机械制造技术基础实验指导书

47《机械制造技术基础》实验指导书郑广花付宏鸽编刘新宇审北华航天工业学院2008.12目录实验一车刀几何角度测量………………………………………………………1实验二切削变形…………………………………………………………………12实验三车削力的测量……………………………………………………………17实验四CA6140车床结构及调整…………………………………………………28实验五典型专用机床夹具结构分析实验……………………………………36实验六机床主轴回转精度的测试………………………………………………39实验七机床静刚度的测试………………………………………………………43实验八加工误差的统计分析……………………………………………………471实验一车刀几何角度测量一、实验目的1．加深对课堂讲授内容的理解，帮助掌握车刀切削部分的基本概念和基本定义，使之了解以下几方面的内容：（1）刀具切削部分的结构。（2）刀具切削角度的参考平面。（3）刀具标准角度的参考系。（4）刀具的标准角度。2．了解车刀量角台的结构（如图1-1所示）和使用方法，学会用车刀量角台测量车刀的角度。二、实验仪器及刀具仪器：回转工作台式量角台图1-1量角台的构造2车刀：外圆车刀、90º偏刀或切断刀若干。三、回转工作台式量角台的构造图1-1所示，回转工作台式量角台主要由底盘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，要求学生测量：κr、κr＇、λs、γo、αo、αoˊ、γn、αn、γf、αf、γp、αp等角度；2.记录测得的数据，并计算出刀尖角εr和楔角βo；3.利用公式计算：sonrsroprsrffcostantansintancostantancostansintantan计算出γn、γf、γp，并验证与实际测量的值是否一致，分析误差原因。五、实验方法1.根据车刀辅助平面及几何参数的定义，首先确定辅助平面的位置，再按几何角度的定义测出几何角度。2.通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合），使指针指出所测的各几何角度。六、实验步骤图1-2测量片31.首先进行测量前的调整：调整量角台使平台、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：（1）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）；（2）测量片的底平面平行于平台平面；（3）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）。2.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。3.测量车刀的主（副）偏角（1）偏角的定义：主刀刃在基面的投影与走刀方向夹角为主偏角κr；副刀刃在基面的投影与走刀反方向的夹角为副偏角κr＇。（2）确定走刀方向：由于规定走刀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走刀方向，其图1-3车刀主偏角的测量4与主（副）刀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，使主刀刃与测量片的大平面贴合，即主刀刃在基面的投影与走刀方向重合，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，使副刀刃与测量片的大平面贴和，即副刀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＇。4.测量车刀刃倾角（λs）（1）刃倾角的定义：在主切削平面内，主刀刃和基面的夹角为刃倾角λs。（2）确定主切削平面：主切削平面是过主刀刃与加工表面相切的平面。在测量车刀的主偏角时，主刀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刀刃，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）与主刀刃的夹角，即刃倾角。图1-4车刀副偏角的测量5（3）测量方法：在上述位置旋转测量片，使底平面（基面）与主刀刃重合。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。5.测量车刀主剖面（也叫正交平面）内的前角γo和后角αo（1）前角和后角的定义：前角是指在主剖面内，前刀面与基面的夹角；后角是指在主剖面内后刀面与主切削平面的夹角。（2）确定主剖面（正交平面）：主剖面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面的投影。在测量主偏角时，主刀刃在基面的投影与测量片大平面重合，如果使主刀刃在基面的投影相对于大平面旋转900，则主刀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：1-5测量车刀刃倾角6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图1-6测量车刀前角图1-7测量车刀后角7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它们的位置，使刀刃和测量片的侧平面接触，此时侧平面就可以看作是主切削平面，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。6.测量车刀的副后角α。′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。7.