新機械制造技術(shù)基礎(chǔ)綜合實驗指導書圖文精

1、實驗一切削加工質(zhì)量的綜合實驗一、實驗?zāi)康?、通過綜合實驗加深理解機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的相關(guān)理論知識,引導學生自主學習,以提高學生分析問題和解決問題的能力。2、以保證切削加工質(zhì)量為目標,展開對機床、刀具、夾具和工件所組成的工藝系統(tǒng)各因素的認識和分析,進行一系列的設(shè)計、試驗和測量,從實驗過程和實驗結(jié)果中對影響加工質(zhì)量的因素進行綜合分析。3、通過以學生動手為主的綜合實驗,使課程實驗成為提高學生綜合素質(zhì)、工程設(shè)計能力,工程實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。二、實驗要求學生在掌握所學課程的基本知識和理論、熟悉機械加工方法和工藝知識的基礎(chǔ)上,根據(jù)某一零件圖加工質(zhì)量的要求自擬加工工藝并設(shè)計實驗方案,選擇合理的加

2、工方法、刀具和加工工藝參數(shù)等。對試件進行切削加工,控制加工精度和表面粗糙度,分析影響零件加工質(zhì)量的各種因素,以及尋找控制零件加工質(zhì)量的基本措施和方法。三、實驗儀器及設(shè)備CA6140型車床、三向通用測力儀、應(yīng)變放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機、表面粗糙度儀、車刀量角臺、各種工件材料毛坯、不同角度和材料的車刀、游標卡尺、直尺、千分尺等。四、實驗內(nèi)容圖1為綜合實驗總體結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可以看出影響加工質(zhì)量的各種因素,包括機床、工件、刀具和切削條件等幾個方面。怎樣進行實驗設(shè)計,如何選用不同的加工方法和工藝參數(shù)進行獨立自主的實驗以完成零件圖上加工質(zhì)量的要求是本實驗的主要內(nèi)容。圖1 制造技術(shù)綜合實驗總體結(jié)構(gòu)圖在實

3、驗過程中必須掌握基本的實驗手段:1、掌握使用車刀量角臺測量車刀幾何角度的基本方法,加深對車刀各幾何角度、各參考平面及其相互關(guān)系的理解,繪出所選用車刀的標注角度圖。2、了解測力儀工作原理及測力系統(tǒng)的工作過程,自選切削參數(shù)和實驗設(shè)計,實測切削力,了解并掌握切削參數(shù)(f、a p、r、0、V C對切削力的影響規(guī)律,并能夠通過實驗建立切削力的經(jīng)驗公式;4、使用通用量具和表面粗糙度儀檢測所加工的試件,綜合分析影響零件切削加工質(zhì)量的因素。五、 實驗基本步驟1、 在實驗前必須認真閱讀實驗指導書,理解綜合實驗的目的、要求、內(nèi)容,熟悉實驗使用的儀器、設(shè)備;了解實驗機床結(jié)構(gòu)、調(diào)整方法和操作過程;掌握儀器的測量原理、

4、測試方法和實驗數(shù)據(jù)處理方法等。實驗前自擬實驗設(shè)計方案、工藝路線和加工方法,經(jīng)指導教師審核實驗方案和相關(guān)表格,認可后方可在機床上進行實驗操作。2、 設(shè)計或選擇所要加工的零件,繪制零件圖(可參考附錄三所提供的綜合實驗典型零件,熟悉零件加工技術(shù)要求。3、 根據(jù)零件圖的加工要求設(shè)計加工方法,制定加工工藝,擬出實驗方案、內(nèi)容和步驟,準備實驗。4、 根據(jù)實驗方案,要求合理選擇刀庫中的刀具,并對刀具角度進行測量(刀具角度如何測量詳見附錄一,畫出刀具標注角度圖。5、 調(diào)試機床,安裝刀具,裝夾試件,然后按圖紙要求對試件進行切削試驗。6、 進行切削力測量實驗方案設(shè)計并進行操作,建立車削力的經(jīng)驗公式。(切削力測量原

