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110特码生肖图:机械制造技术基础实验指导书

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北京印刷学院 信息与机电工程学院 机电工程系
《机械制造技术基础》实验

指 导 书

机械制造教研室编


实验一 实验二 实验三 实验四 实验五



切削力的测定(综合性实验)????????1 机床静刚度测定(验证性实验)???????9 加工误差统计分析(综合性实验)??????12 主轴回转误差测试(综合性实验)??????16 六点定位及夹紧装置(验证性实验)?????23

(注:本实验指导书内容与 2006~2007 学年第 1 学期所用实验指导书相同)

1

实验一
一、实验目的

切削力的测定(综合性实验)

1.了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统; 2.掌握背吃刀量 a p 、进给量 f 和切削速度 Vc 对切削力的影响规律; 3.通过实验数据的处理,建立切削力的经验公式。

二、实验仪器设备
1.C618-2H(或 C6140)车床; 2.测力传感器:SDC-L3M16; 3.数显箱、计算机(安装切削力实验系统软件)及数据线; 4.工件; 5.标准测力环(标定时用) 。

三、实验原理
三向切削力的检测原理,是使用三向车削测力传感器检测三向应变,三向应变 作为模拟信号,输出到切削力实验仪器内进行高倍率放大,再经 A/D 板又一次放大 之后,转换为数字量送入计算机的。测力系统首先应该通过三向电标定,以确定各 通道的增益倍数。然后,再通过机械标定,确定测力传感器某一方向加载力值与三 个测力方向响应的线性关系。经过这两次标定,形成一个稳定的检测系统之后,才 能进行切削力实验。 测量切削力的主要工具是测力仪,测力仪的种类很多。有机械测力仪、油压测 力仪和电测力仪?;岛陀脱共饬σ潜冉衔榷?、耐用。而电测力仪的测量精度和灵 敏度较高。电测力仪根据其使用的传感器不同,又可分为电容式、电感式、压电式、 电阻式和电磁式等。目前电阻式和压电式用得最多。

图 1-1 由应变片组成的电桥

电阻式测力仪的工作原理:在测力仪的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻
2

应变片,然后将电阻应变片联接电桥。设电桥各臂的电阻分别是 R1、R2、R3 和 R4, 如果 R1/R2=R3/R4,则电桥平衡,即 2、4 两点间的电位差为零,即应变电压输出为零。 在切削力的作用下, 电阻应变片随着弹性元件发生弹性变形, 从而改变它们的电阻。 如图 1-1 所示。电阻应变片 R1 和 R4 在弹性张力作用下,其长度增大,截面积缩小, 于是电阻增大。R2 和 R3 在弹性压力作用下,其长度缩短,截面积加大,于是电阻减 小,电桥的平衡条件受到破坏。2、4 两点间产生电位差,输出应变电压。通过高精 度线性放大区将输出电压放大,并显示和记录下来。输出应变电压与切削力的大小 成正比,经过标定,可以得到输出应变电压和切削力之间的线性关系曲线(即标定 曲线) 。测力时,只要知道输出应变电压,便能从标定曲线上查出切削力的数值。 实际使用的测力仪的弹性元件不像图 1 所表示的那样简单,粘贴的电阻应变 片也比较多,由于要同时测量三个方向的分力,因而测力仪结构也较复杂。 使用复合国家标准的测力环做基准进行测力仪三受力方向的机械标定,可获得 较高的精确度?;当甓ǎㄏ鲁票甓ǎ┗谷范巳蛄χ涞南嗷ハ煊叵?,在测 力过程中,通过计算,消除了各向之间的相互干扰,因而可获得较高的准确度。 标定切削力实验系统的目的有两个,一是求出某向输出(数字)与该向载荷 (测力环所施加的力值)之间的响应系数,二是求出该向载荷对另外两向之间的影 响系数,从而通过计算来消除向间影响而获得实际的三向力。 若 FX、Fy、Fz 力同时作用于测力 传感器,设三 向分力方向的输出分别为 DX、Dy、Dz 。 由 于 各 向 分 力 间 存 在 相 互 干 扰 , 因 此 , 输 出 DX、Dy、Dz 与 FX、Fy、Fz 力之间,存在如下关系:
j ? x, y, z i ? x, y , z

? mij Fj ? Di

( i 和 j — x、y、z 方向)

式中 mij 表示 Di 对 Fj 的相关系数。解析方程 1,相对三向输入与输出,在已知 Dx、Dy、Dz 的条件下,可求出三个给定方向的排除了向间干扰的力值 FX、Fy、Fz 。

