金屬切削實驗指導教程

1、第一編 傳統(tǒng)加工技術傳統(tǒng)加工技術是指用傳統(tǒng)的通用加工機床進行加工的方法，如車、銑、鉋、磨等。傳統(tǒng)加工技術適用于中、小規(guī)模生產(chǎn)，特別是小規(guī)模生產(chǎn)，其特點是設備投資少，生產(chǎn)成本低，對機床的操作掌握相對容易，但生產(chǎn)效率較低。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，應用最為廣泛、使用最多的加工手段仍然是傳統(tǒng)加工制造技術。目前世界上有80的產(chǎn)品零件是用傳統(tǒng)加工方法完成的。傳統(tǒng)加工的工藝裝備主要有通用車床、通用銑床、通用鉋床、通用磨床和通用齒輪加工設備等。傳統(tǒng)加工技術主要是研究金屬切削原理、金屬切削刀具、金屬切削機床和機械制造工藝等內(nèi)容，同時，金屬切削原理、金屬切削刀具和機械制造工藝學的研究內(nèi)容也是現(xiàn)代加工技術的基礎數(shù)據(jù)和資

2、料，因此，即使目前現(xiàn)代加工技術方興未艾，但傳統(tǒng)加工技術的研究內(nèi)容仍然是非常重要的。本篇講述的主要內(nèi)容就是在概述基礎理論的基礎上，通過典型實驗來介紹實驗儀器和設備的原理、結構和使用；完成相應實驗的步驟和方法；實驗數(shù)據(jù)的處理以及實驗圖表的制作，同時明確實驗的目的和意義。第二章 金屬切削原理與刀具 2.1 切削概述切削加工的方法很多，切削過程也不盡相同，但大多都有共同的規(guī)律，諸如切削刀具（或工具）與工件之間都所具有相對運動（即切削運動），切削過程都要產(chǎn)生一些物理現(xiàn)象等等。金屬切削原理與刀具是研究金屬切削過程的變形規(guī)律、切削力的產(chǎn)生與計算、切削力的測量、切削刀具的幾何參數(shù)與切削力和零件表面質(zhì)量的關系、

3、刀具材料與刀具的使用壽命以及生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本等內(nèi)容。研究和掌握這些基本規(guī)律，是學習和分析各種切削加工方法的基礎，也是擬訂各種技術規(guī)范的理論依據(jù)。2.2 車削力車削力是最具代表性的切削力，下面以車削力為代表，闡述一下車削力的產(chǎn)生和測量及計算方法，以達到舉一反三的功效。2.2.1車削力的產(chǎn)生及計算一、車削力的產(chǎn)生研究車削力的目的是為了生產(chǎn)上的需要，要正確的設計和使用機床、刀具和夾具，防止加工時工件變形過大和引起振動，就必須對車削力的大小和方向進行研究和掌握。車削時，抵抗材料彈性-塑性變形所形成對前刀面的正壓力N前和切削滑出時對前刀面的磨擦力F前，工件對后刀面的正壓力N后和磨擦力F后，這些作用在刀具

4、上的力的合力F被稱為車削過程的切削力。車削力F是一個受很多因素影響的空間力，它的大小和方向很難直接測出。車削時，一般把切削力F分解成空間直角坐標上的三個切削分力（Fc、Fp、Ff）如圖2-2-1所示。其中Fc為垂直切削分力，方向垂直水平方向，消耗機床絕大部分（95以上）功率，故被稱為主切削力，是計算機床動力、工藝裝備強度和剛度時的必備數(shù)據(jù)；Ff為走刀抗力，是切削力F在走刀方向上的分力，切削時，走刀速度比切削速度慢得多，所以消耗功率很少（約占15），F(xiàn)f作用在走刀機構上，是設計機床走刀機構的必要數(shù)據(jù)；Fp為吃刀抗力，這是切削力F在吃刀方向上的分力，由于切削時這個方向的速度是零，所以Fp不作功，F(xiàn)

5、p作用在工件的徑向上，會把工件在水平方向頂彎，并引起振動，F(xiàn)p引起工件的變形，影響工件的加工精度和光潔度遠較Fc為大。由圖2-2-1知，總切削力F和切削分力之間有如下關系： （21）一般情況下Fc：Fp：Ff=1：（0.450.65）：（0.350.55），將這一數(shù)值代入公式（21）有=可見，主切削力Fc差不多等于合力F。因此，在實際應用上計算切削力或功率以及研究切削力時，可以用主切削力代替合力。二、車削力的計算目前車削力的理論計算公式有很多種，但由于一方面精度不高，另一方面理論公式比較繁雜，應用價值不高，這里就不作介紹了。在實際工作中，特別是在工程實踐中多使用經(jīng)驗公式，因此這里重點介紹車削力

6、的經(jīng)驗公式。車削力的經(jīng)驗公式是用試驗方法求出各因素變化時的切削力的數(shù)據(jù)，然后將試驗數(shù)據(jù)加以整理，將主要的因素列成經(jīng)驗公式、將次要的因素列成經(jīng)驗公式的修正系數(shù)，供實際工作中使用。這種車削力計算方法使用方便，精度較高，所以在實際工作中應用廣泛。在求車削力的經(jīng)驗公式時，先假定其它切削條件不變，只改變其中一個因素，求出每個單因素影響的公式，然后再綜合起來求出總公式，即為車削力的經(jīng)驗公式。當工件材料、刀具幾何形狀、切削速度等條件不變時，則車削力僅與進給量f和切削深度ap有關?，F(xiàn)以主車削力Fc為例，舉例說明經(jīng)驗公式的求法。在確定Fc和f、ap之間的關系時，為了簡化問題，首先分別研究Fc和f、ap之間的關系

