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
湖南涉外经济学院
HunanInternationalEconomicsUniversity
机械制造工程学
实验指导书
机械工程学院印制
年月
实验一车刀角度测量………………………………1
实验二 切削层变形的观察与测量…………………8
实验三 加工误差统计分析…………………………13
实验一、车刀角度测量
一、实验目的
1．学习测量车刀几何角度的方法及仪器使用。
2．加深对车刀几何角度的定义和理解。
二、实验内容和要求
1．使用车刀量角台，测量给定外圆车刀的前角γo、后角α0、主偏角Kr和副偏角
，并将测量结果记入实验报告；了解刃倾角λs定义和作用。
2．每人测两把车刀，切断刀和外圆刀各一把。
⒊根据测量结果，绘制车刀简图，并回答问题。
三、仪器及工具
1、车刀量角仪（如图1）
图1车刀量角仪
2、所配车刀规格：
配四把车刀：
400车刀（车外圆、平端面、倒角）、900车刀（精车刀、车外圆、平端面）、750车刀（精车刀、车外圆、平端面）、切断刀（切断、切槽）。
精度：
7～8级左右
四、车刀量角台结构介绍与测量方法
l．量角台的主要测量参数及其范围
车刀量角台能够测量主剖面和法剖面内的前角、后角、主偏角、副偏角及
刃倾角。
测量范围：
前角测量范围0-45度后角测量范围0-30度
刃倾角测量范围0-45度，主、副偏角测量范围0-45度。
外形尺寸（㎜）：
185×250×240
2．车刀量角仪的使用方法（以40°外圆车刀为例）
（1）测量主偏角：
主偏角是在基面上测量的主切削刃与车刀进给方向之间的夹角。
测量时，车刀放在工作台上，用刀台的侧面和底面定位。
此时刀台底面表示基面，刀台侧面表示车刀轴线，量刀板正面表示车刀进给方向。
以顺时针方向旋转矩形工作台，同时推动车刀沿刀台侧面（紧贴）前进，使主切削刃与量刀板正面密合。
此时工作台指针指向盘形工作台上的刻度值即为主偏角。
（如图所示）
（2）测量副偏角：
副偏角是在基面上副切削刃与车刀进给方向之间的夹角。
测量时逆时针方向旋转盘形工作台，同时推进车刀使副切削刃与量刀板正面贴紧读出的刻度值即为副偏角。
（如上图所示）
（3）测量刃倾角：
刃倾角是在切削平面上测量的主切削刃与基面间的夹角。
量出主偏角后，工作台位置不变，旋松定位螺钉，逆时针方向旋转升降螺母，微升量角器，并微推进车刀，使量刀板底面对准并紧贴在主切削刃上，量刀板指针在量角器刻度上读数既为刃倾角。
（如上图所示）
（4）测量前角
：
前角是在主剖面内测量两前刀面与基面之间的夹角。
测量时，在滑移刀台上定好位的车刀随盘形工作台逆时针方向选择主偏角值Kr，此时量刀板在前刀面上的投影即表示主剖面的方向，量刀板底面与前刀面贴紧时所转过的度数即为前角角度值。
（如上图所示）
（5）测量后角
：
后角也是在主剖面内测量的后刀面与切削平面之间的夹角，车刀的定位与测前角相同，只是使量刀板的侧面与车刀的后刀面贴紧，此时量刀板所转的角度即为后角角度值。
（如图所示）
车刀角度测量实验报告要求
一、车刀角度测量值
车刀角度
车刀名称
主剖面
基面
切削平面
40度外圆车刀
75度外圆车刀
90度外圆车刀
切断刀
备注：
每位同学必须测量切断刀，并任选一种外圆车刀，每组同学要完成全部车刀的测量。
二、回答问题
1．按比例绘制所测外圆车刀视图，并将所测刀具角度标注在视图上。
2．简述车刀标注角度、工作角度区别。
实验二切削层变形的观察与测量实验
一实验目的
1观察切削变形的过程，以及所出现的现象。
2掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。
3研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。
二实验装备
1设备：
CA6140普通车床
2工具：
游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。
3刀具：
硬质合金车刀若干把。
4试件：
轴向带断屑槽的棒料。
三实验的基本原理
在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩，如图1-1所示。
一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度，衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示。
即ξ＝Lc/Lch
式中ξ──变形系数；
Lc──切削长度（mm）；Lc＝（πD/ｎ-b）；对于本实验：
槽数ｎ＝3；槽宽b＝5；
Lch──切屑长度（mm），把切屑收集起来，学生自己测量其长度。
计算变形系数的方法用测量切削长度法。
在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并镶嵌钢板，以达到断屑和保护刀尖的目的，如图1-2所示。
把实验得到的切屑，冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L，为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度求出平均值LC。
变形系数ξ＝Lc/Lch=（πD/n-b）/LCh
四实验内容
1、切削速度υ对切削变形的影响
在车床上固定试件，装夹好刀具。
试件材料：
20#钢，试件直径由现场定。
刀具材料：
YT15硬质合金车刀
图1-1切屑收缩图图1-2车削切屑收缩
