机械制造工艺学实验指导书.docx

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机械制造工艺学实验指导书

机械制造工艺学

实验指导书

福州大学机械工程及自动化学院机电工程系

2007.2

实验一定位原理、定位元件及夹具组成观摩实践

1．实验目的

（1）通过具体实物观摩实践，加深学生对定位原理的理解，直观地认识完全定位和不完全定位方式的实际应用。

（2）了解常用夹具的构造和组成，增强对夹具构造的感性认识。

（3）熟悉常用的定位方式和定位元件，加深对常用定位元件结构和功能的认识。

（4）熟悉“一面两销”定位方案的特点。

（5）巩固课堂所学理论知识，培养学生分析问题、解决问题的能力。

2．实验所用设备或模型

各种定位元件、各种典型夹具实物模型。

3．要求

（1）学生在观摩实践之前，应复习或预习教材或课堂笔记上的相关内容，带着若干相关问题在实践中求答案。

（2）学生在实践中要做好记录，要按实践内容认真整理并写出实践报告。

4．观摩实践内容

（1）分析三种以上不同夹具的定位原理，说明所限制的自由度，并以示意图表示出。

（2）试列出观摩中见到的采用不完全和完全定位方案的夹具各一种，画出其定位原理图，该不完全定位的夹具设计方案是否会影响本道工序的加工精度?

（3）实物观摩实践中见到的支承钉结构形式有哪几种?

支承板结构形式有哪几种?

分析各有什么特点?

用于何种平面定位?

（4）观摩中见到的定位外圆面的定位元件有哪几种?

V形块的结构特点，各几何要素有何功用?

（5）V型块夹角常见的有哪几种?

（6）长、短（单个与两个）V形块各限制哪些自由度?

（7）如何检验V形块的制造精度和安装精度?

（8）通过实物观摩，找出工件以内孔定位所采用的定位元件，说明各有何结构特点?

以结构示意图表示之，分析其限制的自由度。

（9）长定位销和短定位销、削边销各限制多少自由度数?

（10）定位销和支承钉的功用及结构有何区别?

（11）找出采用“一面两销"定位的夹具实例，分析两定位销的结构特点及其所限制的自由度?

说明削边销的安装方向有何要求?

（12）了解车床夹具结构主要由哪几部分组成?

（13）钻模结构主要由哪几部分组成?

（14）了解铣床夹具结构主要由哪几部分组成?

（15）平面定位的定位元件在夹具上安装后，如何保证其工作面处于同一平面上?

5.通过此次观摩实物夹具，要求学生围绕定位原理、定位元件结构、工件安装方式，常见夹具的结构方面的内容，每位学生致少发现、提出三个问题，并将问题写在实验报告上。

实验二支承与夹紧机构观摩实践

1．目的

（1）熟悉常用可调支承、辅助支承和自位支承的结构特点，了解其在夹具中的应用，增强对此类支承的感性认识。

（2）熟悉常用夹紧元件的几何构造及其功用。

（3）了解夹紧力作用点的位置特点。

（4）了解常用夹紧机构的原理和结构特点，了解常用的夹紧方式。

（5）加深对理论知识的理解，增强感性认识。

（6）培养学生分析问题、解决问题的能力。

（7）培养学生对夹具夹紧机构和非固定支承的结构设计能力。

2．实践所用的设备或模型各类支承件、夹紧机构以及各种典型夹具实物模型。

3．要求

（1）学生在观摩实践之前，应复习或预习相关理论知识，带着若干相关问题在实践中求答案。

（2）学生在实践中要认真做好记录，必要时要绘出草图，并写出详细的实践报告。

4．观摩实践内容

（1）观察实践中，找出两种以上可调支承，并画出其结构示意图。

（2）观摩实践中，分析并找出两种以上自位支承，画出其结构示意图?

说明其功用?

（3）分析并找出两种以上辅助支承，画出其结构示意图?

说明其功用?

（4）分析可调支承，自位支承和辅助支承三者在定位作用方面有何区别?

（5）分析自位支承的几个接触点相．当于几个独立支承点?

有何功用?

