机械制造工艺学

实验指导书

      

福州大学机械工程及自动化学院机电工程系

                       2007.2

实验一   定位原理、定位元件及夹具组成观摩实践

 

 1．实验目的

  (1)通过具体实物观摩实践，加深学生对定位原理的理解，直观地认识完全定位和不完全定位方式的实际应用。

  (2)了解常用夹具的构造和组成，增强对夹具构造的感性认识。

  (3)熟悉常用的定位方式和定位元件，加深对常用定位元件结构和功能的认识。

  (4)熟悉“一面两销”定位方案的特点。

  (5)巩固课堂所学理论知识，培养学生分析问题、解决问题的能力。

  2．实验所用设备或模型

  各种定位元件、各种典型夹具实物模型。

  3．要求

  (1)学生在观摩实践之前，应复习或预习教材或课堂笔记上的相关内容，带着若干相关问题在实践中求答案。

    (2)学生在实践中要做好记录，要按实践内容认真整理并写出实践报告。

    4．观摩实践内容

    (1)分析三种以上不同夹具的定位原理，说明所限制的自由度，并以示意图表示出。

    (2)试列出观摩中见到的采用不完全和完全定位方案的夹具各一种，画出其定位原理图，该不完全定位的夹具设计方案是否会影响本道工序的加工精度?

    (3)实物观摩实践中见到的支承钉结构形式有哪几种?支承板结构形式有哪几种?分析各有什么特点?用于何种平面定位?

    (4)观摩中见到的定位外圆面的定位元件有哪几种?V形块的结构特点，各几何要素有何功用?

    (5)V型块夹角常见的有哪几种?

    (6)长、短(单个与两个)V形块各限制哪些自由度?

    (7)如何检验V形块的制造精度和安装精度?

(8)通过实物观摩，找出工件以内孔定位所采用的定位元件，说明各有何结构特点?以结构示意图表示之，分析其限制的自由度。

（9)长定位销和短定位销、削边销各限制多少自由度数?

(10)定位销和支承钉的功用及结构有何区别?

(11)找出采用“一面两销"定位的夹具实例，分析两定位销的结构特点及其所限制的自由度?说明削边销的安装方向有何要求?

(12)了解车床夹具结构主要由哪几部分组成?

(13)钻模结构主要由哪几部分组成?

(14)了解铣床夹具结构主要由哪几部分组成?

(15)平面定位的定位元件在夹具上安装后，如何保证其工作面处于同一平面上?

5.通过此次观摩实物夹具，要求学生围绕定位原理、定位元件结构、工件安装方式，常见夹具的结构方面的内容，每位学生致少发现、提出三个问题，并将问题写在实验报告上。

实验二    支承与夹紧机构观摩实践

1．目的

(1)熟悉常用可调支承、辅助支承和自位支承的结构特点，了解其在夹具中的应用，增强对此类支承的感性认识。

(2)熟悉常用夹紧元件的几何构造及其功用。

(3)了解夹紧力作用点的位置特点。

(4)了解常用夹紧机构的原理和结构特点，了解常用的夹紧方式。

(5)加深对理论知识的理解，增强感性认识。

(6)培养学生分析问题、解决问题的能力。

(7)培养学生对夹具夹紧机构和非固定支承的结构设计能力。

2．实践所用的设备或模型各类支承件、夹紧机构以及各种典型夹具实物模型。

3．要求

(1)学生在观摩实践之前，应复习或预习相关理论知识，带着若干相关问题在实践中求答案。

(2)学生在实践中要认真做好记录，必要时要绘出草图，并写出详细的实践报告。

4．观摩实践内容

(1)观察实践中，找出两种以上可调支承，并画出其结构示意图。

(2)观摩实践中，分析并找出两种以上自位支承，画出其结构示意图?说明其功用?

(3)分析并找出两种以上辅助支承，画出其结构示意图?说明其功用?

(4)分析可调支承，自位支承和辅助支承三者在定位作用方面有何区别?

(5)分析自位支承的几个接触点相．当于几个独立支承点?有何功用?

