《机械制造技术基础》课程实验指导书

《机械制造技术基础》课程实验指导书

适用专业：机械设计制造及其自动化实验类别：实验实验学时：

6 学时

工业制造学院

实验一 刀具几何角度的测量

一、实验目的：

通过实验加深对车刀几何角度、参考平面等概念的理解，掌握测量车刀标注角度的方法，能正确测量车刀角度并根据测量结果绘出车刀工作图。

二、实验内容：

1、基本掌握车刀量角台的原理、操作方法； 2、掌握车刀刀具角度标注的参考系及角度的标注； 3、正确地测量车刀的角度；

4、了解不同参考系刀具角度换算的基本方法。

三、实验步骤及要求：

1、实验条件：. 1）、车刀量角台 2）、车刀

车刀量角台（图1—1）简介

图1-1所示，回转工作台式量角台主要由圆盘底座1、2、活动底座3、定位块4、大指针5、大扇形板6、立柱7、螺母8、锁紧螺母9、小指针10、小扇形板11等组成。圆盘底座底盘1周边左右各有1000刻度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，活动底座3可绕底座中心在零刻线左右1000范围内转动；通过底座指针2读出角度值；定位块4可在活动底座上平行滑动，作为车刀的基准；大指针5由前面、底面、侧面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况

图 1-1 量角台的结构

可分别用以代表主剖面、基面、切削平面等。大扇形板6上有正负450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过大指针5 的指针

参考系

指出角度值；立柱7上制有螺纹，旋转升降螺母8就可以调整测量片相对车刀的位置。

(1)切削平面-----通过主切削刃上某一点并与工件加工表面相切的平面。 (2)基 面-----通过主切削刃上某一点并与该点切削速度方向相垂直的平面。 (3)正交平面-----通过主切削刃上某一点并与主切削刃在基面上投影垂直的平面。 标注角度

(1)在正交平面参考系内标注的角度 前角

?0-----前刀面与基面之间的夹角

后角

?0-----主后刀面与切削平面之间的夹角。

kr---主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。 kr?---副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。

(2)在基面参考系内标注的角度 主偏角副偏角

(3)在切削平面参考系内标注的角度 刃倾角

?s---主切削刃与基面之间的夹角。

2、步骤：

1)、确定进给方向（向左），判断主切削刃、副切削刃、前、后刀面及副后刀面。 2)、把车刀放在活动底座上，并将其侧面紧靠在定位块上，活动底座左侧的底座指针刻线对准底座的零度（即车刀与大指针垂直）。

3)、顺时针转动活动底座，使被测刀具的主切削刃与大指针的前面相切（此时大指针置“0”），在圆盘底座上读出主偏角

?r的值；然后调节大指针的高度使被测刀具主切削刃与大

?s的值。

指针的底面重合，在大扇形板上读出刀具刃倾角

4)、活动底座向相反方向旋转900，此时过主刀刃指定点，大指针与被测刀具主切削刃在基面投影垂直。那么利用大指针的底面、侧面分别与车刀的前刀面、后刀面相切即可从大扇形板上读出主切削刃的前角

