機(jī)械制造基本工藝學(xué)試驗(yàn)參考指導(dǎo)書(shū)

目錄試驗(yàn)1Y3150E滾齒機(jī)調(diào)整試驗(yàn)……...……2試驗(yàn)2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析………...…………7試驗(yàn)3車(chē)床綜合靜剛度測(cè)定………...……13試驗(yàn)1Y3150E滾齒機(jī)調(diào)整試驗(yàn)1.試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1.1分析滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)及傳動(dòng)系統(tǒng)；1.2熟悉滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)和性能；1.3經(jīng)過(guò)加工直齒或斜齒圓柱齒輪，熟悉滾齒機(jī)換置計(jì)算和調(diào)整方法2.試驗(yàn)內(nèi)容2.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作2.1.1認(rèn)真閱讀本指導(dǎo)書(shū)，明確試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及內(nèi)容；2.1.2依據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)圖畫(huà)出傳動(dòng)原理圖；2.1.3依據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)圖列出加工多種工件時(shí)平衡方程式，求出調(diào)整公式；2.1.4依據(jù)所給數(shù)據(jù)進(jìn)行必需調(diào)整計(jì)算。2.2試驗(yàn)工作2.2.1對(duì)照機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖，在機(jī)床上找出各傳動(dòng)鏈傳動(dòng)路線，各組掛輪(交換齒輪)位置，熟悉機(jī)床結(jié)構(gòu)。2.2.2按步驟安裝工件并找正(假如齒坯以內(nèi)圓定心除外)。2.2.3安裝刀具并調(diào)整刀架角度。2.2.4調(diào)整切削深度，開(kāi)動(dòng)機(jī)床，切削完成，測(cè)量工件，確定質(zhì)量是否合格并進(jìn)行分析。2.2.5拆卸掛輪，擦凈機(jī)床。3.Y3150E滾齒機(jī)關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格及用途本機(jī)床關(guān)鍵用于切削直齒、斜齒圓柱齒輪和用徑向進(jìn)給切削蝸輪；另外還能夠用包絡(luò)法加工花鍵軸、多面體、鏈輪等工件。進(jìn)行上述多種工件加工時(shí)要分別采取合適截面形狀滾刀。關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)加工齒輪最大模數(shù)工件為鋼件時(shí)6mm；工件為鑄件時(shí)8mm加工齒輪最大直徑500mm刀具最大直徑160mm刀架最大回轉(zhuǎn)角度240°刀具主軸轉(zhuǎn)速共九級(jí)：（見(jiàn)表1）垂直進(jìn)給量共十二種：（見(jiàn)表2）主電動(dòng)機(jī)功率4千瓦快速電動(dòng)機(jī)功率1.1千瓦交換掛輪齒輪齒數(shù)（分齒掛輪，進(jìn)給掛輪及差動(dòng)掛輪共用）：20（兩件）23242526303233343536（兩件）37404143454647485052535557585960（兩件）6162656770717375798085899092959798100共46種（49件）模數(shù)m＝2。圖2.1Y3150E型滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖4.1加工直齒圓柱齒輪4.1.1主運(yùn)動(dòng)：依據(jù)刀具外徑、刀具材料、合理切削速度V，求得所需刀具轉(zhuǎn)速：式中D——滾刀直徑(mm)；n——主軸轉(zhuǎn)速(r／min)；v——切削速度(m／min)按滾刀主軸轉(zhuǎn)速掛輪表選擇A／B掛輪。