《机械制造技术实验教程》课件实验1～实验8

实验1外圆车刀几何角度的测量实验2切削变形实验3车削力测定实验4切削温度的测定实验5车床三向力静刚度测定实验6加工误差统计分析的常规方法实验7切削用量对加工质量的影响实验8安装方法对零件加工精度的影响实验1外圆车刀几何角度的测量

一、实验目的

(1)熟悉车刀切削部分的构造要素，根据车刀几何角度的定义测量车刀的几何角度。

(2)了解车刀测角仪的结构，学会使用车刀测角仪测量车刀几何角度的方法。二、实验要求

(1)加深理解刀具标注角度的参考系，各坐标平面的位置。

(2)根据测量结果绘制车刀工作图。

(3)进一步熟悉各剖面之间的角度关系。

(4)了解万能车刀测角仪的结构，熟悉测角仪的测量方法。三、实验内容

1．熟悉车刀测角仪的结构及使用方法

1)车刀测角仪的结构图1-1所示的车刀测角仪能较方便地测量车刀的几何角度。车刀测角仪主要由底座、立柱、测量台、定位块、大小刻度盘、大小指度片、螺母等组成。其中底座和立柱是支承整个结构的主体。刀具放在测量台上，靠紧定位块，可随测量台一起顺时或逆时针方向旋转，并能在测量台上沿定位块左右移动。旋转大螺母可使滑体上下移动，从而使两刻度盘及指度片达到需要的高度。使用时，可通过旋转测量台或大指度片的前面或底面或侧面与刀具被测量要素紧密贴合，即可从底座或刻度盘上读出被测量的角度数值。图1-1万能车刀测角仪

2)外圆车刀的几何角度的测量

(1)校准车刀测角仪的原始位置。将量角台的大小指度片及测量台全部调至零位，并把刀具放在测量台上，使车刀贴紧定位块、刀尖贴紧大指度片的大面。此时，大指度片的底面与基面平行，刀杆的轴线与大指度片的大面垂直，我们称这种状态下的车刀测角仪位置为测量车刀标准角度的原始位置，如图1-2所示。

(2)在基面内测量主偏角，旋转测量台，使主切削刃与大指度片的大面贴合，如图1-3所示。图1-2原始位置调整根据主偏角的定义，可直接在底座上读出主偏角kr的数值。

(3)在切削平面Ps内测量刃倾角ls。旋转测量台，使主切削刃与大指度片的大面贴合，此时，大指度片与车刀主切削刃的切削平面重合。再根据刃倾角的定义，使大指度片底面与主切削刃贴合，如图1-4所示，即可在大刻度板上读出刃倾角ls的数值(注意ls的正负，测量指针在0°左边为+ls，指针在0°右边为-ls)。图1-4在切削平面Ps内测量刃倾角gs

(4)在主剖面Po内测量前角go、后角ao。前角go的测量是在主刀刃的主剖面内进行的，首先将车刀测角仪位于测量主偏角kr的位置上，使测量台逆时针转动90°或使测量台指度片从底盘0°刻度逆时针转动90°-kr刻度数值。此时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于测量指针前面，然后用测量指针底边与通过主刀刃上选定点的前刀面紧密贴合，则测量指针在刻度盘上所指示的刻度数值，就是前角go的数值，如图1-5所示。测量指针在0°右边时为+go，测量指针在0°左边时为-go。

(5)测量后角时，量角台处于上述同一位置，根据后角的定义，调节大螺母，使大指度片侧面与后刀面贴合，如图1-6所示，即可在大刻度盘上读出后角ao的数值。图1-5在主剖面Po内测量前角gs图1-6在主剖面内测量后角

(6)测副刀刃上的角度。①副偏角。大小指针对零，旋转测量台，使副切削刃与大指度片的大面贴合，即可直接在底座上读出副偏角的数值。②副后角。使测量台顺时针转过90°，调整滑体、定位块，使大指度片侧边和副后刀面贴合，则大指针所指的角度为

。

(7)测法剖面的角度。①法剖面的前角gn。在主偏角的前提下，使测量台逆时针方向转90°，这时指度片为主剖面，调整小指针，使小指针的角度指向测出的刃倾角ls的角度(这时大指针垂直于刀刃)。调整滑体、定位块，使大指度片底边贴合前刀面，则大指针所指的角度为gn(右负、左正)。②法剖面的后角an。调整滑体和定位块位置，使大指针侧边靠后刀面，则大指针所指的角度为an。

