机械制造技术基础实验课程教案 - 图文

辽东学院机电学院

本 科 教 案

（2011—2012学年第二学期）

课程名称 课程归属 开课院系 授课专业 授课班级 授课教师 所在部门 职 称 机械制造技术基础实验 机电学院 机电学院 机械设计制造及其自动化 B0901～B0903 徐素颖 机电学院 讲师

课程基本信息表

课程名称 机械制造技术实验 必修课 学科专业基础课（ ）；专业课（√） 课程类型 选修课 专业选修课（ ）；素质教育选修课（ ） 授课方式 课堂讲授（ ）；实践课（√） 考核方式 考试（ ）；考查（√） 课程教学 总学时数 10 周学时 课程学分 0 课程代码 06121160 学时分配 课堂讲授：0 学时； 实验10学时； 实训：0 学时。 教材名称 作者 出版社及出版时间 教师参考书 机械制造技术基础实验指导书 机械制造技术基础实验 尹明富 校内 华中科技大学出版社 学生参考书 机械制造技术基础实验指导书 校内 机械制造技术基础 课程实验教案

周 次 章节名称 第12 周 课次 总30课次；第26 次 车削刀具角度测量实验 时间 2009年5月11日 地点 2#105 课堂讲授（ ）；实验（√）；研讨（ ）； 教学 授课方式 是否使用多媒体（ ） 时数 2学时 1）、通过实验巩固和加深对车刀几何角度的标注坐标系平面与车刀几教学目何角度坐标系的基本定义的了解； 的、要求 2）、了解万用量角仪的结构与工作原理，熟悉其使用方法； 3）、掌握车刀标注角度的测量方法。 教学重点 掌握车刀标注角度的测量方法 教学难点 车刀几何角度的标注坐标系平面与车刀几何角度的关系 教学过程 设 计 作业讨论 辅导参 考资料 课后小结 授 课 内 容

1.实验目的及要求 1.1 实验目的: 1.1.1通过实验巩固和加深对车刀几何角度的标注坐标系平面与车刀几何角度坐标系的基本定义的了解； 1.1.2了解万能角度尺的结构与工作原理，熟悉其使用方法； 1.1.3掌握车刀标注角度的测量方法。 1.2 实验要求 1.2.1实验方案 应有外圆车刀和切断刀两种车刀几何角度的测量方案（在主剖面坐标系内）； 1.2.2实验步骤： 应有外圆车刀和切断刀两种车刀的几何角度的测量步骤。同一型号的万能角度尺的不同的测量方法可以混合使用，但应概念清楚，测量方法合理，并注明所选用的万能角度尺的型号及测量工位号；不同型号的万能角度尺的测量方法不可混合使用。 注：实验方案即在何测量工位测量什么车刀角度，或什么车刀角度在何测量工位测量。实验步骤即每个被测角度测量的详细操作过程和要点； 1.2.3实验操作 （1）实验操作前应根据本实验指导书，对照图1或图2及万能角度尺实物，熟悉所选用的万能角度尺和被测车刀的切削部分各要素。根据不同功用的被测车刀，确定被测车刀的进给方向。 （2）实验操作时，应按使用方法照章严格操作，严禁违章操作。违章操作者将被罚分。 在最短的时间内，顺利完成实验步骤操作又无违章操作者为佳。 （3）实验操作时，应按实验预习报告所设计的实验方案和实验步骤进行操作。操作时，有关本实验的问题，实验者可以相互讨论。对于实验预习报告所设计的实验方案和实验步骤与实验操作所用的不一致时，应将不一致的部分记录下来。 （4）实验操作完毕后，必须将万能角度尺按其使用方法复位，并擦干净。同时应将实验教具收拾整齐。实验操作才算完全完成合格。

1.2.4实验报告 应写明实验者实施本实验所选用的实验仪器的型号。实验数据和实验参数应真实、完整，并列于表中。所测量的副偏角、副刃倾角、副前角、副后角应标明被测的各角度位于主切削刃的左侧还是右侧。画出被测车刀切削部分的立体图，标注出各面、各刃及被测车刀的进给方向。将实验预习报告所设计的实验方案和实验步骤与实验操作中所用实验方案、实验步骤不一致的部分写出，并指出所设计的实验方案和实验步骤的错误之处及原因。实验报告应在本实验操作完成后一周内交实验室批改。 2.实验设备 2.1万能角度尺； 2.2实验用车刀：45°外圆车刀、75°外圆车刀、外圆车刀、45°弯头车刀、切断刀等， 所用车刀的刀杆的截面为矩形。 3、万用量角仪的结构原理及使用方法 万能角度尺是用来测量工件内、外角度是量具，其结构如图7－15所示。

