机械制造技术基础实验A.docx

1、机械制造技术基础实验A实验一 刀具认识及刀具角度三维测量1实验二 车床及滚齿机传动分析7实验项目（一）CA6140型车床传动系统剖析7实验项目（二）Y3150E滚齿机调整实验10实验三 加工误差综合分析16实验四 组合夹具设计性实验20 实验一、刀具认识及刀具角度三维测量一、实验目的1. 熟悉外圆车刀刀头部分的构造，掌握刀具参考系及参考平面的确定方法；2. 了解万能角度尺的结构，并掌握其使用方法；3. 一般了解生产中常用各种金属切削刀具的形状、结构、切削加工原理及用途。二、实验设备外圆车刀、外圆车刀模型、万能角度尺；生产中常用的各种金属切削刀具实物。三、实验原理及方法 一般了解生产中常用各种金

2、属切削刀具 由实验指导教师向学生展示生产中常用各种金属切削刀具，并讲授刀具的形状、结构、切削加工原理及用途。 外圆车刀几何角度的测量1. 测量原理根据刀具几何角度的定义利用量具进行测量。2测量方法将量具的测量平面置于刀具代测角度所在的平面上，调整量具的测量边，使其与相应平面重合，读数即可。（用万能角度尺测量外圆车刀的具体方法见附录二）四、实验步骤1实验准备（预习） 复习有关刀具参考系、参考平面的知识：掌握刀具角度的标注方法；熟悉刀具基本角度（0、0、s、r、r）的定义；阅读本实验指导书，重点了解万能角度尺的使用方法及刀具角度的测量方法。2实验 测量刀具角度并作记录； 认真考察各种常用金属切削刀

3、具的外形、刀具结构和切削原理，了解各类刀具的生产用途。3完成实验报告五、思考题1、 主剖面参考系中，参考平面：基面、切削平面和主剖面的定义是什么？2、 车刀的刃倾角在哪个参考平面中测量？刃倾角在切削中起什么作用？3、 车刀的前刀面的型面有哪几种？各起何种作用？4、 拉刀的刀齿结构有何特点？粗切齿、过渡齿、精切齿和校正齿各起何作用？附录一 万能角度尺的使用方法万能角度尺是在实际生产中常用的角度测量量具，其测量范围0320，测量精度为2。它由基尺、直尺、直角尺及夹持件组成，见图12所示。在基尺上，游尺可绕原点转动。游尺上的“0”线所对主尺上的刻度，就是基面与测量边之间的夹角。读数方法与游标卡尺相似

4、。可用万能角度尺反面的调整旋钮调整测量边的位置，使基面、测量边与被测面（或线）重合，拧紧锁紧螺钉，便可读取被测面（或线）之间的角度。基尺与附件可组装成多种形式，用以测量不同范围内的角度，见图13所示。附录二 外圆车刀基本角度的测量方法为了便于同学们能直观理解和操作方便，我们选用的外圆车刀的各个刀面均由平面组成，因此各切削刃均为直线，切削刃上各点的刀具角度均相同。（一） 前角0的测量选择刀具的主剖面为测量平面，测出刀具底面与前刀面的夹角1（如图14所示），由于底面与基面平行，所以01。注意判断前角的正负。 （二） 后角0的测量选择刀具的主剖面为测量平面，测出刀具底面与前刀面的夹角2（如图15所示

5、），由于底面与切削平面垂直，所以0290。 （三） 刃倾角s的测量选择刀具的切削平面为测量平面，测出刀具底面与主切削刃的夹角3（如图16所示），由于底面与基面平行，所以s3。注意判断刃倾角的正负。（四） 主偏角r的测量选择刀具的基面为测量平面，测出刀杆侧面与主切削刃的夹角4（如图17所示），由于刀杆侧面与刀杆中心平行，刀具在安装时刀杆中心与进给方向是垂直的，所以r490。（五） 副偏角r的测量选择刀具的基面为测量平面，测出刀杆侧面与副切削刃的夹角5（如图18所示），r 590。实验二、车床及滚齿机传动分析实验项目（一） CA6140型车床传动系统剖析一、实验目的1 掌握主运动传动链传动路线及其

