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1、机械制造技术实验指导书佛山科学技术学院机电工程系简要说明本实验指导书依据教材特种加工及实验设备资料编写，适用于机械设计制造及其自动化专业，本实验指导书所包含的实验属于验证型实验，共有2个。目 录实验一 电火花成型加工实验 实验二 电火花数控线切割加工实验实验三 镗杆的自激振动及消振实验四 机械加工误差统计分析实验一 电火花成型加工实验（一）、实验目的1、了解电火花成型加工机床的结构和组成，建立对电火花成型加工的感性认识，。2、掌握电火花成型加工机床的基本操作，重点是伺服进给机构的调节。3、加深对电火花加工基本规律的认识，重点是极性效应，及电参数对工艺指标的影响规律。（二）、实验内容 1、试加工
2、一次，熟悉机床操作，熟悉伺服进给机构的调节。2、选取合适的电参数，相同的电极材料（如黄铜加工黄铜），验证电火花放电腐蚀的极性效应。 3、利用紫铜加工钢材，选取合适的电参数，判断电参数（脉宽，加工电流）取对加工效率，以及加工表面粗糙度Ra有何影响。（三）实验设备和材料本实验室提供下列设备和材料：D7140电火花成型机床（设备的使用见附录），电火花加工粗糙度量块，钢材（钢板），紫铜，（电极），黄铜（块），电子天平，其它工具若干。（四）、实验原理电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐性来蚀除掉工件多余的金属。电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足
3、以使任何金属材料局部熔化、气化。当工具和工件有某种相对运动并保持这样的放电腐蚀时，随着工具电极不断地向工件进给，工具的表面形状便复制在工件上，从而加工出所需的零件。通过实验来认识电火花成型加工的加工规律，一般是改变某一个因素，如电流，而别的因素，如脉宽，脉间，极性，材料，每次加工时间等条件不变，这样，测得每次电腐蚀加工速度（单位时间内的加工重量）和表面粗糙度，即可得出电流对电加工的大致影响。求取脉宽对电加工的影响规律，也是如此。（五）实验步骤和方案1、试加工一次，紫铜加工钢材，负极性，粗加工，脉宽取300，脉间取200，时间3分钟。，熟练操作，观察其电火花成型加工过程。2、极性效应：极性效应仅
4、仅是极性不同，而正负两极的蚀除量不同。自行设计选取加工使用的材料，考虑蚀除量在不同脉宽上的差异，选取好脉宽，脉间，以及电流大小，加工时间，并设计好数据记录表格，记录每次加工条件和正负两极的蚀除量，及加工表面粗糙度。（加工操作流程见附录）3、电参数对加工的影响规律：选取合适的材料，电参数，时间和步骤，分别确定脉宽Ton，电流IA对加工的影响。并设计好数据记录表格，记录每次加工条件和正负两极的蚀除量，及加工表面粗糙度。（加工操作流程见附录）（六）、实验要求和注意事项1、实验前，需要预习（本实验指导书，以及课本）和准备实验方案。2、电火花成型加工实验，按操作流程加工，脉冲参数选择要合理，谨防脉冲间隙
5、过小造成拉弧。要注意安全事项，如不能两手同时触摸正负两极，煤油（工作液）应覆盖加工工件一定深度，以保证加工时隔绝空气。3、用电子天平称取重量时，要注意天平能够承受的极限重量（本实验室的天平最大承受为200g）。否则会损坏电子天平。4、实验完后，将实验记录的实验数据，得出的实验结论，实验小结整理成实验报告。实验二 电火花线数控切割加工实验（一）、实验目的1、了解电火花数控线切割机床的结构和组成，建立电火花数控线切割加工的感性认识。2、掌握电火花数控线切割机床的基本操作，重点是本次实验所用机床所具有的图形自动编程。3、加深对电火花线切割加工基本规律的认识，特别是电参数（脉宽，电流）对工艺指标（加工
