《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程

PAGEPAGE2《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》課程實驗指導(dǎo)書與實驗報告（機械工程及近機械類專業(yè)用）大連交通大學(xué)機械工程學(xué)院工程實驗教學(xué)中心2018年7月

實驗一車刀幾何角度的測量實驗?zāi)康暮鸵笳莆諟y量車刀幾何角度的方法及所用儀器。弄清楚車刀幾何角度的定義。并將所測量的車刀按1：1比例繪出視圖，標注所測得的各個角度度數(shù)。實驗儀器與工具車刀量角臺尖頭外圓車刀，彎頭外圓車刀，切斷車刀車刀量角臺的構(gòu)造和使用方法1。量角臺的構(gòu)造（見圖1——1）⑴底盤2——在頂面周邊上刻左、右0~100o度刻度。⑵工作臺3——上面裝有導(dǎo)塊5和定位塊4，它們可以在工作臺滑動槽內(nèi)左右移動；在工作臺左側(cè)前端薄板A上刻有與底盤定位用的刻線。⑶立柱10——用作支撐扇形刻度板9和14，并能使兩個扇形刻度板沿其鍵槽上下移動。⑷滑體16——用來裝扇形刻度板9和14。⑸扇形板9和14——兩個扇形板互相垂直，各板都刻有刻度，并分別裝有測量指針7和15。利用指針7的底面和側(cè)面分別可測量出車刀的前角、后角和刃傾角；利用指針15的轉(zhuǎn)動，扇形板9可傾斜一個刃傾角，與切削刃垂直，從而可測量法剖面系的前角、后角。2。量角臺使用方法調(diào)整工作臺3使左側(cè)前端薄板A上的刻線與底盤2的O刻線重合，這樣標準刀桿縱向與扇形板9相垂直，然后根據(jù)在不同剖面內(nèi)利用指針7底面和側(cè)面可測量出前角與后角；轉(zhuǎn)動工作臺3（相當(dāng)基面），使車刀主切削刃或副切削刃與指針7的側(cè)而吻合，可測量主偏角和副偏角；將車刀主切削刃與指針7的側(cè)面吻合（相當(dāng)切削平面），利用指針7的底面，可測量出刃傾角。圖1——1車刀量角臺1——支腳2——底盤3——工作臺4——定位塊5——導(dǎo)塊6——小軸7——大指針8——緊固軸9——刻度板10——立柱11——螺帽12——旋鈕13——彎板14——小刻度板15——小指針16——滑體實驗二無心磨床的調(diào)整與加工誤差的統(tǒng)計分析實驗?zāi)康模毫私鉄o心磨床的工作原理及調(diào)整方法；驗證隨機誤差的數(shù)學(xué)規(guī)律；學(xué)習(xí)利用分布曲線和點圖法來分析加工誤差，并熟悉工藝能力系數(shù)的計算方法。實驗條件JM1050型無心磨床1臺DGF-4型峰值電感測微儀1臺千分尺1只塊規(guī)一套扳手一套工件名稱：圓柱銷加工要求如圖2-1所示材料：45號鋼件數(shù)：100~130件圖2-1零件圖實驗內(nèi)容用試切法調(diào)整好無心磨床，加工一個零件（100~130），然后進行測量，并按要求進行有關(guān)計算并畫出圖表。實驗原理運用系統(tǒng)性和隨機性加工誤差出現(xiàn)的數(shù)學(xué)規(guī)律調(diào)整無心磨床并進行無心磨削工藝驗證。用試切法調(diào)整機床時的調(diào)整公差確定如下：在已經(jīng)調(diào)整好的自動獲得尺寸的機床上加工一批零件時，在正常情況下，由于隨機性誤差（亦稱偶然性誤差）的存在，所得的零件尺寸是服從正態(tài)分布的。如圖2-2所示中的曲線A[σ]。由概率論知，一批零件尺寸若服從正態(tài)分布，當(dāng)該零件分成n組（每組m個零件）時，則各組零件尺寸的平均值也服從正態(tài)分布，如圖2-2中的曲線B[σ’],曲線B[σ’]的分布中心與曲線A[σ]的分布中心相重，各組零件尺寸平均值的分散范圍（6σ’）小于各個零件尺寸的分散范圍（6σ），兩者的關(guān)系為：σ’=σ/圖2-2單個零件尺寸的分布曲線A[σ]和各組零件尺寸平均值的分布曲線B[σ’]式中：σ單個零件尺寸的分布曲線的均方差；σ’各組零件尺寸平均值的分布曲線的均方差；m每組的零件數(shù)。