金屬切削原理實驗(原稿).doc

課程教案實驗一 車刀角度的測量課時：2學(xué)時 單組人數(shù)：3人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，熟悉實驗用具。課程要求：學(xué)會使用車刀量角臺、萬能量角器，熟悉對常見刀具角度（車刀）的測量重點：測試車刀的標(biāo)注角度難點：繪制車刀標(biāo)注角度圖（注意：首先檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況）一、實驗?zāi)康?.熟悉車刀切削部分的構(gòu)造要素，掌握車刀標(biāo)注角度的參考平面、參考系及車刀標(biāo)注角度的定義；2.了解車刀量角臺的結(jié)構(gòu)，學(xué)會使用車刀量角臺測量車刀的標(biāo)注角度；3.繪制車刀的標(biāo)注角度圖，并標(biāo)注出測量得到的車刀各標(biāo)注角度數(shù)值。二、實驗機介紹圖11為車刀量角臺簡圖。底盤2的周邊，刻有從0度起向順、逆時針兩個方向各100度的刻度，工作臺5可繞小軸7轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度由指針6指示出來。工作臺5的上平面和定位塊4的側(cè)平面，是安放車刀的定位平面。當(dāng)工作臺指針6、大指針9和小指針14都處于0度時，大指針9的前面a和側(cè)面b，垂直于工作臺5的平面，而大指針9的底面C，平行于工作臺5的平面。測量車刀角度時，轉(zhuǎn)動工作臺5，同時調(diào)整安裝在工作臺5上的車刀位置，再旋轉(zhuǎn)大螺母18，使滑體13帶動大指針9，上升而使其處于適當(dāng)?shù)奈恢?，然后用大指?的前面a（或側(cè)面b、或底面c），與構(gòu)成被測量角度的面或線緊密貼合，從大刻度盤上12上讀出大指針9所指示的被測量角度的數(shù)值。三、實驗原理1.主偏角的測量從圖12所示的原始位置，按順時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，讓主刀刃和大指針前面a緊密貼合，如圖13所示，則工作臺指針在底盤上所指示的刻度數(shù)值，就是主偏角的數(shù)值。2.刃傾角的測量使大指針底面c和主刀刃緊密貼合，如圖14所示，則大指針在刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是刃傾角的角度數(shù)值。指針在0度左邊時為正，指針在0度右邊時為負(fù)。3.前角的測量從圖12所示的原始位置起，按逆時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，使工作臺指針指到底盤上的刻度數(shù)值處，這時，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指針前面a，然后讓大指針底面c落在通過主刀刃上選定點的前刀面上，如圖15所示，則大指針在刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面前角的角度數(shù)值。指針在0度右邊時為正，指針在0度左邊時為負(fù)。4.后角的測量在測完前角后，將車刀向右平行移動，使大指針側(cè)面b和通過主刀刃上選定點的后刀面緊密貼合，如圖16所示，則大指針在刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面后角的角度數(shù)值。指針在0度左邊時為正，指針在0度右邊時為負(fù)5.副偏角的測量從原始位置，按逆時針方向轉(zhuǎn)動工作臺，使副刀刃和大指針前面a緊密貼合，如圖17所示，則工作臺指針在底盤上所指示的刻度數(shù)值，就是副偏角的角度數(shù)值。6.副后角的測量使工作臺順時針方向轉(zhuǎn)動90度，這時，副刀刃在基面上的投影恰好與大指針前面a垂直，令大指針側(cè)面b與副刀刃選定點的副后刀面緊密貼合，則大指針在刻度盤上所指示的刻度數(shù)值，就是副刀刃上的副后角的角度數(shù)值。指針在0度右邊時為正，指針在0度左邊時為負(fù)。 四、實驗步驟1.按課前對實驗指導(dǎo)書的預(yù)習(xí)，熟悉車刀量角臺的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉車刀切削部分的構(gòu)成要素。2.本實驗機的配套設(shè)備為車刀量角臺，實驗前觀察各指針的角度。3.把車刀量角臺的大指針、小指針和工作臺指針全部調(diào)整到0度的位置。4.將車刀量角臺平放在工作臺上。5.依次測量刀具的主偏角、刃傾角、前角、后角、副偏角、副后角。6.清理現(xiàn)場。五、實驗記錄車刀編號車刀名稱刀桿尺寸BH（mmmm）前角后角主偏角副偏角刃傾角副后角外圓車刀學(xué)生下課后，填寫實驗報告，整理數(shù)據(jù)、繪制車刀標(biāo)注角度圖。