?0和后角?0的值。

??r的值。

5)、54转动活动底座使副切削刃与大指的前面接触，在圆盘底座上读出副偏角6)、将实验设备放在原处，记录数据经指导教师检查之后方可离开。

3、实验报告的要求：

（一）实验名称 （二）实验目的 （三）实验条件： 1.填写数据记录： 2.根据所测数据绘出车刀工作图

测量角 测量值 ?0 ?0 ??0 ??0 ?r ??r ?s 四、思考题

1、刀具角度标准的目的是什么？ 2、试简述车刀角度对切削过程有何影响； 3、试简述刀具测量的过程。

实验二 导轨直线度误差测量

一、实验目的

1、了解合像水平仪或自准直仪的结构并熟悉使用它测量直线度方法； 2、掌握给定平面内直线度误差值的评定方法；

3、掌握按两端点连线和最小条件作图求解直线度误差值的方法。

二、实验内容：

1、了解实验使用的仪器的原理及使用方法； 2、测量给定导轨的直线度； 3、数据处理。

三、实验步骤及要求：

1、直线度误差的评定

直线度误差是指实际被测直线对其理想直线的变动量,理想直线的位置符合最小条件。最小条件是指实际被测直线对其理想直线(评定基准)的最大变动量为最小。测量数据可以用指示表测量实际被测直线上均匀布置的各测点相对平板(测量基准)的高度来获得,也可以用水平仪或自准直仪对实际被测直线均匀布点测量,测量两相邻测点之间的高度差来获得。然后，按照最小条件或以首、尾两个测点的连线(两端点连线)评定基准，由获得的测量数据用作图或计算的方法求解直线度误差值。

2、用合像水平仪测量直线度误差

(1)量仪说明和测量原理

合像水平仪是一种精密测角仪器,用自然水平面为测量基准。合像水平仪的结构见图 1，它的水准器8是一个密封的玻璃管，管内注入精镏乙醚，并留有一定量的空气，以形成气泡。管的内壁在长度方向具有一定的曲率半径。气泡在管中停住时,气泡的位置必然垂直于重力方向。就是说，当水平仪倾斜时，气泡本身并不倾斜，而始终保持水平位置。利用这个原理，将水平仪放在桥板上使用，便能测出实际被测直线上相距一个桥板跨距的两点间高度差，如图 2所示。

在水准器玻璃管管长的中部，从气泡的边缘开始向两端对称地按弧度值(mm/m)刻有若干条等距刻线。水平仪的分度值i用[角]秒和mm/m表示。合像水平仪的分度值为2\，该角度相当于在1m长度上，对边高0.01mm的角度，这时分度值也用0.01mm/m或0.01/1000表示。

1－底板；2－杠杆；3－支承；4－壳体；5－支承架；6－放大镜； 7－棱镜；8－水准器；9－微分筒；10－测微螺杆；11－放大镜；12－刻线尺

图 1 合像水平仪

I－桥板；Ⅱ－水平仪；Ⅲ－实际被测直线；L－桥板跨距；0,1,2,…,n－测点序号

图 2 用水平仪测量直线度误差时的示意图

参看图 1和图 3，测量时，合像水平仪水准器8中的气泡两端经棱镜7反射的两半像从放大镜6观察。当桥板两端相对于自然水平面无高度差时，水准器8处于水平位置。则气泡在水准器8的中央，位于棱镜7两边的对称位置上，因此从放大镜6看到的两半像相合(如图 3(a)所示)。如果桥板两端相对于自然水平面有高度差,则水平仪倾斜一个角度α,因此，气泡不在水准器8的中央，从放大镜6看到的两半像是错开的(如图 3(b)所示),产生偏移量△。

(a)相合 (b)错开

图 3 气泡的两半像

为了确定气泡偏移量A的数值，转动测微螺杆10使水准器8倾斜一个角度α，以使气泡返回到棱镜7两边的对称位置上。从放大镜中观察到气泡的两半像恢复成图 3(a)所示相合的两半像。偏移量A先从放大镜11由刻线尺12读数，它反映测微螺杆10转动的整圈数；再从测微螺杆手轮9(微分筒)的分度盘读数(该盘每格为刻线尺一格的百分之一)；它是螺杆10转动不足一圈的细分读数。读数取值的正负由测微螺杆手轮9指明。测微螺杆10转动的格数α、桥板跨距L(mm)与桥板两端相对于自然水平面的高度差h之间的关系为：

