机械制造工程学实验指导书(工艺)机械工程学院实验中心实验一机床静刚度测定在工艺系统（机床——夹具——刀具——工件）受到切削力作用时，将会产生一定的弹性位移，这对工件的加工精度有很大的影响，机床刚度在整个工艺系统刚度中占有较大的比例，他直接影响到机床加工中的精度、生产率和表面光洁度等。

机床刚度是评定机床性能和质量的一项重要指标。

测定机床刚度，有静载荷测定和动载荷测定二种，由于静载荷测定的方法比较简单方便，所以目前在实际中应用较多。

本实验是采用静刚度测定仪对车床进行静刚度测试。

一、实验目的1、熟悉采用三向静刚度测定仪测定机床静刚度的方法：2、掌握车床的部件刚度及机床综合刚度的计算方法：3、分析机床静刚度对工件加工精度的影响，探讨提高机床刚度的措施。

二、实验原理机床处于静止状态，在常用切削位置处，用模拟正常切削时的切削力对机床施加静载荷，并测量在不同载荷下车床各部件在误差敏感方向上的变形量。

所以载荷为总切削力，是一空间矢量。

加载时，载荷由小逐步增大（最大载荷为机床所允许最大载荷的2/3），然后卸载，载荷由大逐步减小，就可以绘出加载，卸载的变形曲线——即静刚度曲线。

加载装置如图（1）所示，它主要由一个刚度很大的弓形支架以及加力和测力装置组成。

使用时，先将弓形支架1稳定地安装在前后顶尖之间。

拧动加力螺钉2，就可以使圆形测力环3产生弹性力而旋加到模拟车力上，所以载荷由测力环中的千分表对应测力环已标定的数值。

弓形支架1上开有不同α角度的螺孔。

根据所需α角度的大小进行选用。

β角也可以调整。

α和β角决定了切削分力与总切削力之间的关系：（图2）P X =P ·sin αP y = P ·cos α·sin β P z = P ·cos α·cos β在模拟切削力的作用下，敏感方向分别由千分表测得床头、尾架刀架的变形量，得到： 床头刚度：K j 头=y P Y 头头=y P Y 头·Lx-L 尾架刚度：K j 尾=y P Y 尾尾=y P Y 尾·L x 刀架刚度：K j 刀=y P Y 刀则机床静刚度可用下式表示：j 1K 机=j 1K 头·（L L x ）2+j 1K 尾（L k ）2+j 1K 刀式中 x ——弓形架左端面至弓形架受力点间的水平距离。

L ——弓形架全长。

L 值及不同加力角度下的x 值见图1当x=2L，即加力螺钉2处在0位时，此时有：床头刚度：K j头=y 2 P Y头尾架刚度：K j尾=y 2 P Y尾刀架刚度：K j刀=y PY 刀则机床静刚度可用下式表示：1 j K 机=41（1j K头+1j K尾）+1j K刀三、实验仪器和设备1、机床：CA61402、加载装置：三向静刚度测定仪3、测量仪器：千分表四只、磁性表架三只四、实验方法和步骤1、将三向静刚度测定仪安装在及床上。