5、理與方法詳見附錄二。7、 測量試件加工后的尺寸精度,找出加工工藝系統(tǒng)中各種對試件尺寸、形狀精度產(chǎn)生影響的因素。8、 測量試件加工后表面粗糙度,分析表面粗糙度與切削用量和刀具幾何參數(shù)的關(guān)系。9、 整理和總結(jié)實驗數(shù)據(jù),提交實驗報告。在實驗報告中主要寫出有關(guān)實驗的原理、內(nèi)容和步驟,儀器的使用、調(diào)試方法,實驗數(shù)據(jù)分析處理的過程和結(jié)果,總結(jié)分析影響加工質(zhì)量的各種因素,提出合理的改進措施等等。六、 實驗數(shù)據(jù)的處理與實驗報告實驗結(jié)束后,按照實驗指導書要求應(yīng)及時將實驗數(shù)據(jù)進行處理,完成實驗報告,上交實驗指導教師,以便進行考核和評分。每次實驗,應(yīng)由實驗室的指導教師在實驗報告上簽字?！舅伎碱}】:1、 切削速度V

6、C 、進給量f 和刀具前角對切屑形態(tài)有什么影響?描繪實驗中的切 屑形態(tài)。2、 切削試件時,如何調(diào)整機床的主軸轉(zhuǎn)速?手動和機動進給時試件的表面粗糙 度有什么變化?3、 切槽刀、車孔刀的剛度較差,如何減小其對加工誤差的影響?4、 加工錐面時,機床如何調(diào)整?5、 加工偏心時,如何計算墊片厚度?6、 檢測試件的形狀誤差,分析產(chǎn)生的原因?7、 用試切法調(diào)整切削深度a p 時應(yīng)注意什么?8、 刀具的前角0和主偏角r 對切削力大小有怎樣的影響?9、 切削用量和刀具的幾何角度與工件的表面粗糙度有什么樣的關(guān)系?10、在干切削實驗中,保證刀頭強度的條件下如何減小切削力和切削熱?11、在車床上如何加工出下圖所示零件

7、中715H 的孔?12、除單因素實驗之外,你還了解哪些更快捷、更準確的實驗方法?優(yōu)化設(shè)計有哪些方法?實驗二組合夾具拆裝實驗一、實驗?zāi)康呐c要求組合夾具是在夾具設(shè)計高度標準化、通用化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種夾具。它由一套預先制造好的,具有各種形狀、規(guī)格和系列尺寸的標準元件和組件所組成。通過組合夾具拆裝實驗,可使學生加深對夾具的組成、定位夾緊等基本概念和應(yīng)用方法的理解。要求學生根據(jù)給定的零件自行設(shè)計夾具拆裝方案,或利用給定的組合夾具元件改進組裝方案,夾具的定位、夾緊方案正確,結(jié)構(gòu)合理,滿足加工要求。二、實驗儀器及設(shè)備組合夾具元件庫、拆裝、調(diào)整工具以及樣件等。三、實驗內(nèi)容1、掌握組合夾具的組成、

8、結(jié)構(gòu)及各部分的作用;2、理解組合夾具各部分連接方法,掌握組合夾具的裝配過程;3、了解夾具與機床連接、定位方法以及加工前的對刀方法;4、完成工件加工過程中某一道工序的組合夾具拆裝或改進。四、實驗基本步驟1、熟悉組合夾具的總體結(jié)構(gòu),找出夾具中的定位元件、夾緊元件、對刀元件、夾具體及導向元件,熟悉各元件之間的連接及定位關(guān)系。2、使用工具,按順序?qū)熏F(xiàn)有的夾具各連接元件拆開,注意各元件之間的連接狀況,注意拆裝順序和各元件的歸類擺放。3、根據(jù)工件的加工要求選取某一道工序進行工裝夾具設(shè)計,擬定工件在夾具中的定位和夾緊方案。4、選取需要的元件,利用工具按正確的順序裝配各元件,并調(diào)整好各工作表面之間的位置。5