4.1.2分度運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)鏈聯(lián)絡(luò)滾刀和工件，差動(dòng)機(jī)構(gòu)(合成機(jī)構(gòu))為不用差動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)情況(用接合爪)調(diào)整計(jì)算公式為：式中e、f掛輪是一對(duì)“結(jié)構(gòu)性掛輪”，依據(jù)被加工齒輪齒數(shù)來(lái)選擇：時(shí)，用于；時(shí)，用于；時(shí)，用于。4.1.3刀架垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：依據(jù)加工粗糙度要求，選擇進(jìn)給量S值，然后由垂直進(jìn)給量掛輪表選擇a1/b1掛輪。（參看表2、表3）4.2加工斜齒圓柱齒輪4.2.1主運(yùn)動(dòng)(同上)4.2.1分齒運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)關(guān)系同上，但此時(shí)差動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)為用差動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)情況（用接合爪）4.3.3刀架垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(同上)4.3.4差動(dòng)運(yùn)動(dòng)式中：β——工件螺旋斜角；——工件法向模數(shù)；k——滾刀頭數(shù)。注：由調(diào)整公式計(jì)算出數(shù)值經(jīng)過(guò)“掛輪選擇表”或掛輪對(duì)數(shù)表查出具體齒數(shù)。5.刀具、工件安裝依據(jù)工件、刀具螺旋角方向和度數(shù)調(diào)整刀架安裝角度，使?jié)L刀螺旋線和工件齒向平行。5.1加工圓柱直齒時(shí)刀架偏轉(zhuǎn)角度（見(jiàn)圖2.2）圖2.2加工圓柱直齒時(shí)刀架偏轉(zhuǎn)角度5.2加工圓柱斜齒輪時(shí)刀架偏轉(zhuǎn)角度及掛輪分配情況（見(jiàn)圖2.3）圖2.3加工圓柱斜齒時(shí)刀架偏轉(zhuǎn)角度及掛輪分配工件坯應(yīng)牢靠地裝夾在工作臺(tái)上，不用心軸定位時(shí)需用千分表調(diào)正齒坯外圓，使工件和工作臺(tái)同心。6.調(diào)整切削深度依據(jù)工作模數(shù)、材料強(qiáng)度，和所要求加工精度來(lái)確定走刀次數(shù)和切削深度。用滾刀切削不超出7級(jí)精度圓柱齒輪時(shí)，對(duì)模數(shù)mn≤2mm齒輪用一次走刀切出；對(duì)模數(shù)mn＞2mm以上時(shí)用二次或三次以上走刀。思考題1.加工圓柱斜齒齒輪，在調(diào)整機(jī)床時(shí)，是依據(jù)工件端面模數(shù)選擇滾刀，還是依據(jù)工件法向模數(shù)選擇滾刀？為何？2.在Y3150E型滾齒機(jī)上決定加工精度是哪個(gè)傳動(dòng)鏈？而該傳動(dòng)鏈中又以那些傳動(dòng)件為關(guān)鍵件？試驗(yàn)2加工誤差統(tǒng)計(jì)分析1.試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和要求1.1經(jīng)過(guò)本試驗(yàn)使學(xué)生掌握加工誤差統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)原理和方法；利用此方法綜合分析零件加工尺寸改變規(guī)律。1.2學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)試驗(yàn)線路，正確選擇和使用相關(guān)測(cè)量裝置，測(cè)量工具和儀器。1.3正確地進(jìn)行采樣和運(yùn)算，并繪制點(diǎn)圖，試驗(yàn)分布曲線圖。