機(jī)械制造工藝學(xué)試驗(yàn)教學(xué)大綱-機(jī)械工程綜合訓(xùn)練中心-南京農(nóng)業(yè)大學(xué)

1、機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：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(chē)床靜剛度測(cè)量2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2二、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(xiě)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?6二、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(guān)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?10二、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(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2、 13六、思考題 13實(shí)驗(yàn)一 車(chē)床靜剛度測(cè)量、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解機(jī)床靜剛度對(duì)加工精度的影響；2、熟悉機(jī)床靜剛度的測(cè)定方法；3、鞏固所學(xué)機(jī)床剛度的概念，畫(huà)出機(jī)床靜剛度曲線(xiàn)。、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(wú)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(duì)位移（ mm）。但是從工藝觀(guān)點(diǎn)來(lái)研究問(wèn)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(duì)加工精度的影響占主要 地位，故又可以用下式表示工藝系

3、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(cè)量數(shù)據(jù)可得出：刀架剛度KsD=Fy/YD15前頂尖剛度后頂尖剛度再根據(jù)車(chē)床變形KsQ=Fy/2YQKsH=Fy/2YHYs 為前后頂尖變形位移的平均值和刀架變形位移之和，Ys=Fy/Ks=1/2(Fy/2KsQ+Fy/2KsH )+Fy/KsD化簡(jiǎn)后1/Ks=1/4（1/KsQ+1/KsH）+1/KsD 這樣車(chē)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(cè)定法測(cè)定車(chē)床靜剛度。 車(chē)床靜剛度測(cè)定 實(shí)驗(yàn)裝置，如圖 1-1 所示。圖1-1剛度測(cè)定加載裝置1、前頂尖；2、接長(zhǎng)套筒；3、測(cè)力環(huán)4、弓行加載器

4、；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(guò)加載器上的加力螺釘5進(jìn)行加力Fy。Fy經(jīng)鋼球傳至測(cè)力環(huán)3，由測(cè)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(cè)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， B角選為30。根據(jù)公式：Fx=F? SinaFy=F? Cosa? sin BFz=F? cosB ? cosB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

5、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(cè)力環(huán)；3、模擬刀桿（自制），安裝在車(chē)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(zhǎng)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。事先加有一個(gè)預(yù)緊力3、用弓形加載支架上的加力螺釘上的鋼球壓緊測(cè)力環(huán),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(chē)床部件

6、位移量床頭1刀架n尾座川加卸加卸加卸2、計(jì)算車(chē)床平均靜剛度KsQ=KsD=KsH=Ks=3、畫(huà)出車(chē)床各部件（床頭、尾座和刀架）的剛度曲線(xiàn)Py(kg) ”Y(mm)六、思考題1、實(shí)驗(yàn)中加載曲線(xiàn)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(guò)程中尺寸的變化規(guī)律，分析其誤差 的原因。2、通過(guò)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(duì)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(wèn)題， 我們不能用單因素估 算來(lái)衡量其因果，更不能從單個(gè)工件的檢查結(jié)果來(lái)得出結(jié)論。因?yàn)閱蝹€(gè)工件不 能暴露出誤差的

7、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(guò)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(chǎng)內(nèi)對(duì)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(wèn)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(xiàn)法在單軸六角自動(dòng)車(chē)床上連續(xù)加工一批試件（約 100 件），按加工順序在測(cè)量 其尺寸，并記錄之。把測(cè)量所得的尺寸大小分組，每組的尺寸間隔為0.0

8、02mm，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(guò)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(cè)量工件的尺寸， 以其序號(hào)為橫座標(biāo)，以測(cè)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(chē)床上連續(xù)加工 100 個(gè)試件，將它們放在無(wú)心磨床上進(jìn)行磨削。2、千分尺或千分表測(cè)量臺(tái)。3、20鋼料，45號(hào)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(chē)床上連續(xù)加工100個(gè)試件。2、將100個(gè)試件放到無(wú)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(cè)量臺(tái)進(jìn)行測(cè)量，并記錄在相應(yīng)

9、表格中:表2-1全部零件磨削后的尺寸記錄序號(hào)測(cè)量尺寸序號(hào)測(cè)量尺寸序號(hào)測(cè)量尺寸序號(hào)測(cè)量尺寸126517622752773285378429547953055806315681732578283358839345984103560851136618612376287133863881439648915406590164166911742679218436893194469942045709521467196224772972348739824497499255075100五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表2-2定位銷(xiāo)直徑測(cè)量結(jié)果“頻數(shù)表”組號(hào)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ufufu2123

10、45678910合計(jì)100說(shuō)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；Xmi n 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（Ta.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.求出工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相加得到工fu。C.求出工fu2： fu2等于各組的u分別乘以fu填入f

11、u2欄內(nèi)，然后將各組的 fu2相加求得工fu 2。d.計(jì)算平均尺寸值X和均方根差（TX = Xo + J x fuZ fCT =JxF fu2 fu f1送fLZ f式中：Xo -組位為o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(guān)察與分析八、思考題可以分為幾大類(lèi)?1、各種加工誤差，按它們?cè)谝慌慵谐霈F(xiàn)的規(guī)律來(lái)看,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(guò)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(duì)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(guò)程中產(chǎn)生自激

12、振動(dòng)的原因，有各種學(xué)派解釋?zhuān)渲凶钪饕氖亲鴺?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(chē)刀與工件的相對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡，是按順時(shí)針?lè)较虻臋E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(wú)關(guān)。如圖3-1所示。圖3-1刀尖振動(dòng)的軌跡圖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)A - C B, 切深較小；切出時(shí)B-D-A,切深較大。由于切深的變化，引起了切削力的變化， 當(dāng)

13、刀尖沿切削力同方向（B-D-A）移動(dòng)時(shí)，比刀尖沿切削力F相反方向（A-C B）移動(dòng)時(shí)的切削力來(lái)得大。這樣，在每一循環(huán)內(nèi)，切削力F對(duì)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(duì)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與丫軸（通過(guò)切削刃作加工平面的法線(xiàn)，刀具離開(kāi)工件的方向?yàn)檎?的夾角為9，切削力F方向與丫軸夾角為B （ B =tg Fx/Fy ），經(jīng)計(jì)算，可求出 振動(dòng)的邊界條件，即0

14、9 B為不穩(wěn)定區(qū)，也就是說(shuō)，當(dāng)振動(dòng)系統(tǒng)的小剛度軸， 位于F力與丫軸夾角范圍內(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力與丫軸夾角范圍以外，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）Xa b c d e撞擊塊MCC圖3-3消振原理2、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0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(guò)程中鏜桿 帶動(dòng)撞擊塊離開(kāi)平衡位置運(yùn)動(dòng)，由于鏜桿的反抗力，速度由Vma）e0,但M由于

15、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(kāi)。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)d-e）過(guò)程中，振幅自A1到A2。若此過(guò)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(cè)手段對(duì)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(guān)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(cè)原理方框圖如下：振動(dòng)頻 幅f圖3-4 電測(cè)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

16、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 臺(tái)；9、GZ2六線(xiàn)測(cè)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(hào)發(fā)生器（任意型號(hào)）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(hào)，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(guān)察 到鏜刀刀尖的橢圓形運(yùn)動(dòng)軌跡。切削條件如下：1）轉(zhuǎn)速：n = 125轉(zhuǎn)/分；2）刀具角度：前角=40 后角=15。工件材料：45號(hào)鋼，孔徑50。實(shí)驗(yàn)時(shí)削邊鏜桿可置于9 =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