机械制造技术基础实验指导书本科.

1、机械制造技术根底实验指导书编写： 詹友基福建工程学院机械与汽车工程学院2021 年 8 月一、车刀几何角度测量二、切削变形系数测量实验三、切削力实验四、机床动、静刚度的测定五、加工精度统计分析六、切削温度实验实验1车刀几何角度测量一、实验目的与要求1、了解车刀量角仪的结构与工作原理。2、进一步熟悉车刀切削局部的构造要素，稳固和加深对刀具各标注平面参考系及标注 角度根本定义的理解。并掌握车刀测量方法。3、通过对车刀各剖面内角度的测量与计算，进一步理解它们之间几何关系。4、测量给定车刀的几何角度，将测得的数据填入表格中，并对测量结果进行分析。二、实验设备与工具1、仪器：车刀量角仪2、测量用车刀：4

2、5。外圆车刀，75外圆车刀，90外圆车刀，切断刀，大刃倾角车 刀。、车刀量角仪的结构与使用方法1、图1-1量角仪本校制造图1-1量角仪本校量角仪由底置I、转盘9、立柱3和刻度盘6、测量片7等零件组成。底盘1用来安装立柱3,并以销2孔为中心刻着土 100的转盘9,当转盘9两侧面的基线对准底盘刻线转90时。定位块10的d面是垂直的。当测量片 7的指针对着刻度盘 0。时，测量片7的b面与 转盘9的平面是平行的，而且垂直于C面、A面。立柱3的上下移动靠螺母 4来调整。2、图1-2量角仪哈尔滨工业大学量角仪由底座I、平台3、立柱7和大小扇形盘6、11、大小指针5、10等零件组成。底座I呈圆盘形，平台3可

3、绕底座中心转动，底座外缘左、右各有刻度I00 ，当基线板2对准圆盘刻线0时，活动尺4侧边与指针5下端的测量板平面垂直。测量板 5上有三 个测量刃口 A、B、C,其所在平面即为测量车刀角度时的测量平面。当小指针I0和大指针B、C与平台平面垂直。5均为0时，刃口 A与平台平面平行,四、实验步骤和方法本校制造要测量某一车刀角度时，首先应规定一个假定走刀方向，即要先辩明车刀的主、副切削刃及前、后刀面，以确定需要测量角度的位置。然后将车刀放在转动平台上，左或右侧面靠 在活动尺的侧面上。主切削刃：kr测量角度的顺序通常先测偏角，再测刃倾角，继而测前角、后角。这样调整方便，也可 提高工作效率。即测量顺序为：

4、o ；副切削刃：kr 1主偏角的测量首先把车刀放在转盘 9上，使车刀的侧面与定位块 l0 的 d 面紧密接触，这时可以调整 螺母 4，使滑块 5 上下移动，然后转动转盘 9，使车刀主刀刃贴合于测量片 7的 A 面，这样 转盘 9 刻线对着底盘 l 的数据给予处理，即是主偏角的角度。2刃倾角的测置测量刃倾角的方法根本上是同测量主偏角角度一样，所不同的是调整测量片 7 的 b 面 与主刀刃贴合，这样可以在刻度盘 6 直接读出刃倾角的角度。 3前角的测量测量前角的方法是车刀放转盘 9 上，使车刀的侧面与定位块 l0 的 d 面紧密接触，然后 转动转盘 9，测量片 7 处于车刀主剖面位置 ，此时调整测

5、量片 7 的 b 面与车刀的前刀面贴 合，这样可以在刻度盘 6 上直接读出前角角度。 4后角的测量测量后角的方法根本与测量前角相同，所不同的是调整片 7 的 C 面与车刀的后刀面紧 密接触，这样可以在刻度盘 6 直接读出后角角度。5副偏角的测量测量副偏角的方法根本上与测量主偏角相同，所不同的使测量片 7 的 A 面与车刀的副 刀刃紧密接触，这样转盘 9 刻线对着底盘 l 的数据给予处理，即是副偏角的角度。6副后角的测量测量副后角的方法根本上与测量后角相同， 所不同的是调整测量片 7的 C 面与车刀的 副后刀面相结合，这样在刻度盘 6 上可以直接读出副后角的角度。7p 的测量测量 p 方法根本上

