車削加工切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(附指導(dǎo)書)

1、下載可編輯車削加工切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告書學(xué)號(hào)姓名小組時(shí)間成績(jī).專業(yè) .整理 .下載可編輯上海大學(xué)生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)中心2014-11.專業(yè) .整理 .下載可編輯一實(shí)驗(yàn)概述切削過程中 ，會(huì)產(chǎn)生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形 、切削力 、切削熱與切削溫度、刀具磨損等 。 對(duì)切削加工過程中的切削力、切削溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，是研究切削機(jī)理的基本實(shí)驗(yàn)手段和主要研究方法。通過對(duì)實(shí)測(cè)的切削力、進(jìn)行分析處理，可以推斷切削過程中的切削變形 、刀具磨損 、工件表面質(zhì)量的變化機(jī)理。 在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步為切削用量?jī)?yōu)化，提高零件加工精度等提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。通過本實(shí)驗(yàn)可使同學(xué)熟悉制造技術(shù)工程中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，理解設(shè)計(jì)手冊(cè)中的設(shè)

2、計(jì)參數(shù)的來由，在處理實(shí)際工程問題中能合理應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1. 掌握車削用量 c、 f、 ap，對(duì)切削力及變形的影響 。2. 了解刀具角度對(duì)切削力及變形的影響。3. 理解切削力測(cè)量方法的基本原理、了解所使用的設(shè)備和儀器 。4. 理解切削力經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)的基本方法，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 。三實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下列設(shè)備儀器組成1、微型數(shù)控車床KC0628S2、車床測(cè)力刀架系統(tǒng)（圖 1）， 包括（ 1 ）車削測(cè)力刀架（ 2 ）動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀（ 3 ） USB 數(shù)據(jù)采集卡（ 4 ）臺(tái)式計(jì)算機(jī)虛擬儀器USB 數(shù)采器臺(tái)式計(jì)算機(jī)USB 線.專業(yè) .整理 .下載可編輯微型車床放大器測(cè)力刀架圖 1.專

3、業(yè) .整理 .下載可編輯四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理1. 切削力測(cè)量記錄表 1工件材料工件直徑實(shí)副 后主偏副偏刃傾驗(yàn)前 角后角刀結(jié)構(gòu)材料規(guī)格角角角角條00具0rrs件外圓車刀序轉(zhuǎn)速切削速度切削深度進(jìn)給量主切削力 Fc背向力 Fp號(hào)(rpm)(m/min)(mm)(mm/r)(N)(N)12345678910.專業(yè) .整理 .下載可編輯111213141516.專業(yè) .整理 .下載可編輯2. 請(qǐng)按指數(shù)規(guī)律擬合主切削力或背刀力和切削深度 、進(jìn)給量的關(guān)系 ，建立切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。答：（ 請(qǐng)將數(shù)據(jù)處理過程寫于此處 ）.專業(yè) .整理 .下載可編輯附錄：車削加工切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一. 實(shí)驗(yàn)概述切削過程中

4、，會(huì)產(chǎn)生一系列物理現(xiàn)象，如切削變形 、切削力 、切削熱與切削溫度、刀具磨損等 。 對(duì)切削加工過程中的切削力、切削溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，是研究切削機(jī)理的基本實(shí)驗(yàn)手段和主要研究方法。通過對(duì)實(shí)測(cè)的切削力、進(jìn)行分析處理，可以推斷切削過程中的切削變形 、刀具磨損 、工件表面質(zhì)量的變化機(jī)理。 在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步為切削用量?jī)?yōu)化，提高零件加工精度等提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。通過本實(shí)驗(yàn)可使同學(xué)熟悉制造技術(shù)工程中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，理解設(shè)計(jì)手冊(cè)中的設(shè)計(jì)參數(shù)的來由，在處理實(shí)際工程問題中能合理應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求5. 掌握車削用量 c、 f、 ap，對(duì)切削力及變形的影響 。6. 了解刀具角度對(duì)切削力及變形的影響

5、。7. 理解切削力測(cè)量方法的基本原理、了解所使用的設(shè)備和儀器 。8. 理解切削力經(jīng)驗(yàn)公式推導(dǎo)的基本方法 ，掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 。三. 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由下列設(shè)備儀器組成1. 微型數(shù)控車床 KC0628S2. 車床測(cè)力刀架系統(tǒng) （圖 1），包括 ：（1 ）車削測(cè)力刀架（2 ）動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀（3 ） USB 數(shù)據(jù)采集卡（4 ）臺(tái)式計(jì)算機(jī).專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).專業(yè) .整理 .下載可編輯3.三向切削力傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理三向切削力傳感器是一種以電阻式應(yīng)變片為敏感元件的力傳感器。它具有八角扁環(huán)型結(jié)構(gòu) （上下環(huán) ）的彈性元件 。 八角扁環(huán)是用整體鋼材加工成八角狀結(jié)構(gòu)，從而避免接觸