6、效率和加工表面粗糙度Ra）的影响规律。4、通过电火花线切割加工，提高对机床精度的认识。（二）、实验内容1、先试操作一次，熟悉机床操作流程，熟悉本机床所具有的图形自动编程系统，以及从图形到代码的转换过程。2、通过切割钢板，分别求取电参数脉宽，电流对线切割加工速度，以及表面粗糙度的影响。3、通过切割加工，求得X轴（或者Y轴）的反向间隙。（三）、实验设备和材料 数控线切割机床FST-250（DK7725）一台，0.18mm的钼丝，千分尺，游标卡尺，待加工钢板，粗糙度测试仪，其它工具。（四）、实验原理 电火花线切割加工的原理是基于工具电极和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀作用，当工具电极为一金属线，在
7、数控系统控制下与工件之间有某种轨迹的相对切割运动，于是工具电极与工件之间的放电腐蚀形成一条加工线，从而切割出所需的零件。通过实验来认识电火花线切割加工的加工规律，一般是改变某一个因素，如电流，而别的因素，如脉宽，脉间，极性，材料，每次加工时间等条件不变，这样，测得每次电腐蚀加工速度（单位时间内的加工重量）和表面粗糙度，即可得出电流对电加工的大致影响。求取脉宽对电加工的影响规律，也是如此。（五）、实验步骤和方案1、先试加工一次，切割钢板。在图形编辑状态下，画好要切割的图样，然后转转成代码，选取合适的脉宽，根据钢板厚度选取合适的脉间档位，选取合适的电流，按加工流程操作。2、电流（Ia）对加工效率，
8、加工表面粗糙度Ra的影响。设计一个加工流程，脉宽，脉间不改变，改变加工时电流的设定开关（以次来改变电流），设计一个数据记录表格，记录工件的单位长度的加工时间，表面粗糙度，以及计算放电间隙。（加工流程见附表）：3、脉宽（Ton）对加工效率，加工表面粗糙度Ra的影响（同上）4、求取机床的X轴（或者Y轴）的反向间隙。利用丝杆与螺母配合的特性，设计一个加工流程，求取其反向间隙。记录加工图形及尺寸，加工结果。（六）、实验要求和注意事项1、实验前，需要预习（本实验指导书，以及课本）和准备实验方案。2、电火花线切割加工实验，按操作流程加工，要注意安全事项，如不能两手同时触摸正负两极。工作液要能够覆盖电火花处
9、。如果加工时，遇到短路，需要暂时回退，分析其原因，重新调整，再作进给加工。4、实验完后，将实验记录的实验数据，得出的实验结论，实验小结整理成实验报告。实验三 镗杆的自激振动及消振一、实验目的1验证产生自振的主要原因之一，即“振型耦合颤振原理”。2了解切削用量及几何参数对自振的影响。3比较撞击式消振块与镗杆孔不同间隙的消振效果。二、实验内容及步骤1求稳定切削区：试验时，用改变刚性主轴方位的削扁镗杆（图一）镗孔（图二），镗杆1削扁部位厚度，（D为镗杆直径），现取，使互相垂直的两个主振型模态、有不同刚度、。削扁镗杆的镗刀头2是用螺钉3固定在相对于镗杆1的任何角度位置，也就是改变其刚度主轴座标位置，即
10、改变。使角从0180变化，每隔30镗孔一次，把每次镗孔后振动情况，记录在附表一内。最后通过分析找出镗孔时的稳定区和不稳定区的角。切削条件如下：切削用量：进给量毫米/转，转速转/分，切削深度毫米。刀具角度：，。工作材料：45号纲，孔径50毫米。 图12比较三种不同结构镗杆（削扁镗杆，削扁镗杆，圆镗杆）的动态稳定性。试验时，用上述三种镗杆，在同一试件上各镗一段孔，比较三段加工表面振纹。把结果记录在附表二内。3试验撞击块消振镗杆的消振效果：先用不放撞击块的消振镗杆镗一段孔，然后用二种不同径向间隙的撞击块放入，再各镗一段孔。比较各段孔表面的振纹，并记录于附表三内。4刀具几何参数及切削用量对自振的影响：
