机械制造技术基础实验

机 械 制 造 技 术 基 础徐 州 师 范 大 学 机 电 学 院 实 验 一 机 械 加 工 误 差 统 计 分 析 一 、 实 验 目 的 了 解 机 械 加 工 过 程 中 工 件 的 尺 寸 分 布 状 态 和 变 化规 律 ； 学 习 、 掌 握 加 工 误 差 的 统 计 分 析 方 法 ； 了 解 实 现 零 件 关 键 尺 寸 统 计 过 程 控 制 所 需 的 一 种常 用 硬 件 设 备 ， 认 识 统 计 控 制 软 件 的 几 项 基 本 功能 直 方 图 、 控 制 图 、 工 序 能 力 系 数 的 意 义 ； 初 步 学 习 统 计 过 程 控 制 （ SPC） 软 件 的 运 用 ， 对产 品 加 工 过 程 的 质 量 变 化 情 况 进 行 初 步 分 析 ， 并尝 试 提 出 一 些 改 进 措 施 。 二 、 实 验 原 理 机 械 加 工 过 程 中 存 在 系 统 性 和 随 机 性 误 差的 综 合 影 响 ， 造 成 工 件 的 加 工 尺 寸 不 断 变化 。 统 计 分 析 方 法 就 是 以 生 产 现 场 对 一 定 数 量的 工 件 测 量 所 得 的 结 果 为 基 础 ， 运 用 数 理统 计 方 法 进 行 处 理 ， 评 定 其 加 工 情 况 ， 进而 研 究 误 差 的 性 质 及 影 响 因 素 。 机 械 加 工 中 采 用 的 统 计 分 析 有 两 种 方 法 ：即 分 布 图 法 和 点 图 法 。 1. 分 布 图 法 理 论 研 究 与 生 产 实 践 证 明 ， 在 调 整 好 的 机 床 上 连续 加 工 一 批 工 件 ， 如 果 没 有 系 统 性 误 差 存 在 ， 只在 随 机 性 误 差 因 素 的 作 用 下 ， 加 工 工 件 的 尺 寸 将服 从 正 态 分 布 。 在 实 验 过 程 中 ， 根 据 加 工 情 况 所 做 实 验 分 布 曲 线符 合 正 态 分 布 ， 则 说 明 工 艺 过 程 是 稳 定 的 。 若 出现 明 显 差 异 ， 说 明 工 艺 过 程 不 稳 定 ， 工 艺 系 统 中存 在 系 统 误 差 因 素 。 因 此 ， 根 据 分 布 曲 线 可 以 很方 便 的 推 测 、 判 断 工 序 的 加 工 情 况 。 2. 点 图 法 在 生 产 实 践 中 常 用 点 图 法 来 观 察 尺 寸 变 化 趋 势 ，控 制 加 工 过 程 。 在 调 整 好 的 机 床 上 连 续 加 工 一 批工 件 ， 依 次 进 行 分 组 ， 计 算 小 组 平 均 值 和 极 差 ，以 加 工 组 序 或 时 间 为 横 坐 标 ， 以 平 均 值 为 纵 坐 标 ，做 出 均 值 图 ;以 极 差 为 纵 坐 标 ， 作 出 极 差 图 ； 均 值 图 能 够 反 映 变 值 系 统 性 误 差 的 变 化 规 律 ， 极差 图 则 反 映 随 机 性 误 差 的 大 小 。 对 于 不 稳 定 工 艺 过 程 ， 由 于 系 统 存 在 变 值 系 统 误差 因 素 的 影 响 ， 被 加 工 工 件 尺 寸 将 按 一 定 规 律 变化 ， 其 控 制 图 就 不 能 按 上 述 办 法 来 做 了 ， 具 体 做法 可 以 参 考 教 材 。 三 、 实 验 仪 器 设 备 1. D913型 轴 承 检 查 仪 2. 曲 柄 销 3. 计 算 机 两 台 4. 统 计 过 程 控 制 （ SPC） 软 件 一 套 四 、 实 验 方 法 和 步 骤 1. 