6、功能；2 掌握进给运动传动链传动路线及其功能；3 了解离合器M1M8的结构与功能，重点是M1、M6、M7；4 了解卸荷机构、基本组、增倍机构、互锁机构的结构与功能。二、实验设备与用具1 CA6140型车床 1台2 CA6140型车床教学模型 1台3 CA6140型车床挂图 1套三、实验内容（一） 主运动传动链1 主电机皮带副主轴箱轴I轴I与从动轮之间有一个卸荷机构，其通过滚动轴承与轴承套筒安装在箱体上，以增强轴I的抗弯强度，传递扭矩负荷。双向多片式摩擦离合器M1具有使主轴正转、反转、停止及过载保护等四个功能，通过现场演示，介绍M1结构以及操作手柄控制的传动机构，突出其结构紧凑，动作灵敏的特点。

7、2轴轴通过现场演示，介绍轴上的双联滑移齿轮和轴上的三联滑移齿轮，它们同时由一个操作手柄实现调速功能。3轴轴从轴传到轴（主轴）须经齿式离合器M2分成两条路线：（1） 高速路线当M2脱开并与轴上齿轮（63）啮合时，将使轴直接传动主轴，使其获得6级较高转速（4001400r/min）。（2） 低速路线当M2啮合时，轴须经、两轴传动主轴，使其获得18级低速转速（10500r/min）。现场演示M2啮合和脱开的情形，并展示三个滑移齿轮同时由一个操作手柄控制的情形。进给运动传动链始环是主轴，终环是刀架。刀架在丝杠传动下只能实现纵向进给运动，用于切削各种螺纹；刀架在光杆传动下实现纵向或横向进给运动，用于切削

8、除螺纹以外的工件。（二） 丝杠传动刀架的进给运动传动链（以切削公制螺纹为例）预先设置：齿式离合器M3、M4脱开，M5啮合。1 主轴轴轴滑移齿轮与主轴齿轮（58）啮合时，能实现正常螺纹切削；当滑移齿轮与轴上齿轮（26）啮合时，能实现扩大螺距切削，要特别注意：此时的进给链要经过一部分主传动链的环节，例如当M2啮合时，主轴轴轴轴轴轴2轴轴上滑移齿轮可用来选择切削左旋或右旋螺纹。现场演示以上两个滑移齿轮同时由一个操作手柄控制的情形。3挂轮箱介绍挂轮箱内传动齿轮的两个特点：按切削需要拆换齿轮，并中心距可调。4进给箱轴 轴轴 基本组基本组是一个重要的调速机构，它由8个固定齿轮、4个滑移齿轮组成，同时由一个

9、圆手柄控制。5轴 轴 从轴 齿轮（25）传动至轴 滑移齿轮（25）要经过一个空套齿轮（36），它起一个“桥梁”作用。轴 上的两个滑移齿轮组成增倍调速机构。6轴 轴 轴 滑移齿轮（28）属于M5,由于M5啮合，于是使丝杠旋转，若压下开合螺母手柄，可实现带动刀架作纵向进给运动切削公制螺纹。（三） 光杠传动刀架的进给运动传动链预先设置：M3、M4、M5均为脱开。1 主轴M5从主轴传动至轴 M5之间传动路线与上述相同。2溜板箱轴 轴 轴 由于M5脱开，滑移齿轮（28）与轴 上齿轮（56）啮合，然后再通过轴 齿轮（32）轴 齿轮（56）及M8使蜗轮副旋转。 重点介绍M8复合型离合器（安全离合器超越离合器

