机械制造工艺学试验教学大纲Word格式文档下载.docx
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2、熟悉机床静刚度的测定方法；
3、巩固所学机床刚度的概念，画出机床静刚度曲线。
二、实验原理及方法
机床静刚度Ks是机床在稳态下工作（无振动）的刚度，它衡量机床抵抗静载变形的能力。
静刚度的概念，一般用下式表示：
Ks=F/Y
式中：
Ks---静刚度（Kg/mm）
F-----切削力（Kg）
Y----在F作用下刀刃与加工面之间的相对位移（mm）。
但是从工艺观点来研究问题时，我们认为在切削分力Fy方向上的变形要比其它切削分力作用方向上的变形大得多，所以Fy对加工精度的影响占主要地位，故又可以用下式表示工艺系统刚度
Ks=Fy/Y
工艺系统在受力情况下的总位移量Y是各个组成环节的位移量迭加，根据测量数据可得出：
刀架刚度KsD=Fy/YD
前顶尖刚度KsQ=Fy/2YQ
后顶尖刚度KsH=Fy/2YH
再根据车床变形Ys为前后顶尖变形位移的平均值和刀架变形位移之和，则
Ys=Fy/Ks=1/2（Fy/2KsQ+Fy/2KsH）+Fy/KsD
化简后
1/Ks=1/4（1/KsQ+1/KsH）+1/KsD
这样车床静刚度Ks即可求出。
本实验采用三向刚度仪的静态测定法测定车床静刚度。
车床静刚度测定实验装置，如图1-1所示。
β
图1-1刚度测定加载装置
1
2
3
4
5
6
1、前顶尖；
2、接长套筒；
3、测力环4、弓行加载器；
5、加力螺钉；
6、模拟刀杆
图中弓形加载架刚度足够大，其变形略去不计，通过加载器上的加力螺钉5进行加力Fy。
Fy经钢球传至测力环3，由测力环的千分表指示出所加Fy力的数值。
床头、尾座、刀架部件均在Fy力作用下发生弹性位移，三个部位各安装一个千分表，测其弹性位移YsQ、YsH、YsD。
在根据公示计算出床头、刀架、尾座各部件的刚度，然后计算出机床静刚度Ks。
实验时，加载螺钉孔间夹角a=15°
，β角选为30°
。
根据公式：
Fx=F•Sina
Fy=F•Cosa•sinβ
Fz=F•cosβ•cosβ
注意事项：
1、实验前擦净弓形加载器支架中心孔，调好机床可动部件和紧固部件，弓形加载支架与主轴的联接要牢固不得有松动。
2、实验所用千分表，在使用前要检查灵敏度，安装时要调好零点（预压1圈）。
3、每次加载或卸载后，不应立即读数，应停一会再读数。
三、实验仪器及材料
1、弓形加载支架（自制）；
2、八角型测力环；
3、模拟刀杆（自制），安装在车床小刀架上；
4、千分表磁力表座。
千分表读数值（0.001mm）。
四、实验步骤
1、主轴和尾座各安装顶尖，将弓行加载架用接长套筒装在支架上的定位杆上，并将其固定，同时将尾座用固定螺钉紧固好。
2、分别安装三块表，调整好零位。
3、用弓形加载支架上的加力螺钉上的钢球压紧测力环，事先加有一个预紧力。
五、分析整理实验数据
1、加、卸载记录表
加力仪千分表读数
（格）
车床部件位移量
床头I
刀架Ⅱ
尾座Ⅲ
加
卸
2、计算车床平均静刚度
KsQ=
KsD=
KsH=
Ks=
3、画出车床各部件（床头、尾座和刀架）的刚度曲线
py（kg）
Y（mm）
六、思考题
1、实验中加载曲线与卸载不重合，为什么？
2、当载荷去除后，变形恢复不到起点，什么因素影响的？
实验二加工误差的统计分析
一、实验目的
1、运用统计分析法研究一批零件在加工过程中尺寸的变化规律，分析其误差的原因。
2、通过实验掌握综合分析机械加工误差的基本方法。
对于生产实际中经常以复杂的因素而出现的误差问题，我们不能用单因素估算来衡量其因果，更不能从单个工件的检查结果来得出结论。
因为单个工件不能暴露出误差的性质和变化的规律,单个工件的误差大小也不能代表整个工件的误差大小。
这是由于在一批工件的加工过程中，既有变值系统性误差因素，也有随机性误差因素在作用。