6、是同测量前角相似， 所不同的是转盘 9应转到使定位块 l0 的 d 面与 测量片 7 的 A 面平行后，再调整测量 7 的 b 面与前刀面紧密接触，这样在刻度盘 6 上可以 直接读出 p 的角度。 8 f 的测量测量 f 的方法根本上与测量 p 方法相似，所不同的是转盘 9 应转到使定位块 l0 的 d 面与测量片 7 的 A 面垂直后，再调整测量片 7 的 b 面与前刀面紧密接触，这样在刻度盘 6上可以直接读出 f 的角度。五、编写实验报告书实验报告内容：记录所测量车刀名称，记录测得角度数据，画出所测车刀简图，并标 注几何角度。六、实验思考题与结果分析1、分析车刀 n = o 的条件。2、分

7、析车刀 f = p 的条件。3、分析车刀 o = s 的条件。4、分析实验产生的误差及其原因。实验报告车刀几何角度测量班级组号座号姓名一、实验报告书内容1记录测量数据，分别填入表 1-12、 计算车刀各剖面角度值，并与测量结果比拟，分别填入表1-2。3、示图表示车刀几何形状并标注根本角度数值。二、测量与计算数据记录表表1-1被测车刀几何角度值车刀根本角度测量值度刀号名称krsookro1234表1-2被测车刀各剖面角度测量与计算值车刀角度测量值度计算公式计算值度刀号名称175外圆车刀fpn245外圆车刀fPn实验2切削变形系数测量实验、实验目的与要求1、观察切削过程产生变形现象，了解实验方法及

8、所用装置。2、了解切屑形成过程及切屑的各种形状。3、 掌握测量切屑变形的方法。计算变形系数Ah值。4、研究切削速度，前角与走刀量等因素对切屑变形影响。二、实验设备机床：普通车床、车头刨床。试件：中碳钢45钢、低碳钢A3 。刀具：高速钢车刀，硬质合金车刀。仪器与装置：低倍显微镜，金相显微镜、快速落刀装置。量具：游标卡尺、钢板尺。其它：漆包线或细钢丝、手锯等。三、实验内容与方法I、观察切屑变形观察切屑金属层内部变形，利用快速落刀装置，使切削时刀具瞬间脱离工作，从而获得切屑停留在加工外表上根部试样。然后锯下，经金相磨片抛光与腐蚀后，通过金相显微镜或在金相照片上，观察切削金属层内部三个变形情况。并参考

9、图2-I画出金属内部变形示意图。图2-1金属内部变形示意图图2-2快速落刀装置2是利用螺栓2图2-2是车床上用手锤敲打后，使刀具停止切割的快速落刀装置。车刀与剪切销3固定在刀夹4的槽中，切削时，用锤敲打车刀，使销子剪断，车刀绕螺栓转动,快速脱离试件。2、测量切削变形量切屑变形程度还可用变形系数h 切屑厚度压缩比来度量。在切削层金属形成切屑时，其切屑厚度hch通常要大于切削厚度 hD,而切屑长度lch却小于切削长度lc,如图2-3所 示。由于切削宽度与切屑宽度差异很小，根据体积不变的原那么，变形系数h可由下式计算：hch1 chD 1ch图2-3变形系数的计算变形系数h是大于1的数，它可直观的反

