機械制造工藝學(xué)試驗指導(dǎo)書12

1、目錄實驗1 Y3150E滾齒機調(diào)整實驗 . 2實驗2 加工誤差的統(tǒng)計分析 . 7實驗3 車床綜合靜剛度的測定 13實驗 1 Y3150E 滾齒機調(diào)整實驗1. 實驗?zāi)康?.1 分析滾齒機的運動及傳動系統(tǒng)；1.2 熟悉滾齒機的結(jié)構(gòu)和性能；1.3 通過加工直齒或斜齒圓柱齒輪，熟悉滾齒機的換置計算和調(diào)整方法2. 實驗內(nèi)容2.1 實驗前的準(zhǔn)備工作2.1.1 認(rèn)真閱讀本指導(dǎo)書，明確實驗?zāi)康募皟?nèi)容；2.1.2 根據(jù)傳動系統(tǒng)圖畫出傳動原理圖；2.1.3 根據(jù)傳動系統(tǒng)圖列出加工各種工件時的平衡方程式，求出調(diào)整公式；2.1.4 根據(jù)所給的數(shù)據(jù)進行必要的調(diào)整計算。2.2 實驗工作2.2.1 對照機床的傳動系統(tǒng)圖，在

2、機床上找出各傳動鏈的傳動路線，各組掛輪 （交換齒 輪） 的位置，熟悉機床結(jié)構(gòu)。2.2.2 按步驟安裝工件并找正 （ 如果齒坯以內(nèi)圓定心除外 ） 。2.2.3 安裝刀具并調(diào)整刀架角度。2.2.4 調(diào)整切削深度，開動機床，切削完畢，測量工件，確定質(zhì)量是否合格并進 行分析。2.2.5 拆卸掛輪，擦凈機床。3.Y3150E 滾齒機的主要技術(shù)規(guī)格及用途 本機床主要用于切削直齒、斜齒圓柱齒輪以及用徑向進給切削蝸輪；此外還可以用包絡(luò)法加工花鍵軸、多面體、鏈輪等工件。進行上述各種工件的加工時要 分別采用適當(dāng)截面形狀的滾刀主要技術(shù)指標(biāo)工件為鋼件時 6mm工件為鑄件時 8mm500mm加工齒輪最大模數(shù)加工齒輪最大

3、直徑刀具最大直徑160mm刀架最大回轉(zhuǎn)角度 240 刀具主軸轉(zhuǎn)速共九級：（見表1 ）垂直進給量共十二種：（見表2）主電動機功率4千瓦快速電動機功率1.1千瓦交換掛輪的齒輪齒數(shù)（分齒掛輪，進給掛輪及差動掛輪共用）：20 （兩件）23 24 25 26 30 32 33 34 35 36（兩件）37 40 41 43 4546 47 48 50 52 53 55 57 58 59 60（兩件） 61 62 65 67 70 7173 75 79 80 85 89 90 92 95 97 98 100共 46 種（49 件）模數(shù) m 2。4. 機床的調(diào)整計算（公式由學(xué)生求出，這里只作必要 圖2.1

4、Y3150E型滾齒機傳動系統(tǒng)圖的說明）4.1加工直齒圓柱齒輪4.1.1 主運動：根據(jù)刀具外徑、刀具材料、合理的切削速度V,求得所需刀具轉(zhuǎn)速：式中 D滾刀直徑 （mm）; n主軸轉(zhuǎn)速 （r / min） ; v切削速度 （m/ min）按滾刀主軸轉(zhuǎn)速掛輪表選取A/B掛輪。4.1.2分度運動；傳動鏈聯(lián)系滾刀和工件，差動機構(gòu)（合成機構(gòu)）為不用差動機構(gòu)時的情況（用M1接合爪）調(diào)整計算公式為：式中 e、f掛輪是一對“結(jié)構(gòu)性掛輪”，根據(jù)被加工齒輪的齒數(shù)來選?。?36 時，用于 21 Zz 142 ;f 36-48 時，用于 5 Zz 20 ;f 24-24 時，用于 143 ZZ。f 484.1.3刀架垂