7、，然后綜合研究Fc和fap之間的關系。 1、Fcap之間的關系在切削某種給定的鋼材時，其它因素不變，只改變切削深度ap。根據(jù)測力儀所測的不同ap時的Fc ,將ap的數(shù)值及Fc的數(shù)值都畫在對數(shù)坐標內(nèi)，此時在對數(shù)坐標的曲線必然接近直線。我們先假定Fcap曲線的方程為： (22)式中：系數(shù)； ap的切削力指數(shù)；將式(22)兩邊取對數(shù)，得 （23）此式在雙對數(shù)坐標內(nèi)為一直線，為直線在雙對數(shù)坐標內(nèi)的縱截距，為該直線的斜率，參見圖2-2-2。2、Fcf之間的關系同上理，其它因素不變，只改變進給量f。我們先假定Fcf曲線的方程為： （24）式中：系數(shù)； f的切削力指數(shù)；將式(24)兩邊取對數(shù)，得 （25）此

8、式在雙對數(shù)坐標內(nèi)也必為一直線，為直線在雙對數(shù)坐標內(nèi)的縱截距，為該直線的斜率，參見圖2-2-2。3、ap與f綜合對Fc的影響關系假定主切削力Fc與f及ap的關系方程式為： （26）式中：主切削力系數(shù)； 切削深度p的主切削力指數(shù) 進給量f的主切削力指數(shù)。4、計算舉例試驗條件：工件：熱軋?zhí)间?刀具：K=45°；0=10°； 切削速度v=100m/min；進給量f=0.2mm/r用車削測力儀測得主車削力Fc數(shù)據(jù)見表2-2-1。 表2-2-1切削深度ap(mm)11.522.5主車削力Fc(N)4456509201120把表2-2-1數(shù)據(jù)畫在如圖2-2-2(a)的雙對數(shù)坐標中，通過圖

9、中各試驗點作一直線貫穿期間，可知對數(shù)關系圖形是一直線，測得該直線傾角=45°。從圖2-2-2(a)中可知，該直線的截距是lg445，該直線的斜率為tg45°，比較(2-3)式有：=445； =tg45°=1把和代入式(2-2)得： （2-7）這次取p=1mm,其它試驗條件同上，用測力儀測得Fc數(shù)據(jù)見表2-2-2。把表2-2-2數(shù)據(jù)畫在如圖2-2-2(b)的雙對數(shù)坐標中，通過圖中各試驗點作一直線貫穿期間，可知對數(shù)關系圖形也是一直線，并測得該直線傾角=37°。從圖2-2-2(b) 中可知，該直線的截距是lg151，該直線的斜率為tg37°，比較(2

10、-5)式有：表2-2-2進給量f(mm/r)0.10.20.30.4主車削力Fc(N)270470600750=151； =tg37°=0.75把和代入式(2-4)得： （2-8）綜合式（2-7）和（2-8）中Fc和p、f之間的關系，即可求出Fc與p和f的關系，即：由式（2-7）知，當f=0.2mm/r時， Fc=445p （2-9）由式（2-8）知，當p =1mm/r時， Fc=151f0.75 （2-10）根據(jù)式（2-6）結構，綜合式（2-9）和（2-10），則得Fc=pf0.75 （2-11） 聯(lián)立解式（2-9）和（2-11）有： Fc=445p=pf0.75 ，再將f=0.2

11、mm/r代入得到：445=(0.2)0.75 =149再聯(lián)立解（2-10）和（2-11）式有：Fc=151f0.75=pf0.75 ，再將p=1mm代入又有： 151=×1.=151考慮到試驗時數(shù)據(jù)可能會有誤差，將所求得到的兩個取平均值，得到：=故得到主車削力Fc與p和f的關系為：Fc=150pf0.75式中150即為，它代表在該具體條件下，即p=1，f=0.2時的切削力。以上是主車削力Fc的經(jīng)驗公式的求法，按同樣方法也可以求出Fp和Ff的經(jīng)驗公式。2.2.2 影響車削力的因素影響車削力的因素很多，主要是工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)及刀具磨損等。一、 工件材料的影響金屬切削理論表

12、明，隨著被加工材料強度和硬度的提高，切削力會有所增加；對于強度和硬度相近的材料，因其塑性較大，則強化系數(shù)較大，與刀具間的磨擦系數(shù)和磨擦角也就較大，故切削力增加；在切削脆性材料時，切削被崩碎，塑性變形及切削與前刀面間的磨擦都很小，故其切削力一般低于塑性材料。二、 切削用量的影響1、 切削深度和進給量切削深度p或進給量f加大均使切削力增大，但兩者的影響程度不同，金屬切削理論表明，p增大時，切削力成正比增大，而f增大時，切削力不成正比增大，即當p增大一倍時，F(xiàn)c增大一倍, 而f增大一倍時，F(xiàn)c只增大6886。2、 切削速度加工塑性金屬時，在中速和高速下，切削力一般隨著切削速度的增大而減小，這重要是因

13、為隨著撕毀削速度v的增大將使切削溫度提高，在低速范圍內(nèi)，由于存在著積削瘤的產(chǎn)生與消失過程，所以切削速度對于切削力的影響會隨著積削瘤的產(chǎn)生與消失而波動。在切削脆性材料時（如灰鑄鐵、鉛黃銅），因其塑性變形很小，切屑和前刀面的磨擦也很小，所以切削速度對切削力沒有顯著的影響。三、 刀具幾何參數(shù)的影響1、 前角前角0加大，被切金屬的變形減小，因此削力將顯著下降。一般加工塑性較大的金屬時，前角對切削力的影響比加工塑性較小的金屬更顯著。2、 負倒棱在鋒利的切削刃上磨出適當寬度的負倒棱，可以提高刃區(qū)的強度，從而提高刀具的使用壽命，但將使被切金屬的變形加大，使切削力有所增加。3、 主偏角當主偏角加大時，F(xiàn)p減小

