1、机械制造技术基础实 验 指 导 书魏伟锋 编 写适用专业： 机械设计制造及其自动化陕 西 理 工 学 院 机 械 工 程 学 院2014 年 4 月- 1 - - 2 - 实验 1：刀具几何角度测量实验学时：2 学时实验类型：验证实验要求：选作一、实验目的1. 熟悉车刀切削部分的构成要素，掌握车刀静态角度的参考平面、参考系及车刀静态角度的定义：2. 了解车刀量角台的结构，学会使用量角台测量车刀静态角度；3. 绘制车刀静态角度图，并标注出测量得到的各角度数值。4. 巩固和加深对刀具几何角度定义的理解。二、实验内容测量车刀的正交参考系、法平面及假定工作平面内的几何角度，并分别画图标注。三、实验原理
2、、方法和手段车刀的静态角度可以用车刀量角台进行测量，其测量的基本原理是：按照车刀静态角度的定义，在刀刃选定点上，用量角台的指针平面(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。车刀量角台的结构如图 2-1 所示。圆形底盘 2 的周边，刻有从 0起向顺、逆时针两个方向各 100的刻度。其上的工作台 5 可以绕小轴7 转动，转动的角度，由固连于工作台 5 上的工作台，指针 6 指示出来。工作台 5 上的定位块 4 和导条 3 因图 2-1 车刀量角台1支脚 2底盘 3导条 4定位块 5工作台 6工作台指针 7小轴 8螺钉轴 9大指针 10销轴
3、11螺钉 12大刻度盘 13滑体 14小指针 15小刻度值 16小螺钉 17旋钮 18弯板 19大螺帽 20立柱- 3 - 定在一起，能在工作台 5 的滑槽内平行滑动。立柱 20 固定安装在底盘 2 上，它是一根矩形螺纹丝杠，旋转丝杆上的大螺帽 19，可以使滑体 13 沿立柱(丝杠)20 的键槽上、下滑动。滑体 13 上用小螺钉 16 固定装上一个小刻度盘 15，在小刻度盘 15 的外面，用旋钮 17 将弯板 18 的一端锁紧在滑体 13 上。当松开旋钮 17 时，弯板 18 以旋钮 17 为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯板 18 上的小指针 14 在小刻度盘 15
4、上指示出来。在弯板 18 的另一端，用两个螺钉 11 固定装上一个扇形大刻度盘 12，其上 4 用特制的螺钉轴 8 装上一个大指针 9。大指针 9 可以绕螺钉轴 8 向顺、逆时针两个方向转动，并在大刻度盘 12 上指示出转动的角度。两个销轴 10 可以限制大指针 9 的极限位置。当工作台指针 6、大指针 9 和小指针 14 都处在 0时，大指针 9 的前面 a 和侧面 b 垂直于工作台 5 的平面，而大指针 9 的底面 c 平行于工作台 5 的平面。测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台 5， 同时调整放在工作台 5 上的车刀位置，再旋转大螺帽 19，使滑体 13 带动大指针 9
5、上升或下降而处于适当的位置，然向用大指针 9 的前面 a (或侧面 b、或底面 c)，与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘 12 上读出大指针 9 指示的被测角度数值。三、实验方法(1) 校准车刀量角台的原始位置用车刀量角台测量车刀静态角度之前，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位，然后把车刀按图 2-1 所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀静态角度的原始位置。(2) 主偏角 Kr 的测量.从图 2-1 所示的原始位置起，按顺时针方向转动工作台(工作台平面相当于 Pr)，让主刀刃和大指针前面 a 紧密贴合，如图 2-2 所示，则工作台指针
