1、1机 械 制 造 工 程 原 理实 验 指 导 书杜金萍 编河北工程大学机电学院二七年三月2目 录绪 论 -2实验一 刀具几何角度测量实验 -4实验二 金属切削机床拆装实验 -7实验三 机械加工精度统计分析实验 -93绪 论1.本课程的实验目的本课程安排有三个实验：“刀具几何角度测量实验” 、 “机床结构解剖实验”和“误差综合分析实验” 。通过实验巩固和加强对所学理论的认识和理解，使学生初步具备运用理论知识分析和解决实际问题的能力，培养学生自己动手分析问题的能力和基本实验技能，为专业能力的培养和从事生产技术工作打好基础。2.面向专业及要求专业：机械设计制造及其自动化、材料成型与控制工程专业要求
2、：实验前，学生应进行实验预习，预习本课程教材中有关实验部分的基本内容，理解有关定义及理论。仔细阅读实验指导书，根据实验指导书，通过自己的分析与综合，写出实验预习报告。实验时，应按实验步骤进行操作。实验完毕后，将有关仪器及设备完好复位，将实验教具收拾整齐。实验报告应在实验操作完成后一周内完成。3.考核办法实验成绩的考核，以实验预习报告、实验报告和实验过程为考核依据，成绩分优、良、中、及格和不及格五等，占课程成绩的 10%。4实验一 刀具几何角度测量实验一、实验目的1、通过实验加深对车刀的各个静止参考系的各个平面及其有关的角度定义的理解，能对车刀各主要角度的进行测量；2、了解车刀测角仪的结构与工作
3、原理，熟悉其使用方法；3、掌握车刀标注角度的测量方法、具有对车刀各静止参考系间几何角度的换算能力。二、实验设备1、车刀测角仪；2、测量用车刀：45弯头车刀、75外圆车刀、45外圆车刀，车刀教具的刀杆截面为矩形。三、测角仪的构造及原理图 1-1 测角仪的构造 图 1-2 测量片如图 1-1 所示，车刀测角仪主要由底盘 1、平台 3、立柱 7、测量片 5、扇形盘 6、10 等组成。底盘 1 为圆盘形，在零度线左右方向各有 100 角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针 2 读出角度值；工作台 3 可绕底盘中心在零刻线左右 1000 范围内转动；定位块 4 可在平台上平行滑动，作为车刀的基
4、准；测量片 5，如图 1-2 所示，有大平面（主平面） 、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘 6 上有正副 45 的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片 5 的指针指出角度值；立柱 7 上制有螺纹，旋转升降螺母 8 就可以调整测量片相对车刀的位置。四、实验方法与步骤1、根据车刀辅助平面及几何角度的定义，首先确定辅助平面的位置，再按几何角度的定义测出几何角度。通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合）使指针指出所测的各几何角度。2、首先进行测量前的调整，调整测角仪使工作台指针、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘
5、指针全部指零。把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，使车刀能和定位块一起在工作台平面上平行移动，并且可使车刀在定位块的侧面上滑动，这样就形成了一个平面坐标，可以使车刀置于一个比较理想的位置。53、在基面内测量车刀的主、副偏角（ r、 r）由于规定走刀方向与刀具轴线垂直，在工作台上即垂直于零度线，故可以把测量片上与大平面平行的方向作为走刀方向，其与主、副切削刃在基面的投影有一夹角，即为主、副偏角。车刀在工作台上紧靠定位块，从零位开始顺（逆）时针旋转工作台，把工作台面看做是基面，使车刀主切削刃与测量片大平面贴合，即主（副）切削刃在基面的投影与走刀方向重合，则工作台在底盘上所旋转的角度，即底盘指针在底盘刻
6、度盘上所指的刻度值即为主（副）偏角 r（r ）的角度值。4、测量车刀刃倾角（ s）主切削平面是过主切削刃且与基面垂直的平面，在测量车刀主偏角时，由于主切削刃与测量片大平面重合，所以，此时的大平面可以看作为主切削平面，当测量片指针指零时其底平面可作为基面，这样就形成了在主切削平面内基面与主切削刃的夹角，即刃倾角。 旋转测量片，使测量片底平面（基面）与主切削刃重合，则测量片指针所指刻度值即为刃倾角的大小，指针在 0左边为正。5、在主剖面内测量车刀前角 o 和后角 o根据定义，前角是指在主剖面内前刀面与基面的夹角；主后角是指在主剖面内主后刀面与主切削平面的夹角。主剖面是过主切削刃一点，同时垂直于基面
