗(yàn)時(shí)，用削扁鏜桿鏜孔（如圖3-5）。 可改變其剛度主軸坐標(biāo)位置，即