北华航天工业学院：《机械制造技术基础》课程教学实验指导书（共七个实验）

《机械制造技术基础》 课程实验指导书 专业 班级 学号: 姓名: 北华航天工业学院 机电工程学院 2015.01

《机械制造技术基础》 课程实验指导书 专业： 班级： 学号： 姓名： 北华航天工业学院 机电工程学院 2015.01

前言 《机械制造技术基础》是针对机械工程学科所有本科生开设的一门专业基础 课程,是将原《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》、《金属切削机床概论》 《机床夹具》等课程的基本内容及先进制造技术进行整合而形成的一门课程。该 课程实践性强,因此其实验教学内容的设定对于提高课程教学质量,加深学生对 课程内容的理解,培养学生的实践能力起到了至关重要的作用。为了实现对学生 实验教学内容的指导,提高实验教学效果,特编写此实验指导书 本实验指导书共提出七个实验,包括:车刀几何角度测量实验、切削变形实 验、切削力实验、典型专用机床夹具结构分析及定位误差分析实验、机床主轴回 转精度实验、机床静刚度实验以及加工误差统计分析实验。 本实验指导书适用实验学时为4~10学时,适用专业包括:机械设计制造及 其自动化、飞行器制造工程、测控技术与仪器、材料成型及控制工程、金属材料 工程以及工业设计等专业。各专业可根据课程教学大纲和实验教学计划的不同, 酌情选取开设实验 本实验指导书的主要编审人员包括:张莉英、刘新宇、蒋放、黄卫等。此外, 王怀明教授及郑广花教授在实验指导书编写过程中给予了大量的建设性意见及 帮助,对此深表感谢! 鉴于编者水平有限,谨请读者对本书存在的差误和不当之处,提出批评指正

前 言 《机械制造技术基础》是针对机械工程学科所有本科生开设的一门专业基础 课程，是将原《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》、《金属切削机床概论》、 《机床夹具》等课程的基本内容及先进制造技术进行整合而形成的一门课程。该 课程实践性强，因此其实验教学内容的设定对于提高课程教学质量，加深学生对 课程内容的理解，培养学生的实践能力起到了至关重要的作用。为了实现对学生 实验教学内容的指导，提高实验教学效果，特编写此实验指导书。 本实验指导书共提出七个实验，包括：车刀几何角度测量实验、切削变形实 验、切削力实验、典型专用机床夹具结构分析及定位误差分析实验、机床主轴回 转精度实验、机床静刚度实验以及加工误差统计分析实验。 本实验指导书适用实验学时为 4~10 学时，适用专业包括：机械设计制造及 其自动化、飞行器制造工程、测控技术与仪器、材料成型及控制工程、金属材料 工程以及工业设计等专业。各专业可根据课程教学大纲和实验教学计划的不同， 酌情选取开设实验。 本实验指导书的主要编审人员包括：张莉英、刘新宇、蒋放、黄卫等。此外， 王怀明教授及郑广花教授在实验指导书编写过程中给予了大量的建设性意见及 帮助，对此深表感谢！ 鉴于编者水平有限，谨请读者对本书存在的差误和不当之处，提出批评指正

目录 实验一车刀几何角度测量实验 、实验目的和要求 二、实验装置. 三、实验原理 四、实验内容. 五、实验步骤. 六、实验结果及分析 6 七、思考题. 实验一车刀几何角度测量实验报告 8 实验二切削变形实验. 11 实验目的 二、实验装置 ..,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.11 三、实验原理. ....11 四、实验内容 五、实验步骤. 六、实验数据处理 实验二切削变形实验报告. 实验三切削力实验 实验目的 二、实验设备及用具 三、实验原理. 四、实验内容及步骤. 五、实验结果分析及数据处理. .23 六、思考题. 实验三切削力实验报告 非非 实验四典型专用机床夹具结构及定位误差分析实验 实验目的. ....29 二、实验要求