6、在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角 Kr 的数值。(3) 刃倾角s 的测量测完主偏角 Kr 之后，使大指针底面 c 和主刀刃紧密贴合(大指针前面 a 相当于 Ps)，如图 2-3 所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角s 的数值。指针在 0左边为+s，指针在 0右边为s 。(4) 副偏角 Kr的测量参照测是主偏角 Kr 的方法，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面 a紧密贴合，如图 2-4 所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角 Kr的- 4 - 数值。图 2-2 用车刀量角台测量车刀主偏角 图 2-3 用车刀量角台测量车刀刃倾角图 2-4 用车刀量角
7、台测量车刀副偏角 图 2-5 刀具几何角度投影图(5) 前角 0 的测量前角 0 的测量，必须在测量完主偏角 kr 的数值之后才能进行。从图 2-1 所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底盘上r=90Kr 的刻度数值处 (或者从图 2-2 所示测完主偏角 kr 的位置起，按逆时针方向使工作台转动 90)，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面 a(相当于 P0)，然后让大指针底面 c 落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴合)，如图 2-6 所示，则大指- 5 - 针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角 0 的数值。指针在 0右边时为+0，指针在 0左
8、边时为 0。(6) 后角 0 的测量在测完前角 0 之后，向右平行移动车刀 (这时定位块可能要移到车刀的左边，但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧)，使大指针侧面 b 和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图 2-7 所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后面0 的数值。指针在 0的数值。指针在 0左边为+ 0，指针在 0右边为 0。图 2-6 用车刀量角台测量车刀前角 图 2-7 用车刀量角台测量车刀后角(7) 副后角 0的测量（8）法平面前角 n 和后角 n 的测量测量车刀法平面的前角 n 和后角 n，必须在测量完主偏角 kr 和刃倾角 s 之后才能进行。将滑体(连同小刻
9、度盘和小指针)和弯板(连同大刻度盘和大指针)上升到适当位置，使弯板转动一个刃倾角s 的数值，这个s 数值由固连于弯板上的小指针在小刻度盘上指示出来( 逆时针方向转动为+ s，顺时针方向转动为 s)，如图 2-7 所示，然后再按前所述测量正交平面前角 0 和后角 0 的方法(参照图 2-6 和图 2-7)，便可测量出车刀法平面前角0和后角 0 的数值。 - 6 - 图 2-7 用车刀量角台测量车刀法平面前角和后角四、实验组织运行要求以学生自主训练为主的开放模式组织教学。五、实验条件1、车刀量角台。2、直头外圆车刀、弯头外圆车刀、偏刀、切断刀。六、实验步骤1.熟悉车刀量角台的使用；2.车刀量角台初
10、始位置的调整；3.按照定义分别测量车刀的几何角度，按照实测角度画出刀具几何角度投影图。刀具几何角度记录表序号 刀具名称 主偏角 Kr 刃倾角s 副偏角 Kr 前角 0后角 0 副后角 0123- 7 - 七、思考题1. 用车刀量角台测量车刀正交平面前角 0 和后角 0 时，为什么要让工作台从原始位置起，逆时针方向旋转 r=90Kr的角度？2. 在什么情况下需要测量车刀法平面前角 n和后角 n?为什么用车刀量角台测量车刀法平面前角 n和后角 n 时，小指针(即弯板)要旋转一个刃倾角 s 的数值？3. 参照测量车刀主剖面前角 0 和后角 0 的方法，怎样利用车刀量角台测量出车刀副刀刃上的副前角 0