2．绘制车刀的工作图绘制车刀的工作图时，应使标注的角度数量最少，并能完整地表达出车刀切削部分的形状及尺寸，同时要求所标注的角度能反映刀具的切削特征，刀具工作图除表明几何参数以外，还需注明刀杆材料，刀具切削部分材料，牌号及型号，表面粗糙度要求，各主要参数公差等。绘制车刀工作图的主要步骤如下：

(1)画出车刀的正视图；

(2)画出车刀的俯视图；

(3)过车刀主切削刃上某点画出主剖面；

(4)过车刀副切削刃上某点画出副剖图；

(5)画出切削平面S向视图；

(6)标注车刀主切削刃四个基本角度go、ao、kr、ls和副切削刃的基本角度，标注刀杆尺寸及车刀主要技术要求等。必要时应画出局部放大图。四、实验注意事项

(1)实验前必须详细阅读实验指导书，明确实验目的、要求及方法。

(2)测量车刀几何角度时，要注意安全，同时要爱护刀具和测量仪器，防止碰伤及损坏。

(3)车刀工作图按1∶1绘制。五、附录——车刀几何角度参考图车刀几何角度参考图如图1-7～1-9所示。图1-7外圆车刀的几何角度图1-8切断刀的几何角度图1-9端面车刀的几何角度六、实验报告

实验报告车刀几何角度测量

(二)作图表示车刀几何形状要求：按视图投影关系以1∶1比例绘制所测量的车刀刀头部分图，并在视图与剖面中正确标出车刀的基本角度。

1．90°车刀

2．75°车刀

3．45°车刀

4．切断刀

(三)思考题

(1)正交平面(主平面)参考系与法平面参考系的区别是什么？

(2)为什么在给切削平面、基面、正交平面下定义时，要特别强调切削刃上“某一选定点”？

(3)什么是标注角度？确定标注角度时有哪些假设条件？

(4)正交平面(主平面)、法平面、工作(进给)平面、背平面(切深)平面参考系中应测量哪些角度？

(5)什么条件下法向前角(gn) = 前角(go)，为什么？实验2切削变形

一、实验目的

(1)观察切削变形的过程以及所出现的现象。

(2)掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。

(3)研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。二、实验装备

(1)设备：CA6140普通车床。

(2)工具：游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。

(3)刀具：硬质合金车刀若干把。

(4)试件：轴向带断屑槽的棒料。三、实验的基本原理

在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩，如图2-1所示。一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度。衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示。变形系数的表示式如下：式中：x为变形系数；Lc为切削长度(mm)，Lc = pD/(n-b)，在本实验中，槽数n=3、槽宽b=2.5；Lch为切屑长度(mm)。图2-1切屑收缩要求把切屑收集起来，参加实验者自己测量其长度。计算变形系数的方法用测量切屑长度法。在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并镶嵌钢板，以达到断屑和保护刀尖的目的，如图2-2所示。把实验得到的切屑冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L，为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度求出平均值Lch。图2-2车削切屑收缩四、实验内容

1．切削速度对切削变形的影响在车床上固定试件，装夹好刀具。试件材料：20钢，试件直径由现场定。刀具材料：YT15硬质合金车刀。刀具参数：kr= 45°，= 8°，ls= 0°，go= 10°，ao= 7°，r = 0.1mm。切削用量：f = 0.28mm/r，ap = 2mm。速度取值很关键，必须在实验前进行计算，从低速到高速，可根据试棒直径和切削速度值计算出对应的机床转速，把计算后的结果填入下表。用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切屑颜色(注意安全，防止烫伤)并进行测量，将结果填入表2-1中。表2-1切削速度对切削变形影响实验数据记录

2．刀具前角对切削变形的影响在车床上固定试件，装夹好刀具。试件材料：20 钢，试件直径由现场定。刀具材料：YT15硬质合金车刀。刀具参数：kr= 45°，= 8°，ls= 0°，ao= 7°，r = 0.1mm。切削用量：f = 0.28mm/r，ap = 2mm，v = 60m/min。改变车刀前角分别为：go= 10°，go= 15°，go= 30°。用不同前角的车刀分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切屑颜色(注意安全，防止烫伤)并进行测量，将结果填入表2-2中。表2-2刀具前角对切削变形影响实验数据记录