10、）的结构与功能。3M6或M7刀架 当蜗轮副旋转时，可带动齿端式离合器M6和M7的四个空套齿轮转动，如果操作手柄使M6啮合，则可通过轴 实现刀架纵向进给运动；如果操作手柄使M7啮合，则可通过轴 实现刀架横向进给运动。 通过现场演示，重点介绍M6和M7的结构与功能；介绍互锁机构的结构与功能。四、思考题1、 CA6140车床的皮带轮为何要采用卸荷结构，卸荷原理是什么？2、 摩擦片离合器的工作原理是什么？3、 CA6140车床的成形运动是什么？机床有几条传动链？传动性质是什么？4、 进给传动链在工作时，能否同时启动遛板快速移动电机？为什么？5、 车床为什么要设丝扛和光扛？不设光扛可行吗？实验项目（二）

11、Y3150E滚齿机调整实验一、实验目的1 分析滚齿机的运动及传动系统；2 熟悉滚齿机的结构和性能；3 通过加工直齿或斜点圆柱齿轮，熟悉滚齿机的换置计算和调整方法。二、实验内容1 实验前的准备工作：1) 认真阅读本指导书，明确实验目的及内容；2) 根据传动系统图画出传动原理图；3) 根据传动系统图列出加工各种工件时的平衡方程式，求出调整公式；4) 根据所给的数据进行必要的调整计算。2 实验工作1) 对照机床的传动系统图，在机床上找出各传动链的传动路线，各组挂轮（交换齿轮）的位置。熟悉机床结构。2) 按步骤安装工件并找正（如果齿坯以内圆定心例外）。3) 安装刀具并调整刀架角度。4) 调整切削深度，

12、开动机床，切削完毕，测量工件，确定质量是否合格并进行分析。5) 拆卸挂轮，擦净机床。三、Y3150E滚齿机的主要技术规格及用途本机床主要用于切削直齿、斜齿圆柱齿轮以及用径向进给切削蜗轮；此外还可以用包络法加工花键轴、多面体、链轮等工件。进行上述各种工件的加工时要分别采用适当截面形状的滚刀。主要技术指标加工齿轮最大模数 工件为钢件（6mm） 工件为铸件（8mm）加工齿轮最大直径 500mm刀具最大直径 160mm刀架最大回转角度 240刀具主轴转速共九级： 高速钢滚刀的切削规范 表3 加工材料切削速度 米/分粗切精切铸 铁16202025钢（极限强度 60kg/mm2以下）25283035钢（极

13、限强度 60kg/mm2以上）20252530青铜及一些有色金属2550塑 料2550主电动机功率 4千瓦快速电动机功率 1.1千瓦交换挂轮的齿轮齿数（分齿挂轮及差动挂轮公用）20（两件） 23 24 25 26 30 33 34 35 36（两件） 37 40 41 43 45 4647 48 50 52 53 55 57 58 59 60（两件） 61 62 65 67 70 71 73 7579 80 83 85 89 90 92 95 97 98 100共46种（49件）模数m2机床的传动系统图：四、机床的调整计算（公式由学生求出，这里只作必要的说明）1加工直齿圆柱齿轮（1）主运动：根

14、据刀具外径、刀具材料、合理的切削速度V，求得所需刀具转速。 n（滚刀）（转/分）其中：D为滚刀直径（毫米） n：主轴转速（转/分） V：切削速度（米/分）按滚刀主轴转速挂轮表选取A/B挂轮。（2）分度运动：传动链联系滚刀和工件，差动机构（合成机构）为不用差动机构时的情况（用M1接合爪）调整计算公式为： Ux式中e、f挂轮是一对“结构性挂轮”,根据被加工齿轮的齿数来选取:=时 用于21Zz142=时 用于5Zz20=时 用于143Zz（3）刀架垂直进给运动:根据加工粗糙度要求选取进给量S值,然后由垂直进给量挂轮表选取a1/b1挂轮.(参看表2、表3)2加工斜齿圆柱齿轮：（1）主运动（同上）（2）

