機(jī)械制造工藝學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、目 錄實驗一、機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計觀摩實踐 3實驗二、機(jī)床夾具的設(shè)計觀摩實踐 4實驗三、機(jī)床剛度的測定5實驗四、加工誤差的統(tǒng)計分析10實驗五、 機(jī)器裝配工藝過程設(shè)計實驗14實驗六、機(jī)械制造工藝?yán)碚摵图夹g(shù)的發(fā)展觀摩實踐15實驗一、 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計觀摩實踐（2學(xué)時）一、實踐目的了解工藝規(guī)程在生產(chǎn)實踐中的作用；掌握高效自動化加工機(jī)床和普通機(jī)床的加工特點(diǎn)和應(yīng)用場合。二、實踐環(huán)境機(jī)械加工車間，包括通用機(jī)床加工環(huán)境和高效自動化機(jī)床加工環(huán)境及其典型的工藝規(guī)程。三實踐要求 1、學(xué)生在觀摩實踐之前，應(yīng)復(fù)習(xí)或預(yù)習(xí)教材或課堂筆記上的相關(guān)內(nèi)容，帶著若干相關(guān)問題在實踐中求答案。 2、學(xué)生在實踐中要做好記錄，按實踐

2、內(nèi)容認(rèn)真整理并寫出實踐報告。四、觀摩實踐內(nèi)容1、通過觀摩，掌握機(jī)械加工工藝規(guī)程的幾種格式，分別適用于什么場合？2、通過觀摩，分析對于不同生產(chǎn)類型，工藝特點(diǎn)有何不同？3、通過觀摩，總結(jié)分析高效自動化加工機(jī)床和普通機(jī)床的加工的工藝規(guī)程有何不同？4、通過觀摩，總結(jié)工藝規(guī)程在生產(chǎn)實踐中的作用。5、對實踐有何感想和建議？五、考核方式與評分辦法由實驗指導(dǎo)教師給出學(xué)生實驗成績（優(yōu)、良、中、及、差），其中差為不及格。實驗報告占70%，實驗過程占30%。實驗二、 機(jī)床夾具設(shè)計觀摩實踐（2學(xué)時）一、實驗?zāi)康牧私獬Ｓ猛ㄓ煤蛯Ｓ脵C(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)、組成及工作原理，并能夠根據(jù)需要設(shè)計夾具。二實驗所用設(shè)備或模型1、 三爪卡盤

3、、四爪卡盤、虎鉗等通用夾具。2、典型車夾具、銑夾具、鉆夾具等專用夾具模型各一套。3、普通臥式車床一臺、銑床一臺、搖臂鉆床一臺。三要求 1、學(xué)生在觀摩實踐之前，應(yīng)復(fù)習(xí)或預(yù)習(xí)教材或課堂筆記上的相關(guān)內(nèi)容，帶著若干相關(guān)問題在實踐中求答案。 2、學(xué)生在實踐中要做好記錄，要按實踐內(nèi)容認(rèn)真整理并寫出實踐報告。 四、觀摩實踐內(nèi)容 (1)通過觀摩，分析通用夾具和專用夾具的特點(diǎn)。 (2) 通過觀摩，分析車床夾具結(jié)構(gòu)主要由哪幾部分組成?，與車床如何聯(lián)接？（3）通過觀摩，分析鉆模結(jié)構(gòu)主要由哪幾部分組成? 觀摩中見到的鉆套結(jié)構(gòu)形式有哪幾種？各有何特點(diǎn)?(4)通過實物觀摩，分析車床夾具結(jié)構(gòu)主要由哪幾部分組成?(5)實物觀

4、摩中見到的哪些夾具設(shè)有對刀裝置，以結(jié)構(gòu)示意圖的形式表示對刀裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，指出對刀工作面，如何減少對刀過程中對刀塊工作面的磨損?五、考核方式與評分辦法由實驗指導(dǎo)教師給出學(xué)生實驗成績（優(yōu)、良、中、及、差），其中差為不及格。實驗報告占70%，實驗過程占30%。實驗三、 機(jī)床剛度測定1、機(jī)床靜剛度測定實驗（2學(xué)時）一、實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗，使學(xué)生進(jìn)一步了解由機(jī)床（包括夾具）一工件一刀具所組成的工藝系統(tǒng)是一彈性系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中因切削力、零件自重及慣性力等的作用，工藝系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)會產(chǎn)生彈性變形及系統(tǒng)中各元件之間若有接觸間隙，在外力的作用下會產(chǎn)生位移，并且熟悉機(jī)床靜剛度的測量方法和計算方法，從而更深的理解機(jī)