實驗二 切削層變形的觀察與測量課時：2學(xué)時 單組人數(shù)：15人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，帶實驗用具課程要求：通過觀察及測量切屑、計算切屑變形系數(shù)，了解切削變形規(guī)律重點：實驗過程觀察、測量難點：影響切削層變形規(guī)律總結(jié)（注意：檢查預(yù)習(xí)情況）一、實驗?zāi)康? .掌握切削層變形的測量方法；2. 觀察切屑形成過程；3. 研究幾個主要因素（、）對切削層變形的影響規(guī)律。二、實驗方法。目前關(guān)于研究切削層變形的研究方法有很多，如高速攝影法；側(cè)面方格變形觀察法；快速落刀法；光彈法、光塑性實驗法；用顯微硬度計測量切屑根部各變形區(qū)的顯微硬度、用切屑變形前后長度或厚度的變化測量變形系數(shù)、用X射線法研究加工表面層的塑性變形等，這些都是常用的測試切削層變形的方法。本實驗以觀察為主，通過測量在不同切削層參數(shù)的變化下，以及在對不同材料的切削中，對切下的切屑進(jìn)行測量，總結(jié)切削層變形的規(guī)律。三、測量原理 （一）變形系數(shù)和剪切角的測量切削層變形就是指被切金屬層在刀具的切削刃和前刀面的作用下，經(jīng)受擠壓而產(chǎn)生的剪切滑移變形。衡量這個變形程度的大小，通常用變形系數(shù)、剪切角和相對滑移量，但變形系數(shù)和剪切角比較直觀，尤其的測量也比較方便。1.變形系數(shù)的測量方法一：長度法式中為切削層長度；為切屑長度。的求法：在試件上開有兩個或一個窄槽約2-4mm，槽內(nèi)澆錫，見圖2-1a。切削時，試件每轉(zhuǎn)一周，就從試件上切下兩段切屑。設(shè)測得試件外徑為D，切削深度為，b為窄槽寬度。則的求法：選取數(shù)段完整、比較直的切屑，沿切屑背面在切屑寬度的中央處用細(xì)鉛絲量出它的長度。方法二：質(zhì)量法式中為切屑質(zhì)量，單位為；為工件材料密度，單位為；為切削深度，單位為；為進(jìn)給量，單位為。方法三：顯微鏡測厚法式中為切屑厚度；為切削層厚度。的測量：實驗時，利用顯微鏡目鏡中的刻線尺測量各種條件下的切屑厚度。的測量：可由落刀時的切削條件給定（也可由顯微鏡內(nèi)測出）。2.剪切角的測量同顯微鏡測厚法一樣，實驗前利用快速落刀法預(yù)先制好一整套切屑根部磨片，或用由這些磨片拍攝的照片。實驗時，直接在顯微鏡或照片上測量剪切角，見圖2-1。圖2-1對于具有積屑瘤的情況，剪切角的測量較為復(fù)雜些。圖2-1是具有“鼻形”積屑瘤的切屑根部圖。首先根據(jù)切屑層中開始產(chǎn)生塑性變形的晶粒所處的位置，判斷出塑性變形的初始邊界MHIG。再把邊界MHIG曲線中的MH段，近似地簡化為直線，則MH曲線與切削速度方向間的夾角即為剪切角。圖2-2（二）切屑根部磨片的制作及觀察制作切屑根部磨片，第一步要對切屑根部取樣。取樣的主要手段是“快速落刀裝置”。這種裝置能使正在切削的刀具在某一瞬間以很大的加速度脫離工件，保留了某瞬間的真實切削層變形情況，獲得了一定切削條件下的切屑根部標(biāo)本。把獲得的切屑根部從試件上切下，并把它和電木粉一起放入鑲樣機進(jìn)行壓模，于是制成圓柱形鑲樣試件，然后要進(jìn)行粗磨，一直磨到切屑的中央剖面處為止。粗磨后再進(jìn)行研磨、拋光和酸腐蝕，以制成切屑根部磨片。觀察切屑磨片，可找出第一變形區(qū)、第二變形區(qū)和第三變形區(qū)，及已加工表面晶粒的變形情況。觀察帶有積屑瘤的磨片時，可觀察到積屑瘤形狀、纖維方向、前端分裂后留在切屑和已加工表面上的分裂片，進(jìn)而分析它的生長、分裂過程。（三）利用閉路電視系統(tǒng)動態(tài)觀察切屑形成過程用閉路電視系統(tǒng)觀察切屑形成過程是通過“顯微鏡工業(yè)電視”裝置完成的。它由金相顯微鏡1、攝像機2和監(jiān)視器3三部分組成，見圖2-3。它可裝在銑床、車床或其他的切削裝置上。讓它位于時間4和刀具5的側(cè)面，它相對試件及刀具側(cè)面的位置可沿三個相互垂直方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。切削時刀具與顯微鏡和攝像機之間無相對運動。圖2-3四、實驗結(jié)果 根據(jù)所觀察的切屑根部磨片，繪制無積屑瘤的根部磨片及有積屑瘤的根部磨片圖。此外，學(xué)生試驗后分析討論、或、對變形系數(shù)或切剪角的影響。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 按實驗報告要求，寫出通過在不同切削層參數(shù)的變化下的變形系數(shù)的大小，以及在對不同材料的切削中得到的切屑，并對這些切屑進(jìn)行測量，得到的變形系數(shù)，總結(jié)影響切削層變形的規(guī)律。