机械制造工艺学实验
实验一车床静刚度测量
一、实验目的
1.通过本实验，熟悉车床静刚度测量的原理方法和步骤
2.通过对车床静刚度的实测和分析，对机床的静刚度和工艺系统的静刚度的基本概念加深
认识
3.了解实验仪器的布置和调整，熟悉其使用方法
二、基本概念
工艺系统的静刚度是指车床在静止状态下，垂直主轴的切削力P y与工件在y向的位移的比值：
三、实验原理
1.由于静刚度仪和模拟车刀的刚度很大，在实验的加载范围内所产生的变形很小可以忽略
不计。

这样所测得的变形可以完全是车床各部的变形，这样就可以把工艺系统的静刚度和车床的静刚度等同起来。

2.为模拟车床实际切削状态，使之在XYZ三个方向都有切削力载荷，并可以调整到一般切
削条件下的P X、P y、P z三个力的比值，采用三向刚度测定仪。

该仪器是通过加载机构和测力环，再经过弓形体和模拟车刀，对车床施加载荷，模拟切削力和三向切削分力的关系为：
P X= P*sinαβ
P y= P*cosα*sinβ
P z= P*cosα*cosβ
公式中：P 模拟切削力（由测力环千分表测得）
α角为加载螺钉在弓形体上所调整的角度（刻度）
β角为弓形体绕X轴（主轴）转动刻度读数的余角
3.为计算方便，模拟车刀的位置调整在弓形体的正中间，这样
为简便起见，去表中载荷P的最大值280kgf时，主轴头、刀架及尾座的静刚度代替三个部位的平均静刚度，这样带入下面公式就可以算出车床的静刚度。

（公式的推导见教科书）
四、实验设备
1.C616车床一台
2.三向静刚度仪一台
3.千分表4只
五、实验步骤
1.消除车床零部件之间的间隙，加预载荷、
2.卸掉预载荷，将此时的各千分表的读数记下来（初始值），测力环千分表调零
3.按实验记录表中给出的测力环变形量和载荷的对应值依次加载，最大加至280kgf然后再
逐点依次卸载，每次加载后记录各千分表的读数
六、实验注意事项
1.在实验过程中刀架、溜板箱要锁紧
2.主轴锁紧，防止转动
3.机床在实验过程中不许有任何震动，以免影响测量结果
七、实验报告要求
1.实验名称
2.实验目的
3.实验所用的仪器设备
4.实验记录表
5.以实验记录数据中Y值做横坐标，计算出得P y为纵坐标，画出刀架在三种受力情况下的
静刚度曲线
6.计算主轴头、刀架和尾座的平均静刚度
7.计算车床的静刚度
车床静刚度测量实验记录
实验二铣削过程中复映误差的测试及分析
一、实验目的：
1.通过实测铣削力及工艺系统受力变形在工件上产生的复映误差，了解切削力对加工精度
的影响，并分析工艺系统的刚度对工件加工精度的影响
2.观察铣削时切削力的变化过程，掌握切削力的测试方法
二、实验原理及内容
1.复映误差：铣削过程中，由于铣削力的作用，铣床主轴与工作台之间的相对位置将产生
变化，铣刀产生“让刀”现象，而使加工尺寸发生改变，产生误差。

由于工件毛坯尺寸的变化（一次铣削过程中），使铣削力产生变化，因而使工艺系统在铣削力的作用下产生的变形的大小也随之产生变化----铣刀与工件之间的位置变化，最终使加工后的零件产生了尺寸或形状的变化，即形成了工件的复映误差。

如图所示，毛坯呈台阶状，铣削过程中在台阶处加工余量由t1变为t2时，铣削力P y由P y1增加到P y2：
P y1=C*t1 P y2=C*t2
公式中C为切削力的计算系数
这时候的P y变化为：
ΔP y= P y1 - P y2=C*(t1 - t2)=C*Δt
铣削过程完成后，测得的平面的尺寸变化Δy=y2-y1, 即为工件的复映误差Δy也就是工艺系统变形的增量
K--系统刚度Δt--毛坯误差
令
则
ε称之为误差复映系数，它定量地反应了毛坯误差经加工所减小的程度。

可见，复映误差与毛坯误差成正比，与系统刚度成反比，而与切削条件有关系。

所以为了减小，应从两方面来考虑：
①减小Δt，采用多次走刀，使每次的Δt很小，这样总的复映误差ε总=ε1*ε2*ε3…
就变得很小，可以逐步消除
②增大K，即提高工艺系统刚度，可以从机床—刀具—夹具各个环节做考虑。

