切削力实验指导书教学版.docx

切削力实验指导书教学版.docx

《切削力实验指导书教学版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《切削力实验指导书教学版.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

切削力实验指导书教学版

《机械制造技术基础》课程实验

切削力实验指导书

主编陈宏斌

湖南理工学院

机械工程院

20010年11月

目录

一.实验目的要求___________________________________

（1）

二.实验原理及系统简介_____________________________

（1）

三.实验准备工作___________________________________

（2）

四.切削力实验向导_________________________________

（2）

五.三通道零位调整_________________________________（3）

六.三向力数字显示_________________________________（4）

七.切削力实验方式选择_____________________________（4）

八.改变背吃刀量单因素切削力实验___________________（5）

九.改变进给量单因素切削力实验_____________________（7）

一十.改变切削速度单因素切削力实验___________________（9）

一十一.建立单因素切削力实验综合公式________________（11）

一十二.切削力正交实验______________________________（12）

一十三.实验数据处理________________________________（14）

一.实验目的要求

1.了解切削测力仪的工作原理和测力方法和实验系统；

2.掌握背吃刀量

进给量

和切削速度

对切削力的影响规律，通过实验求取切削力实验公式；

3.了解三向切削测力仪软、硬件系统构成，了解现代化的计算机辅助的实验系统。

二.实验原理及系统简介

图2切削力实验软件系统框图

图1切削力实验硬件系统简图

三向切削测力仪实验系统由重庆迪佳科技有限公司构建（封面图和图1），测量切削力的主要仪器是测力传感器，测力传感器的种类很多，本仪器使用的是电阻应变式测力传感器。

电阻应变式测力传感器的工作原理是在测力传感器的弹性元件上粘贴具有一定电阻值的电阻应变片，然后将电阻应变片联成电桥，电桥的输出与弹性体的应变成正比。

三向应变模拟信号输出并进行高倍率放大后，再经A/D板转换为数字量送入计算机。

在软件系统控制下，实现显示和各种功能辅助（图2）。

使用复合国家标准的测力环做基准进行测力仪三受力方向的机械校准，可获得较高的精确度。

机械校准还确定了三向力之间的相互干扰关系，在测力过程中，通过计算，消除了各向之间的相互干扰，因而可获得较高的准确度。

切削测力仪由以下主要器件组成：

1）安装在车床横拖板上的应变式三向车削测力传感器，其垂向Fz（即工件切向Fc）量程3000N，轴向Fy（即工件轴向Ff）和径向Fx（即工件径向Fasp）量程1500N；

2）DJ-CL-1型切削力实验仪器，在该仪器内设置了三相高精度线性放大板，其增益已经调定，三向零位可根据使用情况进行适当调整，以适应工作状态；

3）8通道12位A/D板；

4）计算机及其显示器、键盘、鼠标、打印机等外设；

5）量程3000N，符合JB/T1006-1999的标准测力环及校准用螺旋加力装置（可选项）。

三.实验准备工作

1.安装工件、测力仪，注意刀尖对准车床中心高；

2.用三根软管导线连接测力传感器和实验仪器；

3.用25芯扁平线连接实验仪器和A/D板；

4.将A/D板插入计算机；

5.接通计算机电源；

6.接通实验仪器电源；

7.接通并认真检查实验仪器和计算机的接地；

8.熟悉机床操作方法，注意安全事项；

9.仔细阅读三向切削测力仪使用说明书，熟悉本仪器的操作；

10.

图3切削力实验向导界面

开启车床电源；

11.启动车床，将工件外圆表面加工平整；

12.开启计算机电源；

13.开启实验仪器电源；

14.启动“切削力实验2006”程序。

四.切削力实验向导

切削力实验向导界面（图3）是进入实验过程的引导界面。

按照其使用说明，在切削力实验向导界面上，可以点击激活亮显了的项目，调出相应的界面和程序运行。

主要的操作过程如下：

1.对于需要将实验过程中的实时数据写进数据库的项目——“测力传感器标定”和“切削力实验”，在点击其软按钮之前，应先在“输入实验编号”栏目内，输入年级、专业、班级、组号、实验次数和主题词等，并点击[确定]。