(6)观摩实物夹具过程中，找出五种不同夹紧方案的夹具，分析各自在夹紧力的作用点和方向的选择上有何特点，说明其夹紧机构有何特点，画出结构示意图。

(7)分析螺旋夹紧装置中，采用螺杆直接压紧工作与通过压块压紧工件有何不同点，并以示意图表示螺杆与压块的主要结构。

(8)找出螺旋快速夹紧机构，分析其如何实现快速夹紧功能。

  5.通过此次观摩实物夹具，要求学生围绕可调支承、自位支承、辅助支承、夹紧机构内容,每位学生致少发现、提出三个新问题，并将问题写在实践报告上。

实验三   夹具构造观摩实践

1．目的

(1)了解多件夹紧机构夹具的特点。

(2)熟悉钻套的用途及基本结构形式。

(3)了解常用钻模的种类及其结构特点。

(4)了解对刀装置的结构特点。

(5)了解各种夹具的基本组成及结构特点。提高学生机械结构设计能力。

(6)通过对各种夹具的定位原理和结构原理分析，进一步加深对定位原理实际应用的认识，进一步培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

2．实践所用设备或模型

各类钻套、对刀装置以及各种典型结构的夹具实物和模型。

3．要求

(1)学生在观摩实践之前，应复习或预习相关理论知识，带着若干相关问题在实践中求答案。

(2)学生要认真做好记录，必要还要绘出草图，并整理出实践报告。

4．观摩实践内容

(1)分析采用螺杆夹紧机构的夹具结构形式，归纳此类夹紧机构可分为几种类型，说明螺旋夹紧机构压紧工件端的结构形式有哪几种不同形式，并绘出其压紧端的端部结构。

(2)平行多件夹紧为何用浮动压块?

(3)找出采用多件夹紧的夹具，分析其结构功能?并说明该夹具的用途。

(4)了解压板的结构形式，以示意图表示其结构特点?

(5)观摩中见到的快撤螺旋夹紧装置主要用于何种夹具中? 

(6)分析车床夹具的主要结构特点，说明其主要夹具构件的功用。

(7)观摩中见到的钻套结构形式有哪几种？各有何特点?

(8)分析固定式钻模的结构特点，分析工件定位所限制的自由度，分析钻套所限制的自由度与工件所限制的自由度之间的关系?

(9)分析盖板式钻模的结构特点，进行工件定位的自由度分析，分析钻套所限制的自由度与工件所限制的自由度间的关系?

(1O)分析回转式钻模的回转分度盘如何工作?

(11)翻转式钻模连同工件的总重量有何限制?

(12)分析手动滑柱式钻模的结构特点，指出其主要优点。

(13)设有支脚作为夹具安装面时，分析支脚断面宽度或直径与机床工件台的T型槽有何关系?

(14)分析车床夹具与车床如何联接。

(15)分析铣床夹具如何在机床工作台面上定位。

(16)通过实物观摩实践，了解哪些夹具上设有定向键，并以示意图表示定向键的布局形式，说明定向键的结构特点和功用?

(17)实物观摩中见到的哪些夹具设有对刀装置，以结构示意图的形式表示对刀装置结构特点，指出对刀工作面，如何减少对刀过程中对刀块工作面的磨损?

5．通过观摩实物夹具以及夹具结构拆装，要求学生围绕夹具夹紧机构、工件被限制的自由度、钻套结构、钻模结构以及其电夹具结构内容，每位学生至少提出三个新问题，并将问题归纳在实践报告上。

实验三、四加工误差的统计分析

一、实验的任务、性质和目的

1、任务：在调整好的无心磨床上连续加工一批同样尺寸的试件，测量其加工尺寸，对测得的数据进行不同的处理，以巩固机制工艺学课程中所学到的有关加工误差统计分析方法的基本理论知识，并用来分析此工序的加工精度。

2、性质：综合性实验。

3、目的：

（1）掌握加工误差统计分析方法的基本原理和应用。

（2）掌握样本数据的采集与处理方法，要求：能正确地采集样本数据，并能通过对样本数据的处理，正确绘制出加工误差的实验分布曲线和图。

（3）能对实验分布曲线和图进行正确地分析，对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性做出准确的鉴别。