这时单个工件的误差是在不断地变化的。
凭单个工件去推断整批工件的误差情况极不可靠，所以就需要用统计分析的方法。
统计分析法就是以生产现场内对许多工件进行检查的结果为基础，运用数理统计的方法去处理这些结果，从中找出规律性的东西，用以指导我们找出解决问题的途径。
常用的统计分析法有如下的两种：
1、分布曲线法
在单轴六角自动车床上连续加工一批试件（约100件），按加工顺序在测量其尺寸，并记录之。
把测量所得的尺寸大小分组，每组的尺寸间隔为0.002mm，填入相应的表格。
然后，做出质量分布图，进行加工误差分析。
2、点图法
点图法的要点就是：
按加工的先后顺序作出尺寸的变化图，以暴露整个加工过程中误差变化的全貌。
具体的方法是按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸，以其序号为横座标，以测得的尺寸为纵座标，则可得到一个点图。
三、实验仪器及材料
1、在自动车床上连续加工100个试件，将它们放在无心磨床上进行磨削。
2、千分尺或千分表测量台。
3、Ф20钢料，45号冷拔钢。
4、用于冷却的切削液。
1、在六角自动车床上连续加工100个试件。
2、将100个试件放到无心磨床上进行磨削。
3、磨削后的试件用千分尺或千分表测量台进行测量，并记录在相应表格中：
表2-1全部零件磨削后的尺寸记录
序号
测量尺寸
26
51
76
27
52
77
28
53
78
29
54
79
30
55
80
31
56
81
7
32
57
82
8
33
58
83
9
34
59
84
10
35
60
85
11
36
61
86
12
37
62
87
13
38
63
88
14
39
64
89
15
40
65
90
16
41
66
91
17
42
67
92
18
43
68
93
19
44
69
94
20
45
70
95
21
46
71
96
22
47
72
97
23
48
73
98
24
49
74
99
25
50
75
100
表2-2定位销直径测量结果“频数表”
组号
组界
（尺寸范围）
频数计算
（组内工件数目）
频数f
组位u
fu
fu2
合计
说明：
（1）分组数J：
当工件N=100件时，J=6—10；
（2）尺寸间隔宽度（组距）ΔX=（Xmax—Xmin）/J
Xmax—100中零件最大值；
Xmin—100件中零件尺寸最小值；
J—分组数。
（3）求平均尺寸值X和均方根差σ
a.确定组位u：
以频数最大的为基准，该组组位u=0；
以0组位为基准，在频数表中，向上依次的组位为-1；
-2；
-3……；
向下依次的为+1；
+2；
+3……，排列组次。
b.求出Σfu：
fu等于各组频数f栏分别乘以各组的组位u栏，然后将各组fu相加得到Σfu。
c.求出Σfu2：
fu2等于各组的u分别乘以fu填入fu2栏内，然后将各组的fu2相加求得Σfu2。
d.计算平均尺寸值X和均方根差σ
X=X0+J×
σ=J×
X0–组位为0组的中间值
J–组距；
f–频数；
u–组位
六、做出质量分布图
七、质量分布图的观察与分析
八、思考题
1、各种加工误差，按它们在一批零件中出现的规律来看，可以分为几大类？
2、随机性误差和系统性误差有什么不同？
实验三镗杆自激振动与消振实验
1、通过实验验证自激振动的坐标联系原理。
2、了解切削用量及刀具几何参数对自振强度的影响。
3、比较撞击块与镗杆孔间的不同间隙的消振效果。
切削过程中产生自激振动的原因，有各种学派解释，其中最主要的是坐标联系原理及再生原理。
1、坐标联系原理（振型关联理论，主振摸态耦合原理）
按照该理论，认为车刀与工件的相对振动运动，是以质量耦合的形式，在二个方向相互关联的振动的振动组合（二个自由度的振动）；
振动时，刀具与工件相对运动的轨迹，是按顺时针方向的椭圆形；
