机械制造技术实验指导书本科

机械制造技术基础实验指导书编写：詹友基福建工程学院机电及自动化工程系2006年2月目录一、车刀几何角度测量二、切削变形实验三、切削力实验四、车床三向静刚度测定实验五、加工精度的统计分析实验六、切削区平均温度的测量实验1车刀几何角度测量一、实验目的与要求1、了解车刀量角仪的结构与工作原理。2、进一步熟悉车刀切削部分的构造要素，巩固和加深对刀具各标注平面参考系及标注角度基本定义的理解。并掌握车刀测量方法。3、通过对车刀各剖面内角度的测量与计算，进一步理解它们之间几何关系。4、测量给定车刀的几何角度，将测得的数据填入表格中，并对测量结果进行分析。二、实验设备与工具1、仪器：车刀量角仪2、测量用车刀：45°外圆车刀，75°外圆车刀，90°外圆车刀，切断刀，大刃倾角车刀。三、车刀量角仪的结构与使用方法1、图1-1量角仪(本校制造)图1-1量角仪（本校）量角仪由底置l、转盘9、立柱3和刻度盘6、测量片7等零件组成。底盘1用来安装立柱3，并以销2孔为中心刻着±100°的转盘9，当转盘9两侧面的基线对准底盘刻线转90°时。定位块10的d面是垂直的。当测量片7的指针对着刻度盘0°时，测量片7的b面与转盘9的平面是平行的，而且垂直于C面、A面。立柱3的上下移动靠螺母4来调整。2、图1-2量角仪（哈尔滨工业大学）图1-2量角仪（哈尔滨工业大学）量角仪由底座l、平台3、立柱7和大小扇形盘6、11、大小指针5、10等零件组成。底座l呈圆盘形，平台3可绕底座中心转动，底座外缘左、右各有刻度l00°，当基线板2对准圆盘刻线0°时，活动尺4侧边与指针5下端的测量板平面垂直。测量板5上有三个测量刃口A、B、C，其所在平面即为测量车刀角度时的测量平面。当小指针l0和大指针5均为0°时，刃口A与平台平面平行，B、C与平台平面垂直。四、实验步骤和方法(本校制造)要测量某一车刀角度时，首先应规定一个假定走刀方向，即要先辩明车刀的主、副切削刃及前、后刀面，以确定需要测量角度的位置。然后将车刀放在转动平台上，左或右侧面靠在活动尺的侧面上。测量角度的顺序通常先测偏角，再测刃倾角，继而测前角、后角。这样调整方便，也可提高工作效率。即测量顺序为：主切削刃：rk——s——o——o；副切削刃：rk——s——o——o。（1）主偏角的测量首先把车刀放在转盘9上，使车刀的侧面与定位块l0的d面紧密接触，这时可以调整螺母4，使滑块5上下移动，然后转动转盘9，使车刀主刀刃贴合于测量片7的A面，这样转盘9刻线对着底盘l的数据给予处理，即是主偏角的角度。（2）刃倾角的测置测量刃倾角的方法基本上是同测量主偏角角度一样，所不同的是调整测量片7的b面与主刀刃贴合，这样可以在刻度盘6直接读出刃倾角的角度。（3）前角的测量测量前角的方法是车刀放转盘9上，使车刀的侧面与定位块l0的d面紧密接触，然后转动转盘9，(测量片7处于车刀主剖面位置)，此时调整测量片7的b面与车刀的前刀面贴合，这样可以在刻度盘6上直接读出前角角度。（4）后角的测量测量后角的方法基本与测量前角相同，所不同的是调整片7的C面与车刀的后刀面紧密接触，这样可以在刻度盘6直接读出后角角度。（5）副偏角的测量测量副偏角的方法基本上与测量主偏角相同，所不同的使测量片7的A面与车刀的副刀刃紧密接触，这样转盘9刻线对着底盘l的数据给予处理，即是副偏角的角度。（6）副后角的测量测量副后角的方法基本上与测量后角相同，所不同的是调整测量片7的C面与车刀的副后刀面相结合，这样在刻度盘6上可以直接读出副后角的角度。（7）p的测量测量p方法基本上是同测量前角相似，所不同的是转盘9应转到使定位块l0的d面与测量片7的A面平行后，再调整测量7的b面与前刀面紧密接触，这样在刻度盘6上可以直接读出p的角度。（8）f的测量测量f的方法基本上与测量p方法相似，所不同的是转盘9应转到使定位块l0的d面与测量片7的A面垂直后，再调整测量片7的b面与前刀面紧密接触，这样在刻度盘6上可以直接读出f的角度。