I 目 录 实验一 车刀几何角度测量实验 .............................. 1 一、实验目的和要求..............................................1 二、实验装置....................................................1 三、实验原理....................................................1 四、实验内容....................................................2 五、实验步骤....................................................2 六、实验结果及分析..............................................6 七、思考题......................................................7 实验一 车刀几何角度测量实验报告 ............................... 8 实验二 切削变形实验 .................................... 11 一、实验目的...................................................11 二、实验装置...................................................11 三、实验原理...................................................11 四、实验内容...................................................12 五、实验步骤...................................................12 六、实验数据处理 ............................................. 13 实验二 切削变形实验报告 ...................................... 15 实验三 切削力实验 ...................................... 17 一、实验目的...................................................17 二、实验设备及用具.............................................17 三、实验原理...................................................17 四、实验内容及步骤.............................................22 五、实验结果分析及数据处理.....................................23 六、思考题.....................................................24 实验三 切削力实验报告 ........................................ 25 实验四 典型专用机床夹具结构及定位误差分析实验 ........... 29 一、实验目的...................................................29 二、实验要求...................................................29

三、实验装置. .......29 四、实验内容 五、实验步骤. 六、思考题. 实验四典型专用机床夹具结构及定位误差分析实验报告 实验五机床主轴回转精度实验 实验目的. 二、实验装置 ..34 三、实验原理. 四、实验步骤. 35 五、实验数据分析与处理......36 六、思考题 实验五机床主轴回转精度实验报告 实验六机床静刚度实验 实验目的..39 二、实验装置 三、实验原理. 四、实验步骤. 五、实验数据分析与处理. 41 六、思考题. 实验六机床静刚度实验报告 实验七加工误差统计分析实验. 、实验目的. 实验装置. 三、实验原理及方法 四、实验步骤. 五、实验数据分析与处理. 45 实验七加工误差统计分析实验报告

II 三、实验装置...................................................29 四、实验内容...................................................29 五、实验步骤...................................................30 六、思考题.....................................................30 实验四 典型专用机床夹具结构及定位误差分析实验报告 ............. 31 实验五 机床主轴回转精度实验 ............................. 34 一、实验目的...................................................34 二、实验装置...................................................34 三、实验原理...................................................34 四、实验步骤...................................................35 五、实验数据分析与处理.........................................36 六、思考题.....................................................36 实验五 机床主轴回转精度实验报告 .............................. 37 实验六 机床静刚度实验................................... 39 一、实验目的...................................................39 二、实验装置...................................................39 三、实验原理...................................................39 四、实验步骤...................................................40 五、实验数据分析与处理.........................................41 六、思考题.....................................................41 实验六 机床静刚度实验报告 .................................... 42 实验七 加工误差统计分析实验 ............................. 44 一、实验目的...................................................44 二、实验装置...................................................44 三、实验原理及方法.............................................44 四、实验步骤...................................................44 五、实验数据分析与处理.........................................45 实验七 加工误差统计分析实验报告 .............................. 47

实验一车刀几何角度测量实验 实验目的和要求 1、熟悉车刀切削部分的构成要素,掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀标注 角度的定义; 2、了解车刀量角台的结构,学会使用量角台测量车刀标准角度 3、绘制车刀标注角度图,并标注出测量得到的各角度数值 二、实验装置 1、回转工作台式车刀量角台; 2、外圆车刀、90°偏刀或切断刀若干 、实验原理 车刀的标注角度可以用车刀量角台进行测量。测量的基本原理是:按照车刀标注角度的 定义,在切削刃选定点上,用量角台的指针平面(或侧面或底面),与构成被测角度的面或 线紧密贴合(或相平行、或相垂直),把要测量的角度测量出来 平面 侧平面 底平面 心G 图1-1量角台的构造 图1-2测量片 车刀量角台结构如图1-1所示。量角台主要由底盘1、平台3、立柱7、测量片5、扇形 盘6、10等组成。底盘1为圆盘形,在零度线左右方向各有100角度,用于测量车刀的主 偏角和副偏角,通过底盘指针2读出角度值;平台3可绕底盘中心在零刻线左右1009范围