四、实验步骤
1. 准备工作 (1) 安装工件、测力仪,注意刀尖对准车床中心高。 (2) 用三根软管导线将测力仪和数显箱连接起来(注意 X-X、Y-Y、Z-Z 相联, 不可接错) ,接通电源。 (3) 熟悉机床操作手柄及操作方法,注意安全事项。 (4) 熟悉数显箱的使用和读数,并将读数调零。 (5) 确定实验条件。 2. 切削实验步骤 本实验所采用的实验方法是单因素法和正交法。在实验之前已经对测力系统进 行了三通道增益标定、机械标定。实验过程中还需经常进行三通道零位调整,之后 再通过数字显示观察输出情况,若输出稳定就可以进行单因素实验和正交实验。 在显示器面板上点击“切削力实验”图标,进入实验系统。在切削力实验向导
3

界面上,可以点击激活亮显了的项目,调出相应的界面和程序运行。对于需要将实 验过程中的实时数据写进数据库的项目——“测力传感器标定”和“切削力实验” , 在点击其软按钮之前,应先在“要进行新实验必须在此输入实验编号”栏目内,给 出实验编号,点击[确定]软按钮,激活所有项目。之后,再点击需要的软按钮,调 出相应程序运行。 (1) 切削力实验系统三通道的零位调整 零位控制是实验过程中非常重要的一个环节。如果零位偏高,则 A/D 板采集的 高端的数据就会受到限制,例如,切向力的零位数为 200,则当切向切削力数据为 2800N 时,虽然显示的数值仅为 2800N,但实际采集的数值已经为 3000N 了,若切 向力再增大,但采集的数据依然为 3000N 不变,这就产生了采集误差。反之,如果 零位数值小于 0,例如为-30,则 A/D 板采集的小于 30N 的数据都将为 0,也就产生 了采集误差。界面如图 1-2。

图 1-2

系统三通道的零位调整界面

(2) 三向力的数字显示 在三向力数字显示界面(如图 1-3)内,可以实时的观察到切削力的变化情况, 以及变化规律。从而更好的对实验过程进行控制。 (3) 切削力实验方式向导 在切削力实验向导界面内,点击[切削力实验方式向导]软按钮,调出切削力实 验方式向导界面(如图 1-4),解决实验条件设置与实验方式选择等实验中的重要问 题。 选择测力传感器型号,同时显示其三方向测力范围。在“输入切削条件”栏 目内,按照提示,输入下列切削条件基础参数:刀具几何参数:车床型号;刀片材 料;工件状况:

4

图 1-3

三向切向力数字显示界面

图 1-4

切削力实验方式向导界面

接下来直接点击[改变背吃刀量]、 [改变进给量]、 [改变切削速度]或[正交实验法] 软按钮即可进行相对应的实验。 3. 单因素实验步骤 (1) 改变背吃刀量单因素切削力实验 背吃刀量是影响三向切削力的最主要因素,在改变背吃刀量单因素切削力实验 程序辅助下,进行只改变背吃刀量,而不改变切削速度和进给量的切削力实验,操 作过程大致如下: 1) 在切削力实验方式向导界面,点选[改变背吃刀量]软按钮,调出单因素实验
5

方式中改变背吃刀量的辅助实验界面(如图 1-5)。

图5

改变背吃刀量单因素切削力实验界面

2) 在“点序”栏内,点选实验点序号(两位数,一般从 1 开始) 。如果要删除 该点序的实验数据,请点击[删除此点数据]软按钮。如果要删除以前的所有 3) 实验数据,应点击[清空记录]软按钮。 设置切削用量,需要确定以下参数: ? 在“不改变的切削用量”栏目内,输入进给量和切削速度,对于切削速 度,只须输入工件加工直径及车床能够实现的主轴转速,并用鼠标点击 一下“切削速度”数字标牌,程序就会自动计算并显示出切削速度; ? 在“改变的切削用量”栏目内,点选或输入背吃刀量数值。 确定采样时间,并且按设定的切削用量调整车床和刀具。 点击[清零]软按钮,调零位调整界面,按其调整说明进行零位调整。 启动车床进行切削,待切削稳定后,按下[开始数据采集]软按钮,界面上会 自动显示采样进程时间, 以及不断变换着的三向切削力的数值和图线。 经过 采样规定时间后,程序将自动停止采样,同时操作者立即停止切削! 结束采样后,系统将计算出这一实验点三向切削力的平均值,并在切 削背吃刀量与三向切削力关系曲线图上画三个点,再用直线将其与上三实 验点连起来,获得通过各实验点的 Fc ? a p (兰色线) F f ? a p (红色线) 、 、
F p ? a p (绿色线)关系连线。

4) 5) 6)

7) 点选“实验点序号” ,使其数值加 1,即进入下一点的切削实验。同时,必 须改变背吃刀量。然后重复 5)、6)直至获得足够多(应不少于 3 个点)的实 验数据。
6