万能角度尺的读数机构是根据游标原理制成的。主尺刻线每格为1°。游标的刻线是取主尺的29°等分为30格，因此游标刻线角格为29°/30，即主尺与游标一格的差 值为 ，也就是说万能角度尺读数准确度为2／。其读数方法与游标 卡尺完全相同。 测量时应先校准零位，万能角度尺的零位，是当角尺与直尺均装上，而角尺的底边及基尺与直尺无间隙接触，此时主尺与游标的“0”线对准。调整好零位后，通过改变基尺、角尺、直尺的相互位臵可测试0－320°范围内的任意角。 应用万能角度尺测量工件时，要根据所测角度适当组合量尺，其应用举例如图7－16所示。 4、实验方法 4.1前角γ0的测量 前角γ0的测量是在主刀刃的主剖面内进行的，首先将万用角度仪的直尺拆掉，使角尺底面与刀具基面平行，侧面与刀刃重合；转动主尺使基尺与前刀面重合，读数即得前角。 4.2后角α0的测量 后角α0的测量与前角γ0的测量都是在主刀刃的主剖面内进行的，因此在测量完前角 之后支撑板不需要调整，只需将主尺的基尺与后刀面重合，读数即得后角。 4.3刃倾角λs的测量 刃倾角λs位于切削平面内，将角尺侧面与切削刃相切使基尺与切削刃重合，读数即 为刃倾角λs 4.4主偏角Kr、副偏角Kr’的测量 装上直尺，用直尺与基尺先测出刀尖角；然后测出副偏角，180度减二者之和即为主偏角Kr数值。 5.实验数据 车刀编号 ；车刀名称 几何角度 测量次数 第 一 次 第 二 次 第 三 次 第 四 次 第 五 次 平 均 值 γ0 α0 Kr Kr’ λs 6.绘制外圆车刀和切断刀的工作图 绘制车刀的工作图时，应使标注的角度数量最少，并能完整地表达出车刀切削部分的形状及尺寸，同时要求所标注的角度能反映刀具的切削特征，刀具工作图除表明几何参数以外，还需注明刀杆材料，切具切削部分材料，牌号及型号，表面光洁度要求，各主要参数公差等。 绘制车刀工作图的主要步骤如下： 6.1画出车刀俯视图。 6.2过车刀主刃上某点画出剖面。 6.3过车刀副刀刃上某点画出付剖图。 6.4画出切削平面S向视图。 6.5标注车刀主刀刃四个基本角度γ0、α0、Kr、 λs和副切削刃的基本角度Kr’、 α0’，标注刀杆尺寸及车刀主要技术要求等。 此外，必要时应画出局部放大图。 7.实验注意事项： 7.1实验前必须详细阅读实验说明书，明确实验目的，要求及方法。 7.2测量车刀几何角度时，要注意安全，同时主要爱护刀具和测量仪器，防止碰伤及损坏。 7.3车刀工作图另附，按1：1绘制。 附： 附录：万能角度尺使用说明书

一、概述：

测量范围为0—320°分度值为2′或5′的万能角度尺。万能角度尺简称角度尺。利用游标原理进行读数，是对工件进行内外角度测量的一种角度测量工具、它主要由基尺、主尺、直尺、角尺各工作面进行组合，可测量0—320°之间4个角度段内的任意度值。

二、结构简图及名称：

1、直尺 2、基尺 3、主尺 4、卡块 5、扇形尺 6、制动头 7、螺帽 8、游标尺 9、角尺 三、使用方法：

1、使用部应先将角度尺各组合件擦净。 2、使用过程中：

1）当测量0—50°的角度时，把基尺按图2—1所示加以组合，将工件直接放入基尺与直尺两个工作面之间测量。

2）当测量50°—140°的角度时，把直尺连同直尺的卡块同时卸下，如图2—2所示，并紧固住卡块，将工件放臵在角尺长工作面与基尺之间测量。

3）当测量140°—230°的角度时，把角度尺按2—3所示上移，移至长短边交点，位于基尺旋转中心为止，将工件放在基尺与角尺短边工作面之间测量。

4）当测量230°—320°时，把角尺连同卡块全部卸下，如图2—4所示，将工件放在扇形板与基尺工作面之间测量。

3、使用后将角度尺擦净，放入包装盒内贮存。

机械制造技术基础 课程实验教案

周 次 章节名称 第12 周 课次 总30课次；第27 次 加工误差统计分析 时间 2009年5月11日 地点 2#105 课堂讲授（ ）；实验（√）；研讨（ ）； 教学 授课方式 是否使用多媒体（ ） 时数 2学时 1. 学习加工误差统计分析法的基本理论，掌握分布曲线图的作法， 教学目的2. 学会计算分布曲线参数和工艺能力评价 要求 3. 学会分布曲线图的分析并能提出解决加工误差问题的措施。 教学重点 分布曲线参数计算和工艺能力评价 教学难点 分布曲线图的分析 教学过程 设 计 作业讨论 辅导参 考资料 课后小结