2.如果实验编号与以前的重复，则会弹出操作提示框告知。

回答操作提示框的询问后，回到切削力实验向导界面，在“要进行新实验必须在此输入实验编号”栏目内，点击[确定]软按钮，激活所有项目。

之后，再点击需要的软按钮，调出相应程序运行。

3.点击[零位调整]软按钮，调出零位调整界面（图4），进行三向零位调整；

4.点击[三向力数字显示]软按钮，调出三向力数字显示界面（图5）；

5.点击[切削力实验方式向导]软按钮，调出切削力实验方式向导界面（图6），进行实验方式选择；

6.点击[数据库查询]软按钮，进入数据库查询界面；进行数据查询；

7.点击[帮助]软按钮，调出帮助查询界面。

在其它环境下，点击[帮助]软按钮，可直接调出相关的帮助界面，而不是帮助查询界面，以下不再赘述；

8.点击[退出]软按钮，界面将弹出对话框，告知退出后果，询问是否真要退出，回答[是]则结束程序过程，退到Windos桌面；回答[否]则隐藏对话框，保持原界面不变。

以下不少界面都设有[退出]软按钮，操作情况与此相同，不再赘述。

需要特别注意的是，不要轻易点击[测力系统增益标定]和[测力系统机械标定]软按钮。

切削力实验应按1、2、3、4或5项进行。

五.三通道零位调整

图4系统三通道的零位调整界面

零位控制是实验过程中非常重要的一个环节。

如果零位偏高，则A/D板采集的高端的数据就会受到限制，如果零位偏低，则采集的低端的数据就会受到限制，产生采集误差。

在具体实验过程中，经常需要进行零位调整，最好是在每一次切削之后，都进行一次零位调整。

具体操作过程如下：

1.旋转位于实验仪器面板上的三个零位旋钮进行调整，按顺时针方向旋转为零位增大，反时针方向旋转为零位减小；

2.点击[采集实时数值]软按钮，界面开始显示三向零位瞬时数值；

3.切削力实验时，三向零位均应调整到50N左右；

4.校准测力仪时，三向零位均应调整到120N左右；

5.三向零位数值不可调整到0！

6.点击[确认零位数值]软按钮，软件认可当时显示的三向零位瞬时数值为系统零位数值；

7.点击[返回]软按钮，关闭零位调整界面，回到之前的界面。

六.

图5三向切向力数字显示界面

三向力数字显示

三向力数字显示界面（如图5）是辅助界面，在这个界面内可以观察到实时的三向切削力的数值和图线，在每一个切削力实验界面上，都设置了三向切削力的数字与图线的显示，便于观察切削过程的进展情况。

1.三向切削力和背景的颜色可选，点击相应色框，调出调色板进行选择；

2.点击[开始采样]软按钮，界面开始显示三向力的瞬时数值和绘制实时图线；

3.点击[结束采样]软按钮，停止显示之后的数据和图线，但以前的仍然保留显示；

4.点击[自动调零]软按钮，如果有某向零位偏离太远，系统将调出零位调整界面，让操作者人工进行调整。

若三向都在50N左右，系统将自动进行零位调整，获得新的三向零位数值；

5.点击[返回向导]软按钮，系统将返回切削实验向导界面；

6.当鼠标指针指在图幅内某切削力图线上的一点，将出现提示框，提示该点切削力的数值。

七.切削力实验方式选择

在切削力实验向导界面（图3）内，点击[切削力实验方式向导]软按钮，调出切削力实验方式向导界面（如图6）。

有软件辅助的实验方式有单因素实验法和正交实验法两种，此外，还可以通过数显界面（图5）获得实验数据，支持之外的切削力实验。

切削力实验方式选择的具体操作如下：

1.在“确定测力传感器型号”栏目下，选择测力传感器型号，同时显示其三方向测力范围；

2.在“输入切削条件-刀具几何参数”栏目内，输入刀具几何参数：

刀具主前角、主后角、副后角、主偏角、副偏角和刃倾角；

3.在“输入切削条件-车床型号”栏目内，输入车床型号；

4.在“输入切削条件-刀片材料”栏目内，输入刀片材料；

5.在“输入切削条件-工件状况”栏目内，输入工件状况：

工件材料、热处理状况、工件形状、工件夹持方式、工件长度（mm）和工件直径（大概值即可，mm）；

6.在“实验人员信息”栏目内，输入学生学号、学生姓名、指导老师姓名等；

7.在“选择实验方法”栏目内，点击以下实验方法软按钮，调出相应的实验界面，进行切削力实验：

●单因素实验法——改变背吃刀量（图7）

●单因素实验法——改变进给量（图8）

●单因素实验法——改变切削速度（图9）

●正交实验法（图10）

8.点击[返回实验向导]软按钮，返回实验向导界面（图3）；

9.点击[数据库查询]软按钮，进入数据库查询界面，进行数据查询；

10.点击[系统诊断]软按钮，进入增益调整界面，这是专业人员需要的，一般不要进入。

八.改变背吃刀量单因素切削力实验

在切削力实验方式向导界面，点选[改变背吃刀量]软按钮，调出单因素实验方式——改变背吃刀量的辅助实验界面（图7）。

背吃刀量是影响三向切削力的最主要因素，在改变背吃刀量单因素切削力实验程序辅助下，进行只改变背吃刀量，而不改变切削速度和进给量的切削力实验，操作过程大致如下：

1.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点选实验点序号（两位数，一般从1开始）；如果要删除该点序的实验数据，请点击[删除此点数据]软按钮。

