切削力的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)一切削力的測(cè)定（綜合性實(shí)驗(yàn)）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解切削測(cè)力儀的工作原理和測(cè)力方法和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；掌握背吃刀量a、進(jìn)給量f和切削速度V對(duì)切削力的影響規(guī)律;pc通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，建立切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。二、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1.CA6140車(chē)床；2測(cè)力傳感器：HUR-1603M；數(shù)顯箱、計(jì)算機(jī)（安裝切削力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件）及數(shù)據(jù)線；工件；三、實(shí)驗(yàn)原理三向切削力的檢測(cè)原理，是使用三向車(chē)削測(cè)力傳感器檢測(cè)三向應(yīng)變，三向應(yīng)變作為模擬信號(hào)，輸出到切削力實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)進(jìn)行高倍率放大，再經(jīng)A/D板又一次放大之后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)的。測(cè)力系統(tǒng)首先應(yīng)該通過(guò)三向電標(biāo)定，以確定各通道的增益倍數(shù)。然后，再通過(guò)機(jī)械標(biāo)定，確定測(cè)力傳感器

2、某一方向加載力值與三個(gè)測(cè)力方向響應(yīng)的線性關(guān)系。經(jīng)過(guò)這兩次標(biāo)定，形成一個(gè)穩(wěn)定的檢測(cè)系統(tǒng)之后，才能進(jìn)行切削力實(shí)驗(yàn)。測(cè)量切削力的主要工具是測(cè)力儀，測(cè)力儀的種類(lèi)很多。有機(jī)械測(cè)力儀、油壓測(cè)力儀和電測(cè)力儀。機(jī)械和油壓測(cè)力儀比較穩(wěn)定、耐用。而電測(cè)力儀的測(cè)量精度和靈敏度較高。電測(cè)力儀根據(jù)其使用的傳感器不同，又可分為電容式、電感式、電阻式測(cè)力儀的工作原理：在測(cè)力儀的彈性元件上粘貼具有一定電阻值的電阻應(yīng)變片，然后將電阻應(yīng)變片聯(lián)接電橋。設(shè)電橋各臂的電阻分別是R、R、R和123R，如果R/R=R/R，則電橋平衡，即2、4兩點(diǎn)間的電位差為零，即應(yīng)變電壓輸41234出為零。在切削力的作用下，電阻應(yīng)變片隨著彈性元件發(fā)生彈性

3、變形，從而改變它們的電阻。如圖11所示。電阻應(yīng)變片R和R在彈性張力作用下，其長(zhǎng)度增14大，截面積縮小，于是電阻增大。R和R在彈性壓力作用下，其長(zhǎng)度縮短，截面23積加大，于是電阻減小，電橋的平衡條件受到破壞。2、4兩點(diǎn)間產(chǎn)生電位差，輸出應(yīng)變電壓。通過(guò)高精度線性放大區(qū)將輸出電壓放大，并顯示和記錄下來(lái)。輸出應(yīng)變電壓與切削力的大小成正比，經(jīng)過(guò)標(biāo)定，可以得到輸出應(yīng)變電壓和切削力之間的線性關(guān)系曲線（即標(biāo)定曲線）。測(cè)力時(shí)，只要知道輸出應(yīng)變電壓，便能從標(biāo)定曲線上查出切削力的數(shù)值。實(shí)際使用的測(cè)力儀的彈性元件不像圖1所表示的那樣簡(jiǎn)單，粘貼的電阻應(yīng)變片也比較多，由于要同時(shí)測(cè)量三個(gè)方向的分力，因而測(cè)力儀結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。

4、使用復(fù)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)力環(huán)做基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)力儀三受力方向的機(jī)械標(biāo)定，可獲得較高的精確度。機(jī)械標(biāo)定（下稱(chēng)標(biāo)定）還確定了三向力之間的相互響應(yīng)關(guān)系，在測(cè)力過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算，消除了各向之間的相互干擾，因而可獲得較高的準(zhǔn)確度。標(biāo)定切削力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的目的有兩個(gè)，一是求出某向輸出（數(shù)字）與該向載荷（測(cè)力環(huán)所施加的力值）之間的響應(yīng)系數(shù)，二是求出該向載荷對(duì)另外兩向之間的影響系數(shù)，從而通過(guò)計(jì)算來(lái)消除向間影響而獲得實(shí)際的三向力。若FX、Fy、Fz力同時(shí)作用于測(cè)力傳感器，設(shè)三向分力方向的輸出分別為DX、Dy、Dz。由于各向分力間存在相互干擾，因此，輸出DX、Dy、Dz與FX、Fy、Fz力之間，存在如下關(guān)系：jtymF=D（i