9、、將工件安裝到夾具中,使工件在夾具中具有正確的定位、夾緊可靠。6、將夾具安裝到機床的工作臺上,調(diào)整好刀具和工件的相對位置,注意夾具在機床上的定位,調(diào)整好夾具相對機床的位置,將夾具夾緊。五、實驗報告及要求分析組合夾具的組成和適用范圍。畫出你所選擇樣件的那一道工序的加工工序圖,給出定位、夾緊方案。寫出你的設(shè)計思想和具體的實驗步驟,總結(jié)實驗心得和體會。【思考題】:1、組合夾具的基礎(chǔ)件有幾種?結(jié)構(gòu)特點如何?有什么作用?2、組合夾具的支承件有幾種?結(jié)構(gòu)特點如何?有什么作用?3、組合夾具的定位件有幾種?結(jié)構(gòu)特點如何?有什么作用?4、組合夾具的導向件有幾種?結(jié)構(gòu)特點如何?有什么作用?5、組合夾具的壓緊件和緊

10、固件有幾種?如何使用?6、組合夾具的合件和其他部件有什么用途?7、組合夾具可多次組裝,每一次組裝后是專用夾具嗎?8、某零件某道工序可設(shè)計專用夾具,試比較組合夾具與專用夾具的優(yōu)缺點?9、組合夾具的鍵定位和螺栓緊固聯(lián)接與整體結(jié)構(gòu)的夾具體比較有什么優(yōu)缺點?10、組合夾具能滿足任何加工要求嗎?試舉例?11、通用夾具、成組夾具、可調(diào)夾具、組合夾具各適合什么場合?12、你所拆裝的那道工序組合夾具設(shè)計是否合理?你如認為需要改進,應(yīng)怎樣改進更為合理?附錄一:車刀幾何角度測量方法一、回轉(zhuǎn)工作臺式量角臺的構(gòu)造圖1-1為回轉(zhuǎn)工作臺式量角臺組成原理。底盤1為圓盤形,在零度線左右方向各有1000角度,用于測量車刀的主偏

11、角和副偏角,通過底盤指針2讀出角度值;工作臺3可繞底盤中心在零刻線左右1000范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動;定位塊4可在平臺上平行滑動,作為車刀的基準;測量1-底盤、2-工作臺指針、3-工作臺、4-定位塊、5-測量片、6-大扇形刻度盤、7-立柱、8-大螺帽、9-旋鈕、10-小扇形刻度盤圖1-1 量角臺的構(gòu)造圖1-2 測量片片5,如圖1-2所示,有主平面(大平面、底平面、側(cè)平面三個成正交的平面組成,在測量過程中,根據(jù)不同的情況可分別用以代表剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盤6上有正負450的刻度,用于測量前角、后角、刃傾角,通過測量片5的指針指出角度值;立柱7上制有螺紋,旋轉(zhuǎn)升降螺母8可調(diào)整測量片相對車刀的位置

12、。二、測量內(nèi)容利用車刀量角臺分別測量外圓車刀的幾何角度:r、r'、s、o、o、o '等基本角度。記錄測得的數(shù)據(jù),并計算出刀尖角和楔角。三、測量方法1、根據(jù)車刀參考平面及幾何參數(shù)的定義,首先確定參考輔助平面的位置,在按照幾何角度的定義測出幾何角度。2、通過測量片的測量面與車刀刀刃、刀面的貼合(重合使指針指出所測的各幾何角度。四、測量步驟1、測量前的調(diào)整:調(diào)整量角臺使平臺、大扇形刻度盤和小扇形刻度盤指針全部指零,使定位塊側(cè)面與測量片的大平面垂直,這樣就可以認為測量片:1主平面垂直于平臺平面,且垂直于平臺對稱線。2底平面平行于平臺平面。3側(cè)平面垂直于平臺平面,且平行于平面對稱線。2、

