机械制造技术基础实验指导书本科

1、机械制造技术基础实验指导书编写： 詹友基福建工程学院机械与汽车工程学院2013 年 8 月目录一、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部分的构造要素， 巩固和加深对刀具各标注平面参考系及标注 角度基本定义的理解。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

2、 、 测量用车刀： 45°外圆车刀， 75°外圆车刀， 90°外圆车刀，切断刀，大刃倾角车 刀。三、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 l 、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± 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

3、、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）图 1-2 量角仪（哈尔滨工业大学）量角仪由底座 l 、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 l 呈圆盘形， 平台 3 可绕底座中心转动， 底座外缘左、 右各有刻度 l00 °， 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l0 和大指针个测量刃口 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5均为0°时，刃口 A与平台平面平行，B、C与平台平面垂直四、实验步骤和

4、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。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：主切削刃： kro ；副切削刃：krso1）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10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

5、的测置测量刃倾角的方法基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10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基本与测量前角相同，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基本上与测量主偏角相同，所不同的使测量片 7 的 A 面与

6、车刀的副刀刃紧密接触，这样转盘 9 刻线对着底盘 1 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基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。（7）p 的测量测量p方法基本上是同测量前角相似， 所不同的是转盘9应转到使定位块10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的方法基本上与测量 p方法相似，所不同的是转盘 9应转到使定位块10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

7、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、分析车刀f二p的条件。3、分析车刀。二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，并与测量结果比较，分别填入表1-2 o3、示图表示车刀几何形状并标注基本角度数值。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基本角度测量值（度）刀号名称1234表1

8、-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245。外圆车刀实验2切削变形系数测量实验一、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l 、观察切

9、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 切屑停留在加工表面上根部试样。然后锯下，经金相磨片抛光与腐蚀后，通过金相显微镜图2-2快速落刀后，使刀具停止用螺栓2与剪切或在金相照片上，观察切削金属层内部三个变形情况。并参考图2-1画出金属内部变形示意图。图2-1金属内部变形示意图装置图2-2是车床上用手锤敲打切割的快速落刀装置。车刀2是利销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

10、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，根据体积不变的原则，变形系数h可由下式计算: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lc，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0.33毫米/行程量；滑，r =15 °，=0 °，ap=2毫米），然后幵动机床，将被切下

11、的整段切屑用线条量出其长度s =0 °，lch屑填入实验报告，并按公式h上计算切屑变形系数值，然后改变刨刀前角丫0=20°，l ch（其他不变）重新切削，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，将刨刀和机床调整妥善（刨刀几何角度，。=15°，a°=8°， r =75°，r=15°，=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次及滑枕行枕行程速度10.5米/分；刨刀角度：° =10 °， a

12、。=13 °，a。二8°， =75lch，算出切屑程速度4.2米/分），然后幵动机床将被切下的整段切屑用线条量出切屑长度变形系数。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。=20°，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（ ao =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

13、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表面粗糙度有何影响?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，标注滑移线，滑移面与剪切角。3 、测量切屑长度lch，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。进给量f切削速度V切屑

14、长度lch变形系数lch lch123456实验3切削力实验一、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。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(© 6080 500mm)刀具：硬质合金车刀 ( 焊接式或可转位式 )仪器：三向电阻应变式测力仪、 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

15、电流信 号来与基准量比较，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 v < 100m/ min , f =0.2mm/r，刀具角度 0=15°,0=8°, r =90 °r=15°，改变切削深度ap=1.5、2、2.5、3记录切削力的值。4 、

16、试验进给量 f 对切削力的影响固定切削用量 v < 100m / min , ap =2mm,刀具角度 0=15 °,0=8°,r =90 °r=15°,改变进给量f=0.1、0.15、0.21、0.3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 logFc ， logFp ，log Ff 和 logap 、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，即改变一个切削参数。固定其它因素测定切削力。并 在