14、，F(xiàn)f加大。當加工塑性金屬時，隨著主偏角Kr加大，F(xiàn)c減小，約在Kr=6075°之間時，F(xiàn)c減小到最小，然后隨著主偏角Kr加大，F(xiàn)c又有所增大，F(xiàn)c的變動范圍不大，無論減小或增大，都在10以內(nèi)。主偏角Kr加大時，F(xiàn)p/Fc減小，F(xiàn)f/Fc加大。4、 刃傾角刃傾角變化時，將改變合力F的方向，因而影響各分力的大小。刃傾角s減小時，F(xiàn)p增大，F(xiàn)f減小。在非自由切削的情況下，刃傾角在10-45°的范圍內(nèi)變化時，F(xiàn)c基本不變。5、刀尖圓孤半徑在一般的切削加工中，刀尖圓孤半徑對Fp和Ff的影響較大，對Fc的影響較小。當?shù)都鈭A孤半徑在0.252mm范圍內(nèi)變化時，隨著刀尖圓孤半徑的加大，F(xiàn)

15、p增大，F(xiàn)f減小，F(xiàn)c僅略有增大。2.2.3 車削力的測量車削力的測量是研究金屬切削過程的一個重要手段，通過對切削力的測量和研究，可以判斷工件材料的切削加工性能，也機床設計的重要依據(jù)。在實際生產(chǎn)中，特別是在批量生產(chǎn)中，對于合理選擇刀具幾何參數(shù)及切削用量等生產(chǎn)工藝過程是具有非常重要的實際意義的。同時也有助于研究切削過程的物理本質(zhì)，為機床設計、工藝裝備設計和工藝規(guī)程的編制均能提供必要的原始資料。車削力的測量，一般是測量各車削分力。車削力的測量由三向車削測力儀來完成。三向車削測力儀由YDC-89型壓電式三向車削側(cè)力計、YE5850電荷放大器、DIN-50S型接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采圖2-2

16、-3 壓電式三向車削測力計結構圖集卡和計算機組成。下面首先介紹一下三向車削測力儀。一、 YDC-89型壓電式車削側(cè)力計結構及工作原理YDC-III89型壓電式三向車削測力計是由一個帶有彈性環(huán)的刀桿整體構件和一個裝于其內(nèi)的壓電石英晶體三維力傳感器構成，如圖2-2-3所示，頭部裝有活動刀片，可以像普通車刀那樣安裝在刀架上車削工件。壓電石英晶體三維力傳感器有三對不同切型的石英晶片裝入殼體內(nèi)，其中一對采用具有縱向壓電效應的切片，只能測量垂直的Z向力;而另外兩對晶片由于采用具有切向效應的切型，且相互成900 放置，因此可測X和Y方向的分力，這樣空間任何方向的力作用在傳感器上時，傳感器便能自動地將力分解為

17、空間相互正交的三個分力，即可以拾取到X、Y、Z三個方向的力信號。二、 車削力測量系統(tǒng)組成及工作原理測力系統(tǒng)由壓電式三向車削側(cè)力計、電荷放大器、接線盒、PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡和計算機組成，壓電式三向車削側(cè)力計將切削力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾傻拇笮〔⑹叭?，再由電荷放大器進行放大，得到比例放大的模擬電壓信號，通過接線盒沿著ACL-10250連接電纜將模擬電壓信號送入已經(jīng)裝入計算機內(nèi)的PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡對力信號的A/D轉(zhuǎn)換后由計算機處理并顯示和讀取。三、 切削力測量系統(tǒng)硬件連接切削力測量系統(tǒng)硬件連接原理如圖2-2-4。圖2-2-4 車削力測量系統(tǒng)硬件連接原理圖YDC-89型

18、壓電式車削側(cè)力計象普通車刀的安裝一樣，固定在刀架上。車削力測量系統(tǒng)硬件連接詳圖見圖2-2-5，壓電式車削測力計的三根信號線分別接于三個電荷放大器前面的Q輸入端，三根兩端帶有Q9接頭的放大器輸出線的一端分別連接每個電荷放大器后面的輸出端，而其中的另一端分別與接線盒上對應Q9 的接線柱相連，ACL-10250連接電纜再將接線盒與裝于計算機上的PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡連接好，最后接上電源線方告接線完成。硬件安裝與連接還應注意以下事項：1、測力計的安裝表面應確保平整(與測力計的底面一樣需車削或刮研)和清潔，以防產(chǎn)生附加剪應力使向間干擾增大。同時，測力計的刀尖應與車床的回轉(zhuǎn)軸等高。2、電荷放大器使

19、用前要調(diào)好靈敏度，預熱半小時。3、測力計和電荷放大器應有可靠接地，最好設置專門的地線，使整個測力系統(tǒng)有圖2-2-5 連接詳圖一個統(tǒng)一的地線。4、使用前，將測力計的輸出線短接放電，但千萬不能將電荷放大器輸入端短接。5、電荷放大器未測試之前，應始終處于復位狀態(tài)。四、切削力動態(tài)測量顯示軟件系統(tǒng)的使用1、 運行車削力動態(tài)測試軟件系統(tǒng)在計算機桌面上雙擊切削力動態(tài)測試系統(tǒng)圖標，出現(xiàn)圖2-2-6所示的信號采集卡選擇界面，選擇PCI-9118按開始使用后出現(xiàn)圖2-2-7所示的切削力動態(tài)測量顯示系統(tǒng)界面。 圖2-2-6 信號采集卡選擇界面2、執(zhí)行命令（完成正常測試步驟）.信號采集方式的選擇如圖2-2-7點擊執(zhí)行

20、命令下拉菜單，選擇低速連續(xù)測量；再點擊執(zhí)行命令下拉菜單，選擇動態(tài)測量如圖2-2-8所示；這時將會看到圖2-2-9所示的對話框，在對話框中按著相應的提示寫入相應的數(shù)據(jù)，其中的采樣頻率為必填項，通常為100，三個方向報警閾值為必填項，通常為2000（因為測力儀的最大測力范圍為2000N），也可以按默認值填寫后個別修改；確認后再次點擊執(zhí)行命令下拉圖2-2-7 切削力動態(tài)測量顯示系統(tǒng)界面菜單，點擊獲取零點，屏幕彈出保存文件對話框如圖2-2-10，默認為tmp.dat,則測試數(shù)據(jù)將保存在該文件下，如果鍵入文件新名稱，則測試數(shù)據(jù)將保存在新名稱文件下，這時信號采集方式的選擇完成圖2-2-8 選擇測量方式界面

