機(jī)床剛度測(cè)量和加工誤差統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、第四章 機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝4.1 概述 機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝就是機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的全過(guò)程，它涉及的面比較廣，是保證產(chǎn)品質(zhì)量非常重要的技術(shù)保障。影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、原材料的選擇、加工設(shè)備的選擇、加工方法的選擇，乃至工裝的設(shè)計(jì)與制造、工步的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸與搬運(yùn)等等，無(wú)一不影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量，然而零件加工又是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本保障，因此，加工機(jī)床是研究機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝中的重要內(nèi)容。4.2 機(jī)床靜剛度靜剛度是評(píng)價(jià)機(jī)床性能的主要指標(biāo)之一，也是被加工零件的精度和表面質(zhì)量的重要保障，它在很大程度上決定了機(jī)床的生產(chǎn)率，同時(shí)又是產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中必需要結(jié)合起來(lái)考慮的重要內(nèi)容。機(jī)床靜剛度K可以用下式

2、表示：K=(N/m)式中：F_作用在機(jī)床上的靜載荷(N)，_在載荷方向上的變形(m )作用在機(jī)床上的靜載荷有：切削力、傳動(dòng)力、磨擦力、部件本身和工件的重力以及夾緊力等。上述這作用些力的大小、位置和方向不同時(shí)，所引起的變形也不一樣。因受載荷而引起的變形，從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，可以是機(jī)床零、部件的自身變形和局部變形，也可以是部件接合面間的接觸變形。在零、部件的自身變形中，又可分為拉、壓、彎、扭的不同形式，這些形式的變形引起了線位移或角位移。因接觸變形引起的位移也可分為線位移或角位移。在研究機(jī)床的剛度時(shí)，為了能更清楚地分析剛度對(duì)加工精度的影響，一般也常將一臺(tái)機(jī)床的綜合剛度K定義為法向切削力Fy與垂直加工表面

3、的刀具和工件間相對(duì)位移y之比，即：K=因?yàn)闄C(jī)床由許多部件組成的，所以一臺(tái)機(jī)床的綜合剛度與其各部件的剛度有關(guān)，即刀具與工件之間的總相對(duì)位移是由各部件變形所引起的刀具與工件之間的相對(duì)彈性位移綜合組成。綜合剛度能夠用來(lái)評(píng)定和比較機(jī)床作為一個(gè)整體的剛度但是卻不能用來(lái)分析各部件剛度在其中的影響程度。為了能得到主要零部件的變形對(duì)綜合剛度的影響，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，給機(jī)床的新設(shè)計(jì)或改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便使所設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能夠提高性能，又使材料的利用率更加合理，就要對(duì)彈性位移分配進(jìn)行分析。在分析機(jī)床的彈性位移分配時(shí)，首先要測(cè)出機(jī)床的受力以后，測(cè)出各主要部件的變形量，并計(jì)算出這些部件的變形量所引起的刀具與工件之間的

4、相對(duì)位移。如以刀具與工件之間的總相對(duì)位移量為100，即可計(jì)算出各部件所引起的分位移量在總位移量中所占的百分比。這樣就可以找出影響機(jī)床靜剛度的主要薄弱環(huán)節(jié)。 上述的彈性移分配只是分析了各主要部件的彈性位移量在刀具與工件之間總相對(duì)位移中所占的比重，一般稱(chēng)為粗略彈性位移分配。但是引起一個(gè)部件位移的，既有部件的自身變形量和局部變形量，也有部件接觸面間的接觸變形，這里既有部件本身結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，也有機(jī)床制造質(zhì)量上的問(wèn)題。為了弄清這些問(wèn)題，使提高機(jī)床性能的方向更加明確，就需要進(jìn)一步分析每個(gè)部件彈性位移的組成，即分析它們的自身變形和接觸變形等，從而組成更詳細(xì)的部件或機(jī)床的彈性位移分配，一般稱(chēng)為詳細(xì)彈性位移分配

5、。綜上所述，機(jī)床靜剛度是通過(guò)加載和測(cè)量變形量的方法，求出機(jī)床靜剛度的數(shù)值，用來(lái)評(píng)價(jià)和比較機(jī)床的性能，并通過(guò)分析機(jī)床各主要部件的變形類(lèi)性、變形特點(diǎn)及其對(duì)剛度影響，找出薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步提高機(jī)床性能提供依據(jù)。機(jī)床靜剛度試驗(yàn)的主要內(nèi)容就是求出機(jī)床及其部件的靜剛度特性曲線，由此計(jì)算出機(jī)床及其部件的剛度數(shù)值，分析其變形特點(diǎn)，求出機(jī)床彈性位移分配，并由此找出機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)。4.3 機(jī)床靜剛度的試驗(yàn)內(nèi)容一、受力和變形分析在進(jìn)行試驗(yàn)前，首先應(yīng)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)受力和變形情況作一單間分析，以便確定各主要部件移測(cè)量點(diǎn)的布置。在分析時(shí)，首先根據(jù)機(jī)床的載荷條件，分析機(jī)床主要部件的受力和支承反力系，研究這些力的大小、方向和作用

6、位置以及某些接合面間應(yīng)力的分布狀況，根據(jù)主要部件的受力情況分析基變形形態(tài)以及彈性位置的情況，就可以分析機(jī)床系統(tǒng)在變形中，哪些是主要影響機(jī)床加工精度的變形項(xiàng)目，哪些變形對(duì)機(jī)床加工精度影響不大。由此即可以確定彈性位移測(cè)量點(diǎn)的布置。由于篇幅的限制，這里不再贅述，要想進(jìn)一步了解更多情況，請(qǐng)查閱相關(guān)書(shū)籍。二、 加載在試驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)整機(jī)床處于可以工作狀態(tài)，固定按合面（如主軸箱與床身間的等）應(yīng)當(dāng)緊固，在機(jī)床工作時(shí)不動(dòng)的部位（如刀架的回轉(zhuǎn)部分、橫梁、升降臺(tái)和尾架等）應(yīng)當(dāng)夾緊，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接部分（如刀架、工作滑枕的壓板和鑲條等），應(yīng)當(dāng)調(diào)整好，運(yùn)動(dòng)部件（如刀架、工作臺(tái)、尾架等）于一種或幾種比較典型的工作位置。加載

7、方法可以用重力加載或彈性加載，重力加載適用于試驗(yàn)移動(dòng)部件在不同位置時(shí)因生力而引起的變形情況，在作實(shí)物試驗(yàn)時(shí)，重力加載即可利用機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件本身的重量。例如，可使工作部件處于中間及兩極限位置等不同位置，測(cè)量并分析因重力而引起的變形情況。彈性加載適用于模擬機(jī)床內(nèi)部系統(tǒng)的作用力，如切削力、磨擦力、夾緊力等，這里可利用螺旋壓力機(jī)構(gòu)進(jìn)行加載，在加載裝置中還應(yīng)串聯(lián)有測(cè)力的彈性元件。通常的注測(cè)力彈性元件有n形測(cè)力計(jì)和環(huán)形測(cè)力計(jì)等。試驗(yàn)前，測(cè)力計(jì)經(jīng)過(guò)標(biāo)定，在試驗(yàn)時(shí)根據(jù)測(cè)力計(jì)上千分表的讀數(shù)進(jìn)行加載。在用切削試驗(yàn)研究機(jī)床的綜合剛度時(shí)，則用切削力本身作為機(jī)床的載荷。試驗(yàn)時(shí)，所加載荷的大小，應(yīng)使機(jī)床產(chǎn)生足夠的變形，用一