阅 读 实 验 指 示 书 ， 听 取 实 验 指 导 教 师 的讲 解 ， 明 确 实 验 的 目 的 、 方 法 和 步 骤 ； 2. 搭 建 测 量 平 台将 数 字 千 分 表 装 在 测 微 台 的 正 确 位 置 上 并 固 定 ，被 将 被 测 零 件 置 于 被 测 位 置 ；确 定 系 统 的 硬 件 系 统 连 接 正 确 ， 接 通 计 算 机 ，确 认 系 统 的 软 件 和 硬 件 能 够 进 行 有 效 通 信 ， 即系 统 能 够 采 集 零 件 的 数 据 信 息 ； 3. 明 确 被 测 零 件 在 粗 磨 过 程 中 如 何 进 行 抽 样 的 。 零 件 每 个 样 本 有 n 5件 ， 共 K 20组 ； 抽 样 的 零 件 零 件 分 别 装 入 标 号 为 A、 B、 C、 的 零 件 盒 中 ； 现 以 A盒 为 例 ， 内 装 有 n K 5 20 100个 零 件 。 按 照 加 工顺 序 已 事 先 对 每 个 零 件 编 上 了 号 ； 例 如 第 一 个 零 件 的 编 号 为 ， 第 个 零 件 为 ， 第 个 零 件 的 编 号 为 ， 这 是 第 一 个样 本 组 的 个 零 件 的 编 号 （ ， ） ； 接 下 来 是 第 个 样 本 组 （ ） 的 个 零 件 的 编 号 顺 次 为 、 、 依 此 类 推 ； 实 验 时 ， 只 要 按 此 顺 序 依 次 进 行 测 量 ， 就 可 以 了 。 4.为 了 测 量 出 准 确 的 零 件 尺 寸 值 ， 必 须 在 测 量 之前 ， 使 用 标 定 件 （ 基 准 零 件 ） 对 测 量 系 统 进 行 标定 。 标 定 过 程 的 具 体 操 作 为 ， 将 标 定 尺 寸 输 入 计 算 机 相 应的 栏 目 内 ， 然 后 把 标 定 件 放 在 测 测 量 位 置 ， 等 读 数 稳定 后 按 下 数 字 千 分 表 表 面 上 的 “ 清 零 ” 按 钮 ， 使 数 字千 分 表 清 零 。 当 换 上 待 测 的 其 它 零 件 时 ， 数 字 千 分 表 上 的 读 数 将 是该 零 件 相 对 于 标 定 零 件 的 偏 差 值 ， 计 算 机 会 自 动 将 该偏 差 值 与 标 定 件 的 精 确 值 相 加 ， 这 样 就 得 到 了 该 被 测量 零 件 的 实 际 值 。 5.注 意 学 会 精 密 测 量 方 法 。 零 件 尺 寸 的 精 密 测 量 ，偏 差 数 据 的 波 动 以 微 米 计 ， 稍 不 注 意 就 会 产 生 不可 忽 略 的 人 为 误 差 ， 因 此 在 测 量 时 要 十 分 小 心 。 首 先 千 分 表 在 表 架 上 的 安 装 应 当 牢 固 ， 表 杆 应 活 动 自如 。 如 果 表 杆 活 动 有 些 迟 钝 而 靠 调 整 夹 持 的 松 紧 不 能 解 决问 题 时 ， 可 用 小 块 绸 布 沾 一 点 无 水 酒 精 ， 让 其 涂 抹 在表 杆 与 配 合 孔 的 缝 隙 中 ， 来 回 移 动 表 杆 ， 把 夹 在 缝 隙中 经 稀 释 过 的 脏 物 带 到 外 面 ， 然 后 用 绸 布 擦 掉 。 6. 输 入 被 测 量 质 量 特 性 的 基 本 信 息 并 进 行相 应 分 析 。 （ 详 细 操 作 请 参 考 实 验 指 导 书 ） 7. 完 成 实 验 。 