1 实验一 车刀几何角度测量实验 一、实验目的和要求 1、熟悉车刀切削部分的构成要素，掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀标注 角度的定义； 2、了解车刀量角台的结构，学会使用量角台测量车刀标准角度； 3、绘制车刀标注角度图，并标注出测量得到的各角度数值。 二、实验装置 1、回转工作台式车刀量角台； 2、外圆车刀、90º偏刀或切断刀若干。 三、实验原理 车刀的标注角度可以用车刀量角台进行测量。测量的基本原理是：按照车刀标注角度的 定义，在切削刃选定点上，用量角台的指针平面（或侧面或底面），与构成被测角度的面或 线紧密贴合（或相平行、或相垂直），把要测量的角度测量出来。 图 1-1 量角台的构造 图 1-2 测量片 车刀量角台结构如图 1-1 所示。量角台主要由底盘 1、平台 3、立柱 7、测量片 5、扇形 盘 6、10 等组成。底盘 1 为圆盘形，在零度线左右方向各有 1000角度，用于测量车刀的主 偏角和副偏角，通过底盘指针 2 读出角度值；平台 3 可绕底盘中心在零刻线左右 1000范围

内转动:定位块4可在平台上平行滑动,作为车刀的基准;测量片5,如图1-2所示,有 主平面(大平面)、底平面、侧平面三个成正交的平面组成,在测量过程中,根据不同的情 况可分别用以代表主剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘6上有正副45的刻度,用于 测量前角、后角、刃倾角,通过测量片5的指针指出角度值;立柱7上制有螺纹,旋转升 螺母8就可以调整测量片相对车刀的位置 四、实验内容 1、利用车刀量角台分别测量所给车刀的几何角度,要求测量:kkx,A3、ya,a a。等角度 2、记录测得的数据,并计算出刀尖角G和楔角B 五、实验步骤 (一)调整车刀量角台至原始位置 用车刀量角台测量车刀标注角度之前,必须先调整量角台使工作台、大扇形刻度盘和小 扇形刻度盘指针全部指零,使定位块侧面与测量片的大平面垂直,这样就可以认为:测量片 的大平面垂直于平台平面,且垂直于平台对称线(即零度线);测量片的底平面平行于平台 平面;测量片的侧平面垂直于平台平面,且平行于平台平面对称线(零度线)。 我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置 (二)测量前的准备 把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上,使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动,并 且可使车刀在定位块的侧面上滑动,这样就形成了一个平面坐标,可以使车刀置于一个比较 理想的位置 (三)车刀主(副)偏角的测量 1、偏角的定义 主偏角k在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向夹角 副偏角κ:在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角 2、进给运动方向的确定 由于规定进给运动方向与刀具轴线垂直,在量角台上即垂直于零度线,故可以把测量片 大平面上平行于平台平面的直线作为进给运动方向,其与主(副)切削刃在基面的投影有 夹角,即为主(副)偏角 3、测量方法 如图1-3所示,从零位开始顺时针方向旋转平台,使主切削刃与测量片的大平面贴合, 即主切削刃在基面的投影与进给运动方向重合,这时平台在底盘上所旋转的角度,也就是底 盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值,就是主偏角Kr的大小;按同样的方法操作,如图1-4 所示,从零位逆时针方向旋转平台,使副切削刃与测量片的大平面贴和,即副切削刃在基面 的投影与走刀反方向重合,这时平台在底盘上旋转的角度,也就是此时底盘指针所指的刻度 值,就是该刀具的副偏角κr’。 (四)车刀刃倾角(A)的测量 1、刃倾角A,的定义