10、映切屑的变形程度，且容易测量。h值越大，表示切出的切屑越厚越短，变形越大。计算变形系数Ah值的方法有，测量切屑长度法与称切屑重叠法。四、实验方法和步骤；l、研究前角对切屑变形系数的影响，先把材料装上虎钳，量出材料长度1c，并将刨刀和机床调整妥善调整滑枕行程长度为 150毫米；工作台进给量为 毫米/行程量；滑 枕行程速度米/分；刨刀角度：0 =10 , a。=13 , a= 8 , r =75 ,=15, s =0 , ap=2毫米,然后开动机床，将被切下的整段切屑用线条量出其长度lch屑填入实验报告，并按公式 h 5计算切屑变形系数值， 然后改变刨刀前角丫 o=20 ,其1 ch他不变重新切削

11、，将所测数据填入实验报告。2、研究切削速度对切屑变形的影响，首先将材料装上虎钳量出材料长度lc,将刨刀和机床调整妥善刨刀几何角度，o =15 , a=8 , r =75 ,r=15 , s=0 ,调整滑枕行程为 150毫米， ap=2 毫米， f=0.33 毫米/行程，滑枕每分钟往复行程数12.5 次及滑枕行程速度 4.2 米/分，然后开动机床将被切下的整段切屑用线条量出切屑长度l ch ，算出切屑变形系数。并将数据填入报告书，然后再改变滑枕速度14.8 米/分或每分钟滑枕往复行程数52.5 次，其它不变，依次进行。3、研究进给量对切屑变形的影响。用上述同样方法，选刨刀几何角度为o =20，a

12、o=13， r =75， r =15， ao =8， s =0，调整行程为 150毫米，滑枕每分钟 行程数为 次，行程速度为 米分， 切削深度 ap =2 毫米，分别以 f=0.33 毫米行 程与 f=0.67 毫米行程进行试验，分别量出切屑长度lch 填入试验报告并计算切屑收缩系数h 值。五，思考题1、切屑有几种类型，它们的特点怎样？2、切削速度和进给量对切屑种类和加工外表粗糙度有何影响?怎样解释这种影响 ?实验报告切削变形系数测量实验班级组号座号姓名一、实验报告书内容1、 记录实验数据，并填入有关表2-12、绘制观察到变形示意圈，并从金相显微镜或金相图片上分析与描绘金属内部各变形 区特点，

13、标注滑移线，滑移面与剪切角。3、测量切屑长度丨，计算变形系数A h值。4、实验结果分析；二、实验数据记录表表2-1机床名称与型号试件材料序号前角0进给量f切削速度V切屑长度lch变形系数h 上lch123456实验 3 切削力实验、实验目的与要求1、了解高性能应变式测力仪的使用方法。2、了解车削时切削用量改变对切削力的影响规律。3、掌握处理实验数据方法，建立切削力的经验公式。FcC F apx FcxFFpyFFfFfxFf p二、实验装备与工具机床：普通车床 (CA6L40 或 CQB6l40)试件：铸铁、普通碳钢(Q235 )、优质碳钢(0 60Q 80 500mm)仪器：三向电阻应变式测

14、力仪、刀具：硬质合金车刀 (焊接式或可转位式 )4 通道动态电阻应变仪、 A/D 转换模块，数据采集分析 系统。量具：游标卡尺三、测力仪的工作原理电阻式测力仪是使用弹性元件，将切削时受力后的变形成比例地转化为电压或电流信号来与基准量比拟，从而测得切削力的。本实验所用的电阻式应变式测力仪已集成弹性元件、应变片与电桥， 测力仪受力后产生的信号经过电阻应变仪的放大，再经过数模转化模块， 将模拟信号转化为数字信号并输入电脑， 采用专门的软件进行数据的采集、处理。软件已对测力仪标定。四、实验内容步骤1、装夹工件2、连接测试仪器，组成测力系统3、试验切深 ap 对切削力的影响固定切削用量 vW 100m