21、圖2-2-9 在線測試輸入對話框圖2-2-10 保存數(shù)據(jù)文件對話框.測試按開始測試按鈕即可執(zhí)行測試。這時在切削力與時間動態(tài)顯示曲線圖形區(qū)有三色曲線顯示如圖2-2-11。同時測試按鈕灰化，終止按鈕激活。圖2-2-11 動態(tài)曲線顯示狀態(tài).結束測試按停止按鈕即可結束測試。系統(tǒng)將產(chǎn)生一個報告文件（report.txt）,匯總本次實驗的基本條件和數(shù)據(jù)，可以打開查看，如果想保留它，請另取文件名，否則下次測試將覆蓋原來的內(nèi)容！系統(tǒng)將本次測量的數(shù)據(jù)文件存放在名為tmp.dat的文件中，如果想保留，按“請您注意保存測試記錄信息”提示框中的 “是” 按鈕并進一步操作，否則按“否”按鈕即可。2.2.4 車削力的測量

22、實驗一、實驗意義切削力的測量是研究金屬切削過程的一個重要手段，通過對切削力的測量和研究，可以判斷工件材料的切削加工性能。在實際生產(chǎn)中，特別是在批量生產(chǎn)中，對于合理選擇刀具幾何參數(shù)及切削用量等生產(chǎn)工藝過程是具有非常重要的實際意義的。同時也有助于研究切削過程的物理本質(zhì)，為機床設計、工藝裝備設計和工藝規(guī)程的編制均能提供必要的原始資料。二、實驗目的1、 了解壓電式車削側(cè)力儀的工作原理、結構及使用方法。2、 利用三向車削側(cè)力儀測量切削用量與切削力的關系。3、 學會測量切削力及處理實驗數(shù)據(jù)的方法，求出車削力經(jīng)驗公式。三、實驗類性：驗證型四、試驗設備1、 YDC-89型壓電式三向車削側(cè)力計2、 YE5850

23、電荷放大器3、 DIN-50S型接線盒4、 PCI-9118DG數(shù)據(jù)采集卡5、 計算機6、 CM6140車床五、主要設備結構、工作原理及安裝、車床結構車床的外形如圖2-2-12所示，由床身21、主軸箱19、主軸20、進給箱22、刀架23、尾座24以及裝于保護罩內(nèi)的皮帶輪8等組成，操縱系統(tǒng)由主軸變速手柄1、2，進給量調(diào)整手柄3、4，螺紋種類及絲杠、光杠變換手柄5，主軸正反轉(zhuǎn)操縱手柄6，刀架縱橫向自動進給手柄及快速移動按鈕7，床鞍縱向移動手輪9，圖2-2-12車床外形及傳動系統(tǒng)操作布置圖下刀架橫向移動手輪10，方刀架轉(zhuǎn)位及固定手柄11，上刀架移動手柄12，尾座頂尖套筒固定手柄13，尾座快速緊固手柄

24、14，尾座頂尖套筒移動手柄15，急停按鈕16，電源總開關17，主電機控制按鈕18，等組成。、試件安裝與調(diào)整卸下卡盤，裝上撥盤，床頭床尾各裝上頂尖，將試件裝在兩頂尖之間，將測力儀刀頭裝在刀架上，將尾座的各個活動環(huán)節(jié)緊固好后，調(diào)整測力儀刀尖與主軸回轉(zhuǎn)中心處于水平位置。、測力儀測力儀的結構、工作原理及安裝詳見前述。六、實驗步驟1. 按著上述，將測力計安裝在車床的刀架上，將試件裝在兩頂尖之間，調(diào)整測力儀刀尖與主軸回轉(zhuǎn)中心處于水平位置，緊固好尾座的各個活動環(huán)節(jié)。2. 按著上述，將測力儀硬件系統(tǒng)連接好后，啟動系統(tǒng)，然后進行系統(tǒng)設置。3、啟動機床，設定好切削速度和走刀量，準備測量。4、測量切削深度ap對切削

25、力的影響固定刀具幾何角度、切削速度和走刀量，改變吃刀深度ap，進行切削加工，同時進行測量，將測得的Fc、Fp和Ff值填入實驗報告相應表格中。5. 測量走刀量f對切削力的影響固定刀具幾何角度、切削速度和吃刀深度，改變走刀量f，進行切削加工，同時進行測量，將測得的Fc、Fp和Ff值填入實驗報告的相應表格中。6. 測量切削速度v對車削力的影響固定刀具幾何角度、吃刀深度和走刀量，改變切削速度，進行切削加工，同時進行測量各方向車削力，將測得的Fc、Fp和Ff值填入實驗報告的相應表格中。七、實驗操作注意事項1、 實驗操作前請仔細閱讀實驗指導教程的相關內(nèi)容，熟悉機床傳動與操作。2、 將測力儀刀桿牢牢地固定在

26、刀架上，否則受力過大可能會造成刀桿的移動，影響測量效果。將尾座的各個活動環(huán)節(jié)要緊固好，否則也會造成測量結果的不準。3、 測力儀刀柄處的安裝表面應確保平整(與測力儀的底面一樣需車削或刮研)和清潔，以防產(chǎn)生附加剪應力使向間干擾增大。4、 電荷放大器使用前要調(diào)好靈敏度，預熱半小時。5、 測力儀和電荷放大器應有可靠接地，最好設置專門的地線，使整個測力系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的地線。6、 使用前，將測力儀的輸出線短接放電，但千萬不能將電荷放大器輸入端短接。7、 放大器未測試之前，應始終處于復位狀態(tài)。八、數(shù)據(jù)處理，用作圖法求得車削力經(jīng)驗公式1、將測量數(shù)據(jù)分別記錄于實驗報告的相應表格中，根據(jù)測量數(shù)據(jù)在實驗報告的雙對數(shù)