5、械制造工藝中的工藝設(shè)備及其對零件加工質(zhì)量的影響，提高學(xué)生分析和處理問題的能力。二、實驗設(shè)備與儀器1、普通臥式車床機(jī)床一臺 。 2、單向靜剛度測定裝置一套。三、 實驗原理機(jī)床靜剛度測定實驗是在機(jī)床不工作狀態(tài)下，模擬切削時的受力情況，對機(jī)床施加靜載荷，然后測出機(jī)床各部件在不同靜載荷下的變形，就可作出各部件的剛度特性曲線并計算出其剛度。 圖1 機(jī)床靜剛度測定裝置圖四、 實驗步驟如圖1所是：在 C616 車床的頂尖間裝上一根剛度很大的光軸，其受力后變形可忽略不計，螺旋加力器 5 固定在刀架上，在加力器 6 與光軸間裝一測力環(huán) 7 ，在該環(huán)之內(nèi)孔中固定安裝一千分表 3 ，當(dāng)對如圖所安裝的測力環(huán)加力時，千

6、分表 3 的指針就會轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動量與外載荷的對應(yīng)關(guān)系可在材料實驗機(jī)上預(yù)先測出。本實驗中測力環(huán)的變形與外載荷（ 0 - 1500N時）的對應(yīng)關(guān)系見表 1 。實驗時，將測力環(huán)抵在剛性軸的中點(diǎn)處，在剛性軸靠近主軸端裝有千分表 1 ，在剛性軸靠近尾架端裝有千分表 2 ，在刀架處裝有千分表 4 ，用扳手轉(zhuǎn)動帶有方頭的加力螺桿 5 施一外載荷（ ），加載大小由千分表 3 的指針轉(zhuǎn)動量所指示，千分表 3 的指針轉(zhuǎn)動量與加載關(guān)系如表1 所示，每次加載和卸載時，分別記錄下千分表 1,2,4 的讀數(shù)。為了說明機(jī)床的靜剛度與尾座套筒的伸出長度有關(guān)，實驗時，可將套筒分別伸出 5mm 和 10mm 后各進(jìn)行一次實驗，可

7、對實驗結(jié)果進(jìn)行比較。具體步驟：1、.按圖 1 把單向靜剛度儀裝在車床上，同時裝好千分表。2.、把測力環(huán)抵在剛性軸的中點(diǎn)處，使千分表 3 的指針指零，轉(zhuǎn)動加力螺桿 5 預(yù)加載荷 500N后卸載，然后，重新調(diào)整千分表 1,2,4 ，使其指針指零。3.、按照表 1 所給出的測力環(huán)所受載荷與千分表指示數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，測力環(huán)每次加載 100N，順次加至 1000N，把每次加載后千分表 1,2,4 的位移數(shù)值記錄到表 2中。4.加載至 1000N時，這時進(jìn)行卸載，每次卸載 100N，直至載荷為零，切把每次卸載后千分表 1,2,4 的位移數(shù)值記錄到表 2中。5.加載、卸載、記錄要有專人負(fù)責(zé)，要嚴(yán)肅、認(rèn)真。

8、表1測力環(huán)所受載荷（kg）0102030405060708090100千分表指示數(shù)（m）表2 外載荷與千分表讀數(shù)記錄尾座套筒伸出5mm尾座套筒伸出105mm測力環(huán)受載荷（N）千分表讀數(shù)（m）測力環(huán)受載荷N千分表讀數(shù)（m車頭刀架尾座車頭刀架尾座加載減載加載減載加載減載加載減載加載減載加載減載0 0000 00010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000五、 單向靜剛度的計算機(jī)床的靜剛度是由機(jī)床各個部件剛的剛度決定的。實驗時把測力環(huán)抵在剛性軸的中點(diǎn)處，則機(jī)床的靜剛度與床頭、尾座、刀架它們之間的剛度關(guān)系可以用下式表示：

