机械制造工程学实验指导书.docx
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机械制造工程学实验指导书
机械制造工程学实验指导书
机械制造工程学
指导机械工程学院
实验书
车刀切削部分几何角度的测量
一、实验目的与要求
本实验的目的是为了使学生熟悉车刀切削部分的几何形状，掌握车刀角度的测量方法。
具体要求：
1、熟悉车刀的构造； 2、了解量角台的结构，学会使用量角台测量车刀标注角度；
3、通过实验进一步掌握基本定义及基面、切削平面、正交剖面、副剖面、法剖面、进给剖面、切深剖面及各角度的间的位置关系，绘制车刀标注角度图，并标出测量值。
二、实验原理及方法
车刀标注角度可以采用万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等进行测量。
对于成批地刃磨车刀,还可用角度样板测量,用测量仪器测量角度的基本原理是：
按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量角器的尺面或量角台的指针平面与构成被测角度的面或线紧密贴合，把要测量的角测量出来。
于量角器和量角台的结构不同，其测量方法也不同。
本实验是在量角台上进行的，所以详细介绍量角台的测角原理。
1、量角台的结构
车刀量角台底盘、工作台、立柱、大刻度盘、大螺帽、弯板、小刻度盘、旋钮、指针等部分组成。
结构如图1一1所示。
2、用量角台测量车刀标注角度 校准车刀量角台的原始位置
用车刀量角台测量车刀标注角度之前，应先把大指针、小指针和工作台指针都调到零位,然后把车刀放在工作台上，如图1一2,我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标准角度的原始位。
主偏角Кr的测量
从原始位置起，按顺时针方向转动工作台，使主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图1一3所示，则工作台指针在底盘上所指的刻度数值，就是Кr值。
刃倾角λs的测量
测量完Кr后，使大指针底面c和主刀刃紧密贴合（大指针前面a相当于Ps）。
则大指针在刻度盘上所指示的刻度值，就是刃倾角λs的大小，如图1一4,指针在0°左边为+λs，在右边为－λs 副偏角Кr′的测量
方法同主偏角的测量。
此时工作台逆时针旋转。
如图1一5 前角o的测量
1
2
前角o必须在主偏角Кr测量完之后进行测量。
从原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底盘上ψr=90°-Кr的刻度值处或从图1一3所示位置，逆时针转动工作台90°，此时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面a（相当于Po），然后让大指针底面c落在通过主刀刃上选定点的前刀面上（紧密贴合），则大指针在刻度盘上所指示的数值，就是正交剖面前角o的数值,如图1一6所示,指针在0°右边时为+o，在左边时为一o。
后角o的测量
在测完前角o之后。
向右平行移动车刀，使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴
合，如图1一7所示，则大指针在大刻度盘上所示的刻度值，就是正交剖面后角o。
指针在0°左边为+o，反之为－o。
3
法剖面前角n和后角n的测量
测量车刀法剖面的前角和后角必须在测完主偏角Кr和刃倾角λs之后方能进行。
将滑体（连同小刻度盘和小指针）和弯板（连同大刻度盘和大指针）上升到适当位置,使弯板转动一个刃倾角λs的数值，这个λs数值固连于弯板上的小指针在刻度盘上指示出来（逆时针方向转动为+λs，反之为－λs），如图1一8,然后再按正交剖面内的前角o和后角o的测量方法，即可测出车刀法剖面内的前角n和后角n的大小。