刀具参数：
κr＝450；κr＇＝450；λs＝00；γo＝100；αo＝70；r＝0.1mm。
切削用量：
＝0.286mm/r, ap＝2mm 。
改变切削速度；速度取值很关键，从低速到高速，可先取
ｎ＝110；220；450；700r/min；
然后根据试棒直径计算出对应的切削速度。
用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。
测量，并将结果填入表1-1中。
2、刀具前角对切削变形的影响
在车床上固定试件，装夹好刀具。
试件材料：
20#钢，试件直径由现场定。
刀具材料：
YT15硬质合金车刀
刀具参数：
κr＝450；κr＇＝450；λs＝00；αo＝70；r＝0.1mm。
切削用量：
＝0.286mm/r, ap＝2mm n＝220r/min。
改变车刀前角：
γo＝00；150；300 。
用不同前角的车刀分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。
测量，并将结果填入表1-2中。
3、进给量对切削变形的影响
在车床上固定试件，装夹好刀具。
试件材料：
20#钢，试件直径由现场定。
刀具材料：
YT15硬质合金车刀
刀具参数：
κr＝450；κr＇＝450；λs＝00；γo＝100；αo＝70；r＝0.1mm。
切削用量：
ap＝2mm n＝220r/min。
改变进给量：
＝0.198；0.35；0.521；0.702（mm/r）。
用不同的进给量分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。
测量，并将结果填入表1-3中。
五实验数据的处理与实验报告要求
将切屑长度测量后取平均值，记录在表1-1、1-2、1-3中，计算变形系数。
1.详细叙述实验过程。
2.有完整的实验记录。
表1-1切削速度对切削变形影响实验数据记录
固定条件
试件
切削用量
刀具几何参数
材料
D
b
Lc
ap
κr
κr＇
γo
αo
λs
实验数据
顺序
切削速度υ
切屑长度Lch
变形系数ξ
1
2
3
4
5
6
7
8
表1-2刀具前角对切削变形影响实验数据记录
固定条件
试件
切削用量
刀具几何参数
材料
D
b
Lc
ap
υ
κr
κr＇
αo
λs
实验数据
顺序
刀具前角γo
切屑长度Lch
变形系数ξ
1
2
3
4
5
表1-3进给量对切削变形影响实验数据记录
固定条件
试件
切削用量
刀具几何参数
材料
D
b
Lc
υ
ap
κr
κr＇
γo
αo
λs
实验数据
顺序
进给量
切屑长度Lch
变形系数ξ
1
2
3
4
5
3.绘出 ξ──υ；ξ──γo；ξ── 曲线。
4.分析切削参数（υ、γo、）对切削变形的影响规律。
实验三、加工误差统计分析实验
一、实验目的
1.通过实验，掌握用统计分析的原理综合分析加工过程中的误差因素，学会工艺验证和质量控制的方法
2.学会精密测量仪器测微仪的调整和使用
二、实验原理
1.工艺验证
通过测量一批零件的尺寸，画出其尺寸分布曲线（直方图），进而可以判断不同性质的误差对加工精度的影响，并可以计算该工序的工艺能力。
一批零件的加工，如果仅仅有随机因素在起作用，则该批零件的尺寸分布符合正态分布，其方程为：
x—工件尺寸
---工件平均尺寸（分散范围中心），
σ-均方根误差，
n-工件总数；
但是，如果系统中有明显的变值系统误差，做出的误差分布曲线不符合正态分布。
这样就可以利用分布曲线，方便地分辨出工序中随机误差的大小及是否存在系统误差。
1）对于正态分布曲线来说，x=μ（即x在
）范围内的面积占99.73%，
即正态分布曲线的范围。
6σ
的大小代表某一种加工方法在一定条件下所能达到的加工精度，所以一般情况下，应该是所选用的加工方法的标准
与公差带宽度T之间具有下列关系：
工艺能力用工艺能力系数CP来表示，即：
CP=T/6
CP表示工序工艺能够满足产品精度的要求的程度。
2.统计检查质量
在大批生产之前，加工一部分零件，按照加工顺序，每4或者5个分成一组，即可以做出
图，
图反映有无变值系统误差的影响，R图反映了随机误差的影响。
通过
图，我们可以判定工艺过程是否稳定。
如果工艺过程稳定，我们可以在图上画出两条比分散范围小的多控制线，在加工时将刀具的尺寸调在分布中心线，间隔一定时间，抽出几个零件为一组，求出小组的
和R值并标在图上，如果点子不存在异常波动，则说明系统不会出现废品，如果点子接近控制线或者出现异常波动，则需要停机检查，从而抑制废品的出现。
带有上下质量控制线的
图即为质量控制图，利用质量控制图控制加工过程的方法即为质量控制法。
对于不稳定的工艺过程，由于存在贬值系统误差的影响，被加工零件的尺寸按一定的规律变化，迟早会使尺寸超过加工精度的要求。
这样图上的点子（即小组平均值）接近控制线时，我们就停车，重新调整机床，同样可以实现对工艺质量的控制。
三、实验所用仪器设备
1.CA6140车床
2.测微仪
3.测量台架
4.块规
5.工件毛坯100件，工件外径的加工精度要求为
mm（上偏差为0，下偏差为-0.03mm）
四、实验步骤
1.调整好机床，加工一批零件
2.按照加工顺序测量零件的尺寸
五、实验报告要求
1.实验名称
2.实验目的
3.实验用仪器设备
4.测量数据表（参考教材中实例，100个工件，依照加工顺序号分成25组，每组4件），计算
5.绘制
图及直方图
6.判定工艺系统稳定性，求工艺能力系数
7.指定质量控制线，确定调节尺寸
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