汽车制造与金属加工11-05

《汽车制造工艺学》实验指导书马跃林编写适用专业：汽车专陕西理工学院机械工程学院2011年 5 月前言本课程以机械制造为主要研究对象，介绍了金属切削理论、机械制造工艺理论、机床传动系统及结构和夹具设计等有关知识，同时吸收新技术、新工艺，反映机械制造领域的最新进展。

为满足教学目的和教学基本要求，使学生掌握切削基本条件的选择、加工设备的调整计算和加工误差的控制，本课程宜作4学时实验（机自专业专科、热能专业专科）。

实验名称见下表：序号实验名称性质学时1 用生产法测量机床刚度必作 22 车刀几何角度测量选作23 统计分析法的应用 2实验一：用生产法测量机床刚度实验学时：2h 实验类型：验证实验要求：必修 一、实验目的通过实验使学生了解、巩固所学的刚度理论，使学生熟悉金属切削机床刚度的测定方法，并获得机床刚度影响零件精度的具体概念。

二、实验原理、方法和手段用生产法测定机床刚度的实质是：在加工加工余量不均匀的毛坯时，工艺系统会随着加工余量的变化而产生相应的弹性变形，引起工件的尺寸变动。

于是根据毛坯余量和工件尺寸的变动量，就可以计算工艺系统（或机床）的刚度。

本实验采用车削偏心毛坯来测量车床刚度，偏心环夹持心轴结构（如 图一）。

工件图5.1 心轴结构当加工偏心毛坯时，在毛坯一转内切削深度作有规律的变化（即由t 最小到t 最大，再由t 最大到t 最小），这就引起了切削力的相应变化，工艺系统也产生了相应的弹性变形（位移），使得加工后试件的径向尺寸有了变化（不是圆形）。

这就是所谓的误差复映规律。

工件在车床上车削时，系统的弹性位移大小决定于机床、刀具和工件的刚度，即：工件刀具机床系统K K K K 1111++=因为车刀在径向的刚度比起机床和工件在同方向的刚度要大得多，所以在计算时可以不考虑车刀的变形，即1−→−刀具K假如试件（毛坯）的刚度远远超过机床的刚度（依靠增大毛坯的直径来达到），则试样的变形在计算时亦可以不计，即1−→−工件K于是：机床系统K K 11=因此，当利用上述生产法来测定机床刚度时，可以采用刚度公式：yF K y =机床根据切削力的公式可知，径向切削力FY 可以通过切向切削力FZ 来表示：Z y F F ⋅=λFZ FZ Y X ap Z f ap C F ⋅⋅=在本实验给定的条件下75.0100f ap F Z ⋅=所以 75.0100f ap F y ⋅⋅⋅=λ 式中：ZYF F =λ，在刀具材料为YT15，γ=80，α=100，Kr=750，Kr'=150，r=1～2ｍｍ（刀尖圆弧半径）时，λ＝０.3。

当加工偏心毛坯时，切削深度在a p 最小到a p 最大之间变化，而机床部件的弹性位移亦相应于切削深度在y最小到y最大之间变化。

在一次走刀中，切削条件和进给量f 不变，则C f =⋅⋅75.0100λ为常数。

根据误差复映规律，有：）（最小最大机床最小最大p p a a K CY Y -=- 令 Ｙ最大－Ｙ最小＝△工件————加工后工件的径向跳动a p 最大－a p 最小＝△毛坯————加工前毛坯的径向跳动代入上式得： ελ75.0100f C K ⋅⋅=∆∆⋅=工件毛坯机床毛坯工件∆∆=ε————称为误差复映系数用生产法测定机床刚度不能直接测出机床各部件的位移量，而只能测出三个不同位置工件的径向振摆量，并对这三个振摆量进行运算，算出在此三处的机床刚度K 机床头、K 机床中、K 机床尾，其中：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=++=+=刀架尾架机床尾刀架尾架头架机床中刀架头架机床头）（K K K K K K K K K K 111111411111 联立上述三个方程式就能解出机床三个部件的刚度K 头架、K 刀架、K 尾架。

