《机械制造技术》《机械制造技术基础》实验指导书

适用于机械类各专业机械制造技术 机械制造技术基础实验指导书编写 陆 瑛 朱红瑜河南工业大学机电工程学院2007 年 9 月实验普通车刀标注角度测量及分布一、实验目的及要求：1、掌握车刀标注角度的基本测量方法，加深对车刀具各种角度、各种参考 平面、各种参考系概念的理解。2、了解车刀测角仪的主要结构、工作原理和使用方法。3、通过对对剖面角度的测量及计算， 加深了解各剖面角度之间的相互关系。二、实验内容：在主剖面参考系中测量外圆车刀，端面车刀的主偏角Kt、付偏角Kt 、前角To、后角a。、和刃倾角入s。三、实验装置及设备：1、车刀测角仪2、被测车刀四、实验仪器的结构及使用1、车刀测角仪的结构及使用：车刀测角仪结构如图( 1)所示。它由底座、立柱、滑体、刻度盘、工作台、 指针、手轮等组成。转动手轮 1可以使滑体带动刻度 2、 3 上下移动，松动手轮 2可以使刻度盘 2 绕手轮 2 的轴转动，在刻度盘 3 上读出刀具角度值。指针的底边和两平行侧边垂直，均可做工作边，把底边和侧面与待测表面 靠紧，可以从大刻度盘上读出角度值。2、角度的测量(1)主偏角K-和刃倾角入s。调整工作台使主刀刃与指针 1 的底边贴合，这时刻度盘 1 上工作台转角为K-,刻度盘2上指针1转角为入so( 2)前角 To。调整工作台和指针 1，使指针 1 的底边贴紧前刀面， 并垂直于主刀刃在底面 的投影(可以在测量主编角 KT 以后，把工作台转过 90)，从刻度盘 2上读出 角度值。3）后角 a o调整工作台和指针1,使指针1侧边紧贴刀具后刀面，并使主刀刃在基面的 投影垂直于指针1的底边，从刻度盘2上读出后角值。（注：付前角To、付后角a o ，按同样方法测理）。五、实验过程：1、在测角仪上按上述方法测出所要求的角度。2、画出刀具的各剖面图，并标明参考平面。六、实验总结：计算所测车刀在纵横剖面参考中的角度值。刻度盘3滑体b-l.指针3刻度盘2指针下轮2于轮1刻度盘1工作台立柱图 (1)本实验在刨床上进行，如图所示，将实验用的试件制成长a =50mm，厚h=5mm，然后在一定的切削实验二刨削加工切屑变形实验一、实验目的与要求：1观察切削过程，认识各种切削的形状。2、掌握测量切削变形的方法。3、研究切削厚度，前角和工件材料对切屑变形的影响规律。二、实验设备及用具：1设备：B665型牛头刨床。2、刀具：高速钢刨刀（三把）To = 15a o =8Kt =90入s =:0To = 20a o =8Kt =90入s =:0To = 25a o =8Kt =90入s =:03、用具：游标卡尺、钢板尺、细钢丝。4、试件：45钢、铜、100X 50X 5各类板板。三、实验基本原理在切削过程中，由于发生塑性变形，使切削层尺寸发生变化，与原切削层 尺寸比较，长度Lc变短，厚度a p增加，这种现象称为切屑收缩，切屑收缩的大 小，一般能反映切屑变形的适度，用变形系数 E表示。ac四、方法步骤条件下，进行切削，并用细铜丝及钢板尺, 量出切削长度Lc，即可求出在一定条件下 的变形系数E。其中：Lc、ap切屑的长度、厚度L、Cc切屑层的长度、厚度L=100mm，宽=Lc ac1、a C与E的关系固定下列条件：切削速度 v试件材料试件长度刀具材料刀具前角依次改变切削厚度aC进行切削，收集切屑，用细铜丝及钢此尺，测出切屑 长度LC,记入报告书表格，并作出a c E曲线。2、To与E的关系固定下列条件：切削速度 v切削厚度aC试件材料试件硬度试件长度刀具材料依次改变不同的刀具前角，To进行切削，测量切屑长度LC计入报告书表格, 并作出To E曲线。3、工件材料与E的关系 固定下列条件：切削速度 v切削厚度aC试件长度刀具材料刀具前角依次改变试件材料，进行切削，收集切屑，测量切屑LC填入报告书表格，通过以上实验步骤，从而可以看出各种条件，对变形的影响规律。思考题：1、切屑有几种类型？它们的形成过程及特点如何？2、刀具前角To和切削用量，对切屑变形系数的影响如何？为什么？实验三工件表面质量控制实验一、实验目的：1用单因素实验法，研究刀具几何角度，切削用量（切削速度V进行量f）对加工表面质量（或光洁度）的影响。2用正交实验法，研究刀具，切削速度 V，进给量f三因素，如何选取组 合，才能在现有条件下获得最好的表面质量（如光洁度，形位误差等）。二、实验设备及仪器：1普通车床2、外圆车刀4把3、45#钢工件4、表面光洁度测量仪（或光切显微镜）三、实验步骤1单因素法 4种不同车刀车削进行加工，比较表面质量 90主偏角，小负倒棱车刀车削加工 =450转/分（一定），a=0.3。