机械制造技术实验指导书

《机械制造技术基础》

实验一工艺装备认识与分析（机床、刀具认识）

(现场教学一)

一、目的与要求

1、了解金属切削机床型号的编制方法。

2、了解部分典型机床的工艺范围、总体部局、结构特点和主要技术性能。

3、了解各种常用的金属切削刀具。

4、了解机床专用夹具的用途、组成及一些典型零部件。

二、内容

1、金属切削机床的分类

机床主要是按加工性质和所使用的刀具进行分类，目前我国将机床分为12大类：

车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、切断机床及其他机床。

按照万能程度、机床又可分为：通用机床(万能机床)、专门化机床(专能机床)、专用机床。

按照加工精度不同，在同一种机床中分为普通精度、，精密和高精度三种精度等级。

机床按照自动化程度的不同，分为手动、机动、半自动和自动的机床。

按照机床重量的不同，分为仪表机床、中型机床(一般机床)大型机床和重型机床、超重型机床。

按照机床主要器件的数目，分为单轴、多轴、单刀，多刀机床等。

上述几种分类方法，是由于分类的目的和依据不同而提出来的。通常，机床是按照加工方式(如车、钻、铣、刨、磨等)及某些辅助特征来进行分类的。2、常用金属切削刀具

(1)车刀

车刀是金属切削加工中应用最广泛的刀具，它可以用来加工外园、内孔、端面，螺纹，也可以用于切槽和切断等。

车刀按照用途不同可分为外园车刀、端面车刀、切断刀及螺纹车刀、成型车刀等。

车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀、机夹重磨式和机夹可转位车刀。成形车刀按结构和形状分有：平体成型车刀、棱体成形车刀、圆体成形车刀，按进刀方式可分为径向成形车刀和切向成形车刀。

(2)孔加工刀具

麻花钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、中心钻、深孔钻等。

(3)铣刀

铣刀的种类很多，按用途分有，园柱铣刀、端铣刀、盘形铣刀(槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀和错齿三面刃铣刀)、锯片铣刀、立铣刀、角度铣刀、键槽铣刀、成形铣刀。

(4)拉刀

由于拉削加工方法应用广泛，拉刀的种类也很多。

按加工工件表面的不同，可分为内拉刀和外拉刀两类，内拉刀是用于加工工件内表面的。常见的有园孔拉刀，键槽拉刀、花键拉刀等。加工外表面的拉刀，则称为外拉刀、如平面拉刀，成形表面拉刀及齿轮拉刀等。

在分析拉刀时，注意拉刀的主要组成部分及切削部分的拉削方式(拉削图形)

a、分层拉削方式：成形式(同廓)和渐成式；

b、分块拉削方式：分组式、轮切式：

c、综合式拉削。并进一步比较拉刀上相应的齿形。

(5)齿轮刀具

成形法齿轮刀具：盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀(模数铣刀）展成法齿轮刀具：齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀。

(6)磨料和磨具

砂轮的特性主要由磨科、粒度、结合剂，硬度、组织及形状尺寸等因素决定。注意砂轮端面上的标志与砂轮形貌的对应。

了解各种金属切削刀具的同时，应能分清刀体材料和切削部分的材料。(高速钢、硬质合金、陶瓷材抖及立方氮化硼等)。

3、以CK6136车床为例，了解其工艺范围，布局与组成，传动原理。

以XK7732为例，了解数控机床依靠控制元件实现程序加工。

以CK6136为例，了解自动化加工设备中刀只的管理、刀具的识别选刀方式及换刀过程。

三、实验报告

1、记录本次实验所见的机床型号、工艺范围。

2、记录本次实验所见的各种刀具名称和用途。

3、记录本次实验所见的各种机床夹具典型部件。

实验二普通车床结构剖析(现场教学二)