注意事项：
测量过程中应保证车刀与定位块和相关的基准面的紧密贴合。
三、实验设备与仪器 车刀测角台，外圆车刀 四、实验报告内容实验目的；实验仪器；实验原理；实验步骤；实验记录；
1．正交剖面参考系的基本角度车刀名称外圆车刀刀杆尺寸B*H前角o后角o主偏角Кr副偏角Кr′刃倾角λs2．法剖面和切削深度进给方向剖面的前角和后角法剖面车刀名称前角n 后角n切深剖面前角p后角p进给剖面前角f后角f 外圆车刀
3.派生角度
4
楔角车刀名称外圆车刀刀尖角r余偏角ψr副前角o'orpf
绘制车刀标注角度图实验结果分析讨论 思考题
1、用车刀量角台测量车刀正交剖面前角o和后角o时，为什么要让工作台从原始位置起，逆时针旋转ψr=90°-Кr的角度
2、45°弯头车刀在车外圆和车端面时，其主、副刀刃和主，副偏角是否发生变化为什么
3、切断车刀有几条切削刃？
哪条是主切削刃？
哪条是副切削刃？
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切削层变形的观察与测量
一、实验目的与要求
本实验的目的是研究金属切削过程中的切屑的变形，通过改变切削速度、前角和进给量，测量切屑长度，来求出切屑变形系数ξ，并观察切削情况和加工表面的粗糙度的变化。
具体要求：
1、掌握切削变形的测量方法；
2、掌握几个主要因素对刀削层变形的影响规律。
二、实验原理及方法
切屑形成过程及切削层变形规律是研究切削加工中各种物理现象的基础，因而研究切削变形有着十分重要的意义。
目前所用的研究方法有很多，如高速摄影法、快速落刀法、光弹性、光塑性试验法等，这些都是常用的测试切削层变形的方法。
本实验是用切屑变形前后长度或厚度的变化来测量变形系数。
具体方法如下：
1．长度法测量变形系数ξ 变形系数ξ=
lclch
式中：
lc—切削长度 lch—切屑长度
可知，只需测出lc和lch即可求出ξ,一般lc大于lch，切屑厚度大于切削厚度，宽度变化不大，可忽略不计。
⑴、lc的求法:
为了获得形成切屑前的原始长度lc，在试件上开两个或一个窄槽,槽内浇锡,如图2一1。
切削时，试件每转一转，就形成完整的切屑段，这样切屑的原始长度就可按下述方法求出。
假设试件外径为D、切削深度为ap，窄槽宽度为b，若开两个对称槽时，则切削深度中点处的切削层长度lc为 lc=
12（Dap）b
6
图2—1变形系数与实验示意图
若开不对称槽,可根据槽具体位置计算,lc也可从试件上直接测量。
⑵、lch的求法:
选取数段完整且比较直的切屑,沿切屑背面（光面）在切屑宽度的中央处用细铅丝或细铜丝量出它的长度lch,为提高测量准确性，同样切削条件至少要测三段切屑，取其平均值。
2、重量法测量变形系数ξ
此方法适用于试件不开窄糟、切削长度预先不知道的情况。
lc的求法：
选取数段较平直的切屑，在天平上称量重量Mc,则lc为：
lc=
1000Mcfap
式中：
p一工件材料密度，单位为g/cm3 ap-切削深度,单位为mm f一进给量，单位为mm/r lch的求法同长度法中的测量方法。
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分别改变o、f、v观察ξ和工件表面粗糙度的变化。
①前角o对变形系数ξ的影响
固定切削速度v=15～40m/min或v=60～100m/min、切削深度ap=1～3mm、进给量f=～/r.
依次变更前角o=0°～25°,取4～6个角度值.②进给量f对变形系数ξ的影响
固定切削速度v=15～40m/min或v=60～100m/min、切削深度ap=1～3mm、前角o=10°～15°.
依次变更进给量f=～/r,取4～6个进给量值.
③切削速度v对变形系数ξ的影响
固定切削深度ap=1～3mm、进给量f=～/r.前角o=10°～15°.依次变更切削速度v=20～120m/min,取5～10个速度值.
