机械制造工艺学试验教学大纲.docx

1、机械制造工艺学试验教学大纲机械制造工艺学实验指导书班级： 姓名： 学号： 南京农业大学工学院机械工程系机械制造教研室2006年10月实验一 车床静刚度测量2 一、实验目的2 二、实验原理及方法2 三、实验仪器及材料3四、实验步骤3五、分析整理实验数据，写出实验报告4六、 思考题 5实验二 加工误差统计分析6 一、实验目的6 二、实验原理及方法6 三、实验仪器及材料6四、实验步骤7五、分析整理实验数据8六、 做出质量分布图 9七、质量分布图的观察与分析9八、思考题9实验三 镗杆自激振动与消振实验10 一、实验目的10 二、实验原理及方法10 三、实验仪器及材料12四、实验步骤 12五、分析整理实

2、验数据，写出实验报告13 六、 思考题 13实验一 车床静刚度测量一、实验目的1、了解机床静刚度对加工精度的影响；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

3、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。图1-1 刚度测定加载装置1234561、前顶尖；2、接长套筒；3、测力环4、弓行

4、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，角选为30。 根据公式：Fx=FSina Fy=FCosasin Fz=Fcoscos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。

5、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刀架尾座加卸加

6、卸加卸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。二、实验原理及方法 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

7、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

8、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、20钢料，45号冷拔钢。4、用于冷却的切削液。四、实验步骤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

9、尺寸序号测量尺寸序号测量尺寸序号测量尺寸126517622752773285378429547953055806315681732578283358839345984103560851136618612376287133863881439648915406590164166911742679218436893194469942045709521467196224772972348739824497499255075100五、分析整理实验数据表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ufufu212345678910合计100说明：（1）分组数J

10、：当工件N = 100件时，J = 610；（2）尺寸间隔宽度（组距）X = （XmaxXmin）/ J式中：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fu：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fu。c.求出fu2：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fu2。d.计算平均尺寸值X和均方根差X = X0

11、 + J = J式中：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一、实验目的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。二、实验原理及方法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

12、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ACB，切深较小；切出时BDA，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（BDA）移动时，比刀尖沿切削力F相反方向（ACB）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

13、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K1K2）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，切削力F方向与Y轴夹角为（=tg-1Fx/Fy），经计算，可求出振动的边界条件，即0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）。Xcbade撞击块Mabcdet

14、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Vmax0，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de）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

15、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 电测原理方框图三、实验仪器及材料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。四、实验步骤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

16、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： ）转速：n = 125转/分；）刀具角度：前角=40，后角=15。工件材料：45号钢，孔径50。实验时削边镗杆可置于=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，即改变角。使角从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。X2X2X1X1PY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