8) 当采集完数据时,按下[求单因素实验式]软按钮,程序将按现有的几个实验 点数据进行拟合,建立 Fc ? a p 、 F f ? a p 、 F p ? a p 关系实验公式,画 Fc ? a p 、
F f ? a p 、 F p ? a p 拟合曲线图。

9) 按下[保存单因素实验式]软按钮,将已经获得的改变背吃刀量单因素实验公 式中的系数和指数写入数据库保存。 10) 在界面的右下角, 通过单因素实验公式, 已经很清楚地显示了这三个单因素 实验的进展情况。如果已经完成了两个单因素实验,即可点击[求单因素综 合公式]软按钮,程序将把已有的三向切削力单因素实验公式进行综合,计 算出相应的综合公式, 并将这三个综合公式写进数据库。 对于还没有完成单 因素实验的那个切削用量,在综合公式中,程序规定其指数为零。 11) 点击[返回实验向导]软按钮,返回切削力实验方式向导界面。 (2) 改变进给量单因素切削力实验 改变进给量单因素切削力实验的实验方法和改变背吃刀量单因素切削力实验 的实验方法一样,只需将相对应的改变背吃刀量修改为改变进给量即可进行。 (3) 改变切削速度单因素切削力实验 改变切削速度单因素切削力实验的实验方法和改变背吃刀量单因素切削力实验 的实验方法一样,只需将相对应的改变背吃刀量修改为改变切削速度即可进行。 (4) 单因素切削力实验综合公式 在三个实验进行完毕之后,返回求取单因素切削力实验综合公式界面。点击[求 单因素综合公式]软按钮,程序将把已有的三向切削力单因素实验公式进行综合,计 算出相应的综合公式,并将这三个综合公式写进数据库。如果需要对实验的数据进 行查询及打印,请阅读实验系统帮助依据具体的步骤进行相应的操作。

五、实验数据的处理及经验公式的建立
在实验的数据处理过程中我的们本实验还用到了最小二乘法和一元线性回归以 及多元线性回归等方法, 而且应用拟合逼近的方法使数据更加符合实际情况。 例如, 在改变背吃刀量单因素切削力实验结束后将得到如下的公式:
x Fc ? C Fc a Pc

F f ? CFf aP f
x

FP ? CFP aPp
x

式中: FC —切向力; F f —轴向力; FP —径向力;
C Fc —背吃刀量对切向力 FC 的影响系数;

C F f —背吃刀量对轴向力 F f 的影响系数;
C FP —背吃刀量对径向力 FP 的影响系数。

同样在进行改变进给量单因素切削力实验和改变切削速度单因素切削力实验 完成后也将得到相类似的公式:
7

在进行完单因素切削力实验后,通过求取单因素实验综合公式,得到如下的 公式:
Fc ? C Fc a PFc f
FP ? C FP a PFP f
x

x

y Fc
yF p

vc Fc
vc FP
n

n

F f ? CF f aP f f

xF

yF f

vc

nF f

六、思考题
1. 从实验结果, 分析切削用量 asp、 等对主车削力的影响规律, f 并解释其原因。 2. 欲通过增大 ap 或 f 使单位时间金属切除量增加一倍(其它条件保持不变), 甲、乙二人各采取如下措施。 甲:f 保持不变,将 ap 增大一倍。 乙:ap 保持不变,将 f 增大一倍。 试问:从有利于减少切削力观点出发,何者恰当?为什么? 3.有哪些因素会导致本实验的误差?你对本实验有何改进意见?

七、实验报告要求
实验报告应包含下面的内容。 1、实验目的 按实验指导书写出实验的目的。 2、实验仪器设备 记录实验时所使用的仪器、设备(名称、规格) 3.实验原始数据 按附录要求记录实验原始数据 4、实验数据处理 (1)给出切削力的经验公式 (2)画出实验曲线 随 a p 的变化,三向切削力的变化曲线 随 f 的变化,三向切削力的变化曲线 随 v c 的变化,三向切削力的变化曲线 5、思考题 回答实习报告的思考题

附录: 切削力测定实验的原始数据
一、实验条件:
1. 车床型号: 2. 工件参数 工件材料 热处理状况 工件形状 夹持方式 直径(mm) 长度(mm)

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3. 测力传感器型号: 4. 刀具参数: (1) 刀具(刀片)材料: (2) 刀具几何参数
单位:度

刀具前角

刀具主后角

刀具副后角

刀具主偏角

刀具副偏角

刀具刃倾角

二、实验数据
1. a p ? 1mm , n ? 337 r / min , V ? ?Dn / 1000 (m / min)
f (mm)

0.12

0.16

0.20

经验公式

Fc (N)

F f (N) Fsp (N) 2. f ? 0.2mm / r , n ? 337 r / min a p (mm)
Fc (N)

