《機械制造技術基礎》實驗指導書

1、機械制造技術基礎實驗指導書目錄實驗一、刀具角度測量實驗 3.實驗二、動態(tài)切削力的測量實驗 6.實驗三加工誤差的統(tǒng)計分析實驗 8.實驗四、工藝系統(tǒng)靜剛度的測量實驗 10實驗一、刀具角度測量實驗實驗目的和要求1、熟悉車刀切削部分的構造要素；2、通過實驗加深理解刀具標注角度參考平面的定義，三個平面的空間位置及相互關 系；3、熟悉萬能車刀測角儀的測量原理，掌握車刀幾何角度的測量方法，加深理解車刀幾 何角度及其在切削過程中的作用；4、用所測量的刀具幾何角度畫一張車刀的角度標注圖；5、記載自己所測刀具的編號、刀具材料、幾何角度。實驗設備車刀若干，萬能刀具角度測量儀器4臺實驗方法1、熟悉車刀切削部分的構造要

2、素，重點觀察車刀的形狀、主切削刃、畐U切削刃、前刀面、主后刀面、副主后刀面的位置。圖2-1為車刀切削部分的構造要素。2、掌握刀具幾何角度的定義前 角丫 0 :在正交平面內測量的前刀面與基面的夾角。后角a 0 :在正交平面內測量的主后刀面與切削平面的夾角。主偏角k r :在基面內測量的主切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角。副偏角k r '：在基面內測量的副切削刃在基面上的投影與進給方向的夾角。刃傾角 入s :在切削平面測量的主切削刃與基面的夾角。副后角a' o ：在副正交平面內測量的副后刀面與副切削平面的夾角。刀具每個角度的標注如圖 2-2所示。加工袁頁已加工點面圖2-2車刀的

3、幾何角度標注(2)3、車刀幾何角度的測量方法（1）刀具角度測量臺刀具角度測量臺如圖2-3所示。1 .圓底屋，標宥劉廈；氛 轉佇.用于安裝酸測刀貝：3.轉臺左側指豺卞仁描塊.用于調整刀貝隹進：5. ft軒：下血肯利冠根，苴黃 時和A、B.（:三片髓討7JU 棋測6J便用；氣卑捲ihT、立柱t漢高度調轅塊；圖2-3車刀角度測量臺 刀具角度的測量方法（以車刀為例）1）主偏角k r的測量a）轉臺調零：將轉臺左側的刻度線對到底盤的零度；b）將刀具安裝在滑塊上，刀尖頂在指針平面中心線上。此時，扇形盤平面與進給方向重合;c）轉動轉臺，使刀具的主切削刃與指針平面緊貼；d）讀取轉臺左側刻線所示的圓盤刻度，就是主

4、偏角k r。2）副偏角k' r的測量a）在1）項的基礎上，轉動轉臺使副切削刃與指針平面緊貼;b）讀取轉臺左側刻線所示的圓盤刻度，就是主偏角K r。3）刃傾角入s的測量a）在測量主偏角的位置上，此時，扇形面為切削平面，在該平面內將指針的刃口A與主切削刃重合；b）讀取指針所指的刻度就是刃傾角入s。4）前角丫 o的測量a）在測量主偏角的位置上，將轉臺轉過90° ，此時，扇形面為正交平面，在該平面內將指針的刃口 A 與前刀面重合；b）讀取指針所指的刻度就是前角丫o。5）后角a o的測量a）在 4 ）的基礎上（此時，扇形面為正交平面） ，將指針的刃口 B 與后刀面重合；b）讀取指針所指

5、的刻度就是后角ao。6）副后角a' o的測量a）在2）的基礎上，將轉臺轉過 90°,此時，扇形面為副正交平面。將指針的刃口 C 與副后刀面重合；b）讀取指針所指的刻度就是后角a'o。四、填寫實驗報告為了繼續(xù)進行后續(xù)的相關實驗項目, 要將對車刀的實際測量結果進行認真的整理、 記錄。實驗二、動態(tài)切削力的測量實驗實驗目的和要求1、了解各種測力儀的工作原理；2、 研究在一定刀具幾何角度的條件下，切削深度和進給量對切削力的影響及變化規(guī)律。3、掌握用實驗的方法建立切削力的經驗公式的方法和技能。實驗儀器及耗材1、壓電式切削測力儀；2、YE5850電荷放大器；3、機床：J1MK460