8、般的測(cè)量測(cè)量工具能夠精確地讀出變形大小，但不應(yīng)超過(guò)被測(cè)機(jī)床的許用載荷。三、 變形測(cè)量測(cè)量變形的常用的測(cè)量工具是千分表和水平儀。在測(cè)量變形的工作中，一方面要測(cè)量刀具相對(duì)于工件的位移，以便求出機(jī)床的綜合剛度，另一方面要測(cè)量機(jī)床各部件如床身、立柱、橫梁、主軸等部件的自身變形以及部件接合面間的接觸變形，其目的是為了分析機(jī)床各主要部件變形相對(duì)機(jī)床綜合剛度的影響，得出機(jī)床系統(tǒng)的移分配。4.4 機(jī)床靜剛度測(cè)量方法機(jī)床靜剛度測(cè)量方法有靜止載荷法和生產(chǎn)法兩種，下面以普通車(chē)床為例，分別介紹兩種測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)。一、靜止載荷法靜止載荷法是在機(jī)床靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行測(cè)量的方法。在車(chē)床的床頭和尾座兩頂尖之間裝上剛度非常大的試件

9、，此試件的剛度非常大，我們可以認(rèn)為該試件是不變形的，此時(shí)，我們將測(cè)力儀安裝在刀架上并向試件加力，因?yàn)樵嚰c車(chē)床的床頭和尾座兩頂尖緊固聯(lián)接，此力便傳向床頭、尾座和刀架，此時(shí)用千分表就可以讀出床頭、尾座和刀架的變形量；用測(cè)力儀就可讀出機(jī)床的受力。1、基本原理靜止載荷法是加載荷于車(chē)床各部件上，并觀察其變形，試驗(yàn)在車(chē)床靜止時(shí)進(jìn)行，根據(jù)這種試驗(yàn)作出剛度的特性(加載荷和卸載荷)曲線。2、測(cè)量?jī)x器、YDC-89型壓電式三向車(chē)削測(cè)力儀、YE5850電荷放大器、DIN-50S型接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、千分表及磁力表座、百分表及磁力表座3、實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理及安裝和使用、測(cè)力系統(tǒng)的結(jié)

10、構(gòu)、原理及安裝和使用測(cè)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及安裝和使用詳見(jiàn)2.2節(jié)中的車(chē)削力的測(cè)量部分，這里從略。在測(cè)力系統(tǒng)的測(cè)量范圍參數(shù)設(shè)置中應(yīng)選擇2000N以上，測(cè)力儀刀頭對(duì)準(zhǔn)工件縱向中部。、千分表和百分表的安裝為簡(jiǎn)化起見(jiàn)可將床身變形忽略不計(jì)，將千分表和百分表分別裝在磁性表座上后，將磁性表座固定在床身上，讓千分表觸頭分別抵在床頭和尾座，百分表觸頭抵在刀架上（因?yàn)橥ǔ５都艿淖冃瘟枯^大），各表調(diào)零。尾座套筒伸出長(zhǎng)度為50毫米左右。4、測(cè)量 在測(cè)力儀刀頭沒(méi)有接觸工件之前讀取y方向的穩(wěn)態(tài)力記錄下來(lái)，并記錄各表讀數(shù)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)床切深手柄直至刀頭接觸工件后緩緩加力至約400N左右，記錄y方向（即Fp）的穩(wěn)態(tài)力和各表讀數(shù)

11、，以此類(lèi)推，每次加力400N左右，直至加力到最大值2000N左右，記錄下每次加力的力值和各表讀數(shù)。當(dāng)加載力到最大值2000N左右后卸載，同加載一樣，每次卸載力也為400N左右，直至卸載到零，記錄各部位每次卸載的力值和相應(yīng)變形量。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：、將刀架的縱橫楔鐵，特別是橫向楔鐵一定要將間隙調(diào)節(jié)適當(dāng)，間隙太大，會(huì)發(fā)生爬行，間晾太小，刀架變形會(huì)很小。、將尾座的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)要緊固好。、將模擬車(chē)刀刀桿牢牢地固定在刀架上，否則受力過(guò)大刀桿會(huì)移動(dòng)。、加力時(shí)可以借助加力桿，這樣容易掌握，如果在加力時(shí)超過(guò)了規(guī)定數(shù)值也不要反旋，就此記錄當(dāng)時(shí)的力值和各部位相應(yīng)的變形量，否則會(huì)由于各部位間隙的存在而導(dǎo)致所

12、測(cè)數(shù)值不準(zhǔn)確。5、數(shù)據(jù)處理由于測(cè)力儀刀頭模擬切削力施加于工件長(zhǎng)度的中點(diǎn)處，并假定工件是純剛性的，因此，根據(jù)機(jī)床靜剛度理論，機(jī)床剛度關(guān)系可以用下式表示：式中下標(biāo)：j一一機(jī)床； ct一一車(chē)頭； wz一一尾座； dj一一刀架。而車(chē)頭、尾座和刀架的剛度關(guān)系可以分別用下列各式表示：式中: yct、ydj、ywz分別為在其所受不同載荷的情況下，車(chē)床頭部、刀架和尾座的相應(yīng)變形值，該值可由千分表和百分表讀出。顯然Fdj=Fp，F(xiàn)ct和Fwz為Fp對(duì)車(chē)頭和尾座的反作用力。將所測(cè)數(shù)據(jù)分別代入上式，就可以計(jì)算出機(jī)床各部位在不同受力下的靜剛度，最大允許負(fù)荷下的剛度為機(jī)床的靜剛度。二、 生產(chǎn)法生產(chǎn)法是在機(jī)床生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)

13、行測(cè)量的方法。1、基本原理 從毛坯上切下一層均勻的余量，然后根據(jù)誤差復(fù)映規(guī)律來(lái)計(jì)算車(chē)床的剛度。生產(chǎn)測(cè)定法是在切削條件下進(jìn)行的，因此它更為符合實(shí)際情況。圖4-1所示，在兩頂尖間車(chē)削直徑分別為D1及D2的階梯軸，由于該軸粗，剛度大，加工中的變形可忽略不計(jì)。當(dāng)車(chē)削階梯軸時(shí)，使車(chē)刀的吃刀深度在p1、p2之間變化。因此車(chē)削D1處的切削力大于D2處的切削力，造成工藝系統(tǒng)在加工D1和D2時(shí)的位移變化，引起零件上的加工誤差 (即加工后形成相應(yīng)的直徑d1和d2)。這種零件誤差是毛圖4-1坯誤差在工件上的復(fù)映。毛坯的原始誤差m=D1-D2，加工后零件的加工誤差=d1-d2，顯然是永遠(yuǎn)小于m的，所以在毛坯加工后就可

14、以得到更高的準(zhǔn)確度，為了表示準(zhǔn)確度提高的程度，我們引用一個(gè) "復(fù)映系數(shù)"(也稱(chēng)準(zhǔn)確比)的概念，以表示。即:又故式中:一般取為0.4; CFc一一是與工件材料和刀具幾何角度有關(guān)的系數(shù)，在有關(guān)手冊(cè)可查得或用車(chē)削力測(cè)量一章中的公式求得。 f 一一進(jìn)給量 (mm/r)2、車(chē)削加工圖 4-2為了得到車(chē)床各部分的剛度，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，如圖4-2所示，采用加工一剛度很大的軸，其變形可以略去不計(jì)，心軸安裝在車(chē)床的兩頂尖之間，在同樣的加工條件下 (即進(jìn)給量、切削速度均不變)車(chē)削毛坯上的三個(gè)階梯部分。車(chē)削加工前，階梯部分的直徑分別為D1及D2，車(chē)削加工后，階梯部分的直徑分別為d1和d2，加工后仍