维持振动的能量（所必需的切削力的变动），仅取决于切削截面的大小变化，而与振动速度无关。
如图3-1所示。
刀尖由A点经C点到B点，再由B点经D点到A点。
切入时A→C→B，切深较小；
切出时B→D→A，切深较大。
由于切深的变化，引起了切削力的变化，当刀尖沿切削力同方向（B→D→A）移动时，比刀尖沿切削力F相反方向（A→C→B）移动时的切削力来得大。
这样，在每一循环内，切削力F对刀具部件作正功大于负功，振动便加强，直到每一循环获得的能量，与消耗在阻尼的能量平衡为止。
此时，振动便以一切削力F方向定的振幅维持下去。
图3-2所示，为二自由度振动的力学模型，设工件为绝对刚体，刀具部分同时在Z1与Z2两个互相垂直的方向上振动。
在Z1方向上的系统的刚度为K1，（令K1<
K2）Z1与Y轴（通过切削刃作加工平面的法线，刀具离开工件的方向为正）的夹角为θ，切削力F方向与Y轴夹角为β（β=tg-1Fx/Fy），经计算，可求出振动的边界条件，即0<
θ<
β为不稳定区，也就是说，当振动系统的小刚度轴，位于F力与Y轴夹角范围内为不稳定区，系统易产生振动。
应用这个理论，只要使扁镗杆的小刚性轴的方位，在F力与Y轴夹角范围以外，就不易产生振动了。
这就是结构消振的原理（即坐标联系原理）。
X
c
b
a
d
e
撞击块M
t
图3-3消振原理
2、撞击式消振块消振原理
如图3-3所示，当镗杆受到瞬时激力激发振动后，从平衡位置O产生位移A，镗杆获得了位能。
当瞬时激力消失了以后，镗杆要回复到平衡位置，这时要放出能量，镗杆具有了速度。
从图a到图b位置，速度Vmax，在这个过程中镗杆带动撞击块离开平衡位置运动，由于镗杆的反抗力，速度由Vmax→0，但M由于存在惯性，在图C位置仍具有Vmax，这时质量M与镗杆离开。
设在图d位置时，质量M和镗杆发生碰撞，即吸收了镗杆的功能，使镗杆在3/4个周期（图内d→e）过程中，振幅自A1到A2。
若此过程继续下去，则使镗杆振动幅度逐渐减小。
本实验的基本目的是，借助于电测手段对镗杆的自激振动的实质及其基本消振方法的效果进行直接观察，深入了解和认识，并可做出定性和定量的分析研究。
电测原理方框图如下：
图3-4电测原理方框图
1、特殊刚性刀架；
2、刀具（根据实验要求，具有各种几何角度参数）；
3、可改变刚性主轴方位的削边镗杆；
4、消振镗杆；
5、撞击块；
6、加速度传感器YD-3-C（也可用其它加速度传感器）两件；
7、阻抗变换器ZK2两件；
8、积分放大器JF-1一台；
9、GZ2六线测振仪一台；
10、超低频双束示波器SBDB型一台；
11、光振子示波器SC16一台；
12、低频信号发生器（任意型号）一台。
1、验证坐标联系原理：
在镗杆的水平方向和垂直方向分别取出振动信号，同时分别输入超低频双束示波器的水平输入端和垂直输入端，则可在屏幕上观察到镗刀刀尖的椭圆形运动轨迹。
切削条件如下：
１）转速：
n=125转/分；
２）刀具角度：
前角=40°
，后角=15°
工件材料：
45号钢，孔径Φ50。
实验时削边镗杆可置于θ=30°
位置。
2、求稳定区：
实验时，用削扁镗杆镗孔（如图3-5）。
可改变其刚度主轴坐标位置，即改变θ角。
使θ角从30°
到180°
变化，每隔30°
镗孔一次，把每次镗孔后振动情况，记录下来。
θ
P
Y
图3-5削扁镗杆镗孔
五、分析整理实验数据，写出实验报告
实验报告要求：
1、实验名称；
2、实验装置；
3、实验內容及结论；
4、实验数据分析；
5、曲线图。
六、思考题
1、如何判断镗杆振动是自激振动？
2、当镗杆振动时，有时会出现这样情况：
开始振幅小，后来逐渐增大，最后稳定到某一值，这是什么原因？
3、归纳在内孔镗削（或外圆车削）时，有几种消振方法？
一般应怎样考虑选用？
修订人：
刘学军
2006年10月
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