11、 和副后角 0？为什么车刀工作图上不标注副前角 0？4. 怎样利用车刀量角测量出车刀假定工作平面、背平面参考系的前角 p(f)和后角p(f)？标注出 p(f)和后角 p(f)有什么用处？5. 切断车刀有几条刀刃？哪条是主刀刃？哪条是副刀刃？应如何利用车刀量角台测量切断车切的主偏角 Kr和副偏角 Kr？6. 45弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化？为什么？八、实验报告写出实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果（将所测量得到的结果列表记录，按照实测角度画出所测车刀的几何角度投影图，按照主剖面与法剖面刀具角度的关系式验证所测结果的正确性） ，对实验过程和结果进行讨论分析
12、。- 8 - 实验 2：圆柱齿轮设计制造及其检测实验学时：4h实验类型：综合实验要求：必作一、实验目的本实验的学习目的，是为了使学生通过加工圆柱齿轮，掌握滚齿机的加工原理、传动链的计算和调整方法，了解滚齿机的基本操作规程；回顾齿轮精度的常用检测项目，熟悉齿轮双面啮合综合检查仪的使用，掌握典型零件圆柱齿轮的一般工艺过程和检验方法。二、实验内容根据实验的要求，确定交换齿轮的齿数，自己动手调整机床完成工件、滚刀、交换齿轮的安装；加工完圆柱轮轮后检验齿轮的精度，评定齿轮的加工误差性质和精度。三、实验原理、方法和手段要求深刻理解加工直（斜）齿圆柱齿轮时滚刀的旋转运动、工件的旋转运动及滚刀的垂直运动之间的
13、关系，具体采用实际调整机床加工获得一对平行轴啮合齿轮，然后用公法线千分尺测量公法线长度变动误差，在 3102 型齿轮双面啮合综合检测仪上测量圆柱齿轮径向综合总偏差，获得对齿轮精度、用途的评价。四、实验组织运行要求该实验的特点是使用的机床种类较多（有 2 种） ，调整的环节较多，使用的仪器较多、对学生的动手能力要求较高，采用 5 人一小组，10 人一大组，每大组分成 A、B2 个小组，要求 A、B2 个小组加工的圆柱齿轮能够正确的啮合。另外，相关的知识点较多（齿轮的设计，机床的结构、使用、调整，工件的装夹定位，加工的工艺，检验评价等）故采用“以学生自主训练为主，教师现场辅导为辅的开放模式组织教学
14、” 。五、实验条件Y38 滚齿机及其交换齿轮、CW6140、YX3102 型齿轮双面啮合综合检查仪、百分表、测量心轴工件毛坯、普鲁士兰。1. 切削速度交换齿轮模数：m=3.5mm齿轮齿数有：18，22，25，28，32，35，38，42。对应于滚刀七种转速交换齿轮的选配：表 4-1nD (rpm) 192 153 127 97 79 65 47.5- 9 - BA23852833528421因轴间距离不能改变，故齿数和 A+B=60。2.现有滚刀参数（表 4-2）序号 模数螺旋升角 头数K滚刀外径法向齿轮形角 材料 旋向1 12 1.53 24 2.5 801 D=655 36 3.57 4.
15、58 69 820 0W18C r4V 右旋3. 分度运动、进给运动和差动运动使用的交换齿轮20（两个） ，23，24，25（两个） ，30，33，34，35，37，40，41，43，45，47，48，50，53，55,57，58，59，60，61，62，65，67，70，71，73，75，79，80，83，85，89，90，92，95，97，98，100。交换齿轮 e 和 f，模数 m=3mm，齿数：24，36（四个） ，48六、实验步骤1、根据实验室条件，确定齿轮基本参数：m= , z2= ，= , 旋向: 其中 z2 取 3055 之间，为了检验方便，模数统一取 m=2.5,螺旋角统一取