5、和j一x、y、z方向）ijjii=x,y,z式中m“表示Di對(duì)的相關(guān)系數(shù)。解析方程1,相對(duì)三向輸入與輸出，在已知DxDyDz的條件下，可求出三個(gè)給定方向的排除了向間干擾的力值、FX、Fy、Fz。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.準(zhǔn)備工作（1）安裝工件、測(cè)力儀，注意刀尖對(duì)準(zhǔn)車(chē)床中心高。（2）用三根軟管導(dǎo)線將測(cè)力儀和數(shù)顯箱連接起來(lái)（注意X-X、Y-Y、Z-Z相聯(lián)，不可接錯(cuò)），接通電源。（3）熟悉機(jī)床操作手柄及操作方法，注意安全事項(xiàng)。（4）熟悉數(shù)顯箱的使用和讀數(shù)，并將讀數(shù)調(diào)零。（5）確定實(shí)驗(yàn)條件。切削實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法是單因素法和正交法。在實(shí)驗(yàn)之前已經(jīng)對(duì)測(cè)力系統(tǒng)進(jìn)行了三通道增益標(biāo)定、機(jī)械標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還

6、需經(jīng)常進(jìn)行三通道零位調(diào)整，之后再通過(guò)數(shù)字顯示觀察輸出情況，若輸出穩(wěn)定就可以進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)。在顯示器面板上點(diǎn)擊“切削力實(shí)驗(yàn)”圖標(biāo)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在切削力實(shí)驗(yàn)向?qū)Ы缑嫔?，可以點(diǎn)擊激活亮顯了的項(xiàng)目，調(diào)出相應(yīng)的界面和程序運(yùn)行。對(duì)于需要將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)的項(xiàng)目“測(cè)力傳感器標(biāo)定”和“切削力實(shí)驗(yàn)”，在點(diǎn)擊其軟按鈕之前，應(yīng)先在“要進(jìn)行新實(shí)驗(yàn)必須在此輸入實(shí)驗(yàn)編號(hào)”欄目?jī)?nèi)，給出實(shí)驗(yàn)編號(hào)，點(diǎn)擊確定軟按鈕，激活所有項(xiàng)目。之后，再點(diǎn)擊需要的軟按鈕，調(diào)出相應(yīng)程序運(yùn)行。切削力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)三通道的零位調(diào)整零位控制是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如果零位偏高，則A/D板采集的高端的數(shù)據(jù)就會(huì)受到限制，例如，切

7、向力的零位數(shù)為200，則當(dāng)切向切削力數(shù)據(jù)為2800N時(shí)，雖然顯示的數(shù)值僅為2800N,但實(shí)際采集的數(shù)值已經(jīng)為3000N了，若切向力再增大，但采集的數(shù)據(jù)依然為3000N不變，這就產(chǎn)生了采集誤差。反之，如果零位數(shù)值小于0,例如為-30,則A/D板采集的小于30N的數(shù)據(jù)都將為0，也就產(chǎn)生了采集誤差。界面如圖12。重慶大學(xué)機(jī)接工程學(xué)院重慶迪隹科技有限公司硏制B三向力檢測(cè)系統(tǒng)的零住調(diào)整2003-11-269:57:15三向切削力(N)調(diào)整說(shuō)明：1地果進(jìn)行測(cè)力系統(tǒng)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，則三向力的零位數(shù)值應(yīng)調(diào)整到120N上下；如果進(jìn)行切削力實(shí)驗(yàn)則三向力的零位數(shù)值應(yīng)調(diào)整到50N上下；請(qǐng)輔別注意，二向力的零位數(shù)值不可調(diào)整

8、到0,否則將產(chǎn)生數(shù)據(jù)溢出，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果！圖12系統(tǒng)三通道的零位調(diào)整界面三向力的數(shù)字顯示在三向力數(shù)字顯示界面(如圖13)內(nèi)，可以實(shí)時(shí)的觀察到切削力的變化情況，以及變化規(guī)律。從而更好的對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行控制。切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)г谇邢髁?shí)驗(yàn)向?qū)Ы缑鎯?nèi)，點(diǎn)擊切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)к洶粹o，調(diào)出切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)Ы缑?如圖14)，解決實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置與實(shí)驗(yàn)方式選擇等實(shí)驗(yàn)中的重要問(wèn)題。選擇測(cè)力傳感器型號(hào)，同時(shí)顯示其三方向測(cè)力范圍。在“輸入切削條件”欄目?jī)?nèi)，按照提示，輸入下列切削條件基礎(chǔ)參數(shù)：刀具幾何參數(shù)：車(chē)床型號(hào)；刀片材料；工件狀況：13切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)?003-11-1218:18:19選擇實(shí)驗(yàn)方法0測(cè)力傳感器型號(hào)