當(dāng)調(diào)整機床時，試切一個零件得尺寸x1，這個零件是以后繼續(xù)加工的一批零件中的一個，這批零件的尺寸也將服從正態(tài)分布，如果僅從試切出的這一批零件尺寸（x1）來預(yù)計整批單個零件尺寸的分布曲線時，它將由兩個極限位置，如圖2-3所示當(dāng)零件公差T=12σ時，試切尺寸x1必須正好與工件中心相重，才能保證繼續(xù)加工的零件尺寸不超差，也就是說沒有調(diào)整公差，這是很難做到的，當(dāng)工件公差T<12σ時，則廢品是不可避免的（見圖2-4所示）。如果不是試切一個零件而是試切一組零件（m個），得其尺寸平均值，它也將與以后繼續(xù)加工一批零件的各組尺寸平均值同服從正態(tài)分布，而單個零件尺寸與各組零件尺寸平均值的正態(tài)分布曲線如圖2-4的關(guān)系。所以只要試切m個零件尺寸的平均值位于MN內(nèi)（見圖2-5）則加工一批零件單個尺寸的分布曲線的中心必將位于P、Q范圍內(nèi)（不考慮熱變形的影響），也就是說，所試切的m個零件之尺寸平均值只要能在調(diào)整公差TH的范圍內(nèi)，則加工一批零件的尺寸均能保在尺寸公差T范圍之內(nèi)，當(dāng)不考慮砂輪磨損和熱變形時，則：圖2-3從一個零件尺寸預(yù)計分布曲線的極限位置圖2-4T<12σ時的情況調(diào)整公差TH=MN=（T/2-3σ-3σ/）*2=T-6σ-6σ/調(diào)整尺寸XH=±TH/2=±（T/2-3σ-3σ/）XHmin、=-（T/2-3σ-3σ/）XHmax=+（T/2-3σ-3σ/）式中：TH調(diào)整公差；XH調(diào)整尺寸；XHmin最小調(diào)整尺寸；XHmax最大調(diào)整尺寸；零件公稱尺寸（當(dāng)公差為對稱分布時）。故應(yīng)先測出機床的均方差σ，均定試切零件個數(shù)m，即可根據(jù)零件尺寸公差T計算調(diào)整尺寸，再根據(jù)調(diào)整尺寸進行機床調(diào)整。圖2-5調(diào)整尺寸原理圖五．實驗步驟1、（σ=X0=DT=±0.04）2、熟悉機床調(diào)整步驟和操作方法，了解實驗設(shè)備的裝置方法和功用，按要求調(diào)整機床和選擇用量。3、調(diào)整完后，需經(jīng)指導(dǎo)教師檢查批準，方可開動機床試磨m個零件，應(yīng)注意按零件序號順序磨削。4、用塊規(guī)調(diào)整電感測微儀的零點，在電感測微儀上按順序測量零件D（由于零件有幾何形狀誤差，故測量時應(yīng)在兩個垂直方向測量其尺寸大小，再取平均值）計算m個零件的直徑平均值X1，若X1不在調(diào)整尺寸XH范圍內(nèi)，需再調(diào)整機床，直到X1滿足XH的要求為止。當(dāng)重新調(diào)整機床時，應(yīng)另換m個零件，若X>XHmax時，可增大αp;若X<XHmin時，可減少αp。5、機床調(diào)整滿足要求后，按序號磨削全部零件。6、恢復(fù)機床到原狀，擦凈機床。7、在電感測微儀上按序號測量全部零件直徑，并記錄于報告書中。8、擦凈儀器，恢復(fù)原狀。9、整理及計算所得數(shù)據(jù)，完成報告書所要求的內(nèi)容。零件分組數(shù)、組距、及分組界限的確定①從數(shù)據(jù)中找到最大值Xmax和最小值Xmin（如有異常的特大或特小值，應(yīng)查明情況、原因、剔除掉）。計算最大值和最小值之差Rmax=Xmax-Xmin。②選定分組數(shù)K，再用它除以最大值和最小值之差Rmax/K=h’,分組數(shù)的決定可參照表1。表1數(shù)據(jù)個數(shù)分組個數(shù)50~1006~7100~2007~100選擇上述得h’相近而且是測量單位整數(shù)倍數(shù)的數(shù)值為組距h。