16、 =140计算全齿高： 直齿 =ap 斜齿 =ap .5hm2.5nhm计算齿顶圆直径：直齿 斜齿 （标准齿轮 h*=1）*a2adz+*aad=z/cos+h2. 计算传动链交换挂论）主运动传动链的计算调整：滚刀转速 10VnD式中：V 是切削速度，取 V=15-25m/min，D 是滚刀外径。- 10 - 为避免过早的损坏工作台蜗轮副，应按下式校核工作台转速： 45nKrpmZD工 作 台 .式中：n 工作台 是工件转速，n D 是刀具转速，K 是滚刀头数，Z 是工件齿数。在“五.1”表中选择主运动交换挂轮，列出传动方程式 ： VUAB校核切削速度的实际值 V /=误差：10%v）分度运动
17、链的计算调整：根据范成原理，滚刀转 1 转对应工件转 1/Z2 转，列出传动方程式：当 Z2140 时 ，否则24xacfkUbdezfe1fe根据计算结果，在“ 五.3” 中选配分度运动交换挂轮，U X 不能有误差。选取交换齿轮： = b= c= d = 校核 Ux 误差： 10%xA）刀具垂直进给传动链计算调整：工件转一转对应刀具垂直移动 b，列出传动方程式：进给量： =12mm134sbacSdS在“五.3”中选用交换齿轮： 1a b1 1c 1d校核 s 误差： 0%sUA）差动传动链的计算调整：刀具垂直移动一个斜齿轮螺旋线导程 P（ ）时工件附加转动一转，列出传2sinmz动方程式：
18、27.95sinyacUbdmk根据计算结果，在“ 五.3” 中选配差动运动交换挂轮，选配的交换挂轮传动比应与计算结果在小数点后至少三位相同，越精确齿向误差越小。选用交换齿轮： a2 b2 2c 2d校核y 误差：10%yUA- 11 - 5) 计算跨齿数和公法线长度 W：跨齿数： （取整,为测量公法线长度时所跨齿数）210.59nz公法线长度： 2(.)014zm6）计算中心距（测量径向综合误差时用）直齿轮： Z1=5012a= +/斜齿轮： Z1=40n(z)cos3.加工步骤1）工件毛坯的安装，用百分表检查工件外圆，使径向跳动不超过允许误差考虑这是那种装夹方法 。2）滚刀的安装：调整刀具
19、安装角度 =，刀具和工件旋向相同时取 “”，相反时取“+”；调整滚刀的位置，使滚刀长度的中点大致对准工件中心，按 安装角调整刀架。3）按计算结果安装各传动链交换齿轮，齿轮安装时，齿隙不能太大，以防咬死或因间隙过大带来误差。注意运动方向，考虑是否需要惰轮，装上离合器 2，即接通差动运动链。4）调整滚切深度，本实验用一次走刀完成还是多次完成。5）调整各传动链交换挂轮，检查无误后启动机床，判断主运动、分度运动和差动运动方向是否正确。6）加工齿轮,铸铁工件可以一刀加工，钢工件分两刀加工：第一刀加工总余量的 80%左右，第二刀加工完剩下的余量。4、检验所加工的齿轮精度根据实验室条件，按照 8 级精度检验
20、两个项目：公法线长度变动误差 和径向综WF合误差 ，这两项误差属于影响运动准确性的第公差组。iF表 4-3 公法线长度变动公差 公差表（m）WF分度圆直径 精度等级大于 到 5 6 7 8 9 10 125 13 20 25 40 56 80125 400 18 25 30 45 71 100400 800 20 32 35 70 98 125800 1600 25 40 46 90 112 1601600 2500 28 45 61 100 140 2002500 4000 40 63 96 125 18 250- 12 - 表 4-4 径向综合公差 公差表（m）iF分度圆直径 精度等级大于
21、 到法向模数5 6 7 8 9 10 125 1-3.53.5-6.36.3-1022252836404550566363718090112125140180200125 400 1-3.53.5-6.36.3-10323640505663718090901001121121401601602002241）是指实际公法线长度的最大值与最小值之差，它是评定齿轮运动准确性的指标之一。用公法线长度千分尺测量公法线长度变动误差 ，并与公法线长度变动公差 比WFWF较：测量六次公法线长度 W，把最大值和最小值相减即得公法线长度变动误差 。当 时，该项指标合格。WF2）径向综合误差 是指被测齿轮和理想精确