9、=+（+）式中 = = =式中、為在其所受不同載荷的情況下，床頭、尾座、刀架的對應(yīng)位移值，該值可由千分表 1 、 2 、 4 中讀出， 即千分表3對應(yīng)數(shù)值，=，則等于加載數(shù)值。六六、實驗結(jié)果與分析1當(dāng)測力環(huán)承受載荷 800N時，分別計算尾座套筒伸出長度 5 mm和105mm機(jī)床靜剛度的具體數(shù)值。2畫出尾座套筒分別伸出5mm和105mm時尾座的剛度曲線圖，其中橫坐標(biāo)為刀架水平位移量（m），縱坐標(biāo)為值。3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及所作剛度曲線對實驗結(jié)果進(jìn)行分析（1）尾座套筒伸出5mm和105mm時所做剛度曲線傾斜度不同說明什么問題？（2）為何加載曲線與卸載曲線不重合？（3）剛度曲線上的殘留變形由何而來？（4

10、）根據(jù)實驗結(jié)果，討論提高工藝系統(tǒng)剛度的措施七、考核方式與評分辦法由實驗指導(dǎo)教師給出學(xué)生實驗成績（優(yōu)、良、中、及、差），其中差為不及格。實驗報告占70%，實驗過程占30%。2、用“生產(chǎn)法”測定車床剛度實驗（2學(xué)時）一、實驗?zāi)康?、深入理解機(jī)床剛度、工藝系統(tǒng)剛度、毛坯誤差復(fù)映系數(shù)三個基本概念，并掌握它們的計算方法。2、掌握“生產(chǎn)法”測定機(jī)床剛度的原理和方法。3、分析機(jī)床剛度，毛坯誤差對加工精度的影響規(guī)律，并繪制表示所產(chǎn)生的形狀誤差。二、實驗原理本實驗主要運(yùn)用復(fù)映規(guī)律及工藝系統(tǒng)剛度與各組成環(huán)節(jié)剛度的關(guān)系，計算機(jī)床各部件的剛度。根據(jù)：g/m=CFyf0.75/kxt=(復(fù)映系數(shù)) =CFyf0.75在

11、車床頂尖裝夾一根剛度極大的心軸。心軸在靠近前頂尖、后頂尖及中間三處各預(yù)先車出一臺階，尺寸分別為D1 、D2 、D21 、D22 、D31 、 D32給定一個已知的毛坯誤差m，一次走刀后，尺寸分別為d1、d2、d21、d22、d31、d32，實測出g，算出誤差復(fù)映系數(shù)1、2、3.并根據(jù)給定的工件材料，切削條件，由“切削原理”查得CFy、，故可用上式計算出各個位置的系統(tǒng)剛度，即kxt、kxt、kxt。由于心軸剛度極大，其變形可忽略不計，車刀的變形也可忽略，故上面三處的系統(tǒng)剛度就是三處的機(jī)床剛度。因此可用以下三元一次方程，求解機(jī)床三個部件的剛度。既ktj（頭架剛度）、kwz（尾座剛度）、kdj（刀架

12、剛度）。1/kxt=（1/ktj）+（1/kdj）1/kxt=（1/kdj）+0.25（1/ktj）+（1/kwz）1/kxt=（1/kwz）+（1/kdj）三、實驗設(shè)備及試件1、設(shè)備：帶尾座的車床2、量具：外徑千分尺3、試件：預(yù)車如圖所示三個臺階來形成三個m。D1 D2 D21 D22 D31 D32 試件圖四、實驗步驟1、熟悉機(jī)床操作，將試件安裝在兩頂尖間，松緊適度。2、選擇切削參數(shù)，可參考以下范圍：f=0.10.4mm/r,ap=0.51mm, v根據(jù)所選擇刀具材料確定，不宜過高或過低。3、測定試件毛坯誤差m（三處）并記錄。4、按所選擇參數(shù)調(diào)整機(jī)床，一次走刀車削三個臺階。5、加工完畢，測

13、量工件有關(guān)尺寸，列表記錄m、g的值，填入表一中。表一 誤差記錄及復(fù)映系數(shù)計算表毛坯誤差m=m=m=零件誤差g=g= g= 復(fù)映系數(shù)=g/m=g/m=g/m=六、實驗結(jié)果與分析1、計算出三處的復(fù)映系數(shù)并填入表一。2、按公式=CFyf0.75計算出三處系統(tǒng)剛度，并按相應(yīng)公式算出機(jī)床三部件的剛度Kct、Kwz、Kdj。3、分析1）三處的和Kj值是否相同?為什么?2）分析本車床剛度情況，并估計它對工件形狀誤差的影響。3）若要提高本機(jī)床的剛度，可采取哪些措施?七、注意事項1安裝心軸前，松開屋座架，移動屋座架使兩頂尖之間的距離略大于夾具心軸的距離，然后緊固尾座,應(yīng)注意盡量縮短尾座套筒的懸伸長度。2轉(zhuǎn)動尾座