1.4繪制質(zhì)量控制圖。1.5確定本工序工序能力系數(shù)，（也稱(chēng)精度系數(shù)），并分析本工序加工穩(wěn)定性。2.基礎(chǔ)原理2.1加工誤差及其改變規(guī)律由多種工藝原因所產(chǎn)生加工誤差可分為兩大類(lèi)，即系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差。系統(tǒng)性誤差關(guān)鍵有因調(diào)整原因引發(fā)常值系統(tǒng)誤差Δ常和因刀具磨損、工藝系統(tǒng)熱變形等引發(fā)有規(guī)律改變趨勢(shì)變值系統(tǒng)性誤差Δ變。隨機(jī)性誤差Δ隨是因?yàn)槌叽绶稚⒃斐?，亦稱(chēng)瞬時(shí)尺寸分散。整批零件尺寸分散還應(yīng)包含有規(guī)律改變著系統(tǒng)性誤差。在加工過(guò)程中，隨機(jī)性誤差和系統(tǒng)性誤差是同時(shí)存在，而且混在一起。所以，生產(chǎn)實(shí)際中，常見(jiàn)統(tǒng)計(jì)分析法來(lái)研究加工精度問(wèn)題。2.2分布曲線法2.2.1理論分布曲線大量試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析表明：當(dāng)一批工件總數(shù)足夠多時(shí)，加工中誤差是由相互獨(dú)立隨機(jī)原因引發(fā)，而且這些誤差原因中又全部沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)傾向，則其分布是服從正態(tài)分布。也就是說(shuō)，隨機(jī)誤差分布曲線，是正態(tài)分布曲線，它是描述正態(tài)分布密度函數(shù)圖形。理論正態(tài)分布曲線是連續(xù)、對(duì)稱(chēng)曲線。圖3.1所表示，它方程式以下：式中，y——分布概率密度；x——自變數(shù)，它屬于某一組隨機(jī)變數(shù)集合X；圖3.1正態(tài)分布曲線——隨機(jī)變數(shù)總體均值（分散中心）：N為樣本總數(shù)σ——均方差：生產(chǎn)實(shí)際中，加工誤差統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，可得，為工件尺寸分布平均值；N為工件數(shù)量；為工件尺寸。假如改變參數(shù)（保持不變），則曲線沿x軸平移而不改變其形狀，這說(shuō)明是表征分布曲線位置參數(shù)。改變關(guān)鍵是常值系統(tǒng)性誤差引發(fā)。假如保持不變，當(dāng)值降低時(shí)，則曲線形狀陡峭；當(dāng)值增大時(shí)，曲線形狀平坦，是由隨機(jī)性誤差決定，隨機(jī)性誤差越大則越大，可見(jiàn)是表征分布曲線形狀參數(shù)，亦即它刻劃了隨機(jī)變量x取值分散程度，亦即隨機(jī)性誤差對(duì)加工過(guò)程影響。理論分布曲線常見(jiàn)于需要深入研究某個(gè)工序加工精度問(wèn)題。為降低統(tǒng)計(jì)工作量，通常加工精度分析常采取試驗(yàn)分布曲線。2.2.2試驗(yàn)分布曲線試驗(yàn)分布曲線是依據(jù)一批零件加工尺寸繪制出來(lái)。通常，隨機(jī)抽取工件數(shù)量應(yīng)在50件以上，越多越能反應(yīng)出它分布規(guī)律，通常最多不超出200件。作圖時(shí)，令橫坐標(biāo)表示加工尺寸分組間隔，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)某加工尺寸間隔內(nèi)尺寸出現(xiàn)頻率，也可用某加工尺寸間隔內(nèi)尺寸出現(xiàn)次數(shù)，即頻數(shù)表示。分組數(shù)和組距，分組數(shù)K＝7～12式中，h——組距；K——分組數(shù)，和樣本數(shù)相關(guān)；xmax、xmin——測(cè)量數(shù)據(jù)最大值、最小值。試驗(yàn)分布曲線圖又稱(chēng)頻率直方圖，它和理論分布曲線不一樣之點(diǎn)在于：它不是光滑曲線而是折線。