授 课 内 容

1.实验目的与要求 学习加工误差统计分析法的基本理论，掌握分布曲线图的作法，学会计算分布曲线参数和工艺能力评价，学会分布曲线图的分析并能提出解决加工误差问题的措施。 2.实验装臵及工具材料 2.1小轴尺寸 Φ15-Φ20 小轴数量：100根 2.2外径千分尺 测量范围：0～25 游标读数值：0.001mm 3.加工误差统计分析概述 在实际机械加工过程中，影响加工精度的因素往往是错综复杂的，不可能用单因素的方法一一分析计算，通常要用统计分析法来分析和解决加工精度问题。所谓加工误差统计分析法，就是在加工一大批零件中抽检一定数量的零件，并运用数理统计的方法对检查测量结果，进行数据处理与分析。从中找出规律性的东西及产生加工误差的原因、误差的性质，从而找到解决加工精度问题的途经。 4.测量方法与步骤 4.1外径千分尺的使用方法： 量具使用得是否合理不但影响量具本身的精度，且直接影响零件尺寸的测量精度，甚至发生质量事故。所以，必须重视量具的正确使用，对测量技术精益求精，务使获得正确的测量结果。在使用外径千分尺测量小轴直径尺寸时，必须注意以下几点： （1）测量前应把外径千分尺擦干净，把测头密贴合时，无明显的间隙，同时游尺和主尺的零位刻线要相互对准。 （2）转动游尺时，活动要自如，不应有过紧或过松。 （3）测量小轴直径尺寸时，先把外径千分尺的活动测头张开，把小轴贴靠在固定测头上，然后转动游尺，直到听到有咔咔响声后停止，锁上游尺读数。 （4）在外径千分尺上读数时，首先要看主持，读出主尺上尺寸的整数是多少毫米，其次是找出游尺上那一根刻线与主尺刻线对准，该游尺刻线的次序数乘其游尺读数值，就是尺寸的小数部分，整数和小数相加的总值，即是被测小轴尺寸的数值。读数时应把外径千分尺水平的拿着，使人的视线和外径千分尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜造成读数误差。 （5）为了获得正确的测量结果，应在小轴的不同截面和同一截面的不同方向进行测量，取得平均值。 4.2测量小轴100根，并将每一根小轴的测量结果，填入实验报告“小轴直径测量值”表格中。 5.分布曲线图的绘制 5.1从小轴直径实测值（100个数据）中，找出最大值dmax和最小值dmin并在表中画上记号。 5.2计算组距h: 关于分组数的确定见表1。 表1 分组数的确定 抽查零件数n 50～100 100～250 250 以上 实践证明，组数太少会掩盖组内数据的变动情况，组数太多会使各组的高度参差不齐，从而看不出变化规律。通常确定的组数要使每组平均至少摊到4～5个数据。根据表1可求得组距（组与组之间的距离） 分 组 数k 6～10 7～12 10～20 一般使用组数k 10 10 10 h ＝（ dmax—dmin）/ （k-1） 5.3计算第一组的上下界限值：（各组组界Xmin＋(j-1)h±h/2）(j=1,2,3,···,k) dmin ± h / 2 4．计算其余各组的上下界限值。第一组的上界限值就是第二组的下界限值。第二组的下界限值加上组距就是第二组的上界限值，其余类推。并将每组小轴尺寸范围，填入实验报告“小轴频数分布表”。 5. 计算各组的中心值(也称组中值)Xi： Xi ＝ （某组上限值﹢某组下限值）/ 2 6．统计各组的小轴频数m，计算各组频率m/n（n＝100）。 7．以频数或频率为纵坐标，组距为横坐标，画出一系列直方形，即直方图。通过直方图能够更形象、更清楚地反映出小轴尺寸分散的规律性。如果将各矩形顶端的中心点连成曲线，就可绘出一条中间凸起两边逐渐低的频率分布曲线。 6.