金属的切削原理与刀具实验的指导书.docx
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金属的切削原理与刀具实验的指导书
实验一 车刀的角度测量
一、目的与要求
1.熟悉车刀切削部分的构造要素，掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀标注角度的定义；
2.了解量角器和量角台的结构，学会使用量角器和量角台测量车刀标注角度；
3.绘制车刀标注角度图，并标注出测量得到的各标注角度数值。
二、测量原理与实验方法
车刀标注角度可以用角度样板、万能量角器、策略量角器以及各种车刀量角台等进行测量。
其测量的基本原理是：
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（或侧面、或底面），与构成被测角度的面或线紧密贴合（或相平行、或相垂直），把要测量的角度测量出来。
（一）车刀量角台的结构
车刀量角台是测量车刀标注角度的专用量角仪，它有很多种形式，其中既能测出车刀正交平面参考系的基本角度，又能测量车刀法平面参考系的基本角度的一种车刀量角台，如图1-1所示。
1—支脚2—底盘
3—导条4—定位块
5—工作台6—工作台指针
7—小轴8—螺钉轴
9—大指针10—销轴
11—螺钉12—大刻度盘
13—滑体14—小指针
15—小刻度盘16—小螺钉
17—旋钮18—弯板
19—大螺帽20—立柱
图1-1车刀量角台
圆形底盘2的周边，刻有从00起顺、逆时针两个方向各1000的刻度，其上的工作台5可以绕小轴7转动，转动的角度，由固连于工作台5上的工作台指针6指示出来。
工作台5上的定位块4和导条3固定在一起，能在工作台5的滑槽内平行滑动。
立柱20固定安装在底盘2上，它是一根矩形丝杠，旋转丝杠上的大螺纹19，可以使滑体13沿立柱（丝杠）20的键槽上、下滑动。
滑体13上用小螺钉16固定装上一个小刻度盘15，在小刻度盘15的外面，用旋钮17将弯板18的一端锁紧在滑体13上。
当松开旋钮17时，弯板18以旋钮17为轴，可以向顺、逆时针两个方向转动，其转动的角度用固连于弯板18上的小指针14在小刻度盘15上指示出来。
在弯板18的另一端，用两螺钉11固定装上一个扇形大刻度盘12，其上用特制的螺钉轴8装上一个大指针9。
大指针9可以绕螺钉轴8向顺、逆时针两个方向转动，并在大刻度盘12上指示出转动的角度。
两个销轴10可以限制大指针9的极限位置。
当工作台指针6、大指针9和小指针14都处在00时，大打针9的前面a和侧面b垂直于工作台5的平面，而大指针9的底面c平行于工作台5上平面。
测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动工作台5，同时调整放在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺帽19，使滑体13带动大指针9上升或下降而处于适当的位置，然后用大指针9的前面（a或侧面b、或底面c）与构成被测角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘12上读出大指针9指示的被测角度数值。
（二）用车刀量角台测量车刀标注角度
（1）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，必须先把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到零位。
然后把车刀按图1-2所示平放在工作台上，我们称这种状态下的车刀量角台位置为测量车刀标注角度的原始位置。
图1-2用车刀量角台测量车刀标注角度的
原始位置
（2）主偏角κr的测量
图1-3用车刀量角台测量车刀主偏角
从图1-2的原始位置起，按顺时针方向转动工作台（大指针a相当于Pr），让主刀刃紧密贴合，如图1-3所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角κr的数值。
（3）刃倾角λs的测量
测完主偏角κr之后，使大指针底面c和主刀刃紧密贴合（工作台前面a相当于Ps），如图1-4所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角λs的数值。
指针在00左边为+λs，指针在00右边为-λs。
图1-4用车刀量角台测量车刀刃倾角
（4）副偏角κ’r的测量
参照测量主偏角κr的方法，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图1-5所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角κ’r的数值。
图1-5用车刀量角台测量车刀副偏角
（5）前角γ0的测量
前角γ0的测量，必须在测量完主偏角κr的数值之后才能进行。