五 、 撰 写 实 验 报 告 按 要 求 撰 写 实 验 报 告 实 验 二 机 床 夹 具 的 结 构 分 析 一 、 实 验 目 的 掌 握 机 床 夹 具 的 组 成 掌 握 典 型 定 位 方 法 和 定 位 元 件 的 结 构 掌 握 常 见 的 夹 紧 方 法 和 夹 紧 元 件 的 结 构 掌 握 夹 具 设 计 原 理 和 设 计 特 点 绘 制 有 关 的 夹 具 简 图 二 、 实 验 设 备 及 工 具 机 床 专 用 夹 具 模 型钻 床 夹 具铣 床 夹 具 拆 装 和 调 整 工 具扳 手钳 子螺 丝 刀 三 、 实 验 内 容 及 步 骤 观 察 机 床 夹 具 ， 分 析 该 机 床 夹 具 的 组 成 及各 主 要 部 分 的 作 用 ； 对 机 床 夹 具 进 行 拆 装 ， 了 解 机 床 夹 具 所 在机 床 规 格 、 性 能 以 及 与 夹 具 联 结 处 的 结 构和 有 关 联 系 尺 寸 ； 绘 制 机 床 夹 具 的 装 配 草 图 ； 工 件 在 夹 具 中 的 定 位 六 点 定 位 原 理在 机 械 加 工 中 ， 要 完 全 确 定 工 件 在 夹 具中 的 正 确 位 置 ， 必 须 用 六 个 相 应 的 支 承点 来 限 制 工 件 的 六 个 自 由 度 ， 称 为 “ 六点 定 位 原 理 ” 。 工 件 在 夹 具 中 的 定 位 六 点 定 位 原 理 工 件 在 夹 具 中 的 定 位 六 点 定 位 原 理 常 见 定 位 分 析 完 全 定 位短 圆 柱 销 侧 挡 销 平 面 支 承 连 杆 钻 孔 定 位 方 案 常 见 定 位 分 析 欠 定 位 专 用 夹 具 安 装 工 件 常 见 定 位 分 析 过 定 位 过 定 位 示 意 图 常 见 定 位 分 析 过 定 位 滚 插 齿 时 工 件 的 过 定 位 常 见 的 定 位 元 件 支 承 钉 支 承 板 常 见 定 位 方 式 工 件 以 平 面 定 位 常 见 定 位 方 式 工 件 以 圆 孔 定 位定 位 销 圆 柱 销长 定 位 销短 定 位 销 圆 锥 销定 位 心 轴 圆 柱 心 轴过 盈 配 合 心 轴 间 隙 配 合 心 轴 锥 度 心 轴 常 见 定 位 方 式 常 见 的 圆 柱 销 结 构工 件 以 圆 柱 孔 定 位 的 定 位 套 常 见 定 位 方 式 常 见 的 圆 锥 销 结 构 锥 销 定 位 锥 度 心 轴 圆 柱 心 轴 常 见 定 位 方 式 工 件 以 外 圆 表 面 定 位 V形 块 半 圆 环 定 位 套 支 承 定 位 V形 块 活 动 V型 块 的 应 用 工 件 以 圆 孔 定 位 的 定 位 套 常 见 定 位 方 式 工 件 以 组 合 表 面 定 位 工 件 的 夹 紧 方 式 1. 什 么 是 夹 紧 装 置 ？ 将 工 件 在 夹 具 中 夹 紧 、 压 牢 的 装 置 2. 夹 紧 装 置 的 组 成 动 力 装 置 夹 紧 元 件 中 间 递 力 机 构 工 件 的 夹 紧 方 式 对 夹 紧 装 置 的 基 本 要 求夹 紧 应 有 利 于 工 件 的 定 位 而 不 能 破 坏 工 件 在 定位 时 所 获 得 的 正 确 位 置 ；夹 紧 力 大 小 应 适 当 ， 使 夹 紧 作 用 可 靠 ， 而 且 能够 自 锁 ；夹 紧 后 工 件 的 变 形 应 尽 可 能 小 ， 不 能 因 夹 紧 变形 而 影 响 加 工 精 度 ；夹 紧 机 构 的 操 作 要 方 便 、 迅 速 、 省 力 、 安 全 。 夹 紧 力 方 向 的 确 定 a.夹 紧 力 作 用 方 向 应 垂 直 于 工 件 的 主 定 位 面 夹 紧 力 方 向 的 确 定 b. 夹 紧 力 的 方 向 应 有 利 于 减 少 所 需 要 的 夹 紧 力 夹 紧 力 方 向 的 确 定 b. 