(2)实验步骤

1) 测量时，水平仪放置在实际被测直线的两端，把实际被测直线调整到大致水平，使水平仪在两端的示值不要相差太大。然后在实际被测直线旁标出均匀布置的各测点的位置。

2)根据两相邻测点间的距离选择跨距适当的桥板。将水平仪安放在桥板上，然后沿着实际被测直线把桥板放在该实际被测直线的一端，记下水平仪第一个示值△1(格数)。按各测点画的位置依次逐段地移动桥板，同时记录各测点的示值△i(格数)。注意每次移动时，应使桥板的支承在前后位置上首尾相接，而且水平仪不得相对于桥板产生位移。由始测点顺测到终测点后，再由终测点返测到始测点。返测时，桥板切勿调头。

3)将在各个测量间隔记录的两次示值的平均值分别作为各个测量间隔的测量数据，求解直线度误差值。若某个测量间隔两次示值的差异较大，则表明测量不正常，查明原因重测。

(3)直线度误差值的评定方法

1)按最小条件评定 直线度误差值应该采用最小包容区域来评定。参看图 4，由两平行直线包容实际被测直线时，实际被测直线的测点中应至少有三个测点分别与这两条直线接触(成高→底一高三极点或低一高一低三极点相间接触)，则位于实际被测直线体外的那条包容直线的位置符合最小条件，它就是评定基准。这两条平行直线之间的区域称为最小包容区域(简称最小区域)。最小包容区域宽度即为符合最小条件的直线度误差值fMZ。

(a)高－低－高三极点 (b)低－高－低三极点

○－高极点；□－低极点

图 4 直线度误差最小包容区域判别准则

2)按两端点连线评定 参看图 5，以实际被测直线两端点B和E的连线lBE作为评定基准，取各测点相对于该连线的偏离值hi中的最大偏离值hmax与最小偏离值hmin之差fBE作为直线度误差值。测点在连线lBE上方的偏离值取正值，测点在连线lBE下方的偏离值取负值。即

fBE?hmax?hmin

按最小条件评定的误差值小于或等于按两端点连线评定的误差值，因此前者可以获得最佳的技术经济效益。

(4)数据处理

1)按两端点连线法图解直线度误差 参看图 6，在坐标纸上用横坐标轴x表示测量间隔(各测点的序号)，用纵坐标轴y表示测量方向上的数值。将它们分别按缩小和放大的比例把各测点标在坐标纸上，然后把各测点连成一条误差折线，该折线可以表示实际被测直线。在误差折线上，连接其两个端点B、E，得到两端点连线lBE。从误差折线上找出各测点中相对于两端点连线的最高点和最低点。从坐标纸上分别量取这两个测点至两端点连线的y坐标距离，它们的代数差即为直线度误差值fBE。

图 5 以两端点连线作为评定基准

图 6 图解直线度误差值

2)按最小条件图解直线度误差值 参看图 6，从误差折线上确定低－高－低（或高－低－高）相间的三个极点。过两个低极点（或两个高极点）作一条直线，再过高极点（或低极点）作一条平行与上述直线的直线，包容这条误差折线，从坐标纸上量取这两条平行线间的坐标距离，它的数值即为直线度误差值fMZ。

3)图解法处理数据示例 用分度值为0.01mm/m的合像水平仪测量工作长度为1400mm的导轨的直线度误差。所采用的桥板跨距为200mm，将导轨分成7段（8个测点）进行测量。测量数据见表4－3第二行所列的示值。

表4－3 直线度误差测量数据

测点序号i 示值Δi(格数) 示值累积值 0 0 1 ＋1 2 ＋2 3 ＋1 4 0 5 －1 6 －1 7 ＋1 y???ii?1j0 ＋1 ＋3 ＋4 ＋4 ＋3 ＋2 ＋3 参看图 6，按表4－3所列各测点的示值累积值，在坐标纸上画出误差折线。作通过误差折线首、尾两点的直线lBE。从该坐标纸上量得误差折线相对于直线lBE的最大偏离值hmax=+2.7格，最小偏离值hmin=-0.6格。因此，按两端点连线评定的直线度误差值为