15、分齿运动：运动关系同上，但此时差动机构的结构为用差动机构时的情况（用M2接合爪）（3）刀架的垂直进给运动（同上）（4）差动运动 Uy9式中：工件螺旋斜角 mn工件法向模数 k滚刀头数注：由调整公式计算出的数值通过“挂轮选用表”或挂轮对数表查出具体齿数五、刀具、工件的安装根据工件、刀具的螺旋角方向和度数调整刀架的安装角度，使滚刀螺旋线与工件齿向平行。（1）加工圆柱直齿时刀架偏转角度（2）加工圆柱斜齿时刀架偏转角度及挂轮分配情况工件坯应牢固地装夹在工作台上，不用心轴定位时需用千分表调正齿坯外圆，使工件与工作台同心。六、调整切削深度根据工作时的模数、材料强度，以及所要求加工精度来确定走刀次数和切削深

16、度。用滚刀切削不超过7级精度的圆柱齿轮时，对模数mn2毫米的齿轮用一次走刀切出；对模数mn2毫米以上时用二次或三次以上走刀。七、思考题1加工斜齿圆柱齿轮，在调整机床时，是根据工件的端面模数选刀，还是根据工件的法向模数选刀？为什么？2在Y3150E型滚齿机上决定加工的精度的是哪个传动链？而这传动链中又以哪些传动件为关键件？实验三、加工误差综合分析一、实验目的实际生产中影响加工精度是多因素的、是错综复杂的，生产中常采用统计分析法。本实验通过对一批工件进行检查测量，将所测得的数据进行处理与分析，找出误差分布与变化的规律，从而找出解决问题的途径。 二、实验设备测量仪器: 电感比较议若干台； 试 件：5

17、0件三、实验原理及方法 分布曲线法：测量一批零件的实际尺寸，根据测得的尺寸数据绘制出的一条尺寸分布曲线，从而判断加工误差的大小及产生的规律。 点图法：按加工顺序、逐个测量工件的尺寸，并记录在以工件顺序号为横坐标，工件尺寸为纵坐标的图中，从而判断加工误差产生的规律和性质。 四、实验步骤 实验分布曲线（直方图）的绘制1、 测量样本零件的尺寸，并作记录；2、 按工件尺寸的大小，在一定的尺寸间隔范围内分组（确定组数k、计算组距h；记录各组零件的频数）；并计算各组的上下界： 第一组的下界为：（） 其中：为样本零件的最小尺寸） 第一组的上界为： （） 第二组的下界为：（） 第二组的上界为：（）+h 第三组

18、的下界为：（）+h 第三组的上界为：（）+2h 依此类推。3、计算样本零件的平均尺寸： 计算公式：式中：n样本零件的个数 4、计算零件尺寸的公差带分布中心尺寸和公差T 比如：某零件的尺寸要求为 ，则5、绘制实验分布曲线（直方图） 以工件尺寸为横坐标、频数为纵坐标，建立坐标系；并绘制直方图； 频数：同一尺寸间隔内的零件个数 比如： 点图的绘制1、 个值点图的绘制 根据样本零件顺序号，依次描点，绘制个值点图。2、 均值-极差R点图的绘制极差 R 一组工件中的最大尺寸与最小尺寸的差值。采用顺序小样本（46） ，由小样本均值点图和极差点图组成，横坐标为小样本组序号。具体作法如下： 定期测小样本尺寸；

19、计算均值 和极差 R： R =xmax- xmin 中心线和控制线的求法：系数A、D按组内工件数m 由下表查出：每组个数(m)AD40.752.2850.582.11 图作法 图: 纵坐标 ， 横坐标组次 R图: 纵坐标 R ， 横坐标组次3、 实验结果分析与讨论分析实验分布曲线 工件尺寸的分散范围是多少？ 有无过小或过大废品？ 存在常值系统误差否？其大小是多少？ 该样本零件的尺寸符合何种曲线分布规律？ 分析个值点图和图本工序属几级工艺能力? 从图看，本工序的工艺过程是否稳定? 如不稳定,试分析其原因。附：生产过程是否稳定的判断依据：生产过程稳定的标志： 没有点子超出控制线； 大部分点在中线附