③為避免數(shù)據(jù)落在分組界限上，分組界限要取數(shù)據(jù)尾數(shù)的1/2處（即分組界限的單位取為測量單位的1/2）例如數(shù)據(jù)的尾數(shù)為1μ，則分組界限取為0.5μ。分組界限應(yīng)該把最大值和最小值包括在內(nèi)；從小到大依次加上組距定出各組分組界限；每組內(nèi)各數(shù)之平均值即為組平均值。作頻數(shù)分布表將各個數(shù)組用頻數(shù)記號填入頻數(shù)分布表，并計算出各組頻數(shù)m1。計算全部零件尺寸的平均值和均方差σ當(dāng)把零件進行分組時，和σ的計算公式為：X=σ=（用一批零件的均方差近似代替總體均方差）式中：Xi第i組的平均值；mi第i組的平均值；n零件總數(shù)；K零件分組的組數(shù)。畫實際分布曲線，在坐標紙上，以零件尺寸間隔為橫坐標（間隔ΔX=2~4μ），以零件出現(xiàn)的頻數(shù)為縱坐標畫實際分布曲線圖。畫相應(yīng)的理論分布圖，在同一坐標紙上，以X0（工件的基本尺寸）和所求得的σ值畫理論上的分布曲線，為了讓實驗的及理論的曲線對比，理論正態(tài)分布曲線的y值應(yīng)乘以比例系數(shù)F，使之與繪制的實驗分布曲線取得相同的比例：比例系數(shù)F：F=n*ΔX縱坐標最大值：ymax=0.4/σ*F當(dāng)X=±σ時的縱坐標值：y=0.24/σ*F分布范圍P=±3σ計算兩者分布中心的偏離值ε=畫-R控制圖平均值控制圖表示生產(chǎn)過程質(zhì)量分布的中心在什么地方，級差R控制圖表示質(zhì)量的一致性，-R控制圖可以用來判斷加工過程是否穩(wěn)定，它是分析工藝及質(zhì)量管理的重要工具。把零件按加工順序每5個分為一組，求出每組零件尺寸的平均值及級差Ri，坐標紙上方畫控制圖，下方畫R控制圖。橫坐標為小組順序，縱坐標為、R值，R控制圖縱坐標的刻度值單位應(yīng)比控制圖縮小一倍。①控制圖的中心線：CL=上控制界限：UCL=+A2R下控制界限：LCL=-A2HR控制圖的中心線：CL=上控制界限：UCL=D4R式中：X== 全部零件尺寸的平均值級差平均值第i組零件尺寸的平均值Ri第i組零件尺寸的級差N零件分組數(shù)A2、D4系數(shù)，見表2表2每組零件個數(shù)mA2D440.732.2850.582.11注：關(guān)于點圖上的點子正常波動（工藝穩(wěn)定）與異常波動（工藝不穩(wěn)定）的標志。正常波動：沒有點子超出控制線；大部分點子在中心線上下波動，小部分在控制線附近；點子沒有明顯的規(guī)律性。異常波動：有點子超出控制線；點子密集在中心線上下附近；點子密集在控制線附近；連續(xù)7個點子中有10個以上；連續(xù)14個點子中有12個以上；連續(xù)14個點子中有12個以上；連續(xù)17個點子中有14個以上；出現(xiàn)在中心線上方或下方連續(xù)20個點子中有16個以上；9、點子有上升或下降傾向；10、點子又周期性波動。（8）計算工藝能力系數(shù)CP、確定工藝等級工序的工藝能力P，就是表示這道工序能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)合格品的能力，一般用實際尺寸分散范圍（6σ）來表示，即P=6σ。當(dāng)實際尺寸分散中心和公差帶中心重合時：、CP=δ/P=δ/（6σ）式中：δ零件公差值；σ均方差；P工序的工藝能力；CP工序的工藝能力系數(shù)。根據(jù)工藝能力系數(shù)CP的大小，可將工藝分為5個等級，如表3所示。當(dāng)實際尺寸分散中心和公差帶中心不重合時，如圖2-6所示。首先應(yīng)設(shè)法使其重合，如果調(diào)整有困難或不必要的話，那么應(yīng)對工藝能力系數(shù)CP進行修正。