在坐标纸上作出ξ-o、ξ-f、ξ-V曲线，观察各因素对切削变形的影响规律。
三、实验设备与仪器 CA6140、天平、刻度尺 四、实验报告内容 实验目的 实验仪器 实验原理 实验步骤 实验记录
1、实验条件机刀
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床具型名号称切削方式刀具材料工件直径工件材料及密度2、实验结果前角γo 进给量f 切削速度 Lc Lch切屑重量 ξξ平均值Lc Lch 切屑重量 ξ Lc Lch 切屑重量 ξ 绘制ξ-o、ξ-f、ξ-V曲线图实验结果分析讨论
思考题
1、为什么ac和o增大时，变形系数ξ会减小2、切削碳钢时，在ξ-V曲线上为什么会出现驼峰？
3、带状切屑和崩碎切屑形成过程有何异同
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用于测量Fy力的电阻应变片共有八片RY1、RY2……RY8,每臂两片串联组成全桥，在Fy力作用下，上下两环都产生压缩变形，于是RZ1、RZ2、RZ5、，其余受压，电阻减小，同理也符合RZ6受拉，电阻增大布片与接桥原则。
测力仪的布片与接桥，还应考虑尽可能的消除三个分力间的相互干扰，即每一个电桥的输出电压仅与被测的切削分力有关，而其他两切削分力的作用不引起电桥输出电压的变化。
为此，在布片与接桥时还应使被测切削分力以外的其他两分力作用时，对被测切削分力的电阻应变片所产生的电阻变化，在电桥中相互抵消，即所谓电补偿方法。
如测量Fz力的电桥输出△U=
U4R（RZ1RZ2RZ3RZ4）在Fy的作用
下，RZ1、RZ2、RZ3、RZ4皆受拉伸变形，电阻增大，各为＋△Rz，且数值相等，代入上式，括号内数值和为零，所以Fy力的作用对Fz力的电桥不产生输出，既Fy力对被测得Fz力没有干扰，在Fx力的作用下，RZ1、RZ2受拉，电阻增大，皆为+△Rz；RZ3、RZ4受压，电阻减小，皆为－△Rz，将各△Rz代入上式，括号内数值之和也为零，所以Fx力的作用对Fz力的电桥也不产生输出，既Fx力对被测得Fz力没有干扰，同理，可证出Fz和Fy对Fx力与Fz和Fx对Fy力间都没有干扰。
2、电阻应变式测力仪的放大与记录
于电桥的输出电压很小，因此需用应变仪来放大电桥的输出信号，常用的电压桥型如YJD—1,YJ—5,Y6D—2等，功率桥型如Y6D—3A,Y8DB—5等，电阻应变仪的输出信号需记录仪器纪录，与其配套使用的有光线示波器及数字电压表。
根据上述原理，切削力的测量系统框图如图3—6所示。
切削力测力仪变形电桥电信号应变仪输出记录仪图3—6切削力的测量系统框图实验方法
1、准备工作
1）安装工件、测力仪及车刀，注意刀尖伸出长度与标定时一致，并对准工件
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中心高；
2）按测量系统框图连线；
3）熟悉应变仪、记录仪器的使用；
4）熟悉机床的操作方法，注意安全事项； 5）确定实验条件； 2、切削实验
用单因素法进行实验
1）固定v、f等值，依次改变ap,记录各参数； 2）固定v、ap等值，依次改变f,记录各参数；
注意事项：
在实验开始或结束时，须进行电标定，求得Kz、Ky、Kx便将读数换算为με单位。
三、实验设备及仪器
CA6140、记录仪、应变仪、测力仪
四、实验报告内容
实验目的
实验仪器、设备实验原理实验步骤实验记录1、仪器、设备
机床应变仪记录仪工件刀具2、记录结果
电标定：
Kz= με/mmKy= με/mm Kx= με/mm
结构 材料材料Кr测力仪测力仪的标定常数λs Kz= Kg/μεKy= Kg/μεKx= Kg/με硬度γoαoКr′rε16
vf 读数apvfFz Fz ap读数
注：
若用数字电压表记录，读数为mv。
电标定单位为με/mv。
切削力Fz=读数3Kz3kz
绘制测试系统原理图，在对数坐标纸上，画出Fz一f、Fz一ap线，并从图上求出斜率和截距。