20、近波动，小部分点在控制线附近； 点子无明显规律性生产过程不稳定的标志： 点子超出控制线或密集在控制线附近； 连续点以上出现在中线一侧； 明显规律性，如上升或下降倾向； 点子有周期性波动4、 完成实验报告五、思考题1、 样本零件的大小对加工误差分析有何影响？2、 实验分布曲线（直方图）能否完全替代正态分布曲线，进行误差分析？3、 均方根误差的大小能反映工序精度的高低吗？为什么？4、 分布曲线法与点图法在分析加工误差方面有何不同？实验四、组合夹具设计性实验一、实验目的随着科学技术的不断发展，机械制造工业的自动化程度越来越高，生产成本越来越低，尤其组合夹具的使用，在机械制造工业中取得了十分显著的经济

21、效果。因此，了解组合夹具的使用，对于机械制造专业的学生尤为重要。通过对组合夹具的组装实验，可以了解到组合夹具的使用范围，类型，初步掌握组合夹具的使用原则，设计原理、以及简单的装配技术。实验中，学生必须综合运用机床夹具、金属切削机床、金属切削原理、机械加工工艺规程设计和装备设计方面的知识，才能完成本实验。工艺规程的设计、组合夹具元器件的选择，组合夹具装配方案的确定以及自己动手组装组合夹具，这些都具有设计性。加强学生综合运用各种专业知识的能力、开拓学生的创造性思维、提高学生的动手能力是开设本实验的根本初衷。二、实验设备1、 十套典型零件的组合夹具组件，其中包括钻削类和铣（或刨）削类组合夹具，以及每

22、个零件加工某道工序所用的基础件、定位元件、夹紧元件、以及钻套、钻模、对刀块等辅助元件。2、 装配所用工具若干套。三、实验内容和要求1. 实验分组打散班机建制，每20人为一个大组（每班约分1.5个大组），每个大组由10个小小组组成。每两人组成一个小小组，合作完成组装两套组合夹具。组合夹具组装实验用典型零件：(参见附图，单击图面可以放大阅读零件图)图号zhjj01：拨叉（钻铰孔） 图号zhjj02：叉子（钻铰孔）图号zhjj03：活塞（钻孔） 图号zhjj04：底座（钻斜孔） 图号zhjj05：楔块（钻斜孔） 图号zhjj06：支座（刨面和槽）图号zhjj07：支架（铣斜槽） 图号zhjj08：鼓

23、轮（铣斜面）图号zhjj09：滑块（铣双斜面） 图号zhjj10：托脚（铣开口槽）2实验工作任务：每个实验小组中的每两个学生必须任选二个零件，根据零件图的加工要求，合作完成组装两套组合夹具，具体实验工作任务如下：确定这两个零件各加工表面的加工方法，分析零件加工工艺过程，并设计选定零件的机械加工工艺规程；分析指定工序加工表面的机械加工定位原理、并选择合理的定位元件；分析该加工表面的夹紧原理（夹紧力的方向、夹紧力的作用点和夹紧力的大小），确定夹紧方案，并选择合适的夹紧机构；如需要设置钻、镗刀具的导向装置时，选择合适的钻模或对刀装置；根据定位和夹紧方案，画出该零件的工序简图。根据工序图的定位和夹紧方

24、案，组装完成合理、完整的组合夹具装置。根据组装完成的组合夹具，现场绘制夹具的装配示意图，以作为设计性实验的成果。 学生做完实验后，必须根据上述实验过程，详细写出详细的实验报告。3实验报告要求实验报告，包含如下内容：1 画出零件图，并对该零件进行工艺分析，确定各表面的机械加工方法、定位原理并拟定工件的加工工艺路线；2 分析指定加工表面的定位原理和夹紧原理，并画出工序图；3 根据工序图的定位和夹紧方案，选择适当的组合夹具元件进行组装，并将组装好的组合夹具用装配示意图形式绘制在实验报告中；4 做完综合设计性实验后的收获、体会与感想。4.注意事项 实验前认真阅读教材和实验指导书，了解工件定位、夹紧的概