夹 紧 力 的 方 向 应 有 利 于 减 少 所 需 要 的 夹 紧 力 夹 紧 力 作 用 点 的 选 择 a. 夹 紧 力 应 作 用 在 工 件 刚 度 最 大 的 部 位 夹 紧 力 作 用 点 的 选 择 b. 夹 紧 力 作 用 点 应 在 夹 具 支 承 点 所 组 成 的 面 积 内 四 、 思 考 题 什 么 是 六 点 定 位 原 理 ？ 常 用 的 定 位 方 式 有 哪 些 ？ 常 用 的 夹 紧 方 式 有 哪 些 ？ 定 位 和 夹 紧 有 何 区 别 ？ 夹 具 装 配 图 上 应 标 注 哪 些 内 容 ？ 五 、 实 验 报 告 按 照 实 验 报 告 的 格 式 撰 写 绘 制 夹 具 装 配 图 回 答 思 考 题 实 验 三 机 床 几 何 精 度 检 验 一 、 实 验 目 的 1.熟 悉 机 床 几 何 精 度 检 验 的 内 容 、 原 理 、方 法 和 步 骤 2.掌 握 仪 器 的 使 用 ， 以 及 实 验 数 据 的 处 理 ，误 差 曲 线 的 绘 制 3.通 过 实 验 ， 了 解 被 检 验 机 床 的 几 何 精 度状 况 和 加 工 精 度 关 系 二 、 实 验 设 备 和 仪 器 设 备 :CA6140车 床 仪 器 ： 框 式 水 平 仪 自 准 直 仪 验 棒 千 分 表 磁 性 表 座 三 实 验 原 理机 床 几 何 精 度 是 指 机 床 在 不 运 动 （ 如 主 轴 不转 、 工 作 台 不 移 动 等 ） 或 运 动 速 度 较 低 时 的精 度 ， 它 规 定 决 定 加 工 精 度 的 各 主 要 零 部 件间 以 及 这 些 部 件 的 运 动 轨 迹 相 对 运 动 的 允 差 。一 切 机 床 都 有 一 定 的 几 何 精 度 要 求 ， 常 用 机床 已 经 制 定 了 这 方 面 的 标 准 ， 按 JB231478普 通 机 床 规 定 ， 车 床 精 度 检 验 包 括 车 床 导轨 直 线 度 、 平 行 度 、 车 端 面 的 平 面 度 ， 主 轴回 转 精 度 18项 。 JB231478 普 通 机 床 几 何 精 度 检 验 标 准序 号 项 目 名 称 允 差1 溜 板 移 动 在 垂 直 面 不 直 度 0.02mm/m只 许 凸2 溜 板 移 动 时 的 倾 斜 度 0.03mm/m3 溜 板 移 动 在 水 平 面 内 的 不 直 度 0.015mm/m4 主 轴 锥 孔 中 心 线 的 径 向 跳 动 近 主 轴 端 0.01mm， 在300mm处 0.02mm5 溜 板 移 动 对 主 轴 中 心 线 的 不 平 度 上 母 线 0.03mm， 只 许 上 。 侧母 0.015mm只 许 向 操 作 者6 主 轴 锥 孔 中 心 线 和 尾 架 套 筒 中 心线 对 移 动 溜 板 移 动 的 不 等 高 度 0.06mm只 许 尾 架 高7 溜 板 移 动 对 尾 座 套 筒 锥 孔 中 心 线 的 不 平 行 度 上 母 线 0.03mm， 侧 母 线0.03mm8 主 轴 轴 肩 支 撑 面 的 径 向 跳 动 0.02mm9 主 轴 定 心 轴 承 颈 的 径 向 跳 动 0.01mm 四 实 验 步 骤 与 方 法 1.框 式 水 平 仪 的 工 作 原 理 ： 框 式 水 平 仪 主 要 部 分 是 一 个 弧 形 玻 璃 管 ， 它 的 内 壁 磨 成 100米 左右 的 曲 率 半 径 。 刻 有 刻 度 的 玻 璃 管 内 充 以 少 量 乙 醚 液 体 ， 中 间 留一 个 气 泡 。 如 图 1所 示 。 