《机械制造基础》实验指导书.docx
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《机械制造基础》实验指导书
《机械制造技术基础》实验指导书
天津理工大学机械工程学院
先进制造实验中心
实验一切削力的测量
一、实验目的
1．掌握电阻式车削测力仪的工作原理及结构，熟悉微处理机力测试仪的使用方法；
2．研究车削时走刀量f、切削深度ap，对切削力的影响；
3．通过实验建立切削力公式：
二、实验条件
1．设备：
CA6140普通车床
2．仪器：
QB—07型双平行八角环车削测力仪
WJLC—I型微处理机力测试仪
3．刀具：
不重磨外园车刀
4．工具：
游标卡尺、双对数座标纸
5．试件：
45号钢ф×L
三、工作原理及结构
切削测力仪采用双平行八角环作为测力仪的弹性元件，在环的内外壁上粘贴电阻应变片，并连接成三个电桥以作为测定切削力的传感器。
车削时，车削力经工件转动传递于车刀上，再由车刀刀杆传递到八角环，再由贴在八角环上的电阻应变片的电阻变化而输出正比例电信号，然后再输到微处理机力测试仪中，经单板机处理后打印出三向力的数值，或者经过动态应变仪放大电信号SC—16型光线示波器把动态应变仪输出的信号记录在感光纸上。
由双平行八角环上电阻应变片组成的电桥及配套测试仪器组成切削力测定系统如图一所示。
它的结构由弹性元件及其连接的电桥组成。
本车削测力仪由平行八角环为弹性元件（如图二）它同夹紧部位和外罩连成一体组成整体结构，它能够可靠地起到传感器的作用，测力仪装有外罩防止冷却液溅湿内部电阻片。
电阻应变片的贴片位置是在测力仪八角环内外壁垂直平面上，纵向力Fx力的电阻应变片R1,R2,R3,R4R5,R6,R7,R8贴在双八角环的45º平面上，横向力Fy力的电阻应变片Ｒ9,R10,R11,R12，R13,R14,R15,R16贴在八角环横向平面内外壁上，垂直力Fz的电阻应变片R17，R18,R19,R20贴在横向平面的外壁上。
线路连接按三个力方向来决定，Fx，Fy各贴了八片电阻应变片，组成D1，D2全桥电路（如图三）。
Fz（垂直力）共贴了四片电阻应变片组成—D3全桥电路。
工作时，Fx力使双平行45º八角环产生拉伸和压缩输出电信号，因此用D1电桥来测车削力Fx的大小。
Fy力使双平行八角环产生弯曲，使八角环内壁产生压缩，八角环外壁产生拉伸，因此用D2电桥来测车削力Fy的大小。
Fz力使双平行八角环的上环产生拉伸下环产生压缩，所以用D3电桥来测车削力Fz的大小。
插座接线如图四所示，电阻应变片组成的电桥线路按标号与插座进行联接并同接线盒对号相连。
1、2、3、4点——纵向力Px
6、7、8、9点——横向力Py
11、12、13、14点——径向力Pz
本实验的二次仪表是与之配套的WJLC—I型微处理机力测试仪，其核心部分是TP810—B单板机，采样数据可真地反映一组削力中各分力在同一瞬间的相互关系和不同瞬间的变化情况，能方便地进行灵敏度修正，分力干扰补偿在一定范围内提高了测力精度，并经线性回归分析求出切削力经验公式的系数及指数。
补偿后的全部数据可用TP801微机，以数据或曲线二种形式输出。
WJLC—I型微处理机力测试仪的前面板结构如图五所示，其操作键盘如图六所示。
图五
1．指示灯2.“工作状态”旋钮、静态标定时按标定数选择相应的I、II、III路，动态数据采集时，旋钮打至“测量”或“断”微打的x,y,z与路数I、II、III路相对应3.七段码显示器4.操作键盘5.微处理机状态开关，打在“800H”显示器“三”打在“监控”显示器显示“P”6.TP801单板机与磁带机TP803进行信息传送的输入输出口7.校正调节8.“平衡”调节9.标定值选择开关（校正时用）10.盖板
初始化
贮存
改错
—
标准载荷
RESET
灵敏度
干扰系数
切削参数
校零
经验公式
7
8
9
采样X
ap
打印曲线
4
5
6
数据y
处理f
记录仪
1
2
3
平均z
力v
停止打印
0
静标
打印灵敏度
打印
干扰系数
图六
RESET——复们命令键
0～9——数字键
初始化——动态实验时，使指针及标志初始化
灵敏度——向计算机输入灵敏度
贮存——为输入的数据贮存到贮存器