0.5

1

1.5

经验公式

F f (N) Fsp (N)
3. a p ? 1mm , f ? 0.2mm / r n(mm)
Fc (N)

164

246

337

经验公式

F f (N) Fp (N)
4.求单因素综合实验公式

实验二
一、目的和意义

机床静刚度测定(验证性实验)

机床刚度是衡量机床工作性能的主要指标之一,分为静刚度和动刚度。静刚度 是稳态(包括静态)工作的刚度,它是衡量机床抵抗机床静载变形的能力,它主要 影响工件的尺寸精度和形状精度;动刚度是机床在不稳态(振动)工作下的刚度, 它是衡量机床抗振能力,它主要影响工件的波度和粗糙度。除此之外,静刚度也影 响机床的动刚度, 提高机床的静刚度不仅可以提高机械加工的尺寸精度和形状精度,
9

而且可以提高机床的抗振能力。 1.熟悉机床各部件静刚度的测定方法,培养学生对实验结果的分析能力。 2.加深理解关于机床静刚度的概念,分析机床静刚度对加工精度的影响。 3.验证机床各部件,那个部件刚度相对大些,那个部件相对小些。 4.掌握绘制刚度曲线的要领。

二、实验的仪器设备
1.C618—2H 普通车床 1 台 2.大刚度光轴 1件 3.加力器 1套 4.千分表 4只 5.前、后顶尖

1套

三、实验原理
工艺系统在静载荷的作用下,会产生相应的变形。工艺系统抵抗静变形的能力 称为静刚度。 k ?
Fy y

, Fy 为静载荷 F 在 y 方向的分力, y 为静载荷 F 引起的变形。

静态测定法是机床不工作状态下,模拟切 削时的受力情况测定机床静刚度的一种方法。 实验时,如图 1 所示,在顶尖间装在一根刚度 很大的心轴 1, 将加力器固定在刀架上, 在加力 器和光轴之间装一个测力环。整个系统的载荷 是由加力器的加力螺钉产生的。当用扳手转动 螺钉时,螺钉紧压测力环的外缘,于是作用力 一方面传到车床的刀架上,另一方面经过心轴 传到前后顶尖上,加力器位于心轴中点,则床 头和尾座各受到力为
Fy 2

图 2-1

,刀架受全部载荷 Fy 。

头座和尾座的变形由千分表 1、2 读出,刀架的 变形由千分表 4 读出,模拟切削力由测力环上 的千分表 3 读出。

四、实验步骤

图 2-1

(1)用顶尖将心轴紧固在车床主轴和尾座之间 (2)将加力器调整好,装在刀架上。 (3)按图 1 所示位置安装千分表,将千分表的读数调“0” (4)拧动螺钉 5 均匀地对机床施加载荷,每隔 2 个格加载 1 次,加载时观察和 记录千分表 4 的读数,记录千分表 2、3、6 的读数,共加载 10 次。 (5)然后进行卸载,每隔 2 个格卸载 1 次,记录千分表 2、3、6 的读数,直至 千分表的读数为“0” 。 (6)重复加载和卸载过程 3 次。
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五、思考题
1.对刚度曲线进行讨论。 2.对车床来讲,那个刚度大,实测结果如何? 3.根据实验结果,在车床上用前后顶尖支承,车削一刚性心轴,将产生什么 样的加工误差。 4.如果出现“负刚度”如何解释?

六、实验报告要求
实验报告应包含下面的内容。 1、实验目的 按实验指导书写出实验的目的。 2、实验仪器设备 记录实验时所使用的仪器、设备(名称、规格) 。 3、实验原始数据 按附录要求记录实验原始数据。 4、实验数据处理 (1)分别画出头座、刀架、尾座的刚度曲线(坐标纸或计算机编程画出) ; (2)计算各点的瞬时平均刚度和平均刚度,格式见下表。 车 床 部 件 序号
Fy

头座
y
k

刀架
Fy

尾座
k

y

Fy

y

k

平均刚度

k头座 =

k刀架 =

k 尾座 =

5、思考题 回答实习报告的思考题。

附: 机床静刚度测定的原始数据
一、 实验条件 机床: 量具: 试件: 二、实验记录

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测点千分表读数 力 读 数 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 加载 2 3 1 头座 卸载 2 3 1 加载 2 3 1 刀架 卸载 2 3 1 加载 2 3 1 尾座 卸载 2 3

实验三

加工误差统计分析(综合型实验)

一、实验的目的和意义
通过实验使学生掌握用统计分析方法综合分析加工误差时所依据的基本理论、 知识和方法。 加工一批工件,测量其加工尺寸,对测得的数据进行处理,用统计方法分析此 工序的加工精度,要求绘制图形并进行分析。

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二、基本原理
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 并相同。 通过测量一批工件的加工尺寸可画 出频数直方分布图。 如果所取的工件数量较 多,组距较小时,折线图就近似实际分布曲 线。在没有明显变值系统误差的情况下,工 件的误差是由许多相互独立的微小随机误 差所组成,则工件尺寸分布符合正态分布, 如图 3-1 所示。方程为:
? ( x? x )2 2? 2

y?