分布曲线参数计算及工艺能力评价 实际分布曲线能表示加工尺寸的分布规律，但不能进行具体计算，因为曲线方程不知。所以在用统计分析法研究加工误差问题时，常常应用数理统计学中的一些理论分布曲线来近似代替实际分布曲线，以使分析问题的方法简化。其中应用最广的便是“正态分布曲线”。 6.1 分布曲线参数计算。 （1）零件平均尺寸X： X?1n?nXii?1 （2）均方根误差（标准偏差） ?： ??X?(Xn?1i?11ni?X)2 、?是曲线的两个特性参数。X确定零件尺寸分散范围中心的位臵，即确定曲线位臵。?表示零件尺寸分散范围的大小，即决定曲线形状。 （3）正态分布 正态分布曲线概率密度表达式 y?1?2?exp[?1x??2()](???x???,??0) 2?y为正态分布密度 x为随机变量 μ为正态分布随机变量的算术平均值（等同于X） ?为正态分布随机变量的标准偏差 y F（z） -σ +σ 0 μ z x(z) ( z = 0 ) 图4-45 正态分布曲线 如图及公式当x=μ时，则 y?1?2? 为曲线的最大值，它两边的曲线是对称的。 μ=0，?=1时的正态分布为标准正态分布。 y?12?exp[?12x]2 因此非标准正态分布可以通过坐标变换z转换为标准正态分布。 z?x??? 故可以利用标准正态分布的函数值，求得各种正态分布的函数。 有分布函数定义可知，正态分布函数是正态分布概率密度函数的积分，即 F(x)?1?2??x??exp[?1x??2()]dx2? 由上式可知F（x）为正态分布曲线下方积分区间包含的面积，表征了随机变量落在区间（??，x）上的概率。令 z?x??x? 则有 F(x)?1?2??z0e?z22dx F（x）为正态分布曲线图阴影线部分的面积，对于不同z值的F（x）值见书中的表4-6。 当z=±3，即x-μ=±3?时可查得2F（3）=0.49865×2×100%=99.73%，这说明，随机变量x落在±3?范围以内的概率为99.73%，而落在此范围以外的概率仅为0.27%，此值很小可忽略不计。 因此一般认为，正态分布的随机变量的分散范围是±3?。这就是所谓的“±3?” 原则。6?的大小代表了某种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度。通常应该使所选择的加工方法的标准偏差?与公差带宽度T之间满足关系式： 6??T6.2工序能力指数 若零件加工公差带为T，则工序能力系数为： Cp ＝ T / 6? 根据工艺能力系数大小，可将工艺能力分为5级，见表2。 表2 工艺系数等级 工艺等级 Cp 能力判断 特级 Cp≥1.67 很充分 一级 1.67＞Cp≥1.33 充分 二级 1.33＞Cp≥1.00 不够充分 三级 1.00＞Cp≥0.67 明显不足 四级 0.67＞Cp 非常不足 对于 Cp ≤ 1 的工艺应采取措施，提高工艺能力系数，以保证产品的加工质量。 6.3加工实例分析 0.016 在无心磨床上磨削销轴外径，要求外径d??12?。抽样一批零件，经实测后计算?0.043得到X=11.974mm，?=0.005mm，其尺寸分布符合正态分布。是分析该工序的加工质量。 （1）根据所计算的X及?作分布图 （2）计算工序能力系数 Cp?T6???0.016?(?0.043)6?0.005?0.9?1Amax μ=X=11.974 dm=11.9705(公差带中心) Amin Q可 dmin 6?=0.03 dmax （3）计算合格率： 合格工件的最小尺寸dmin=11.957，最大尺寸dmax=11.984. 对于轴类零件超出公差带上线的不合格品可修复 z1?dmax????11.984?11.9740.005?2