求导出切削力的Fz经验公式实验结果分析讨论 思考题
1、分析切削用量ap、f等对主车削力的影响规律，并解释其原因。
2、Fz经验公式中为何要修正各系数
3、有哪些因素会导致本实验的误差？
你对本实验有何改进意见
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车床刚度的测定
一、实验目的与要求
通过实验深入理解课堂所学的基本理论，了解工艺系统受力变形的现象。
具体要求是：
1、熟悉并掌握生产过程中测定车床刚度的方法； 2、了解车床刚度对机械加工精度的影响。
二、实验原理及方法
用较接近实际加工情况的切削测定法，可较准确地测定车床的静刚度。
车床本身是一个弹性体，当受切削力或其他外力作用时便产生相应的弹性变形,机床抵抗其变形的能力称为该机床的刚度。
车床刚度值可用下式表示：
1KS1KZ1Kt（1xL）21Kw（xL）
2 式中：
Ks、Kz、Kt、Kw分别表示车床、刀架、床头、尾座的刚度，L表示两顶尖间的距离,X表示床头到车刀的距离。
车床的刚度不但与组成车床各零部件的刚度有关，而且在很大程度上还取决于各零部件之间的接触刚度，因而车床刚度不是一个常数而是随外力变化而变化的一个变值。
测定车床刚度的方法：
静载荷测定法：
车床各部件刚度均可采用此方法。
本实验主要测定车床前、后顶尖和刀架的刚度。
图4一1车床刀架、头尾架静刚度测量示意图
如图4一1所示，在车床两顶尖之间安装一根短而粗的心轴，并在刀架上装上一个螺旋加力器，在加力器和心轴之间放
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一个测力环,转动加力器的加力螺钉，刀架与心轴之间便产生了作用力，力的大小测力环中的干分表3读出。
在这个力的作用下，刀架的位移可以装在床身上的千分表4直接测出，头架和尾架的位移则可千分表1和2测出。
当外力100牛顿开始加至20XX牛顿，每次增加100牛顿,各干分表读出变形值,然后以变形为横坐标、切削力为纵坐际，把各点连线，即可得到床头、尾座和刀架部件的平均刚度值。
（二）切削测定法
以普通车床为例。
在一根轴上装有三个相同的刚度片,三个刚度片的位置分别处于粗轴的两端和中间。
通过切削三个刚度片的两个相等的余量，而仍留有的半径差，再根据误差的反映规律即可将各部件的刚度计算出来。
图4一2即为车床刚度的切削测定法。
图4一2切削测定法测力示意图
当吃刀深度分别为ap1和ap2时，则在切削过程中刀尖相对工件所呈现的变形为y1和y2，其值可用下式表示：
y1=Py1/k=λ2Cpz2f y2=Py2/k=λ2Cpz2f一得：
y2y1=λ/k…… 2ap221/k……
/k
即：
k=λ
式中：
△=ap2ap1为切削刚度片的半径差
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δ=y2y1为切削刚度片的变形差
通过对三个刚度片加工前后实测的半径差则可得到车床各部位的综合刚度。
即：
Kwz=λ…… 2……
KZZ=λ2Cpz2fKtz=λ……
式中：
Kwz=—刀架在靠近尾座位置时车床的综合刚度 KZZ—刀架在中间位置时车床的综合刚度 Ktz—刀架在靠近床头位置时车床的综合刚度 f—走刀量
λ2Cpz—系数可切削用量手册查出
通过车床各部位的综合刚度，并利用车床刚度公式解具有k头,k尾,k刀三个未知数的一个联立方程即可求出床头、尾座和刀架部件刚度，在测定并计算出车床各部件刚度值的基础上，即可估算出用该车床加工游时被加工工件可能产生的尺寸及
形状误差。
三、实验步骤
1、准备好实验用的千分尺、千分表、刚度片及测力仪，检查前后顶尖的配合是否紧密，熟悉车床操纵部分，调整好车床的切削速度及走刀量。
2、车床刚度的静载荷测定：
在车床两顶尖间装好刚性轴，并按图9一1装好测力仪、千分表、加力器,力100牛顿加至20XX牛顿，卸载荷20XX牛顿至100牛顿，每次变化100牛顿，记下千分表的每次读数。
3、车床刚度的切削测定：