进给量f0.0360.10.20.3表面质量90主偏角，小负倒棱车刀加工（一定）f = 0.1, ap=0.3机床转速n1040100160250450900表面质量2、正交实验法 确定实验指标和实验因素a实验指标：工件表面质量 b、实验因素：车刀种类，切削速度 V，进给量f 确定各因素水平，列出因素水平表及正交实验表，并进行切削加工实验因素水平表因素机床转n车刀主偏角进给量1水平10900.12水平45750.23水平90450.3正交实验表实验号转速n刀具主偏角进给量表面质量11（ 100）1（ 90）3（ 0.3）22（ 450）1（ 90）1（ 0.1）33（ 900）1（ 75）2（ 0.2）41（ 100）2（ 75）2（ 0.2）52（ 450）2（ 75）3（ 0.3）63（ 900）2（ 75）1（ 0.1）71（ 100）3（ 45）1（ 0.1）82（ 450）3（ 45）2（ 0.2）93（ 900）3（ 45）3（ 0.3）IIIIII极差R3、分析实验结果 根据极差R的大小，排列现在条件下影响表面质量的主次因素主次 找出较优组合形式 在较优组合下，进行实验、验证实验结果。实验四 CA6140 结构剖析与调整实验一、目的与任务1、目的观察和分析理解机床传动系统及变速系统的操纵机构的作用及工作原理， 了解机床主要部件的构造和调整方法，及其机床的应用范围。2、任务（1）对照机床的装配范围，仔细观察机床的结构， （主轴箱、进给箱、尾 架、溜板箱、供油系统）和机床的运动（主运动、进给运动、快速进退运动等） 以及运动的传动过程。（2）对照传动系统图，了解各操纵手柄的作用，分析操纵机构的类型。a）主运动变速手柄；b）进给变速手柄；c）控向手柄。（3）对照部件装配图，了解可能观察到的一些部件的特殊结构（如摩擦离 合器控制操纵机构，主运动制动机构等） 。（4）了解机床运动参数的调整方法。二、设备：CA6140 普通车床一台。CA6140 普通机床挂图一套。工具若干。三、实验步骤：1、观察 CA6140 各部件和机床的布局。2、在指导教师的指导下开动机床，观察所有的运动及变速情况。3、完成本实验的任务，进行详细的观察与分析。4、实验总结与提问。四、思考、分析与故障排除：1、CA6140 主要由哪些部件组成？其功用是什么？2、机床上的各个操纵手柄的功用是什么？3、根据进给量铭牌回答下列问题： 机床可加工哪些类型的螺纹？其导程如何表示？ 当加工大螺距螺纹时，对机床主运动应用什么限制？为什么？ 当进行精细加工时，对机床主运动应有什么限制？为什么？ 若加工螺距为 1.75mm 的螺纹时，进给箱各手柄应如何调整？ 若加工螺距为18mm的螺纹时，机床应如何调整？4、当摩擦离合器的内外摩擦片由于磨损而产生较大间隙昱，应如何调整？5、正反转手柄是如何定位的？6、单项超越安全离合器的工作原理是什么？7、当机床停车后，主轴有自转现象是什么原因造成的？8、调整机床时，光杆、丝杆同时转运是什么原因造成的？9、柱工件加工后外径锥度超差的原因是什么？10、车削螺纹时，螺距不匀及乱纹的原因是什么？11、床头箱油窗不见注油的原因是什么？实验五 丫3150E滚齿机床结构传动分析一、实验目的1、了解机床用途，主要技术参数，主要部件的布局及相对运动关系。2、通过加工一斜齿圆柱齿轮，熟悉滚齿机的换置计算和调整方法，并进行 机技术应用。3、学习滚齿机的传动系统和工作原理。二、Y3150E滚齿机的主要技术规格与附件：1、加工规范：工件最大直径500mm工件最大模数8mm最大加工宽度250mm工件最少齿轮-Z最少K （滚刀头5 数）2、刀架刀具最大直径160mm刀具最大长度160mm刀架最大回转角度240刀具最大轴向移动量55mm刀架垂直快速移动速度0.5325 公尺 /分刀架垂直手移动每转移动量0.75mm3、工作台工作轴心到刀具轴心间的距离最大330 mm最小30 mm工作台面到刀具轴心间的距离最大535 mm最小235 mm工作台直径510 mm工作台液压快速移动距离50 mm工作台水平手移动每转移动量2mm工作台工件用心轴直径4、变换齿轮30 mm主传动变换齿轮分齿、差动、进给变换齿轮模数轮宽孑L径材料模数轮宽孑L径材料3毫米20毫米 30D452毫米20毫米 30D45 或 HT21-40齿数：22、33、（2 件）、44齿数：20 （2 件）、23、24、25、26、30、32、33、34、35、37、40、41、43、45、46、47、48、50、52、53、55、57、58、59、60 （2 件）61、62、65 67、70、71、73、75、79、80、83、85、89、90、92、95、97、98、100模数轮宽孑L径材料2毫米20毫米 30D45齿数：24、36、（4 件）、48三、机床传动系统图1四、机床的调整计算1切削速度传动链（电机一滚刀）其调整公式：u = A U =“刀B124.583n刀一一滚刀转速（转/分）1000 Vn刀 =%V=切削速度4=滚刀直径滚刀切削速度是根据刀具材料、工件材料及其粗、精加工的要求等来确定的，现将咼速钢滚刀的切削范围列表如下，以供参考工件材料切削速度（m/min）粗 切精切铸铁V 202025钢（极限强度60N/mm以下）V 803035钢（极限强度600N/mm以上）V 252535青 铜2550塑 料2540本机床备有三对变速齿轮、变换齿轮与主轴箱内推挡变速组相配合可得9级转速，如下图所示挂轮转速AE转/分手柄位置BA224433334422I4080160II63125250III50100200由公式n刀J00V计算得的结果，如与上图表中转速不符，可选择与结果相近的一级主轴转速。