理論正態(tài)分布曲線有兩個(gè)特征參數(shù)和，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)所計(jì)算出來(lái)和只是它們近似值，稱(chēng)為正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)特征量。分布曲線分析法能夠用于：⑴判別加工誤差性質(zhì)假如實(shí)際分布和正態(tài)分布基礎(chǔ)相符，則加工過(guò)程中沒(méi)有變值系統(tǒng)性誤差或影響很小，進(jìn)而可依據(jù)是否和公差帶中心重合來(lái)判定是否存在常值系統(tǒng)性誤差，不重合就說(shuō)明存在常值系統(tǒng)性誤差。假如實(shí)際分布和正態(tài)分布有較大出入，可依據(jù)直方圖初步判定變值系統(tǒng)性誤差類(lèi)型。⑵確定多種加工方法所能達(dá)成精度因?yàn)槎喾N加工方法在隨機(jī)性原因影響下所得到加工尺寸分散規(guī)律符合正態(tài)分布，所以能夠在數(shù)次統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，為每一個(gè)加工方法求得它標(biāo)準(zhǔn)偏差值，然后按分布范圍等于6規(guī)律，即可確定多種加工方法所能達(dá)成精度。⑶確定工序能力及其等級(jí)⑷估算不合格品率2.2.3正態(tài)性檢驗(yàn)分布曲線是否服從正態(tài)分布，需要進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，常采取正態(tài)概率紙法來(lái)分析。正態(tài)概率紙法，要用到正態(tài)概率紙，它是一個(gè)特殊坐標(biāo)紙。其橫坐標(biāo)為等分刻度，縱坐標(biāo)按正態(tài)分布累計(jì)頻率來(lái)刻度。這么，正態(tài)分布函數(shù)在正態(tài)概率紙上圖形是一條直線。若將試驗(yàn)結(jié)果在正態(tài)概率紙上作點(diǎn)，即橫坐標(biāo)為組中值，縱坐標(biāo)為累計(jì)頻率，畫(huà)出各點(diǎn)，用直尺畫(huà)一條盡可能靠近這些點(diǎn)直線。若服從正態(tài)分布，則這些點(diǎn)應(yīng)落在這條直線上。因?yàn)楣ぜ叽绮▌?dòng)，這些點(diǎn)相對(duì)直線多少有些偏離。但不能偏離過(guò)大，過(guò)大則總體分布可能不服從正態(tài)分布。通常來(lái)說(shuō)，中間點(diǎn)相對(duì)直線偏離不能過(guò)大，兩頭點(diǎn)能夠許可大部分。2.2.4工藝過(guò)程精度評(píng)價(jià)工藝過(guò)程精度評(píng)價(jià)，就是對(duì)現(xiàn)行工藝過(guò)程或待實(shí)施工藝過(guò)程進(jìn)行工藝驗(yàn)證，看它能否合理地滿足工藝要求，即零件經(jīng)過(guò)本工序加工以后，能否達(dá)成工序間加工尺寸和給定公差。工序精度系數(shù)即工藝能力系數(shù)，是用來(lái)作為精度評(píng)價(jià)指標(biāo)，它表明工藝過(guò)程穩(wěn)定程度和本工序加工能力。通常情況下，。值越大，工序加工能力越強(qiáng)，產(chǎn)品合格率越高，但生產(chǎn)成本肯定對(duì)應(yīng)地增加，若或表明該工序加工能力較弱，產(chǎn)品廢品率上升，必需采取對(duì)應(yīng)方法來(lái)改善工藝過(guò)程。計(jì)算方法是：式中，——待加工工件工序公差；——樣本均方差（標(biāo)準(zhǔn)差）。必需指出，利用分布曲線法研究加工精度問(wèn)題時(shí)，存在兩點(diǎn)不足：⑴不能反應(yīng)誤差改變趨勢(shì)。因?yàn)榉治鰰r(shí)沒(méi)有考慮到工件加工前后次序，故不能把變值系統(tǒng)性誤差和隨機(jī)性誤差區(qū)分開(kāi)來(lái)。⑵采取分布曲線法控制加工精度時(shí)，必需檢驗(yàn)整批加工零件，只有一批零件加工完成后方能繪制出分布曲線圖。采取點(diǎn)圖分析法能夠填補(bǔ)上述不足。