22、齿轮（标准齿轮）双面啮合时，在iF被测齿轮一转内，双面啮合中心距的最大值和最小值之差。测量径向综合误差 ，并与iF径向综合公差 比较。 时，该项指标合格。iii如果测量所有的齿轮偏差参数，这是不经济的也是不需要的，因为有些参数对于齿轮的影响不大。径向综合检测可以代替径向跳动。3102 型齿轮双面啮合综合检测仪主要用于测量圆柱齿轮径向综合总偏差（被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一转内，双啮中心距的最大变动量）F i、 、 和一齿径向综合偏差（被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一齿距角内，双啮中心距的最大变动量）f i、 、 ，以及双啮齿轮中心距和检查一对传动齿轮
23、的接触情况。提高齿轮副的接触斑点对于提高齿轮副的寿命和降低噪音等方面有重要的意义。接触斑点有形状、大小、位置三方面要求。下表给出了接触斑点和精度等级之间的对应关图 4-1 圆柱齿轮径向综合总偏差和一齿径向综合偏差示意图- 13 - 系，作为一般情况下的参考。从实际使用的角度看接触斑点和精度等级之间没有固定的关系，因此，设计者可以根据齿轮的用途、载荷和齿轮刚性及齿线形状等条件选用。表 4-5 接触斑点和精度等级精度等级 45 67 89 1012沿齿长方向沿齿高方向60%80%65%85%50%70%55%75%35%65%40%70%25%55%30%60%注：表中数值范围用于齿面修形的齿轮，
24、对齿面不做修形的齿轮，其接触斑点大小不小于其平均值。若压力角不等于 20 度时，应对轮径向综合总偏差 Fi、 、 和一齿径向综合偏差 fi、 、 乘以系数 A 12ireA=sin20/sin1）仪器的工作原理 被测齿轮安装在可沿仪座(19)导轨滑动的主滑架(17)上的上顶尖 (10)和下顶尖(14)之间，标准齿轮安装在可沿 V 型导轨浮动的测量滑架(4) 上的上、下顶尖之间，按两齿轮理论中心距固定主滑架。测量滑架借助弹簧力靠向主滑架，使两个齿轮进行紧密地无侧隙地啮合。转动被测齿轮时，检查由于齿轮加工误差引起中心距变化来综合地反映被测齿轮的加工误差，其中心距的变动量由百分表图 4-2 圆柱齿轮
25、径向综合总偏差和一齿径向综合偏差示意图1-百分表 2-螺钉 3-挡钉 4-测量滑架 5-手柄 6-立柱 7-手柄 8-V 型块 9-锁紧块 10-上顶尖 11-托架 12-拨杆 13-手柄 14-下顶尖 15-游标尺 16-手柄 17-主滑架 18-刻度尺 19-仪座 20-手轮3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17- 14 - （1）显示出来。2）工作原理与结构特征A.仪器使用前应将各工作表面，被测齿轮以及与被测齿轮模数相同的标准齿轮清洗干净。B.把控制测量滑架的手柄(5)搬到正上方，装上百分表，使表指针转过 5 圈后用螺钉(2)紧固，并调整百分表指针与其
26、零线重合，然后将手柄(5)搬向左边。C.根据两齿轮的理论啮合中心距，按刻度尺(18)与游标尺(15)的示值，转动手轮(20)把主滑架(17)调整到工作位置后，用手柄(16) 锁紧。D.把一齿轮安装在测量滑架的下项尖(14)和立柱(6)的上顶尖(10) 之间，转动手柄(7)带动锁紧块(9) 将上顶尖(10)固定在 V 型块(8)的 V 型面内的同时，亦紧固标准齿轮。E.与上一步方法类似，将被另一齿轮安装在主滑架的上、下顶尖之间，然后将手柄(5)搬向右边( 未安装被测齿轮时手柄不能搬至右边)使测量滑架靠向主滑架，保证标准齿轮和被测齿轮紧密啮合。F.在两齿轮正常啮合的情况下，用手轻微而均匀地转动被测