五、编写实验报告书实验报告内容：记录所测量车刀名称，记录测得角度数据，画出所测车刀简图，并标注几何角度。六、实验思考题与结果分析1、分析车刀n=o的条件。2、分析车刀f=p的条件。3、分析车刀o=s的条件。4、分析实验产生的误差及其原因。实验报告车刀几何角度测量班级_______________组号___________座号__________姓名__________一、实验报告书内容1、记录测量数据，分别填入表1-l2、计算车刀各剖面角度值，并与测量结果比较，分别填入表1-2。3、示图表示车刀几何形状并标注基本角度数值。二、测量与计算数据记录表表1-1被测车刀几何角度值车刀基本角度测量值（度）刀号名称rksoorko1234表1-2被测车刀各剖面角度测量与计算值车刀角度测量值（度）计算公式计算值（度）刀号名称175°外圆车刀fpn245°外圆车刀fpn实验2切削变形实验一、实验目的与要求1、观察切削过程产生变形现象，了解实验方法及所用装置。2、了解切屑形成过程及切屑的各种形状。3、掌握测量切屑变形的方法。计算变形系数Λh值。4、研究切削速度，前角与走刀量等因素对切屑变形影响。二、实验设备机床：普通车床、车头刨床。试件：中碳钢（45钢）、低碳钢（A3）。刀具：高速钢车刀，硬质合金车刀。仪器与装置：低倍显微镜，金相显微镜、快速落刀装置。量具：游标卡尺、钢板尺。其它：漆包线或细钢丝、手锯等。三、实验内容与方法l、观察切屑变形观察切屑金属层内部变形，利用快速落刀装置，使切削时刀具瞬间脱离工作，从而获得切屑停留在加工表面上根部试样。然后锯下，经金相磨片抛光与腐蚀后，通过金相显微镜或在金相照片上，观察切削金属层内部三个变形情况。并参考图2-l画出金属内部变形示意图。图2-1金属内部变形示意图图2-2快速落刀装置图2-2是车床上用手锤敲打后，使刀具停止切割的快速落刀装置。车刀2是利用螺栓2与剪切销3固定在刀夹4的槽中，切削时，用锤敲打车刀，使销子剪断，车刀绕螺栓转动，快速脱离试件。2、测量切削变形量切屑变形程度还可用变形系数h（切屑厚度压缩比）来度量。在切削层金属形成切屑时，其切屑厚度chh通常要大于切削厚度Dh,而切屑长度chl却小于切削长度cl,如图2-3所示。由于切削宽度与切屑宽度差异很小,根据体积不变的原则,变形系数h可由下式计算:chcDchhllhh图2-3变形系数的计算变形系数h是大于1的数，它可直观的反映切屑的变形程度，且容易测量。h值越大，表示切出的切屑越厚越短，变形越大。计算变形系数Λh值的方法有，测量切屑长度法与称切屑重叠法。四、实验方法和步骤；l、研究前角对切屑变形系数的影响，先把材料装上虎钳，量出材料长度cl，并将刨刀和机床调整妥善（调整滑枕行程长度为150毫米；工作台进给量为0.33毫米／行程量；滑枕行程速度10.5米／分；刨刀角度：o=10°，oa=13°，oa=8°，r=75°，r=15°，s=0°，pa=2毫米），然后开动机床，将被切下的整段切屑用线条量出其长度chl屑填入实验报告，并按公式chchll计算切屑变形系数值，然后改变刨刀前角γo=20°，(其他不变)重新切削，将所测数据填入实验报告。2、研究切削速度对切屑变形的影响，首先将材料装上虎钳量出材料长度cl，将刨刀和机床调整妥善(刨刀几何角度，o=15°，oa=8°，r=75°，r=15°，s=0°，调整滑枕行程为150毫米，pa=2毫米，f=0.33毫米/行程，滑枕每分钟往复行程数12.5次及滑枕行程速度4.2米/分)，然后开动机床将被切下的整段切屑用线条量出切屑长度chl，算出切屑变形系数。并将数据填入报告书，然后再改变滑枕速度14.8米/分或每分钟滑枕往复行程数52.5次，其它不变，依次进行。3、研究进给量对切屑变形的影响。