如果要删除以前的所有实验数据，应点击[清空记录]软按钮；

2.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入工件加工直径及车床能够实现的主轴转速，并用鼠标点击一下“切削速度”数字标牌，程序就会自动计算并显示出切削速度（一般取值100m/min）；

3.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入进给量（一般取值0.02mm/转）；

4.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——改变的切削用量”栏目内，对于不同点序，需要输入一个背吃刀量（一般取值2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm或取值1.75mm、1.5mm、1.25mm、1.0mm、0.75mm。

最小的背吃刀量不可取值过小，小于0.5mm会使实验结果产生较大误差）；

5.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——输入采样时间”栏目内，输入采样时间（一般取值500ms）；

6.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点击[认可这一点切削用量等参数]软按钮，完成这一实验点的点序和切削用量设定；

7.按设定的切削用量调整车床和刀具；

8.在非切削状态下，点击[清零]软按钮，如果有某向零位偏离太远，系统将调出零位调整界面，让操作者人工进行调整。

若三向都在50N左右，系统将自动进行零位调整，获得新的三向零位数值；

9.启动车床进行切削，观察显示的三向切削力图线的变化，待三向切削力图线亦即三向切削力都稳定后，即可按下[开始数据采样]软按钮，将之后一定时间内的切削力数据作为实验数据处理。

界面上会自动显示采样进程时间数字和采样区域图像，经过采样规定时间后，程序将自动停止采样，并弹出采样到时警告栏和三向切削力平均值消息框；

10.操作车床，立即退出进给，或立即退出小刀架，停止切削；

11.点击[认可采集数据]软按钮，表示这一切削点采集的数据有效，将在“背吃刀量与三向切削力关系曲线”两坐标图上，在对应位置，画三个小圆；

12.点选“实验点序号”，使其数值加1，即进入下一点的切削实验。

同时，必须改变背吃刀量。

然后重复4~11项操作，直至获得足够多（应不少于3个点）的实验数据；

13.

图7改变背吃刀量单因素切削力实验界面

当采集完数据后，按下[求单因素实验式]软按钮，程序将按现有的几个实验点数据进行拟合，建立asp-Fc、asp-Ff、asp-Fsp关系实验公式，画asp-Fc、asp-Ff、asp-Fsp拟合曲线图；

14.按下[保存单因素实验式]软按钮，将已经获得的改变背吃刀量单因素实验公式中的系数和指数写入数据库保存；

15.在界面的右下角，通过单因素实验公式，已经很清楚地显示了这三个单因素实验的进展情况。

如果已经完成了两个单因素实验，即可点击[求单因素综合公式]软按钮，程序将把已有的三向切削力单因素实验公式进行综合，计算出相应的综合公式，并将这三个综合公式写进数据库。

对于还没有完成单因素实验的那个切削用量，在综合公式中，程序规定其指数为零；

16.点击[返回实验向导]软按钮，返回切削力实验方式向导界面。

九.改变进给量单因素切削力实验

在切削力实验方式向导界面，点选[改变进给量]软按钮，调出单因素实验方式——改变进给量的辅助实验界面（图8）。

进给量是影响三向切削力的第二个主要因素，在改变进给量单因素切削力实验程序辅助下，进行只改变进给量，而不改变切削速度和背吃刀量的切削力实验，操作过程大致如下：

1.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点选实验点序号（两位数，一般从1开始）；如果要删除该点序的实验数据，请点击[删除此点数据]软按钮。

如果要删除以前的所有实验数据，应点击[清空记录]软按钮；

2.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入工件加工直径及车床能够实现的主轴转速，并用鼠标点击一下“切削速度”数字标牌，程序就会自动计算并显示出切削速度（一般取值100m/min）；

3.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入背吃刀量（一般取值2mm，背吃刀量不可取值过小，小于0.5mm会使实验结果产生较大误差）；

4.