15、為階梯形狀。3、數(shù)據(jù)記錄與處理車(chē)削加工完成前、后，分別用量具精密地測(cè)出這些直徑并記錄，以備數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。在測(cè)量時(shí)，應(yīng)將工件每轉(zhuǎn)90°測(cè)量一次，取其平均值。由誤差復(fù)映規(guī)律已知： 應(yīng)用上式可以求出機(jī)床剛度，于是我們有下列關(guān)系：根據(jù)上面三式即可得出機(jī)床各部分的剛度： 4.5 機(jī)床靜剛度測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：機(jī)床靜剛度的測(cè)量二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉車(chē)床靜剛度的測(cè)定方法。 2、比較車(chē)床各部件剛度的大小，分析影響車(chē)床剛度的各種因素。 3、鞏固和論證關(guān)于系統(tǒng)剛度和誤差復(fù)映規(guī)律的概念。三、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別用靜止載荷法和生產(chǎn)法測(cè)量機(jī)床的靜剛度，求出機(jī)床的剛度。五、實(shí)驗(yàn)、靜止載荷法1、實(shí)

16、驗(yàn)儀器和設(shè)備、YDC-89型壓電式三向車(chē)削測(cè)力儀、YE5850電荷放大器、DIN-50S型接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、CM6140車(chē)床、千分表及磁力表座、百分表及磁力表座2、實(shí)驗(yàn)步驟與方法、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)A、將刀架的縱橫楔鐵，特別是橫向楔鐵一定要將間隙調(diào)節(jié)適當(dāng)，間隙太大，會(huì)發(fā)生爬行，間晾太小，刀架變形會(huì)很小。B、將尾座的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)要緊固好。C、將模擬車(chē)刀刀桿牢牢地固定在刀架上，否則受力過(guò)大刀桿會(huì)移動(dòng)。D、加力時(shí)可以借助加力桿，這樣容易掌握，如果在加力時(shí)超過(guò)了規(guī)定數(shù)值也不要反旋，就此記錄當(dāng)時(shí)的力值和各部位相應(yīng)的變形量，否則會(huì)由于各部位間隙的存在而導(dǎo)致所測(cè)數(shù)值不準(zhǔn)確。、

17、實(shí)驗(yàn)操作步驟A、按2.2節(jié)車(chē)削力的測(cè)量中有關(guān)測(cè)力儀安裝、調(diào)試和使用的相關(guān)內(nèi)容對(duì)測(cè)力儀進(jìn)行安裝和調(diào)試。B、將千分表和百分表分別裝在磁性表座上后，分別在床頭和尾座處安放一只千分表，在刀架處安放一只百分表，并將磁性表座固定在床身上，調(diào)整磁性表座，讓千分表觸頭分別抵在床頭的主軸上和尾座的套筒上，百分表觸頭抵在刀架上，各表調(diào)零。尾座套筒伸出長(zhǎng)度為50毫米左右并緊固。C、各工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給手柄，在測(cè)力儀刀頭沒(méi)有接觸工件之前讀取y方向的穩(wěn)態(tài)力記錄下來(lái)，同時(shí)記錄各表讀數(shù)。D、繼續(xù)旋進(jìn)車(chē)床切深手柄直至刀頭接觸工件后緩緩加力至約400N左右，記錄y方向（即Fp）的穩(wěn)態(tài)力和各表讀數(shù)。E、重復(fù)步驟D，每次加力約400N左

18、右，直至加力到最大值2000N左右，記錄下每次加力的力值和各表讀數(shù)。F、當(dāng)加載力到最大值2000N左右后卸載，同加載一樣，每次卸載力也約為400N左右，直至卸載到零，記錄各部位每次卸載的力值和相應(yīng)變形量。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理按本節(jié)講到的相關(guān)公式對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，算出各部位的剛度和機(jī)床剛度。4、作圖 在同一坐標(biāo)紙上畫(huà)出車(chē)床的車(chē)頭、尾座和刀架各部位的剛度特性曲線圖(包括加載和卸載)，橫坐標(biāo)為、縱坐標(biāo)為FP值。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。、生產(chǎn)法 1、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備、CM6140車(chē)床、三階梯心軸、卡尺.百分表.磁性表座.車(chē)刀A、材料：硬質(zhì)合金T15K6 (或高速鋼)

19、B、幾何形狀：r=450；R=1.5mm 2、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備做實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)熟悉車(chē)床各操作部位及功能（參見(jiàn)2.2.4節(jié)車(chē)削力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中有關(guān)車(chē)床結(jié)構(gòu)的介紹），熟練掌握車(chē)床的操作。、安裝與調(diào)整A、卸下卡盤(pán)，裝上撥盤(pán)，床頭、床尾各裝上頂尖，并保證前、后頂尖應(yīng)在主軸中心線上，尾座套筒處伸長(zhǎng)應(yīng)為1/3中心高。B、在前后頂尖間裝上試件，心軸的中心孔內(nèi)應(yīng)無(wú)污垢并加黃油，頂尖夾緊力大小應(yīng)以能用手轉(zhuǎn)動(dòng)為限。C、用樣板選用主偏角為r=450的車(chē)刀，將車(chē)刀裝在刀架上，將尾座的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)緊固好后，調(diào)整車(chē)刀刀尖與主軸回轉(zhuǎn)中心處于水平位置。、車(chē)削與測(cè)量A、啟動(dòng)機(jī)床，合上離合器，將試件車(chē)成階梯形軸，其直徑差為

20、5mm，小直徑部分的寬度約為7一8mm，車(chē)削完成后脫開(kāi)離合器，使工件靜止，用卡尺或千分尺測(cè)出直徑D1和D2并記錄于實(shí)驗(yàn)報(bào)告。測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)試件，每隔90°測(cè)量一次。B、調(diào)正切削用量 a·進(jìn)給量：f=0.20mm/r。 b·切削轉(zhuǎn)速：n=100r/min c·切削深度：在心軸上小直徑d部分取ap=0.2mm，在大直徑D部分自然為ap=2.7mm。C、再次合上離合器，在試件的小徑D1處對(duì)刀，然后進(jìn)行車(chē)削操作，車(chē)削操作時(shí)，從小徑D1到大徑D2處一次性完成。D、車(chē)削完成后脫開(kāi)離合器，使工件靜止，用千分尺或卡尺對(duì)工件切削過(guò)的直徑d1和d2處分別進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)

21、試件，每隔90°測(cè)量一次，并將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行記錄。測(cè)量時(shí)，也可以采用下面的方案，即將百分表裝于刀架上 (或用磁性表座裝在拖板上)，把百分表在小直徑部分調(diào)零，然后移動(dòng)拖板至大直徑部分，測(cè)出加工后各部分上的半徑差。測(cè)量時(shí)還應(yīng)注意的是，加工前后測(cè)量的位置應(yīng)相同，即在車(chē)頭的一邊距臺(tái)階6一7毫米的地方進(jìn)行測(cè)量。3、數(shù)據(jù)整理將各部位的測(cè)量數(shù)據(jù)取其平均值后，分別計(jì)算所測(cè)機(jī)床的床頭、床尾和刀架以及機(jī)床的剛度。4.6 加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析生產(chǎn)實(shí)際中，影響加工精度的因素往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，有時(shí)很難用單一因素法來(lái)分析其因果關(guān)系，因而理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)找出解決途徑。一、加工誤差的性質(zhì)各種單一因素的加工誤差，按其統(tǒng)計(jì)性