3．进给量f对切削变形的影响在车床上固定试件，装夹好刀具。试件材料：20 钢，试件直径由现场定。刀具材料：YT15硬质合金车刀。刀具参数：kr= 45°，= 8°，ls= 0°，go= 10°，ao= 7°，r = 0.1mm。切削用量：ap = 2mm，v = 60m/min。改变进给量分别为：f = 0.1mm/r，f = 0.2mm/r，f = 0.36mm/r，f = 0.4mm/r，f = 0.51mm/r，f = 0.66mm/r。用不同的进给量分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切屑颜色(注意安全，防止烫伤)并进行测量，将结果填入表2-3中。表2-3进给量对切削变形影响实验数据记录五、实验数据的处理与实验报告要求

(1)详细叙述实验过程。

(2)有完整的实验记录。

(3)分别绘出x-v曲线、x-go曲线和x-f曲线。

(4)分析切削参数(v、go、f)对切削变形的影响规律。实验3车 削 力 测 定

一、实验目的

(1)了解电阻式测力仪的工作原理及使用方法；

(2)了解车削时切削深度ap、进给量f对切削力的影响。二、实验要求掌握实验数据的处理方法，根据实验数据导出车削力的经验公式。并求出公式中的系数和指数值。三、实验设备、仪器及用具

(1)机床：C6140车床。

(2)仪器：①八角环形电阻式三向车削测力仪；② CLS—Ⅲ 直流三线数字式测力仪。

(3)刀具：硬质合金外圆车刀。

(4)工具：游标卡尺、计算尺、三角板，自备对数坐标纸。

(5)试件：45钢。四、实验基本原理

1．八角环电阻式三向车削测力仪的工作原理八角环电阻式三向车削测力仪是在一块整体钢材上加工出两个八角环而形成的，在上环和下环的各个表面共粘贴有20片电阻应变片，可以组成三个电桥，分别测量FZ、FY、FX。在测力仪制造工艺及贴片质量良好的情况下，三向力之间的相互干扰可小于5%。在测力仪接桥时为使电桥有较大的输出，应使电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化，这是测力仪的布片与接桥原则。

2．电阻应变片

如图3-1所示，电阻应变片由基底1、敏感元件2和引线3组成。电阻变化率可近似看作与应变成正比。当电阻应变片贴在弹性体上时，电阻值随弹性体应变而发生变化。

(1)用于测量FZ的电阻应变片共由四片RZ1、RZ2、RZ3、RZ4组成全桥，如图3-2所示。在FZ力的作用下，上环产生拉伸变形，于是RZ1、RZ2受拉，电阻增大，下环产生压缩变形,于是RZ3、RZ4受压，电阻减小，由于电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化，符合上述布片与接桥原则，故B、D两点有较大的输出电压。图3-1电阻应变片图3-2八角环在FZ作用下的变形

(2)用于测量FY力的电阻应变片共有八片RY1、RY2…RY8，每臂由两片串联组成全桥，如图3-3所示。在FY力的作用下，上、下两环都产生压缩变形，于是外臂RY1、RY2、RY3、RY4受拉，电阻增大；内臂RY5、RY6、RY7、RY8受压，电阻减小，同理，也符合上述布片与接桥原则。

(3)用于测量FX的电阻应变片共八片RX1、RX2…RX8，贴在45°斜面的外壁上，每壁由两片串联组成全桥，如图3-4所示。在FX力作用下，使上下两环平行的45°平面皆受切向力，于是RX2、RX3、RX6、RX7受拉，电阻增大；RX1、RX4、RX5、RX8受压，电阻减小，同理，也符合上述布片与接桥原则。图3-3八角环在FY作用下的变形图3-4八角环在FX作用下的变形

3．八角环电阻式三向车削测力仪输入电压的放大与记录由于电桥的输出电压很小，且不是切削力的单位(其数值与切削力的大小成正比)，因此,一般需要通过电阻应变仪表放大电桥的输出信号，并将其数据换算成力的单位后记录下来。与八角环电阻式车削测力仪配套使用的CLS—Ⅲ 直流数字式测力仪，可直接对电桥的输出电压进行放大，换算及显示。根据上述原理，车削力的测量系统如图3-5所示。图3-5车削力的测量系统框图五、实验方法与步骤