fBE=0.01×(2.7+0.6)×200=6.6μm

从误差折线上找出两个低极点(0，0)和(6，+2)及一个高极点(3，+4)。作通过两个低极点的直线，再作过高极点且平行于两低极点连线的直线，得到最小包容区域。从该坐标纸上量得该区域的y坐标宽度为3格。因此,按最小条件评定的直线度误差值为

fMZ=0.01×3×200=6μm

四、思考题

1、试简述直线度的基本概念；

2、测量导轨直线度的常见仪器有哪些？他们有何特点？ 3、导轨直线度对机床的加工精度有什么影响？

实验三 加工误差统计分析

一、实验目的：

1.巩固课堂上所学到的关于概率和数理统计知识，掌握加工精度统计分析的基本原理和方法；综合分析零件尺寸的变化规律。

2.绘制点图、实际分布曲线图等。 3.绘制x?R质量控制图。

二、实验内容： 1、实验条件：

1）、外径千分尺 2.）、被加工试件

数据处理的第一步，测量并收集原始数据，因此原始数据收集的方法是否合理，不仅关系到测量误差大小、数据的可靠性，而且关系到能否得出正确结论。

数据处理的内容包括：异值的舍弃、随机误差的概率分析及其特征值的计算和控制图的参数计算。绘制的图形包括：实验分布图（直方图）、点图和控制图。

对于一批零件加工尺寸进行测量时，有时会出现个别过大或过小的异常数据。这是由于测量过程中因错读、错记等偶然原因造成的，这些数据将对真实的测量结果带来很大的歪曲，所以必须舍弃。实验内容及步骤：

2、加工误差及变化规律

在已调整好的机床上加工一批工件，以其加工顺序为横坐标，以工件尺寸为纵坐标，作点图（如图6-1所示），它反映了工件尺寸的变化。

由各种工艺因素产生的加工误差分为系统误差和随机误差。系统误差包括因调整等因素引起的常值误差△常和因机床热变形引起的有规律的变化趋势的变值系统误差△变。随机误差△随是由尺寸分散造成的。 研究加工精度问题时，由于系统误差和随机误差混在一起，当某一随机误差起了突出的作用时，则加工后工件的实际尺寸分布将不服从正态分布。对于一个受多种随机误差影响的工艺系统，使我们难以用分析计算进行研究，生产实际中常用统计分析法来研究加工精度问题。

图6-1工件尺寸变化图 3、分布曲线法 1）、理论分布曲线

理论分布曲线是连续的、对称的曲线，方程式为：

?(x?x)2?y(x)?exp???22??2??? (???x???,??0)

12）、实际分布曲线

实验分布曲线是根据一批零件的加工尺寸绘制的。通常一批零件数量越多越能反映它的分布密度。横坐标为工件尺寸，纵坐标为频数。

3）、正态性检验

尺寸分布是否服从正态分布，可以进行正态检验，方法有：正态概率纸法、检验法和偏态、峰态检验法等。

正态概率纸法要用正态概率纸，其横坐标为组中值，纵坐标为累积频率。实验中将结果在正态概率纸画出各点，用直尺画一条尽量靠近这些点的直线。若数据服从正态分布，则这些点应落在这条直线上。由于工件尺寸的波动，这些点相对该直线会有一些偏离，但不会过大。一般中间的点相对直线的偏离不能过大，两端的点可以大些，过大我们就怀疑总体分布不服从正态分布。

4）、工艺过程的精度评价

工艺过程的精度评价是对现行的工艺过程或待实施的工艺过程进行工艺验证，看它能否合理地满足工艺要求，即零件经过加工后，能否达到工序间的加工尺寸和给定的工序公差。工序的精度系数是评价精度的指标，它表明工艺过程的稳定程度和此工序的加工能力。表达式为：