2、装好测变形量的三只千分表（如图1），磁性表座安放在床身上。

3、为了消除间隙的影响，预加载荷接近极限值后卸载，然后将千分表调整到零位。

4、拧动加载螺钉，逐渐进行加载，同时观察测力环内千分表的读数。

以20公斤力为间隔加载至极限240公斤，然后同样按此间隔卸载，分别记录下加载和卸载过程中千分表的读数。

五、实验注意事项1、将刀架的纵、横楔铁调整到适当位置，间隙大大会产生爬行现象；间隙太小，刀架的变形会很小。

2、将模拟车刀牢牢地夹紧在刀架上，否则，受力过大后刀杆会移动。

3、锁紧尾架的各个活动环节。

4、实验中，当弓形架转过β角以后，为防止测力圈掉下，可用一细铁丝将测力圈连于弓形架上。

5、注意加载值不能超过所规定的极限载荷值，否则会损坏仪器和设备。

六、实验结果加载模拟切削力（α= ——；β= ——）实验数据填入下表：绘制床头、尾架、刀架部件刚度曲线图。

实验二 加工精度的统计分析一、实验的目的与要求为了巩固课程中学到的有关加工误差的统计分析方法的基本理论知识，了解质量控制的基本方法。

本次实验是在调整好的机床上，连续加工一批试件，测量其加工尺寸，对测得的数据用统计分析的方法进行处理，来分析该工序的加工精度，要求：1. 绘制尺寸分布曲线，计算标准差S 及平均尺寸X ；2. 绘制点图；3. 绘制X —R 质量控制图；4. 确定本工序的加工精度能力，并分析加工稳定性。

二、实验原理与计算方法在加工过程中，由于随机误差和系统误差的影响，使一批工件加工出来的尺寸各不相同，为了对某一工序的加工精度进行分析 研究，从工序连续生产出来的工件中抽取部分工件（本次实验的试件为100件）进行测量得到加工尺寸的一系列数据，可画出频数直方分布曲线。

若所取的工件数较多，组距较小，折线就接近于实际分布曲线。

在没有明显变化系统的误差情况下，即工件的误差是由很多相互独立的微小的随机因素所组成，则工件的尺寸分布符合正态分布，由概率论知识它的方程为：22121⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=σπσX X eY式中：σ——均方根误差，又称标准差X ——工件平均尺寸X ——尺寸工件尺寸的分布近似地看作在±3σ范围的分布，工序的工艺能力系数C P 为：6P C δσ=式中： δ——所规定的零件公差。

利用分布曲线可以比较方便地研究加工精度，可以分辨出工序的偶然误差的大小 ，以及是否存在着系统误差。

但是，采用分布曲线法控制加工精度必须全部检查所有加工工件，当一批工件加工完成后，才能绘制分布曲线图，在生产上常用点图或X ——R 图法，可以及时对加工精度进行分析控制。

点图是以顺序加工的工序件序号作横坐标，工件的加工尺寸为纵坐标，对一批工件中的每一件加工所得尺寸，依次在坐标上点出。

点图可以反映出加工尺寸随时间而变的关系，可以看出尺寸的变化趋势，找出产生误差的原因，以便及时采用有效的措施，加以克服。

X ——R 称为平均尺寸——极差（又称范围）控制图。

它在大批大量生产过程进行之前，先加工一批试件，根据其所得的加工尺寸，求出其平均值X 和极差R 而制造成的。

用此X ——R 图可以及时地了解以后大批量生产的加工精度进行分析控制。

从数理统计的原理来看一个过程的质量参数的总体分析其平均值X 和均方根差σ在整个过程中保持不变，则工艺是稳定的。

X 图的中心线为：11ki i X X k ==∑X 图的上控界限为：2s X X A R =+ X 图的下控界限为：R A X X x 2-= R 图的中心线为：11ki i R R k ==∑R 图的上控界限为：13s R R R D R σ=+= R 图的下控界限为：23x R R R D R σ=-= 三、实验所用的设备、仪器和试件： 量具：比较仪 试件：短圆柱 四、实验步骤：1.按加工顺序测量工件的加工尺寸，记录测量结果（测量前先用适当的块规调整好比较仪）2.绘制实验分布曲线，作图步骤如下：1）找出这批加工尺寸的数值的最大与最小值，即X MAX ，X MIN ； 2）确定分组数K ； 3）计算组距d ； 4）决定组界； 5）列出频数分布表； 6）计算X 和S ；7）绘制实验分布曲线；8）计算工艺能力系数C P，并确定工艺能力属于哪一级。