5、直進給運動：根據(jù)加工粗糙度的要求，選取進給量S值，然后由垂直進給量掛輪表選取ab1掛輪。（參看表 2、表3） 4.2加工斜齒圓柱齒輪4.2.1主運動（同上）4.2.1分齒運動：運動關(guān)系同上，但此時差動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)為用差動機構(gòu)時的情況（用 M 2接合爪）4.3.3刀架的垂直進給運動（同上）4.3.4差動運動式中：B 工件螺旋斜角；mn工件法向模數(shù)；k滾刀頭數(shù)。注：由調(diào)整公式計算出的數(shù)值通過“掛輪選用表”或掛輪對數(shù)表查出具體齒數(shù)。5. 刀具、工件的安裝根據(jù)工件、刀具的螺旋角方向和度數(shù)調(diào)整刀架的安裝角度，使?jié)L刀螺旋線與工件齒向平行。5.1加工圓柱直齒時刀架偏轉(zhuǎn)角度（見圖 2.2 ）圖2.2加工圓柱直齒

6、時刀架偏轉(zhuǎn)角度5.2加工圓柱斜齒輪時刀架偏轉(zhuǎn)角度及掛輪分配情況（見圖 2.3 ） 工件坯應(yīng)牢固地裝 圖2.3加工圓柱斜齒時刀架偏轉(zhuǎn)角度及掛輪分配夾在工作臺上，不用心軸定位時需用千分表調(diào)正齒坯外圓，使工件與工作臺同心。6. 調(diào)整切削深度根據(jù)工作的模數(shù)、材料強度，以及所要求加工精度來確定走刀次數(shù)和切削深度。 用滾刀切削不超過 7級精度的圓柱齒輪時，對模數(shù)mn2mm以上時用二次或三次以上走刀。思考題1. 加工圓柱斜齒齒輪，在調(diào)整機床時，是根據(jù)工件的端面模數(shù)選擇滾刀，還是 根據(jù)工件的法向模數(shù)選擇滾刀？為什么？2. 在Y3150E型滾齒機上決定加工精度的是哪個傳動鏈？而該傳動鏈中又以那些 傳動件為關(guān)鍵件

7、？實驗2加工誤差的統(tǒng)計分析1. 實驗?zāi)康呐c要求1.1通過本實驗使學(xué)生掌握加工誤差統(tǒng)計分析的基本原理和方法；運用此方法綜合分 析零件加工尺寸的變化規(guī)律。1.2學(xué)習(xí)設(shè)計實驗線路，正確選擇與使用有關(guān)測量裝置，測量工具和儀器。1.3正確地進行采樣和運算，并繪制點圖，實驗分布曲線圖。1.4繪制x R質(zhì)量控制圖。1.5確定本工序的工序能力系數(shù) Cp，（也稱精度系數(shù)），并分析本工序加工的穩(wěn)定性。2. 基本原理2.1加工誤差及其變化規(guī)律由各種工藝因素所產(chǎn)生的加工誤差可分為兩大類，即系統(tǒng)性誤差和隨機性誤差系統(tǒng)性誤差主要有因調(diào)整因素引起的常值系統(tǒng)誤差厶常和因刀具磨損、工藝系統(tǒng)熱變形等引起的有規(guī)律變化趨勢的變值系統(tǒng)

8、性誤差變。隨機性誤差隨是由于尺寸的分散造成的，亦稱瞬時尺寸分散。整批零件尺寸的分 散還應(yīng)包含有規(guī)律變化著的系統(tǒng)性誤差。在加工過程中，隨機性誤差和系統(tǒng)性誤差是同時存在，而且混在一起的。因此，生 產(chǎn)實際中，常用統(tǒng)計分析法來研究加工精度問題。2.2分布曲線法2.2.1理論分布曲線大量的實驗、統(tǒng)計分析表明：當(dāng)一批工件總數(shù)足夠多時， 加工中的誤差是由相互獨 立的隨機因素引起的，而且這些誤差因素中又都沒有任何優(yōu)勢的傾向，則其分布是服 從正態(tài)分布的。也就是說，隨機誤差分布曲線，是正態(tài)分布曲線，它是描述正態(tài)分布 密度函數(shù)的圖形。理論正態(tài)分布曲線是連續(xù)的、對稱的曲線。如圖3.1所示，它的方程式如下：式中,y分布