15、/ min , f ,刀具角度 0=15,0 =8，r =90，r=15。，改变切削深度 ap、2、3记录切削力的值。4、试验进给量f对切削力的影响固定切削用量 vW 100m / min , ap =2mm，刀具角度 0=15 ,0 =8 , r =90 ,r=15，改变进给量 f 、0.21 记录切削力的值。5、整理实验报告书五、实验报告书的内容与要求1、记录实验数据。2、整理实验数据建立切削力经验公式。1在双对数座标中分别画出log Fc, log Fp , log Ff和log ap、log f关系曲线。其斜率即为相应的切削力公式中的指数。本实验是以单因素法进行切削实验，即改变一个切削

16、参数。固定其它因素测定切削力。并在双对数座标中用图解法确定曲线关系。利用曲线求出指数和系数，然后综合建立切削力的经验公式。具体方法简述如下：392012251 25 3 3.5 4 5mm )728224t 24402 0.203 j ( mm/r )4821 6图3-1所示为实验后在双对数图中得到的Fc-ap、Fc- f直线图形。3508.4 宀JL36 君2832.2 -I960图3-1 Fc-ap和Fc- f关系曲线直线图形的对数方程为：logFc logCap xfc log ap(3-1)log Fc logCf yFc log f(3-2)将上式两边取真数，得方程式为：Fc Cap

17、apFc(3-3)FcCf fyFc(3-4)在(3-3)、(3-4)式中，xFc、yFc分别为图3-1中直线的斜率，即xFc = tan , yFc=tanCap值为ap - Fc直线中ap =1mm时的Fc值;同理Cf是在f - Fc直线中f =1mm时的Fc值。综合(3-3)、(3-4)式，可得Fc实验公式为:FcCFcapXFc f yFc(3-5)式中系数Cfc值可按求得的Cap及Cf值计算得到,FcCapap = C Fc aXFcyFcCfCap(3-6) f为变ap时f的固定值此外，也可按下式计算:Fc CffyFc = C F acXFcf yFcCfcCfxFcap(3-7

18、) ap为变f时ap的固定值系数CFcCfcc2Fc即可得FcXFcpy Fc七、实验思考题和结果分析1、解释ap对Fc影响的规律。2、解释f对Fc影响的规律。实验报告切削力实验班级组号座号姓名一、实验数据：1、切削深度ap对切削力影响车刀几何角度00srr车刀材料工件材料工件直径伽转速n(rpm)切削速度vm/min进给量f伽 /r顺序切深ap伽FfFpFcmvkNmvkNmvkN123452、绘制Fc-ap对数座标图3、进给量f对切削力影响车刀几何角度00srr车刀材料工件材料工件直径伽转速n(rpm)切削速度vm/min切深ap(mm)顺序进给量f伽 /rFfFpFcmvkNmvkNmv

19、kN123454、绘制Fc- f 对数座标图、实验数据整理，求出切削力公式中的指数及系数。实验 4 机床动、静刚度的测定一、实验目的：1、熟悉机床刚度的两种测定方法。2、掌握车床的部件刚度和机床刚度的计算方法。3、分析影响车床刚度的因素和探讨提高车床刚度的措施。二、静载荷测定法。一实验设备及仪表：CA6140 普通车床一台；三向力静刚度测定仪一台，千分表四架，磁性表座三架。二实验方法及步聚：1、Fy 单向施力：1安装头、尾顶尖，并检查及配合情况； 2移动尾架安装三向力测定仪，并使尾架套筒伸出约为50mm ； 3将模拟车刀固定在方刀架中，把加力螺杆旋入0孔中，安装钢球和测力环，使环与车刀球头接触