查表4-6F(z1)?0.4472,即Q1=0.5-0.4472=0.028=2.28% 同理Q2=0.0034=0.034% 测定加工精度和评价工艺能力。 分布曲线也是加工精度的客观标志。抽查部分零件，如果加工尺寸服从正态分布，则尺寸分散范围6σ（±3σ，99.73% 的概率）也就代表了这种加工方法的平均经济加工精度。 7.分布曲线图的观察分析 作分布曲线图的目的，是通过观察图的形状，判断生产过程是否稳定，预测生产过程的加工质量。然后和零件尺寸公差比较，即可确定有无废品。根据分布曲线还可以看出影响加工精度的误差性质，从而分析原因，找出解决加工误差问题的途经。一般来说，系统误差规律性比较强，这类因素比较容易被识别，并且可通过调整等法将其减小或消除。但随机性误差产生的因素比较复杂，且又是难以查找，必要时可将各种可能产生的因素一一分析，最终查明原因，提出解决措施。 观察分析分布曲线图时，应着眼于图形的整个形状，常见有以下几种图形： 7.17.1锯齿形：此种情况多因测量方法或读数有问题，也可能是数据分组不当引起的。 7.2对称形：分布曲线图以中间为顶峰，左右基本对称分布，正常状况大多数是这样分布。 7.3左偏/右偏形：曲线图的顶峰偏向一侧，有时象端跳、径跳等形位误差的分布。也可能因加工习惯造成这样分布，如试切法的孔加工直径往往偏小，而轴加工直径又往往偏大。 7.4孤岛形： 在远离主分部中心地方又出现小的分布群，这表示有某种异常情况，如加工条件有变动等。 7.5双峰形： 这种情况是两批不同的分部混在一起所致。 7.6平顶形： 这往往是由于生产过程中某种缓慢的变动倾向在起作用所造成，如工具的磨损或操作者的疲劳等。 实 验 报 告 班 级 姓 名 实验地点 实验名称 量具名称 测量范围 （mm） 游标读数值（mm） 小轴尺寸 （mm） 小轴数量 （根） 小轴直径测量值 单位：μm 实验日期 实验目的与要求 设备、 工具、 材料 指导教师评语 小轴频数分布表 组 别 小轴直径实际尺寸分布曲线图 频数（m） — 频率（%） 公 差 带 — 组 距 （ 0.02 mm / 格 ） 尺寸范围（mm） 中心值Xi（mm） 频 数（m） 频 率（%） 曲线参数计算值及工艺能力评价表 小轴平均尺寸x（ mm ） 均方根误差σ（ mm ） 公差带中心值x’（ mm ） 中心偏移值⊿（ mm ） 公 差 带 T（ mm ） 实验体会：（曲线图观察分析、解决问题的措施等） x / σ＝ （T/2－⊿）/σ 合 格 率（ % ） 工艺能力系数 工 艺 等 级 工艺能力判断 实 验 预 习 报 告 班 级 姓 名 实验地点 实验名称 主要内容提要： 1. 测量方法与步骤： 2. 分布曲线图的绘制： 3. 分布曲线参数计算及工艺能力评价： 预习日期 指导教师评语

附录 外径千分尺的使用

图5—2 不同用途的千分尺的结构

一、千分尺的分类

千分尺按用途可分为外径千分尺（如图5—2a）、内径千分尺（如图5—2b）、深度千分尺（如图5—2c）、螺旋千分尺等。

二、千分尺结构：

主要由尺架、微分筒、固定套筒、测量力装臵、测量面、锁紧机构等组成。其结构特征是：

1.结构设计符合阿贝原则。

2.丝杆螺距作为测量的基准量，丝杆和丝母的配合精密，配合间隙可调整。 3.固定套筒和微分筒作为示数装臵，用刻度线进行读数。 4.有保证一定测力的棘轮棘爪机构。 三、读数原理：