不 论 水 平 仪 放 在 什 么 位 置 ， 玻 璃 管 中 的页 面 总 是 处 于 水 平 ， 气 泡 总 是 向 高 处 移 动 ， 读 出 气 泡 两 端 边 缘 ，移 动 的 格 数 ， 即 可 求 出 相 应 的 高 度 差 。 水 平 仪 的 刻 度 值 为0.02/1000， 它 表 示 将 该 水 平 仪 放 在 1米 长 的 平 尺 表 面 上 ， 在 平 尺右 端 垫 起 0.02mm的 高 度 ， 平 尺 便 倾 斜 一 个 a角 ， 此 时 ， 水 平 仪 正好 移 动 一 个 刻 度 值 。 HL1 L H图 1 水 平 仪 测 量 升 落 差 的 原 理 图 如 果 我 们 在 实 验 中 ， 框 式 水 平 仪 不 是 放 在 1米 的 平 尺 上 ，而 是 放 在 200mm的 平 板 上 ， 那 么 H为 多 少 呢Tga= H H=200*Tga=0.004mm 水 平 仪 读 数 的 符 号 ， 习 惯 上 规 定 ： 气 泡 移 动 方 向 和 水平 移 动 方 向 相 同 时 读 数 为 正 值 ， 相 反 时 为 负 值 。2.自 准 直 仪 的 结 构 及 工 作 原 理 自 准 值 仪 简 称 平 行 光 管 ， 是 一 种 高 精 度 的 仪 器 测 量 。 它受 外 界 气 温 及 振 动 影 响 较 小 ， 测 量 精 度 比 水 平 仪 高 ， 它 能 检验 导 轨 在 水 平 面 内 和 垂 直 面 内 的 不 直 度 。 读 数 时 ， 转 动 读 数 鼓 轮 ， 使 角 度 分 化 板 水 平 线 对 准 十 字线 ， 从 固 定 套 管 上 读 出 分 值 ， 从 刻 度 管 上 读 出 秒 值 ， 记 为 0继 续 转 动 读 数 鼓 轮 ， 角 度 分 化 板 的 水 平 线 对 准 反 射 十 字 线 的水 平 线 ， 读 数 角 度 ， 记 为 1， 以 后 移 动 过 桥 ， 每 次 只 对 准 反射 十 字 线 ， 读 出 相 应 的 角 度 1. 采 用 框 式 水 平 仪 进 行 检 测 ， 用 水 平 仪 测 量 导 轨 在 垂直 面 内 的 不 平 度 时 ， 卸 下 尾 座 ， 将 床 身 导 轨 按 溜 板或 过 桥 长 200mm。划 分 成 若 干 段 ， 将 水 平 仪 放 在 溜 板 上 ， 记 下 气 泡 的位 置 ， 然 后 原 地 转 180度 看 气 泡 是 否 在 原 处 ， 如 果不 在 原 处 ， 把 水 平 仪 纵 向 放 置 在 溜 板 或 过 桥 上 ， 一般 总 是 把 水 平 仪 在 起 端 位 置 时 的 读 数 为 零 ， 然 后依 次 移 动 溜 板 ， 记 下 每 一 位 置 的 读 数 及 符 号 ， 填 入表 格 。1 溜 板 在 垂 直 水 平 面 的 不 直 度测 量 位 置 0-200 200-400 400-600 600-800 800-1000 1000-1200 水 平 读 数 2 溜 板 移 动 在 水 平 表 面 的 不 直 度 采 用 自 准 直 仪 测 量 ， 用 自 准 直 仪 检 测 导 轨 在 水平 面 时 的 不 直 度 时 ， 将 目 镜 旋 转 90度 ， 将 自 准 直仪 放 在 尾 座 一 端 上 ， 反 射 镜 放 在 溜 板 上 固 定 ， 调试 支 架 高 度 和 反 射 镜 左 右 位 置 ， 使 之 +字 线 与 反射 回 来 的 +字 线 重 合 ， 并 与 划 分 板 上 水 平 线 对 齐 ，鼓 轮 读 数 值 作 为 零 位 读 数 ， 逐 段 移 动 溜 板 ， 读 出a1,a2.,an,填 入 表 中 3 主 轴 锥 孔 中 心 线 的 径 向 跳 动 检 验 方 法 ： 此 项 检 验 是 在 CA6140型 车 床 上 进 行 ，将 300mm锥 度 检 验 棒 插 入 主 轴 孔 中 ， 用 千 分 表 分 别在 a,b处 检 验 ， 检 验 棒 对 主 轴 处 时 点 ， 允 许 误 差0.01mm,b处 是 远 端 误 差 0.02mm. 