四、实验条件1、CW6140车床一台；2、特殊心轴一套（带工件）；3、百分表及表座一套（量程为10mm ，带磁力表座）；4、750外圆车刀一把。

5、记录用纸（自带）。

五、实验步骤1、用油石研磨车刀；2、安装车刀，使刀尖高度与顶尖中心重合，刀具悬伸长度取20～30毫米；3、将试件安装在特殊心轴上，或将试件在心轴上松开后，沿着前次实验所在位置顺时针旋转600再夹紧；4、在特殊心轴前后顶尖孔中涂上润滑脂后，装在机床的前后顶尖上；5、用百分表测出工件的偏摆量，并标出试件最高点和最低点的位置；6、熟悉机床操作系统，选取转速和进给量，进行必要的润滑；7、开始车削后调整切削深度使p m i n a =0.2-0.3mm ，即按最高点进刀深度p m a x a =6.2-6.3mm;8、自右至左切削三个试件；9、加工完毕，在机床上用百分表分别测量三个试件的径向跳动量； 10、清理机床、试件和工具。

六、思考题1．加工前后工件直径的最大、最小位置是否重合？如果不，试分析其原因。

2．从加工的角度考虑，如何才能提高工件的加工尺寸精度？七、实验报告1、实验名称、实验用仪器设备的名称、型号和规格；2、测定时所用刀具切削用量参数及测定读数记录；3、计算三个位置的机床系统刚度（按极限误差值计算）；4、计算机床三大部件刚度K头架、K刀架、K尾架，计算工序能力系数C P。

5、综合分析实验结果与机床三大部件刚度的理论要求是否一致，确定工序加工能力等级，分析工序加工能力强弱。

八、其它说明1、安装心轴前，松开尾架座，移动尾架座使两个死顶尖之间的距离略大于夹具心轴的距离，然后紧固。

应注意尽量缩短尾架套筒的悬伸长度；2、转动尾架手轮，使心轴在死顶尖间转动时松紧适度；3、测量试件最高点和最低点附近的部位，以便测得试件的最大径向跳动量，在试件转到不需测量的部位时，注意提起表头，以免磨损；4、由于心轴较重，装拆时须注意安全;5、计算结果刚度值若为负值，直接取正即可。

实验二：车刀几何角度测量实验学时：2学时实验类型：验证实验要求：选作一、实验目的1. 熟悉车刀切削部分的构成要素，掌握车刀静态角度的参考平面、参考系及车刀静态角度的定义：2. 了解车刀量角台的结构，学会使用量角台测量车刀静态角度；3. 绘制车刀静态角度图，并标注出测量得到的各角度数值。

4. 巩固和加深对刀具几何角度定义的理解。

二、实验内容测量车刀的正交参考系、法平面及假定工作平面内的几何角度，并分别画图标注。

三、实验原理、方法和手段车刀的静态角度可以用车刀量角台进行测量，其测量的基本原理是：按照车刀静态角度的定义，在刀刃选定点上，用量角台的指针平面(或侧面或底面)，与构成被测角度的面或线紧密贴合(或相平行、或相垂直)，把要测量的角度测量出来。

车刀量角台的结构如图2-1所示。

圆形底盘2的周边，刻有从0°起向顺、逆时针两个方向各100°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因定在图2-1 车刀量角台1—支脚2—底盘3—导条4—定位块5—工作台6—工作台指针7—小轴8—螺钉轴9—大指针10—销轴11—螺钉12—大刻度盘13—滑体14—小指针15—小刻度值16—小螺钉17—旋钮18—弯板19—大螺帽20—立柱一起，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，旋转丝杆上的大螺帽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将弯板18的一端锁紧在滑体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板18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来。

在弯板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4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0°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9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，然向用大指针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。

三、实验方法(1) 校准车刀量角台的原始位置用车刀量角台测量车刀静态角度之前，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2-1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静态角度的原始位置。

(2) 主偏角Kr的测量.从图2-1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Pr)，让主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图2-2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λs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2-3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λs的数值。

指针在0°左边为+λs，指针在0°右边为–λs。

(4) 副偏角kr的测量参照测是主偏角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2-4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kr的数值。

图2-2 用车刀量角台测量车刀主偏角图2-3 用车刀量角台测量车刀刃倾角图2-4 用车刀量角台测量车刀副偏角的测量(5) 前面γ的测量，必须在测量完主偏角kr的数值之后才能进行。

前角γ从图2-1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ψr=90°—Kr的刻度数值处(或者从图2-2所示测完主偏角kr的位置起，按逆时针方向使工作台转动90°)，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P)，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2-5所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角γ的数值。

指针在0°右边时为+γ0，指针在0°左边时为–γ。

(6) 后角α的测量在测完前角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2-6所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后面α0的数值。

指针在0°的数值。

指针在0°左边为+α0，指针在0°右边为—α。