从图1-2所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针到底盘上ψr=900-κr的刻度数值处（或者从图1-3所示测完主偏角κr的位置起，按逆时针方向使工作台转动900），这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针a（相当于P0），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），如图1-6所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面前角γ0的数值。
指针在00右边时为+γ0，指针在00左边为-γ0。
图1-6用车刀量角台测量车刀前角
（6）后角α0的测量
在测完前角γ0之后，向后平行移动车刀（这时定位块可能要移到车刀的右边，但仍要保证车刀侧面与定位块侧面靠紧），使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密帖合，如图1-7所示，则大指针在大刻度盘上所指示的刻度数值，就是正交平面后角α0的数值。
指针在00右边时为+α0，指针在00左边为-α0。
图1-7用车刀量角台测量车刀后角
（7）法平面前角γn和后角αn的测量
测量车刀法平面的前角γn和后角αn，必须在测量完主偏角κr和刃倾角λs之后才能进行。
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数值由固连于弯板上的小指针在小刻度盘上指示出来（逆时针方向转动为+λs，顺时针方向转动为-λs）,如图1-8所示，然后按如前所述测量正交平面前角γ0和后角α0的方法（参照图1-6，图1-7），便可测量出车刀法平面前角γn和后角αn的数值。
图1-8用车刀量角台测量车刀法平面前角和后角
三、实验报告内容
（一）实验用量角仪和工具
（二）实验记录
1、正交平面参考系的基本角度（单位：
度）
车刀编号
车刀名称
刀杆尺寸（B×H）mm
前角γ0
后角
α0
主偏角κr
副偏角
κ’r
刃倾角
λs
副后角α’0
外圆车刀
2、法平面和切削深度（进给）方向的前角和后角（单位：
度）
车刀编号
车刀名称
法平面
切削深度方向平面
进给方向平面
前角γn
后角αn
前角γp
后角αp
前角γf
后角αf
外圆车刀
3、派生角度（单位：
度）
车刀编号
车刀名称
刀尖角εr
余偏角ψf
副前角γ’
楔角
βo
βn
βp
βf
外圆车刀
（三）绘制车刀标注角度图
（四）实验结果分析讨论
思考题
1、用车刀量角台测量车刀正交平面前角γ0和后角α0时，为什么要让工作台从原始位置起，逆时针方向旋转ψr=900-κr的角度？
2、在什么情况下需要测量车刀法平面前角γn和后角αn？
为什么用车刀量角台测量车刀法平面前角γn和后角αn时，小指针（即弯板）要旋转一个刃倾角λs的数值？
3、参照淐车刀正交平面前角γ0和后角α0的方法，怎样利用车刀量角台测量车刀副刀刃上的副前角γ’0和副后角α’0？
为什么车刀工作图上不标注副前角γ’0？
4、怎样利用车刀量角台测量车刀切削深度（进给）方向平面的前角γp（γf）和后角αp（αf）？
标注出γp（γf）和αp（αf）有什么用处？
5、切断车刀有几条？
哪条是主刀刃？
哪条是副刀刃？
应如何利用车刀量角台测量切断车刀的主偏角κr和副偏角κ’r?
6、450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？
实验二刀具的刃磨
一、目的和要求
掌握刀具的前角γ0、后角
、主偏角κ’r、副偏角κr和刃倾角λs等常用刀具的研磨方法，进一步掌握在正交平面参考系中刀具角度的标注方法。
二、实验内容及安排
16人一组，每个人独立完成表中规定角度的刀具研磨。
表一车刀的刃磨角度
γ0
α0
α’0
κr
κ’r
λs
右偏刀（外圆车刀）
100
50
50
600
150
70
表二切槽刀的刃磨角度
前面定向角
后面定向角
左副后面定向角
右副后面定向角
γ0
λsL
α0
κrL
α’0L
κ’rL
α’0R
κ’rR
切槽刀
70
30
120
930
50
30
50
30
三、设备及工具
车刀角度测量台、砂轮机、高速钢车刀及Φ14钻头各80支。
四、刃磨步骤
（一）、外圆车刀的刃磨过程
1、为了方便测量，应先靡磨出主偏角κr和副偏角κ’r;
2、研磨刃倾角λs
3、磨前角γ0；
4、最后磨出后角α0和副后角α’0。
（二）、切槽刀的刃磨过程
1、先磨出前面定向角γ0、λsL；
2、分别磨出左副后面定向角α’0L、κ’rL和右副后面定向角α’0R、κ’rR。
3、最后磨出后面定向角α0、κrL。
五、思考题
1、刀具的刃磨质量如何表征？
2、砂轮的组成要素对刀具的刃磨质量产生什么影响？
3、砂轮的工作转速对刀具的刃磨质量产生什么影响？
六、实验报告
1、实验结果
表1车刀刃磨结果
γ0
α0
α’0
κr
κ’r
λs
右偏刀（外圆车刀）
表2切槽刀刃磨
前面定向角
后面定向角
左副后面定向角
右副后面定向角
γ0
λsL
α0
κrL
α’0L
κ’rL
α’0R
κ’rR
切槽刀
2、绘制简图表示右偏刀切端面时的各基准面、截面及各几何角度，并注上符号。
实验三刨削加工切屑变形实验
一、实验目的与要求：
1、观察切削过程，认识各种切削的形状。
2、掌握测量切削变形的方法。
3、研究切削厚度，前角和工件材料对切屑变形的影响规律。
二、实验设备及用具：
1、设备：