22、質(zhì)的不同，可分為系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差兩類(lèi)。系統(tǒng)性誤差又有常值系統(tǒng)性誤差和變值系統(tǒng)性誤差之分。常值系統(tǒng)性誤差：順序加工一批工件中，其大小和方向保持不變的誤差，被稱(chēng)為常值系統(tǒng)性誤差。例如加工原理誤差和機(jī)床、夾具和刀具的制造誤差及工藝系統(tǒng)受力變形等，都是常值系統(tǒng)性誤差，此外，機(jī)床、夾具和量具的磨損速度很慢，在一定時(shí)間內(nèi)也可以看作是常值系統(tǒng)性誤差。變值系統(tǒng)性誤差：順序加工一批工件中，其大小和方向按一定規(guī)律變化的誤差（通常是時(shí)間的函數(shù)），被稱(chēng)為變值系統(tǒng)性誤差。例如機(jī)床、夾具和刀具等在熱平衡前、后的熱變形誤差及刀具的磨損等都是變值系統(tǒng)性誤差。隨機(jī)性誤差：順序加工一批工件中，其大小和方向不同且不規(guī)律變化的

23、加工誤差，被稱(chēng)為隨機(jī)性誤差，所以，隨機(jī)性誤差又稱(chēng)偶然性誤差。例如毛壞誤差（余量大小不一、硬度不均勻等）的復(fù)映、定位誤差（基準(zhǔn)面精度不一、間隙影響）、夾緊誤差（夾緊力大小不一）、多次調(diào)整誤差、殘余應(yīng)力引起的變形誤差等都是隨機(jī)性誤差。隨機(jī)性誤差從表面上看似乎沒(méi)有什么規(guī)律，但是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法可以找出一批加工誤差的總體規(guī)律，然后在工藝上采取措施來(lái)加以控制。應(yīng)當(dāng)指出，在不同場(chǎng)合下，誤差的表現(xiàn)性質(zhì)也所不同。例如，機(jī)床在一次調(diào)整中加工一批工件時(shí)，機(jī)床的調(diào)整誤差是常值系統(tǒng)性誤差，但是，當(dāng)多次調(diào)整機(jī)床時(shí)，每次調(diào)整時(shí)發(fā)生的調(diào)整誤差就不可能是常值，變化也無(wú)一定規(guī)律，故調(diào)整誤差又變成為隨機(jī)性誤差了。二、 工誤差的

24、統(tǒng)計(jì)分析方法在實(shí)際生產(chǎn)中，常用統(tǒng)計(jì)分析法研究加工精度，統(tǒng)計(jì)分析法是以現(xiàn)場(chǎng)觀察所得到的資料為基礎(chǔ)的，主要有分布曲線法和點(diǎn)圖分析法。運(yùn)用分布曲線法和點(diǎn)圖分析法對(duì)抽檢樣本的加工誤差實(shí)測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，是研究和掌握綜合誤差規(guī)律、分析工藝過(guò)程穩(wěn)定性、判斷工藝能力、預(yù)防廢品產(chǎn)生和進(jìn)行質(zhì)量管理的有效方法之一，是技術(shù)管理的有效手段。1、 分布曲線法1、 實(shí)際分布曲線直方圖某一工序中加工出來(lái)的工件，由于存在著各種誤差會(huì)引起加工尺寸的變化（稱(chēng)為寸分散），同一尺寸段（實(shí)為很小的一段尺寸間隔）的數(shù)目稱(chēng)為頻數(shù)，頻數(shù)與這批工件的總數(shù)之比稱(chēng)為頻率，頻率與組距（尺寸間隔）之比稱(chēng)為頻率密度。如果在以工件尺寸為橫座標(biāo)，以頻數(shù)、頻

25、率或頻率密度為縱座標(biāo)的座標(biāo)系中，用組距表示矩形的寬度，用頻數(shù)、頻率或頻率密度表示矩形的高度，就可以根據(jù)分組不同畫(huà)出一系列矩形，那么這種圖形就是該工序工件加工尺寸的實(shí)際分布圖直方圖。樣本總平均值表示該樣本的尺寸分散中心，它主要決定于調(diào)整尺寸的大小和常值系統(tǒng)性誤差，式中：n樣本總量xi各工件的實(shí)際尺寸樣本的標(biāo)準(zhǔn)偏差反映了該批工件的尺寸分散程度，它是由變值性系統(tǒng)誤差和隨機(jī)性誤差決定的。、理論分布曲線實(shí)踐證明，在調(diào)整好的機(jī)床上加工，若引起系統(tǒng)誤差的因素不變，引起隨機(jī)誤差的因素作用都微小且在數(shù)量級(jí)上大致相等，則加工所得的尺寸將按正態(tài)分布曲線分布。因此在分析加工誤差問(wèn)題時(shí)，通常用正態(tài)分布曲線代替實(shí)際的分布

26、曲線（直方圖），從而使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。正態(tài)分布曲線由概率密度函數(shù)表示，方程式為：式中: x分布曲線的橫坐標(biāo)，表示工件的尺寸或誤差;工件的平均尺寸 (分散中心)。工序的標(biāo)準(zhǔn)偏差(均方根誤差)y分布曲線的縱座標(biāo)，表示工件的分布密度（頻率密度）n一批工件的數(shù)目由于正態(tài)分布曲線對(duì)x軸對(duì)稱(chēng)，所以x至處曲線與x軸所包含的面積（即所占概率）為： 設(shè)：則： 查數(shù)值表可知，當(dāng)，即時(shí)，=0.49865，2= 0.9973，即工件尺寸在土3 (或6)以外的頻率只占0.27%，因此6的大小代表了某一種加工方法在規(guī)定的條件下我們應(yīng)該使公差寬度T和均方根偏差之間具有下列關(guān)系: 令稱(chēng)為工藝能力參數(shù)。不同的值與相應(yīng)的成品率見(jiàn)表

27、4-2。根據(jù)工藝能力系數(shù)Cp的大小，可將工藝分五級(jí)，如表4-1。根據(jù)Cp即可區(qū)分該工序的工藝等級(jí)。 工藝等級(jí)表 表4-1工藝能力系數(shù)工藝等級(jí)工藝能力狀態(tài)Cp1.67特級(jí)工藝能力過(guò)高，可允許有異常波動(dòng)1.67Cp1.331級(jí)工藝能力足夠，允許有一定的異常波動(dòng)1.33Cp1.002級(jí)工藝能力勉強(qiáng)，必須密切注意1.00Cp0.673級(jí)工藝能力不足，可能會(huì)有少量不合格產(chǎn)品Cp0.674級(jí)工藝能力很差，必須加以改進(jìn)工藝能力系數(shù)表 表4-2Cp成品率(%)Cp成品率(%)0.61.892.821.03.099.730.72.196.421.23.699.970.82.799.301.44.299.9962

28、、點(diǎn)圖分析法用點(diǎn)圖來(lái)評(píng)價(jià)工藝過(guò)程穩(wěn)定性采用的是順序樣本，樣本是由工藝系統(tǒng)在一次調(diào)整中按順序加工的工件組成。這樣的樣本可以得到在時(shí)間上與工藝過(guò)程同步的有關(guān)信息，反映加工誤差隨著時(shí)間變化的趨勢(shì)。為了能直接反映加工中系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差隨著加工時(shí)間變化的趨勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用中是常用的是樣組點(diǎn)圖，即控制圖，控制圖是按順序加工的樣本中每一小樣組的平均值控制圖和極差控制圖聯(lián)合使用的統(tǒng)稱(chēng)，其中是各小樣組的平均值，R是各小樣組的極差。計(jì)算式分別為 ：和R=xmax-xmin式中：m順序加工的樣組中工件數(shù)量 xmax同一樣組中工件的取大尺寸 xmin同一樣組中工件的取小尺寸前者控制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分布中心，后者控

