現(xiàn)代機械制造技術基礎實驗

55/55機械制造技術基礎實驗指導書編寫：詹友基福建工程學院機電及自動化工程系2006年2月目錄一、車刀幾何角度測量二、切削變形實驗三、切削力實驗四、車床三向靜剛度測定實驗五、加工精度的統(tǒng)計分析實驗六、切削區(qū)平均溫度的測量

實驗1車刀幾何角度測量一、實驗目的與要求1、了解車刀量角儀的結構與工作原理。2、進一步熟悉車刀切削部分的構造要素，鞏固和加深對刀具各標注平面參考系及標注角度差不多定義的理解。并掌握車刀測量方法。3、通過對車刀各剖面內角度的測量與計算，進一步理解它們之間幾何關系。4、測量給定車刀的幾何角度，將測得的數(shù)據(jù)填入表格中，并對測量結果進行分析。二、實驗設備與工具1、儀器：車刀量角儀2、測量用車刀：45°外圓車刀，75°外圓車刀，90°外圓車刀，切斷刀，大刃傾角車刀。三、車刀量角儀的結構與使用方法1、圖1-1量角儀(本校制造)圖1-1量角儀（本校）量角儀由底置l、轉盤9、立柱3和刻度盤6、測量片7等零件組成。底盤1用來安裝立柱3，并以銷2孔為中心刻著±100°的轉盤9，當轉盤9兩側面的基線對準底盤刻線轉90°時。定位塊10的d面是垂直的。當測量片7的指針對著刻度盤0°時，測量片7的b面與轉盤9的平面是平行的，而且垂直于C面、A面。立柱3的上下移動靠螺母4來調整。2、圖1-2量角儀（哈爾濱工業(yè)大學）圖1-2量角儀（哈爾濱工業(yè)大學）量角儀由底座l、平臺3、立柱7和大小扇形盤6、11、大小指針5、10等零件組成。底座l呈圓盤形，平臺3可繞底座中心轉動，底座外緣左、右各有刻度l00°，當基線板2對準圓盤刻線0°時，活動尺4側邊與指針5下端的測量板平面垂直。測量板5上有三個測量刃口A、B、C，其所在平面即為測量車刀角度時的測量平面。當小指針l0和大指針5均為0°時，刃口A與平臺平面平行，B、C與平臺平面垂直。四、實驗步驟和方法(本校制造)要測量某一車刀角度時，首先應規(guī)定一個假定走刀方向，即要先辯明車刀的主、副切削刃及前、后刀面，以確定需要測量角度的位置。然后將車刀放在轉動平臺上，左或右側面靠在活動尺的側面上。測量角度的順序通常先測偏角，再測刃傾角，繼而測前角、后角。如此調整方便，也可提高工作效率。即測量順序為：主切削刃：——————；副切削刃：——————。（1）主偏角的測量首先把車刀放在轉盤9上，使車刀的側面與定位塊l0的d面緊密接觸，這時能夠調整螺母4，使滑塊5上下移動，然后轉動轉盤9，使車刀主刀刃貼合于測量片7的A面，如此轉盤9刻線對著底盤l的數(shù)據(jù)給予處理，即是主偏角的角度。（2）刃傾角的測置測量刃傾角的方法差不多上是同測量主偏角角度一樣，所不同的是調整測量片7的b面與主刀刃貼合，如此能夠在刻度盤6直接讀出刃傾角的角度。（3）前角的測量測量前角的方法是車刀放轉盤9上，使車刀的側面與定位塊l0的d面緊密接觸，然后轉動轉盤9，(測量片7處于車刀主剖面位置)，現(xiàn)在調整測量片7的b面與車刀的前刀面貼合，如此能夠在刻度盤6上直接讀出前角角度。（4）后角的測量測量后角的方法差不多與測量前角相同，所不同的是調整片7的C面與車刀的后刀面緊密接觸，如此能夠在刻度盤6直接讀出后角角度。（5）副偏角的測量測量副偏角的方法差不多上與測量主偏角相同，所不同的使測量片7的A面與車刀的副刀刃緊密接觸，如此轉盤9刻線對著底盤l的數(shù)據(jù)給予處理，即是副偏角的角度。（6）副后角的測量測量副后角的方法差不多上與測量后角相同，所不同的是調整測量片7的C面與車刀的副后刀面相結合，如此在刻度盤6上能夠直接讀出副后角的角度。