14、手輪，使心軸在兩頂尖之間松緊程度適宜，既不允許整個裝置有軸向或徑向移動，又不能頂?shù)锰o燒壞頂尖孔,然后鎖緊尾頂尖。3 由于心軸較重裝拆時須注意安全。4開動車床時,注意安全操作，以免意外事故。八、考核方式與評分辦法由實驗指導(dǎo)教師給出學(xué)生實驗成績（優(yōu)、良、中、及、差），其中差為不及格。實驗報告占70%，實驗過程占30%。實驗四、 加工誤差的統(tǒng)計分析（2學(xué)時）一、實驗的任務(wù)、性質(zhì)和目的1、任務(wù)：在調(diào)整好的萬能外圓磨床上連續(xù)加工一批同樣尺寸的試件(實驗前已加工好，并編號序號)，測量其加工尺寸，對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理，以鞏固機(jī)制工藝學(xué)課程中所學(xué)到的有關(guān)加工誤差統(tǒng)計分析方法的基本理論知識，并用來分析此

15、工序的加工精度。2、性質(zhì)：綜合性實驗。3、目的：（1）掌握加工誤差統(tǒng)計分析方法的基本原理和應(yīng)用。（2）掌握樣本數(shù)據(jù)的采集與處理方法，要求：能正確地采集樣本數(shù)據(jù)，并能通過對樣本數(shù)據(jù)的處理，正確繪制出加工誤差的實驗分布曲線和圖。（3）能對實驗分布曲線和圖進(jìn)行正確地分析，對加工誤差的性質(zhì)、工序能力及工藝穩(wěn)定性做出準(zhǔn)確的鑒別。（4）培養(yǎng)對加工誤差進(jìn)行綜合分析的能力。二、實驗設(shè)備、儀器及試件設(shè)備：萬能外圓磨床；測量儀器：千分尺一把 ；試件：已加工好的50mm的45鋼（淬火）100件三、實驗原理在實際生產(chǎn)中，為保證加工精度，常常通過對生產(chǎn)現(xiàn)場中實際加工出的一批工件進(jìn)行檢測，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計的方法加以處理和分析

16、，從中尋找誤差產(chǎn)生的規(guī)律，找出提高加工精度的途徑。這就是加工誤差統(tǒng)計分析方法。加工誤差分析的方法有兩種形式，一種為分布圖分析法，另一種為點(diǎn)圖分析法。1分布圖分析法分布圖分析法是通過測量一批加工零件的尺寸，把所測到的尺寸范圍分為若干個段。畫出該批零件加工尺寸（或誤差）的實驗分布圖。其折線圖就接近于理論分布曲線。在沒有明顯變值系統(tǒng)誤差的情況下，即工件的誤差是由很多相互獨(dú)立的微小的隨機(jī)誤差綜合作用的結(jié)果，則工件尺寸分布符合正態(tài)分布。利用分布曲線圖可以比較方便地判斷加工誤差性質(zhì)，確定工序能力，并估算合格品率，但利用分布圖分析法控制加工精度，必須待一批工件全部加工完畢，測量了樣本零件的尺寸后，才能繪制分

17、布圖，因此不能在加工過程中及時提供控制精度的信息，這在生產(chǎn)上將是很不方便的。2點(diǎn)圖法在生產(chǎn)中常用的另一種誤差分析方法是點(diǎn)圖法或圖法。點(diǎn)圖法是以順序加工的零件序號為橫坐標(biāo)，零件的加工尺寸為縱坐標(biāo)，把按加工順序定期測量的工件尺寸畫在點(diǎn)圖上。點(diǎn)圖可以反映加工尺寸和時間的關(guān)系，可以看出尺寸變化的趨勢，找出產(chǎn)生誤差的原因。圖稱為平均尺寸極差質(zhì)量控制圖。一般是在生產(chǎn)過程開始前，先加工一批試件（本實驗中即用本批加工的零件作為試件），根據(jù)加工所得的尺寸，求出平均值和極差R而繪制成的。點(diǎn)圖：中線 上控制線 下控制線 R點(diǎn)圖：中線 上控制線 Rs = D1 下控制線 Rx = D2 是將一批工件依照加工順序按n個