29、制工藝過(guò)程質(zhì)量指標(biāo)的分散程度。用以按時(shí)間順序采集的樣本的組序號(hào)為橫座標(biāo)，以同一樣本組的樣本平均值和極差值為縱座標(biāo)，將各組的平均值和極差值分別聯(lián)接起來(lái)，再在點(diǎn)圖上各加上中心線和上、下控制線三條線，就可以得到平均值控制圖和極差控制圖，即控制圖。圖和R圖的三條線分別是：圖中心線 CL=圖的上控制線 UCL=+A圖的下控制線 DCL=-AR圖的中心線 CL=R圖的上控制線 UCL=D1R圖的下控制線 DCL=D2以上各式中A、D1和D2之值見(jiàn)表4-3，為平均極差值，其大小為：系數(shù)表 表4-3m2345678910c1.1281.6932.0592.3262.5342.7042.8472.9703.07

30、8d0.85280.88840.87980.86410.84800.83300.82000.8080.797A1.88061.02310.72850.57680.48330.41930.37260.33670.3082D13.26812.57422.28192.11452.00391.92421.86411.81621.7768D2000000.07580.13590.18380.2232機(jī)械加工所獲得到的零件尺寸都具有一定的波動(dòng)，其中一種是隨機(jī)性的波動(dòng)，其幅度一般不大，往往由許多隨機(jī)因素所引起，我們無(wú)法知道也無(wú)法控制，這種情況稱(chēng)為正常波動(dòng)，具有正常波動(dòng)的工藝是穩(wěn)定的；第二種情況是存在某種占優(yōu)

31、勢(shì)的誤差因素，以致點(diǎn)圖具有明顯的上升或下降傾向，或出現(xiàn)幅度很大的波動(dòng)，我們稱(chēng)這種情況為異常波動(dòng)，并稱(chēng)這種工藝是不穩(wěn)定的。為了判定某一工藝過(guò)程是否穩(wěn)定，根據(jù)表4-4標(biāo)志進(jìn)行判定。 工藝穩(wěn)定性判別表 表4-4穩(wěn)定的工藝不穩(wěn)定的工藝1.沒(méi)有點(diǎn)子超出控制線2.大部分點(diǎn)子在中心線上下波動(dòng)，小部分點(diǎn)子在控制線附近3.點(diǎn)子沒(méi)有明顯的規(guī)律性1.點(diǎn)子超出控制線2.點(diǎn)子密集分布在中心線上下附近3.點(diǎn)子密集在控制線附近4.連續(xù)7個(gè)以上點(diǎn)出現(xiàn)在平均線一側(cè)5.連續(xù)11個(gè)點(diǎn)中有10個(gè)以上現(xiàn)在平均線一側(cè)6.連續(xù)14個(gè)點(diǎn)中有12個(gè)以上現(xiàn)在平均線一側(cè)7.連續(xù)17個(gè)點(diǎn)中有14個(gè)以上現(xiàn)在平均線一側(cè)8.連續(xù)20個(gè)點(diǎn)中有16個(gè)以上現(xiàn)在

32、平均線一側(cè)9.點(diǎn)子有上升或下降傾向10.點(diǎn)子有周期性波動(dòng)4.7 加工誤差分析及數(shù)理統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：加工誤差分析及數(shù)理統(tǒng)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)類(lèi)性：驗(yàn)證性三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器1.CM1113型單軸縱切自動(dòng)機(jī)2.扭簧比較儀3.塊規(guī)四、實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)及使用1、扭簧比較儀的結(jié)構(gòu)扭簧比較儀的結(jié)構(gòu)如圖4-3，由基座1、拖盤(pán)2、立柱3、讀數(shù)表4、表高調(diào)節(jié)螺母5、托盤(pán)高度微調(diào)6、托盤(pán)左右平衡調(diào)節(jié)螺釘7、托盤(pán)支架8、表支架9、鎖緊螺釘10和表測(cè)頭11組成。塊規(guī)作為標(biāo)準(zhǔn)量具是用來(lái)調(diào)較扭簧比較儀的。圖4-3 扭簧比較儀結(jié)構(gòu)圖2、扭簧比較儀的調(diào)節(jié)與使用、首先將7.5mm的塊規(guī)放在拖盤(pán)2上，緩緩調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)螺母6，當(dāng)讀數(shù)表的測(cè)頭

33、11接觸到塊規(guī)時(shí)，表針將會(huì)擺動(dòng)，此時(shí)停止調(diào)節(jié)。、緩緩調(diào)整高度微調(diào)螺釘6，直至表針指準(zhǔn)確向0位置。、左右擺動(dòng)表架9，使讀數(shù)表的測(cè)頭11保持在塊規(guī)的上表面，觀察表針是否是否始終準(zhǔn)確保持在0位，如果不是，調(diào)整左右平衡調(diào)節(jié)螺釘7，直至表針始終準(zhǔn)確指在0位，這時(shí)說(shuō)明拖盤(pán)已處于水平位置，然后鎖鎖緊各緊螺釘。、鎖鎖緊各緊螺釘后，再次檢查表針是否在0位，如果不在，再次調(diào)節(jié)高度調(diào)節(jié)螺母6，直至表針指向0位為止。、將被測(cè)零件放在拖盤(pán)2與測(cè)頭11之間進(jìn)行測(cè)量，公稱(chēng)尺寸為塊規(guī)尺寸，公差在表上讀出。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、零件加工在調(diào)整好的CM1113型單軸縱切自動(dòng)機(jī)（單軸縱切自動(dòng)機(jī)為連續(xù)生產(chǎn)的專(zhuān)用車(chē)床）上連續(xù)加工 100個(gè)銷(xiāo)

34、軸，加工后的銷(xiāo)軸直徑為7.5±0.025mm，并將工件按加工順序分為 25組，每組4件，順序擺放于工件盒中。2、調(diào)整、校驗(yàn)扭簧比較儀取被測(cè)零件公稱(chēng)尺寸（本實(shí)驗(yàn)為7.5mm）的塊規(guī)放在扭簧比較儀的拖盤(pán)上，按上述方法對(duì)扭簧比較儀進(jìn)行調(diào)節(jié)和校驗(yàn)。2、 樣本數(shù)據(jù)的測(cè)量用扭簧比較儀逐個(gè)測(cè)量工件的直徑尺寸，將測(cè)量結(jié)果（只記錄公差部分）填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)表格中。六、數(shù)據(jù)處理1、圖的有關(guān)數(shù)據(jù)處理、根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的樣本實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各組的平均值、極差值R，和總平均值，并將計(jì)算結(jié)果填寫(xiě)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)表格中。 、根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算平均極差值，并將計(jì)算結(jié)果填寫(xiě)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)表格中。2、直方圖的有關(guān)數(shù)據(jù)