（7）的測量測量方法差不多上是同測量前角相似，所不同的是轉盤9應轉到使定位塊l0的d面與測量片7的A面平行后，再調整測量7的b面與前刀面緊密接觸，如此在刻度盤6上能夠直接讀出的角度。（8）的測量測量的方法差不多上與測量方法相似，所不同的是轉盤9應轉到使定位塊l0的d面與測量片7的A面垂直后，再調整測量片7的b面與前刀面緊密接觸，如此在刻度盤6上能夠直接讀出的角度。五、編寫實驗報告書實驗報告內容：記錄所測量車刀名稱，記錄測得角度數(shù)據(jù)，畫出所測車刀簡圖，并標注幾何角度。六、實驗考慮題與結果分析1、分析車刀=的條件。2、分析車刀=的條件。3、分析車刀=的條件。4、分析實驗產(chǎn)生的誤差及其緣故。

實驗報告車刀幾何角度測量班級_______________組號___________座號__________姓名__________一、實驗報告書內容1、記錄測量數(shù)據(jù)，分不填入表1-l2、計算車刀各剖面角度值，并與測量結果比較，分不填入表1-2。3、示圖表示車刀幾何形狀并標注差不多角度數(shù)值。二、測量與計算數(shù)據(jù)記錄表表1-1被測車刀幾何角度值車刀差不多角度測量值（度）刀號名稱1234表1-2被測車刀各剖面角度測量與計算值車刀角度測量值（度）計算公式計算值（度）刀號名稱175°外圓車刀245°外圓車刀實驗2切削變形實驗一、實驗目的與要求1、觀看切削過程產(chǎn)生變形現(xiàn)象，了解實驗方法及所用裝置。2、了解切屑形成過程及切屑的各種形狀。3、掌握測量切屑變形的方法。計算變形系數(shù)Λh值。4、研究切削速度，前角與走刀量等因素對切屑變形阻礙。二、實驗設備機床：一般車床、車頭刨床。試件：中碳鋼（45鋼）、低碳鋼（A3）。刀具：高速鋼車刀，硬質合金車刀。儀器與裝置：低倍顯微鏡，金相顯微鏡、快速落刀裝置。量具：游標卡尺、鋼板尺。其它：漆包線或細鋼絲、手鋸等。三、實驗內容與方法l、觀看切屑變形觀看切屑金屬層內部變形，利用快速落刀裝置，使切削時刀具瞬間脫離工作，從而獲得切屑停留在加工表面上根部試樣。然后鋸下，經(jīng)金相磨片拋光與腐蝕后，通過金相顯微鏡或在金相照片上，觀看切削金屬層內部三個變形情況。并參考圖2-l畫出金屬內部變形示意圖。圖2-1金屬內部變形示意圖圖2-2快速落刀裝置圖2-2是車床上用手錘敲打后，使刀具停止切割的快速落刀裝置。車刀2是利用螺栓2與剪切銷3固定在刀夾4的槽中，切削時，用錘敲打車刀，使銷子剪斷，車刀繞螺栓轉動，快速脫離試件。2、測量切削變形量切屑變形程度還可用變形系數(shù)（切屑厚度壓縮比）來度量。在切削層金屬形成切屑時，其切屑厚度通常要大于切削厚度,而切屑長度卻小于切削長度,如圖2-3所示。由于切削寬度與切屑寬度差異專門小,依照體積不變的原則,變形系數(shù)可由下式計算:圖2-3變形系數(shù)的計算變形系數(shù)是大于1的數(shù)，它可直觀的反映切屑的變形程度，且容易測量。值越大，表示切出的切屑越厚越短，變形越大。計算變形系數(shù)Λh值的方法有，測量切屑長度法與稱切屑重疊法。四、實驗方法和步驟；l、研究前角對切屑變形系數(shù)的阻礙，先把材料裝上虎鉗，量出材料長度，并將刨刀和機床調整妥善（調整滑枕行程長度為150毫米；工作臺進給量為0.33毫米／行程量；滑枕行程速度10.5米／分；刨刀角度：=10°，=13°，=8°，=75°，=15°，=0°，=2毫米），然后開動機床，將被切下的整段切屑用線條量出其長度屑填入實驗報告，并按公式計算切屑變形系數(shù)值，然后改變刨刀前角γo=20°，(其他不變)重新切削，將所測數(shù)據(jù)填入實驗報告。