7、和切削平面的平面。测量时，先将车刀调整至零位，然后，将工作台逆时针转动 900-r，这时，测量片大平面可看作为主剖面，底平面作为基面，侧平面作为主切削平面，这样就形成了在主剖面内，基面与前刀面的夹角，即前角（o） ；主切削平面与后刀面的夹角，即后角（o） 。适当调整测量片高度，并扳动测量片使其底平面与前刀面重合，则测量片指针所指刻度值即为前角大小，指针在 0右边为正；调整测量片高度，适当移动定位块及刀具，扳动测量片使其侧平面与主后刀面重合，则测量片指针所指刻度值即为后角大小，指针在 0左边为正。五、实验报告6实验一 车刀几何角度的测量实验报告姓 名 班 级 实 验 日 期 年 月 日一 、 记
8、 录 所 测 车 刀 的 名 称 ， 记 录 测 得 角 度 的 数 值 填 入 表 1。 表 1车刀名称主偏角 r副偏角 r前 角 o后 角 o刃倾角s备注45弯头车刀75外圆车刀45外圆车刀二 、 按 表 中 测 出 的 角 度 ， 绘 制 刀 具 工 作 图 ， 并 标 注 其 主 剖 面 参 考 系 的 角 度 。7实验二 金属切削机床拆装实验一、实验目的了解机床的总体布局，主要技术性能；进一步熟悉机床传动系统，理解机床的传动路线；理解机床主要零部件的构造和工作原理。二、实验设备CA6140 普通卧式车床三、实验内容机床的操纵方法和机床运动的调整。主轴箱的结构、主轴变速操作机构的工作原
9、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。3、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。4、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。5、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（即滑移齿轮是怎样定位的）？6、观察轴
10、 IV 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。7、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。六、实验报告8实验二 金属切削机床拆装实验报告姓 名 班 级 实 验 日 期 年 月 日同 组 人 员 名 单 成 绩 指 导 教 师 一 、 绘 制 CA6140 普 通 卧 式 车 床 主 传 动 系 统 图 ， 确 定 主 轴 转 速 级 数 。二 、
11、绘 图 说 明 离 合 器 工 作 原 理 。三 、 轴 上 的 滑 移 齿 轮 滑 移 齿 轮 的 位 置 是 怎 样 保 证 的 （ 即 滑 移 齿 轮 是 怎 样 定 位 的 ） ？9实验三 机械加工精度统计分析实验一、实验目的巩固和加深加工误差统计分析法的基本理论，掌握分布曲线图和点图的作法，学会计算分布曲线参数和工艺能力评价，学会分布曲线图、点图的分析并能提出解决问题的措施。二、实验要求学生应进行实验预习，仔细阅读本课程教材中加工误差统计分析法一节，理解系统误差和随机误差的定义，理解误差统计分析法的原理和方法。阅读实验指导书，根据实验指导书中的内容，分析测量方法，写出实验预习报告。实
12、验操作时，应按实验步骤进行操作，采用外圆柱体测量装置或量具，测出一批零件的尺寸，记录它们的数据；实验操作完毕后，将仪器和试件按其原样复位，并擦干净，同时应将实验教具收拾整齐。实验报告应在本实验操作结束后一周内完成。三、主要仪器设备 1设备： 无心磨床、计算机2测量仪器： 千分尺3试件： 轴承滚柱 m05.1016.四、测量方法与步骤1、调整好无心磨床，选择硬度适当的砂轮，加工一批尺寸精度要求为 或 试件m05.1016.（本实验 100 件） 。2、用千分尺按工件序号测量试件尺寸，并记录数据。3、根据测量结果，绘制 点图和实验分布图。Rx4、对实验结果进行分析。五、基本原理在实际机械加工过程中
13、，影响加工精度的因素往往是错综复杂的，不可能用单因素的方法一一分析计算，通常要用统计分析法来分析和解决加工精度问题。所谓加工精度统计分析法，就是在加工一大批零件中抽检一定数量的零件，并运用数理统计的方法对检查测量结果，进行数据处理与分析。从中找出规律性的东西及产生加工误差的原因、误差的性质，从而找到解决加工精度问题的途经。1绘制实验分布图(直方图)。根据实验分布图确定加工能力，分析是否存在系统误差，计算不合格品率。（1）从小轴直径实测值（100 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 3.1。实践证明，组数太少会掩盖组内