27、坐標圖上分別繪出主切削分力Fc與切削用量p和f的關系曲線，其橫座標為切削用量p和f，縱座標為主切削分力Fc；根據(jù)測量數(shù)據(jù)在實驗報告的直角座標圖中繪出Fc、（Fp、Ff）-v曲線，并分析切削速度對切削力的影響。2、建立車削力經(jīng)驗公式，分析ap，f 對切削力Fc的影響。2.3 切削刀具用金屬切削刀具切除工件上多余的金屬，從而使工件的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量都合乎預定要求，因此金屬切削刀具是金屬切削過程非常重要的部分，是使工件的形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量達到預定要求的非常重要的條件，認識切削刀具是我們這節(jié)課程的主要任務。2.3.1 刀具切削部分的基本定義一、刀具切削部分的結構要素金屬切削刀具的種類雖然

28、很多，但它們的切削部分的幾何形狀與參數(shù)都有著共性，即不論刀具的結構如何復雜它們的切削部分總是近似以外圓車刀的切削部分為基本形態(tài)，因此，在確定金屬切削刀具的切削部分幾何形狀的一般數(shù)語時，圖2-3-1 刀具切削部分的結構要素可以車刀切削部分為基礎。刀具切削部分的結構要素如圖2-3-1所示，其定義和說明如下：1、前刀面A前刀面A是切削流過的表面。如果前刀面是由幾個相互傾斜表面組成的，則可以從切削刃開始，依次把它們稱為第一前刀面A1（有時稱為倒棱）、第二前刀面A2等（見圖2-3-1）。還可以根據(jù)前刀面與主、副切削刃相毗鄰的情況區(qū)分：與主切削刃毗鄰的稱為主前刀面，與副切削刃毗鄰的稱為副前刀面。2、后刀面

29、A后刀面A是與工件上新形成的過渡表面相對的刀具表面。同樣也可以分為第一后刀面A1（有時稱為刃帶）、第二后刀面A2等。與副切削刃毗鄰、與工件上已加工表面相對的刀面被稱為副后刀面A。同樣，副后刀面也可以分為第一副后刀面A1、第二副后刀面A2等。3、切削刃S切削刃是前刀面上直接進行切削的邊鋒，有主切削刃S和副之S分，如圖2-3-2所示。連接主副兩條切削刃之間的一小段切削刃可以是直線，也可以是圓孤，它常被稱為過渡刃（如圖2-3-3）。 圖2-3-2 有關術語的說明 圖2-3-3 刀尖形狀4、刀尖刀尖是指主切削刃與副切削刃的連接處相當短的一部分切削刃。常用刀尖有三種，交點（點狀）刀尖、圓孤（修圓）刀尖和

30、倒棱（倒角）刀尖。如圖2-3-3所示。二、刀具角度的參考系刀具切削部分必須具有合理的幾何形狀，才能保證切削加工的順利進行和獲得預期的加工質(zhì)量。刀具切削部分的幾何形狀主要由一些刀面和刀刃的方位角度來表示，為了確定刀具這些角度，必須將刀具置于相應的參考系里。按構造參考系時所依據(jù)的切削運動的差異，參考系可分為刀具標注角度參考系和刀具工作角度參考系。前者是由主運動方向確定的，而后者是由合成切削運動方向確定的?，F(xiàn)仍以車刀為例來加以說明。1、刀具標注角度參考系：構成刀具標注角度參考系的參考平面，通常有基平面、切削平面、主剖面、切削刃法剖面、進給剖面和切深剖面。、基平面簡稱基面，由Pr表示，基面是通過切削刃

31、選定點并垂直于主運動方向的平面。通?；鎽叫谢虼怪庇诘毒呱现圃?、刃磨和測量時的某一安裝定位平面或軸線。、切削平面由Ps表示，切削平面是通過切削刃選定點，與切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。、主剖面由Po表示，主剖面Po是通過切削刃選定點，同時垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。、切削刃法剖面由Pn表示，切削刃法剖面Pn是通過切削刃選定點，垂直于切削刃的平面。、進給剖面由Pf表示，進給剖面Pf是通過切削刃選定點，平行于進給方向并垂直于基面Pr的平面。、切深剖面由Pp表示，切深剖面Pp是通過切削刃選定點，同時垂直于基面Pr和進給剖面Pf的平面。2、刀具工作角度參考系：上述刀具標注角度參考系在

32、定義基面時，都只是考慮主運動，不考慮進給運動，即在假定運動條件下確定的參考系。但刀具在實際使用時，這樣的參考系所確定的刀具角度往往不能確切反映切削加工的真實情形，只有用合成切削運動方向來確定參考系才符合切削加工的實際。由于篇幅所限，這里不再過多贅述，如有需求請參考相關書籍。三、刀具的標注角度在刀具標注角度參考系中所確定的切削刃與各刀面之間的方位角度被稱為刀具標注角度。由于刀具角度的參考系沿切削刃各點可能是變化的，故所確定的各刀具角度均應指明是切削刃選定點處的角度，凡未特殊注明的，則指切削刃上與刀尖毗鄰的那一點的角度。在切削刃是曲線或前、后刀面是曲面的情況下，定義刀具角度時，應該用通過切削刃選定

33、點的切線或切平面代替曲刃或曲面。以下還是通過普通車刀給諸標注角度下定義，同時加以說明。由于這些定義具有普遍性，因此也可以用于其它類型的刀具。1、 主剖面參考系里的標注角度將主剖面參考系中的參考平面Pr、Po和Ps按工程制圖規(guī)則移植在一平面上，便可得到圖2-3-4中R向（Pr）、S向（Ps）視圖和O-O剖面圖（Po）。在Pr、Po和Ps內(nèi)有如下一些標注角度：、在主剖面Po內(nèi)的標注角度：.前角0:在主剖面內(nèi)度量的基面Pr與前刀面A的夾角。.后角0：在主剖面內(nèi)度量的后刀面A與切削平面Ps的夾角。.楔角o：在主剖面內(nèi)度量的后刀面A與前刀面A的夾角。、在切削平面Ps內(nèi)的標注角度：刃傾角s：在切削平面內(nèi)度

