机械制造技术基础实验指导书.docx
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机械制造技术基础实验指导书
《机械制造技术基础》实验指导书
实验一、刀具角度测量实验3
实验二、动态切削力的测量实验6
实验三.加工误差的统计分析实验8
实验四、工艺系统静刚度的测量实验10
实验一、刀具角度测量实验
实验目的和要求
1、熟悉车刀切削部分的构造要素;
2、通过实验加深理解刀具标注角度参考平面的定义,三个平面的空间位置及相互关系;
3、熟悉万能车刀测角仪的测量原理,掌握车刀几何角度的测量方法,加深理解车刀几何角度及其在切削过程中的作用;
4、用所测量的刀具几何角度画一车刀的角度标注图;
5、记载自己所测刀具的编号、刀具材料、几何角度。
车刀若干,万能刀具角度测量仪器4台
三、实验方法
1、熟悉车刀切削部分的构造要素,重点观察车刀的形状、主切削刃、畐U切削刃、前刀
面、主后刀面、副主后刀面的位置。
图2-1为车刀切削部分的构造要素。
图2-1车刀切削部分的构造要素
掌握刀具几何角度的定义
前角丫o:
在正交平面测量的前刀面与基面的夹角。
后角ao:
在正交平面测量的主后刀面与切削平面的夹角。
主偏角kr:
在基面测量的主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
副偏角Kr':
在基面测量的副切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。
刃倾角入s:
在切削平面测量的主切削刃与基面的夹角。
副后角a'o:
在副正交平面测量的副后刀面与副切削平面的夹角。
刀具每个角度的标注如图2-2所示。
(2)
3、车刀几何角度的测量方法
(1)刀具角度测量台
刀具角度测量台如图2-3所示。
u呵感膛.标右刻度;
氛转台「用于交輩祓捌刀具;
4、滑块.用于调格刀貝體舌*
乩措甘乍下而为测绘板・其黑面和乩BrC三个测旦刃U
供测宦便用;
鼠厕羽盘;
J立柱*
念高度调霍块百
图2-3车刀角度测量台刀具角度的测量方法(以车刀为例)
1)主偏角kr的测量
a)转台调零:
将转台左侧的刻度线对到底盘的零度;
b)将刀具安装在滑块上,刀尖顶在指针平面中心线上。
此时,扇形盘平面与进给方向重合;
c)转动转台,使刀具的主切削刃与指针平面紧贴;
d)读取转台左侧刻线所示的圆盘刻度,就是主偏角kr。
2)畐骗角k'r的测量
a)在1)项的基础上,转动转台使副切削刃与指针平面紧贴;
b)读取转台左侧刻线所示的圆盘刻度,就是主偏角Kr。
3)刃倾角入s的测量
a)在测量主偏角的位置上,此时,扇形面为切削平面,在该平面将指针的刃口A与主
切削刃重合;
b)读取指针所指的刻度就是刃倾角入s。
4)前角丫o的测量
a)在测量主偏角的位置上,将转台转过90°,此时,扇形面为正交平面,在该平面
将指针的刃口A与前刀面重合;
b)读取指针所指的刻度就是前角丫o。
5)后角ao的测量
a)在4)的基础上(此时,扇形面为正交平面),将指针的刃口B与后刀面重合;
b)读取指针所指的刻度就是后角ao。
6)副后角a'o的测量
a)在2)的基础上,将转台转过9o°,此时,扇形面为副正交平面。
将指针的刃口C与副后刀面重合;
b)读取指针所指的刻度就是后角a'o。
四、填写实验报告
为了继续进行后续的相关实验项目,要将对车刀的实际测量结果进行认真的整理、记录。
实验二、动态切削力的测量实验
实验目的和要求
1、了解各种测力仪的工作原理;
2、研究在一定刀具几何角度的条件下,切削深度和进给量对切削力的影响及变化规律。
3、掌握用实验的方法建立切削力的经验公式的方法和技能。
实验仪器及耗材
1、压电式切削测力仪;