用上述同样方法，选刨刀几何角度为（o=20°，oa=13°，r=75°，r=15°，oa=8°，s=0°），调整行程为150毫米，滑枕每分钟行程数为次，行程速度为米／分，切削深度pa=2毫米，分别以f=0.33毫米／行程与f=0.67毫米／行程进行试验，分别量出切屑长度chl填入试验报告并计算切屑收缩系数h值。五，思考题1、切屑有几种类型，它们的特点怎样？2、切削速度和进给量对切屑种类和加工表面粗糙度有何影响?怎样解释这种影响?实验报告切削变形班级_______________组号___________座号__________姓名__________一、实验报告书内容1、记录实验数据，并填入有关表2-12、绘制观察到变形示意圈，并从金相显微镜或金相图片上分析与描绘金属内部各变形区特点，标注滑移线，滑移面与剪切角。3、测量切屑长度chl，计算变形系数Λh值。4、实验结果分析；二、实验数据记录表表2-1机床名称与型号试件材料序号前角o进给量f切削速度V切屑长度chl变形系数chchll123456实验3车削力测定一、实验目的与要求1、了解高性能应变式测力仪的使用方法。2、了解车削时切削用量改变对切削力的影响规律。3、掌握处理实验数据方法，建立切削力的经验公式。cFcFcyxpFcfaCFfFfFfpFpFpyxpFfyxpFpfaCFfaCF二、实验装备与工具机床：普通车床(CA6L40或CQB6l40)试件：铸铁、普通碳钢（Q235）、优质碳钢(φ60—φ80—500mm)刀具：硬质合金车刀(焊接式或可转位式)仪器：三向电阻应变式测力仪、4通道动态电阻应变仪、A/D转换模块，数据采集分析系统。量具：游标卡尺三、测力仪的工作原理电阻式测力仪是使用弹性元件，将切削时受力后的变形成比例地转化为电压或电流信号来与基准量比较，从而测得切削力的。本实验所用的电阻式应变式测力仪已集成弹性元件、应变片与电桥，测力仪受力后产生的信号经过电阻应变仪的放大，再经过数模转化模块，将模拟信号转化为数字信号并输入电脑，采用专门的软件进行数据的采集、处理。软件已对测力仪标定。四、实验内容步骤1、装夹工件2、连接测试仪器，组成测力系统3、试验切深pa对切削力的影响固定切削用量v≤l00m／min，f=0.2mm/r，刀具角度0=15°，0=8°，r=90°，r=15°，改变切削深度pa=1.5、2、2.5、3……记录切削力的值。4、试验进给量f对切削力的影响固定切削用量v≤l00m／min，pa=2mm，刀具角度0=15°，0=8°，r=90°，r=15°，改变进给量f=0.1、0.15、0.21、0.3……记录切削力的值。5、整理实验报告书五、实验报告书的内容与要求1、记录实验数据。2、整理实验数据建立切削力经验公式。1）在双对数座标中分别画出cFlog，pFlog，fFlog和palog、flog关系曲线。其斜率即为相应的切削力公式中的指数。本实验是以单因素法进行切削实验，即改变一个切削参数。固定其它因素测定切削力。并在双对数座标中用图解法确定曲线关系。利用曲线求出指数和系数，然后综合建立切削力的经验公式。具体方法简述如下：图3-1所示为实验后在双对数图中得到的cF-pa、cF-f直线图形。图3-1cF-pa和cF-f关系曲线直线图形的对数方程为：pFcacaxCFplogloglog（3-1）fyCFFcfclogloglog（3-2）将上式两边取真数，得方程式为：cpxFpacaCF（3-3）cyFfcfCF（3-4）在（3-3）、(3-4)式中，cxF、cyF分别为图3-1中直线的斜率，即cxF=tan，cyF=tanpaC值为pa-cF直线中pa=1mm时的cF值；同理fC是在f-cF直线中f=1mm时的cF值。综合(3-3)、(3-4)式，可得cF实验公式为：cFcFcyxpFcfaCF（3-5）式中系数cFC值可按求得的paC及fC值计算得到，即cpxFpacaCF=cFcFcyxpFfaCcpcyFaF