图8改变进给量单因素切削力实验界面

在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——改变的切削用量”栏目内，对于不同点序，需要输入一个进给量（一般取值0.1mm/转、0.15mm/转、0.2mm/转、0.25mm/转）；

5.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——输入采样时间”栏目内，输入采样时间（一般取值500ms）；

6.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点击[认可这一点序切削用量等参数]软按钮，完成这一实验点的点序和切削用量设定；

7.按设定的切削用量调整车床和刀具；

8.在非切削状态下，点击[清零]软按钮，如果有某向零位偏离太远，系统将调出零位调整界面，让操作者人工进行调整。

若三向都在50N左右，系统将自动进行零位调整，获得新的三向零位数值；

9.启动车床进行切削，观察显示的三向切削力图线的变化，待三向切削力图线亦即三向切削力都稳定后，即可按下[开始数据采样]软按钮，将之后一定时间内的切削力数据作为实验数据处理。

界面上会自动显示采样进程时间数字和采样区域图像，经过采样规定时间后，程序将自动停止采样，并弹出采样到时警告栏和三向切削力平均值消息框；

10.操作车床，立即退出进给，或立即退出小刀架，停止切削；

11.点击[认可采集数据]软按钮，表示这一切削点采集的数据有效，将在“进给量与三向切削力关系曲线”两坐标图上，在对应位置，画三个小圆；

12.

图9改变切削速度单因素切削力实验界面

点选“实验点序号”，使其数值加1，即进入下一点的切削实验。

同时，必须改变进给量。

然后重复4~11项操作，直至获得足够多（应不少于3个点）的实验数据；

13.当采集完数据后，按下[求单因素实验式]软按钮，程序将按现有的几个实验点数据进行拟合，建立f-Fc、f-Ff、f-Fsp关系实验公式，画f-Fc、f-Ff、f-Fsp拟合曲线图；

14.按下[保存单因素实验式]软按钮，将已经获得的改变进给量单因素实验公式中的系数和指数写入数据库保存；

15.在界面的右下角，通过单因素实验公式，已经很清楚地显示了这三个单因素实验的进展情况。

如果已经完成了两个单因素实验，即可点击[求单因素综合公式]软按钮，程序将把已有的三向切削力单因素实验公式进行综合，计算出相应的综合公式，并将这三个综合公式写进数据库。

对于还没有完成单因素实验的那个切削用量，在综合公式中，程序规定其指数为零；

16.点击[返回实验向导]软按钮，返回切削力实验方式向导界面。

一十.

图10求取单因素切削力实验综合公式

改变切削速度单因素切削力实验

在切削力实验方式向导界面，点选[改变切削速度]软按钮，调出单因素实验方式——改变切削速度的辅助实验界面（图9）。

切削速度对三向切削力的影响较小，在改变切削速度单因素切削力实验程序辅助下，进行只改变切削速度，而不改变背吃刀量和进给量的切削力实验，操作过程大致如下：

1.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点选实验点序号（两位数，一般从1开始）；如果要删除该点序的实验数据，请点击[删除此点数据]软按钮。

如果要删除以前的所有实验数据，应点击[清空记录]软按钮；

2.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入背吃刀量（一般取值2mm，背吃刀量不可取值过小，小于0.5mm会使实验结果产生较大误差）；

3.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——不改变的切削用量”栏目内，输入进给量（一般取值0.2mm/转）；

4.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——改变的切削用量”栏目内，输入工件加工直径及车床能够实现的主轴转速，并用鼠标点击一下“切削速度”数字标牌，程序就会自动计算并显示出切削速度，对于不同点序，需要输入一个切削速度（一般取值60m/min~100m/min）；

5.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间——输入采样时间”栏目内，输入采样时间（一般取值500ms）；

6.在“确定各实验点的点序、切削用量及切削过程中的采样时间”栏目内，点击[认可这一点序切削用量等参数]软按钮，完成这一实验点的点序和切削用量设定；

7.按设定的切削用量调整车床和刀具；

8.在非切削状态下，点击[清零]软按钮，如果有某向零位偏离太远，系统将调出零位调整界面，让操作者人工进行调整。

若三向都在50N左右，系统将自动进行零位调整，获得新的三向零位数值；

9.