1

? 2?

e

图 3-1

图 3-1 正态分布曲线

式中

x -工件的平均尺寸; ? -均方根误差; x -工件尺寸。

工件尺寸可以近似被认为分布在 x ? 3? 的范围内,工序的工艺能力系数为:
CP ? T 6?

式中

T-图纸规定的工件的尺寸公差。

三、实验的仪器设备
1.量具:千分尺 2.计算工具:计算机 3.工件:若干 1把 1台

四、实验步骤
1.测量工件的加工尺寸,每个工件测量 2 次,记录测量结果。 2.绘制实验分布曲线,作图步骤: (1)找出这批工件加工尺寸的最大值 X max 和最小值 X min ; (2)确定分组数 K(建议 K 在 7~12 之间) (3)计算组距 d
d? X max ? X min K

(4)作出频数分布图;

13

(5)计算 X 和 S

X?

1 ? Xi ,S ? n i ?1

n

? (X i ? X )2 i ?1
n ?1

n

(6)绘出实验分布图线 (7)计算工序能力 C P , C P ?
T 6?

实验报告
学号 姓名 同组人员 一、所用实验设备 1.量具: 2.计算工具: 3.工件: 二、实验记录
测量值 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 X1 X2 总计

班级

实验日期

成 绩 指导教师

平均值
X

?X

测量值 序号 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 X1 X2

总计

平均值
X

?X

14

14 15 16 17 18 19 20 21 22 测量值 序号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 X1 X2 总计 平均值
X

64 65 66 67 68 69 70 71 72 测量值 序号 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 X1 X2 总计 平均值
X

?X

?X

15

46 47 48 49 50

96 97 98 99 100

三、实验数据处理 1.绘制点图(用坐标纸或用计算机编程来绘制)

2.频数分布图 组 组距 号 自(mm) 至(mm)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
X?

组中值 (mm)

频数

频率

??

CP ?

3.绘制分布曲线

四、思考题 1.本工序点图说明什么问题? 2.本工序的分布曲线图是否接近正态分布图?
16

3.根据工序能力系数,确定本工序属于几级工序?

实验四
一、实验目的

主轴回转误差测试(综合型实验)

1.掌握主轴回转精度的测量原理和方法。 2.掌握机床主轴回转误差对加工精度的影响

17

3.分析测试结果,评定主轴回转精度的高低。

二、实验原理及方法
在现场中,测量主轴回转误差的方法是将一根精密的心棒插入主轴孔,在外圆 表面的两处及端部打表,如图 3-1 所示。这种方法简单,但测量的径向位移误差中 包含主轴回转轴线的径向移动,又有锥孔相对与回转轴线的偏心引起的径向移动。 在则由于打表测量是在主轴慢速回转下测量的,不能反映主轴在工作转速下的回转 误差。

图 3-1

目前,刀具回转类机床的回转误差测量方法是在主轴端粘结一个精密圆球(或 环)1,球的中心和主轴的回转中心线允许有偏心,在测量球的周围垂直安装两个位 移传感器(电容式或涡流式)2,传感器和测量球间保持一定的间隙 e ,如图 3-2 (a)所示。当主轴旋转时,由于轴心线偏离引起测量间隙变化,两个传感器发出信 号, 分别输入测试系统的两个通道进行方法, 在示波器或计算机上屏幕上进行显示。 若测量球是绝对的圆,主轴旋转是正确的话,将显示一个以测量球偏心 e 为半径的 真圆。如果主轴存在径向误差 ? ,将误差迭加到球心所作的圆周运动上,如图 3-2 (b)所示,传感器输出的信号为:

1-测量球

2-传感器 3-示波器(或显示器) 图 3-2

Y ? e cos wt ? ? cos(wt ? ? )
Z ? e sin wt ? ? sin(wt ? ?

图形的瞬时半径 R 为:
R ? e 2 ? ?2 ? 2e??cos(wt ? ? ) cos wt ? sin(wt ? ? ) sin wt?