将带有三个刚度片的粗轴装入车床上，尾座后顶尖伸出的长度为机床中心高的三分之一，刀杆伸出大约30毫米的阶梯，一次走刀切三个刚度片，然后分别车出毫米的阶梯,并测出实际阶梯值记入报告中，再一次走刀切去阶梯，并将加工后仍留有的阶梯值记入报告中。
四、实验设备及仪器
CA6140、干分表、测力环、加力器 五、实验报告内容
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实验目的 实验仪器 实验原理 实验步骤
实验记录
D1切削加工前△=/2d1D2床头 中间 尾座 切削加工后δ=/2d2绘制车床刚度静载荷测定的pyy刀、pyy头、pyy尾的曲线图。
实验数据处理
根据实验数据计算车床各部件刚度
根据实测车床刚度估算加工φ50X400工件后的尺寸及形状误差，加工时使用标准硬质合金车刀，工件材料为45号钢，切削用量为：
f=/r,
Cpz=20XXN/mm2,λ=
实验结果分析讨论
思考题
1、影响工艺系统刚度的因素有哪些？
如何提高工艺系统的静刚度？
2、测静刚度曲线中，为什么加载曲线和卸载曲线不重合？
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加工误差的统计分析
一、实验目的及要求
在无心磨床上用贯穿法，在合理的调整下磨削一批工件，了解加工精度的统计分析法，理解正态分布曲线的含义及在批量生产中的实际作用。
二、实验原理及方法
无心磨床加工原理
无心外圆磨削是一种高生产率的外圆磨削方法，无心磨削后工件精度可达到1～2级，表面粗糙度可达到～，适用于成批或大批量生产。
无心磨削的特点：
工件不打中心孔，不用顶尖支承，也不用卡盘装夹，而是置于磨削轮与导轮之间，用托板托住，已被加工表面本身定位进行磨削。
磨削轮的直径比导轮的直径大，两轮的转向一致，而磨削轮的圆周线速度是导轮的50～80倍，工件在导轮的作用下向相反方向旋转，使磨削轮对工件进行磨削。
贯穿法磨削时，工件穿过磨削区域，如图5—1所示，工件一面旋转一面自动前进退出磨削区而落入盒内。
图5—1无心磨削原理
1—磨轮2—支承板3—导轮
为使工件能自动纵向进给，导轮的轴线相对磨削轮的轴线需要倾斜一角度α，导轮和工件表面接触点的线速度v,可分解为水平和垂直两个，即：
v水v导sinαv水v导cosα
如果导轮和工件表面无滑动，则水平分速度就是工件纵向进给速度，而垂直分速度即为工件的圆周速度。
一般α取1o30′～2o30′之间，粗磨时磨削速度为～，精磨时为～，被加工工件的中心高于磨削轮和导轮的中心。
其托板支承面有一个斜角φ。
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加工精度的统计分析
在相同的工艺条件下加工一批零件，于某些偶然误奏不可避免地存在，常常使一批零件中各个零件的误差也各个不同，这种偶然误差所引起的尺寸变化称为尺寸分散。
在研究加工精度问题时，应该估计到系统误差和偶然误差同时存在，并且彼此混在一起，此时统计分析法将起重要作用。
统计分析法是以生产现场内许多工件进行检查的结果为基础，运用数理统计的方法去处理这些结果，从中找出规律性的东西，以便找出解决问题的途经。
例如对某一工序任一次调整下加工出来的一批零件,测量每个加工后的实际尺寸，再按尺寸大小把整批零件分成若干组，每一组零件的尺寸在一定的间隔范围内，以此间隔为横座标,以同一尺寸间隔内的零件数量与该批零件总数之比为纵座标可以得出若干点，将这些点连接起来，可得一根折线,将零件数增如,同时尺寸间隔取得很小时，此折线非常接近于曲线,这就是尺寸分布曲线。
如图5一2所示。
图5一2尺寸分布曲线
分布曲线的形状与工序的特性直接有关，机械加工中不同的加工方法和条件，将得到各种不同的分布曲线类型。
三、实验步骤
1、对所磨的心轴按10℅进行抽检，将最大、最小尺寸记录下来； 2、人员分工：
续料、接活、测量和记录；
3、粗磨两次精磨一次，依实际尺寸分组和计算频率比，而后画尺寸分布图； 4、第一图分组数少一些，第二图分组数多一些； 5、讨论：