13、測量前的準備:將車刀側(cè)面緊靠在定位塊的側(cè)面上,使車刀能和定位塊一起在平臺平面上平行移動,并且可使車刀在定位塊的側(cè)面上滑動,這樣就形成了一個平面坐標,可以使車刀置于一個比較理想的位置。3、測量車刀的主(副偏角1定義:主(副刀刃在基面的投影與走刀方向夾角。2確定走刀方向:由于規(guī)定走刀方向與刀具軸線垂直,在量角臺上即垂直于零度線,故可以把主平面上平行于平臺平面的直線作為走刀方向,其與主(副刀刃在基面的投影有一夾角,即為主(副偏角。3測量方法:順(逆時針旋轉(zhuǎn)平臺,使主刀刃與主平面貼合。如圖1-3所示,即主(副刀刃在基面的投影與走刀方向重合,平臺在底盤上所旋轉(zhuǎn)的角度,即底盤指針在底盤刻度盤上所指的刻度值

14、為主(副偏角r(r'的角度值。4、測量車刀刃傾角(s1定義:主刀刃和基面的夾角。2確定主切削平面:主切削平面是過主刀刃與主加工表面相切的平面,在測量車刀的主偏角時,主刀刃與主平面重合,就使主平面可以近似地看作主切削平面(只有當s =0時,與主加工表面相切的平面才包含主刀刃,當測量片指針指零時底平面可作為基面。這樣就形成了在主切削平面內(nèi),基面與主刀刃的夾角,即刃傾角。3測量方法:旋轉(zhuǎn)測量片,即旋轉(zhuǎn)底平面(基面使其與主刀刃重合。如圖1-4所示,測量片指針所指刻度值為刃傾角。5、測量車刀主剖面內(nèi)的前角o和后角o1定義:主前角是指在主剖面內(nèi),前刀面與基面的夾角。主后角是指在主剖面內(nèi)后刀面與主切

15、削平面的夾角。2確定主剖面:主剖面是過主刀刃一點,垂直于主刀刃在基面的投影。3在測量主偏角時,主刀刃在基面的投影與主平面重合(平行,如果使主刀刃在基面的投影相對于主平面旋轉(zhuǎn)900,則主刀刃在基面的投影與主平面垂直,即可把主平面看作主剖面。當測量片指針指零時,底平面作為基面,側(cè)平面作為圖1-3 測量車刀的主偏角圖 1-4 測量車刀刃傾角主切削平面,這樣就形成了在主剖面內(nèi),基面與前刀面的夾角,即前角(o;主切削平面與后刀面的夾角,即后角(o。4測量方法:使底平面旋轉(zhuǎn)與前刀面重合。如圖1-5所示,測量片指針所指刻度值為前角;使側(cè)平面(即主切削平面旋轉(zhuǎn)與后刀面重合。如圖1-6所示,測量片指針所指刻度值

16、為后角。6、副后角的測量與主后角的測量方法相近,所不同的是須把主平面作為副剖面。圖1-5 測量車刀前角圖1-6 測量車刀后角表1-1 主剖面參考系的基本角度附錄二:車削力的測量原理及其經(jīng)驗公式的建立方法車削力是切削過程中產(chǎn)生的重要物理現(xiàn)象之一,切削力的大小與工件材料和切削因素有關(guān)。切削力直接影響切削熱的產(chǎn)生,并進一步影響工藝系統(tǒng)的變形、刀具磨損、刀具使用壽命、加工精度和已加工表面質(zhì)量,它又是計算功率消耗,制定切削用量,設(shè)計機床、刀具、夾具的重要參數(shù)。因此精確地測量切削力對于選擇理想的切削參數(shù)及合理的切削力是很重要的,本實驗使用的測力儀是電阻應(yīng)變式的測力儀。一、儀器的工作原理1、電阻應(yīng)變片及其工