9、的概率密度；x自變數(shù)，它屬于某一組隨機變數(shù)的集合X；隨機變數(shù)總體的均值（分散中心）圖3.1正態(tài)分布曲線XiN為樣本總數(shù)a均方差:生產(chǎn)實際中，加工誤差統(tǒng)計分析時，可得X，X為工件尺寸分布平均值；N為工件的數(shù)量；Xj為工件尺寸。如果改變參數(shù)X （保持不變），則曲線沿X軸平移而不改變其形狀，這說明是表征分布曲線位置的參數(shù)。X的變化主要是常值系統(tǒng)性誤差引起的。 如果X保持不變， 當(dāng) 值減少時，則曲線形狀陡峭；當(dāng) 值增大時，曲線形狀平坦，是由隨機性誤差決定的，隨機性誤差越大則越大，可見 是表征分布曲線形狀的參數(shù)，亦即它刻劃了隨機變量X取值的分散程度，亦即隨機性誤差對加工過程的影響。理論分布曲線常用于需要

10、深入研究某個工序的加工精度問題。為減少統(tǒng)計工作量，一般加工精度分析常采用實驗分布曲線。2.2.2實驗分布曲線實驗分布曲線是根據(jù)一批零件的加工尺寸繪制出來的。通常，隨機抽取的工件數(shù) 量應(yīng)在50件以上，越多越能反映出它的分布規(guī)律，一般最多不超過200件。作圖時，令橫坐標(biāo)表示加工尺寸分組間隔，縱坐標(biāo)表示對應(yīng)某加工尺寸間隔內(nèi)尺寸出現(xiàn)的頻率，也可用某加工尺寸間隔內(nèi)尺寸出現(xiàn)的次數(shù)，即頻數(shù)表示。分組數(shù)和組距 h 獨 血，分組數(shù)K= 712K式中，h組距；K分組數(shù)，與樣本數(shù)有關(guān)；XmaX、Xmin測量數(shù)據(jù)的最大值、最 小值實驗分布曲線圖又稱頻率直方圖，它與理論分布曲線不同之點在于：它不是光滑曲 線而是折線。理

11、論的正態(tài)分布曲線有兩個特征參數(shù)和，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)所計算出來的X和 只是它們的近似值，稱為正態(tài)分布的統(tǒng)計特征量。分布曲線分析法可以用于：判別加工誤差的性質(zhì)如果實際分布與正態(tài)分布基本相符，則加工過程中沒有變值系統(tǒng)性誤差或影響很 小，進而可根據(jù)X是否與公差帶中心重合來判斷是否存在常值系統(tǒng)性誤差，不重合就 說明存在常值系統(tǒng)性誤差。如果實際分布與正態(tài)分布有較大出入，可根據(jù)直方圖初步 判斷變值系統(tǒng)性誤差的類型。確定各種加工方法所能達到的精度由于各種加工方法在隨機性因素影響下所得到的加工尺寸的分散規(guī)律符合正態(tài)分 布，因此可以在多次統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，為每一種加工方法求得它的標(biāo)準(zhǔn)偏差值，然后按分布范圍等于6的規(guī)律

12、，即可確定各種加工方法所能達到的精度。確定工序能力及其等級估算不合格品率2.2.3正態(tài)性檢驗分布曲線是否服從正態(tài)分布，需要進行正態(tài)性檢驗，常采用正態(tài)概率紙法來分析。正態(tài)概率紙法，要用到正態(tài)概率紙，它是一種特殊的坐標(biāo)紙。其橫坐標(biāo)為等分刻度， 縱坐標(biāo)按正態(tài)分布的累計頻率來刻度。這樣，正態(tài)分布函數(shù)在正態(tài)概率紙上的圖形是 一條直線。若將實驗結(jié)果在正態(tài)概率紙上作點，即橫坐標(biāo)為組中值，縱坐標(biāo)為累計頻 率，畫出各點，用直尺畫一條盡量靠近這些點的直線。若服從正態(tài)分布，則這些點應(yīng) 落在這條直線上。由于工件尺寸的波動，這些點相對直線多少有些偏離。但不能偏離 過大，過大則總體分布可能不服從正態(tài)分布。一般來說，中間的

13、點相對直線的偏離不 能過大，兩頭的點可以允許大一些。2.2.4工藝過程的精度評價工藝過程的精度評價，就是對現(xiàn)行的工藝過程或待實施的工藝過程進行工藝驗證， 看它能否合理地滿足工藝要求，即零件經(jīng)過本工序加工以后，能否達到工序間的加工 尺寸和給定的公差。工序的精度系數(shù)即工藝能力系數(shù) Cp，是用來作為精度評價的指標(biāo)， 它表明工藝過程的穩(wěn)定程度和本工序的加工能力。一般情況下，Cp 1。Cp值越大，工序的加工能力越強，產(chǎn)品的合格率越高，但生產(chǎn)成本必然相應(yīng)地增加，若Cp 1或Cp 1表明該工序的加工能力較弱， 產(chǎn)品的廢品率上升，必須采取相應(yīng)措施來改善工藝 過程。Cp的計算方法是： 式中，一一待加工工件的工序