Cp??6? 式中：?－待加工工件的工序公差

? －样本的标准差，根据实验数据处理得来

一般情况，工序的加工精度应大于1，其值越大，表明工序的加工能力越强，产品合格率越高，但成本也越高。反之，表明加工能力较弱，产品的疵品率就可能上升，需采取相应的措施改善工艺过程。

利用分布曲线可以比较方便地研究加工精度，但不能把规律性变化的系统误差从随机误差中区分出来。采用分布曲线法控制加工精度时，必须检查所有加工的零件，只有一批零件加工完毕后方能绘制出分布曲线图。 4、点图法

按加工顺序测量已加工零件的外径尺寸，用计算机采集数据并绘制点图（横坐标为零件序号，纵坐标为实测数据；图中标出公差值极限尺寸线，作为控制疵品参考）。本实验采用抽样法检测，横坐标为顺序加工的小子样序号；纵坐标为实测尺寸。 5、图法 1）、x控制图

小子样均值x实质就是全部小子样均值的平均数，即

1nx??xi,i?1,2,?,nni?1

R?xmax?xmin

根据x，绘制控制图的中心线。为了描述小子样均值的离散度，必须求出小子样均值的标准差

?x,算式为：

?x????Rdn?n?/n??

式中：

dn为常数；R为全部小子样极差Ri的平均值，即

1kR??Ri?1ki

样本均值x的分散范围为：（

??3?/n）

UCL?x?A2Rx图的上、下控制限分别为：LCL?x?A2R

2）、R控制图

样本极差的分散范围为：（R?3?R）

UCL?D1RR图的上、下控制限分别为：LCL?D2R

以上式中常数在表6-1中查得。

表6-1 常数表

n 4 5 6 d 0.880 0.864 0.848 dn 2.059 2.326 2.534 an 0.486 0.430 0.395 A2 0.73 0.58 0.48 D1 2.28 2.11 2.00 D2 0 0 0 6、实验步骤

1）、按加工顺序测量进行数据处理并制图。用千分尺测量，用计算器计算。步骤如下: （1）按加工顺序测量试件尺寸，并记录测量结果。 （2）绘制点图，分析产生工序误差的原因。 （3）绘制实验分布曲线（直方图），作图步骤如下： ① 将测量尺寸排序；找出一批试件的最大、最小尺寸； ② 确定分组数（＝10）； ③ 计算组距； ④ 决定组界；

jj?； ⑤ 计算x和?

⑥ 作分布曲线计算表；

?值； ⑦ 绘制分布曲线图，标出x和?⑧ 计算工序精度系数

Cp；

（4）绘制x?R图，作图步骤如下：

① 计算每组数据x和R； ② 计算x及R；

③ 计算x图的控制限尺寸； ④ 计算R图的控制限尺寸；

⑤ 绘制x?R，并分析工序是否稳定。 （5）实验报告的要求：

（一）实验名称 （二）实验目的 （三）实验条件 （四）数据记录与整理 （五）实验结果 1.绘制实验分布曲线图 2.用正态概率纸检验正态性 1. 绘制x?R点图 2. 计算工序精度系数

Cp

7、分析实验结果，并讨论下面问题：

①本工序点图说明了什么问题？

②本工序实际分布曲线是否服从正态分布规律？ ③根据工序精度系数，本工序属于几级精度工艺能力？

④从x?R点图看，本工序的工艺过程是否稳定？如不稳定，试分析原因。

表6-2 样本的x和R值数据表

序号 x R 序号 x R 序号 x R 序号 x R 表6-3 分布曲线计算表

组 号 尺寸间隔 尺寸间隔中实际频数 概率分 布密度 ?x x值i fiy

四、思考题

1、加工误差的综合分析中，将工件的加工误差分为哪些误差类型？

2、如何判断加工工艺过程是否稳定？加工工艺过程稳定是否说明加工中不会出废品？ 3、生产中，x?R点图起什么作用？

4、工艺能力系数Cp能反映加工中的什么问题？

5、实际生产中，分布曲线法和点图法能起什么作用？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5fbp.html