18、分為一組第i組的平均值，共分成k組；是第i組的極差；式中A2、D1、D2的數(shù)值根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理而定出（見表1）。表1 每組件數(shù)nA2D1D240.73 2.28050.58 2.110將生產(chǎn)中定期抽樣的尺寸結(jié)果，點(diǎn)在圖上，從點(diǎn)子在圖中的位置便可看出和R的波動，它反映了工件平均值的變化趨勢和隨機(jī)誤差的分散程度。圖上的控制界限線，就是用來判斷工藝是否穩(wěn)定的界限。因此圖是用來判斷工藝過程的穩(wěn)定性的。四、實驗步驟1 按萬能外圓磨床操作方法，加工一批零件（本實驗為100件）。加工完的零件，擦洗干凈，按加工順序放置好。2 按加工順序測量工件的加工尺寸，記錄測量結(jié)果。3 繪制直方圖和分布曲線1）找出這批工件

19、加工尺寸數(shù)據(jù)的最大值xmax和最小值xmin，按下式計算出極差R。Rxmax一xmin2）確定分組數(shù)K（K一般根據(jù)樣本容量來選擇，建議可選在811之間）。3）按下式計算組距 d。4）確定組界（測量單位：微米）。5）做頻數(shù)分布表。6）計算和。7）畫直方圖 以樣本數(shù)據(jù)值為橫坐標(biāo)，標(biāo)出各組組界；以各組頻率密度為縱坐標(biāo)，畫出直方圖。8）畫分布曲線 若工藝過程穩(wěn)定，則誤差分布曲線接近正態(tài)分布曲線；若工藝過程不穩(wěn)定，則應(yīng)根據(jù)實際情況確定其分布曲線。畫出分布曲線，注意使分布曲線與直方圖協(xié)調(diào)一致。9）畫公差帶 在橫軸下方畫出公差帶，以便與分布曲線相比較。4 繪制圖1）確定樣組容量，對樣本進(jìn)行分組樣組容量m通常

20、取4或5件。按樣組容量和加工時間順序，將樣本劃分成若干個樣組。2）計算各樣組的平均值和極差對于第i個樣組，其平均值和極差計算公式為： 式中 第i個樣組的平均值； 第i個樣組的標(biāo)準(zhǔn)差； 第i個樣組第j個零件的測量值； 第i個樣組數(shù)據(jù)的最大值； 第i個樣組數(shù)據(jù)的最小值3）計算圖控制限（計算公式見實驗原理）4）繪制圖以樣組序號為橫坐標(biāo)，分別以各樣組的平均值和極差R為縱坐標(biāo)，畫出圖，并在圖上標(biāo)出中心線和上、下控制限。5 按下式計算工序能力系數(shù)Cp6 判別工藝過程穩(wěn)定性可按下表所列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別。注意，同時滿足表中左列3個條件，工藝過程穩(wěn)定；表中右列條件之一不滿足，即表示工藝過程不穩(wěn)定。表27 加工誤差綜

21、合分析通過對分布圖和圖的分析，可以初步判斷誤差的性質(zhì)。進(jìn)而結(jié)合具體加工條件，分析影響加工誤差的的各種因素，必要時，可對工藝系統(tǒng)的誤差環(huán)節(jié)進(jìn)行測量和實驗。五、實驗基本要求1 明確實驗?zāi)康?、?nèi)容、條件及實驗步驟，記錄好實驗原始數(shù)據(jù)。2 繪制直方圖和分布曲線；繪制圖。3 計算工序能力系數(shù)Cp。4 根據(jù)實驗結(jié)果分析并討論：1）本工序的實驗分布曲線圖是否接近正態(tài)分布曲線?為什么?并估算合格品率或者不合格品率。若有不合格品，判斷為可修復(fù)還是不可修復(fù)。 2）根據(jù)工序能力系數(shù)Cp，本工序?qū)倌囊患?如果出現(xiàn)了廢品，試分析產(chǎn)生廢品的原因。3）從圖看，本工序的工藝過程穩(wěn)定嗎？如果不穩(wěn)定，試分析其原因。4）分析判別加工誤差的性質(zhì)，分析影響加工誤差的主要因素，并對加工方案提出改進(jìn)措施。七、考核方式與評分辦法由實驗指導(dǎo)教師給出學(xué)生實驗成績（優(yōu)、良、中、及、差），其中差為不及格。實驗報告占70%，實驗過程占30%。實驗五、 機(jī)器裝配工藝過程設(shè)計實驗（2