2、YE5850电荷放大器;
3、机床:
J1MK460X100精密车床;
4、其它测量工具;
5、45钢试件;
6、计算器、笔、尺等(学生自备)
三、测力仪的工作原理
1、压电式切削测力仪
YDC-川89型压电式切
削测力仪的结构如图2-1
所示,该测力仪为理工大学开发的专利产品,采用刀杆式结构,用一个三向压电石英力传感器作为力电转换元件。
它不仅大刚度、咼灵敏度、咼固有频率、宽频率响应围,线性良好的动、静态性能,而且结果简单,体积小,除刀体结构有
一点变化外和正常的刀具一样,在正常的切削加工状态下,就可以实时、准确地测量出三向
静、动态切削力。
其工作原理可简单地叙述为:
根据正压电效应,当石英晶片受到外力作用时,石英晶片的表面会产生正、负电荷,电荷的多少与所受外力的大小
成严格的线性关系。
2、电阻应变式切削测力仪
电阻应变式切削测力仪的工作原理是在测力仪的弹性体(特制刀杆)上粘贴电阻应变片,构成电桥,如图2-2所示。
电桥的平衡条件是R1/R2=R3/R4,既BD两点的电位相同,表现为检流计中无电流。
在切削力的作用下,弹性元件的变形,各电阻应变片的阻值将发生变化。
R1受力,长度增加。
截面积减少,于是电阻增大。
R2受压缩,长度减少,截面积增
加,于是电阻减小。
电桥的平衡被打破,M>Vd,检流表中有电流通过,电流的大小与切削力
成正比。
3、机械式切削测力仪
m^3机械测■第构
机械式切削测力仪的结构如图2-6所示,受结构的限制,只能测量垂直分力F乙在切削状态下,Fz所产生的扭矩,使测力仪的横梁产生扭转变形,带动杠杆转动一个角度,通过活塞杆,将变形量以一定的关
系传递给百分表。
这一系列的变形传递关系与Fz成正比关系,通过事先标定好的百分表读
数一一切削力的关系,就可以进行切削力的实际测量了。
四、实验容
1、熟悉实验设备的构成、工作原理。
2、每4个学生一组,在实验指导老师指导下完成如下容
(1)确定实验参数:
在指定切削速度(500r/min)的前提下,在一定围确定实验参数
进给量f:
0.15~0.5mm/min,背吃刀量ap:
0.2~1.0mm。
(2)操作切削力测量系统软件系统,配合指导老师操作机床,进行切削加工;
(3)记录实验数据;
(4)整理实验数据;
(5)建立切削力与背吃刀量及进给量相关的经验公式;
3、填写实验报告。
实验三加工误差的统计分析实验
实验目的:
在一定的加工条件下,用数理统计分析的方法,分析工艺系统的尺寸分布,加工能力和工艺系统中可能存在的误差因素。
实验容:
按自然加工顺序,对所加工的100个试件的尺寸进行测量,绘出频率直方图,并对其工
艺能力和废品率进行分析。
三、试验样件及技术要求
如图1-1所示,由于每个零件均进行多次的重复性加工实验,因此,直径尺寸的具体值由实验教师给出。
四、实验设备
±
二
<■■1
图1-145钢实验用小轴
无心外圆磨床,杠杆千分尺(0.002),卡尺
(0.02)等
五、实验原理
1、直方图分析法
在生产过程中,由于系统性误差和随机性误差的存在,使同一批工件在同样生产条件
下,加工出来的同一个几何要素的加工尺寸不一样,按尺寸的大小分组,按实测的尺寸结果,
统计各组出现的试件的频数就可以画出对应的直方图(参见图1-2)。
根据直方图的形状和由测量值计算得到的参数,可以估算出该工序的工艺特征和工艺
组频数。
等级系数Cp为公式1-3所示。
根据Cp的大小可以判断工艺等级,合格率、废品率、常值系统误差,提出提高该工序产品合格率的可行措施。
Cp=T/6S1
六、实验步骤
1、调整机床:
试加工m件(m>10),求出其平均尺寸Xm和均方差am按上限尺寸和下限尺寸求出机床的调整尺寸的上下限,按技术要求调整好机床,要注意要按顺序使工件一个接一个独立地进入磨削区,这样可保证加工每个零件的工艺条件是相同的,同时千万不可将加工顺序