除上述计算法求A、B挂轮外，还有根据切削速度V,查切削速度计算图的 方法求A、B挂轮。切削速度计算图在机床使用说明内。2、分齿（范成）运动传动链根据加工过程中滚刀每旋转一周，工作转过 K转，推出其调整公式：Za c e 24 Ku 二b d f ZK滚刀头数Z刀工件齿数当 5 Z 工/K 20 时，取 e=48f=24当 2K Z 工/K3时，一般采用两次以上加工）。直至切出全齿深。10、加工完毕后，停车，快速退回厂架，退出立柱，并检查工件尺寸。11卸下工件、滚刀及全部配换挂轮，并清理机床。实验六机床的机何精度检验一、实验目的通过对普通车床的精度检验，掌握机床几何精度的检验方法，分析机床几 何精度对加工零件精度的影响。二、所用工具千分表（1/100）;千分表架；水平仪；长、中、短三支车床精度检 验心棒；顶尖三个；钢板尺等。三、实验内容：检验：1、溜板移动在垂直平面内的直线度。2、溜板移动时的倾斜。3、主轴锥孔中心线的径向跳动。4、溜板移动，对主轴中心线的平等度。5、主轴轴肩支承面的跳动。6、主轴的轴向窜动。7、主轴定心轴颈的径向跳动。8主轴锥孔中心线和尾座顶尖套锥孔中心线对溜板移动的不等高度。四、实验方法1、检验溜板移动在垂直平面内的直线度。方法：摇动手把，将刀架向顶头中心线移动。在溜板上靠近刀架的地方放 一个和床身导轨平仪的读数依次排列，画出溜板的运动曲线。在每一米选种上的运动曲线和它的两端点连接间的最大座标值，就是一米 行程上的直线度误差。在全部行程上的直线度误差。2、检验溜板移动时的倾斜：方法：摇动手把，将刀架向顶尖中心线移动。在溜板上靠近刀架的地方垂直于床身导轨放一个水平仪。移动溜板，每隔250 （或小于250）毫米记录一次读数，在溜板的全部行程上检验。水平仪在每一米行程上读数的最大代数差值，就是溜板在移动的倾斜度误 差。简图2( :1 一11 j1 L1J厂！I3、主轴锥孔中心线的径向跳动：方法：在主轴锥孔中紧密地插入一根检验棒，将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在检验棒表面上，旋转主轴分别在靠近主轴端部的a处距a处300mm （或150mm）的处检验径向跳动。然后，将检验棒从锥孔中取出，使检验棒旋转180后，再插入，按上述方法再进行一次检验。a、b两点的误差分别计算，千分表两次测量读数的代数和的一半，就是径 向跳动的数值。简图34、溜板移动对主轴中心线的平行度：方法：在主轴的锥孔中紧密地插入一根检验棒，将千分表固定在溜板上，使千分表测头顶在检验棒的表面上，移动溜板分别在a上母线和b侧母线上检验a、b的测量结果分别以千分表读数的最大差值表示。 然后，将主轴旋转180再同样检验一次。a、b的误差分别计算，两次测量结果的代数和的一半就是平行度的误差简图4lh5、主轴轴肩支承面的跳动：方法：将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在主轴轴肩支承面靠边缘的地方，旋转主轴，分别在相距 180的a点和b点检验记下a、b两处千分 表的读数，其差值就是支承面跳动的数值。6、主轴的轴向窜动：方法：在主轴锥孔中紧密地插入一根短检验棒，将千分表固定在机床上， 使千分表测头触及在检验棒的端面靠近中心线的地方，旋动主轴检查。千分表读数的最大差值，就是轴向窜动的数值。7、主轴定心轴颈的径向跳动：方法：将千分表固定在机床上，使千分表测头触及在主轴定心轴颈的表面 上。旋转主轴检验，千分表读数的最大差值，就是径向跳动的数值。 简图78主轴锥孔中心线和尾座顶尖套锥孔中心线对溜板移动的不等高度。方法：用顶尖将检验棒安装在机床上，将千分表固定在溜板刀架上，千分 表测头轴线垂直于检验棒轴线，千分表测头触及检验棒上母线移动溜板，分别 在主轴端和尾座顶尖端各测一次，其千分表读数差值为不等高度。简图8五、实验要求：1记录检验结果。2、填写实验报告。3、每人做一项实验。六、注意事项：1在实验过程中注意爱护使用仪器和设备，做到轻拿轻放。2实验中所用仪器的工作原理，使用方法，请看附录（1）（2）。3、实验（一）的数据处理方法请参看附录（3）。