17、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：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。图3-1Fc- ap和Fc- f关系曲线直线图形的对数方程为：logFc log Ca p xFclogap（3-1 ）logFc logCf yFclog f（3-2）将上式两边取真数，得方程式为：Fc CapaxpFc（3-3）Fc Cf f yFc（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=1m

18、m寸的Fc值；同理Cf是在f - F。直线中f =1mm寸的Fc值。综合（3-3）、（3-4）式，可得Fc实验公式为：Fc C FcapxFc f yFc（3-5）式中系数Cf值可按求得的Ca及Cf值计算得到，即 cpFc CapaxpFc=CFca pxFc f yFcCFCCaPyFC(3-6)f为变ap时f的固定值此外，也可按下式计算:FcCf fyFc = C Fca pXFc f yFc(3-7)ap为变f时ap的固定值系数 Cf A。cFcc 2即可得 Fc C a pXFc f y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。3 、分析实验结果

19、产生误差原因？如何改进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车刀材料工件材料工件直径(m)转速n(rpm)切削速度v(m/mi n)进给量f(m /r )顺序切深ap(mm)mvkNmvkNmvkN123452、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车刀材料工件材料工件直径(m)转速n(rpm)切削速度v(m/mi n)切深ap(m)顺序进给量f(mm/r )mvkNmvkNmvkN123454、绘制（Fc- f ）对数座标图二、实验数据整理，求出切削力公式中的指数及系数三、写出切削分力Fc实验计算公式。实验4机床动

20、、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，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

21、通过主轴轴线水平面，如图5-l 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0宀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3200NR0,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 （5）（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（5）（6）步骤进行。（三

22、）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Ff、F p、F c与模拟切削力P的关系为：F f=PsinF p =P cos sin BFc=P cos cos B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、比较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）实验设备及工艺装备：CA6140

23、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：BX H=25X 25几何参数 o=15°， o=5°， kr=45°， kr =10°， s=0°， r =1工件材料：45 钢，b=650N/mm D二 80mm L=200mm游标卡尺 0.05/200 一把；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20mm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） -2=1.75 ,并记下数据;4、调整好切削用量，并纵向走刀一次；n

24、=360rmin ； f=0.15 mmr ； ap=0.25 mm5、 安装千分表并测出外圆台阶的半径差即：（d1d2）/2 ，并记下数据。6、计算复映系数和机床刚度：注：据切削用量简明手册（艾兴编）P38中查出；车削力公式为：FcCFcapf0'75Vc0'15 kFc （NFp/Fc，取入=0.6CFc = 2795kFc :根据实验中的切削条件查阅各修正系数为 0.88 o（三）实验报告要求。1 按公式 -（ 丄） 计算车床刚度；K机 4 K头 K尾 K刀2、分析比较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

25、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、静刚度的测定测量记录表序号测力 仪读 数（u）负载P（kgf）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）Fpy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、分析比较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

26、的基本方法。3、分析加工中产生的误差性质及该工序所能达到的加工精度。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0.001mm 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0.1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2、分析

27、加工误差的性质，及减少误差的可能性3、分析该工序所能达到的加工精度。五、思考题：1、分布曲线和点图各有什么特点 ？它们之间如何区分？2、工艺能力系数与系统性常值误差有无关系 ？为什么？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m）1234567892244668903254769914264870925274971936285072947295173958305274969315375971032547698113355779913456781020135577910311365880104213759811053138608210641396183107514

28、06284108614163851097242648610082436587101924466881120表二分布曲线计算表（单位 m）顺序项目计算公式结果1分组数KK=8 122组距h3组号组界组中心值Xi频率m/n频率密度（频率/组距）12345678910114算术平均值x5均方根偏差6常值系统误差 cC= X Am7随机性误差668工序能力系数Cp9废品率Q=o表三 分布曲线图及与零件公差带的比较图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a

29、p对切削温度的影响。3、 用实验方法确定切削温度二CV f yaZ中各项系数及指数值。二、实验装备机床：普通机床（CA6140或其他型号车床）试件：45碳钢（© 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、实验的基本原理和方法热电偶法测量温度的基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

30、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6-1所刃口与工件表面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 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。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