9、SlcL3MAIT切削力切向力）測(cè)力范圍3000進(jìn)給力軸向力）測(cè)力范圍*1500背向力徑向力）測(cè)力范圍町）1500確定測(cè)力傳感器型號(hào)正交實(shí)驗(yàn)法單E數(shù)實(shí)驗(yàn)法L改變背吃刀量一改變進(jìn)給量-改變切削速度輸入切削條件工件狀況|刀具主前角15巳1刀具主偏角75|刀具主后角&具副偏角5|刀具副后角gS1刀具刃傾角-4(CA6140|YT15車(chē)床型號(hào)刀片材料刀具幾何參數(shù)角度）|工件材料匡HII長(zhǎng)度血）|熱處理狀況|正火勺|夾持方式|卡盤(pán)單頂尖3學(xué)生姓名：實(shí)驗(yàn)人員信息學(xué)生學(xué)號(hào):廠圖14切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)Ы缑娼酉聛?lái)直接點(diǎn)擊改變背吃刀量、改變進(jìn)給量、改變切削速度或正交實(shí)驗(yàn)法軟按鈕即可進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。單因素實(shí)驗(yàn)步驟

10、（1）改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)背吃刀量是影響三向切削力的最主要因素，在改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)程序輔助下，進(jìn)行只改變背吃刀量，而不改變切削速度和進(jìn)給量的切削力實(shí)驗(yàn)，操作過(guò)程大致如下：1）在切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)Ы缑妫c(diǎn)選改變背吃刀量軟按鈕，調(diào)出單因素實(shí)驗(yàn)方式中改變背吃刀量的輔助實(shí)驗(yàn)界面（如圖15）。圖5改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)界面2）在“點(diǎn)序”欄內(nèi)，點(diǎn)選實(shí)驗(yàn)點(diǎn)序號(hào)（兩位數(shù)，一般從1開(kāi)始）。如果要?jiǎng)h除該點(diǎn)序的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，請(qǐng)點(diǎn)擊刪除此點(diǎn)數(shù)據(jù)軟按鈕。如果要?jiǎng)h除以前的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)點(diǎn)擊清空記錄軟按鈕。3）設(shè)置切削用量，需要確定以下參數(shù)：在“不改變的切削用量”欄目?jī)?nèi)，輸入進(jìn)給量和切削速度，對(duì)于切

11、削速度，只須輸入工件加工直徑及車(chē)床能夠?qū)崿F(xiàn)的主軸轉(zhuǎn)速，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊一下“切削速度”數(shù)字標(biāo)牌，程序就會(huì)自動(dòng)計(jì)算并顯示出切削速度；在“改變的切削用量”欄目?jī)?nèi)，點(diǎn)選或輸入背吃刀量數(shù)值。4）確定采樣時(shí)間，并且按設(shè)定的切削用量調(diào)整車(chē)床和刀具。5）點(diǎn)擊清零軟按鈕，調(diào)零位調(diào)整界面，按其調(diào)整說(shuō)明進(jìn)行零位調(diào)整。6）啟動(dòng)車(chē)床進(jìn)行切削，待切削穩(wěn)定后，按下開(kāi)始數(shù)據(jù)采集軟按鈕，界面上會(huì)自動(dòng)顯示采樣進(jìn)程時(shí)間，以及不斷變換著的三向切削力的數(shù)值和圖線。經(jīng)過(guò)采樣規(guī)定時(shí)間后，程序?qū)⒆詣?dòng)停止采樣，同時(shí)操作者立即停止切削！結(jié)束采樣后，系統(tǒng)將計(jì)算出這一實(shí)驗(yàn)點(diǎn)三向切削力的平均值，并在切削背吃刀量與三向切削力關(guān)系曲線圖上畫(huà)三個(gè)點(diǎn)，再用直線

12、將其與上三實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連起來(lái)，獲得通過(guò)各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的F-a（蘭色線）、F-a（紅色cpfp線）、F-a（綠色線）關(guān)系連線。pp7）點(diǎn)選“實(shí)驗(yàn)點(diǎn)序號(hào)”，使其數(shù)值加1，即進(jìn)入下一點(diǎn)的切削實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，必須改變背吃刀量。然后重復(fù)5)、6)直至獲得足夠多(應(yīng)不少于3個(gè)點(diǎn))的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)采集完數(shù)據(jù)時(shí)，按下求單因素實(shí)驗(yàn)式軟按鈕，程序?qū)船F(xiàn)有的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，建立F-a、F-a、F-a關(guān)系實(shí)驗(yàn)公式，畫(huà)cpfpppF-a、F-a、F-a擬合曲線圖。cpfppp按下保存單因素實(shí)驗(yàn)式軟按鈕，將已經(jīng)獲得的改變背吃刀量單因素實(shí)驗(yàn)公式中的系數(shù)和指數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)保存。在界面的右下角，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)公式，已經(jīng)很清楚地顯示了這三個(gè)