2.3工藝穩(wěn)定性和點(diǎn)圖法所謂工藝穩(wěn)定，從數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理來(lái)看，一個(gè)過(guò)程（工序）質(zhì)量參數(shù)總體分布，其平均值和均方差在整個(gè)過(guò)程（工序）中若能保持不變，則該工藝是穩(wěn)定。圖法是經(jīng)典統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制方法，它是控制連續(xù)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性有力工具。為了驗(yàn)證工藝穩(wěn)定性，需要應(yīng)用和兩張點(diǎn)圖，是將一批工件依據(jù)加工次序，m個(gè)為一組，共分K組，第i組平均值；是第i組數(shù)值極差，即。兩張圖合起來(lái)應(yīng)用，通常稱(chēng)為圖。不難了解，和R波動(dòng)反應(yīng)了工件平均值改變趨勢(shì)和隨機(jī)性誤差分散程度。在圖上分別畫(huà)出中心線和控制線，控制線就是用來(lái)判定工藝是否穩(wěn)定界限線。在圖上，還可畫(huà)出公差上限線和公差下限線。圖中心線為：R圖中心線為：圖上控制線為：圖下控制線為：R圖上控制線為：式中，A和D數(shù)值是依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理而定出，K取7～25；通常每組工件個(gè)數(shù)m取4或5。表1每組個(gè)數(shù)mADK40.732.287～2550.582.11為了方便作圖，可事先將工件尺寸測(cè)量后填于以下圖統(tǒng)計(jì)表中。表2：圖統(tǒng)計(jì)表組號(hào)測(cè)定值總計(jì)平均值極差Rx1x2x3x4x5123…K＝＝＝＝＝圖3.2測(cè)量裝置3.數(shù)據(jù)采集和處理3.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理第一步是測(cè)量并采集原始數(shù)據(jù)。所以，對(duì)原始數(shù)據(jù)采集方法是否合理，不僅關(guān)系到測(cè)量誤差大小，數(shù)據(jù)可靠性，而且關(guān)系到能否得出正確結(jié)論。測(cè)量裝置圖3.2所表示。被測(cè)工件置于比較儀測(cè)量臺(tái)上，千分表或電感位移傳感器裝在測(cè)量臺(tái)立柱、橫臂上，使每個(gè)工件逐次和測(cè)量頭接觸，則從千分表上可讀出數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)在圖統(tǒng)計(jì)表中，供分析作圖之用。圖3.3自動(dòng)測(cè)量方法自動(dòng)測(cè)量方法圖3.3所表示。電感位移傳感器將檢測(cè)得到位移信號(hào)輸送給測(cè)微儀，測(cè)微儀輸出模擬電壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)一級(jí)直流放大和低通濾波后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)送入微型計(jì)算機(jī)，利用數(shù)據(jù)處理和繪圖程序，可將分析結(jié)果打印，并繪出圖和分布圖。3.2數(shù)據(jù)處理對(duì)一批零件加工尺寸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分過(guò)大或過(guò)小異常數(shù)據(jù)，和大多數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)相差懸殊。這是因?yàn)闇y(cè)試過(guò)程中操作不正確，或錯(cuò)讀、錯(cuò)記，或測(cè)試條件發(fā)生突變等偶然原因造成。這么數(shù)據(jù)對(duì)可能得到真實(shí)數(shù)據(jù)結(jié)果帶來(lái)歪曲，所以，這么數(shù)據(jù)必需舍去。實(shí)際測(cè)量中，通常依據(jù)格拉布斯方法來(lái)確定異常值。