一、水平仪1结构及工作原理水平仪是一各测量角度的仪器，它上面装有一个玻璃管，对于角度的测量 就是靠这个玻璃管来完成的，在玻璃管内装有一部分液体，以及一定量的空气, 在玻璃管上刻有一定的刻度，可以通过气泡在不同的位置而读出一定的数值。图一（1）当水平仪倾斜一定的角度以后，气泡就要移动一定的位置，因为水平仪内 的气泡始终都要保持在水平位置。若将一读数精度为0.02/1000的水平仪放置于100mm长的直尺表面，精度 0.02/1000所表示的意思就是，在一端垫起 0.02mm的高度，此时水平仪中气泡 移动的距离刚好是一个刻度值。水平仪连同平尺的倾斜角a的大小，可从下式计算：H0.027tg210L 1000:-=4从上式可知，0.02/1000水平仪的气泡每移动一个刻度其倾角为4，如上图可求出在200mm处直尺的高度变化量 H,(实测时，多用专用垫铁将水平仪 垫起测量，专用垫铁的支承距离等于水平仪的长度为200mm)。.：H 1-=0.00002Li H1=L1 X 0.00002=200X 0.00002=0.004(mm)由上式可知，水平仪的实际变化量与所使用的垫铁的支承距离L1有关。2、水平仪的读数方法：在测量时，一般总是将水平仪在起端位置时的读数作为零位，然后，依次 移动水平仪垫铁，记下每一位置的读数(如图一 3)，根据水准仪中的气泡移动 方向与水平仪的移动方向来确定被检测导软轨平面的倾斜方向，如方向一致一 般读为正值，它表示导轨面向上斜，否则，为负值，向下斜。读数:3、用水平仪检查导轨不直度的误差计算例题。仪器精度：0.02/10000导轨长度：10000mm垫铁长度：200mm读数如下表：测量位置(mm)02002004004006006008008001000读数(格)0+100.51读数换算(mm)00.0040.0020.004误差图如下:0* 04D * 02lOO-S-由直线度误差的计算方法，可得直线度的误差为:0.0004 ( 0.002)=0.006mm4、注意事项：(1) 在测量时，依次移动水平仪的垫铁，使每次测量位置互相接，这样才 能测绘出导轨面在轴线方向，形状相近的曲线。(2) 由水平仪读出的数值(格数)，只是一个角度的变量，应换算成为高 度的变量，才能绘图计算。实验七车床工艺系统静刚度的测定一、实验目的1熟悉机床静刚度测定方法；2、掌握车床部件刚度及车床刚度的计算方法;3、了解车床刚度对加工精度的影响。二二二、实验设备及工具：1CA6140车床一台；2、数字测力仪一套；3、力传感器一套;4、百分表（带磁力表架）三套;5、心轴、实验原理：一件。在金属切削加工中，机床一刀具一工件组成一个工艺系统，这个工艺系统 在切削力的作用下将会产生变形（弹性变形及塑性变形，塑性变形主要是构件 接合面间的变形）。这种变形，会破坏已经高整好的刀具和工件之间的相对位置， 以及成形运动的位移、速度关系，使加工后的工件产生几何形状误差和尺寸误 差，此外，还能产生振动，影响加工表面光洁度。工艺系统在静载荷作用下，会产生静变形，载荷越大变形也越大，我们把 静力作用下产生变形的比值j = p称为工艺系统的“静刚度”。y在外园车削的工艺系统中，一般来说，刀具有与工件都是简单构件，其刚 度比较容易确定（用力学公式计算即可求得）。但对机床的刚度则是相当复杂的， 不可能都用公式作计算，故目前主要是用实验的方法测定其刚度值。机床静刚度测定法，是在机床静止状态下进行的，这一方面的本质，是对 机床施加载荷（即模拟切削时的情况），然后测出在不同载荷下机床各部分的变 形，再通过计算求出机床的刚度。车削外园时的三个方向的分切削力 Px、Py、Pz中，Py分力作用方向的变形 y,比起Px、Pz两个分力产生的变形对加工误差的影响要大的多，所以研究车削工艺系统刚度只要考虑 Py及其在此方向上的变形y,已相当准确了，故系统 刚度可写作：pj系统公斤/毫米y根据定义：1111 = + +j系统j系统j刀具j工作车刀在工件径向方向的刚度与机床，工件刚度相比较是很大的，可以略而 不计。所以当工件刚度足够大时，我们可以认为：1 _ 1j系统j系统而机床的刚度是由机床各部件（如车床的床头、尾座、刀架等）的刚度决 定的。因此，当已知机床各部件的刚度的情况下，即可计算出机床的刚度。Pyj头：y头Pyj尾二y尾Pyj架-y架当车刀在工件全长上任意一位置时（见图一），贝冋导出各部件刚度的一般 算式即：（X/L”j尾：y尾（L -x）Py/Lj头:y头Pyj架-y架从而可导出车床刚度的普遍计算式:1j机床11 L - xx()j 尾()j架j头LL由此式可以看出，j机床随着车刀位置的不同而变化，当车刀处于工件中间 位置时L(x =)，z车床的刚度为：1j机床1 1) j尾(4j头图 一四、实验方法与步骤：1、实验方法：实验装置如图2所示：在车床两顶尖间，安装一根刚性很好的轴1在刀架上装一螺旋加力器5,在心轴与加力器之间安放传感器 4,当转动加力器中的螺 钉时，刀架与心轴之间便产生了作用力，加力的大小可由数字测力仪7读出。