11、切削条件如下：切削用量：进给量毫米/转，转速转/分，切削深度毫米。刀具角度：，。镗杆：圆截面镗杆。试验时，其它条件不变，分别改变下述参数：（a）改变主偏角，镗削后把振动情况记录在附表四内。（b）改变前角，镗削后把振动情况记录在附表五内。（c）改变进给量f，镗削后把振动情况记录在附表六内。 三、实验仪器、设备及材料1机床：C6132车床。2特殊刚性刀架。3可改变刚性主轴方位的削扁镗杆（图一）。4试验撞击块消振镗杆（图三）。5刀头（根据试验要求，具有各种几何参数）。6撞击块（外壳45号钢，中间压入铅）。7孔径50mm的45号圆柱棒料。四、实验原理：切削过程中产生自激振动的原因，有各种学派的解释，其
12、中最主要的是振型耦合颤振原理及再生颤振原理。1振型耦合颤振原理：按照理论，认为车刀与工件的相对振动运动，是以质量耦合的形式，在二个方向上、相互关联的振动组合（二个自由度的振动）；振动时，刀具与工件相对运动的轨迹，是按顺时针方向的椭圆形，维持振动的能量（所必需的切削力的变动），仅取决于切削截面的大小变化，而与振动速度无关。如图四所示，刀尖由A点经C点到B点，再由B点经D点到A点，切入时ACB，切深较小；切出时BDA，切深较大。由于切深的变化，引起了切削力的变化，当刀尖沿切削力P同方向（BDA）移动时，比当刀尖沿与切削力P相反方向（ACB）移动时的切削力来得大。这样，在每循环内，切削力P对刀具部件
13、作的正功大于负功，振动便会加强，直到每一循环获得的能量，与消耗在阻尼的能量平衡为止，此时，振动便以一定的振幅持续下去。图五所示，为二自由度振动的力学模型。设工作为绝对刚性，刀具部件同时在与二个互相垂直的方向上振动。在方向上系统的刚度为，在方向上系统的刚度为（令），与y轴（通过切削刃作加工平面的法线，离开工作方向为正）的夹角为，切削力P方向与y轴夹角为。经计算，可求出振动的边界条件，即为不稳定区。也就是说，当振动系统的小刚度轴，位于P与Y轴夹角范围内为不稳定区，系统产生振动。应用这个理论，只要使削扁镗杆的小刚度轴方位、在P力与Y轴夹角范围以外，就不易产生振动了。这就是结构消振的原理（即振型耦合原
14、理）。2撞击式消振块消振原理：如图六所示，当镗刀受到瞬时刺激力激发振动后，从平衡位置O产生位移A1，镗杆获得了位能。当瞬时激发力消失以后，镗杆要回复到平衡位置，这时释放出能量，镗杆具有了速度从图a到图b位置，速度V从，在这过程中镗杆带动撞击块质量M运动。在图b位置时，镗杆和质量M都具有，镗杆继续离开平衡位置运动，由于镗杆的弹性反抗力，速度由。但M由于存在惯性，在图C位置时仍具有，这时质量M与镗杆离开。设在图d位置时，质量M和镗杆发生碰撞，即吸收了镗杆的动能，使镗杆在第3/4个周期（由图内）过程中，振幅自A1减少至A2。若此过程继续下去，则使镗杆振动幅度逐渐减少。 图六五、实验报告要求1按前面所写的实验内容及步骤的先后顺序进行实验操作并细听和观察切削振动噪音和工件切削表面振纹。2把以上实验的振动情况填入下面各表格中，待写实验报告再作分析，给出结果和回答报告中提出的问题。3实验记录表：（1）求稳定切削区306090120150180振动情况（2）镗杆结构变化抗振性比较三种镗杆圆镗杆=30扁镗杆=120扁镗杆振动情况