34、量的主切削刃S與基面Pr的夾角。、在基面Pr內(nèi)的標注角度：.主偏角r:在基面Pr內(nèi)度量的切削平面Ps與進給平面Pf間的夾角。它也是主切削刃S在基面上的投影與進給運動方向間的夾角。.副偏角r:在基面Pr內(nèi)度量的進給平面Ps與副刀刃在基面上的投影間的夾角。.刀尖角r: 在基面Pr內(nèi)度量的切削平面Ps與副切削平面Ps間的夾角。圖2-3-4車刀的標注角度2、 法剖面參考系里的標注角度法剖面參考系和主剖面參考系的差別只在于剖面的不同，以法剖面Pn代替主剖面Po，主剖面參考系就變成法剖面參考系，因此只有法剖面的標注角度和主剖面的標注角度不相同，其余對應角度是相同的。所以只需要定義法剖面Pn的標注角度。、法

35、前角n：在法剖面內(nèi)度量的前刀面A與基面Pr的夾角。、法后角n：在法剖面內(nèi)度量的切削平面Ps與后刀面A的夾角。、法楔角n：在法剖面內(nèi)度量的前刀面A與后刀面A的夾角。3、 進給、切深剖面參考系里的標注角度進給、切深剖面參考系由基面Pr、進給剖面Pf和切深剖面Pp構成，Pr的定義同前述主剖面參考系。其它待定的有：、進給剖面Pf：過切削刃上選定點平等行于進給運動方向并垂直于基面Pr的平面。、切深剖面Pp：過切削刃上選定點并垂直于基面Pr和進給剖面Pf的平面。將進給、切深剖面參考系的參考平面按工程制圖的規(guī)則移植到一個平面內(nèi)，便可得到圖2-3-4所示的R向視圖Pr、F-F(Pf)和P-P(Pp)剖面圖。本

36、參考系基面內(nèi)的標注角度與主剖面參考系基面內(nèi)的標注角度相同，這里不再贅述。進給剖面Pf內(nèi)標注角度有進給前角f、進給后角f和進給楔角f；切深剖面內(nèi)的標注角度有切深前角f、切深后角f和切深楔角f。這些角度可以參照給主剖面參考系標注角度下定義的方法加以定義。2.3.2刀具幾何角度測量刀具幾何角度是影響切削過程、切削力、切削熱及刀具耐用度的主要因素之一，在一定的切削條件下，刀具幾何角度的合理選擇就成為切削加工中的關鍵。由于各種類型刀具的幾何角度都可以車刀做為典型代表進行分析，因此深入理解車刀的幾何角度、掌握車刀幾何角度的測量方法具有十分重要的意義。下面仍以車刀為例，對刀具的幾何角度進行測量。一、測量儀器

37、各種不同的刀具測量要用不同的測量儀器，萬能車刀測角儀就是專門用于測量車刀幾何角度的專用儀器。1、萬能車刀測角儀的結構萬能車刀測角儀的結構如圖2-3-5所示。立柱1用螺紋固定在指示園盤6上，立柱上有方形螺紋和導向鍵槽，內(nèi)裝有導向鍵的導向鐵2可沿著立柱在垂直方向通過升降螺母5的轉(zhuǎn)動上下移動。扇形刻度盤3用螺釘將其固定在導向鐵2上，刻度盤上面刻度值為40o，每一小格為10，.每一大格為10 0，指針4用螺釘軸、彈簧墊圈固定在扇形刻度盤下端，它可以繞螺釘軸轉(zhuǎn)動。指針下部為測頭，它的兩側(cè)面與底面相垂直。升降螺母5用方形螺紋與立柱螺接，并安裝在導向鐵下部，轉(zhuǎn)動升降螺母時扇形刻度盤隨導向鐵上下移動。指示園盤

38、6又做為測角儀的底座，園盤上刻有刻度值，用來測量車刀主偏角和付偏角。刀臺7安裝在指示園盤的上面，可沿園盤中心轉(zhuǎn)動，刀臺上開有兩條定位槽，用來安放平行檔鐵，平行檔鐵8下面用螺釘固定有兩條定向鍵，放在刀臺的定位槽內(nèi)并可沿定位槽移動。小指針9用螺釘固定在刀臺的左下端，是用來指示刀臺轉(zhuǎn)動角度的，被測刀具10緊靠平等擋鐵放置。2、萬能車刀測角儀的使用測量時，首先將被測車刀放在刀臺上，并將刀柄貼靠在平行擋鐵上來進行定圖2-3-5 萬能車刀測角儀結構圖1立柱 2導向鐵 3扇形刻度盤 4指針 5升降螺母6指示圓盤 7刀臺 8平行擋鐵 9小指針 10車刀位。根據(jù)測量不同部位角度的不同，將刀柄的不同面帖靠在平行擋

39、鐵上，通過移動平行擋鐵、被測車刀和轉(zhuǎn)動刀臺及旋轉(zhuǎn)升降螺母調(diào)整刻度盤（或指針）的高度來使刀頭的不同部位與指針的兩垂直邊或底水平邊及前平面緊密帖靠，這樣就能夠測量出車刀的不同角度。這里需要提醒的是，在無論被測車刀怎樣移動，刀柄都要緊緊帖在平行擋鐵上，否則會導致測量結果不準確。二、測量方法1、將車刀放在刀臺上并將刀柄側(cè)面與平行檔鐵靠緊。適當調(diào)整平行擋鐵、被測車刀和轉(zhuǎn)動刀臺及旋轉(zhuǎn)升降螺母調(diào)整刻度盤（或指針）的高度位置，使車刀的切削部分對應帖靠于指針的不同測量部位，指針的前面與主切削刃密合時可測得主偏角，指針的前面與副切削刃密合時可測得付偏角，指針的側(cè)面與后刀面密合時 (在主剖面內(nèi))可測得主后角，指針的