一、实验的目的和要求

1、了解机床的用途，总体布局，以及机床的主要技术性能；

2、对照机床传动系统图，分析机床的传动路线；

3、了解和分析机床主要零部仆的构造和工作原理。

二、实验的内容

1、由指导人结合现场(以CA6140为例)介绍机床的用途、布局、各操作手柄的作用及其操作方法。然后开车、空载运转表演，以观察机床各部件的运动。

2、揭开主轴箱盖，根据机床传动系统图和主轴箱展开图，看清各档传动路线及传动件的构造。

(1)看懂标脾符号的意义，明确主轴箱各操纵手柄的作用．

(2)了解主传动系统的传动路线，主轴的正转、反转、高速、低速是如何调整实现的．

(3)结合现教图了解摩擦离合器的结构原理及其调整操纵情况．

(4)操纵II-III轴上两个滑移齿轮移动，操纵IV轴上的两个滑移齿轮及Ⅵ轴上的一个滑移齿轮，注意他们的动作过程和啮合位置．

(5)结合现教图观察主轴前轴承、中轴承、后轴承，轴上齿轮离合器的构造，了解前后轴承的作用及调整方法．

(6)观察卸荷皮带轮的结构．

(7)了解主轴梢的润滑系统及各传动件的润滑油流经路径．

3、挂轮架

了解挂轮架的构造、用途和调整方法。

4、进给箱

结合进给箱展开图及传动系统图，观察基本组、增倍组操纵机构，螺纹种类移换机构，以及光杠、丝杠传动的操纵机构．

5、溜板箱

纵向、横向的机动进给及快速移动的操纵机构，丝杠、光杠进给的互锁机构、对开螺母机构．结合现教图了解超越离合器及过载保险装置。

6、刀架

刀架总体是由床鞍，横刀架、转盘、小刀架及方刀架五部组成．结合这些部件的结构和装配图分析其工作原理．

7、尾架

观察尾架的构造，尾架套间的夹紧方法．尾架套简与机床土轴中心线同轴度的调整方法．

8、床身

了解床身的整体结构，床身导轨分几组?各组的作用是什么?

三、思考题

1、卸载皮带轮是如何使皮带的拉力不传给轴而传给箱体?带轮的扭矩又是怎

样传给轴的?用简图说明之．

2、摩擦片离合器的工作原理是什么?控制摩擦离合器，完成主轴正、反转，通过什么环节以保持离合器的自锁?

3、超越离合器、安全离合器的用途和工作原理是什么?

实验三车刀角度的测量

一、目的与要求

1、熟悉车刀切削部分的组成，掌握确定刀具角度的参考平面、参考系及刀

具的标注角度；

2、了解万能量角器和车刀量角台的结构，学会使用万能量角器和车刀量角

台测量车刀的标准角度；

3、绘制车刀标准角度图，并标出测量得到的各标注角度数值。

二、实验设备、仪器和试件

车刀、万能量角器和车刀量角台

三、测量原理

车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等进行测量。其测量基本原理是：按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量角器的尺面或量角台的指针平面，与构成被测角度的面或线紧密贴合，把要测量的角度测量出来。

四、实验内容与方法

（一）量角器和量角台的结构

1、万能量角器

结构如图，直角尺8或直尺12根据需要，用定位螺钉5或11，卡块6或9、制动螺钉7或10装在尺座4上，松开制动螺钉7或10，直角尺8或直尺12调整到适当位置时，再用制动螺钉7或10将其锁紧。测量角度时，松开制动头3，尺体1连同连同基尺13可以沿尺座4上的半圆形滑轨转动，把基尺13与构成被测角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，然后将制动头3锁紧，从游标尺2的刻座线上，便可以读山所要测量的角度数值。

2、车刀量角台

车刀量角台是测量车刀标注角度的专用量角仪，它有很多种型式，其中即能测量车刀主剖面参考系的基本角度，又能测量车刀法剖面参考系的基本角度的一种车刀量角台，如图1-2所示。

圆形底盘2的周边，刻有从o o起向顺、逆时针两个方向各100o的刻度，其上的工作台5可以绕小轴7转动，转动的角度，由固连于工作台5上的工作台指针6指示出来．工作台5上的定位块4和导条3固定在一起，能在工作台5的滑槽内平行滑动。

立柱20固定安装在底盘2上，它是一根矩形螺纹丝杠，旋转丝杠上的大螺帽19，可以使滑体13沿立柱(丝杠)20的键槽上、下滑动．滑体13上用小螺钉16固定装上一个小刻度盘15，在小刻度盘15的外面，用旋钮17将弯扳18的一端锁紧住滑体13上．当松开旋钮17时，弯板18以旋钮17为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯扳18上的小指针14

在小刻度盘15上指示出来．

在弯扳18的另一端，用两个螺钉11固定装上一个扇形大刻度盘12，其上用特制的螺钉轴8装上一个大指针9．大指针9可以绕螺钉轴8向顺、逆时针两个方向转动，并在大刻度盘12上指示出转动的角度．两个销轴10可以限制大指针9的极限位置。

当工作台指针6、大指针9和小指针14都处在o·时，大指针9的前面a和侧面b垂直于工作台5的平面，而大指针g的底面c平行于工作台5的平面．测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台5，同时调整放在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺帽19，使滑体13带动大指针9上升或下降而处于适当的位置，然后用大指针9的前面a（或侧面b、或底面c），与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘12上读出大指针9指示的被测角度数值。