(1)安装工件、测力仪及车刀，接好线路，注意安全事项。

(2)用单因素法进行实验，即在固定其它因素，只改变一个因素的条件下，测出切削力。①固定v、等(v取100 m/min左右，f取0.2～0.3 mm/r)，依次改变ap(在0.5～4 mm范围取5个数值)进行切削，并记下每改变一个ap时的读数。②固定v、ap等(v取100 m/min左右，ap取2 mm左右)，依次改变f (根据机床进给量表，在0.1～0.6 mm/r范围选取5个数值)进行切削，并记录下每改变一个f时的读数。六、实验数据的处理与经验公式的建立切削力经验公式(以主切削力FZ为例)形式为首先建立切削力与每一单独变化因素间的关系式(如与)，分别求出各指数和系数，然后经过综合计算，求出总的系数。

1．图解法在单因素实验时，固定其它因素不变，只改变一个因素(切深ap或进给量f)，分别表示出切深ap、进给量f与切削力Fz关系的单项切削力的指数公式：，将等号两边取对数，则有显然Fz－f与Fz－ap的关系曲线在双对数坐标纸上是直线。式中：系数为线上在ap = 1 mm时的的值；系数Cf为lgFz－lgCf线上在f = 1 mm/r时的Fz的值；指数为线的斜率，指数为lgFz－lgCf线的斜率。用实验数据可在双对数坐标纸上画出几条与lgFz－lgCf的直线，分别求出和，对于多组数据就取平均值，以提高实验精度。然后取任意一对与lgFz－lgCf直线，便可求出系数。计算如下：由于是f=fo在(改变ap实验时所固定的f的值)情况下得到，故有则而式是在(改变实验时所固定的的值)情况下得到，故又有则由于实验误差与不一定相等，因此取两者的平均值最好，即

2．一元线性回归法理论上与应是线性关系，但实际的实验点往往不可能全部落在一条直线上，上述图解法是用眼睛观察绘出的一条直线，使各实验点均布在该直线上下，因此所求得的指数、系数存在一定误差。一元线性回归法是运用数理统计中回归分析的方法，建立一元线性回归方程，因为它是建立在误差平方和为最小的“最小二乘法”基础上得出的一条直线，因此误差最小。七、实验报告实验报告车 削 力 测 定

(一)实验内容

1．实验数据

(1)切削深度ap对切削力的影响。

(2)进给量对切削力的影响。

2．计算切削力公式中的系数

3．实验结论

Fz = 

Fy = 

Fx = 

(二)思考题

(1)从实验结果分析切削用量ap、f对主切削力的影响规律，并解释其原因。

(2)欲通过增大ap或f使单位时间金属切除量增加一倍(其它条件保持不变)，甲、乙二人各采取如下措施：甲：f保持不变，将ap增大一倍；乙：ap保持不变，将f增大一倍。试问，从有利于切削力的观点出发，何者恰当？为什么？实验4切削温度的测定

一、实验目的及要求

(1)初步掌握用自然热电偶原理测量切削区平均温度的方法。

(2)研究切削用量v，f，ap对切削温度的影响。

(3)用实验的方法建立切削温度的经验公式。二、实验仪器及设备

(1)车床(CA6140)；

(2)高速钢车刀(26×200)；

(3)电位差计(UJ36)；

(4)车刀测角仪；

(5)卡尺(150×0.02 mm)；

(6)导线；

(7)试件；

(8)自然热电偶定度曲线。三、实验原理及方法

1．热电偶的测量原理测量切削温度的方法很多，但目前多采用热电偶法，而热电偶法又可分为人工热电偶、半人工热电偶和自然热电偶法。由于所测定的温度对象不同，所采用测量方法也不相同。本实验是采用自然热电偶测量切削区的平均温度。两种不同的金属材料，若将其任意一端焊接起来，就构成了一个热电偶。组成热电偶的导体称为热电极。用热电偶测温时，是将其焊接端与被测体接触，而非焊接端接入能够表征温度值的仪器。(焊接端称为热端或工作端，另一端称为冷端)切削时刀具与工件(包括切屑)接触处温度升高形成热电偶的热端，而在工件的引出端和刀具的尾端保持室温形成热电偶的冷端。这样在刀具-工件回路中就产生了温差电动势。用电位差计或毫伏表测量此热电势的大小，然后根据热电偶的定度曲线(描述热电势和热端温度值关系的曲线)求得温度值。