搞乱。
上限尺寸:
D+0.015—3am(1+1/,m)下限尺寸:
D—0.015+3am(1+1/,m)
2、测量数据:
按着加工的自然顺序,用千分尺对每个被加工工件的直径尺寸进行测量并记录在案,为了验证实验结果的统一性,分成十组进行独立的测量,每组的测量数据不近相同,但总的结果还是一致的,将测量结果填入测量数据表(取m=5)o
3、画直方图:
确定直方图的的组数,对于样本空间为100的实验,一般选择6到12组,组距取微米
的整数倍,为了避免数据恰好落在组界上,组界要选在数据尾数的1/2处,将每组的组界、
频数、频率、组中值等填写在分布图数据表中。
在图上用双点划线画出X和公差带的中心
位置,结合公差带的宽度T和尺寸的分散围6S,可以计算出工艺能力系数Cp,和该工序的
工艺等级。
4、计算工艺能力系数Cp估算废品率
5、分析实验结果:
对加工的100个零件进行实际测量得到的结果进行讨论分析、进行归纳总结并填写实验报告。
实验四、工艺系统静刚度的测量实验
五、实验目的和要求
1、了解机床刚度的测定方法之一一动载法;
2、比较机床各部件刚度的大小,分析影响机床刚度的各个因素;
3、巩固和验证有关工艺系统刚度的概念。
六、实验容
用动载法测定车床刚度。
实验系统将动态测量并记录切削力的变化,同步测量并记录前顶针、刀架及后顶针的动态位移量,计算出各部件刚度及机床刚度。
七、实验设备
1.CM6140车床一台、X5646/1多功能铣床一台;
2.压电三向切削力测量仪两套;
3.位移传感器或千分表三套;
4.计算机数据处理系统一套。
八、实验原理
工艺系统在载荷的作用下会产生相应的变形。
载荷越大变形也越大,反之亦然。
机床静刚度Ks是机床在稳态下工作(无振动)的刚度,它衡量机床抵抗静载变行的能力。
静刚度的概念,一般用下式表示:
Ks=F/Y
式中:
Ks—静刚度(N/mm
F—切削力(N)
丫一在F作用下刀刃与加工面之间的相对位移(mm。
但是从工艺观点来研究问题时,我们认为在切削分力Fy方向上的变行要比其它切削分力作用方向上的变行大得多,所以Fy对加工精度的影响占主要地位,故又可以用下式表示工艺系统刚度
Ks=Fy/Y
工艺系统在受力情况下的总位移量丫是各个组成环节的位移量迭加,根据测量数据可得出:
刀架刚度KsD=Fy/Yo
后顶尖刚度KsH=Fy/2YH
在根据车床变形Ys为前后顶尖变行位移的平均值和刀架变行位移之和
Ys=Fy/Ks=1/2(Fy/2Ks(+Fy/2KsH)+Fy/KsD
化简后
1/Ks=1/4(1/Ksq+1/Ksh)+1/Ksd
这样车床静刚度Ks即可求出。
实验方法1:
三向测力环测量
图1-1所示为三向刚度仪测定车床静刚度的静态测设备。
图1-1刚度测定加载装置
图中弓形加载架刚度足够大,其变形略去不计,通过加载器上的加力螺钉
4进行加力Fy。
Fy经钢球传至测力环3,由测力环的千分表指示出所加Fy力的数值。
床头、尾座、刀架部件均在Fy力作用下发生变性位移,三个部位各
安装一个测量位移的设备(如千分表等测量微位移的设备),测其变行位移YsqYsh、Ysd。
再根据公示计算出床头、刀架、尾座各部件的刚度,然后计算出机床静刚度Ks。
实验方法2:
应用压电式三向测力仪测量
模拟实际加工状态,应用如图1-2的三向测力仪,进行准动态加载,得到切削力FyFy。
同时测量的各点的位移值,得到一组测量数据。
九、实验步骤
1、安装实验设备
2、在指导教师指导下,测量实验基础数据,填入表格;
3、系统调零;
4、进行准动态施加模拟切削力,系统自动实时动态测量切削力和各测量点
的位移;并打印出多点的实验数据、据次可计算出关键部位的刚度及工艺系统的刚度值。
十、填写实验报告
十一、实验结果分析