3.绘制X——R图五、实验结果实验数据填入下表：实验三组合夹具的组装一、实验目的和要求1、了解组合夹具的特点及组合夹具的基本元件。

2、初步掌握组合夹具组装的基本步骤。

3、根据零件加工工艺要求，组装出符合工艺要求的夹具。

二、组合夹具的编号组合夹具元件编号按HB1769-87《组合夹具元件标记规则》的规定，采用型别代号和六位阿拉伯数字以横式表示，前四位数字表示分类代号，后二位数学表示规格。

规格代号（一）型别代号型别代号用大、中、小、微四字汉语拼音的第一个字母大写表示，当一个元件用于二个或二个以上系列时，该元件为通用元件，用“通”字汉语拼音第一个字母大写“T”表示。

型别代号字母见表1。

表11、第一位数字表示“类”。

按组合夹具元件的用途划分，并按元件用途主、次程度的先后顺序编排。

元件类的代号见表2。

表22、第二位数字表示“组”。

按元件的形状、结构、用途等划分，原则上按元件形状由简单到复杂的顺序编排。

组别编号见表3。

3、第三位数字表示“分组”。

按元件功能划分，原则上按元件的功能由少到多的顺序编排。

4、第四位数字表示“品种”。

按元件的结构划分，原则上按元件的结构由简到繁的顺序编排。

（三）规格代号第五、六位数字表示“规格”。

同一品种内的元件规格尺寸由小到大、由短到长、在01-99范围内顺序编号，当主要元件规格较少时，按05、10、15……的形式顺序编号。

表3（四）元件编号示例示例一 小型系列六等分切向圆基础板 分组（切向槽） 组（圆形） 类（基础件）示例二 中型长方头槽用螺栓 分组（槽用螺栓） 组（螺栓） 类（紧固件）示例三带肩对位轴分组（对位槽）组（轴类定位件）类（定位件）三、实验原理和步骤组合夹具的组装是将分散的组合夹具元件按照一定的原则和方法组装成为加工所需要的各种夹具的过程。

组合夹具的组装本质上与设计和制造一套专用夹具相同，也是一个设计（构思）和制造（组装）的过程。

但是在具体的实施过程中，又有自己的特点和规律。

（一）组合夹具性质及特点1、组合夹具性质组合夹具是在机床夹具元件通用化，标准化、系列化的基础上发展起来的新型夹具。

它是由预先制造好的标准化组合夹具元件，根据被加工工件的工序要求组装而成的。

因此组合夹具具有通用性和专用性双重性质，即组成夹具的元件是通用性的元件，而一但组装成成套夹具即为专用夹具。

组合夹具结构灵活多变，元件长期重复使用。

因此，其主要元件比其它型式的夹具零件具有高精度、高强度、高硬度、耐磨性高的特点，单个元件功能多样，并有完全互换性。

组合夹具元件周而复始循环使用的特点与专用夹具使用规律形成明显差异：专用夹具：组合夹具2、组合夹具特点根据组合夹具是由能重复使用的标准化元件组装而成的夹具特点，故元件之间的联接要求应定位准确、连接可靠、按元件定位联接形式不同，当前国内外组合夹具分成槽系组合夹具和孔系组合夹具。

(二)组装步骤1、熟悉技术资料组装人员在组装前，必须掌握有关该工件加工的各种原始资料，如工件图纸，工艺技术要求，工艺规程等。

1）工件(1)工件的材料：不同材料具有不同的切削性能与切削力。

(2)加工部位和加工方法：以便选用相应的元件。

(3)工件形状及轮廓尺寸：以确定选用元件型号与规格。

(4)加工精度与技术要求：以便优选元件。

(5)定位基准及工序尺寸：以便选择定位方案及调整。

(6)前后工序的要求：研究夹具与工序间的协调。

(7)加工批量及生产率要求：确定夹具的结构方案。

2）机床及刀具(1)机床型号及主要技术参数：如机床主轴，工作台的安装尺寸，加工方式等。

(2)可供使用刀具的种类、规格和特点。