17、作原理如圖2-1所示:電阻應(yīng)變片由基底1、敏感元件2和引線3組成。敏感元件為高阻金屬絲,電阻值為:R=pL/AR/R=K L/L=K。 K為靈敏系數(shù)電阻變化率可近似看作與應(yīng)變成正比。當電阻應(yīng)變片貼在彈性體上時,則電阻值隨彈性體應(yīng)變而發(fā)生變化。圖2-1 電阻應(yīng)變片2、電橋測量電路電橋電路就是把電阻應(yīng)變片上電阻值的微小變化轉(zhuǎn)換成電壓信號的變化,如圖2-2所示。通過適當?shù)恼迟N,使電阻應(yīng)變片貼在測力儀彈性元件的適當位置,并將其串聯(lián)成電橋。切削時當彈性元件受力變形,于是緊貼在其上的電阻發(fā)生變化。應(yīng)變片R1及R3受拉發(fā)生變形,而R2及R4同時也受壓發(fā)生變形,于是電橋失去平衡而產(chǎn)生輸出電壓(或電流。(a(b

18、圖2-2 電橋測量基本電路設(shè)變形前R1、R2、R3和R4組成的電橋電路平衡,即R1/R3=R2/R4,u輸出為零,既u1=u2。當電阻變化時,u1、u2分別增加和減少,所以變形后輸出電壓為:u=u1-u2若使R1=R2=R3=R4=R(一般力傳感器的測量電橋的電阻應(yīng)變片值為120Q,且R1R2-R3-R4,則可以推出 U=E K根據(jù)虎克定律,彈性體中:F=K,=F/K u=EK=EKF/K所以電壓輸出信號近似與彈性體受力成正比。實際測量時,為了提高測量精度,常將貼在不同位置的相同阻值的應(yīng)變片,串并接于電橋電路中,組成復雜的橋路。但由于電阻應(yīng)變片的電阻值變化很小,輸出的電信號也很小,所以一般還需

19、經(jīng)過放大器進行放大,然后才能更好的進行數(shù)據(jù)的采集和處理。3、測力系統(tǒng)及其工作原理測量切削力的測力儀種類很多,有機械式的、油壓式和電測力儀,但其工作原理都是一樣的。目前使用較多的是電測力儀,它的測量精度和靈敏度較高。電測力儀又有電阻應(yīng)變式、電感式、電容式和電壓式等。這里我們采用的是電阻應(yīng)變式通用型三向測力儀(SDC-C4M,它可以同時測量Fx,Fy和Fz三個方向上力的大小。如圖2-3,為用通用型三向測力的測力系統(tǒng)工作原理圖。圖2-3測力系統(tǒng)工作原理圖車削加工過程中,隨著測力儀中電阻應(yīng)變片的變化,電橋電路將輸出相應(yīng)的電信號,由于電信號很小必須通過應(yīng)變放大器(XY-FS21進行放大處理,安裝在計算機

20、上的數(shù)據(jù)采集卡將采集到的放大信息輸入到計算機中,通過計算機軟件的數(shù)據(jù)處理,將原來的電信號還原成力信號,最終的顯示結(jié)果就是切削力的大小,以上內(nèi)容就是切削力測力系統(tǒng)的工作過程。二、內(nèi)容與方法切削力實驗的設(shè)計方法很多,最簡單、常用的一種方法就是單因素法,即固定其他因素不變,只改變一個因素,測出Fx,Fy和Fz后,然后處理數(shù)據(jù),建立切削力經(jīng)驗公式。若加工同一種材料的零件,固定切削速度和刀具幾何參數(shù),可分別改變進給量和切削深度來進行切削力的測量。通過實驗數(shù)據(jù)的記錄,便可進行數(shù)據(jù)處理和建立切削力的經(jīng)驗公式。三、實驗數(shù)據(jù)的處理與經(jīng)驗公式的建立切削a p 和進給量f 為變量的冪函數(shù),以主切削力Fz 為例,其形