千分尺的读数原理是：通过螺旋传动，将被测尺寸转换成丝杆的轴向位移和微分筒的圆周位移，并以微分筒上的刻度对圆周的位移进行计量，从而实现对螺距的放大细分。当测量丝杆连同微分筒转过φ角时，丝杆沿轴向位移量为L。因此千分尺的传动方程式为

L=p*φ/2π

式中 p―丝杆螺距；φ―微分筒转角。

当p=0.5mm，微分套筒的圆周刻度数为50等分时，其每一等分所对应的读数值为0.01mm，即通过微分套筒可读出被测值的小数部分。读数的整数部分由固定套筒上的刻度给出，其分度值为1mm。

四、使用注意事项：

1.使用前必须用校对杆校对“零”位。 2.不能测量超出测量范围的被测尺寸。 3.手应握在隔热垫处，测量器具与被测件必须等温，以减少温度对测量精度的影响。 4.要注意减少测量力对测量精度的影响，当测量面与被件表面将要接触时，就必须

使用测量力装臵。

5.测量读数时要特别注意半毫米刻度的读取，可估计读数到0.001毫米。 五、维护与保养：

1.不得用外径千分尺测量运动着的被测件。 2.不得用外径千分尺测量表面粗糙的被测件。 3.不得将外径千分尺当作工具使用。

4.不得将外径千分尺的测量杆用紧固螺钉紧固后当作卡规使用。

5.使用过程中要轻拿轻放，不要与手锤、扳手等工具放在一起，以防受压和磕碰造 成的损伤。

6.使用完毕应用干净棉丝擦净，装入盒内固定位臵后放在干燥、无腐蚀物质、无振 动和无强磁力的地方保管。

7.得用砂纸等硬物擦卡尺的任何部位，非专业修理量具人员不得进行拆卸和调修； 8.按使用合格证的要求进行周期检定。

机械制造技术基础 课程实验教案

周 次 章节名称 第12 周 课次 总30课次；第28 次 机械装配实验 时间 2009年5月11日 地点 2#105 课堂讲授（ ）；实验（√）；研讨（ ）； 教学 授课方式 2学时 是否使用多媒体（ ） 时数 ⒈通过实验使学生掌握装配精度的各种方法，加深对装配尺寸链理论的理解，并能进行计算和应用。 ⒉对给定的二级减速器部件及有关图纸，根据其轴向间隙的装配精度教学目要求，先用互换法，确定出各零件的轴向尺寸及公差，判断其可行性。的、要求 然后改变装配精度要求，选用合适的装配方法，进一步作必要的尺寸链计算，完成装配工作，达到所要求的装配精度，并画出装配工艺系统图。 教学重点 装配工艺规程制定 教学难点 装配尺寸链理论的理解、计算和应用 教学过程 设 计 作业讨论 辅导参 考资料 二级减速器图纸、实物 课后小结 授 课 内 容

1.目的与要求 1.1通过实验使学生掌握装配精度的各种方法，加深对装配尺寸链理论的理解，并能进行计算和应用。 1.2对给定的二级减速器部件及有关图纸，根据其轴向间隙的装配精度要求，先用互换法，确定出各零件的轴向尺寸及公差，判断其可行性。然后改变装配精度要求，选用合适的装配方法，进一步作必要的尺寸链计算，完成装配工作，达到所要求的装配精度，并画出装配工艺系统图。 2.基本原理 机械的装配精度直接关系到机械是否具有良好的工作性能，装配精度的具体项目和公差数值，是在产品设计过程中，根据机械使用要求和各种标准而确定的。 零件的加工质量是保证装配精度的基础。如果装配精度完全由零件的加工精度直接保证的话，则零件必须做到完全互换。装配精度越高和结构复杂参与装配的零件数目越多时，则对零件的加工精度要求也越高，这样会给零件的加工带来很大的困难。实际生产中并不都是完全互换的，而是根据装配精度的高低、装配尺寸链中环数的多少、装配生产类型，采用合适的装配方法来保证装配精度的。这样就解决了机器装配精度与零件加工精度可达到的精度两者之间的矛盾关系，使机械装配后既能符合各项装配精度的要求，同时又能尽量地使零件的加工公差扩大，最好是达到经济加工精度时的公差数值。 在产品设计的过程中就应考虑装配的方法，一般是按照下述步骤进行设计： 2.1根据机械的性能要求，确定各项装配精度指标要求。 2.2由机械的具体结构，建立装配尺寸链。 2.3选择确定合适的装配方法，进行装配尺寸链计算，确定各零件有关尺寸的公差。 保证机器装配精度的方法原理内容简要叙述如下： 2.3.1装配尺寸链 （1）A△——装配中保证的机器技术要求，其精度最后间接形成为封闭环。种类有 ①几何：距离、间隙、角度、配合性质。 ②传动：运动关系与精度。 ③物理：接触精度、转速、重量、平衡、密封、振动噪声等。 （2）A——影响A△的各零件上的尺寸（或要求）为组成环，各A的接线是其装配基面。种类有 ①公共环：同时照顾到两个及以上A△的Ａ。 ②非公共环：只涉及到一个A△的Ａ。 ③也有增环和减环之分。 （3）封闭性——与A△有关的各Ａ构成的封闭图即装配尺寸链。种类有 ①几何：线性、平面、空间。 ②联系：并联、串联、混联。 （4）查找方法： ①明确各A△。 ②从A△两端，从结构与作用功能关联上查明与A△发生直接影响的那些零部件及其上的有关尺寸。 ③构成包括A△和有关的各Ａ的封闭图形。 保证A△及δA△的主要对策是选合适的装配方法。若提高零件精度则制造成本提高。因此主要是根据生产批量、Ａ的多少、A△及δA△精度高低，选择合适的装配方法保证。装配方法有五种：互换法、概率法、选配法（包括分组法）、调整法和修配法。 2.3.2完全互换法 （1）实质：用极值法来解算装配尺寸链时，且使各零件尺寸在加工时具有相同的精度等级。这样装配时零件不经任何选择，装配上就保证A△。 （2）条件：δA△=∑δA（由制造保证）。 （3）特点： ①装配简单、经济、高效、无需高级技工、工时少且稳定、有利流水生产。 ②互换性好，备件方便。 ③组成环要求严格（工艺成本可能较高）。 （4）应用：低精多环或一般精度少环的装配尺寸链的各种生产批量。 2.3.3概率法 （1）概率条件分析 ①Ａ为极值概率很小，多在附近。 ②不同Ａ同时拿到极值的概率更小。 ③各Ａ拿到极值有正有负，还可能对A△相互补偿。 ④δA△愈大，组成环愈多，A△超差的概率愈少。 （2）条件：大批量生产的各Ａ正态分布，且与δ重合，满足?A??（3）特点： ①Ａ易制成本低（当N≥3时概率法的δA比极值法放大了N?1 倍）。 ②允许少量废品，还可拆散不损零件的装配。 （4）实质：不经任何选择装配（有少量装配废品其损失大大小于Ａ公差放大带来的增益就用），就基本保证A△。 ??则基本互换。2A