表3CP值工藝等級名稱說明CP>1.67特級工藝工藝能力過高，可以允許有異常波動或作相應(yīng)的考慮1.67>=CP>1.33一級工藝工藝能力足，可以有一定的異常波動1.33>=CP>1.00二級工藝工藝能力勉強，必須密切注意1.00>=CP>0.67三級工藝工藝能力不足，可以出少量不合格0.67>=CP四級工藝工藝能力很差，必須加以改造即CP’=KCP而K=1-△/（T/2）式中：CP’修正后的工藝能力系數(shù)值；CP工藝能力系數(shù)值；K修正系數(shù)；△公差帶中心和實際分散中心之間的偏移量；△=實際分散中心；D公差帶中心，當(dāng)公差對稱分布時，此值就是零件基本尺寸；T零件公差帶。圖2-6實際尺寸分散中心和公差帶中心不重合實驗三車削力的測定實驗?zāi)康呐c要求：掌握車削用量ap、f，V對切削力及變形的影響。學(xué)會測量切削力及使用的設(shè)備和儀器。掌握實驗數(shù)據(jù)處理方法及經(jīng)驗公式推導(dǎo)。求出FZ=CFZ*apXFZfyFZ，公式中的系數(shù)和指數(shù)。實驗儀器與設(shè)備CA6140車床或其他車床電阻式三向車削測力儀動態(tài)應(yīng)變儀SC-16型光線記錄示波器或函數(shù)記錄儀DCI型電子秤或測力環(huán)硬質(zhì)合金外圓車刀45號鋼試件物理天平電阻式測力儀原理：電阻式三向車削測力儀，以八角扁環(huán)（上下環(huán)）作為彈性元件，在其適當(dāng)位置上粘貼電阻應(yīng)變片作為敏感元件。彈性元件受力變形后，引起電阻應(yīng)變片的電阻值變化，電阻變化率△R/R與應(yīng)變△L/L有如下的線性關(guān)系：△R/R=K0*△L/L=K0*ε式中Ko為電阻應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)。一般Ko=2.0~2.4，通常應(yīng)變片電阻的變化是很小的。使用電阻應(yīng)變儀，將電阻的很小變化轉(zhuǎn)變成電流（電壓），并加以放大，可以用記錄儀進行記錄。記錄下的電流（電壓）值，通過預(yù)先測好的標定曲線，可以換算成作用在刀尖上的力（Fx、Fy、Fz）。標定曲線是這樣做成的：（見圖3-1）。將裝有標定桿的車削測力儀④放在標定架下，在標定桿上加上測力環(huán)③。轉(zhuǎn)動螺桿①向測力儀加力，記錄下示波器中光點走的距離、或記錄儀上記錄儀縱向走的距離（可以查記錄紙帶上縱向分格線的格數(shù)），畫出標定曲線（圖3-2），在實際切削時，測得的格數(shù)多少，查對標定曲線便可得知Fz力的大小。同理轉(zhuǎn)動螺桿⑤和⑥，可以在另兩個方向向測力儀和測力環(huán)上加力，測出Fx和Fy力的大小。圖3-1車削力標定裝置圖3-2標定曲線示意圖實驗方法：首先將試件夾固在車床夾盤上，并用尾座上的頂尖頂牢。卸下原四方刀架，裝上測力儀。將測量Fx、Fy、Fz的各組應(yīng)變片，分別按全橋測量法接到電橋盒上（見圖3-3）。儀器的連接：將測量Fx、Fy、Fz三向力電阻應(yīng)變片均按全橋接線，分別接到三個電橋盒上，再接到應(yīng)變儀和記錄儀上（見圖3-3，詳見儀器說明書）圖3-3儀器連接示意圖應(yīng)變儀平衡調(diào)節(jié)：（1）、打開DY-15型穩(wěn)壓電源開關(guān)，指示燈亮，觀察面板上電壓表，指針應(yīng)定在24伏上。（2）、從YD-15型應(yīng)變儀的第一槽路開始，逐個觀察輸出表是否指零。如果不指零，可調(diào)節(jié)“低阻基零”電位器，同時用萬用表量電壓輸出接線叉上輸出電壓。如果不指零可調(diào)節(jié)“電壓基零”電位器為之滿足。（一般正常情況下，該項已調(diào)好）。（3）、將衰減開關(guān)依次轉(zhuǎn)動到“100”、“30”、“10”、“3”、“1”檔逐次調(diào)零，同時轉(zhuǎn)換“預(yù)靜”開關(guān)預(yù)和靜位置，分別調(diào)節(jié)“R”和“C”，調(diào)節(jié)到輸出指示表在靜和預(yù)都指零，此時電橋已經(jīng)平衡。調(diào)整示波器（函數(shù)記錄儀見說明書）將示波器連接在工作電壓上，打開開關(guān)，電機轉(zhuǎn)動，指示燈亮，預(yù)熱5分鐘。