35、處理、確定組距，即組與組之間的間隔，計(jì)算式為：式中: Xman 總的樣本數(shù)據(jù)中的最大值（在表4-1中查找）;Xmin 總的樣本數(shù)據(jù)中的最小值（在表4-1中查找）;k樣本分組組數(shù)，本實(shí)驗(yàn)取10、計(jì)算第一組的上、下界限值，并將計(jì)算結(jié)果記錄于實(shí)驗(yàn)報(bào)告表2中。第一組上界限值：MS1=Xmin+h/2第一組下界限值：MX1=Xmin-h/2、計(jì)算其余各組的上、下界限值。第一組的上界限值就是第二組的下界限值，第二組的下界限值加上組距就是第二組的上界限值，以此類(lèi)推，把計(jì)算結(jié)果記錄于實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)表格中。、計(jì)算各組的中心值xz，中心值是每組中間數(shù)值，為某組上限值與某組下限值之和的一半，即：、統(tǒng)計(jì)各組的尺寸頻數(shù)(

36、在同一組上、下界限內(nèi)的工件數(shù)量)Np，記錄于實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)表格中。、計(jì)算各組工件的頻率（每一組工件數(shù)量占工件總數(shù)量的百分比），即：S= (%)、計(jì)算各組工件的頻率密度（每一組工件的頻率與組距之比），即：y=(-1)七、作圖1、圖在實(shí)驗(yàn)報(bào)告座標(biāo)紙上，以和R為縱坐標(biāo)，以樣本組序?yàn)闄M坐標(biāo)，中心線用實(shí)線 (一)，上下控制線用 ()，計(jì)算并在圖中標(biāo)上CL，UCL及DCL 和它們的數(shù)值，然后將各組的值用園點(diǎn)“”、R值用叉號(hào) “”標(biāo)在圖上，點(diǎn)與點(diǎn)之間用實(shí)線連接，超出控制線的點(diǎn)，為了醒目起見(jiàn)可用或表示。上方作圖，下方作R圖。2、 直方圖在以頻率密度y為縱坐標(biāo)，以工件尺寸x為橫座標(biāo)的座標(biāo)系中，用組距h表示矩形的寬

37、度，用各組的頻率密度表示矩形的高度，畫(huà)出一系列矩形，即直方圖，通過(guò)直方圖能夠更形象、更清楚地反映出工件尺寸分布的規(guī)律性，如果將各矩形頂端的中心點(diǎn)連成曲線，就可給出一條中間凸起兩邊逐漸降低的頻率密度分布曲線。八、根據(jù)圖表分析判斷：1、根據(jù)圖1和表4判斷該工藝是否穩(wěn)定。2、計(jì)算工藝能力系數(shù)CP，確定該項(xiàng)工序的工藝等級(jí)。=3、 計(jì)算廢品率，分析廢品產(chǎn)生原因。第四章 機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝4.1 概述 機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝就是機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的全過(guò)程，它涉及的面比較廣，是保證產(chǎn)品質(zhì)量非常重要的技術(shù)保障。影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、原材料的選擇、加工設(shè)備的選擇、加工方法的選擇，乃至工裝的設(shè)計(jì)與制造、工

38、步的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸與搬運(yùn)等等，無(wú)一不影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量，然而零件加工又是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基本保障，因此，加工機(jī)床是研究機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝中的重要內(nèi)容。4.2 機(jī)床靜剛度靜剛度是評(píng)價(jià)機(jī)床性能的主要指標(biāo)之一，也是被加工零件的精度和表面質(zhì)量的重要保障，它在很大程度上決定了機(jī)床的生產(chǎn)率，同時(shí)又是產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中必需要結(jié)合起來(lái)考慮的重要內(nèi)容。機(jī)床靜剛度K可以用下式表示：K=(N/m)式中：F_作用在機(jī)床上的靜載荷(N)，_在載荷方向上的變形(m )作用在機(jī)床上的靜載荷有：切削力、傳動(dòng)力、磨擦力、部件本身和工件的重力以及夾緊力等。上述這作用些力的大小、位置和方向不同時(shí)，所引起的變形也不一樣。因受載荷而引起的

39、變形，從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，可以是機(jī)床零、部件的自身變形和局部變形，也可以是部件接合面間的接觸變形。在零、部件的自身變形中，又可分為拉、壓、彎、扭的不同形式，這些形式的變形引起了線位移或角位移。因接觸變形引起的位移也可分為線位移或角位移。在研究機(jī)床的剛度時(shí)，為了能更清楚地分析剛度對(duì)加工精度的影響，一般也常將一臺(tái)機(jī)床的綜合剛度K定義為法向切削力Fy與垂直加工表面的刀具和工件間相對(duì)位移y之比，即：K=因?yàn)闄C(jī)床由許多部件組成的，所以一臺(tái)機(jī)床的綜合剛度與其各部件的剛度有關(guān)，即刀具與工件之間的總相對(duì)位移是由各部件變形所引起的刀具與工件之間的相對(duì)彈性位移綜合組成。綜合剛度能夠用來(lái)評(píng)定和比較機(jī)床作為一個(gè)整體的剛度但

40、是卻不能用來(lái)分析各部件剛度在其中的影響程度。為了能得到主要零部件的變形對(duì)綜合剛度的影響，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)，給機(jī)床的新設(shè)計(jì)或改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，以便使所設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)能夠提高性能，又使材料的利用率更加合理，就要對(duì)彈性位移分配進(jìn)行分析。在分析機(jī)床的彈性位移分配時(shí)，首先要測(cè)出機(jī)床的受力以后，測(cè)出各主要部件的變形量，并計(jì)算出這些部件的變形量所引起的刀具與工件之間的相對(duì)位移。如以刀具與工件之間的總相對(duì)位移量為100，即可計(jì)算出各部件所引起的分位移量在總位移量中所占的百分比。這樣就可以找出影響機(jī)床靜剛度的主要薄弱環(huán)節(jié)。 上述的彈性移分配只是分析了各主要部件的彈性位移量在刀具與工件之間總相對(duì)位移中所占的比重，一

41、般稱(chēng)為粗略彈性位移分配。但是引起一個(gè)部件位移的，既有部件的自身變形量和局部變形量，也有部件接觸面間的接觸變形，這里既有部件本身結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，也有機(jī)床制造質(zhì)量上的問(wèn)題。為了弄清這些問(wèn)題，使提高機(jī)床性能的方向更加明確，就需要進(jìn)一步分析每個(gè)部件彈性位移的組成，即分析它們的自身變形和接觸變形等，從而組成更詳細(xì)的部件或機(jī)床的彈性位移分配，一般稱(chēng)為詳細(xì)彈性位移分配。綜上所述，機(jī)床靜剛度是通過(guò)加載和測(cè)量變形量的方法，求出機(jī)床靜剛度的數(shù)值，用來(lái)評(píng)價(jià)和比較機(jī)床的性能，并通過(guò)分析機(jī)床各主要部件的變形類(lèi)性、變形特點(diǎn)及其對(duì)剛度影響，找出薄弱環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步提高機(jī)床性能提供依據(jù)。機(jī)床靜剛度試驗(yàn)的主要內(nèi)容就是求出機(jī)床及其部

42、件的靜剛度特性曲線，由此計(jì)算出機(jī)床及其部件的剛度數(shù)值，分析其變形特點(diǎn)，求出機(jī)床彈性位移分配，并由此找出機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)。4.3 機(jī)床靜剛度的試驗(yàn)內(nèi)容一、受力和變形分析在進(jìn)行試驗(yàn)前，首先應(yīng)對(duì)機(jī)床系統(tǒng)受力和變形情況作一單間分析，以便確定各主要部件移測(cè)量點(diǎn)的布置。在分析時(shí)，首先根據(jù)機(jī)床的載荷條件，分析機(jī)床主要部件的受力和支承反力系，研究這些力的大小、方向和作用位置以及某些接合面間應(yīng)力的分布狀況，根據(jù)主要部件的受力情況分析基變形形態(tài)以及彈性位置的情況，就可以分析機(jī)床系統(tǒng)在變形中，哪些是主要影響機(jī)床加工精度的變形項(xiàng)目，哪些變形對(duì)機(jī)床加工精度影響不大。由此即可以確定彈性位移測(cè)量點(diǎn)的布置。由于篇幅的限制，這里