测 量 位 置 1 2 允 差 是 否 合 格ab 主 轴 锥 孔 中 心 线 的 径 向 跳 动 4 溜 板 移 动 对 主 轴 中 心 线 的 不 直 度 检 验 方 法 ： 将 300mm锥 度 检 棒 插 入 主 轴 锥 孔 中 ， 磁 力 表座 安 装 千 分 表 ， 分 别 打 在 验 棒 的 上 母 线 和 下 母 线 上 ，移 动 溜 板 （ L=300mm） 进 行 测 量 ， 然 后 将 主 轴 旋 转180度 ， 再 同 样 检 测 一 次 ， 两 次 测 量 结 构 的 代 数 和 之 半就 是 不 平 度 误 差 。 a允 差 0.03mm， b允 差 0.015mm。 0度 位 置 a0= b0=180度 位 置 a180= b180=误 差 计 算 a= b=允 差 0.03 0.015 5 主 轴 锥 孔 中 心 线 和 尾 座 套 筒 中 心 线 对 溜 板 移 动 的 不 等 高 度 检 验 方 法 ： 将 圆 柱 检 棒 安 装 在 两顶 尖 之 间 ， 顶 紧 检 棒 ， 旋 转 几周 ， 使 其 接 触 良 好 ， 千 分 表 吸持 在 溜 板 上 ， 表 头 垂 直 接 触 在检 棒 上 母 线 上 ， 移 动 溜 板 在 检棒 两 端 分 别 读 数 。 把 检 棒 分 别旋 转 90度 、 180素 、 270度 ， 取其 平 均 值 。 尾 座 允 许 高 度0.06mm。 表 6 主 轴 锥 孔 和 尾 座 套 筒 中 心 线 对 溜 板 移 动 的 不 等 高 度 项 目位 置 0 90 180 270 平 均 高 度 高 度 差 是 否 合 格主 轴 中 心 线尾 座 中 心 线 主 轴 锥 孔 中 心 线 和 尾 座 套 筒 中 心 线 对 溜 板 移 动 的 不 等 高 度 6 溜 板 移 动 对 尾 座 套 筒 中 心 线 的 不 平 度检 验 方 法 ： 将 300mm锥 柄 检 验 棒 插 入 尾 座 套 筒 锥 孔 中 ，千 分 表 安 装 磁 力 表 座 并 吸 在 溜 板 上 ， 千 分 表 触 头 分 别 打在 检 棒 1的 上 母 线 和 侧 母 线 ， 移 动 溜 板 进 行 测 量 ， 上 母线 和 侧 母 线 允 差 0.03mm 测 量 位 置 a b误 差允 差0.03mm 是 否合 格 是 否合 格溜 板 移 动 对 尾 座 套 筒 中 心 线 的 不 平 度 检 验 方 法 ： 千 分 表 吸 持 在 导 轨 上 ， 将 表 垂 直 打 在 主 轴 轴 肩端 面 靠 外 侧 处 ， 平 动 旋 转 主 轴 两 周 以 上 ， 千 分 表 读 数 的 最大 值 为 端 面 跳 动 误 差 。表 8 主 轴 轴 肩 支 撑 面 的 跳 动最 大 跳 动 允 差 0.02 是 否 合 格7 主 轴 轴 肩 支 撑 面 的 跳 动 检 验 方 法 ： 千 分 表 座 吸持 在 导 轨 上 ， 将 表 头 打在 主 轴 空 心 轴 颈 上 ， 平动 旋 转 主 轴 两 周 以 上 ，千 分 表 读 数 的 最 大 差 值为 径 向 跳 动 误 差 。表 9 主 轴 定 心 轴 颈 的 径 向 跳 动8 主 轴 定 心 轴 颈 的 径 向 跳 动