21、式為:fzfzy x PFZ Z fa C F =首先建立切削力與每一單獨變化因素間的關(guān)系式(如Fz -ap 與Fz -f ,分別求出各指數(shù)和系數(shù),然后經(jīng)過綜合,求出總的系數(shù)。 1、圖解法在單因素實驗構(gòu)思下,固定其他因素不便,只改變一個因素,分別表達切深ap 、進給量f 與切削力Fz 關(guān)系的單項切削力的指數(shù)公式:fzx Pap Z a C F =;fzy f Z fC F =將等號兩邊取對數(shù),則有fy C Fz a x C Fz FZ f p FZ ap lg lg lg lg lg lg +=+=顯然Fz -ap 與Fz -f 的關(guān)系曲線在雙對數(shù)坐標紙上是直線。系數(shù)ap C 為lgFz -l

22、gap 線上在ap =1mm 時的Fz 的值。 系數(shù)f C 為lgFz -lgf 線上在f =1mm/r 時的Fz 的值。 指數(shù)FZ x 為lgFz -lgap 線的斜率,指數(shù)FZ y 為lgFz -lgf 線的斜率。用實驗數(shù)據(jù)可在雙對數(shù)坐標紙上畫出幾條lgFz -lgap 與lgFz -lgf 的直線,分別求出FZ x 和FZ y ,對于多組數(shù)據(jù)就取平均值,以提高實驗精度。然后取任意一對lgFz -lgap 與lgFz -lgf 直線,便可求出系數(shù)FZ C 。計算如下: 由于fzx Pap Za C F =是在f =f 0(改變ap 實驗時所固定的f 的值的情況下得到的故有fzx Pap Z

23、 a C F =fzfzy x PFZ f a C 0則F Zy ap FZ f C C 01=;而式fzy f Z f C F =是在ap =ap 0(改變f 實驗時所固定的ap 的值的情況下得到的故又有fzy f Z fC F =fzfzy x P FZ fa C 0則F Zx f FZ ap C C 02=;由于實驗誤差1FZ C 與2FZ C 不一定相等,因此取兩者的平均值最好,即:FZ C =21(1FZ C +2FZ C 2、一元線性回歸法理論上lgFz-lgap與lgFz-lgf應(yīng)是線性關(guān)系,但實際的實驗點往往不可能全部落在一條直線上,上述圖解法是用眼睛觀察繪出的一條直線,使各實

24、驗點均布在該直線上下,因此所求得的指數(shù)、系數(shù)存在一定誤差。一元線性回歸法是運用數(shù)理統(tǒng)計中回歸分析的方法,建立一元線性回歸方程,因為它是建立在誤差平方和為最小的“最小二乘法”基礎(chǔ)上得出的一條直線,因此誤差最小。四、實驗記錄表格附錄三:綜合實驗典型零件圖圖3-1 車外圓圖3-2 車端面圖3-3 車臺階圖3-4 車窄槽圖3-5 車寬槽圖3-6 車偏心圖3-7 車通孔圖3-8 車環(huán)槽圖3-9 車寬環(huán)槽圖3-10 車不通孔圖3-11 車大錐圖3-12 車錐面圖3-13 車長錐面附錄四:組合夾具元件及其功能組合夾具是在機床夾具通用化、標準化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型夾具。它由預先制造好的標準化組合夾具

25、元件,根據(jù)被加工工件的工序要求組裝而成的。因此組合夾具具有通用性和專用性雙重性質(zhì)。組合夾具元件按用途不同,可分為基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導向件、壓緊件、緊固件、合件和其他件。一、基礎(chǔ)件基礎(chǔ)件是組合夾具中最大的元件,通常用作組裝夾具的基礎(chǔ),通過它把其他元件連接在一起,成為一套夾具?；A(chǔ)件按其形狀特征可劃分為正方形、長方形、圓形等等,其具體結(jié)構(gòu)可參見下圖4-1。(a正方形基礎(chǔ)件(b 長方形基礎(chǔ)件(c圓形基礎(chǔ)件圖4-1基礎(chǔ)件二、支承件支承件是組合夾具中的骨架元件,它在夾具中起到上下連接的作用,即把上面的支承件、定位件、導向件等元件通過它與其下面的基礎(chǔ)件連成一體。如圖4-2所示。(aV形基座(b方形墊板(c正方形支承(dV形墊板(e支承角鐵圖4-2常用支承件三、定位件