25、念，初步了解组合夹具的各种元件及用途。通过组合夹具的组装实验，初步了解机床与组合夹具之间的相互联系，初步掌握组合夹具的设计思路及设计方法。实验时严格执行实验室的规章制度，严格按操作规程操作。实验过程中严禁戏耍打闹，确保实验安全顺利完成。学生在指导教师的指导下完成整个实验，指导教师只给学生答疑，但不提供具体的实验方案。四、实验步骤1. 学生应提前三天领取实验报告纸，并在武汉理工大学网站中的机电学院网上，点击“实验中心” ，下载有关综合设计性实验的实验指导书，并加以认真阅读。要求学生提前预学习，以熟悉实验要求和过程(要求写出预习报告)。2. 了解组合夹具各个元件的功能和作用；3. 每个学生任意选择

26、铣、刨类零件和钻削类零件各一个，对零件进行工艺分析；4. 选择组合夹具元器件，组装成合理完整的组合夹具。 5. 现场绘制组装好的组合夹具装配示意图。 6. 认真、详细地撰写实验报告。五、设计性实验教学的考核办法指导教师在指导过程中，注意考察学生的动手能力和刻苦钻研的工作态度，作为学生评定实验成绩的重要依据之一。指导教师根据学生在实验操作中的工作表现和实验报告质量，给出学生的实验成绩（实行优、良、中、及格和不及格五级分制）。实验成绩将计入机械制造技术基础课程综合考试成绩中（平时成绩占30，其中实验成绩占10）、（从机自04级开始执行）。六、组合夹具基本概念 （一）概述夹具，尤其是机床夹具，在机械

27、制造中应用很广。由机床夹具和机床、刀具、工件组成的加工工艺系统，能够根据工艺要求，迅速实现工件的定位和夹紧，并在加工过程中保持它们之间的正确相对位置。使用夹具，可提高劳动生产率和加工精度。夹具是重要的机械制造工艺装备，其主要作用包括：1） 提高加工精度和保证产品质量。2） 提高劳动生产率和降低加工成本。3） 扩大机床的工艺范围。4） 减轻工人的劳动强度。现代的组合夹具是伴随着大批大量生产的发展而出现的，早期的夹具为专用夹具。随着近代工业的不断发展，产品不断的更新换代，零件的结构和尺寸参数亦发生变化，原有的专用夹具就要报废，必须设计新的专用夹具，显然，在经济上和生产周期上是非常不合理的。为解决这

28、个问题，从本世纪四十年代开始，科技人员就着手研制能够适合单件小批量和成批生产的可多次重复使用的夹具，即组合夹具。组合夹具的使用范围：组合夹具的使用范围十分广泛。从不同生产类型讲，由于组合夹具灵活多变和便于使用，它最适合于品种多、产品变化快、新产品试制和小批量的轮番生产。对成批生产的工厂，也可利用组合夹具代替临时短缺的专用夹具，以满足生产要求。大批生产的工厂也可在工具车间、机修车间和试制车间使用组合夹具。近年来，随着组合夹具组装技术的提高，不少工厂也在成批生产中使用组合夹具，效果也较好。（二）组合夹具元件我国目前生产和使用的组合夹具，多为槽系组合夹具，其元件间以键和键槽定位。用孔和圆销定位的组合夹具称作孔系组合夹具，也已在生产中使用。1 元件的编号 组合夹具根据其承载能力的大小分为三种系列： 16mm槽系列，俗称大型组合夹具； 12mm槽系列，俗称中型组合夹具； 8mm、6mm槽系列，俗称小型组合夹具。其划分的依据主要是连接螺栓的直径、定位键槽尺寸及支承件界面尺寸。 组合夹具的分类编号原则和标记方法，按照原机械工业部标准(JB281479)规定如下：1） 编号方法元件分类编号以分数形势表示。1. 分子表示元件的型、类、组、品种，称之为“分类编号”。元件分大、中、小三个类型，用汉语拼音大、中、小三字的字头表示：D-大（Da）型组合夹具