（6）观摩实物夹具过程中，找出五种不同夹紧方案的夹具，分析各自在夹紧力的作用点和方向的选择上有何特点，说明其夹紧机构有何特点，画出结构示意图。

（7）分析螺旋夹紧装置中，采用螺杆直接压紧工作与通过压块压紧工件有何不同点，并以示意图表示螺杆与压块的主要结构。

（8）找出螺旋快速夹紧机构，分析其如何实现快速夹紧功能。

5.通过此次观摩实物夹具，要求学生围绕可调支承、自位支承、辅助支承、夹紧机构内容,每位学生致少发现、提出三个新问题，并将问题写在实践报告上。

实验三夹具构造观摩实践

1．目的

（1）了解多件夹紧机构夹具的特点。

（2）熟悉钻套的用途及基本结构形式。

（3）了解常用钻模的种类及其结构特点。

（4）了解对刀装置的结构特点。

（5）了解各种夹具的基本组成及结构特点。

提高学生机械结构设计能力。

（6）通过对各种夹具的定位原理和结构原理分析，进一步加深对定位原理实际应用的认识，进一步培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

2．实践所用设备或模型

各类钻套、对刀装置以及各种典型结构的夹具实物和模型。

3．要求

（1）学生在观摩实践之前，应复习或预习相关理论知识，带着若干相关问题在实践中求答案。

（2）学生要认真做好记录，必要还要绘出草图，并整理出实践报告。

4．观摩实践内容

（1）分析采用螺杆夹紧机构的夹具结构形式，归纳此类夹紧机构可分为几种类型，说明螺旋夹紧机构压紧工件端的结构形式有哪几种不同形式，并绘出其压紧端的端部结构。

（2）平行多件夹紧为何用浮动压块?

（3）找出采用多件夹紧的夹具，分析其结构功能?

并说明该夹具的用途。

（4）了解压板的结构形式，以示意图表示其结构特点?

（5）观摩中见到的快撤螺旋夹紧装置主要用于何种夹具中?

（6）分析车床夹具的主要结构特点，说明其主要夹具构件的功用。

（7）观摩中见到的钻套结构形式有哪几种？

各有何特点?

（8）分析固定式钻模的结构特点，分析工件定位所限制的自由度，分析钻套所限制的自由度与工件所限制的自由度之间的关系?

（9）分析盖板式钻模的结构特点，进行工件定位的自由度分析，分析钻套所限制的自由度与工件所限制的自由度间的关系?

（1O）分析回转式钻模的回转分度盘如何工作?

（11）翻转式钻模连同工件的总重量有何限制?

（12）分析手动滑柱式钻模的结构特点，指出其主要优点。

（13）设有支脚作为夹具安装面时，分析支脚断面宽度或直径与机床工件台的T型槽有何关系?

（14）分析车床夹具与车床如何联接。

（15）分析铣床夹具如何在机床工作台面上定位。

（16）通过实物观摩实践，了解哪些夹具上设有定向键，并以示意图表示定向键的布局形式，说明定向键的结构特点和功用?

（17）实物观摩中见到的哪些夹具设有对刀装置，以结构示意图的形式表示对刀装置结构特点，指出对刀工作面，如何减少对刀过程中对刀块工作面的磨损?

5．通过观摩实物夹具以及夹具结构拆装，要求学生围绕夹具夹紧机构、工件被限制的自由度、钻套结构、钻模结构以及其电夹具结构内容，每位学生至少提出三个新问题，并将问题归纳在实践报告上。