40、側(cè)面與副后刀面密合時 (在副剖面內(nèi))可測得副后角; 指針的底邊與前刀面密合時 (在主剖面內(nèi))可測得前角，指針的底邊與主切削刃密合時可測得刃傾角;如圖2-3-6所示。圖2-3-6 車刀角度測量示意圖2、在測量過程中，當指針由于刀頭高低不適宜時可調(diào)整升降螺母，使指針上下移 動，當指針測量部位與車刀被測刀面或刀刃在方向上不適宜時可轉(zhuǎn)動刀臺，得到正確位置；當車刀在刀臺上位置不適宜時，可與檔鐵在一起左右移動，或向前后移動刀體。3、測量g0、ao、a'o、S時，角度值在扇形刻度盤上讀出，測量Kg和K g時，角度值在指示圓度盤上讀出。2.3.3 刀具測量實驗一、 實驗名稱：車刀幾何角度測量二、 實驗

41、目的1、通過實驗，加深理解刀具標注角度參考平面 (基面、切削平面、主剖面、付剖面等)的空間位置及相互關系；2、加深了解車刀各刀面在刀具角度參考系中的位置及其與車刀幾何角度的關系；3、熟悉萬能車刀測角儀測量原理，掌握車刀幾何角度的測量方法，進一步加深理解車刀幾何角度及其在切削過程中的作用。三、實驗類型：驗證型四、實驗儀器及刀具1、萬能車刀測角儀一臺。2、45°外園車刀、75°外園車刀、90°外園車刀和切斷車刀各一杷。五、實驗內(nèi)容分別對45°外園車刀、75°外園車刀、90°外園車刀和切斷車刀的g0、ao、a'o、S、Kg和K g進

42、行測量，繪圖表標注外園車刀和切斷刀各角度。六、測量運用前面提到的測量方法對車刀的g0、ao、a'o、S、Kg和K g進行測量，并將測量的各角度值填入實驗報告表內(nèi)。七、作圖用圖2-3-6的表示形式，繪圖表示出外園車刀和切斷刀各標注角度。八、 答問題敘述車刀各標注角度的測量原理。第三章 金屬切削機床3.1 概述傳統(tǒng)的金屬切削機床包括有車床、銑床、鉋床、磨床、滾齒機、插齒機、磨齒機等等。盡管如今現(xiàn)代加工設備日新月異，但這些傳統(tǒng)的金屬切削機床由于投資成本低、生產(chǎn)成本低、操作相對容易掌握，至今仍然是工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛的機械加工設備，是工業(yè)生產(chǎn)中的主力軍，目前世界上有80以上的產(chǎn)品零件是用傳統(tǒng)

43、加工機床完成的。本章講述的內(nèi)容主要就是通過以最最常用的車床為代表，借助于典型實驗來概述金屬切削機床，為機床的設計和使用提供必要的支持，介紹相關的實驗儀器和設備的原理、結構和使用以及完成相應實驗的步驟和方法、實驗數(shù)據(jù)的處理以及實驗圖表的制作等內(nèi)容。3.2 機床幾何精度機床的加工精度是衡量機床性能的一項重要指標，近年來，隨著科學技術的發(fā)展，對機床精加工精度的日益提高，對機床要求的內(nèi)容也逐漸增多。影響機床加工精度的因素有很多，機床幾何精度就是影響機床加工精度非常重要的指標之一。機床幾何精度包括機床上安裝工件或刀具的主要基面的幾何角度、機床上主要部件運動軌跡的精度、各基面間以及各基面與主要部件運動方向

44、間的相互位置精度等。在幾何精度試驗中，僅在運動部件處于幾個靜止位置進行測量，或在非常緩慢的運動狀態(tài)下進行測量。一、機床幾何精度檢驗工作原理幾何精度檢驗包括機床導軌的直線度、平行度和垂直度，工作臺面的平面度、機床各部件之間的垂直度、平行度和同軸度以及機床部件的運動精度、主軸或工作臺的回轉(zhuǎn)精度等，是檢驗實際形狀 (或位置)相對理想形狀(或位置)的變動量，而且在確定理想形狀的位置時，應該使理想形狀與實際形狀相接觸并使二者之間最大距離為最小，圖3-1為機 圖3-1機床導軌檢驗原理床導軌檢驗原理。 二、機床導軌檢驗機床導軌的直線度、平行度和垂直度，工作臺面的平面度、機床各部件之間的垂直度、平行度等是影響

45、零件加工質(zhì)量、反映機床精度的重要指標。機床導軌檢驗通常采用滑板檢驗法，檢驗儀器通常有水平儀和自準直儀等。下面首先介紹一下水平儀和自準直儀的結構和工作原理。、檢驗儀器的結構和工作原理1、水平儀的結構和工作原理水平儀有條形、框形、合象等幾種，水平儀的主要部分是一個弧形玻璃管，它的內(nèi)壁研磨成100米左右的曲率半徑，如圖3-2所示。a b圖3-2水平儀弧形玻璃管結構玻璃管內(nèi)充以少量對玻璃管壁附著力較小的乙醚之類液體，中間留一個氣泡，將兩端封固，并在管壁上刻有刻度 (與曲率半徑相適應)。即在圖1-2(b)中式中：a一一玻璃管格值，一般a=2毫米;一一每格所對應的偏角。 當4" r=103182

46、毫米無論水平儀放在什么位置，玻璃管中的液面總是處于水平，氣泡總是向高處移動，讀出氣泡兩端邊緣移動的格數(shù)，即可求出相應的高度差?？蚴剿絻x的刻度值有0.02/1000(4")和0.05/1000（10")兩種，0.02/1000表示將該水平儀放在1m長的平尺上，在平尺右端墊起0.02毫米的高度，平尺便傾斜一個角度，此時水平儀正好移動一個刻度值，即水平儀連同平尺的傾斜角有如圖3-3的關系。 在使用水平儀測量中，我們是將水平儀放在車床的導軌上，水平儀長度有200、250和300mm等不同規(guī)格，現(xiàn)以250mm為例，那么由圖3-3有 =0.00002和毫米圖3-3 水平儀測量高度差原