2 内转动； 定位块 4 可在平台上平行滑动，作为车刀的基准；测量片 5，如图 1-2 所示，有 主平面（大平面）、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情 况可分别用以代表主剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘 6 上有正副 450的刻度，用于 测量前角、后角、刃倾角，通过测量片 5 的指针指出角度值；立柱 7 上制有螺纹，旋转升降 螺母 8 就可以调整测量片相对车刀的位置。 四、实验内容 1、利用车刀量角台分别测量所给车刀的几何角度，要求测量：κr、κr＇、λs、γo、α o 、αoˊ等角度； 2、记录测得的数据，并计算出刀尖角 εr 和楔角 βo ； 五、实验步骤 （一）调整车刀量角台至原始位置 用车刀量角台测量车刀标注角度之前，必须先调整量角台使工作台、大扇形刻度盘和小 扇形刻度盘指针全部指零，使定位块侧面与测量片的大平面垂直，这样就可以认为：测量片 的大平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线（即零度线）；测量片的底平面平行于平台 平面；测量片的侧平面垂直于平台平面，且平行于平台平面对称线（零度线）。 我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置。 （二）测量前的准备 把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动，并 且可使车刀在定位块的侧面上滑动，这样就形成了一个平面坐标，可以使车刀置于一个比较 理想的位置。 （三）车刀主（副）偏角的测量 1、偏角的定义 主偏角κr：在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向夹角； 副偏角κr＇：在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。 2、进给运动方向的确定 由于规定进给运动方向与刀具轴线垂直，在量角台上即垂直于零度线，故可以把测量片 大平面上平行于平台平面的直线作为进给运动方向，其与主（副）切削刃在基面的投影有一 夹角，即为主（副）偏角。 3、测量方法 如图 1-3 所示，从零位开始顺时针方向旋转平台，使主切削刃与测量片的大平面贴合， 即主切削刃在基面的投影与进给运动方向重合，这时平台在底盘上所旋转的角度，也就是底 盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值，就是主偏角κr 的大小；按同样的方法操作，如图 1-4 所示，从零位逆时针方向旋转平台，使副切削刃与测量片的大平面贴和，即副切削刃在基面 的投影与走刀反方向重合，这时平台在底盘上旋转的角度，也就是此时底盘指针所指的刻度 值，就是该刀具的副偏角κr＇。 （四）车刀刃倾角（λs）的测量 1、刃倾角λs的定义

刃倾角λ:在切削平面内测量的主切削刃和基面之间的夹角。 2、主切削平面的确定 主切削平面是过主切削刃与加工表面相切的平面。在测量车刀的主偏角时,主切削刃与 测量片的大平面重合,此时可以把大平面近似地看作主切削平面(实际上只有当A,=0时, 与加工表面相切的平面才包含主切削刃,而只有这时测量片的大平面才与主切削平面完全重 合);当测量片指针指零时,其底平面可看作基面。这样就形成了在主切削平面内,基面(测 量片底平面)与主切削刃的夹角,即刃倾角 具、畢 图1-3车刀主偏角的测量 罪 图1-4车刀副偏角的测量

3 刃倾角λs：在切削平面内测量的主切削刃和基面之间的夹角。 2、主切削平面的确定 主切削平面是过主切削刃与加工表面相切的平面。在测量车刀的主偏角时，主切削刃与 测量片的大平面重合，此时可以把大平面近似地看作主切削平面（实际上只有当λs =0 时， 与加工表面相切的平面才包含主切削刃，而只有这时测量片的大平面才与主切削平面完全重 合）；当测量片指针指零时，其底平面可看作基面。这样就形成了在主切削平面内，基面（测 量片底平面）与主切削刃的夹角，即刃倾角。 图 1-3 车刀主偏角的测量 图 1-4 车刀副偏角的测量

3、测量方法 在上述位置旋转测量片,使底平面(基面)与主切削刃重合。如图1-5所示,测量片指 针所指刻度值为该车刀的刃倾角A 1-5测量车刀刃倾角 (五)车刀前角y。和后角a测量 1、前角和后角的定义 前角ya:在主剖面(正交平面)内测量的前刀面与基面的夹角。 后角aa:在主剖面(正交平面)内测量的后刀面与主切削平面的夹角。 2、主剖面(正交平面)的确定 主剖面是过主切削刃一点,垂直于主切削刃在基面的投影。在测量主偏角时,主切削刃 在基面的投影与测量片大平面重合,如果使主切削刃在基面的投影相对于大平面旋转90 则主切削刃在基面的投影与测量片的大平面垂直,这样就可以把大平面看作是主剖面。当测 量片指针指零时,底平面就可以看作为基面,侧平面作为主切削平面,这样就形成了在主剖 面内基面与前刀面的夹角—前角(y),主切削平面与后刀面的夹角—后角(a) 3、测量方法 前角的测量:首先按上述方法确定主剖面,同时使测量片指针指零,如图1-6所示,然 后旋转测量片,使其底平面与前刀面重合,测量片指针所指刻度值为该刀具的前角。 后角的测量:调整测量片的指针为零,如图1-7所示,使车刀侧面紧贴定位块,并沿平 台上的滑槽横向调整其位置,使切削刃和测量片的侧平面接触,此时侧平面可看作主切削平 面,然后旋转测量片,使侧平面与后刀面重合,测量片指针所指刻度值就是该车刀的后角值