作用力一方面传到车床刀架上，另一方面经过心轴传到前后顶尖上，实验时将 百分表分别放在靠近刀架床头顶尖和尾顶尖处，测出在Py力的作用下，床头、床尾座及刀架的变形值，(百分表2、3、6读出。)然后按Pj公式计算床头、尾座、刀架的静刚度。y图二di c,r2、实验步骤（1）把螺旋加力架夹固在刀架上，保证其加力点的高度与车床顶尖中心线 等高，加力方向垂直于心轴。（2） 将心轴安装在车床两顶尖间，尾座套筒伸出长度约50毫米，心轴在 顶尖间的夹紧力不宜过紧或过松，以用手可以转动为宜。（3）在心轴与螺旋加力器之间安装力传感器。（4）用表架装好百分表2和3,分别固定在车床身上。（5）加载前把百分表调到零位，从 0到350公斤逐渐加载，每次增力 50 公斤，然后再从350公斤到0逐渐卸载，每次减少50公斤，接着按同样操作重 新加载，卸载一次，注意第二次加载卸载时不要再调整百分表对零位。每次加 力和减力时，应记录相应的机床部件变形量y,决将记录的力和变形记入表格内。五、实验结果及计算：1、静刚度测定记录。2、绘制载荷变形图，将所测得的载荷与相应的变形在平面直角坐标上绘出 载荷一一变形曲线图。第二次载荷一一变形曲线应紧接第一次载荷一一变形曲 线，不要重新从原点出发。3、计算各部件的刚度（j头、j尾、j 架）由于载荷一一变形曲线为非线性，说明各区间部件刚度值是不相同的，其 大小应以该区间的曲线斜率表示（直=电）。同样，各部件刚度是随载荷大小 而变化的。严格的讲，各部刚度应从图内曲线中求出平均值，为计算方便，也 可用最大Py力和最大变形值y的比值来代表。4、计算车床静刚度：1j机床1111( )4j头j尾j架六、整理实验场地，交还实验仪器、工具七、编写实验报告。实验八加工精度统计分析、实验目的和要求1掌握加工精度统计分析的基本方法。2、通过对测的数据进行处理分析，判断该工序能否保证加工精度，有无废 品，找出产生加工误差的原因。3、了解计算机在加工精度统计分析中的应用。二、实验内容在M224半自动内圆磨床上，连续加工一批同样尺寸的套类零件（如图） 取样100个进行测量，获取孔尺寸数据。三、实验用设备和仪器1、M224半自动内圆磨床一台；2、千分表、内径表杆一套，卡尺一把；3、计算机一台。四、实验原理在大批生产中，为了对某一工序的加工状况进行分析、了解需要从该工序 连续生产出来的一批零件中，抽出部分零件，通过测量，获取有关数据，应用 统计分析的方法，来判断该工序的生产状况，进而控制生产过程，保证产品质 量。这种方法可用图1来表示。其中，母体，是指该工序一次调整机床，加工 出零件的总数、样本，是指从该工序中抽取的部分样件。在调整法加工时，如果加工过程满足：1加工系统中无变值系统性误差（或其影响很小）；2、引起尺寸分散的偶然性误差是相互独立的；3、引起尺寸分散的诸偶然性误差中，无一起主导作用，则所加工的零件， 其尺寸参数的分布，服从于正态分布。对服从正态分布的参数，在应用统计分 析的进行数据处理时，应从以下几个方面进行；（1）异常数据剔除在测取样本数据时，有时会出现一个或几个过大或过小的数据，这些数据 的出现，是属于正常的呢？还是因为工件有硬质点，或测量时疏忽大意而至， 这就需要我们加以判断，如果是非正常出现，应予以剔除，判断方法，采用莱 因达准则。莱因达准则的原理，是从以下思想出发后，特大或特小的数值，其出现的 概率很小，如果抽取的样本，服从正态分布，则数值超出 6a范围以外的概率为 小概率事件，小概率事件可视为不可能事件，不可能事件一旦发生，则可视为 事件的出现并非偶然。即其中含有过失误差，因此可以将超出6a范围以外的数 据剔附除（为了简化利用莱因达准则鉴别过失误差的计算，可先从样本数值中， 观察确定特大或特小的值一个）将其剔除，计算剔除后样本的均值和均方差， 再用6 a书评定剔除是否正确，即：若 |Xk X| 3aXk予以剔除（其中：Xk为假设的过失误差数据）每剔除一个异常数据，再剔除下一个数据时，要重新计算均值和均方差， 直到全部数据均为非异常数据为止(2)样本正态性评定由于实际测得的样本数据分布与理论正态分布着一定的差距，需要对样本 的正态符合性进行判断，若为正态分布，才能在用统计分析的方法分析加工误 差时，采用6a原则来进行分析、研究，样本正态性评定，用正态符合性标准R来判断。R值的计算公式为：X2 KR =2KS ( mi _Noi )其中：X2 二 Noii 士Mi :某一区间的实际频数；Noi :某一区间的理论频数；pi：某一区间上的理论频率值；N :样本容量；S:实际分组间隔数目。(注意：实际频数与理论频数均不小于 5;对小于5的频数应和相邻的区间 的频数合并)。判断：若R3则认为样本不符合正态分布规律。若RV 3则认为样本符合正态分布规律。(1)样本随机性的评定数理统计的目的，就是要通过样本去看母体。