27、齿轮，在转动一周或一齿的过程中观察百分表的示值变化，该变化量就是一周或一齿内中心距的变动量。在转动一周或一齿过程中百分表示值相对于百分表原始零点的最大、最小值就是中心距变动的上、下极限偏差，二者之差即为被测齿轮的 Fi、 、 或 fi、 、 值。G.当一个齿轮测量完毕后，将测量滑架控制手柄(5)搬至左边，使标准齿轮和被测齿轮脱开，然后转动手柄(13)在松开锁紧块(9) 的同时，带动拨杆(12)转动，通过固定在上顶尖上的托架(11) 将上顶尖向上移动(其移动距离根据需要可调)，卸下被测齿轮，更换新的被测齿轮，锁紧上顶尖，将手柄(5)搬至右边，按 6 中的方法继续进行测量。H.精密测量时，为了准确
28、地固定理论中心距，按(1)式计算 M1 值，用量块按尺寸 M1组合后，放在标准齿轮轴和被测齿轮轴之间，并将量块上下、左右轻微摆动，观察百分表的最小值，依此最小值调整百分表指针与其零线重合。其它操作过程如上所述。 211dAMA：两齿轮的理论中心距d1：标准心轴 1 直径d2：被标准心轴 2 直径3）轮齿接触斑点检查为了检查齿轮工作面的接触情况，在标准齿轮的齿面上，均匀而薄薄地涂上一层普鲁示兰( 或其它专用涂料) ，其厚度为 0.006mm0.012mm，然后与被测齿轮啮合，相对转- 15 - 动后，根据其轮齿接触斑点情况，评估被测齿轮的加工质量。5、将所有计算数据填入表 4-6：模数 m= 螺
29、旋角 = 旋向:齿数 z2= 全齿高 h= 中心距 a= v BA v x dcba x y 2 y S 1dcba S滚刀安装角 滚刀切深 ap h=公法线长度变动公差 =WF公法线长度变动误差 =WF(是否合格）径向综合公差 =i 径向综合误差 =i (是否合格）- 16 - 七、注意事项.实验前必须看懂机床的传动系统图，做好传动链的运动调整计算。.开机前应对各调整环节再进行一次检查校对，对机床各部件进行润滑。.接通进给前，要检查压力表的示值应在 2/15cmkg处，征得指导老师同意后，方能开车。开车后不能任意扳动手柄以免发生事故。.加工过程中，不能随便离开工作场地。发生异常现象，立即停机
30、检查。.实验结束后，要清洁机床，打扫工作场地。图4-3Y38滚齿机传动系统图- 17 - 八、思考题1.提高切削速度可以显著的提高生产率，但为何在滚齿时滚刀的切削速度选的较低？2.如何控制滚切深度？3.若采用两次走刀加工齿轮，第二次走刀如何实现？4.各离合器的作用是什么？5.如何检查范成运动、差动运动的方向6.考虑双面啮合仪还能测量那些误差量？7.本次实验用的齿轮精度测量方法存在那些不足？试设想理想的齿轮精度检测方法。目前的各种齿轮误差测量不论是单项误差测量、综合误差测量或整体误差测量均是在不加载荷和低速回转不脱啮情况下进行的。随着计算技术和微机应用技术的发展，可期望在变载变速条件下，即模拟齿
31、轮工作条件下测量齿轮的各项误差。这种测量所获得的数据更符合实际工作情况，因而更有实际价值。8.齿轮精度检测的发展趋势？齿轮测量仪器的数量处理能力扩大；由齿轮测量仪器组成齿轮精度检测中心；由齿轮测量仪器，机器人和自动分选装置组成齿轮分选中心。9.如何将双面啮合仪改造才能得到连续的跳动曲线？10.试将一个齿轮掉头或将主被动齿轮交换，比较得到的结果有何不同？11.观察切屑形态，辨认滚刀几何角度，指出各个几何角度的测量方法。12. 齿轮在加工制造检验时应尽量保证径向基准面和轴向基准面的一致（如何在工序图上体现？） ，并且在零件图或工序予以标注。13.确定齿轮的应用场合和评定齿轮的承载能力14. 产生加工误差的主要原因有那些？请从几何偏心、运动偏心、滚刀的径向跳动和轴向窜动及齿形角误差等方面考虑。九、实验报告要求在实验报告中写明实验的目的，原理，内容，实验的步骤，机床参数的调整结果，加工精度的检验结果和用途评价及思考题，对实验过程和结果进行讨论分析。十、其它说明该实验必须认真的预习，没有预习报告不能作实验，实验中要积极的思考，每个人必须动手完成一定的工作。