2、研究切削速度對切屑變形的阻礙，首先將材料裝上虎鉗量出材料長度，將刨刀和機床調整妥善(刨刀幾何角度，=15°，=8°，=75°，=15°，=0°，調整滑枕行程為150毫米，=2毫米，f=0.33毫米/行程，滑枕每分鐘往復行程數(shù)12.5次及滑枕行程速度4.2米/分)，然后開動機床將被切下的整段切屑用線條量出切屑長度，算出切屑變形系數(shù)。并將數(shù)據(jù)填入報告書，然后再改變滑枕速度14.8米/分或每分鐘滑枕往復行程數(shù)52.5次，其它不變，依次進行。3、研究進給量對切屑變形的阻礙。用上述同樣方法，選刨刀幾何角度為（=20°，=13°，=75°，=15°，=8°，=0°），調整行程為150毫米，滑枕每分鐘行程數(shù)為次，行程速度為米／分，切削深度=2毫米，分不以f=0.33毫米／行程與f=0.67毫米／行程進行試驗，分不量出切屑長度填入試驗報告并計算切屑收縮系數(shù)值。五，考慮題1、切屑有幾種類型，它們的特點如何樣？2、切削速度和進給量對切屑種類和加工表面粗糙度有何阻礙?如何樣解釋這種阻礙?

實驗報告切削變形班級_______________組號___________座號__________姓名__________一、實驗報告書內容1、記錄實驗數(shù)據(jù)，并填入有關表2-12、繪制觀看到變形示意圈，并從金相顯微鏡或金相圖片上分析與描繪金屬內部各變形區(qū)特點，標注滑移線，滑移面與剪切角。3、測量切屑長度，計算變形系數(shù)Λh值。4、實驗結果分析；二、實驗數(shù)據(jù)記錄表表2-1機床名稱與型號試件材料序號前角進給量f切削速度V切屑長度變形系數(shù)123456實驗3車削力測定一、實驗目的與要求1、了解高性能應變式測力儀的使用方法。2、了解車削時切削用量改變對切削力的阻礙規(guī)律。3、掌握處理實驗數(shù)據(jù)方法，建立切削力的經(jīng)驗公式。二、實驗裝備與工具機床：一般車床(CA6L40或CQB6l40)試件：鑄鐵、一般碳鋼（Q235）、優(yōu)質碳鋼(φ60—φ80—500mm)刀具：硬質合金車刀(焊接式或可轉位式)儀器：三向電阻應變式測力儀、4通道動態(tài)電阻應變儀、A/D轉換模塊，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。量具：游標卡尺三、測力儀的工作原理電阻式測力儀是使用彈性元件，將切削時受力后的變形成比例地轉化為電壓或電流信號來與基準量比較，從而測得切削力的。本實驗所用的電阻式應變式測力儀已集成彈性元件、應變片與電橋，測力儀受力后產(chǎn)生的信號通過電阻應變儀的放大，再通過數(shù)模轉化模塊，將模擬信號轉化為數(shù)字信號并輸入電腦，采納專門的軟件進行數(shù)據(jù)的采集、處理。軟件已對測力儀標定。四、實驗內容步驟1、裝夾工件2、連接測試儀器，組成測力系統(tǒng)3、試驗切深對切削力的阻礙固定切削用量v≤l00m／min，=0.2mm/r，刀具角度=15°，=8°，=90°，=15°，改變切削深度=1.5、2、2.5、3……記錄切削力的值。4、試驗進給量對切削力的阻礙固定切削用量v≤l00m／min，=2mm，刀具角度=15°，=8°，=90°，=15°，改變進給量=0.1、0.15、0.21、0.3……記錄切削力的值。