2.3.4选配法 （1）实质：δA△放大到经济或可行程度，然后实测选择合适A装配，保证A△。 （2）特点：①减轻A制造困难。②增加选配工作，效率可能较低。③装配精度高或很高。 （3）方法： ①直接选配——直接选择合适的A，A△精度取决于检具和技术水平。用于单件小批生产。 ②分组——对各A分组，组内互换装配。 ③复合——分组后再选配合适的A，可达很高A△精度，多用于成批量生产。 （4）分组法——将δA△放大数倍到可行程度加工，然后对A分组，同组内满足δA△=∑δA装配。特点是：①增加分组工作。②应用高精、少环、批量生产。 应用时几点注意： ①形状误差、不可放大。 ②扩大２～４倍为宜，否则测量、分选、打号、管理工作量大。 ③各δA最好正态分布，以保证分组配套，否则应采取措施以免过剩浪费。 ④分组后δA应能较好测出。 ⑤应用于成批及以上的高精度少环（N=3）装配尺寸链中（若多环则测量、分选、管理工作量太多）。 2.3.5调整法 调整法装配的原理是，当封闭环公差数值规定得较小时，把各零件的尺寸按经济精度进行加工。由于各组成环的公差得到了扩大，必定会使一部分装配精度超差。这时，有意识地选取或增设某个尺寸作为调整环（组成环之一），通过调整作补偿后，仍然可以获得原来所规定的装配精度。调整法有：固定调整法和活动调整法两种。 （1）固定调节法 实质：各δA放大到经济精度，实测选择加入某一个合适尺寸分级的调节环A t（是按一定尺寸分级制造一套专用的固定调整零件如垫片、垫圈、轴套等），保证达到装配精度A△。固定调整法的过程如下： ①根据经验或有关机械加工工艺手册，确定各组成环的经济精度。 ②选取或增设调整环。选用或增设调整环时应注意使调整环结构简单；尺寸不大尽可能地便于测量，调整后能够紧固；并联尺寸链的公共组成环不能作为调整环。 ③求出放大后的封闭环公差和封闭环的超差量。 ④求调整环零件尺寸的分级数值。 ⑤按照计算后的分级尺寸数值，制造一套调整环零件，供装配时选用。 （2）固定调节法的特点是 ①工时变化小易组织流水生产。 ②互换性较好（除A t）。 ③加工经济。 ④可能多加一个A t，增多了Ａ数量。 ⑤应用于成批及以上生产类型、高精（较高）多环装配尺寸链。 （3）动调节法：通过调节某A位臵或尺寸（零件可以通过移动、旋转或移动及旋转同时进行变动），从而达到保证装配精度A△，其调节量＞∑δA－δA△。 （4）该法特点是易保持和恢复较高的装配精度，尤其是因磨损、弹性变形、温度变化而改变尺寸的情况下，可随时调节，装配方便，但往往增加了机构和体积空间。 2.3.6修配法 （1）实质： 各δA放大到经济精度，实测对修配环Ax去掉一层材料，保证A△。 （2）其特点； ①加工经济。 ②工时不稳效率低。 ③Ax无互换性。 ④用于高精多环单件小批量。 （3）修配环Ax选择： ①非公共环。 ②易拆、装、修处。 ③修理面小（用工时少）。修配方法有研、刮、配磨等。 （4）Ax的尺寸及公差：可修且修配量尽可能小或合理。 ①Ax越修↑→A△↑：Axmax=（A△max＋∑min－∑max－δmin）－0δAx ②Ax越修↓→A△↓：Axmin=（A△min＋∑max－∑min＋δmin）＋0δAx ③Ax越修↑→A△↓：Axmax=（∑min －∑max－ A△min－δmin）－0δAx ④Ax 越修↓→A△↑：Axmin=（∑max －∑min－ A△min＋δmin）＋0δAx 式中：δmin——最小修配量（有时也可定为0） （5）最大修配量δmax=∑Amax＋Axmin＋δAx－（∑Amin＋A△max） =∑δA－δA△＋δmin （6）提高修配效率 ①合并加工修配，以减少组成环，则δmax↓。 ②自身加工自己（自修配）。 3.实验设备及量具 3.1设备： 二级减速器10台 3.2量具： 精密游标卡尺；精密深度卡尺；千分尺；厚薄规。 3.3其他： 调整垫圈一套及常用装配工具若干。 4.实验步骤 4.1仔细阅读图纸，熟悉装配关系，绘制装配工艺系统图。 4.2找到装配精度要求即封闭环，画出装配尺寸链。按等精度法计算出各组成环的尺寸公差，并与实际图纸对照。 4.3取一套零件，测量出各零件的轴向实际尺寸，作好记录。 4.4按照装配工艺系统图的装配顺序，完成装配工作，仔细测量装配精度，判断是否超差。 4.5改变装配要求条件，采用固定调整法装配，确定出调整环，进行调整环的计算。选用调整垫圈，重新装配，完成达到装配精度的要求。 4.6改变装配要求条件，采用修配法装配，确定出修配环，进行修配环的计算。修好修配环，重新装配，完成达到装配精度的要求。 4.7改变装配要求条件，设计计算分组法装配，保证达到装配精度的要求。 4.8改变装配要求条件，设计计算概率法装配，保证达到装配精度的要求。 4.9清理零部件及结束工作。 4.10整理实验报告。 5.实验报告内容 5.1实验名称 5.2实验内容 5.3实验方法与条件 5.4实验设备及量具 5.5实验数据记录和计算内容 （1）装配工艺系统图。 （2）零件的实际轴向尺寸和封闭环尺寸。 （3）完全互换等精度法的具体计算。 （4）调整法等各种装配方法的具体计算。 5.6分析与结果 5.7思考题（指导教师和实验人员可根据实际情况出题） （1）“机械装配工作是简单的使零件互相连接的过程”，这种说法对否？为什么？ （2）什么是完全互换法装配？从装配的设计计算上与其他装配方法上有什么关系？ （3）调整法装配的实质是什么？调整环尺寸范围应当怎样确定？ （4）为何不能用公共组成环来做调整环？ （5）各种装配方法各宜用在什么场合？