干扰系数——向计算机输入干扰系数
改错——修正静标及动态测试中的错误
-——负号
校零——采样前仪器采零点
标准载荷——静校时输入标准加载力
经验公式——求车削力的经验公式
采样/ap/x——采样切削分力/切削深度/x向
数据处理/f/y——处理切削分力/进给速度/y向
平均力/v/z——求平均切削分力/切削速度/z向
打印曲线——打印切削分力曲线
记录仪——向记录仪输出修后的切削分力
打印干扰系数——打印标定向及对其它两面三刀向的干扰系数
打印灵敏度——求标定向灵敏度
静标——负责标定测力仪、校正本仪器
停止打印——停止打印动态切削力
四、实验步骤
实验前应认真阅读实验指导书的内容，以备实验教师的提问
1．正确安装好测力仪和试件、接好线路。
2．用标准桥分别样正WJLC—I型力测仪三路的放大量，现以第一路x向为例说明校正步骤：
①“I”路—x向，“测量—零”开关置“零”
②接通电源、予热30分钟
③“工作状态”旋钮置于“I”，标定值“置于零”
④将附件标准桥接入“I”路插座，“测量—零”开关置“测量”
⑤按下“静标”显示器显示“4”时按下“x“键
⑥调整“I”路的“平衡”旋钮直至显示器上显示000000误差不超过2个字
⑦“标定值”旋钮旋至±50、±100、±1000从显示器上观察其精度应满1000±0.5%的精度，若达不到可用螺丝刀调节“校正”电位器。
⑧“I”路校正完毕按“RESET”键，显示器显示“三”，“I”路“测量—零”打到零，卸下标准桥接入“II”或“III”路重复上述步骤进行校正。
3．将测力仪x（红）y（兰）z（黄）三向接入测力仪对应的I、II、III、路输
入端
4．“工作状态”打到测量，“标定值”旋至“0”
5．三路“测量—零”开关打至“测量”
6．输入灵敏度，其操作过程如下：
操作
显示
说明
灵敏度
H
x
A
等待输入x向灵敏度
00.153
A00.153
x向灵敏度00.153
y
b
等待输入y向灵敏度
00.103
b00.153
y向灵敏度00.103
z
c
等待输入z向灵敏度
00.210
c00.210
z向灵敏度00.210
RESET
三
返回待命状态
7．依次输入干扰系数，其操作过程如下：
操作
显示
说明
干扰系数
H
x
A
等待输入向干扰系数
01.000
A01.001
Xx=1.00
贮存
A00.018
将该值贮存
00.018
A
Yx=0.018
贮存
A00.045
将该值贮存
00.045
A
Zx=0.045
贮存
b
将该值贮存
y
b00.002
等待输入y向干扰系数
00.002
b
Xy=0.002
贮存
b01.000
01.000
b
Yy=1.000
贮存
b00.055
00.055
b
Zy=0.055
贮存
c
z
c00.070
等待输入z向干扰系数
00.070
c
Xz=0.07
贮存
c00.081
00.081
c
Yz=0.081
贮存
01.000
c01.000
Zz=1.000
贮存
c
RESET
三
返回待命状态
8．按初始化
9．采样点数及每点采样间隔
操作
显示
说明
RESET
三
00040
三000040
采样40个点
贮存
三
00001
三00001
每点间隔1ms
贮存
三
10．输入切削参数
每组实验以必变4～6次切削参数为宜，现以一组切削参数说明其操作过程如下：
操作
显示
说明
切削参数
H
ap
A
等待输入切深ap
00100
A001.00
Ap=1mm
f
b
等待输入进给量f
00010
b000.10
f=0.1mm/r
v
c
等待输入切削速度
00425
c0042.5
v=42.5m/min
RESET
11．按校零键
12．开车
13．按“采样”键按“平均力”键，自动打印该组切削参数及三向力的数值
五、实验报告内容
1．实验目的和实验条件
2．实验数据记录
3．数据处理过程（曲线，主要计算数据，结果）
4．对实验结果进行分析和讨论
（附：
实验报告格式）
实验报告
学院（系）名称：
姓名
学号
专业
班级
实验项目
课程名称
课程代码
实验时间
实验地点
批改意见
成绩
教师签字：
实验内容
实验二车削时切削温度的测量实验