5、整理實驗報告書五、實驗報告書的內容與要求1、記錄實驗數(shù)據(jù)。2、整理實驗數(shù)據(jù)建立切削力經(jīng)驗公式。1）在雙對數(shù)座標中分不畫出，，和、關系曲線。其斜率即為相應的切削力公式中的指數(shù)。本實驗是以單因素法進行切削實驗，即改變一個切削參數(shù)。固定其它因素測定切削力。并在雙對數(shù)座標中用圖解法確定曲線關系。利用曲線求出指數(shù)和系數(shù)，然后綜合建立切削力的經(jīng)驗公式。具體方法簡述如下：圖3-1所示為實驗后在雙對數(shù)圖中得到的-、-直線圖形。圖3-1-和-關系曲線直線圖形的對數(shù)方程為：（3-1）（3-2）將上式兩邊取真數(shù)，得方程式為：（3-3）（3-4）在（3-3）、(3-4)式中，、分不為圖3-1中直線的斜率，即=，=值為-直線中=1mm時的值；同理是在-直線中=1mm時的值。綜合(3-3)、(3-4)式，可得實驗公式為：（3-5）式中系數(shù)值可按求得的及值計算得到，即=（3-6）此外，也可按下式計算：=故(3-7)系數(shù)=即可得七、實驗考慮題和結果分析解釋對阻礙的規(guī)律。解釋對阻礙的規(guī)律。3、分析實驗結果產(chǎn)生誤差緣故?如何改進

實驗報告車削力測定班級_______________組號___________座號__________姓名__________一、實驗數(shù)據(jù)：1、切削深度對切削力阻礙車刀幾何角度車刀材料工件材料工件直徑（㎜）轉速n（rpm）切削速度v（m/min）進給量（㎜/r）順序切深（㎜）mvkNmvkNmvkN123452、繪制（-）對數(shù)座標圖3、進給量對切削力阻礙車刀幾何角度車刀材料工件材料工件直徑（㎜）轉速n（rpm）切削速度v（m/min）切深（㎜）順序進給量（㎜/r）mvkNmvkNmvkN123454、繪制（-）對數(shù)座標圖二、實驗數(shù)據(jù)整理，求出切削力公式中的指數(shù)及系數(shù)。三、寫出切削分力實驗計算公式。實驗4車床剛度測定一、實驗目的：l、熟悉機床剛度的兩種測定方法。2、掌握車床的部件剛度和機床剛度的計算方法。3、分析阻礙車床剛度的因素和探討提高車床剛度的措施。二、靜載荷測定法。（一）實驗設備及儀表：CA6140一般車床一臺；三向力靜剛度測定儀一臺，千分表四架，磁性表座三架。（二）實驗方法及步聚：1、Fy單向施力：（1）安裝頭、尾頂尖，并檢查及配合情況；（2）移動尾架安裝三向力測定儀，并使尾架套筒伸出約為50mm；（3）將模擬車刀固定在方刀架中，把加力螺桿旋入0°孔中，安裝鋼球和測力環(huán)，使環(huán)與車刀球頭接觸，各接觸點均須落在主軸軸線的水平面內；（4）將千分表安裝在相應位置上，并使觸點通過主軸軸線水平面，如圖5-l所示；（5）旋轉加力螺軒，施加2000N載荷后，卸載，反復做三次，最后卸載后千分表調零；（6）逐次加載從0→3200N，遞增400N，記錄各千分表指示值(即y頭y尾y刀)，再逐步卸載從3200N→0，遞減400N，記錄各表指示值。不要調整千分表零值，再重復做一次，同樣記錄各千分表指示值。圖4-1三向靜載測定法2、Ff、Fp二向施力：將加力螺桿移到30°螺孔位置，按上述(5)(6)步聚進行。3、Ff、Fp、Fc三向施力：將弓形架繞其軸線轉動（β-60°）；并用插銷固定其位置。按上述(5)(6)步驟進行。（三）實驗報告要求：1、繪制各部件剛度曲線。