6、面間的摩擦和螺釘夾緊的影響。在八角狀彈性元件的適當(dāng)位置粘貼電阻應(yīng)變片作為敏感元件。 彈性元件受力變形后，導(dǎo)致電阻應(yīng)變片變形， 引起電阻應(yīng)變片的電阻值變化，見圖2。 其電阻變化率R/R 與應(yīng)變 L/L 有如下的線性關(guān)系： R/R=K 0 * L/L=K 0*式中 Ko 為電阻應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)，一般 Ko=2.02.4 ；八角狀彈性元件的應(yīng)變。由于應(yīng)變片電阻的電阻變化率R/R 是很小的 。 故此需外接電阻應(yīng)變儀，將電阻應(yīng)變片的微小變化量放大，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成電流（電壓 ）的變化量 ，形成電信號(hào)輸出。在電阻應(yīng)變儀的輸出端連接計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理儀，對(duì)此信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣， A/D轉(zhuǎn)換 、形成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流輸出 ，

7、存儲(chǔ)，形成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄文檔。.專業(yè) .整理 .下載可編輯圖 2三向切削力傳感器示意圖四. 實(shí)驗(yàn)原理1 切削力測(cè)量車削工件時(shí) ，車刀安裝在三向切削力傳感器前端，可以將切削力傳遞給傳感器的八角扁環(huán) 。 切削力中的進(jìn)給抗力分量Ff 使八角環(huán)受到切向推力，切深抗刀分量Fp 使八角狀環(huán)受到壓縮 ，主切削力分量Fc 使八角環(huán)上面受拉伸下面受壓縮。對(duì)于這種不同的受力情況，在八角環(huán)上適當(dāng)?shù)夭贾脩?yīng)變片,就可在相互極小干擾的情況下分別測(cè)出各個(gè)切削分力。圖 3 外圓車削過程切削力示意圖.專業(yè) .整理 .下載可編輯2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)整1）首先將試件夾固在車床夾盤上，并用尾座上的頂尖頂牢。卸下原四方刀架，裝上三向切削

8、力傳感器 。2）將測(cè)量 Fc、Ff、Fp 的 3 組應(yīng)變片均按全橋接線，分別接到三個(gè)電橋盒上。3）連接應(yīng)變儀單元、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理儀單元。4）應(yīng)變儀平衡調(diào)節(jié)：（ 1 ）打開 YD-15 型穩(wěn)壓電源開關(guān) ，指示燈亮 ，觀察面板上電壓表 ，指針應(yīng)定在 24 伏上 。（ 2）從 YD-15 型應(yīng)變儀的第一槽路開始 ，逐個(gè)觀察輸出表是否指零 。 如果不指零 ，可調(diào)節(jié) “低阻基零 ”電位器 ，同時(shí)用萬用表測(cè)量電壓輸出接線叉上的輸出電壓值 。 如果不指零可調(diào)節(jié) “電壓基零 ”電位器為之滿足 。（ 一般正常情況下 ，該項(xiàng)已調(diào)好 ）。（ 3 ）將衰減開關(guān)依次轉(zhuǎn)動(dòng)到“100 ”、“30 ”、“10”、“3”、“1

9、”檔逐次調(diào)零 ，同時(shí)轉(zhuǎn)換 “預(yù)靜 ”開關(guān)預(yù)和靜位置，分別調(diào)節(jié) “R”和 “C”，調(diào)節(jié)到輸出指示表在靜和預(yù)都指零，此時(shí)電橋已經(jīng)平衡。5）調(diào)整計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理儀單元（ 1）根據(jù)測(cè)量信號(hào)的大小選擇應(yīng)變儀上的“標(biāo)定 ”應(yīng)變尺度 ，選擇數(shù)據(jù)處理儀的測(cè)量顯示界面上 “標(biāo)定 ”功能按鈕 ，記錄下定標(biāo)數(shù)據(jù)記錄值。（ 2 ）將應(yīng)變儀 “輸出 ”開關(guān)扳到 “測(cè)量 ”位置 ，選擇數(shù)據(jù)處理儀的測(cè)量顯示界面上“測(cè)量 ”功能按鈕 ，數(shù)據(jù)應(yīng)指示為零，并不應(yīng)有變化，否則證明電橋不平衡，應(yīng)重新調(diào)整應(yīng)變儀使之平衡。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（3 ）根據(jù)測(cè)量信號(hào)的頻率選擇采樣頻率。五實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 測(cè)力裝置的安裝（ 1 ）拆下