一个正态样本能否代表母体 的特征，则要看它是否为随机样本，当获得样本的工艺系统不存在变值系统性 误差时，贝U所得的样本为随机样本，否则，为不随机样本，为此，需要对正态 样本进行的随机性进行检验。其方法是续差法。续差法检验的步骤如下：1、工顺序测得零件尺寸Xi，X2, Xn2、求续差：ai =X2 Xi， 02 =X3 X2，, ch 1=Xn Xn 1（共计n 1项）3、根据续差ai,可由下列公式来求母体方差 C12(n _1)4、求得样本的方差cn(Xi -X)i -45、求临界值tC to6、求 tqtqtq =1 -n +1其中，tq服从于标准正态分布，是显著水平a =0.02的函数，有下列关系式（tq） =0.5 0.02=0.48tq值可由课本85页，表2-2查出。7、评定:若tvtq，则认为样本不是服机样本；若ttq，则认为样本不是随机样本。从以上三个方面，对测得数据进行处理后，我们就可以用正态随机子样本 来对所测工序进行工艺论断。正态随机子样可以反映母体的特征，因此可以应用6a原则，6a表示零件尺寸的实际分散范围。求工艺能力系数CP：TCP =6 :-其中：T:公差分散范围。由课本89页表2-6,可查出工艺能力等级。从而判断该工序能否保证加工 精度。（二）废品率论断：如果CPV 1,则肯定会有废品出现，因为，此时零件尺寸误差分散范围，已超出零件尺寸公差的分散范围，超出的那部分即为废品，见图2!图2CPV 1时，废品示意图即使CPV 1,也可能会有废品出现，这是因为在调整机床时，没能使公差分 散中心和实际尺寸分散中心重合；存在有调整误差，当不重合程度使得实际尺 寸分散范围超出公差分散范围，就会出现废品，见图3。舍筮疔数范凶中心ri 调幫谋斗二丄二l“ !图3 （T1叶，废品示意图在加工过程中，有可能出现假废品，请同学们自己考虑在什么情况下的废 品为假废品。（三）用XR控制图检验工艺过程是否稳定。所谓工艺过程稳定，从数据统计的原理来讲，就是工序过程的质量参数总 体分布，其均值X和均方差a在整个工序过程中保持不变，为了检验工艺的稳 定性，需要用到Xi和Ri两张点图。Xi控制点图，是将一批工件按加工顺序分 成m个为一组（m通常取4或5,本实验取m=4）求出每组的平均值 Xi，以组 号为横坐标，以Xi为纵坐标，画图，Ri控制图同上方法相同，Ri是每组数值的 极差（即最大与最小差的绝对值），以组号为横坐标，Ri为纵坐标，画图。两张 点图合在一起使用，称为 XP控制图。X和R的波动反映了工件尺寸均值的变化趋势和随机误差的分散程度。在X和R控制图上，还应绘出中心线和控制线。对X图中心线CL上控制线U C L = X A2R下控制线LCL = X_A2R对R图中心线CL = R上控制线UCL二D4R下控制线LCL=D3R其中，A2, D4, D3由课本91页，表2-8查出。五、实验步骤1、教师简述实验原理，同学回答教师提出的有关实验的问题。2、 开动机床，按事先调好的尺寸，加工一批零件。（本实验为100个）3、同学按加工顺序，依次测量零件孔尺寸。4、加工完后，将测得的数据给教师一份，由教师作计算机数据处理演示。5、整理实验场地。附：工艺过程加工精度诊断的计算机原理框图：附1：工艺过程加工精度诊断的计算机原理框图:选修实验项目实验一机床爬行实验一、实验的目的1观察和了解机床爬行现象。2熟悉机床爬行的测试方法。3、熟悉光栅爬行测量仪和光线示波器的使用。二、实验的工作原理1机床运动部件抵速爬行的原理：机床运动部件（如工作台、溜板等）在低速度运动中出现的时态，时停或 时慢的现象称为机床爬行。机床爬行一般产生在重载荷、低速运动的情况下， 爬行位称量一般在几个 卩m到零点几毫米范围内，爬行频率一般不超过 10HZ, 爬行对精密机床及精密落地大型机床具有很大的危害。爬行现象的机理可用图1来说明。图中A为驱动件，C为导轨，从驱动件 到工作台B之间的传动部分用弹簧 D表示，工作台B的质量为m, B、C之间 处于混合磨擦（或半干磨擦）的条件下，当驱动件 A的速度V很小时，工作台 就会出现断续运动，即周期停顿的不均匀运动，造成这种现象的原因是：当接 通进给运动后，A便以匀速前进，这时由于传送装置 D被视为一弹性体，它一 直在增加着弹性变形，直到新传递的力能克服B、C之间的静磨擦力时为止。在 这个阶段中A移动了 xo,而工作台B处于静止不动状态，即传动系统处于储能 阶段。