以縱坐標表示作用力Fp，切削分力Ff、Fp、Fc與模擬切削力P的關系為：Ff=PsinFp=P·cos·sinβFc=P·cos·cosβ以橫坐標表示變形量y，在坐標紙上用色筆繪出頭架，尾架、刀架的加載和卸載曲線。2、計算各部件的平均剛度：以載荷F=3200N時，計算頭架，尾架和刀架的平均剛度。3、計算車床剛度。4、比較車床各部件剛度大小，分析阻礙車床剛度的因素。（四）考慮題：1、機床剛度對加工精度有何阻礙？2、可采取哪些措施提高機床剛度？3、分析各部件的加載曲線和卸載曲線什么緣故不重合？三、動載荷測定法：（一）實驗設備及工藝裝備：CA6140一般車床一臺，YT15硬質合金外圓車刀一把，其參數(shù)如下：刀桿截面：B×H=25×25幾何參數(shù)=15°，=5°，=45°，=10°，=0°，=1工件材料：45鋼，=650N／mm2，D=Φ80mm，L=200mm。游標卡尺0.05/200一把；千分表一架；磁性表座一架。（二）實驗方法及步聚：1、將工件裝置在兩頂尖間，由撥盤帶動旋轉；2、車刀懸伸長度為20mm，刀尖與兩頂尖等高；3、車一段外圓臺階，使其半徑差如圖5-2，即：(D1－D2)÷2=1.75，并記下數(shù)據(jù)；4、調整好切削用量，并縱向走刀一次；n=360r／min；f=0.15mm／r；ap=0.25mm5、安裝千分表并測出外圓臺階的半徑差即：（d1—d2）/2，并記下數(shù)據(jù)。6、計算復映系數(shù)和機床剛度：注：據(jù)切削用量簡明手冊（艾興編）P38中查出；車削力公式為：·（N），取λ=0.6=2795：依照實驗中的切削條件查閱各修正系數(shù)為0.88。（三）實驗報告要求。1、按公式計算車床剛度；2、分析比較動載荷測定法和靜載荷測定法求得的車床剛度值。（四）考慮題：l、誤差復映系數(shù)講明什么問題?2、什么緣故講生產(chǎn)測定法求得車床剛度較接近實際情況。圖4-2生產(chǎn)法測定剛度實驗報告測量記錄表序號測力儀讀數(shù)（u）負載P（kgf）千分表讀數(shù)=0°=0°=30°=0°=30°=60°y頭y尾y刀y頭y尾y刀y頭y尾y刀01234567876543210

二、繪制各部件剛度曲線（依照測量記錄表的數(shù)據(jù)）；Fpy三、計算各部件剛度和車床剛度。四、依照生產(chǎn)法測得的數(shù)據(jù)，計算車床剛度。五、分析比較兩種測定法求得的車床剛度值。實驗5加工精度的統(tǒng)計分析一、實驗目的1、了解在調整好的機床上，連續(xù)加工一批工件時尺寸的變化規(guī)律。2、熟悉加工精度統(tǒng)計分析的差不多方法。3、分析加工中產(chǎn)生的誤差性質及該工序所能達到的加工精度。二、實驗設備及儀表微機操縱車床一臺；試件1l0個；塊規(guī)一付（已組合尺寸）；杠桿千分尺（精度為0．001mm）二把；微型計算機一臺；函數(shù)計算機器一架（自備）。三、實驗方法和步聚1、依照零件圖加工要求編程后，在微機操縱車床上連續(xù)加工試件1l0個。2、組合塊規(guī)尺寸（即零件平均尺寸），且將杠桿千分尺調零。3、依順序，逐一測量工件外圓尺寸。(讀數(shù)可能到0.1μm)，并記錄在表一中。4、數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計計算：方法A：借助有統(tǒng)計功能的函數(shù)計算器，計算表二，并作圖。方法B：把測量數(shù)據(jù)輸入微型計算機，打出圖表及結果。