金屬切削原理與刀具

1、金屬切削原理與刀具課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書金屬切削原理與刀具實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院機(jī)械工程系機(jī)械制造教研室2013年1月修訂目 錄實(shí)驗(yàn)一 刀具標(biāo)注角度的測量實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二 金屬切削變形觀測實(shí)驗(yàn) 6實(shí)驗(yàn)三 切削力的測量實(shí)驗(yàn) 9 實(shí)驗(yàn)一 刀具標(biāo)注角度的測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、加深對(duì)課堂講授內(nèi)容的理解，幫助掌握車刀切削部分的基本概念和基本定義，使之了解以下幾方面的內(nèi)容：（1）刀具切削部分的結(jié)構(gòu)；（2）刀具標(biāo)注角度的參考平面；（3）刀具標(biāo)注角度的參考系；（4）刀具的標(biāo)注角度；（5）刀具標(biāo)注角度與工作角度的區(qū)別。2、了解教學(xué)用車刀量角臺(tái)的結(jié)構(gòu)（如圖1所示）和使用方法，學(xué)會(huì)用車刀量角臺(tái)測量車刀

2、的角度。3、了解萬能量角器的結(jié)構(gòu)與使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法1、利用車刀量角臺(tái)測量外圓車刀的0、a0、kr、kr´、s、a02、利用車刀量角臺(tái)測量切斷車刀的0、a0、kr、kr´、s、a03、把上面測得的角度分別填入表1和表2中，并根據(jù)以上所測得的角度數(shù)值計(jì)算出派生角0、r、r等也填入表1和表2中。、三、實(shí)驗(yàn)儀器1、車刀量角臺(tái)；2、90°外圓車刀、45°外圓車刀、切斷刀各一把；3、定位塊。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將車刀量角臺(tái)指針調(diào)到零位，先將75°外圓車刀靠在量角臺(tái)的定位塊上，按順序測量刀具的幾個(gè)角度；2、測量切斷刀的角度。五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出

3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 將測得數(shù)據(jù)分別填入表1-1和表1-2中。表1-1 外圓車刀角度數(shù)值角度名稱前角后角主偏角副偏角刃傾角副后角楔角余偏角刀尖角角度代號(hào)00rr,s0,0rr角度數(shù)值表1-2 切斷車刀角度數(shù)值角度名稱前角后角主偏角副偏角刃傾角副后角楔角余偏角刀尖角角度代號(hào)00rr,s0,0rr角度數(shù)值六、 思考題1、繪圖標(biāo)注所測外圓車刀、切斷刀的幾何角度。2、試說明在基面、主剖面、切削平面內(nèi)都能測量外圓車刀的哪些幾何角度？附：車刀量角儀的結(jié)構(gòu)原理及使用方法圖1-1所示為SJ34型車刀量角儀。它能測量各類型車刀的任意剖面中的幾何角度。其結(jié)構(gòu)與工作原理及使用方法如下：圖1-1 車刀量角儀1底座 2立柱 3滑塊

4、 4小扇形刻度盤 5小轉(zhuǎn)盤 6大扇形刻度盤 7測量片 8轉(zhuǎn)盤 9滑板 10轉(zhuǎn)盤底 11旋鈕 12旋鈕立柱2上有三條間隔90°且鉛垂的V形槽，靠近頂部有一條水平的圓環(huán)V形槽?；瑝K3可輕便地沿立柱2上下移動(dòng)。通過調(diào)節(jié)滑塊3中鋼珠的彈簧壓力（鋼珠被壓在立柱2的V形槽中），能保持裝在滑塊3上的小扇形刻度盤4、大扇形刻度盤6、測量片7等零件停留在任意高度位置上，且不需要鎖緊。當(dāng)滑塊3向上移動(dòng)到頂端時(shí)，鋼珠落入圓環(huán)V形槽中，滑塊3即可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以供選擇合適的測量工作位置。由于有三個(gè)相互垂直的測量工位，使測量角度時(shí)調(diào)整極為方便。特別要注意的是：滑塊3只有上移到頂端時(shí)才可轉(zhuǎn)位，否則鋼珠將會(huì)拉毛立柱2