13、單因素實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況。如果已經(jīng)完成了兩個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)，即可點(diǎn)擊求單因素綜合公式軟按鈕，程序?qū)岩延械娜蚯邢髁我蛩貙?shí)驗(yàn)公式進(jìn)行綜合，計(jì)算出相應(yīng)的綜合公式，并將這三個(gè)綜合公式寫(xiě)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于還沒(méi)有完成單因素實(shí)驗(yàn)的那個(gè)切削用量，在綜合公式中，程序規(guī)定其指數(shù)為零。點(diǎn)擊返回實(shí)驗(yàn)向?qū)к洶粹o，返回切削力實(shí)驗(yàn)方式向?qū)Ы缑?。改變進(jìn)給量單因素切削力實(shí)驗(yàn)改變進(jìn)給量單因素切削力實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法一樣，只需將相對(duì)應(yīng)的改變背吃刀量修改為改變進(jìn)給量即可進(jìn)行。改變切削速度單因素切削力實(shí)驗(yàn)改變切削速度單因素切削力實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法一樣，只需將相對(duì)應(yīng)的改變

14、背吃刀量修改為改變切削速度即可進(jìn)行。單因素切削力實(shí)驗(yàn)綜合公式在三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完畢之后，返回求取單因素切削力實(shí)驗(yàn)綜合公式界面。點(diǎn)擊求單因素綜合公式軟按鈕，程序?qū)岩延械娜蚯邢髁我蛩貙?shí)驗(yàn)公式進(jìn)行綜合，計(jì)算出相應(yīng)的綜合公式，并將這三個(gè)綜合公式寫(xiě)進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。如果需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢及打印，請(qǐng)閱讀實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)幫助依據(jù)具體的步驟進(jìn)行相應(yīng)的操作。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及經(jīng)驗(yàn)公式的建立在實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中我的們本實(shí)驗(yàn)還用到了最小二乘法和一元線性回歸以及多元線性回歸等方法，而且應(yīng)用擬合逼近的方法使數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際情況。例如，在改變背吃刀量單因素切削力實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將得到如下的公式：F=CaxccFcPF=CaxffF

15、fPF二CaxpPFPP式中：F一切向力；F一軸向力；F一徑向力；CfPC一背吃刀量對(duì)切向力F的影響系數(shù)；FcCC背吃刀量對(duì)軸向力F的影響系數(shù)；FffC背吃刀量對(duì)徑向力F的影響系數(shù)。FPP同樣在進(jìn)行改變進(jìn)給量單因素切削力實(shí)驗(yàn)和改變切削速度單因素切削力實(shí)驗(yàn)完成后也將得到相類(lèi)似的公式：在進(jìn)行完單因素切削力實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)求取單因素實(shí)驗(yàn)綜合公式，得到如下的公式：Fc二CF牛5號(hào)cF=CaxFpfyFpynFpPFPPcF二CaxFffyFfVnFffFfpc六、思考題1從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析切削用量asp、f等對(duì)主車(chē)削力的影響規(guī)律，并解釋其原因。欲通過(guò)增大ap或f使單位時(shí)間金屬切除量增加一倍（其它條件保持不變

16、）,甲、乙二人各采取如下措施。甲：f保持不變，將ap增大一倍。乙：ap保持不變，將f增大一倍。試問(wèn)：從有利于減少切削力觀點(diǎn)出發(fā)，何者恰當(dāng)？為什么？有哪些因素會(huì)導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)的誤差？你對(duì)本實(shí)驗(yàn)有何改進(jìn)意見(jiàn)？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包含下面的內(nèi)容。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌磳?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的目的。2、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)所使用的儀器、設(shè)備（名稱(chēng)、規(guī)格）實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)按附錄要求記錄實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）給出切削力的經(jīng)驗(yàn)公式（2）畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線隨a的變化，三向切削力的變化曲線p隨f的變化，三向切削力的變化曲線隨V的變化，三向切削力的變化曲線c5、思考題回答實(shí)習(xí)報(bào)告的思考題附錄:切削力測(cè)定實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)一、實(shí)驗(yàn)條件：車(chē)床型號(hào)：工件參數(shù)工件材料熱處理狀況工件形狀?yuàn)A持方式直徑(mm)長(zhǎng)度(