当传动力开始超过磨擦力时，静止着的工作台B便迅速地提高其运动速图1A驱动件C单轨度，并超过驱动装置 A所提供的运动速度，使系统中的位能释放出来，传动力 也相应地减小了，工作台在运动到传动力等于磨擦力的位置时，还会由于惯性爬行的力学模型B工作台D传动系统 力而继续向前移动一段距离，直到作用于工作台上的全部力平衡为止，它又重 新停顿下来，完成一次“跳跃”，跳跃结束时，传动无件的弹性变形减小，以致 为了使其继续运动，必须经过某一停顿时间，然后再出现跳跃，这种一跳一停 的现象，就是时起时停的爬行，如果驱动速度较高，工作台在一个循环之末速 度还未降到零，而弹簧 D又开始被压缩，下一下循环又开始了，则此时工作台 的运动即处于时快的时慢的爬行状态，当速度再提高到革一数值时，爬行现象 便消失，这个不出现爬行现象的最低速度，称为爬行临界速度。2、对机床爬行的描述方法机床爬行规律复杂，不能用单一参数表示，一般用位移一时间（s t）曲线描述时起时停的爬行，用速度一时间（vt）曲线描述时快时慢的爬行。图2（ a）为不考虑过渡过程的理想化的典型 s t曲线，它非常直观地描述 了爬行规律，从曲线可求得停顿时间ti，突跳位移量 S （通常称为爬行量）以 及爬行频率，（f（f =丄=）。爬行量 S直接影响加工精度，是表征机床T 匕“2的主要参数。图2 爬行曲线心）爬行曲线图2 （b） vt曲线，根据这条曲线，可以求得最大速度Vmax，最小速度iVmin和爬行率f（f二一）。这种情况下，没有突跳位移，所以无法用爬行量这个T参数表示，但此时速度变化比较直观，而速度的不均匀性又是造成较大的表面波纹和较粗的主要原因之一，所以可用相对速度V =V max V min作为表征机V min床爬行的主要参数，如无明显简单规律，则必须对曲线的每个瞬时运动状态进 行研究。三、实验用调和和仪器本实验需要下列设备和仪器：1外圆磨床一台。2光栅爬行测量仪及专用直流电源各一台。3、光线示波器及其电源各一台。4、SBD6型超低频双线示波器一台。5、磁性表架和磁力吸头各一件。图3为光栅爬行测量仪的结构图。底座 1上固定有光栅读数头支架和滚动 导轨副的固定部分5,在滚动导轨副的运动件4上固定着标尺光栅安装架3,光 源6的光束经过透镜7后形成近似平行光束。此光束照射到指示光栅8和标尺光栅9上形成莫尔条纹。10是接受信号并把它转化成电信号的硅光电池，滚动 导轨副运动4的端部装有测量杆11,测量杆11借助弹性联结器12和测量头13 联接，测量杆的另一端平时用螺钉锁在仪器的外壳上，使用时需先松开螺钉才 可拉动测量杆，测量头由软磁材料制成，测量时它被装在磁性表架上的磁力吸 头吸住。四、实验的步骤、方法和注意事项1、首先熟悉机床的操作按钮及爬行仪和示波器的使用方法。2、 将爬行仪放在机床工作台上，并以爬行仪底座侧面的基准面 G （见图3） 找正，使其平面与机床导轨的平行度误差小于 0.1/100mm,然后拨动开关，使爬 行仪底座1与导轨吸牢。3、将磁力表座固定在机床床身上，并将磁力吸头装上，利用铜套端面与爬 行仪的测量头端面找正，然后取下隔磁铜套，使磁力吸头与仪器头吸牢。1 底座2支架3安装架4、5滚动导轨6光源7透镜 8 指示光栅9 标尺光栅10、硅光电池11测量杆12弹性联结器13测量头图3光栅爬行仪结构示意图4、按照说明书选用示波器振子并装入感光纸，然后按图4接线，在接通电 源前，应注意光线示波器的各个开关均处于断路位置，更要注意光线示波器绝 对不能直接接到220V交流电路上去。5、接通仪器电源，将机床工作台进给量调至最小，启动机床，爬行仪便开 始工作，调整直流输出电瓶，使记录图形处于记录纸中间位置，再调节输出电压幅度，使记录图形的峰一峰值约为40mm,这可在光线示波器的观察屏上进行 观察，同时由示波器进行监视。6、按动光线示波器的电源的起辉按钮，点燃示波器的高压水银灯，十分钟 后亮度达到正常，选用100mm/min记录纸速和0.01S,的时标进行记录。由于时 标和纸速是联动的，所以当按下示波器的记录纸按钮10X 100后纸速为 1000mm/s时标即是0.01S，按住拍摄按钮，记录纸记录一段后手再抬起，于是 停止记录，取下记录纸在阳光或日光灯下爆光后即可得到记录曲线，然后熄灭高汞灯。7、逐渐调大机床的进给量，观察超低频示波器图形，当为标准正弦曲线时， 记录下此时工作台的进给量。8切断电源，结束实验。但每个五、实验数据的处理机床爬行状态下的记录图形为一组具有畸变和疏密不均的正统信号 整周期正弦信号对应的位移量均为 0.02mm即20卩m （见图5）。正弦信号的不 同高度值（A）对应着不同的位移量，根据记录纸上的时标可确定各段位移对应 的时间，根据位移和时间的对应关系，可做出 st曲线，将时间坐标分成若干示渡器宅弼2仪3工作台4导轶5宅淖及吏換器1超底颗示皴:喜FTt醴示潼屡微段，用微段的平均速 度近似地代表瞬时速 度，则可作出vt曲 线。S t曲线可由下 述两种方法作出：图4机床用行试验接践團因记录纸上一个整周期正弦信号对应的位移量s为20i m所以在一个周期内应分成四段计算:在第I段中，即Sv 5卩m时:20S = arc300sin|h |(m)其中arc sin巴单位为度”。