20、，各接触点均须落在主轴轴线的水平面内； 4将千分表安装在相应位置上，并使触点通过主轴轴线水平面，如图5-I 所示； 5旋转加力螺轩， 施加 2000N 载荷后， 卸载， 反复做三次， 最后卸载后千分表调零；6逐次加载从3200N，递增400N，记录各千分表指示值即y头y尾y刀，再 逐步卸载从3200Nt 0,递减400N，记录各表指示值。不要调整千分表零值， 再重复做一次， 同样记录各千分表指示值。图4-1三向静载测定法2、F f、F p二向施力：将加力螺杆移到30螺孔位置，按上述 6步聚进行。3、F f、F p、F c三向施力：将弓形架绕其轴线转动B -60 ;并用插销固定其位置。按上述56

21、步骤进行。三实验报告要求：1、绘制各部件刚度曲线。以纵坐标表示作用力 Fp,切削分力F f、F p、F c与模拟切削力P的关系为：F f=Psi nF p =P cos sin 3F c=P cos cos 3以横坐标表示变形量 y,在坐标纸上用色笔绘出头架，尾架、刀架的加载和卸载曲线。2、计算各部件的平均刚度：以载荷F=3200N时，计算头架，尾架和刀架的平均刚度。3、计算车床刚度。4、比拟车床各部件刚度大小，分析影响车床刚度的因素。(四) 思考题:1机床刚度对加工精度有何影响？2、可采取哪些措施提高机床刚度？3、分析各部件的加载曲线和卸载曲线为什么不重合？三、动载荷测定法：(一) 实验设备

22、及工艺装备：CA6140普通车床一台，YT15硬质合金外圆车刀一把，其参数如下：刀杆截面：B X H=25 X 25几何参数 0=15 ,0=5 , kr =45, kr=10 , s =0 , r =1工件材料：45 钢，b=650N/mm2, D= 80mm , L=200mm。游标卡尺把；千分表一架；磁性表座一架。(二) 实验方法及步聚：1、将工件装置在两顶尖间，由拨盘带动旋转；2、车刀悬伸长度为 20m m,刀尖与两顶尖等高；3、 车一段外圆台阶，使其半径差如图5-2，即：(D1 D2)十，并记下数据;4、调整好切削用量，并纵向走刀一次；n=360r/ min ； f=0.15 mm

23、/ r ； ap=0.25 mm5、 安装千分表并测出外圆台阶的半径差即：(d1 d2) /2,并记下数据。6、计算复映系数和机床刚度：(d1 d2)/2(D1 D2)/2CFcfyFc nFc,V kFc注：据切削用量简明手册(艾兴编)P38中查出；车削力公式为:FcCFcaPfVcFp / Fc，取入CFc = 2795三实验报告要求。1111 11、 按公式计算车床刚度；K机 4 K头 K尾 K刀2、分析比拟动载荷测定法和静载荷测定法求得的车床刚度值。四思考题：1、误差复映系数说明什么问题 ？2、为什么说生产测定法求得车床刚度较接近实际情况。图4-2生产法测定刚度实验报告 机床动、静刚度

24、的测定测量记录表序号测力仪读数U负载Pkgf千分表读数=0 =0 =30 =0 =30=60 y头y尾y刀y头y尾y刀y头y尾y刀01234567876543210二、绘制各部件刚度曲线根据测量记录表的数据Fp+三、计算各部件刚度和车床刚度。四、根据生产法测得的数据，计算车床刚度。五、分析比拟两种测定法求得的车床刚度值。实验5加工精度统计分析一、实验目的1、了解在调整好的机床上，连续加工一批工件时尺寸的变化规律。2、熟悉加工精度统计分析的根本方法。3、分析加工中产生的误差性质及该工序所能到达的加工精度。二、实验设备及仪表微机控制车床一台；试件110个；块规一付已组合尺寸；杠杆千分尺精度为0.0