2.铣削力的测试与分析
铣削力的大小会直接影响加工精度，而铣削力会随着铣削参数的变化而变化，测量和分析铣削力是为了实际的铣削加工工艺设计和铣削用量提供依据。

由公式
测得铣削力与复映误差后，就可以求得动态下的工艺系统的刚度，即动刚度。

铣削力测量的原理图如下：
三、实验仪器设备
1.XA6132万能铣床装立铣头
2.QB-05型铣削测力仪
3.三线数字测力仪器
4.千分表
四、实验步骤
1.先将所有仪器通电预热5-15分钟
2.调整三线数字测力仪，达到平衡，各路输出显示为零。

3.先加工带台阶的毛坯，台阶的高度为1mm
4.顺铣，进刀0.5mm, 这样t=0.5mm,t =1.5mm,一次机动走刀完毕，走刀过程中通过采样记
录各时间点P y的值。

5.用千分表测量加工完的表面，每隔4mm取一个点进行测量
6.用逆铣再做一次
7.切削条件各参数调整为如下值：
主轴转速n=300r/min
进给速度s=36mm/min
吃刀量t1=0.5mm, t2=1.5mm
铣削宽度B=10mm
铣刀直径：10mm
五、实验报告要求
1.实验名称
2.实验目的
3.实验仪器设备
4.实验步骤及实验数据记录
5.计算复映误差，复映误差系数，推导工艺系统刚度公式：并计算其值
6.实验结果分析：
1)分析影响复映误差的因素；
2)采取何种措施来减小复映误差；
3)比较顺铣和逆铣两种情况的复映误差，并试分析其原因。

实验三机械零件误差统计分析
一、实验目的
1.通过实验，掌握用统计分析的原理综合分析加工过程中的误差因素，学会工艺验证和质量控制的方法
2.学会精密测量仪器电感测微仪的调整和使用
二、实验原理
1.工艺验证
1)通过测量一批零件的尺寸，画出其尺寸分布曲线（直方图），进而可以判断不同性质的
误差对加工精度的影响，并可以计算该工序的工艺能力。

一批零件的加工，如果仅仅有随机因素在起作用，则该批零件的尺寸分布符合正态分布，其方程为：
x—工件尺寸
---工件平均尺寸（分散范围中心），
σ-均方根误差，
n-工件总数；
但是，如果系统中有明显的变值系统误差，做出的误差分布曲线不符合正态分布。

这样就可以利用分布曲线，方便地分辨出工序中随机误差的大小及是否存在系统误差。

2)对于正态分布曲线来说，=,( 即x在)范围内的面积占99.73%，即正
态分布曲线的范围。

6的大小代表某一种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度，所以一般情况下，应该是所选用的加工方法的标准与公差带宽度T之间具有下列关系：
3)工艺能力用工艺能力系数C P来表示，即：
C P=T/6
C P表示工序工艺能够满足产品精度的要求的程度。

2.统计检查质量
在大批生产之前，加工一部分零件，按照加工顺序，每4或者5个分成一组，即可以做出图，图反映有无变值系统误差的影响，R图反映了随机误差的影响。

通过
图，我们可以判定工艺过程是否稳定。

1)如果工艺过程稳定，我们可以在图上画出两条比分散范围小的多控制线，在加工时
将刀具的尺寸调在分布中心线，间隔一定时间，抽出几个零件为一组，求出小组的
和R值并标在图上，如果点子不存在异常波动，则说明系统不会出现废品，如果点子接近控制线或者出现异常波动，则需要停机检查，从而抑制废品的出现。

带有上
下质量控制线的图即为质量控制图，利用质量控制图控制加工过程的方法即为
质量控制法。

2)对于不稳定的工艺过程，由于存在贬值系统误差的影响，被加工零件的尺寸按一定
的规律变化，迟早会使尺寸超过加工精度的要求。

这样图上的点子(即小组平均值)接近控制线时，我们就停车，重新调整机床，同样可以实现对工艺质量的控制。

三、实验所用仪器设备
1.CM6140车床
2.电感测微仪
3.测量台架
4.块规
5.工件毛坯100件，工件外径的加工精度要求为mm（上偏差为0，下偏
差为-0.03mm）
四、实验步骤
1.调整好机床，加工一批零件
2.按照加工顺序测量零件的尺寸
六、实验报告要求
1.实验名称
2.实验目的
3.实验用仪器设备
4.测量数据表(参考教材中实例，100个工件，依照加工顺序号分成25组，每组4件)，计
算
5.绘制图及直方图
6.判定工艺系统稳定性，求工艺能力系数
7.指定质量控制线，确定调节尺寸
⏹实验报告请写在烟台大学专用实验报告纸上。

⏹实验成绩占总成绩的一部分，请大家认真对待。

⏹请各班课代表于15周周五下午，将收齐的实验报告送交院馆108房间。