43、不再贅述，要想進(jìn)一步了解更多情況，請(qǐng)查閱相關(guān)書(shū)籍。四、 加載在試驗(yàn)前，應(yīng)調(diào)整機(jī)床處于可以工作狀態(tài)，固定按合面（如主軸箱與床身間的等）應(yīng)當(dāng)緊固，在機(jī)床工作時(shí)不動(dòng)的部位（如刀架的回轉(zhuǎn)部分、橫梁、升降臺(tái)和尾架等）應(yīng)當(dāng)夾緊，有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接部分（如刀架、工作滑枕的壓板和鑲條等），應(yīng)當(dāng)調(diào)整好，運(yùn)動(dòng)部件（如刀架、工作臺(tái)、尾架等）于一種或幾種比較典型的工作位置。加載方法可以用重力加載或彈性加載，重力加載適用于試驗(yàn)移動(dòng)部件在不同位置時(shí)因生力而引起的變形情況，在作實(shí)物試驗(yàn)時(shí)，重力加載即可利用機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件本身的重量。例如，可使工作部件處于中間及兩極限位置等不同位置，測(cè)量并分析因重力而引起的變形情況。彈性加載適用于

44、模擬機(jī)床內(nèi)部系統(tǒng)的作用力，如切削力、磨擦力、夾緊力等，這里可利用螺旋壓力機(jī)構(gòu)進(jìn)行加載，在加載裝置中還應(yīng)串聯(lián)有測(cè)力的彈性元件。通常的注測(cè)力彈性元件有n形測(cè)力計(jì)和環(huán)形測(cè)力計(jì)等。試驗(yàn)前，測(cè)力計(jì)經(jīng)過(guò)標(biāo)定，在試驗(yàn)時(shí)根據(jù)測(cè)力計(jì)上千分表的讀數(shù)進(jìn)行加載。在用切削試驗(yàn)研究機(jī)床的綜合剛度時(shí)，則用切削力本身作為機(jī)床的載荷。試驗(yàn)時(shí)，所加載荷的大小，應(yīng)使機(jī)床產(chǎn)生足夠的變形，用一般的測(cè)量測(cè)量工具能夠精確地讀出變形大小，但不應(yīng)超過(guò)被測(cè)機(jī)床的許用載荷。五、 變形測(cè)量測(cè)量變形的常用的測(cè)量工具是千分表和水平儀。在測(cè)量變形的工作中，一方面要測(cè)量刀具相對(duì)于工件的位移，以便求出機(jī)床的綜合剛度，另一方面要測(cè)量機(jī)床各部件如床身、立柱、橫梁

45、、主軸等部件的自身變形以及部件接合面間的接觸變形，其目的是為了分析機(jī)床各主要部件變形相對(duì)機(jī)床綜合剛度的影響，得出機(jī)床系統(tǒng)的移分配。4.4 機(jī)床靜剛度測(cè)量方法機(jī)床靜剛度測(cè)量方法有靜止載荷法和生產(chǎn)法兩種，下面以普通車(chē)床為例，分別介紹兩種測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)。一、靜止載荷法靜止載荷法是在機(jī)床靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行測(cè)量的方法。在車(chē)床的床頭和尾座兩頂尖之間裝上剛度非常大的試件，此試件的剛度非常大，我們可以認(rèn)為該試件是不變形的，此時(shí)，我們將測(cè)力儀安裝在刀架上并向試件加力，因?yàn)樵嚰c車(chē)床的床頭和尾座兩頂尖緊固聯(lián)接，此力便傳向床頭、尾座和刀架，此時(shí)用千分表就可以讀出床頭、尾座和刀架的變形量；用測(cè)力儀就可讀出機(jī)床的受力。1、

46、基本原理靜止載荷法是加載荷于車(chē)床各部件上，并觀察其變形，試驗(yàn)在車(chē)床靜止時(shí)進(jìn)行，根據(jù)這種試驗(yàn)作出剛度的特性(加載荷和卸載荷)曲線。2、測(cè)量?jī)x器、YDC-89型壓電式三向車(chē)削測(cè)力儀、YE5850電荷放大器、DIN-50S型接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、千分表及磁力表座、百分表及磁力表座3、實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理及安裝和使用、測(cè)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及安裝和使用測(cè)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理及安裝和使用詳見(jiàn)2.2節(jié)中的車(chē)削力的測(cè)量部分，這里從略。在測(cè)力系統(tǒng)的測(cè)量范圍參數(shù)設(shè)置中應(yīng)選擇2000N以上，測(cè)力儀刀頭對(duì)準(zhǔn)工件縱向中部。、千分表和百分表的安裝為簡(jiǎn)化起見(jiàn)可將床身變形忽略不計(jì)，將千分表和百分表

47、分別裝在磁性表座上后，將磁性表座固定在床身上，讓千分表觸頭分別抵在床頭和尾座，百分表觸頭抵在刀架上（因?yàn)橥ǔ５都艿淖冃瘟枯^大），各表調(diào)零。尾座套筒伸出長(zhǎng)度為50毫米左右。4、測(cè)量 在測(cè)力儀刀頭沒(méi)有接觸工件之前讀取y方向的穩(wěn)態(tài)力記錄下來(lái)，并記錄各表讀數(shù)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)車(chē)床切深手柄直至刀頭接觸工件后緩緩加力至約400N左右，記錄y方向（即Fp）的穩(wěn)態(tài)力和各表讀數(shù)，以此類(lèi)推，每次加力400N左右，直至加力到最大值2000N左右，記錄下每次加力的力值和各表讀數(shù)。當(dāng)加載力到最大值2000N左右后卸載，同加載一樣，每次卸載力也為400N左右，直至卸載到零，記錄各部位每次卸載的力值和相應(yīng)變形量。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意以

48、下問(wèn)題：、將刀架的縱橫楔鐵，特別是橫向楔鐵一定要將間隙調(diào)節(jié)適當(dāng)，間隙太大，會(huì)發(fā)生爬行，間晾太小，刀架變形會(huì)很小。、將尾座的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)要緊固好。、將模擬車(chē)刀刀桿牢牢地固定在刀架上，否則受力過(guò)大刀桿會(huì)移動(dòng)。、加力時(shí)可以借助加力桿，這樣容易掌握，如果在加力時(shí)超過(guò)了規(guī)定數(shù)值也不要反旋，就此記錄當(dāng)時(shí)的力值和各部位相應(yīng)的變形量，否則會(huì)由于各部位間隙的存在而導(dǎo)致所測(cè)數(shù)值不準(zhǔn)確。5、數(shù)據(jù)處理由于測(cè)力儀刀頭模擬切削力施加于工件長(zhǎng)度的中點(diǎn)處，并假定工件是純剛性的，因此，根據(jù)機(jī)床靜剛度理論，機(jī)床剛度關(guān)系可以用下式表示：式中下標(biāo)：j一一機(jī)床； ct一一車(chē)頭； wz一一尾座； dj一一刀架。而車(chē)頭、尾座和刀架的剛度關(guān)