5、的表面。被測車刀放在轉(zhuǎn)盤8的載刀臺(tái)（在旋鈕11大兩側(cè)各有一個(gè)載刀臺(tái)）上貼緊相互垂直的兩個(gè)承刀面上，可將其在轉(zhuǎn)盤座10上回轉(zhuǎn)或在底座1及滑板9上縱、橫向平移，并調(diào)整滑塊3的位置，以使被測車刀的被測面或被測刀刃能與測量片7接觸。這樣，可分別測得在主剖面坐標(biāo)系內(nèi)的被測車刀的偏角、前角、后角和刃傾角。若調(diào)整轉(zhuǎn)盤8，使轉(zhuǎn)盤8的指示針在轉(zhuǎn)盤座10的刻度盤上所指示的數(shù)值為零，并用旋鈕11鎖緊。利用兩個(gè)測量工位先后測量，可較方便地測量進(jìn)給剖面與切深剖面中的被測車刀的前角和后角。若將大扇形刻度盤6旋轉(zhuǎn)一個(gè)刃傾角，并用旋鈕12、13鎖緊(旋鈕13圖中未表示)。使測量片7的測量面（即測量片的兩鉛垂大平面）處于主切削

6、刃垂直的方位，按前述的測量方法即可測得法向剖面中的被測車刀的前角和后角。使用車刀量角儀時(shí)，零部件的調(diào)整應(yīng)輕而緩慢。特別是向下調(diào)整滑塊3時(shí)，一只手的食指和中指應(yīng)在滑塊3的下部用力夾住立柱2，另一只手向下緩慢移動(dòng)滑塊3。以避免因滑塊3快速下移而產(chǎn)生的測量片對(duì)轉(zhuǎn)盤8、轉(zhuǎn)盤座10、底座1和被測車刀等的沖擊，從而造成測量片7的損壞及人身事故。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，應(yīng)按使用方法照章操作，嚴(yán)禁違章操作。實(shí)驗(yàn)二 金屬切削變形觀測實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)觀察了解切屑形成的過程，掌握切削變形的基本規(guī)律；2、掌握用“快速落刀法”研究金屬切削過程這一基本方法。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法金屬切削過程是一種連續(xù)的動(dòng)態(tài)過程。為研究在切削

7、過程中刀具與切屑和已加工表面的相關(guān)現(xiàn)象（如積屑瘤、鱗刺、切削刃前區(qū)的金屬變形、切屑的變形和刃區(qū)對(duì)已加工表面影響等）的情況，最常用的方法是采用把刀具突然離開切削區(qū)以“凍結(jié)”在退刀瞬時(shí)的切削狀況，讓切屑留在工件上，然后將切屑連同與相連的工件切下，制成金相標(biāo)本，然后在金像顯微鏡下研究切削的瞬時(shí)狀態(tài)，這種突然退刀的方法稱為“快速落刀方法”。 多年來，許多研究者們致力于發(fā)展快速落刀裝置的研究，并創(chuàng)造了各式各樣的快速落刀裝置，但其根本原理都是：讓刀具受到?jīng)_擊后以很高的加速度運(yùn)動(dòng)，使其沿切削速度方向下落，從而令刀具盡快脫離切削區(qū)。本實(shí)驗(yàn)采用圖11所示比較簡單的沖擊式快速落刀裝置。4132圖2-1 沖擊式快速

8、落刀裝置1-刀夾 2-套管 3-銷孔 4-螺栓使用時(shí)把該裝置卡在刀架上，用手錘敲擊刀夾1的上部，套管2把銷子3剪斷而使刀夾快速繞螺栓4轉(zhuǎn)動(dòng)而使刀具脫離切削區(qū)。使用沖擊力使刀夾獲得比前一種再裝置高得多的加速度。在設(shè)計(jì)快速落刀裝置時(shí)，除了使作用在刀夾上的外力足夠大，使刀夾能獲得較高的加速度外，刀夾的質(zhì)量亦應(yīng)盡可能減小，使落刀時(shí)慣性小些，這也是獲得高加速度的另一途徑。還應(yīng)指出的是，當(dāng)銷子被剪斷時(shí)，刀夾從速度為零加速至速度等于或大于切削速度是須要一段時(shí)間的，在這段時(shí)間內(nèi)，由于刀具的速度還小于切削速度，所以刀具相對(duì)于工件存在著相對(duì)的滑行，從而或多或少地傷害了已加工表面在切削時(shí)的原始狀態(tài)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及材

9、料1、快速落刀裝置（沖擊式）一套；2、切斷刀，外圓車刀，高速鋼刀條；3、鑄鐵銷子，手錘，手鋸、臺(tái)鉗子；4、酒精，脫紙棉、朔料粉、腐蝕劑；5、鑲嵌機(jī)、試樣摸套；6、各種砂紙、研磨膏，大絨布、尼子布；7、金相顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡，拋光機(jī)等。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、切屑根部金相標(biāo)本的制作。用快速落刀裝置取得切削根部。2、切屑根部標(biāo)本的鑲嵌。用環(huán)氧樹脂鑲裝。如圖12所示，把尺寸合適的金屬環(huán)置于平板上，切屑根部標(biāo)本放在環(huán)中，然后把低熔點(diǎn)金屬在坩鍋中熔后 注入金屬環(huán)的空腔中，冷卻后切屑根部標(biāo)本就被固定下來以便于磨制金相標(biāo)本了。3、試樣表面的制備將嵌裝好的試樣取出后，可用挫刀或砂輪平整試樣表面，但用砂輪平整試樣時(shí)，