两个图的折线作一比较； 折线与曲线的近似程度； 分清成品、可修复品和废品； 影响折线的因素。
四、实验设备及仪器
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无心磨床、千分尺、相对测量仪、游标卡尺
五、实验报告内容
实验目的实验仪器实验原理及步骤实验记录
1、磨削前抽检尺寸：
max min2、总加工数绘制尺寸分布图实验结果分析讨论
思考题
1．正态分布曲线是如何作出的？
它有何特点？
2．影响正态分布曲线的因素有哪些？
该曲线有何缺陷？
3．如何判断加工误差的性质？
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CA6140型车床的典型结构剖析
一、实验目的
1、了解机床的用途，总体布局以及机床的主要技术性能； 2、对照机床传动系统图，分析机床的传动路线； 3、了解和分析机床主要零部件的构造和工作原理。
二、实验内容
学习CA6140型普通车床的典型结构及操纵系统
三、实验步骤
1．指导教师现场以CA6140为例介绍机床的用途、布局、各操纵手柄的作用及其操作方法。
然后开车空载运转表演，以观察机床各部件的运动。
2．揭开主轴箱盖，根据机床传动系统图和主轴箱展开图，看清各挡传动路线及传动件的构造。
1）看懂标牌符号的意义，明确主轴箱各操纵手柄的作用。
2）了解主传动系统的传动路线，主轴的正砖、反转、高速、低速是如何调整实现的。
3）结合挂图了解摩擦离合器的结构原理及其调整操纵情况。
4）操纵Ⅱ一Ⅲ轴上两个滑移齿轮移动，操纵Ⅳ轴上的两个滑移齿轮及VI轴上的一个滑移齿轮移动，注意它们的动作过程和啮合位置。
5）结合挂图观察主轴前轴承、中轴承、后轴承，轴上齿轮离合器的构造。
了解前后轴承的作用及调整方法。
6）观察卸荷皮带轮的结构。
7）了解主轴箱的润滑系统及各传动件的润滑油流经路径。
3．挂轮架
了解挂轮架的构造、用途和调整方法
4．进给箱
结台进给箱展开图及传动系统图，观察基本组、增倍组的操纵机构，螺纹种类移换机构，以及光杠、丝杠传动的操纵机构。
5．溜扳箱
纵向、横向的机动进给及快速移动的操纵机构。
丝杠、光杠进给的互锁机构，对开螺母机构，结合挂图了解超越离合器及过载保险装置。
6．刀架
刀架总体是床鞍、横刀架、转盘、小刀架及方刀架五部分组成。
结合这些部件的结构和装配图分析其工作原理。
7．尾架
观察尾架的构造，尾架套筒的夹紧方法，尾架套筒与机床主轴中心线同轴度的调整方法。
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8。
床身
了解床身的整体结构。
床身导轨分几组？
各组的作用是什么？
思考题。
1．卸荷皮带轮是如何使皮带的拉力不传给轴而传给箱体？
带轮的扭矩是怎样传给轴的？
用简图说明。
2．摩擦离合器的工作原理是什么？
控制摩擦离合器完成主轴正转、反转，通过什么环节以保持离台器的自锁？
3．超越离合器、安全离合器的用途和工作原理是什么
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实验书
车刀切削部分几何角度的测量
一、实验目的与要求
本实验的目的是为了使学生熟悉车刀切削部分的几何形状，掌握车刀角度的测量方法。
具体要求：
1、熟悉车刀的构造； 2、了解量角台的结构，学会使用量角台测量车刀标注角度；
3、通过实验进一步掌握基本定义及基面、切削平面、正交剖面、副剖面、法剖面、进给剖面、切深剖面及各角度的间的位置关系，绘制车刀标注角度图，并标出测量值。
二、实验原理及方法
车刀标注角度可以采用万能量角器、重力量角器以及各种车刀量角台等进行测量。
对于成批地刃磨车刀,还可用角度样板测量,用测量仪器测量角度的基本原理是：
按照车刀标注角度的定义，在刀刃的选定点，用量
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