6、 X 100精密車床;4、其它測量工具；5、45鋼試件；6、計算器、筆、尺等（學生自備）三、測力儀的工作原理1、壓電式切削測力儀圈3-L圧目盍切削力測量朋構詛車刀）YDC-川89型壓電式切削測力儀的結構如圖2-1所示，該測力儀為大連 理工大學開發(fā)的專利產 品，采用刀桿式結構，用 一個三向壓電石英力傳感 器作為力一一電轉換元 件。它不僅大剛度、高靈 敏度、高固有頻率、寬頻率響應范圍，線性良好的動、靜態(tài)性能，而且結果簡單，體積小,除刀體結構有一點變化外和正常的刀具一樣，在正常的切削加工狀態(tài)下，就可以實時、準確F圖，2-2電爼應更測力僅工柞原理地測量出三向靜、動 態(tài)切削力。其工作原 理可簡單地敘述為

7、： 根據正壓電效應，當 石英晶片受到外力作 用時，石英晶片的表 面會產生正、負電荷, 電荷的多少與所受外力的大小成嚴格的線性關系。2、電阻應變式切削測力儀電阻應變式切削測力儀的工作原理是在測力儀的彈性體（特制刀桿）上粘貼電阻應變 片，構成電橋，如圖2-2所示。電橋的平衡條件是 R1/R2=R3/R4，既B、D兩點的電位相同, 表現(xiàn)為檢流計中無電流。在切削力的作用下， 彈性元件的變形，各電阻應變片的阻值將發(fā)生變化。R1受張力，長度增加。截面積減少，于是電阻增大。R2受壓縮，長度減少，截面積增加，于是電阻減小。電橋的平衡被打破，V b>V D，檢流表中有電流通過，電流的大小與切削力成正比。3

8、、機械式切削測力儀圖l孑機械測第構機械式切削測 力儀的結構如圖2-6 所示，受結構的限 制，只能測量垂直分 力Fz，在切削狀態(tài) 下，F(xiàn) z所產生的扭 矩，使測力儀的橫梁 產生扭轉變形，帶動 杠桿轉動一個角度， 通過活塞桿，將變形 量以一定的關系傳遞給百分表。這一系列的變形傳遞關系與Fz成正比關系，通過事先標定好的百分表讀數(shù)一切削力的關系，就可以進行切削力的實際測量了。四、實驗內容1、熟悉實驗設備的構成、工作原理。2、每4個學生一組，在實驗指導老師指導下完成如下內容（1） 確定實驗參數(shù)：在指定切削速度（500r/min）的前提下，在一定范圍內確定實驗參數(shù)進給量 f: 0.15 0. 5mm/mi

9、n，背吃刀量 ap： 0.2 1.0mm。（2）操作切削力測量系統(tǒng)軟件系統(tǒng)，配合指導老師操作機床，進行切削加工；（3）記錄實驗數(shù)據；（4）整理實驗數(shù)據；（5）建立切削力與背吃刀量及進給量相關的經驗公式；3、填寫實驗報告。實驗三加工誤差的統(tǒng)計分析實驗實驗目的：在一定的加工條件下，用數(shù)理統(tǒng)計分析的方法，分析工藝系統(tǒng)的尺寸分布，加工 能力和工藝系統(tǒng)中可能存在的誤差因素。實驗內容：按自然加工順序，對所加工的100個試件的尺寸進行測量，繪出頻率直方圖，并對其工藝能力和廢品率進行分析。三、試驗樣件及技術要求如圖1-1所示，由于每個零件均進行多次的重復性加工實驗，因此，直徑尺寸的具體 值由實驗教師給出。四、

10、 實驗設備無心外圓磨床，杠桿千分尺（0.002），卡尺(0.02)等±五、實驗原理二C-J.*直方圖分析法圖1_1 45鋼實驗用小軸在生產過程中，由于系統(tǒng)性誤差和隨機性誤差的存在，使同一批工件在同樣生產條件 下，加工出來的同一個幾何要素的加工尺寸不一樣，按尺寸的大小分組，按實測的尺寸結果,統(tǒng)計各組內出現(xiàn)的試件的頻數(shù)就可以畫出對應的直方圖（參見圖1-2）。根據直方圖的形狀和由測量值計算得到的參數(shù)，可以估算出該工序的工藝特征和工藝能力。需要計算的參數(shù)為樣本的平均值X和均方差S。式中Xi/ nXj F / nj 111(Xi X)2/n 1i 1F(Xj X)2/n 1j 112n:樣本數(shù)

11、，即加工的工件數(shù)。Xi:試件的測量尺寸，Xj :每組的組中值，F(xiàn):每組頻數(shù)。如果系統(tǒng)穩(wěn)定，加工誤差將符合正態(tài)分布，其尺寸分散范圍在6S,則該工序的工藝能力等級系數(shù)Cp為公式1-3所示。根據Cp的大小可以判斷工藝等級，結合直方圖分析，可 計算合格率、廢品率、常值系統(tǒng)誤差，提出提高該工序產品合格率的可行措施。Cp=T/6S六、實驗步驟1、調整機床：試加工m件(m10),求出其平均尺寸 X m和均方差 a m，按上限尺寸和下限尺寸 求出機床的調整尺寸的上下限，按技術要求調整好機床，要注意要按順序使工件一個接一個獨立地進入磨削區(qū)，這樣可保證加工每個零件的工藝條件是相同的，同時千萬不可將加工順序搞亂。上