(二)测量车刀标注角度的方法

1、用万能量角器测量车刀标注角度

（1）主偏角Kr的测量

将万能量角器装成如图1-3所示的样子

贴合在直尺(或换成直角尺)的尺面上，让基尺和主刀刃在基面上的投影相平行游标尺零线所指示的角度数值，就是主偏角Kr的数值．

(2)副偏角K r'的测量

测完主偏角Kr之后，保持车刀和直尺的相对位置，让基尺和副刀刃装表面上的投影相平行，则游标尺零线所指示的角度数值，就是副偏角k r'的数值(见图1-4)．

(3)刃倾角

λ的测量

s

将万能量角器装成如图1-5所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处桠切削平面(Ps)内，并和主刀刃紧密贴合；则游标尺零线所指示的角度数值，就是刃倾角

λ的数值。

s

(4)前角

γ的测量

o

将万能量角器装成如图1-6所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直尺尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面（Po)内，并通过主刀刃上的选定点和前刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度数值，就是主剖面前角

γ的

o

数值。

(5)后角a。的测量

将万能量角器装成如图1-7所示的样子，把车刀底面紧密地贴合在直角尺(或换成直尺)的尺面上，调整车刀的位置，使基尺处在主剖面(P。)内，并通过主刀刃上的选定点，和后刀面紧密贴合，则游标尺零线所指示的角度，就是主剖面后角a。的数值。用万能量角器测量车刀标注角度，其角度数值的精确度可以达到分，但由于基尺，直角尺和直尺的尺面较窄，定位不准，再加上是用眼睛观察来判断尺面是否在基面、切削平面和主削面内，因此可能造成较大的测量误差。

2、用车刀量角台测量车刀标注角度

(1)校准车刀量角台的原始位置

用车刀量角台测量车刀标注角度之前，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位，然后把车刀按图1-8所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置。(2)主偏角Kr的测量

从图1-8所示的原始位置起，按顺时针方向转动工作台（工作台平面相当于P 。)，让主刀刃和大指针前面a 紧密贴合，如图1-9所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角kr 的数值。

(3)刃倾角s λ的测量

测完主偏角Kr 之后，使大指针底面c 和主刀刃紧密贴合(大指针前面a 相当于Ps ，如图1-10所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角s λ的数值．指针在0 o 左边为+s λ，指针在0 o 右边为s λ。

(4)副偏角k r '的测量

参照测量主偏角Kr 的方法，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面a 紧密贴合，如图1—17所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角k r '的数值。

(5)前角o γ的测量

前角o γ的测量，必须在测量完主偏角Kr 的数值之后才能进行。从图1—8所

示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针

指到底盘上r ψ=900r k - ，的刻度数值处(或者从图1—9所示测完主偏角Kr 的

位置起，按逆时针方向使工作台转动90o )，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面a(相当于Po)，然后让大指针底面c 落在通过主刀刃上选定点的前刀面上(紧密贴合)，如图1—12所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面前角o γ的数值。指针在0o 右边时为+o γ，指针在0o 左

边时为-o γ。

(6)后角a 。的测量

在测完前角o γ之后，向右平行移动车刀(这时定位块可能要移到车刀的左边，

但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧)，使大指针侧面b 和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图1-13所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面后角a 。的数值。指针在0o 左边为+ a 。，指针在0o 右边

为-a 。

(7)法剖面前角n γ利后角n α的测量

测量车刀法剖面的前角n γ和后角n α，必须在测量完主偏角Kr ，刃倾角s λ之后

才能进行。将滑体(连同小刻度盘和小指针)和弯板(连同大刻度盘和大指针)上升到适当位置，使弯板转动一个刃倾角s λ的数值，这个s λ数值由固连于弯板上

的小指针在小刻度盘上指示出来(逆时针方向转动为s λ，顺时针方向转动为—

s λ)，如图1—14所示，然后再按如前所述测量主剖面前角o γ和后角a 。的方法

(参照图1-12和图1-13)，便可测量出车刀法剖面前角n γ和后角n α的数值。

五、实验报告内容

(一)实验用量仪和工具

(二)实验记录

主剖面参考系的基本角度(单位：度)

(三)绘制车刀标注角度图

(四)实验结果分析讨论

五、思考题

1、用车刀量角台测量车刀主剖面前角o γ和后角o α时，为什么要让工作台从原

始位置起，逆时针方向旋转r ψ=900r k -的角度?

2、在什么情况下需要测量车刀法剖面前角n γ和后角n α?为什么用车刀量角台

测量车刀法剖面前角n γ和后角n α时，小指针(即弯板)要旋转一个刃倾角s λ的数值?