一、目的要求
1．学习用自然热电偶测量切削温度的方法，了解测温原理，热电偶的定度．
2．研究车削时切削速度v，走刀量f，切削深度ap，对切削温度的影响．
3．用实验方法确定切削温度公式
；中的系数和指数值。
二、实验条件
1．设备、车床C616
2．仪器、自然热电偶测切削温度装置及电位差计
3．刀具、高速钢车刀
4，量具：
游标卡尺双对数座标纸
5．试件：
45号钢
五、实验的基本原理
热电偶法测量温度的原理是利用当两种不同的金属材料组成闭合回路时．如果在两种金属的两个结点上温度不同时，在电路中将产生热电动势．其值可用电位差计或毫伏表来
量出来．如图3—1其中1为热结点，2，3为冷结点，A，B为不同的金属导体，t1，to分别为冷热结点的温度．
图3—2为利用刀具和工件作为热电偶的两极组成一个自然热电偶，刀具和工件之间用导线连接组成一闭合回路，刀具和工件应与机床绝缘，以免产生寄生电势．当切削时，刀具和工件接触的地方就是热电偶的热结点，切削热使闭合回路中产生热电动势，用电位差计或毫伏表测出其大小，由‘毫伏值——温度”的定度曲线找出温度的大小，此温度值即表示刀具与工件接触点的平均温度。
为了将测得的毫伏值换算成温度时，必须事先对实验用的自然热电偶进行标定（或称：
定度）找出其“毫伏值——温度”的关系曲线标定装置如图3—3所示。
标定方法是各取一根与刀具和工件材料完全相同的金属丝，在端部进行焊接做成被校热电偶。
标定时，将被校热电偶和标准热电偶故入管式炉内同一位置（或用石棉绳缚在一起）以保证热端温度相同。
将两个热电偶的冷端插入装有冰块的水槽内，保持冷端温度恒定为0°C，用导线把两个热电偶的—冷端分别接到被校毫伏表及标准电位差计上，升高炉温，在不同温度下保持一定时间，待炉温恒定后，记下被校毫伏表及标准电位差计的读数，因为标准电位差计的“温度——毫伏值”关系曲线是事先经过标定的。
这样就可以获得被校热电偶及毫伏表的“温度——毫伏值”标定曲线如图3—4。
四、仪器调整及测量方法
实验所用仪器为电位差计。
仪器的线路图如图3—5使用方法说明如下：
1．将电位差计的锁扣放开。
调指针至零点。
2．将被测热电偶两端用导线接在未知两端钮上。
3．将开关板向“标准”调节“电流调节”旋钮，使电位差计指针停在零点。
4．将开关板向“未知”调节其余两个旋钮使电位差计指针停在零位，此时两个旋钮上面的读数即为被测值。
五、实验步骤
1．熟悉使用的仪器，机床操作手柄及安全注意事项，按装好试件、刀具、接好线路，并请辅导教师检查。
2．试验切削深度ap对切削温度的影响。
固定走刀量f，切削速度v，改变ap进行切削，记下每次的毫伏数。
3．试验走刀量切削温度的影响。
固定切削深度ap，走刀量f，改变f进行切割，记下每次的毫伏数。
4．试验切削速度v对切削温度的影响。
固定切削深度ap，走刀量f，改变v进行切削，记下每次的毫伏数，
六、数据处理
1．在对数坐标纸上分别画出lg与lgv，lg与lgf，lg与lgap的关系曲线。
其斜率即
为切削温度公式。
2．在已画出的曲线上，任取三组实验温度值的数据（θ、v、f、ap）代入公式：
六、实验报告内容：
]．实验的目的
2．所用机床、仪器和工具、材料、刀具名称及规格
3．实验记录表
4．数据处理过程（图线、主要计算数据、结果）
5．对实验结果进行分析和讨论
实验数据（参考）
一、切削温度的测量
1、数据记录：
组
Ap（mm）
F（mm）
N（r/min）
V（mv）
T（°c）
1
0.4
0.03
173
1.32
185
2
0.4
0.03
360
1.95
270
3
0.6
0.03
360
1.94
270
4
0.6
0.05
360
2.4
320
根据实验结果，在对金属切削过程中，随着切削速度的提高，切削温度将明显上升；随着进给量的增大，切削温度上升；背吃刀量对切削温度的影响很小。
（附：
实验报告格式）
实验报告
学院（系）名称：
姓名
学号
专业
班级
实验项目
课程名称
课程代码
实验时间
实验地点
批改意见
成绩
教师签字：
实验内容
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