12、限尺寸：D+0.015 3 a m (1+1/ m )下限尺寸：D 0.015+3 a m ( 1+1/m )2、測量數(shù)據：按著加工的自然順序，用千分尺對每個被加工工件的直徑尺寸進行測量并記錄在案， 為了驗證實驗結果的統(tǒng)一性，分成十組進行獨立的測量，每組的測量數(shù)據不近相同，但總的 結果還是一致的，將測量結果填入測量數(shù)據表(取 m=5 )。3、畫直方圖：確定直方圖的的組數(shù)， 對于樣本空間為100的實驗，一般選擇6到12組，組距取微米 的整數(shù)倍，為了避免數(shù)據恰好落在組界上，組界要選在數(shù)據尾數(shù)的1/2處，將每組的組界、頻數(shù)、頻率、組中值等填寫在分布圖數(shù)據表中。在圖上用雙點劃線畫出X和公差帶的中心位置

13、，結合公差帶的寬度 T和尺寸的分散范圍 6S,可以計算出工藝能力系數(shù) Cp，和該工序 的工藝等級。4、計算工藝能力系數(shù) Cp、估算廢品率5、分析實驗結果：對加工的100個零件進行實際測量得到的結果進行討論分析、進行歸納總結并填寫實 驗報告。實驗四、工藝系統(tǒng)靜剛度的測量實驗五、實驗目的和要求1、了解機床剛度的測定方法之一 動載法；2、比較機床各部件剛度的大小，分析影響機床剛度的各個因素；3、鞏固和驗證有關工藝系統(tǒng)剛度的概念。六、實驗內容 用動載法測定車床剛度。實驗系統(tǒng)將動態(tài)測量并記錄切削力的變化，同步測量并記錄前頂針、刀架及后頂針的動態(tài)位移量，計算出各部件剛度及機床剛度。七、實驗設備1. CM6

14、140 車床一臺、 X5646/1 多功能銑床一臺；2. 壓電三向切削力測量儀兩套；3. 位移傳感器或千分表三套；4. 計算機數(shù)據處理系統(tǒng)一套。八、實驗原理 工藝系統(tǒng)在載荷的作用下會產生相應的變形。載荷越大變形也越大，反之亦然。機床靜剛度 Ks 是機床在穩(wěn)態(tài)下工作（無振動）的剛度，它衡量機床抵抗靜載變 行的能力。靜剛度的概念，一般用下式表示：Ks=F/Y式中：Ks靜剛度（N/mm）F切削力（N）丫一在F作用下刀刃與加工面之間的相對位移（mm）。但是從工藝觀點來研究問題時，我們認為在切削分力 Fy 方向上的變行要 比其它切削分力作用方向上的變行大得多，所以 Fy 對加工精度的影響占主要 地位，故

15、又可以用下式表示工藝系統(tǒng)剛度Ks=Fy/Y工藝系統(tǒng)在受力情況下的總位移量 丫是各個組成環(huán)節(jié)的位移量迭加， 根據 測量數(shù)據可得出：刀架剛度前頂尖剛度KSD=Fy/YDKSQ= Fy/2Y Q后頂尖剛度KsH=Fy/2YH在根據車床變形Ys為前后頂尖變行位移的平均值和刀架變行位移之和Ys=Fy/Ks=1/2( Fy/2KsQ+Fy/2KsH)+Fy/KsD化簡后1/Ks=1/4( 1/Ksq+I/Ksh)+1/Ksd這樣車床靜剛度Ks即可求出。實驗方法1:三向測力環(huán)測量圖1-1所示為三向剛度儀測定車床靜剛度的靜態(tài)測設備。2d丄-2U電弍訓出*!瑩'洛扛簡型上-J；1、前頂尖；2、接長套筒；3、測力環(huán)4、加力螺釘；5、弓行加載器；6、摸擬刀桿 圖中弓形加載架剛度足夠大，其變形略去不計，通過加載器上的加力螺釘4進行加力Fy。Fy經鋼球傳至測力環(huán)3，由測力環(huán)的千分表指示出所加 Fy力 的數(shù)值。床頭、尾座、刀架部件均在 Fy力作用下發(fā)生變性位移，三個部位各 安裝一個測量位移的設備(如千分表等測量微位移的設備)，測其變行位移Ysq、 Ysh、Ysd。再根據公示計算出床頭、刀