3、参照测量车刀主剖面前角o γ和后角o α的方法，怎样利用车刀量角台测量出

车刀副刀刃上的副前角o γ'，和副后角o α'，?为什么车刀工作图上不标注副前角

o γ'?

4、怎样利用车刀量角台测量出车刀切削深度(进给)方向剖面的前角p γ（f γ）和后角p α（f α）?标注出p γ（f γ）和后角p α（f α）有什么用处?

5、切断车刀有几条刀刃?哪条是主刀刃?哪条是副刀刃?应如何利用车刀量角台测量切断车刀的主偏角r k ，和副偏角r k '?

6、45o 弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主、副偏角是否发生变化?为什么?

7、在实际切削加工中，由于刀具安装位置和进给运动的影响，形成刀具的工作角度，请分析以下情况，切削平面、基面和正交平面位置是如何改变的。

(1)车刀(镗刀)安装时，刀尖高于工件轴线。

(2)车刀(镗刀)安装时刀尖低于工件轴线。

(3)车刀安装偏斜。

(4)纵向进给运动对工作角度的影响。

(5)横向进给运动对工作角度的影响。

实验四 加工精度的统计分析

一、目的与要求

在无心磨床上磨削一批试件，按顺序测量其尺寸。

1、绘制实际分布图。

2、计算平均尺寸X 及均方根偏差σ，绘制理论分布曲线。

3、绘制X —R 质量控制图。

4、确定本工序的工序能力及工序能力系数P C 。

通过实验，要求学生切实掌握加工误差的统计分析法的基本理论和了解统计质量控制的基本方法。通过本实验，要求学生：

1、掌握样本数据的取得利处理方法，能绘制实际分布图、理论分布图及点图。

2、判断加工误差的性质，确定工序能力及其等级．

3、培养对加工误差进行综合分析的能力。

二、实验设备仪器和试件

1、测量仪器±0．001mm 比较仪。

2、量具：0—25mm 千分尺，块规一组。

3、试件：100—200个，园柱形工件，材料45钢。

三、实验原理

在加工过程中，由于随机误差利系统误差的影响，使一批工件加工后的尺寸各不相同，通过测量一批工件的尺寸，可画出该批工件的实际分布图，可判断加工误差的性质。如果通过评定确认样本是服从正态分布的，就可以认为工艺过程中变值系统性误差很小(或不显著)，引起被加工工件质量分散的原因主要是由随机误差引起，这时可进一步分析有无常值系统性误差存在。如果评定结果表明样本不服从正态分布，就要进一步分析是哪种变值系统性误差在显著地影响着工艺过程。实践证明：在机械加工中，若同时满足下列三个条件：

1、无变值系统性误差(或有而不显著)；

2、各随机性误差是相互独立的；

3、在各随机性误差中没有一个是起主导作用的；

则工件的误差就服从正态分布。

在研究加工误差问题时，常常应用数理统计学中一些“理论分布曲线”来近似地代替实际分布曲线。其中应用最广的便是正态分布曲线(或称高斯曲线)。其概率密度函数的方程为：

(

)22(x x)y x x 0)2σσ??-=--∞<<∞>???

?（， i x —工件尺寸；X —工件平均尺寸 X =1

1n

i i X n =∑；

σ—均方根偏差

σ=

σ的大小反映了机床加工精度的高低，正态分布的分散范围为X±3σ，X的大小反映了机床调整位置的不同。

工序能力就是工序处于稳定状态时，加工误差正常波动的幅度，通常用6σ来表示，工序能力系数就是工序能力满足加工精度要求的程度，当工序处于稳定状态时，工序能力系数：

p T

C

6σ

=T—工件的尺寸公差

分布图分析法具有以下特点：

(1)分布图分析法采用的是大样本，因而能比较接近实际地反映工艺过程总体(母体)；

(2)能把工艺过程中常值系统性误差从误差中区分开来，由于没有考虑工件加工的先后顺序，因此不能把变值系统性误差和随机误差区分开来；

(3)只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺过程中及时提供控制工艺过程精度的信息；

(4)计算较复杂；

(5)只适用于工艺过程稳定的场合，如果工艺过程不稳定，继续用分布图分析讨论上艺过程的精度就失去意义。

点图分析法能够反映质量指标随时间变化的情况，因此，它是进行质量控制的有效方法。这种方法既可以用于稳定的工艺过程，也可以用于不稳定的工艺过程。点图的用法有多种。

(1)工艺验证：为了确定准备投产的工艺能否保证加工质量要求或对现行的工艺进行定期、不定期的检查，查明工艺能力和工艺的稳定性。所谓工艺的稳定，从数理统计的原理来说，一个过程(工序)的质量参数的总体分布，其平均值X和均方根差σ在整个过程（工序)中若能保持不变，则工艺是稳定的。常采单单值点图及由小样本均值牙的点图和小样本极差R的点图联台组成的X —R图。