B665型牛头刨床。
2、刀具：
高速钢刨刀（三把）
To=15αo=8KT=90λs=0
To=20αo=8KT=90λs=0
To=25αo=8KT=90λs=0
3、用具：
游标卡尺、钢板尺、细钢丝。
4、试件：
45钢、铜、100×50×5各类板板。
三、实验基本原理
在切削过程中，由于发生塑性变形，使切削层尺寸发生变化，与原切削层尺寸比较，长度Lc变短，厚度αp增加，这种现象称为切屑收缩，切屑收缩的大小，一般能反映切屑变形的适度，用变形系数ξ表示。
四、方法步骤
本实验在刨床上进行，如图所示，将实验用的试件制成长L=100mm，宽=α=50mm，厚h=5mm，然后在一定的切削条件下，进行切削，并用细铜丝及钢板尺，量出切削长度Lc，即可求出在一定条件下的变形系数ξ。
其中：
Lc、ap——切屑的长度、厚度。
L、Cc——切屑层的长度、厚度。
1、αc与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
试件材料
试件长度
刀具材料
刀具前角
依次改变切削厚度αc进行切削，收集切屑，用细铜丝及钢此尺，测出切屑长度Lc，记入报告书表格，并作出αc—ξ曲线。
2、To与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
切削厚度αc
试件材料
试件硬度
试件长度
刀具材料
依次改变不同的刀具前角，To进行切削，测量切屑长度Lc计入报告书表格，并作出To—ξ曲线。
3、工件材料与ξ的关系
固定下列条件：
切削速度v
切削厚度αc
试件长度
刀具材料
刀具前角
依次改变试件材料，进行切削，收集切屑，测量切屑Lc填入报告书表格，通过以上实验步骤，从而可以看出各种条件，对变形的影响规律。
思考题：
1、切屑有几种类型？
它们的形成过程及特点如何？
2、刀具前角To和切削用量，对切屑变形系数的影响如何？
为什么？
实验四刀具角度及切削用量对切削过程的影响
一、目的和要求
观察切削进行过程，了解切削用量对切削过程的影响，掌握刀具的前角γ0、主偏角κr和刃倾角λs对切削过程的影响规律。
二、实验内容及安排
分别单独改变切削速度、进给量和背吃刀量时，对切削效率、切屑类型及断屑状况的影响。
16人一组，第4人为一小组。
三、设备及工具
CA6140车床、车刀量角台、外圆车刀、粗糙度量块、放大镜、千分尺、Φ50×400A3钢。
四、实验原理及方法
1、取两把仅前角有较大差别而其它参数均相同的90℃右切偏刀进行对比切削，并作观察记录；
2、取两把仅刃倾角有较大差别的外圆车刀作对比切削，并作观察记录；
3、取两把特大刃倾角高速钢车刀进行极小吃刀深度切削，并作观察记录。
4、取两仅主偏角有较大差别的外圆车刀作对比切削，并作观察记录；
5、取两把仅副偏角有较大差别的外圆车刀作对比切削，并作观察记录；
6、用硬质合金车刀分别作低、中、高三种切削速度的对比切削，观察积屑瘤的生成情况，并作记录。
7、取可转位机夹车刀一把，分别作单独改变进给量f、背吃刀量ap、切削速度vc等的切削效率的对比切削，观察其切屑的颜色及断屑状况，并作记录。
五、实验报告
1、详细阐述实验步骤；（无这一步的实验报告，其成绩只能算整个实验报告成绩的一半）
2、实验记录
1）刀具材料：
刀具角度：
工件直径：
主轴转速：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
前角γ0
切屑类型、颜色及变形情况
其它
1
2
2）刀具材料：
刀具角度：
工件直径：
主轴转速：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
刃倾角λs
切屑类型、流向
其它
1
2
3）刀具材料：
刀具角度：
λs=工件直径：
主轴转速：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
表面粗糙度及切屑状况
其它
1
2
4）刀具材料：
刀具角度：
工件直径：
主轴转速：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
主倾角κr
台肩工件两端直径（mm）、（L=mm）
其它
1
D1=D2=
2
D1=D2=
5）刀具材料：
刀具角度：
工件直径：
主轴转速：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
副偏角κ’r
表面粗糙度
其它
1
2
6）刀具材料：
刀具角度：
切削用量：
vc=m/s；f=mm/r；ap=mm；
序号
工件直径（mm）
主轴转速（r/m）
切削速度（m/s）
积屑瘤、断屑情况及其它
1
2
3
7）刀具材料：
刀具角度：
序号
工件直径（mm）
主轴转速（r/m）
切削速度（m/s）
进给量（mm/s）
背吃刀量（mm）
积屑瘤、断屑情况及其它
1
2
3
4
3、实验分析
1）分析γ0、κr、κ’r和λs对切削过程的影响及其主要选择原则；
2）分析影响工件表面粗糙度的因素；
3）分析切削用量vc、f、ap对切屑变形和切削温度的影响及其主要选择原则。
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