47、理圖 此外在實際使用中水平儀也不一定移動一格，例如移動2格，那么把計算高度差的公式寫成通式則式中:L一一水平儀長度，本實驗所用水平儀為200 mmn一一水平儀讀值格數(shù)；K一一所用水平儀刻度值精度，本實驗所用水平儀為0.02。 水平儀讀數(shù)的符號，習慣上規(guī)定:氣泡移動方向和水平儀移動方向相同時，讀數(shù)為正值、氣泡移動方向和水平儀移動方向相反時為負值。2、自準直儀工作原理、結構及使用、儀器的成像原理圖3-4所示為自準直儀光學系統(tǒng)。由照明燈泡6發(fā)出的光線經(jīng)聚光鏡5、濾光片4、投射到半反射鏡3，然后經(jīng)半反射鏡3反射后，照明置于物鏡1后焦面上的拉絲分劃板2，為此分劃板2經(jīng)物鏡成像在無限遠處。如果物鏡前放置一

48、個平圖3-4 自準直儀光學系統(tǒng)圖面反射鏡11，則光線經(jīng)反射鏡11反射后重新進入物鏡1并成像于物鏡1的焦面上，即分劃板2的位置上，這一自準像經(jīng)半反射鏡3透射后由顯微物鏡7放大并成像在目鏡10的前焦面上，人眼通過目鏡即可觀察到拉絲分劃板以及它的自準像。為了測量的目的，在目鏡9的前焦面上安置瞄準分劃板8。瞄準分劃板8上刻有雙夾線，并分別通過帶有螺距為lmm精密絲杠來推動。每個絲桿分別與帶有100等分劃值的測微轉(zhuǎn)鼓相聯(lián)接。如果反射鏡11變化-個微小角，則根據(jù)反射定律反肘角將改變2角度。見測量原理圖3-5。反射角的角位移量經(jīng)物鏡轉(zhuǎn)換成為自準象的直線位移量。則圖3-5 測角原理圖 '一一物鏡組合焦

49、距"一一常數(shù)=206265"該儀器中物鏡組合焦距為1031.324mm，因此 當測微鼓轉(zhuǎn)動一周時，測量分劃板以雙夾線移動測微絲杠一個螺距即lmm，相當于反射測量時1OO角秒的角位移。因為測微鼓上刻有l(wèi)00等份的刻線，測微鼓的格值即相當于反射測量的1角秒的角位移值。、儀器結構儀器結構如圖3-6示，主機由支架1和鏡管2兩大部分組成：圖3-6 儀器結構圖 支架由三個調(diào)平螺釘3支撐，支架中部備有一個調(diào)平指示水泡4，支架兩端的支臂上用銷釘5聯(lián)接兩個壓環(huán)6，使鏡管牢固地固定在支架上。鏡管的前端由螺紋聯(lián)接一準直物鏡筒7，旋進或旋出該物鏡筒可以使物鏡焦面調(diào)至拉絲分劃板位置重合。準直物鏡與拉

50、絲分劃板中間安置了一個光欄9。拉絲分劃板座可由四顆頂絲10調(diào)整中心位置，可以方便地使光管視軸調(diào)至與鏡管軸線平行。鏡管的上方固定有照明光源組件11·照明燈具有可調(diào)機構，可以使現(xiàn)場照明調(diào)至最亮最均勻的狀態(tài)。在鏡管的后端固定有測量顯微鏡組件12，該組件前面通過螺紋聯(lián)接一顯微物鏡座13，調(diào)整顯微物鏡的位置即可調(diào)整物鏡的放大倍率，也就調(diào)整了儀器的視值誤差。顯微鏡組件的后面固定有測微目鏡14，是保證儀器精度的核心部分。整個顯微鏡組件可做前后位置的調(diào)整，以保證拉絲分劃板像面與測微目鏡分劃板像面的重合，同時該組件還可以在在鏡筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)調(diào)整，以達到拉絲分劃板線與測微目鏡雙夾線調(diào)至平行的目的，顯微鏡組件位

51、置調(diào)整好后由鏡管側(cè)面的頂絲15固緊。鏡管外圓經(jīng)過精磨拋光鍍鉻，可作為儀器本身調(diào)整的基準，也可以用來做為固定某些附件的基準。鏡管可在支架上做900的旋轉(zhuǎn)并由可調(diào)頂絲定位。、雙向自準直測微儀操作及使用將照明燈接通6v變壓器，在自準直儀前放置一平面反射鏡，調(diào)整目鏡視度直至看清視場中的雙夾線為止。此時如果照明不均勻應稍松開照明燈背帽，調(diào)整燈泡的位置使照明均勻后將背帽鎖緊。微調(diào)支架調(diào)平螺釘，使從反射鏡反射回的自準像大致移到視場中央位置。然后來回微動反射鏡座，觀察自準像的掃描方向是否與視場中拉絲分劃線的橫線平行，如不平行應調(diào)整支架后面的兩個調(diào)平螺釘，一個升高而另一個下降同樣的量，以保證自準像在視場中央的位置大致不變。以上各步驟完成后即可進行正式的測量工作。本實驗用的自準直測微儀是雙的，垂直方向的測微鼓用來測量垂直方向的直線度；水平方向的測微鼓用來測量水平方向的直線度。在測量時，首先轉(zhuǎn)動測微圖 3-7 自準直測微儀視場情況及讀數(shù)機構鼓使雙夾線夾住反射鏡的自準像讀取一數(shù)據(jù)見圖3-7。當移動反射鏡后，反射鏡的自準像會有微小的變化后，再重新轉(zhuǎn)動測微鼓使雙夾線夾住變化后的自準像讀取數(shù)據(jù)，兩次讀數(shù)之差即為反射鏡的角度變化量。其讀數(shù)方法與千分尺讀數(shù)方法相似。、機床導軌檢驗方法機床導軌檢驗方法根據(jù)檢驗儀器不同，檢驗方法和檢驗精度也有差別，通常自準直儀比水平