图11单因素切削力实验报告界面

启动车床进行切削，观察显示的三向切削力图线的变化，待三向切削力图线亦即三向切削力都稳定后，即可按下[开始数据采样]软按钮，将之后一定时间内的切削力数据作为实验数据处理。

界面上会自动显示采样进程时间数字和采样区域图像，经过采样规定时间后，程序将自动停止采样，并弹出采样到时警告栏和三向切削力平均值消息框；

10.操作车床，立即退出进给，或立即退出小刀架，停止切削；

11.点击[认可采集数据]软按钮，表示这一切削点采集的数据有效，将在“切削速度与三向切削力关系曲线”两坐标图上，在对应位置，画三个小圆；

12.点选“实验点序号”，使其数值加1，即进入下一点的切削实验。

同时，必须改变切削速度。

然后重复4~11项操作，直至获得足够多（应不少于3个点）的实验数据；

13.当采集完数据后，按下[求单因素实验式]软按钮，程序将按现有的几个实验点数据进行拟合，建立vc-Fc、vc-Ff、vc-Fsp关系实验公式，画vc-Fc、vc-Ff、vc-Fsp拟合曲线图；

14.按下[保存单因素实验式]软按钮，将已经获得的改变切削速度单因素实验公式中的系数和指数写入数据库保存；

15.在界面的右下角，通过单因素实验公式，已经很清楚地显示了这三个单因素实验的进展情况。

如果已经完成了两个单因素实验，即可点击[求单因素综合公式]软按钮，程序将把已有的三向切削力单因素实验公式进行综合，计算出相应的综合公式，并将这三个综合公式写进数据库。

对于还没有完成单因素实验的那个切削用量，在综合公式中，程序规定其指数为零；

16.点击[返回实验向导]软按钮，返回切削力实验方式向导界面。

一十一.建立单因素切削力实验综合公式

1.在背吃刀量、进给量和切削速度三个单因素切削力实验都完成的基础上，就可以点击[求单因素综合公式]软按钮，调用求取切削力单因素综合实验公式程序运行（图10）；

2.在“求取单因素实验的综合公式”栏目内，点击[求取综合实验公式]软软按钮，获得切削力单因素综合实验公式（见十三的4、5、6式）；

3.需要将这三个切削力单因素综合实验公式写进数据库，请点击[保存]软按钮；

4.如果还需要补充某个单因素实验，可点击[改变背吃刀量]、[改变进给量]或[改变切削速度]软按钮，调出相应的界面进行；

5.点击[查询数据库]软按钮，调出数据库查询界面，进行数据查询，查询方法与一般数据库查询一样，不再赘述；

6.点击[打印实验报告形成Word文件]软按钮，将调出“单因素切削力实验报告”界面，显示有关此次实验的信息、公式和图形；

7.程序将调出MicrosoftWord，用有关此次实验的数据、图形填写摸板，获得单因素切削力实验报告的Word文本文件；

8.

图12写数据库操作界面

在“单因素切削力实验报告”界面内，点击[形成Word文本文件]软按钮，调出“写数据库操作”界面（图12）；

9.在“写数据库操作”界面上，填写实验学生姓名、指导教师姓名和实验评语等信息，全部填写完成后，点击[写数据库]软按钮；

10.点击[隐藏]软按钮，回到“单因素切削力实验报告”界面，再点击[返回]软按钮，回到单因素切削力实验界面。

一十二.

图13切削力正交实验界面

切削力正交实验

在切削力实验方式向导界面内，点击[正交实验法]软按钮，调出“切削力正交实验”界面（如图13），辅助进行

三水平四因素的正交实验，其中，四因素是指切削速度、进给量、背吃刀量和三向切削力，三水平是指上述四因素的高、中、低水平。

在程序辅助下，切削力正交实验的操作过程如下：

1.在“输入或点选切削用量的高水平和低水平参数，对计算获得的中水平参数可以改写”栏目内，输入切削速度、进给量和背吃刀量的高水平值与低水平值，系统将自动计算并显示中水平值。

求取中水平转速可使用转速计算表（图14），当计算获得的中水平转速与机床转速有差距时，可适当改写中水平转速数值，使其符合机床实际，但如果需要改变的差距太大，应该重新其确定高水平转速或（和）低水平转速。

确定了中水平转速后，点击[确定软按钮]，系统会将计算获得的高、中、低水平切削速度写进参数栏目。

如果计算获得的主轴转速和进给量的中水平数值不符合车床实际，理论上应该重新设置，但当差距较小时也可将就进行，但必须改写此中水平数值，图11是某次正交实验的水平表；

2.如果认为所确定的所有9个切削用量均可执行，则可在“输入或点选切削用量的高水平和低水平参数，对计算获得的中水平参数可以改写”栏目内，点击[切削用量输入认可]软按钮，将切削力正交实验的切削用量确定下来；

3.此后，在“输入或点选切削用量的高水平和低水平参数，对计算获得的中水平参数可以改写”栏目内，随时可点击[