机械制造技术基础 课程实验教案

周 次 第12 周 课次 总30课次；第29 次 时间 2009年5月18日 地点 2#115 章节名称 计算机辅助工艺过程设计（CAPP）实验 课堂讲授（ ）；实验（√）；研讨（ ）； 教学 授课方式 是否使用多媒体（ ） 时数 2学时 1. 了解派生式CAPP系统的工作原理； 教学目2. 了解零件族典型零件（主样件）的设计方法； 的、要求 3. 掌握CAXACAPP软件的总体思想及基本的操作方法； 4. 学会利用CAXACAPP软件制订并输出零件机械加工工艺规程。 教学重点 CAXACAPP软件的总体思想及基本的操作方法 教学难点 CAXACAPP软件制订并输出零件机械加工工艺规程 教学过程 设 计 作业讨论 辅导参 考资料 课后小结

授 课 内 容

1.实验原理和方法 1.1 CAPP简介 计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, CAPP）就是利用计算机辅助工艺人员进行工艺规程的设计。CAPP的研究与发展经历了漫长而曲折的过程，自1965年Niebel首次提出CAPP思想至今已研究开发出不同原理不同工艺类型和对象的CAPP系统。其中派生式CAPP是目前应用最为广泛的系统。该系统以成组技术为基本思想，按结构和工艺的相似性将零件分成族，为每个零件族设计一个典型零件，制订典型零件的工艺规程。通过检索典型零件的工艺，加以删减或编辑而派生一个新零件的工艺规程。 1.2 CAXACAPP简介 CAXACAPP是由北京数码大方科技有限公司开发的商品化CAPP软件。该软件是一种基于派生式工作原理的CAPP系统，其总体设计思想是“人为主，机为辅”，即让计算机承担工艺设计过程中大量的重复劳动和简单劳动，省下宝贵的时间让设计者从事创造性的劳动，其最终目的是辅助工艺人员去设计产品的工艺，而非完全替代人工工艺设计。 CAXACAPP软件具有以下特点： 能满足不同企业的需求，兼顾了工艺设计的共性和个性。该软件提供表格定义和工艺规程管理工具可任意设计各种类型的工艺；提供工艺资源管理器和公式编辑器可任意创建工艺资源和公式；可任意创建自己的零件分类规则，每一分类都可建立相应的典型工艺，供设计时参考。 简单易学方便易用。CAXACAPP软件是典型的Windows界面风格，“所见即所得”；软件内臵《机械加工工艺手册》上的机床技术参数及切削用量，大量丰富、实用、符合国标的工艺资源数据库，以及大量的材料定额和工时定额计算公式，真正实现了“甩手册”。 CAXACAPP软件集成了CAXACAD的功能，并自动获取零件的基本信息。该软件能与其他CAD、PDM等应用系统集成，提供相关接口；可与多种数据库接口，实现文件格式互换。 可实现网络化工艺设计。工艺设计的结果实时刷新，供网上不同部门的人员共享。工艺资源数据库基于网络数据库环境，工艺设计资源共享，确保数据的一致和安全。 1.3实验方法 本实验利用成组技术的基本原理，设计某零件族的典型零件（主样件）。以CAXACAPP软件为平台，设计并存储典型零件的典型工艺。通过检索零件族的典型工艺，并加以编辑修改，从而获得零件族中各零件的工艺规程。零件的工艺规程包括工艺过程卡和工序卡。 2.实验内容与步骤 2.1典型零件的设计 根据成组技术的相似性原理，零件族零件的相似性表现在结构特征和工艺特征两方面的相似性。而典型零件是综合了零件族中所有零件结构特征和工艺特征的零件，它可以是实际存在的，也可是假想零件。 典型零件设计时，为了使典型零件既能覆盖整个零件族的结构特征和工艺特征，又不至于太复杂，首先要对零件族的各个零件进行结构特征和工艺特征两方面的频谱分析，频数大的特征反映到典型零件上，频数小的特征可以舍去。基于频谱分析的结果，就可设计零件族的典型零件。在典型零件图上，型面、尺寸、精度、表面粗糙度等都用代码表示。 本次实验是以附录所给的由15个零件组成的零件族为对象，按照上述方法设计该零件族的典型零件，并用CAXACAD (或AutoCAD)绘制典型零件图。典型零件的名称和图号自行确定。 本部分内容须在上机实验之前完成。 2.2典型工艺的设计 典型工艺的设计是在工艺内容编制模块中进行的，具体步骤如下： （1）新建工艺规程的过程卡 启动CAXACAPP程序组内的“CAXACAPP”，即进入工艺内容编制模块。点“文件”中的“新建工艺规程”，在出现的对话框中双击“机械加工工艺”，调出机械加工工艺过程卡片。 （2）编写过程卡 操作步骤：编辑表头区→编辑表中区→文件存储。 CAXACAPP软件提供了三种存储格式：CAXACAPP文件、CAXACAPP信息文件和典型工艺。本实验典型零件的工艺为适应于零件族的工艺，应选择存储为典型工艺。 本实验中典型零件的典型工艺以零件类别、零件名称、零件图号等信息进行登记，并以次作为典型工艺检索的条件。 （3）编写工序卡 操作步骤：进入工序卡→绘制工序简图→填写工序卡内容。 2.3零件族各零件工艺的设计 零件族各零件的工艺是通过检索和修改该零件族的典型工艺而得到的，具体操作步骤如下： （1）检索零件族的典型工艺 点击<文件>－<检索典型工艺>后，显示“检索典型工艺”页面。在该页面中，点击<典型工艺文件>－<按条件检索>，在显示的“定义条件”对话框中，按照自行确定的检索条件检索得到给定零件族的典型工艺。 （2）零件工艺规程的设计 打开检索得到的零件族的典型工艺，将典型工艺另存为CAXACAPP文件，后缀名为“.gxk”。在对话框中确定路径、文件名、保存类型后点<保存>即可。 根据所选零件和典型零件的差别，对典型工艺进行增加、删除、调换顺序、修改等操作，确认修改完成后保存文件，从而完成零件族中各零件工艺规程的设计。 3.实验报告要求 3.1根据所给零件族中各零件的结构特征和工艺特征，设计该零件族的典型零件，并用CAXACAD（或AutoCAD)画出典型零件的二维工程图。 3.2利用CAXACAPP软件的工艺内容编制模块设计典型零件的工艺规程，包括一张工艺过程卡和一张工序卡，并存储为典型工艺。为保证每位同学设计的典型零件的唯一性，建议将典型零件的类别用学号标记，并用典型零件的类别作为典型工艺的文件名保存。 3.3从所给零件族中选择一个不同结构和工艺特点的零件，利用工艺内容编制模块通过检索、编辑、修改典型工艺，完成上述两个零件的工艺过程卡片的设计。 3.4编写一份实验总结报告，包括实验中遇到的技术难点及其解决办法，CAXACAPP软件使用情况、对本实验的意见和建议等。 3.5本次实验的实验结果，包括典型零件的二维图、典型工艺过程卡与工序卡、两个零件的工艺过程卡片，实验总结报告，在实验结束后都上传到指定服务器的指定目录下。 3.6对CAXACAPP软件感兴趣的同学，在完成指定实验内容后，可运行该软件的其他功能模块，例如：CAXA表格定义、CAXA工艺资源管理器等，了解这些功能模块的基本功能。操作过程可浏览在线帮助。

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