坐标变换,令 Y 坐标与偏心矢量 e 的方法重合,则
18

R ? e 2 ? ?2 ? 2e? cos wt

则主轴回转瞬时误差为瞬时半径与基圆半径之差,即
?r ? R ? e

测量工件回转类机床的主轴回转误差时,由于垂直方向的主轴移动虽然能被测 量出来,但车削加工中 z 方向的主轴移动误差引起的加工误差只是二次小误差,所 示显示的图形并不反映工件的形状误差。 主轴的轴向窜动的测量,可在轴端中心位置安装一个位移传感器直接测量。

三、实验仪器及设备
1.ZX25 钻铣床、HQ400/3、磁力表座 2.DH5920 动态信号测试分析系统 3.WD302 振动位移传感器

四、实验步骤
1.安装测试装置 将摆动装置的锥柄插入主轴锥孔内。 2.安装传感器 安装传感器,并调整传感器与测量部位的距离,达到仪器所要求的原始间隙。 3.按方框图联接各仪器

图 3-3 4.打开计算机电源和测试仪器电源 5. 运行软件 待测试仪器自检完成后,在计算机上启动 DH5920 动态信号采集分析系统,如图 3-4 所示.

19

图 3-4 6.创建一个新项目 在文件 7.运行参数设置 (1) 频率选择 采样频率取整,指采样频率按整数 倍关系设计,分析频率按:分析频率= 采样频率÷2.56, 自动运算显示, 并可能 有小数位。无需频域分析时推荐使用。 分析频率取整,指采样频率按 2.56 倍关 系设计,分析频率按:分析频率=采样频 率÷2.56,自动运算显示,无小数位。 (2) 工作通道范围
通过设置起始通道和结束通道, 可以指定 进行数据采集和通道显示时的通道范围。 工作 通道量的多少将影响到最高采样频率的可选 范围。参考通道只用于频响函数分析(即传函 分析)中,参考通道接激励信号,其它通道接 响应信号。 可由用户根据实际情况自由选择某 个通道作为参考通道。

(3) 文件选取目录 递增存盘路径:用户在第一次输 入项目名称后,每次采集将自动递增产 生文件存储目录及路径保存文件,不再
20

Tu

提示用户输入项目名称。 图 3-5 8.系统参数设置 (1)采样频率 采样频率,范围在 10Hz-100Khz 或 12.8-128KHz 之间,分为 13 档,连续记录 方式下最高采样频率受工作通道数量的限制, 随着工作通道的增加, 最高频率下降。 (2)分析频率 分析频率,范围在 3.91Hz-39.06Khz,分为 13 档,最高 分析频率受工作通道数量的限制, 随着工作通道的增加, 最 高频率下降。分析频率=采样频率/2.56 (3)采样方式 采样方式包括“示波”“瞬态”“连续”记录方式。 、 、 “示波”是指采集到的数据仅仅显示,不进行存盘。
“瞬态”多用于记录稳态信号,采集的数据量一般比较少,采 集的信号多用来进行频域分析处理。

“连续”记录多用于较长时间采集非稳态信号(即随 时变化的信号) 。通过这种采样方式,可以将信号无间断地 记录下来,采集的时间仅受硬盘容量的限制。 (4)触发方式 触发方式包括“手动触发”和“信号触发”二种?!笆?动触发” 是指只要人为发出开始采样命令, 即开始进行采样, 不受信号等条件的制约?!靶藕糯シⅰ笔侵钢挥胁杉男藕?电压达到触发水平时才开始采集。 图 3-6 9.通道参数设置 “通道参数”用来控制各个通道的数 据采集。选择菜单项“查看|通道参数栏” , 或点击工具栏上的“显示或隐藏通道参数 栏”按钮 ,在测量类型中选择:内输入 图 3-7 10.测试过程 (1)新建窗口 新建 4 个窗口,分别显示三个传感器测量的数据,以及 WD-1 和 WD-2 合成 的数据。 (2)显示数据 在窗口中, 单击鼠标右键, 选择“信号选择” ,在窗体内选择通道的时间曲线, 显示单个通道的数据时,选择普通绘图方式;在显示两个通道合成的数据时,选择: X-Y 记录方式。 (3)平衡与清零 在正式采样前,要对所有的通道进行平衡和清零,可以通过控制工具栏上的平
21

数采。在通道参数选择:AC

衡按钮和清零按钮来实现。 (4)采样 完成前面的工作以后,选择菜单项“控制|启动采样” ,或单击工具栏上的“启 动采样”按钮,即可以开始采样。

四、分析整理实验数据,写出实验报告
1.传感器标定数据的原始数据
位移传感器编号 传感器灵敏度( mV / ?m ) WD-1 WD-2 WD-3

2.误差曲线 单个通道的误差曲线如图 3-8 所示。

图 3-8 合成通道的误差曲线如图 3-9(a)所示。图 3-9(b)所示为平均误差运动图 象。

a

图 3—9 误差运动图 象

b

五、实验结果分析:
(1)评定主轴回转精度的等级, (按下表进行评定) 等级 误差 0 2 0.5 3 1 4 2 5 5 6 10 7 15 7 20 8 40

(2)找出制造装配等因素和回转误差的关系。
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(3)提出主轴部件设计制造改造的意见。

六、思考题
1.回转精度的测试原理和方法是什么? 2.刀具回转类机床和工件回转类机床测量时有何不同? 3.分析测量钻铣床主轴回转误差的大小对加工精度是如何影响的?