（4）培养对加工误差进行综合分析的能力。

二、实验设备、仪器及试件

设备：无心磨床

量仪：0~25mm数显千分尺一把

试件：φ24(±0.01)×32的45钢（淬火）100件

三、实验原理

在实际生产中，为保证加工精度，常常通过对生产现场中实际加工出的一批工件进行检测，运用数理统计的方法加以处理和分析，从中寻找误差产生的规律，找出提高加工精度的途径。这就是加工误差统计分析方法。加工误差分析的方法有两种形式，一种为分布图分析法，另一种为点图分析法。

1．分布图分析法

分布图分析法是通过测量一批加工零件的尺寸，把所测到的尺寸范围分为若干个段。画出该批零件加工尺寸（或误差）的实验分布图。其折线图就接近于理论分布曲线。在没有明显变值系统误差的情况下，即工件的误差是由很多相互独立的微小的随机误差综合作用的结果，则工件尺寸分布符合正态分布。利用分布曲线图可以比较方便地判断加工误差性质，确定工序能力，并估算合格品率，但利用分布图分析法控制加工精度，必须待一批工件全部加工完毕，测量了样本零件的尺寸后，才能绘制分布图，因此不能在加工过程中及时提供控制精度的信息，这在生产上将是很不方便的。

2．点图法

在生产中常用的另一种误差分析方法是点图法或图法。点图法是以顺序加工的零件序号为横坐标，零件的加工尺寸为纵坐标，把按加工顺序定期测量的工件尺寸画在点图上。点图可以反映加工尺寸和时间的关系，可以看出尺寸变化的趋势，找出产生误差的原因。

图称为平均尺寸——极差质量控制图。一般是在生产过程开始前，先加工一批试件（本实验中即用本批加工的零件作为试件），根据加工所得的尺寸，求出平均值和极差R而绘制成的。

点图：中线                                         

       上控制线                                    

       下控制线               

R点图：中线                                         

       上控制线                R_s = D₁                                     

     下控制线                R_x = D₂   

是将一批工件依照加工顺序按n个分为一组第i组的平均值，共分成k组；

是第i组的极差；

式中A₂、D₁、D₂的数值根据数理统计原理而定出（见表1）。

表1

将生产中定期抽样的尺寸结果，点在图上，从点子在图中的位置便可看出和R的波动，它反映了工件平均值的变化趋势和随机误差的分散程度。图上的控制界限线，就是用来判断工艺是否稳定的界限。因此图是用来判断工艺过程的稳定性的。

四、实验步骤

1． 按无心磨床的操作方法，加工一批零件（本实验为100件）。加工完的零件，擦洗干净，按加工顺序放置好。

2． 按加工顺序测量工件的加工尺寸，记录测量结果。

3． 绘制直方图和分布曲线

1）找出这批工件加工尺寸数据的最大值x_max和最小值x_min，按下式计算出极差R。

R＝x_max一x_min

2）确定分组数K（K一般根据样本容量来选择，建议可选在8~11之间）。

3）按下式计算组距 d。

 

4）确定组界（测量单位：微米）。

5）做频数分布表。

6）计算和。

7）画直方图
　　    以样本数据值为横坐标，标出各组组界；以各组频率密度为纵坐标，画出直方图。

8）画分布曲线
　　    若工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线；若工艺过程不稳定，则应根据实际情况确定其分布曲线。画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。

9）画公差带
　　    在横轴下方画出公差带，以便与分布曲线相比较。

4．  绘制图

1）确定样组容量，对样本进行分组

样组容量m通常取4或5件。按样组容量和加工时间顺序，将样本划分成若干个样组。

2）计算各样组的平均值和极差

对于第i个样组，其平均值和极差计算公式为：

             

式中  ——第i个样组的平均值；
　　　　       ——第i个样组的标准差；
　　　 　      ——第i个样组第j个零件的测量值；
　　　　       ——第i个样组数据的最大值；
　　　 　      ——第i个样组数据的最小值

3）计算图控制限（计算公式见实验原理）

4）绘制图
　以样组序号为横坐标，分别以各样组的平均值和极差R为纵坐标，画出图，并在图上标出中心线和上、下控制限。

5．  按下式计算工序能力系数Cp

6．  判别工艺过程稳定性

可按下表所列标准进行判别。注意，同时满足表中左列3个条件，工艺过程稳定；表中右列条件之一不满足，即表示工艺过程不稳定。

表2

7．  加工误差综合分析

通过对分布图和图的分析，可以初步判断误差的性质。进而结合具体加工条件，分析影响加工误差的的各种因素，必要时，可对工艺系统的误差环节进行测量和实验。

五、实验数据

                                 表1-4  实际分布曲线图（直方图）

                      表1-5  -R控制图数据

                     -R控制图

六、误差分析及实验小结

 