14、公差；一一樣本的均方差（標(biāo)準(zhǔn)差）。必須指出，利用分布曲線法研究加工精度問題時，存在兩點不足：不能反映誤差的變化趨勢。由于分析時沒有考慮到工件加工的先后順序，故不能把變值系統(tǒng)性誤差與隨機性誤差區(qū)分幵來。采用分布曲線法控制加工精度時，必須檢查整批加工的零件， 只有一批零件加工完畢后方能繪制出分布曲線圖。采用點圖分析法可以彌補上述不足。2.3工藝穩(wěn)定性與x R點圖法所謂工藝的穩(wěn)定，從數(shù)理統(tǒng)計的原理來看，一個過程（工序）的質(zhì)量參數(shù)的總體 分布，其平均值x和均方差 在整個過程（工序）中若能保持不變，則該工藝是穩(wěn)定的。 X R圖法是典型的統(tǒng)計質(zhì)量控制方法，它是控制連續(xù)生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性的有力工具。為 了驗證工

15、藝的穩(wěn)定性，需要應(yīng)用Xi和Ri兩張點圖，Xi是將一批工件依照加工順序，m個為一組，共分K組，第i組的平均值；R是第i組數(shù)值的極差，即Ri Xmax Xmin i。兩張圖合起來應(yīng)用，通常稱為 X R圖。不難理解，X和R的波動反映了工件平均值的變化趨勢和隨機性誤差的分散程度。 在X R圖上分別畫出中心線和控制線，控制線就是用來判斷工藝是否穩(wěn)定的界限線。 在Xi圖上，還可畫出公差上限線和公差下限線。X圖的中心線為：1 k -XXik i iR圖的中心線為：1 kR R k i iX圖的上控制線為:Xu X ARX圖的下控制線為:Xl X ARR圖的上控制線為：Ru DR式中，A和D的數(shù)值是根據(jù)數(shù)理統(tǒng)

16、計原理而定出的，K取725; 般每組工件個數(shù) m表1每組個數(shù)mADK40.732.2872550.582.11為了方便作圖，可事先將工件尺寸測量后填于如下的x R圖記錄表中。表2: X R圖記錄表組號測定值總計X平均值X極差RX1X2X3X4X5123Xu x AR = xl x AR =RuDR =KXiKRii 1X Xi =k i iR 1 Ri =k i i圖3.2測量裝置3. 數(shù)據(jù)的采集與處理3.1數(shù)據(jù)的采集數(shù)據(jù)處理的第一步是測量并采集原始數(shù)據(jù)。因此，對原始數(shù)據(jù)采集的方法是否合 理，不僅關(guān)系到測量誤差大小，數(shù)據(jù)的可靠性，而且關(guān)系到能否得出正確結(jié)論。測量裝置如圖3.2所示。被測工件置于

17、比較儀的測量臺上，千分表或者電感位移 傳感器裝在測量臺的立柱、橫臂上，使每個工件逐次與測量頭接觸，則從千分表上可 讀出數(shù)據(jù)并記錄在X R圖記錄表中，供分析作圖之用。自動測量的方法如圖3.3所示。電感位移傳感器將檢測得到的位移信號輸送給測微儀，測圖3.3自動測量方法 微儀輸出模擬電壓信號。經(jīng)過一級直流放大和低通濾波后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號送入微型計算機，利用數(shù)據(jù)處理和繪圖程序，可將分析結(jié)果打印，并繪出X R圖和分布圖。3.2數(shù)據(jù)的處理對一批零件的加工尺寸進行測量時，會出現(xiàn)個別過大或過小的異常數(shù)據(jù)，與大多 數(shù)測量數(shù)據(jù)相差懸殊。這是由于測試過程中操作不正確，或錯讀、錯記，或測試條件 發(fā)生突變