附录 1:实验中传感器标定数据表 位移传感器编号 传感器灵敏度( mV / ?m ) W0885 5.070 W0886 5.079 W0887 5.063 W0888 5.085

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实验五 一、 实验目的

六点定位及夹紧装置

1.1 通过六点定位实验,学习和掌握六点定位原理,完全定位、不完全定位,欠定 位、过定位的区别和使用方法等。 1.2 通过偏心夹紧夹具实验和螺旋夹紧夹具实验,学习和掌握偏心夹紧夹具和螺旋 夹紧夹具的定位和夹紧原理

二、实验设备和工具
2.1 六点定位台,长方体工件,盘状工件,轴类工件 2.2 I 号和 II 号两套偏心夹紧夹具机构,螺旋夹紧夹具机构,待夹紧工件 2.3 装拆夹具所用工具(扳手、螺丝刀等)

三、实验原理
3.1 六点定位原理: 工件在夹具中的定位,就是要使工件在夹具中占据正确的加工位置,这可以通 过布置定位支承点限制工件相应的自由度获得。任何一个工件 (刚体)在空间直角 坐标系中都具有六个自由度,见图 5.1 。以 移动(或称移动自由度) ,以 , , , Z 分别表示沿三个坐标轴的轴向
?

, 分别表示绕三个坐标轴的转动(或称为转动

自由度) 。由此可见,要使工件在夹具中占有确定的位置,就是要在空间直角坐标系 中,通过合理的布置定位元件限制工件的六个自由度。在 x—y 平面 (A 面)上布 置三个支承钉,把工件放在三个支承钉上,就可限制工件的三个自由度 , ,Z ; ;
?

在 y—z 平面上(B 面)上布置两个支承钉, 使工件靠在两个支承钉上, 就可限制 ,

在 x--z 平面(C 面)上布置一个支承钉,使工件靠在这个支承钉上,又可限制工件一 个自由度 。通过工件与六个支承点接触,限制其六个自由度。

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图 5.1

刚体在空间的六个自由度

完全定位和不完全定位:工件定位时,其六个自由度全部被限制的定位称为完 全定位.如果工件根据加工要求只需要限制其部分自由度,虽然工件在空间不占有 一个完全确定的位置,但不影响该工序加工要求时称为不完全定位。 欠定位:工件实际定位所限制的自由度数目,少于按该工序加工加工要求必须 限制的自由度数目称为欠定位。 过定位:工件定位时,如果出现两个或两个以上的定位支承点重复限制工件上 的同一个自由度则称为过定位。 3.2 偏心夹紧机构原理 偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件。 偏心夹紧的夹紧力可用下式计算: 其中 W——夹紧力 (N) Q——手柄上动力(N) L——动力力臂(mm)
W ? QL ?[t an( P ? ? 2 ) ? t an?1 ] ?

? ____转动中心 O2 到作用点 P 间距离(mm)

? p ____夹紧楔角(°)
? 2 ——转轴处的摩擦角(°)

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偏心夹紧机构的优点是结构简单, 操作方便, 动作迅速。 其缺点是自锁性能差, 夹紧行程和增力比小。 3.3 螺旋夹紧机构原理 螺旋可以视为绕在圆柱体上的斜楔,所以螺旋夹紧力的计算公式:
F? QL
' r ' t a n 1 ? rz t a n ( ? ? 2 ) ? ?

其中,F—单个螺旋夹紧时产生的夹紧力(N) Q—原始作用力 L—作用力臂(mm) r’—螺旋副的当量摩擦半径(mm),其值视螺旋副的结构形式而定

? 1 —螺杆端部与工件键的摩擦角(°)
rz —螺纹中径之半(mm)

? —螺纹升角(°)
' , ' ? 2 —螺旋副的当量摩擦角(°) ? 2 =arctan(tan ? 2 /cos ? ),式中 ? 2 为螺旋副的

摩擦角(°) ? 为螺纹牙型半角(°) , 螺旋夹紧机构结构简单,易于制动,增力比大,自锁性好,是手动夹紧中应用 最广泛的一种夹紧机构;缺点是动作较慢。

四、实验步骤
4.1 六点定位实验步骤 4.1.1 长方体工件的定位实验内容和步骤 1. 认识六点定位实验的实验装置,支承钉,长方体工件(见图 5.2); 2.分别单独实现工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动; 3. 在由定位实验装置所确定的 XY 坐标平面中确定支承钉 1、支承钉 2、支承钉 3 的位置,在 XZ 坐标平面中确定支承钉 4、支承钉 5 的位置,在 YZ 坐标平面中 确定支承钉 6 的位置; 至此,工件的沿 X、Y、Z 轴的移动和绕 X、Y、Z 轴的转 动自由度已被消除,实现了工件的完全定位; 4. 参照不完全定位,欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法(增加或减少支 承钉或其它)来实现上述定位方法;
26

5. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。

(a)约束坐标系

(b)定位方式

图 5.2 长方体工件的定位

4.1.2 盘状工件的定位实验内容和步骤 1. 认识六点定位实验的实验装置,支承钉,圆销,圆盘工件(见图 5.3); 2.分别单独实现工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动; 3. 在由定位实验装置所确定的 XY 坐标平面中确定支承钉 1、支承钉 2、支承钉 3 的位置,在 XZ 坐标平面中确定支承钉 4、圆销 5 的位置,在 YZ 坐标平面中确 定支承钉 6 的位置; 4、参照不完全定位,欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法(增加或减少支 承钉或其它)来实现上述定位方法; 5. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。

(a)约束坐标系

(b)定位方式

图 5.3 盘状工件的定位

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4.1.3 轴类工件的定位实验内容和步骤 1. 认识六点定位实验的实验装置,V 型块,支承钉,块,轴类工件(见图 5.4); 2.分别单独实现工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动; 3. 将工件安放到 V 型块中,把支承钉和块组合在工件开槽处固定工件; 4、参照不完全定位,欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法(增加或减少支 承钉或其它)来实现上述定位方法; 5. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。

(a)约束坐标系

(b)定位方式

图 5.4 轴类工件的定位

4.2 偏心夹紧夹具实验步骤 4.2.1 I 号偏心夹紧夹具实验内容及步骤 1. 认识偏心夹紧夹具实验的实验装置; 2.将手柄转到水平位置,把工件安放到夹具体相应位置; 3. 按不同角度转动手柄,即在工件上施加相应的夹紧力; 4.可拆卸夹具,并按照图 5.5 进行组装; 5. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。 4.2.2 II 号偏心夹紧夹具实验内容及步骤 1. 认识偏心夹紧夹具实验的实验装置; 2.将手柄转到水平位置,把工件安放到夹具体相应位置; 3. 按不同角度转动手柄,即在工件上施加相应的夹紧力;

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4.可拆卸夹具,并按照图 5.5 进行组装; 5. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。

图 5.5 I 号偏心夹紧夹具(上图)和 II 号偏心夹紧夹具(下图) 1— 扳手 2—夹具体 3—套 4—工件 5—拉杆 6——偏心轮 7—手柄 8—板手 9—杆 10—销 11—偏心轮 12—垫

4.3 螺旋夹紧夹具实验步骤 1. 认识螺旋夹紧夹具机构,装卸/装配夹具(见图 5.6) (在本实验中,待加工内容是扇形工件的三个 Φ 8H8 的孔) 2. 工件端面与定位销轴 2 的大圆柱面靠紧,工件的右侧面靠紧档销 3; 3. 拧动螺母 10 使工件夹紧,通过开口垫圈将工件夹紧在定位销轴 2 上; 4.三个 Φ 8H8 孔的分度是由固定在定位销轴 2 的转盘 11 来实现的。当分度定 位销 5 分别插入转盘的三个分度定位套 4, 4′和 4〞时, 工件获得三个位置, 来保证三孔均匀分布。分度时,拧动手柄 7,可松开转盘 11,拔出分度定位 销 5,由转盘 11 带动工件一起转过 20°后,将定位销 5 插入另一分度定位 套中,然后顺时针拧动手柄 7,将工件和转盘夹紧;

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5.可拆卸夹具,并按照图 5.3 进行组装; 6. 清理实验设备、装置、工量具及实验台。

图 5.6 螺旋夹紧图 1— 工件 2—定位销轴 3—挡销 4—定位套 5—分度定位销 6—手钮 7—手柄 8—衬套 9—开口垫圈 10—螺母 11—转盘 12—钻模套 13—夹具体

五、问题讨论
5.1 结合六点定位实验比较不完全定位和欠定位的区别? 5.2 偏心夹紧夹具实验中的定位是哪一种类型的定位? 5.3 螺旋夹紧夹具实验中的定位是哪一种类型的定位?

六、实验报告要求
实验报告应包含以下内容: 6.1 实验目的 6.2 实验仪器设备 记录实验时所使用的仪器、设备(名称、规格) 6.3 结合六点定位原理, 分析偏心夹紧夹具实验中工件的定位自由度和夹紧方向 (要 求绘出定位和夹紧示意图) 6.4 结合六点定位原理, 分析螺旋夹紧夹具实验中工件在某一分度位置的定位自由度 和夹紧方向(要求绘出定位示意图) 6.5 回答问题讨论中的各项问题
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