第二篇：机械制造工艺学实验报告书

中北大学

《机械制造工艺学》实验报告

姓     名： 

学     号：

学院（系）：

专     业：

20##年12月

实验一   刚度实验

一．实验目的

1.了解机床（包括夹具）—工件—刀具所组成的工艺系统是一弹性系统；

2.了解机床刚度对加工精度的影响；

3.熟悉机床动刚度的测定方法；

4.巩固和验证所学工艺系统刚度和误差复映的概念。

二．实验内容

用动载荷测定法测定机床部件刚度。

三．实验记录

1．实验条件：

机床名称、型号及规格：   C620-1普通车床。

刀具名称及材料：硬质合金外圆车刀。几何形状及参数： K_r=45°,r₀=10°,λ_s=0°

走刀量：  0.1

量具： 175-200千分尺、游标卡

毛坯（试件）材料：45号钢

2．实验记录及结果：

表1

3．计算机床部件刚度（含计算过程）：

四．分析讨论题

1、  机床刚度对加工精度有什么影响？

2、  减少误差复映的措施？

实验二   机床加工精度及尺寸分布规律

一．实验目的

1．通过实验掌握加工精度统计分析的基本原理和方法，运用此方法综合分析零件尺寸的变化规律；

2．通过实验结果，分析影响加工零件精度的原因提出解决问题的方法，改进工艺规程，以达到提高零件加工精度的目的，进一步掌握统计分析在全面质量管理中的应用。

二．实验内容

运用分布曲线法对100个工件进行统计分析。

三．实验记录

1．实验条件：

机床名称、型号及规格：                             

量具规格：

毛坯（试件）材料：              

2．实验记录及结果：

（1）磨削后的零件的尺寸

表1  全部零件磨削后的尺寸记录

（2）确定实验数据并记录表2

尺寸分散范围=(Xmax—Xmin)=

分组数k=                     （当工件N=100件时，k=6—10）

尺寸间隔宽度ΔX=(Xmax—Xmin) /k=

式中：X_max——100中零件最大值；

X_min——100件中零件尺寸最小值；

k——分组数。

表2  零件尺寸实测值

注：表中n是测量的工件数。 

（3）画分布曲线

以表2中频率m/n为纵坐标，以尺寸范围的中点x为横坐标，画分布曲线。

尺寸()

图1

（4）计算

样本均值

分散范围6σ=

 （ ，样本标准差s是总体标准差σ的无偏估计）                 

公差带中心=

分散范围中心=

△系统=

工艺能力系数Cp=T/6σ=

四.分析题

判断工序精度6σ能否满足加工精度要求T。分析工艺能力等级。

实验三   夹具的作用和组成

一．实验目的

1．使学生掌握各类机床夹具的结构、原理和特点；

2．熟悉典型定位方式和定位元件，掌握典型夹紧机构的作用原理和特点；

3．巩固所学六点定位原理的概念，掌握各类机床夹具的特点及设计要点。

二．实验设备
    典型的钻床夹具、铣床夹具、车床夹具多套，以及相应的成套工具模型。
三．实验内容

通过熟悉现场典型夹具结构与分类、加强对六点定位原理的认识，提高分析应用能力。

四．实验记录

1）你在实验室看到了哪些夹紧机构？哪些定位元件？哪些定心机构？哪些分度装置？

2）在实验室任选一铣床夹具，说明其结构与工作原理（如定位原理、夹紧方法、安装方式、对刀块等）。画出夹具的定位方案原理图。

3）在实验室任选一钻床夹具，说明其结构与工作原理（如定位原理、夹紧方法、钻模、钻模套的结构形式、安装方式等）。画出夹具的定位方案原理图。

4）任选一夹紧机构，说明其结构与工作原理（如夹紧方法、安装方式等）。画出方案原理图。

5）试述现代机床夹具的发展方向。