49、系可以分別用下列各式表示：式中: yct、ydj、ywz分別為在其所受不同載荷的情況下，車(chē)床頭部、刀架和尾座的相應(yīng)變形值，該值可由千分表和百分表讀出。顯然Fdj=Fp，F(xiàn)ct和Fwz為Fp對(duì)車(chē)頭和尾座的反作用力。將所測(cè)數(shù)據(jù)分別代入上式，就可以計(jì)算出機(jī)床各部位在不同受力下的靜剛度，最大允許負(fù)荷下的剛度為機(jī)床的靜剛度。二、 生產(chǎn)法生產(chǎn)法是在機(jī)床生產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量的方法。1、基本原理 從毛坯上切下一層均勻的余量，然后根據(jù)誤差復(fù)映規(guī)律來(lái)計(jì)算車(chē)床的剛度。生產(chǎn)測(cè)定法是在切削條件下進(jìn)行的，因此它更為符合實(shí)際情況。圖4-1所示，在兩頂尖間車(chē)削直徑分別為D1及D2的階梯軸，由于該軸粗，剛度大，加工中的變形可忽略

50、不計(jì)。當(dāng)車(chē)削階梯軸時(shí)，使車(chē)刀的吃刀深度在p1、p2之間變化。因此車(chē)削D1處的切削力大于D2處的切削力，造成工藝系統(tǒng)在加工D1和D2時(shí)的位移變化，引起零件上的加工誤差 (即加工后形成相應(yīng)的直徑d1和d2)。這種零件誤差是毛圖4-1坯誤差在工件上的復(fù)映。毛坯的原始誤差m=D1-D2，加工后零件的加工誤差=d1-d2，顯然是永遠(yuǎn)小于m的，所以在毛坯加工后就可以得到更高的準(zhǔn)確度，為了表示準(zhǔn)確度提高的程度，我們引用一個(gè) "復(fù)映系數(shù)"(也稱(chēng)準(zhǔn)確比)的概念，以表示。即:又故式中:一般取為0.4; CFc一一是與工件材料和刀具幾何角度有關(guān)的系數(shù)，在有關(guān)手冊(cè)可查得或用車(chē)削力測(cè)量一章中的公式求

51、得。 f 一一進(jìn)給量 (mm/r)2、車(chē)削加工圖 4-2為了得到車(chē)床各部分的剛度，在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，如圖4-2所示，采用加工一剛度很大的軸，其變形可以略去不計(jì)，心軸安裝在車(chē)床的兩頂尖之間，在同樣的加工條件下 (即進(jìn)給量、切削速度均不變)車(chē)削毛坯上的三個(gè)階梯部分。車(chē)削加工前，階梯部分的直徑分別為D1及D2，車(chē)削加工后，階梯部分的直徑分別為d1和d2，加工后仍為階梯形狀。3、數(shù)據(jù)記錄與處理車(chē)削加工完成前、后，分別用量具精密地測(cè)出這些直徑并記錄，以備數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。在測(cè)量時(shí)，應(yīng)將工件每轉(zhuǎn)90°測(cè)量一次，取其平均值。由誤差復(fù)映規(guī)律已知： 應(yīng)用上式可以求出機(jī)床剛度，于是我們有下列關(guān)系：根據(jù)上面三式

52、即可得出機(jī)床各部分的剛度： 4.5 機(jī)床靜剛度測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：機(jī)床靜剛度的測(cè)量二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、熟悉車(chē)床靜剛度的測(cè)定方法。 2、比較車(chē)床各部件剛度的大小，分析影響車(chē)床剛度的各種因素。 3、鞏固和論證關(guān)于系統(tǒng)剛度和誤差復(fù)映規(guī)律的概念。三、實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別用靜止載荷法和生產(chǎn)法測(cè)量機(jī)床的靜剛度，求出機(jī)床的剛度。五、實(shí)驗(yàn)、靜止載荷法1、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備、YDC-89型壓電式三向車(chē)削測(cè)力儀、YE5850電荷放大器、DIN-50S型接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、CM6140車(chē)床、千分表及磁力表座、百分表及磁力表座2、實(shí)驗(yàn)步驟與方法、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)A、將刀架的縱橫

53、楔鐵，特別是橫向楔鐵一定要將間隙調(diào)節(jié)適當(dāng)，間隙太大，會(huì)發(fā)生爬行，間晾太小，刀架變形會(huì)很小。B、將尾座的各個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)要緊固好。C、將模擬車(chē)刀刀桿牢牢地固定在刀架上，否則受力過(guò)大刀桿會(huì)移動(dòng)。D、加力時(shí)可以借助加力桿，這樣容易掌握，如果在加力時(shí)超過(guò)了規(guī)定數(shù)值也不要反旋，就此記錄當(dāng)時(shí)的力值和各部位相應(yīng)的變形量，否則會(huì)由于各部位間隙的存在而導(dǎo)致所測(cè)數(shù)值不準(zhǔn)確。、實(shí)驗(yàn)操作步驟A、按2.2節(jié)車(chē)削力的測(cè)量中有關(guān)測(cè)力儀安裝、調(diào)試和使用的相關(guān)內(nèi)容對(duì)測(cè)力儀進(jìn)行安裝和調(diào)試。B、將千分表和百分表分別裝在磁性表座上后，分別在床頭和尾座處安放一只千分表，在刀架處安放一只百分表，并將磁性表座固定在床身上，調(diào)整磁性表座，讓千分

54、表觸頭分別抵在床頭的主軸上和尾座的套筒上，百分表觸頭抵在刀架上，各表調(diào)零。尾座套筒伸出長(zhǎng)度為50毫米左右并緊固。C、各工件旋轉(zhuǎn)進(jìn)給手柄，在測(cè)力儀刀頭沒(méi)有接觸工件之前讀取y方向的穩(wěn)態(tài)力記錄下來(lái)，同時(shí)記錄各表讀數(shù)。D、繼續(xù)旋進(jìn)車(chē)床切深手柄直至刀頭接觸工件后緩緩加力至約400N左右，記錄y方向（即Fp）的穩(wěn)態(tài)力和各表讀數(shù)。E、重復(fù)步驟D，每次加力約400N左右，直至加力到最大值2000N左右，記錄下每次加力的力值和各表讀數(shù)。F、當(dāng)加載力到最大值2000N左右后卸載，同加載一樣，每次卸載力也約為400N左右，直至卸載到零，記錄各部位每次卸載的力值和相應(yīng)變形量。測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

55、按本節(jié)講到的相關(guān)公式對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，算出各部位的剛度和機(jī)床剛度。4、作圖 在同一坐標(biāo)紙上畫(huà)出車(chē)床的車(chē)頭、尾座和刀架各部位的剛度特性曲線圖(包括加載和卸載)，橫坐標(biāo)為、縱坐標(biāo)為FP值。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。、生產(chǎn)法 1、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備、CM6140車(chē)床、三階梯心軸、卡尺.百分表.磁性表座.車(chē)刀A、材料：硬質(zhì)合金T15K6 (或高速鋼)B、幾何形狀：r=450；R=1.5mm 2、實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備做實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)熟悉車(chē)床各操作部位及功能（參見(jiàn)2.2.4節(jié)車(chē)削力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中有關(guān)車(chē)床結(jié)構(gòu)的介紹），熟練掌握車(chē)床的操作。、安裝與調(diào)整A、卸下卡盤(pán)，裝上撥盤(pán)，床頭、床尾各裝上頂尖，并保證前、后頂尖應(yīng)在主軸中心線上，尾座套筒處伸長(zhǎng)應(yīng)為1/3中心高。B、在前后頂尖間裝上試件，心軸的中心孔內(nèi)應(yīng)無(wú)污垢并加黃油，頂尖夾緊力大