14、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。通常确定的组数要使每组平均至少摊到 45 个数据。根据 xmax、x min 可求得组距：10组距 h （ xmaxxmin）/ k表 3.1 分组数的确定抽查零件数 n 分 组 数 k 一般使用组数 k50100100250250 以上6107121020101010（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” ，如表3.2 所示。（5）计算各
15、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（n100） 。（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。通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 3 所示。图 3 实验分布图(直方图)(8)计算工序能力系数及确定工艺等级为了分析该工序的加工精度情况，可在直方图上标出该工序的加工公差带位置，并计算出该样本的统计数字特征：平均值 x 和标准差 s。11niini xsx121，样本的平均值 x 表示该样本的尺寸分
16、散中心。它主要决定于调整尺寸的大小和常值系统误差；样本的标准差 s 反映了该批工件的尺寸分散程度。它是由变值系统误差和随机误差决定的，误差大 S 也大，误差小 S 也小。计算工序能力 6TCP（9）计算不合格品率2、绘 点图Rx用均值极差图分析在加工过程中工件尺寸的变化趋势，变值系统误差的变化随机误差的动态变化，以及工件平均值的变化趋势和随机误差的分散程度，确定工序的稳定性。(1) 计算出各样组的平均值 和极差R ，x(2) 计算 的平均值 ，R的平均值 ，x(3) 计算 点图和R点图的上、下控制线位置。RAxxksii21 RDkxSii21(4) 绘出 图，如图3.2所示。Rx(5)分析总
17、结由 图中第21组的点子超出下控制线，说明工艺过程发生了异常变化，可能有不合格品出现，从工序能x力系数看也小于1，这些都说明本工序的加工质量不能满足零件的精度要求，因此要查明原因，采取措施，消除异常变化。R点图可以提供该工序中误差的性质和变化情况等工艺资料，因此可用来估计工件加工误差的变化趋势，并据此判断工艺过程是否处于控制状态，机床是否需要重新调整。12在相同的生产条件下对同种工件进行加工时，加工误差的出现总遵循一定的规律。因此，成批大量生产中可以运用数理统计原理，在加工过程中定时地从连续加工的工件中抽查若干个工件(一个样组) ，并观察加工过程的进行情况，以便及时检查、调整机床，达到预防废品
18、产生的目的。六、实验报告13实验三 机械加工精度统计分析实验报告姓 名 班 级 实 验 日 期 年 月 日同 组 人 员 名 单 成 绩 指 导 教 师 一、将测量后得到的零件尺寸填入表 3-2 中。表 3-2测量读数值 测量读数值零件标号 测一 测二 平均值零件标号 测一 测二 平均值1 312 323 334 345 356 367 378 389 3910 4011 4112 4213 4314 4415 4516 4617 4718 4819 4920 5021 5122 5223 5324 5425 5526 5627 5728 5829 5930 6014测量读数值 测量读数值零件
19、标号 测一 测二 平均值零件标号 测一 测二 平均值61 8162 8263 8364 8465 8566 8667 8768 8869 8970 9071 9172 9273 9374 9475 9576 9677 9778 9879 9980 100二、绘制分布曲线图1、计算实验数据152、列频数分布表表 3 频数分布表组 别 尺寸范围（mm） 中心值Xi（mm）频数（m）频 率（%）3、绘制分布曲线图4、计算不合格品率16三、绘制 -R 图x1、将测量数据列入表 4 -R 图计算。序号 X1 X2 X3 X4 xR12345678910111213141516171819202122232425总计平均2、计算 点图和 R 点图的上、下控制线位置x3、绘 点图Rx1718四、回答问题1、从 点图上看，本工序的工艺过程稳定吗？如果不稳定试分析其原因？Rx2、根据工艺能力系数，确定本工序的精度等级。说明它是否能满足加工精度要求？如果不能满足要求，应该如何将废品率降至最小？