其計(jì)算方法以下：設(shè)測(cè)量值為：x1，x2，x3，…，xn，并總體服從正態(tài)分布，假如為x1，x2，x3，…，xn中異常值，則有：式中：，——檢驗(yàn)指標(biāo)，見(jiàn)表4；α——顯著性水平；n——測(cè)量值總個(gè)數(shù)。表4：格拉布斯準(zhǔn)則n3456789101.151.461.671.821.942.032.112.181.151.481.711.892.022.132.212.291.151.491.751.942.102.222.322.414.試驗(yàn)條件和步驟4.1設(shè)備，儀器和試件4.1.1試件（100～200件），經(jīng)無(wú)心磨床或自動(dòng)車(chē)床連續(xù)加工一批短銷(xiāo)軸。4.1.2儀器：比較儀和測(cè)微儀。4.1.3測(cè)量工具：測(cè)量臺(tái)架、百分表、千分表、塊規(guī)。4.1.4計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)：模數(shù)轉(zhuǎn)換板、放大器、低通濾波器、穩(wěn)壓電源、傳感器、微機(jī)等。4.2試驗(yàn)步驟按加工次序測(cè)量試件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪圖，有兩種方案。4.2.1用測(cè)微儀進(jìn)行測(cè)量，微機(jī)進(jìn)行采樣，數(shù)據(jù)處理并繪圖。4.2.2用比較儀進(jìn)行測(cè)量，手工或編程（1）用塊規(guī)調(diào)整好比較儀，按加工次序測(cè)量試件尺寸，并統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（2）繪制點(diǎn)圖，分析產(chǎn)生工序加工誤差原因。（3）繪制試驗(yàn)分布曲線圖（直方圖）。作圖步驟以下：=1\*GB3①找出試件加工尺寸最大值和最小值，即=2\*GB3②確定分組數(shù)K；（K=7～25）=3\*GB3③計(jì)算組距h；=4\*GB3④決定組距=5\*GB3⑤作頻數(shù)或頻率分布表=6\*GB3⑥計(jì)算和，繪制試驗(yàn)分布曲線圖，標(biāo)出和值。=7\*GB3⑦計(jì)算工序加工能力系數(shù)（4）繪制圖。（參閱前述2.3圖法）5.試驗(yàn)匯報(bào)內(nèi)容5.1試驗(yàn)名稱(chēng)5.2試驗(yàn)內(nèi)容5.3試驗(yàn)設(shè)備，儀器和試件5.4測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理數(shù)據(jù)和計(jì)算格式組別尺寸范圍分組中點(diǎn)尺寸xj頻數(shù)fi總和5.5試驗(yàn)結(jié)果5.5.1繪制試驗(yàn)分布曲線圖。5.5.2用正態(tài)概率紙檢驗(yàn)正態(tài)性。5.5.3繪制圖。5.5.4計(jì)算工序加工能力系數(shù)5.6試驗(yàn)結(jié)果分析和討論5.6.1本工序點(diǎn)圖說(shuō)明了什么問(wèn)題？5.6.2本工序試驗(yàn)分布曲線圖是否服從正態(tài)分布規(guī)律？5.6.3依據(jù)工序能力系數(shù)，本工序幾級(jí)精度工藝能力？5.6.4依據(jù)圖，分析本工序工藝過(guò)程是否穩(wěn)定？假如不穩(wěn)定，試分析其原因。試驗(yàn)3車(chē)床綜合靜剛度測(cè)定1.試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)在加工過(guò)程中，“機(jī)床—刀具—工件”所組成工藝系統(tǒng)剛度對(duì)加工精度、生產(chǎn)率和抗振性能有很大影響。本試驗(yàn)是在機(jī)床不工作狀態(tài)下，模擬切削時(shí)受力情況，對(duì)機(jī)床施加載荷，然后測(cè)出機(jī)床床頭，刀架和尾座在不一樣載荷下變形，從而作出各部件變形量和作用力關(guān)系曲線，然后求出剛度曲線，并計(jì)算出機(jī)床剛度，了解機(jī)床剛度特點(diǎn)及其測(cè)定方法。2.試驗(yàn)內(nèi)容用八角環(huán)測(cè)力議和千分表測(cè)定車(chē)床、刀架、尾座變形量和作用力關(guān)系曲線，求出剛