10、原機(jī)床上的回轉(zhuǎn)刀架 。（ 2 ）裝上測(cè)力刀架 ，調(diào)節(jié)刀尖高度 ，使刀尖和機(jī)床中心等高 。（3 ）連接測(cè)力刀架和放大器、 USB 數(shù)據(jù)采集卡和臺(tái)式計(jì)算機(jī)。2. 檢查系統(tǒng)（ 1 ）啟動(dòng)計(jì)算機(jī) 、打開測(cè)力刀架和運(yùn)動(dòng)控制器電源。（ 2）在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 LabView 切削力虛擬儀器 。 在刀尖處加一水平力 ，觀察虛擬儀器顯示的切削力波形及其數(shù)據(jù)的變化 。（3 ）數(shù)控車床上電 ，檢查操控面板、主軸 、拖板運(yùn)動(dòng)等各項(xiàng)功能是否正常。3. 在數(shù)控操控面板上輸入外圓加工程序，在沒有工件的條件下試運(yùn)行一次，確保程序 、走刀軌跡無誤 。4. 用三爪卡盤和頂尖裝夾一根 20 ×200 左右的棒材 ，用較小的

11、切削深度 （ ap<0.3mm ）和進(jìn)給量光車外圓 ，消除棒材形狀誤差 。5. 在控制面板上 ，設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速 、進(jìn)給量 、和切削深度 ，啟動(dòng)外圓車削 ，記錄實(shí)驗(yàn)條件和主切削力 Fc、背刀力 Fp。6. 調(diào)節(jié)進(jìn)給量和切削深度，重復(fù)上述至少記錄10 組外圓車削時(shí)的主切削力、背刀力數(shù)據(jù)。7. 清理、復(fù)原系統(tǒng)六實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理.專業(yè) .整理 .下載可編輯1 切削速度c對(duì)主切削力Fc 的影響在刀具幾何角度和切削用量（ f、 ap ） 一定的條件下，只改變車床主軸轉(zhuǎn)速（ 如n=12.5 、 15、 20、 25 、 32 、 40、 50 、 63 、 80 、 100 、 125 、 150

12、 、 200 、 250 、 320 ）， 測(cè)出一系列相應(yīng)的Fc 值，填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告的表1 中，并在直角坐標(biāo)紙上，按力和速度之關(guān)系畫出 Fc- 的曲線圖 。c2 切削深度ap 對(duì)切削力的影響在刀具幾何角度和切削用量（ c、f）一定的條件下，只改變切深ap（如 1 、 1.5、 2 、2.5mm ）， 將所測(cè)得的切削力值填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告的1表中。3 進(jìn)給量 f 對(duì)切削力的影響在刀具幾何角度和切削用量 （ f（如 0.1、 0.2 、c、ap）一定的條件下 ，只改變進(jìn)給量0.3、 0.4）， 將所測(cè)得的切削力值填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告的表1 中 。七. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1 實(shí)驗(yàn)條件車刀幾何角度、試件材料 、試件直徑 、

13、實(shí)驗(yàn)切削用量2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄1）切削速度c 對(duì)主切削力Fc 的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，并在直角坐標(biāo)紙上，按力和速度之關(guān)系畫出Fc- c 的曲線圖 。2）切削深度 ap 對(duì)切削力的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄3）進(jìn)給量 f 對(duì)切削力Fc 的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，建立切削力的經(jīng)驗(yàn)公式用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)法（作圖法 ）， 也可用最小二乘法（計(jì)算法 ）用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)建立切削力.專業(yè) .整理 .下載可編輯的經(jīng)驗(yàn)公式Fc Cap * apXFc（式 1）F Cf* f YFc（式 2）c兩邊取對(duì)數(shù)lgFclgCa pX Fc * lga plgFclgC fYFc * lgf實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)切削力指數(shù)公式這是直線方程（ y=b+aX ）。 lgC ap 和 lgC f 為直線的截距b 。 XFc 和 YFc 為直線的斜率a。當(dāng) ap =1 或 f=1 時(shí)，可得 lgF c= lgC ap 和 lgF c= lgC f，即得 Cap 和