4 3、测量方法 在上述位置旋转测量片，使底平面（基面）与主切削刃重合。如图 1-5 所示，测量片指 针所指刻度值为该车刀的刃倾角λs 。 （五）车刀前角γo 和后角αo测量 1、前角和后角的定义 前角γo：在主剖面（正交平面）内测量的前刀面与基面的夹角。 后角αo：在主剖面（正交平面）内测量的后刀面与主切削平面的夹角。 2、主剖面（正交平面）的确定 主剖面是过主切削刃一点，垂直于主切削刃在基面的投影。在测量主偏角时，主切削刃 在基面的投影与测量片大平面重合，如果使主切削刃在基面的投影相对于大平面旋转 900， 则主切削刃在基面的投影与测量片的大平面垂直，这样就可以把大平面看作是主剖面。当测 量片指针指零时，底平面就可以看作为基面，侧平面作为主切削平面，这样就形成了在主剖 面内基面与前刀面的夹角---前角（γo），主切削平面与后刀面的夹角---后角（αo） 。 3、测量方法 前角的测量：首先按上述方法确定主剖面，同时使测量片指针指零，如图 1-6 所示，然 后旋转测量片，使其底平面与前刀面重合，测量片指针所指刻度值为该刀具的前角。 后角的测量：调整测量片的指针为零，如图 1-7 所示，使车刀侧面紧贴定位块，并沿平 台上的滑槽横向调整其位置，使切削刃和测量片的侧平面接触，此时侧平面可看作主切削平 面，然后旋转测量片，使侧平面与后刀面重合，测量片指针所指刻度值就是该车刀的后角值。 1-5 测量车刀刃倾角

官 图1-6测量车刀前角 图1-7测量车刀后角 (六)车刀副后角a。‘的测量 1、副后角的定义 副后角a。’:在副剖面内测量的副后刀面与副切削平面之间夹角。 2、测量方法 如图1-8所示,与主后角的测量方法相同,只是测量发生在副切削刃和副后刀面。按上 述相同的方法找出副剖面、副切削平面、调整测量片即可测得副后角

5 图 1-6 测量车刀前角 图 1-7 测量车刀后角 （六）车刀副后角α。′的测量 1、副后角的定义 副后角α。′：在副剖面内测量的副后刀面与副切削平面之间夹角。 2、测量方法 如图 1-8 所示，与主后角的测量方法相同，只是测量发生在副切削刃和副后刀面。按上 述相同的方法找出副剖面、副切削平面、调整测量片即可测得副后角

图1-8测量车刀副后角 六、实验结果及分析 1、记录数据 记录测量结果,并计算出楔角β。和刀尖角εr,填入表1-1中。 表1-1车刀几何角度测量结果 基本角度外圆车刀1外圆车刀290°偏刀 切断刀 备注 主偏角κr 副偏角K 刃倾角A。 前角y。 后角a 副后角a 楔角 刀尖角er 2、根据所测得的结果,按照投影关系,绘制刀具图,并在图中注明实验中测得的各个 角度

6 六、实验结果及分析 1、记录数据 记录测量结果，并计算出楔角βo和刀尖角εr ，填入表 1-1 中。 表 1-1 车刀几何角度测量结果 基本角度 外圆车刀 1 外圆车刀 2 90º偏刀 切断刀 备注 主偏角κr 副偏角κr＇ 刃倾角λs 前角γo 后角αo 副后角αoˊ 楔角 βo 刀尖角 εr 2、根据所测得的结果，按照投影关系，绘制刀具图，并在图中注明实验中测得的各个 角度。 图 1-8 测量车刀副后角