實驗三 車削力的測定及經(jīng)驗公式的建立課時：2學(xué)時 單組人數(shù)：15人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，熟悉實驗用具。課程要求：掌握測力方法重點：影響車削力的因素難點：主切削力的經(jīng)驗公式建立一、目的1了解車削測力儀的工作原理及測力方法。2掌握背吃刀量、進(jìn)給量等對車削力的影響規(guī)律。3通過實驗數(shù)據(jù)的處理，建立主切削力的經(jīng)驗公式。二、測力儀的工作原理（一）電阻應(yīng)變式測力儀的工作原理電阻應(yīng)變式測力儀有多種形式，常見八角環(huán)環(huán)電阻應(yīng)變式測力儀外形見圖3-1。電阻應(yīng)變式測力儀的工作原理為，即在測力儀彈性元件的適當(dāng)位置粘黏著具有一定電阻值R的電阻應(yīng)變片，并將其聯(lián)成電橋。切削時，彈性元件受力變形，于是緊黏在其上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，電阻R發(fā)生了變化。當(dāng)應(yīng)變片受拉深變形時，電阻絲直徑變細(xì)，電阻增大（R+R），當(dāng)應(yīng)變片受壓縮變形時，電阻絲直徑，電阻減?。≧-R），從而電橋有電壓（或電流）輸出。由于電阻應(yīng)變片的電阻變化很小，所以一般必須經(jīng)過電阻應(yīng)變儀放大。然后由記錄儀器記錄，再根據(jù)標(biāo)定曲線的換算，就能求得切削力的數(shù)值。圖3-2a為由電阻應(yīng)變片組成的電橋，、分別為四個橋臂的電阻。當(dāng)A、C端加以一定的橋壓U時，則B、D端的輸出電壓U為。當(dāng)=時。輸出電壓=0，即電橋處于平衡，這就是在進(jìn)行切削實驗前必須進(jìn)行的電橋平衡的調(diào)節(jié)工作。在切削力的作用下，應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，破壞了電橋的平衡。若、分別產(chǎn)生、的電阻變化，則輸出電壓為。（二）壓電式測力儀的工作原理 壓電式測力儀的工作原理是基于石英晶體的正壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體受力作用時，產(chǎn)生變形，從而在晶體表面上產(chǎn)生電荷，所產(chǎn)生的電荷量與外力大小成正比，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。由于石英晶體在切片時的方位不同，有縱向效應(yīng)與切向效應(yīng)之分?？v向效應(yīng)的石英晶體片，只有當(dāng)力垂直作用于石英晶片的表面時，才有電荷產(chǎn)生。而切向效應(yīng)的石英晶片，只有當(dāng)力沿著靈敏軸方向切于石英晶片的表面時，才有電荷產(chǎn)生。 單向壓電晶體傳感器（圖3-3a）由兩片縱向效應(yīng)的石英晶體片組成，只能測量垂直于傳感器表面的作用力。三向壓電晶體傳感器（圖3-3b）是由三組石英晶體片組成，其中測量力的一組是由二片縱向效應(yīng)的石英晶片組成，而測量及力的二組都是由二片切向效應(yīng)的石英晶片組成，但兩組石英晶片的靈敏軸方向互成90度，因此，當(dāng)空間任意方向的力作用于傳感器上時，就能自動的將作用力分解為三個相互垂直的分力。圖3-3a）單向壓電晶體傳感器 b）三向壓電晶體傳感器1-電極 2-絕緣體 3-晶片 4-上蓋 5-基座三、實驗方法1.準(zhǔn)備工作（1）安裝工件、測力儀及車刀。注意刀尖伸出長度應(yīng)與標(biāo)定時一致，并對準(zhǔn)工作中心高。（2）按測量系統(tǒng)框圖連線。（3）熟悉電阻應(yīng)變儀的使用，并進(jìn)行電橋平衡調(diào)節(jié)，熟悉記錄儀器的使用。（4）熟悉CA6140機床操作手柄及操作方法，注意安全事項。（5）確定實驗條件。2.切削實驗用單因素法進(jìn)行實驗，即在固定其他因素，只改變一個因素的條件下，測出切削力。（1）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個時的讀數(shù)。（2）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個時的讀數(shù)。（3）其他（還可以改變、等）。四、實驗數(shù)據(jù)記錄采用單因素法進(jìn)行實驗：（1）固定、參數(shù)，依次改變大小進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個時的讀數(shù)，至少三組數(shù)據(jù)。（2）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并