测量法剖面内的前角γn和后角αn（1）定义：法前角γn是在法剖面内，前刀面和基面的夹角；法后角αn是在法剖面内，后刀面和主切削平面的夹角。（2）确定法剖面：法剖面是通过主切削刃上的一点垂直于主切削刃的平面。而主剖面是垂直于图1-8测量车刀副后角8主刀刃在基面的投影，所以主剖面和法剖面相差一个刃倾角值的大小，即如果使主平面旋转一个刃倾角，则主剖面可以作为法剖面，实现的方法如下：松开缩紧螺母，使大扇形刻度盘旋转刃倾角值的大小，旋转方向则根据所测车刀的刃倾角的正负确定（刃倾角为正，则逆时针旋转；刃倾角为负，则顺时针旋转），旋转后的大平面即可看作法剖面。前已说明，测量片指针指零时，其底平面作为基面，侧平面作为主切削平面，这样就形成法剖面内基面与前刀面的夹角—法前角，主切削平面和后刀面的夹角—法后角。（3）测量方法按上述方法旋转大扇形刻度盘λs角度后锁紧，即可用与前述测量主前角和主后角相似的方法（见5（3））测量法前角和法后角。8.测量进给剖面内的前角γf和后角αf（1）γf、αf定义：进给前角γf：在进给剖面内，前刀面和基面的夹角；进给后角αf：在进给剖面内，后刀面和主切削平面的夹角。（2）确定进给剖面：进给剖面平行于进给方向且垂直于基面，当大、小扇形刻度盘、底盘指针刻度为零时，测量片的大平面平行于进给方向且垂直于平台平面（基面），所以此时测量片的大平面就可以看作是进给剖面，底面看作是基面，侧面看作是主切削平面，这样就形成了进给剖面内基面与前刀面的夹角—进给前角γf，主切削平面与后刀面的夹角—进给后角γf。（3）测量方法：同5（3）。9.测量切深剖面内的前角γp和后角αp（1）γp、αp定义切深前角γp：在切深剖面内，前刀面与基面之间的夹角；切深后角αp：在切深剖面内，后刀面与主切削平面之间的夹角；（2）确定切深剖面切深剖面平行于切深方向且垂直于基面。在车床上进给方向和切深方向在水平面内相会垂直，所以切深剖面与进给剖面成90º关系。若在进给剖面的基础上，9使平台旋转90º，则测量片的大平面可以看作切深剖面，这样就形成了切深剖面内前刀面和基面的夹角—切深前角γp，后刀面和主切削平面的夹角—切深后角αp。（3）测量方法：同5（3）。七、记录数据并完成实验报告记录测量结果并填入表1-1，然后计算出楔角βo和刀尖角εr，填入表中。八、完成实验报告按【附1】中提供的格式和内容要求书写实验报告，并作相应的计算。10【附1】：实验报告的内容和格式1.实验名称2.实验目的3.实验设备及仪器4.实验内容和实验步骤5.实验结果及分析1)实验测量结果表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290º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法前角γn法后角αn进给前角γf进给后角αf切深前角γp切深前角αp楔角βo刀尖角εr表1-2测量值和计算值对比分析11计算公式：sonrsroprsrofcostantansintancostantancostansintantan刀具剖面外圆车刀1外圆车刀290º偏刀切断刀测量值计算值测量值计算值测量值计算值测量值计算值主剖面内前角γo后角αo进给剖面内法前角γn法后角αn切深剖面内进给前角γf进给后角αf2）总结上述表格中数值对比结果并分析原因：3）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。12实验二切削变形一、实验目的1．观察切削变形的过程以及所出现的现象。2．掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。3．研究切削速度v、刀具前角γo和进给量f等因素对切削变形的影响规律。二、实验装备1.设备：CA6140普通车床2.工具：游标卡尺、工业天平、钢板尺、细铜丝或细漆包线等。3.刀具：硬质合金车刀若干把。4.试件：带轴向断屑槽的棒料。三、实验原理在金属切削过程中，由于塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩，如图2-1所示。一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度，衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示：即ξ＝Lc/Lch式中ξ──变形系数；Lc──切削长度(ｍｍ)；Lc＝（πD/ｎ）-b；对于本实验：D--棒料直径，槽数ｎ＝4；槽宽b＝2.5；Lch──切屑长度(ｍｍ)；图2-1切屑收缩示意图13本次实验计算变形系数用测量切屑长度法，如图2-2所示，在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并镶嵌钢板，以达到断屑和保护刀尖的目的，调整好机床进行切削，并把得到的切屑收集起来。等实验得到的切屑冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出铜丝相应的长度L。为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度，然后求出平均值Lch。变形系数按下式计算：ChChCLbnDLL…（1）三、实验内容和步骤1.切削速度υ对切削变形的影响在车床上固定试件，装夹好刀具。试件材料：20钢，试件直径由现场定；刀具材料：YT15硬质合金车刀；刀具参数：κr＝45º；κr＇＝8º；λs＝0º；γo＝10º；αo＝7º；r＝0.1mm；切削用量：＝0.28mm/r,ap＝2mm；改变切削速度；速度取值很关键，必须在实验前进行计算，从低速到高速，可先取:υ＝5；10；20；30；40；60；110m/min；然后根据试棒直径，按式πD1000