(2)加工过程误差分析：目的是从点图中分解出系统性误差和随机性误差并寻找误差的根源。前者可以用点图的顺序平均数法。后者可以用相关分析法。

四、实验步骤

1、用相应尺寸的块规调整好比较仪。

2、按加工顺序测量零件的尺寸，记录测量结果。

3、绘制实际分布图(直方图或折线图)。

1)确定尺寸间隔数：

选择组数j对实际分布凶的显示好坏有很大关系。组数过多，组距太小，分布图会被频数的随机波动所歪曲：组数太少，组距太大，分布特征将被掩盖。j

?x ?=max min x x j 1

-- max x —群体个体的最大值

min x —样本个体的最小值

3)计算各组组界与组中值

各组组界：min x +(k-1) x x (k 123......j)2

??±

=、、 各组组中值：min x +(k-1) x ? 4)作频数分布表

5)计算X 和σ

6)画实际分布图，标出X 和6σ值及工件的尺寸公差T 。

7)计算工序能力系数C P 。

4、绘制理论分布曲线(在实际分布图上)。

5、绘制X —R 质量控制点图。

1)取定每组工件数m ，计算出各组数据xi ，Ri ，共分成K 组。

i X ——第i 组的平均值，Ri —第i 组的极差

2)计算X —样本平均值的均值，R —样本极差R 的均值 X 图的中心线为：K

1

1x=k i i X =∑ R 图的中心线为：K 1

1R R k i i ==∑ X 图的上控制线：UCL X+AR =

X 图的下控制线：LCL X AR =-

DR X 将生产中定期抽样的尺寸结果点在X —R 图上，从点子在图中的位置便可以看出i x 和i R 的波动，它表明了工件平均值的变化趋势，反映了变值系统性误差

的影响以及随机误差引起的工件尺寸分散程度的变化。在X —R 图上画出中心线和控制线，用来判断工艺过程是否稳定的界限。

实验五典型机床夹具拆装与分析

一、实验目的

1、了解和熟悉夹具的结构；

2、了解夹具中各零件的结构和作用；

3、掌握部件的安装、定位、固定及调整方法；

4、了解夹具装配的基本要求：

二、实验内容

1、按顺序拆装一种夹具，分析夹具结构和各种零件的功用。

2、测量和计算所拆夹具的主要参数，并绘制其示意图。

3、分析夹具部件的结构、固定(围向和轴向)及调整方法。

三、实验设备和用具

机床夹具是机床上用以装夹工件和引导刀具的一种装置。其作用是将工件在夹具中定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。

机床夹具可根据其使用范围，分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类别。

一般的夹具是由下列儿部分组成的：

定位元件、夹紧装置、对刀、引导元件、连接元件、夹具体、其他元件及装置。

(1)分析一套专用夹具的各个组成部分及它们的功用。

(2)了解部分典型的夹具零部件。

实验小组可选一种夹具作拆装实验，上述夹具既可以是模型，也可以是实物。模型可供拆装和分析结构用，实物则可供测量间隙、接触精度用。

实验用具采用游标卡尺、内卡钳、外卡钳、活扳手、钢板尺等。

四、实验步骤

1、观察减速器外部形状；判断传动方式、级数、输入输出轴等。

2、拧开上盖与机座联接螺栓及轴承盖螺钉，拔出定位销，借助起盖螺钉打开夹具。

3、边拆卸边观察，并就箱体形状轴系定位固定，润滑密封方式，箱体附近件(如通气器、油标、油塞、起盖螺钉、定位销等)的结构特点和作用、位置要求、加工方法和零件材料等进行详细的分析和比较。

4、根据所拆夹具的种类，画出传动示意图，测定夹具的主要参数(如：a、m、z1、z2……)，并记录下来。

五、实验报告

1、画出夹具结构示意图

2、测定所拆装的夹具尺寸参数

六、思考题

1、夹具由哪几部分组成?

2、夹具定位方式的确定与什么因素有关?各有何优点?

3、各零件如何定位和固定?试分析夹具固定形式?

三、实验报告

1、记录本次实验所见的机床型号、工艺范围。

2、记录本次实验所见的各种刀具名称和用途。

3、记录本次实验所见的各种机床夹具典型部件。