实验四车床刚度测定实验

工艺系统受到切削力用时，将产生一定的弹性位移．影响到零件的加工精度。

而机床的综合刚度往往是工艺系统刚度的主要环节。

随着机床工业不断向高精度和自动方向发展，机床的刚度已成为机床加工精度和稳定性以及提高生产率的重要课题之一。

由于机床本身结构的复杂性，其刚度难以用一般的方法进行估算，所以目前大都采用试验方法测定。

本实验根据误差复映规律的原理，用生产法测定车床的静刚度，并通过分析计算进一步明确工艺系统静刚度对加工精度的影响。

一、实验目的：

1．通过实验熟悉金属切削机床刚度的测定方法，并获得机床刚度对机械加工精度影响的具体概念。

2．帮助学生巩固和验证所学的刚度理论，掌握车床部件刚度及机床综合刚度的计算方法。

3.有助于进一步理解误差复映规律的概念。

4.可比较机床各部件刚度的大小，分析影响机床刚度的各个因素，并讨论提高刚度的措施。

二.实验装置：

在一根刚度很大的一心轴1上装有三个偏心为e的偏一心环3，这些偏心环通过键4与轴1联接，三个试件6空套在偏心环3上，并由隔套5把三个试件分别隔开如图1所示。

试件装好后，拧紧夹紧盘8上螺钉9使揿絮。

由于夹紧盘的内锥面与嵌在轴l颈部的两片锥环10配合，所以拧紧螺钉会推动轴上的央套7轴向移动而将试件夹牢。

在拧紧螺钉时，应注意各螺钉的松紧程度要一致，以免试件受力不均匀而产生偏移。

三、实验原理：

用生产法测定机床刚度的实质是：

在加工余量不均匀的毛坯时，工艺系统会随着加工余量的变化而产生相应的弹性变形，从而引起试件加工后有关尺寸的变化。

因此根据毛坯余量和工件尺寸的变化量就可以计算工艺系统或机床的刚度。

本实验采用车削偏心毛坯的方法来测定车床的刚度。

由于试件装在偏心套上，

试件每一转过程中切削深度作有规律的变化。

即由

到

，再由

到

作周期性变化。

图1偏心圆盘实验装置简图

图中：

1.刚性心轴；2.套；3.偏心环；4.键；5.隔套；6.试件；7.夹套；8.夹紧盘；9.夹紧螺钉；10.锥环；11.拨杆

这就引起了切削力的相应变化，工艺系统也产生了相应的弹性变形（位移）。

切深大，切削力及其产生的位移地大；切深小，切削力及其产生的位移也小，故装在偏心套上的试件毛坯的偏心量在车削后仍然会反映在试件上，使加工后的试件仍然有偏心。

本实验就是利用这种误差复映规律的原理来测定车床的刚度。

如图2所示，O为试件回转中心，O1为偏心环中心，偏心距为e，则试件毛坯误差为t1-t2，用△m表示。

即:

△m=tl—t2=2e

（1）

设加工后试件的最大半径为Rmax，最小半径为Rmin，则：

△g＝Rmax一Rmin。

（2）

式中△g为试件加工后的误差。

由误差复映规律，可求得复映系统数值为：

（3）

式中：

i＝Q、Z、H。

分别表示靠近前顶尖处、中间处、靠近后顶尖处的三个试件。

用生产法测定机床刚度时，不能直接测出机床各部件的位移量，而只能测出在三个不同位置试件的径向跳动，并对这三个跳动量进行必要的数据处理以获得所要求的刚度值。

根据工艺系统的刚度理论，可以分别求出前、中、后三个位置的工艺系统刚度为：

图2偏心引起试件毛坯公差

（4）

（5）

（6）

由于该装置的心轴刚度很大，其变形可忽略，车刀的变形也可忽略，故上面求出的三个位置的工艺系统刚度就是这三处的机床刚度。

即

根据车床刚度计算公式可列出如下关系式：

（7）

（8）

（9）

式中：

KjQ、KjZ、KjH分别表示机床在前、中、后三个位置的刚度；

Kct表示车床前顶尖的刚度；

Kdj表示车床刀架的刚度；

Kwz表示车床尾座顶尖的刚度。

联立（7）、（8）、（9）就可以求得车床三个部件的刚度分别为：

（10）

（11）

（12）

四、实验步骤：

1．用油石研磨车刀。

2．将试件安装在特殊心轴上，或将试件在心轴上松开后由前次实验所在位置沿顺时针方向旋转600左右，调整试件偏心量使△m＝6mm后再夹紧。

3．在特殊心轴前后顶尖孔中涂油后装在机床的前后顶尖上。

4．用百分表量出余量的变动量，算出△m，并作记录。

5．安装车刀，使刀尖高度与顶尖中心线重合，刀具悬伸长度取20～30mm。

6．熟悉车床操作系统，选取合适的转速和进给量，进行必要的润滑后，征得指导教师和工作师傅同意后方能开车。

7．调整切削深度tmin＝0.2～0.3mm，则其最高点的切削深度为6.2～6.3mm。

8．自右至左一次走刀切削三个试件。

9．加工后用干分表测出试件是误差△g。

10．实验完毕，清理机床和实验使用的所有工具、量具。

五、实验报告要求：

1．实验名称。

2．实验用的设备及仪器，包括机床及量仪的名称、型号、规格，实验装置及其简图等。

3．记下实验所用刀具的几何角度，材料及切削用量参数。

4．列表记录△m、△g的值，计算出各处的ε及其刚度，并按相应公式算出Kct、Kwz、Kdj。

5．对实验和计算结果进行分析和讨论。

6．回答指定的思考题。

六、注意事项：

1．安装心轴前，松开屋座架，移动屋座架使两顶尖之间的距离略大于夹具心轴的距离，然后紧固尾座,应注意尽量缩短尾座套筒的悬伸长度。

2．转动尾座手轮，使心轴在两顶尖之间松紧程度适宜，既不允许整个装置有轴向或径向移动，又不能顶得太紧烧坏顶尖孔,然后锁紧尾顶尖。

3．测量试件最高点和最低点附近的部位，以便测得试件的最大径向跳动量，在试件转到不需测量部位时,注意提起表头，以免磨损。

4．由于心轴较重．装拆时须注意安全。

5．开动车床时,注意安全操作，以免意外事故。

七、思考题：

1．公式（7）～（9）是如何推导的?

2．三个偏心处的ε和Kj值是否相同?

为什么?

3．在生产法测定机床刚度时，若出现负刚度时如何解释?

4．分析本车床刚度情况，并估计它对工件形状误差的影响。

5．若要提高本机床的刚度，可采取哪些措施?

6．生产法和三向加载静刚度测定法有何不同，这两种方法各有什么优缺点?