按起輝按鈕，點亮高壓水銀燈。打開光點光柵及分格光柵，注意觀察屏上是否聚成小光點。燈泡點燃正常后，突然熄滅，燈泡不能馬上起輝，待冷卻后才能再次起輝。采用分流電阻，附加電阻或放大器使振子有適當(dāng)振幅或偏轉(zhuǎn)。選擇記錄速度與時標。將應(yīng)變儀“輸出”開關(guān)扳到“測量”位置，根據(jù)選用振子的測量位置，打開示波器，光點不應(yīng)有移動，否則證明電橋不平衡，應(yīng)重新調(diào)整使之平衡。根據(jù)測量信號的大小選擇應(yīng)變儀上的“標定”應(yīng)變尺度，開動示波器打出“標定”記錄。根據(jù)測量信號的頻率選擇記錄線速度，按下電機電鈕并鎖牢。按拍攝按鈕即可拍攝，拍攝下的線常在燈光下曝光約5-50秒，即可看到記錄曲線。實驗步驟切削深度ap對切削力的影響在刀具幾何角度和切削用量（v、f）一定的條件下，只改變切深ap（如1、1.5、2、2.5mm），將所測得的切削力值填入實驗報告的表1中。2、進給量f對切削力的影響在刀具幾何角度和切削用量（v、f）一定的條件下，只改變進給量f（如0.1、0.2、0.3、0.4），將所測得的切削力值填入實驗報告的表2中。3、切削速度v對主切削力Fz的影響 在刀具幾何角度和切削用量（f、ap）一定的條件下，只改變車床主軸轉(zhuǎn)速（如n=12.5、15、20、25、32、40、50、63、80、100、125、150、200、250、320），測出一系列相應(yīng)的Fz值，填入實驗報告的表3中，并在直角坐標紙上，按力和速度之關(guān)系畫出Fz-v的曲線圖。 另外，還要測幾種切速下的切屑收縮系數(shù)，一并填入表3中。測收縮系數(shù)的方法有兩種：①重量法，②長度法①重量法：取出適當(dāng)長度的一段切屑，用細銅絲量出其長度L屑，再將此切屑放在天平上，亮出重量G，則可以按下式計算之ε=1000G/（L屑*γ*f*αp）式中：f進給量（mm/f）L屑切削長度（mm）αp切削深度（mm）γ比重（g/cm2）G切削重量（g）②長度法：在試件（棒料）上沿軸向科一條溝，把切下來的切屑按溝紋取一切屑，用細銅絲量出長度，則可以按下式計算之ε=Лd/L屑式中：d工件直徑（mm）L屑切削長度（mm）實驗數(shù)據(jù)處理，建立切削力的經(jīng)驗公式可用雙對數(shù)坐標法（作圖法），也可用最小二乘法（計算法）1、用雙對數(shù)坐標建立切削力的經(jīng)驗公式FZ=Cap*ap*XFZ……………….①FZ=Cf*fy*FZ………………….②兩邊取對數(shù)lgFZ=lgCap+XFZlgap……………….③lgFZ=lgCf+YFZ*lgf………………….④這是直線方程（y=b+aX）。lgCap和lgCf為直線的截距b。XFZ和YFZ為直線的斜率a。當(dāng)ap=1或f=1時，可得lgFZ=lgCap和lgFZ=lgCf，即得Cap和Cf。XFZ和YFZ可有直線斜率（tga）求得。如測XFZ：XFZ=tga=AB/BC，同理可求得YFZ將①，②公式合并，即得經(jīng)驗公式：FZ=Cfz*apXFZ*fYFZ而Cfz1=Cf/ap0XFZCfz2=Cap/f0YFZ式中：f0和ap0是實驗中已知數(shù)據(jù)。Cfz=（Cfz1+Cfz2）/2實驗報告一班級組別姓名日期一、題目：車刀幾何角度的測量二、實驗?zāi)康模喝?、實驗條件測量記錄幾何角度車刀名稱主剖面系測量角度派生角度γoαoλsκγκγ′βoεγ尖頭外圓車刀彎頭外圓車刀切斷車刀幾何角度車刀名稱法剖面系背剖面系進給剖面系測量角度派生角度測量角度派生角度測量角度派生角度γnαnβnγpαpβpγfαfβf尖頭外圓車刀彎頭外圓車刀切斷車刀五、按1：1繪出所測量的外圓車刀視圖，將所測量的數(shù)值標注上。實驗報告二班級組別姓名一、題目：無心磨床的調(diào)整與加工誤差的統(tǒng)計分析二、實驗?zāi)康模喝?、實驗條件：四、實驗數(shù)據(jù)整理及計算：填寫-R控制圖記錄表所要