10、要注意不要使試樣產(chǎn)生燒傷。試樣修平后即可進(jìn)一步用砂布裝在旋轉(zhuǎn)的圓盤上進(jìn)行磨光。開始時(shí)用較粗的砂布（100號(hào)150號(hào)）磨光，然后逐漸改用較細(xì)的砂布。最終磨制時(shí)應(yīng)使用200號(hào)240號(hào)細(xì)砂布。切屑根部標(biāo)本金屬環(huán)平板圖2-2 切屑根部的嵌裝4、試樣的拋光對(duì)黑色金屬的切屑根部試樣，可用氧化鋁、氧化鐵的細(xì)末進(jìn)行拋光。拋光粉于蒸餾水混合（1L水加入5g）。氧化鋁，或1015g氧化鐵。把細(xì)尼絨經(jīng)水泡后安裝在磨盤上進(jìn)行拋光。5、顯微組織的顯現(xiàn)金相腐蝕通常是采用化學(xué)腐蝕方法對(duì)切屑根部標(biāo)本進(jìn)行腐蝕以顯現(xiàn)其顯微組織的。五、分析整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)記錄表2-1組別編號(hào)0fv主軸轉(zhuǎn)數(shù)n(轉(zhuǎn)/分)觀察的現(xiàn) 象ap

11、mm變形系數(shù)=ach/ac變形曲線16º018026º028036º03804-5º028050º028065º028076º02586º021096º0220106º0230116º0240126º0260 六、思考題1、切削厚度ac，r。，切削速度V對(duì)切屑變形有何影響？2、分析積屑瘤的變化規(guī)律，討論積屑瘤的存在對(duì)切屑變形的影響。實(shí)驗(yàn)三 切削力的測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握切削力與切削分力的概念與測量手段和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法；2、分析切削用量對(duì)切削力的影響；3、建立切削力

12、的經(jīng)驗(yàn)公式。二、實(shí)驗(yàn)原理及方法本實(shí)驗(yàn)采用電阻式測力儀原理進(jìn)行測量切削力。電阻應(yīng)變式測力儀的傳感器將力作用在彈性元件上，彈性元件在其切削力作用下產(chǎn)生變形，利用貼在彈性元件上的應(yīng)變片將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化，然后利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)換成電壓變化，送入測量放大電路測量。最后利用標(biāo)定曲線將測得之應(yīng)變值推算得被測外力值，或者直接由測力儀上經(jīng)過標(biāo)定的刻度盤讀得測量值。測力原理如圖31所示：DBR1R3R4R1FzR1R2AC動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀光線示波器圖3-1 測力實(shí)驗(yàn)裝置H1H2H1H2 采用電阻式測力儀，利用一個(gè)測力桿，中間部分刨去一個(gè)槽。這部分作為一彈性原件。在測力儀的彈性原件上粘貼具有一定電阻值的電

13、阻應(yīng)變片，然后將電阻應(yīng)變片聯(lián)接成電橋。電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4。如果R1/R2=R3/R4，則電橋是平衡的，即B、D兩點(diǎn)間的電位差為零，電流表中沒有電流通過。在切削力的作用下，電阻應(yīng)變片隨著彈性原件發(fā)生變形 三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料1、CA6140車床一臺(tái)；2、測力刀桿一件；3、PY3電源箱一臺(tái)；4、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀一臺(tái)；5、SC16型光線示波器一臺(tái)；6、電橋盒一個(gè)；7、弓型加栽器、測力環(huán)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、標(biāo)定：首先將弓型加載器一端用夾盤夾住，另一端用頂尖支撐，測力環(huán)上表針調(diào)整到零的位置，底端放在刀桿上的滾珠上，另一端用弓型加載器的長螺絲上的滾珠頂住，擰動(dòng)螺絲，調(diào)整松緊程度，將其固定住，測力環(huán)上表針調(diào)整到零的位置，然后加力開始標(biāo)定，用光線示波器中的感光紙記錄標(biāo)定曲線。2、進(jìn)行實(shí)際切削，用光線示波器記錄曲線。按下面表格(表3-1)分別改變切削因素ap、f進(jìn)行切削，并記錄下來。五、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、將測得的切削力數(shù)值在對(duì)數(shù)座標(biāo)紙上畫三角形。2、做Fz ap線和Fz f線3、建立切削力指數(shù)公式表3-1 切削力記錄表切削深度ap(mm)進(jìn)給量f(mm/r)Fz(Kg)30.10.20.320.10.20.31.50.