OM7OBA机械制造技术基础实验指导书.docx

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OM7OBA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

目录

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11

实验四、工艺系统静刚度的测量实验13

实验一、刀具角度测量实验

一、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张车刀的角度标注图；

5、记载自己所测刀具的编号、刀具材料、几何角度。

二、实验设备

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、副切削刃、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

2、掌握刀具几何角度的定义

前角γ0：

在正交平面内测量的前刀面与基面的夹角。

后角α0：

在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角。

主偏角κr：

在基面内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κr′：

在基面内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λs：

在切削平面测量的主切削刃与基面的夹角。

副后角α′0：

在副正交平面内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。

图2-2车刀的几何角度标注

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。

图2-3车刀角度测量台

（2）刀具角度的测量方法（以车刀为例）

1）主偏角κr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κr。

2）副偏角κ′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κ′r。

3）刃倾角λs的测量

a）在测量主偏角的位置上，此时，扇形面为切削平面，在该平面内将指针的刃口A与主切削刃重合；

b）读取指针所指的刻度就是刃倾角λs。

4）前角γ0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，在该平面内将指针的刃口A与前刀面重合；

b）读取指针所指的刻度就是前角γ0。

5）后角α0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α0。

6）副后角α′0的测量

a）在2）的基础上，将转台转过90°，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α′0。

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

一、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。

二、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：

J1MK460×100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-Ⅲ89型压电式切削测力仪的结构如图2-1所示，该测力仪为大连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、高灵敏度、高固有频率、宽频率响应范围，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B、D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受张力，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，VB>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

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Fz，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——切削力的关系，就可以进行切削力的实际测量了。

四、实验内容

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内容

（1）确定实验参数：

在指定切削速度（500r/min）的前提下，在一定范围内确定实验参数;

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

一、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。

二、实验内容：

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

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，统计各组内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能力。

需要计算的参数为样本的平均值

和均方差S。

或

1——1

或

1——2

式中n:

样本数，即加工的工件数。

Xi：

试件的测量尺寸，Xj：

每组的组中值，F：

每组频数。

如果系统稳定，加工误差将符合正态分布，其尺寸分散范围在6S，则该工序的工艺能力等级系数Cp为公式1-3所示。

根据Cp的大小可以判断工艺等级，结合直方图分析，可计算合格率、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——3

六、实验步骤

1、调整机床：

试加工m件（m≥10），求出其平均尺寸

m和均方差σm，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+0.015－3σm（1+1/

）下限尺寸：

D－0.015+3σm（1+1/

）

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）。

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

和公差带的中心位置，结合公差带的宽度T和尺寸的分散范围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—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、实验内容

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）

Y—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Y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/YD

前顶尖刚度KSQ=Fy/2YQ

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/2KSQ+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。

1、前顶尖；2、接长套筒；3、测力环4、加力螺钉；5、弓行加载器；6、摸拟刀杆

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YSQ、YSH、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。

一十、填写实验报告

一十一、实验结果分析