四、實驗報告要求l、按表二進行計算，并作出分布曲線圖和-點圖。2、分析加工誤差的性質，及減少誤差的可能性。3、分析該工序所能達到的加工精度。五、考慮題：1、分布曲線和點圖各有什么特點?它們之間如何區(qū)分?2、工藝能力系數(shù)與系統(tǒng)性常值誤差有無關系?什么緣故?實驗報告表一分布曲線數(shù)據(jù)表（相對值，單位）123456789224466890325476991426487092527497193628507294729517395830527496931537597103254769811335577991234567810013355779101143658801021537598110316386082104173961831051840628410619416385107204264861082143658710922446688110表二分布曲線計算表（單位）順序項目計算公式結果1分組數(shù)KK=8～122組距h3組號組界組中心值頻率m/n頻率密度（頻率/組距）12345678910114算術平均值5均方根偏差6常值系統(tǒng)誤差=7隨機性誤差668工序能力系數(shù)9廢品率=0.5-

表三分布曲線圖及與零件公差帶的比較圖YYXX分析加工誤差的性質、產(chǎn)生的可能緣故及減少誤差的可能性。實驗6切削區(qū)平均溫度的測量一、實驗的目的及要求：1、掌握用自然熱電偶方法測量切削溫度的原理與裝置。2、研究車削時切削速度，走刀量，切削深度對切削溫度的阻礙。3、用實驗方法確定切削溫度=C中各項系數(shù)及指數(shù)值。二、實驗裝備機床：一般機床（CA6140或其他型號車床）試件：45碳鋼（φ80×500）刀具：高速鋼車刀或硬質合金車刀（焊接式或機夾式）。儀器：自然熱電偶測溫裝置，電位差計（UJ36或UJ37）、或毫伏表、X—Y記錄示波器。三、實驗的差不多原理和方法熱電偶法測量溫度的差不多原理是利用兩種不同金屬材料組成閉合電路，假如在這兩種金屬的兩個接點上溫度有差異時（通常溫度高的接點端稱為熱端，溫度低的一端稱為冷端），在電路中將產(chǎn)生電動勢，實驗證明，在一定溫度范圍內，該熱電勢與溫度具有某種線性關系。用自然熱電偶法測量切削溫度時，是利用刀具與工件作為熱電偶的兩極（但刀具和被加工工件材料必須是不同的，且刀具和工件均與機床絕緣），當切削過程中產(chǎn)生高溫時，刀具刃口與工件表面接觸處即成熱電偶的熱端，如在冷端處接入毫伏表或電位差計時，即可測得該熱電勢的大小，從而反映出刀具與工件接觸處的平均溫度，整個測量裝置如圖6-1所示。為了將測得的切削溫度毫伏值換算成溫度值，必須事先對實驗用的自然熱電偶進行標定找出“毫伏值——溫度”的關系曲線，標定裝置如圖6-2所示。標定時取二根與刀具及工件材料完全相同的金屬絲，在其一端進行焊接后便組成一對被校熱電偶，然后將該被校熱電偶與鉑——鉑銠絲組成標準熱電偶放入管式爐內同一位置處，以保證兩個熱電偶的熱端溫度相同，與此同時將兩個熱電偶的冷端插入恒溫的水槽內，用導線把兩個熱電偶的冷端分不接到被校毫伏表及通過校準的標定電位計上，升高爐溫，至某一定值，在爐溫恒定后，記下被校毫伏表及標準電位計讀數(shù)值，由于標準電位計的“溫度——毫伏表”的關系曲線是事先通過標定的，如此就能夠獲得被校熱電偶及毫伏表的“溫度——毫伏表”標定曲線。圖6-1自然熱電偶法測量切削溫度示意圖1-工件2-車刀3-車床主軸尾部4-銅接線柱5-銅頂尖(與支架絕緣)6-毫伏計圖6-2熱電偶的標定1-管式爐2-標準熱電偶3-被校熱電偶