25、01mm 二把；微型计算机一台；函数计算机器一架自备。三、实验方法和步聚1、 根据零件图加工要求编程后，在微机控制车床上连续加工试件110个。2、 组合块规尺寸即零件平均尺寸，且将杠杆千分尺调零。3、 依顺序，逐一测量工件外圆尺寸。读数估计到卩m,并记录在表一中。4、数据处理及统计计算：方法A :借助有统计功能的函数计算器，计算表二，并作图。方法B :把测量数据输入微型计算机，打出图表及结果。四、实验报告要求1、 按表二进行计算，并作出分布曲线图和X-R点图。2、分析加工误差的性质，及减少误差的可能性。3、分析该工序所能到达的加工精度。五、思考题：1、分布曲线和点图各有什么特点 ？它们之间如何

26、区分？实验报告加工精度统计分析班级组号座号姓名表一 分布曲线数据表相对值，单位m123456789224466890325476991426487092527497193628507294729517395830527496931537597103254769811335577991234567810013355779101143658801021537598110316386082104173961831051840628410619416385107204264861082143658710922446688110表二分布曲线计算表单位 m顺序工程计算公式结果1分组数KK=8 122组距h

27、hXmaxxmink 13组号组界组中心值Xj频率m/n频率密度频率/组距12345678910114算术平均值x-1 nX _Xjn j 15均方根偏差 1 n、一 (Xj X)2 n j 16常值系统误差cc= X Am7随机性误差668工序能力系数Cpc鳥9废品率QQ 0.5 (Z(尸)表三 分布曲线图及与零件公差带的比拟图Y分析加工误差的性质、产生的可能原因及减少误差的可能性。实验 6 切削温度实验一、实验的目的及要求：1、掌握用自然热电偶方法测量切削温度的原理与装置。2、研究车削时切削速度 v,走刀量f，切削深度ap对切削温度的影响。3、 用实验方法确定切削温度=Cvx f yap中

28、各项系数及指数值。二、实验装备机床：普通机床CA614 0或其他型号车床试件：45碳钢0 80 X 500刀具：高速钢车刀或硬质合金车刀焊接式或机夹式 。仪器：自然热电偶测温装置，电位差计UJ36或UJ37、或毫伏表、X Y记录示波器。三、实验的根本原理和方法热电偶法测量温度的根本原理是利用两种不同金属材料组成闭合电路,如果在这两种 金属的两个接点上温度有差异时 通常温度高的接点端称为热端, 温度低的一端称为冷端 在电路中将产生电动势, 实验证明, 在一定温度范围内, 该热电势与温度具有某种线性关系。用自然热电偶法测量切削温度时,是利用刀具与工件作为热电偶的两极但刀具和被 加工工件材料必须是不

29、同的,且刀具和工件均与机床绝缘,当切削过程中产生高温时,刀具刃口与工件外表接触处即成热电偶的热端, 如在冷端处接入毫伏表或电位差计时, 即可测 得该热电势的大小, 从而反映出刀具与工件接触处的平均温度, 整个测量装置如图 6-1 所示。为了将测得的切削温度毫伏值换算成温度值,必须事先对实验用的自然热电偶进行标 定找出 “毫伏值温度的关系曲线,标定装置如图 6-2 所示。 标定时取二根与刀具及工件材料完全相同的金属丝, 在其一端进行焊接后便组成一对被校热电偶, 然后将该被校热电 偶与铂铂铑丝组成标准热电偶放入管式炉内同一位置处,以保证两个热电偶的热端温度相同,与此同时将两个热电偶的冷端插入恒温的水槽内, 用导线把两个热电偶的冷端分别接 到被校毫伏表及经过校准的标定电位计上,升高炉温,至某一定值,在炉温恒定后,记下被 校毫伏表及标准电位计读数值, 由于标准电位计的 “温度毫伏表 的关系曲线是事先经 过标定的,这样就可以获得被校热电偶及毫伏表的“温度毫伏表标定曲线。&1?|4热电偶的标定图1-管式炉2-标准热电偶6-23-被校热电偶4-温度计5-冰槽6-标准电位计被校毫伏表piv图6-1自然热电偶法测量切削温度示意图1-工件2-车刀 3-车床主轴尾部