A在第II段中，即5卩mv Sv 10卩m时,sin(”m)A20S =10arc360在第III段中，即10 mv Sv 15 fl m20S =10arc360sin(”m)A在第IV段中，即151 mv Sv 20 i msin(m)A20S = 20 決 arc3602、检查法图6所示为放大了十倍的标准正弦曲线，我们在记录纸上找出一些有特征的点，令为A、B、C,等，然后测出它们所对应的h值，可根据图6迅速的确定位移量So当记录图幅值不为20mm时，需先进行换算，此时，h”20hp式中：h根据记录实没蝗高度。在图6中，S坐标上面 h在第I段中为正，第III 6中S坐标的下面一行带hp记录图幅值。h查图时使用的高度值的高度值。使用查图法时，需特别注意记录曲线所在的位置段, 一行数字对应着第I、III段中的位移量，记录曲线高度 段中为负，但“ +”、“一”号对查找位移量无影响。图 括号的数字，对应着第II、IV段中的位移量。 2)实验二 镗孔时自激振动及消振实验一、实验目的和要求1、了解镗孔时产生的自激振动现象，观察振纹。2、了解切削速度、切削深度与自振振幅的关系。3、了解冲击式消振镗杆的消振原理，观察其消振效果4、了解削边镗杆的消振原理，观察其消振效果。二、实验所用设备和食品1、CA6140 型普通车床一台；2、Y6D3A 型电阻应变仪一台；3、SC16 光线示波器一台；4、DY3 型电源供给器一台；5、镗杆、镗杆座及消振块一套；三、实验原理（一）振动原理 切削过程中产生自激振动的原因，各种学派解释不一，其中较为主要的是 振型偶合自激振动原理（座标联系自激振动原理）和再生激振动原理。在此我们只介绍振型偶合自激振动原理：按照该理论， 认为车刀与工件的相对振动运动， 是以质量偶合的形式， 在？ 个方向上，相互关系的振动的组合（二个自由度的振动） ；振动时，刀具与工件 切削截面的大小变化，而与振动的速度无关，如图所示，刀尖由 A 点经 C 点到 B点，再由B点经D点到A点，切入时，A - C- B切深较小，切出时B - D - A，切深较大，由于切深的变化，引起了切削力的变化。当刀尖沿切削力P同方向（B- D-A）移动时，比当刀尖沿与切削力相反方向运动时（ A-C- B）的 切削力来的大。这样，在每一个循环内，切削力 P 对刀具部件作的正功大小负 功，振动便会加强，直到每循环获得的能量与消耗的能量平衡为止，此时振动 便以此振幅振动下去。自激振动本身不会自行衰减，欲减小自激振动，需采取一定的措施。（二）消振原理消除和减小自激振动的方法有很多，在此我们只介绍冲击式消振原理和消 边镗杆消振原理。1冲击式消振原理冲击式消振器，是在镗杆上做出一壳体，其内装入与壳体有一定间隙的质 量块（消振块），如图2所示，当镗杆受到瞬时刺激力激发振动后，从平衡位置 0产生痊移A1,镗杆获得了能量，当瞬时激发力消失以后，镗杆要回到原来位 置，这时释放出能量，镗杆具有了速度从图a到图b位置。速度V由0Vmax， 在这过程中镗杆带动质量离开平衡位置运动，由于镗杆的弹性反抗作用，其速 度由Vmax 0。但由于质量块M1为自由质量，其惯性使 M在图C位置时仍具 有Vmax，这时质量块M与镗杆离开，设在图d位置时，质量M和镗杆壳体发 生碰撞，即吸收了镗杆的动能，使镗杆在第3/4个周期（由图de）过程中，振 幅减小（自A1减至A2 ）。如此过程继续下去，则使镗杆振动幅度逐渐减小。图2冲击式消掘原理2、削边镗杆消振原理在镗杆上平行地削去两边，削边部分的厚度a=（0.60.8）d,其中d为镗杆直径，削边后的镗杆，两个相互垂直的方向具有不同的刚度，我们称刚度小的方向为小刚度主轴R1，刚度较大的方向为大风度主轴 R2,如图3所示图3刚度主轴示意图由理论计算和实验均可证明，当小刚度主轴位于 P力和y轴夹角范围之内 时，为不稳定区，系统易产生振动，如图 4,应用这一理论，只要使削边镗杆小 刚主思，位于P力和y轴夹角之外，避开不稳定区，就不易产生振动，故适当 地调整小刚度主轴的位置可以起到消振作用。愕“小册度上轴位不稳址区示总瀏（三）信号采集、测量仪器的接线和使用方法镗杆装在镗杆座内，相当于一悬脊梁，当切削引起镗刀振动时镗杆发生弯曲变形，其最大弯曲部位，在靠近镗杆座根部，我们在此Z方向上，上、下各粘贴一片电阻应变片，如图5所示。AZ圏丘应变自制枇位睨示盘圏当镗杆向下弯曲时，上面的应变片受拉，下面的应变自受压，当镗杆向上 弯曲时，上面的应变自受压，下面的应变片受拉。这样，由于拉伸或压缩，应 变自的电阻值发生变化，将这两片应变自与电桥盒内的两个标准电阻组成一电 桥。标准电阻的阻值与应变阻值相同，当镗杆不就形时，电桥保持事先调好的 平衡，没有电压输出，当镗杆由振动产生变形时，应变片阻值发生变化，电桥 失去平衡，有电压输出，输出的微弱的电压信号，由电阻应变仪进行放大。然 后输给光线示波器，记录下信号的变化，也就相当于振动振幅的变化。动态电阻应变仪，对信号进行处