18、等偶然原因造成的。這樣的數(shù)據(jù)對可能得到的真實數(shù)據(jù)結(jié)果帶來歪曲，因此， 這樣的數(shù)據(jù)必須舍去。1 11Xi， Sn i 1實際測量中，一般根據(jù)格拉布斯方法來確定異常值。其計算方法如下： 設(shè)測量值為：X1，X2，X3，Xn，并總體服從正態(tài)分布N , 2，如果Xj為X1，X2, X3，Xn中的異常值，則有：式中：X(,n)檢驗指標(biāo)，見表 4；a 顯著性水平；n 測量值總個數(shù)表4:格拉布斯準(zhǔn)則的(，n)n3456789105.0%1.151.461.671.821.942.032.112.182.5%1.151.481.711.892.022.132.212.291.0%1.151.491.751.94

19、2.102.222.322.414.實驗條件與步驟4.1設(shè)備，儀器和試件4.1.1試件（100200件），經(jīng)無心磨床或自動車床連續(xù)加工的一批短銷軸。4.1.2儀器：比較儀和測微儀。4.1.3測量工具：測量臺架、百分表、千分表、塊規(guī)。4.1.4計算機采集系統(tǒng)：模數(shù)轉(zhuǎn)換板、放大器、低通濾波器、穩(wěn)壓電源、傳感器、微 機等。4.2實驗步驟按加工順序測量試件，進行數(shù)據(jù)處理并繪圖，有兩種方案。4.2.1用測微儀進行測量，微機進行采樣，數(shù)據(jù)處理并繪圖。4.2.2用比較儀進行測量，手工或編程計算，具體步驟如下：（1）用塊規(guī)調(diào)整好比較儀，按加工順序測量試件尺寸，并記錄結(jié)果。（2）繪制點圖，分析產(chǎn)生工序加工誤差的

20、原因。（3）繪制實驗分布曲線圖（直方圖）。作圖步驟如下： 找出試件加工尺寸的最大值和最小值，即Xmax,X min 確定分組數(shù) K； （ K=725 ）計算組距h； h 決定組距 作頻數(shù)或頻率分布表 計算x和，繪制實驗分布曲線圖，標(biāo)出x和 的值 計算工序加工能力系數(shù)Cp（4）繪制x R圖。（參閱前述2.3 x R圖法）5.實驗報告內(nèi)容5.1實驗名稱5.2實驗內(nèi)容5.3實驗設(shè)備，儀器和試件5.4測量數(shù)據(jù)記錄和整理數(shù)據(jù)和計算格式組別尺寸范分組中頻數(shù)fiXj fixix(Xi x)2+(Xi x)2f i圍占八、尺寸Xj總和5.5實驗結(jié)果5.5.1繪制實驗分布曲線圖。5.5.2用正態(tài)概率紙檢驗正態(tài)性

21、。5.5.3繪制x R圖。5.5.4計算工序加工能力系數(shù)Cp5.6實驗結(jié)果的分析與討論5.6.1本工序點圖說明了什么問題？5.6.2本工序的實驗分布曲線圖是否服從正態(tài)分布規(guī)律？5.6.3根據(jù)工序能力系數(shù)Cp，本工序幾級精度工藝能力？5.6.4根據(jù)x R圖，分析本工序的工藝過程是否穩(wěn)定？如果不穩(wěn)定，試分析其原因。實驗3車床綜合靜剛度的測定1. 實驗?zāi)康脑诩庸み^程中，“機床一刀具一工件”所組成的工藝系統(tǒng)的剛度對加工精度、生產(chǎn) 率和抗振性能有很大的影響。本實驗是在機床不工作狀態(tài)下，模擬切削時的受力情況， 對機床施加載荷，然后測出機床的床頭，刀架和尾座在不同載荷下的變形，從而作出 各部件的變形量和作用力的關(guān)系曲線，然后求出剛度曲線，并計算出機床的剛度，了 解機床的剛度特點及其測定方法。2. 實驗內(nèi)容用八角環(huán)測力議和千分表測定車床、刀架、尾座的變形量和作用力的關(guān)系曲線，求出剛度曲線，并計算各部件的剛度以及機床的剛度。3. 實驗設(shè)備及用具3.1C6203 車床或 CA6140車床；3.2 剛性心軸一根 78mm；3.3 測力環(huán)一個（已標(biāo)定） ；3.4 千分表三套；3.5 施力器一套；3.6YJD1 型電阻應(yīng)變議， WY1 型電源各一臺實驗裝置如圖所示：實驗裝置圖4. 實驗步驟第 11 頁4.1 將三個千分表安裝在機床指定位置；4.2 將測力環(huán)裝在刀架和心軸之間，并調(diào)