2．自然热电偶法测切削温度图4-1中车刀可以是高速钢车刀，也可以是硬质合金车刀。本实验采用高速钢刀具，工件材料为碳钢。工件和刀具在切削区接触处构成热电偶的热端。而刀具和工件构成了热电偶的两个极。切削时由于切削变形及摩擦而产生大量的热，使切削区形成高的温度，因而导致工件、刀具组成的热电偶产生热电势。我们将其引出接至电位差计或毫伏计(本实验采用VJ36电位差计)测出热电势的大小，然后根据定度曲线确定切削温度。图4-1用自然热电偶法测量切削温度安装简图

3．UJ36电位差计的工作原理电位差计采用补偿法原理，使被测量电动势(或电压)与恒定的标准电动势比较，是一种高精度测量电动势的仪器，如图4-2所示。将S扳向标准位置，调节Rp使检流计G指零，这时标准电池的电动势由电阻RN上的电压降补偿，即

EN = I × RN(1)式中I是流过RN和R的电流，称之为单位差计的工作电流，由(1)式得(2)图4-2电位差计原理图E—工作电源；EN—标准电池电动势；EX—被测电动势；G—晶体管放大检流计；RP—工作电流调节电阻；R—被测量电动势的补偿电阻；RN—标准电池电动势的补偿电阻；S—转换开关工作电流调节好后，将S扳向“未知”位置，同时移动Q触头，再次使检流计指零，此时触头Q在R上的读数为RQ，未知电压

EX = IRQ

(3)(4)电位差计的使用：

(1)将被测的电压接在未知的两个接线柱上，并注意极性。

(2)把倍率开关旋向所需要的位置上，同时也接通电位差计工作电源和检流计放大器电源，三分钟以后，调节检流计指零。

(3)将扳键开关扳向“标准”，调节多圈电位器使检流计指零。

(4)扳键开关扳向“未知”，调节步进读数盘和滑线读数盘使检流计再次指零，未知电压按下式表示UX = (步进盘读数 + 滑线盘读数) × 倍率

(5)仪器使用完毕，将倍率开关旋向断位置，电键开关放在中间位置。

(6)电位差计应保持清洁，避免剧烈振动。

4．车刀与工件组成的自然热电偶的定度图4-3所示为定度装置示意图。将高速钢棒和工件材料相同的金属棒一端焊在一起组成自然热电偶，放置在炉内标准热电偶处，当电炉加热后随着炉温的升高，按照不同温度，同时记录自然热电偶和标准热电偶在电位差计上的读数，根据标准热电偶的定度曲线(亦称定标曲线)，逐点描绘出自然热电偶的定度曲线，如图4-4所示。例如：电炉温度为OX℃时，电位差计1读取的电压值为EX1，而电位差计2读取的电压值为EX2，根据EX1值，在标准热电偶定度曲线上可求得炉温为℃，自然热电偶当然也应感受到℃的温度。根据EX2和℃便可确定a点。同理可确定b点和c点等，连接a、b、c等点便获得了自然热电偶的定度曲线。图4-3定度装置示意图图4-4定度曲线四、实验内容及步骤

(1)按图4-1连接好线路，高速钢车刀引线接入UJ36未知接线柱的正极，碳钢工件的引线接未知接线柱的负极，若工件材料不变，刀具为硬质合金，则极性相反。

(2)改变进给量f，其它条件不变，进行切削，从UJ36上读取mV值并根据定度曲线折换成温度值。

(3)改变吃刀深度ap，其它条件不变，进行切削，从UJ36上读取mV值并根据定度曲线折换成温度值。

(4)改变切削速度v，其它条件不变，进行切削，从UJ36上读取mV值并根据定度曲线折换成温度值。(2，3，4数据记入实验报告)

(5)用方格纸及对数坐标纸绘出切削温度O与v，f，ap的关系曲线，如图4-5所示。

(6)求出切削温度的经验公式：图4-5切削温度与切削速度v，进给量f和吃刀深度ap关系的典型曲线五、思考题

(1)用自然热电偶法测出的温度是哪部分的温度？

(2)为什么要注意工件与刀具的绝缘？

(3)为什么工件引出点的形式采取这样的形式？你对此有何看法及建议？

(4)比较切削用量v，f，ap对切削温度的影响程度的大小？并说明原因。实验5车床三向力静刚度测定

一、实验目的及要求

(1)熟悉车床静刚度的测定方法。

(2)比较车床各部件刚度的大小，分析影响车床刚度的各种因素。

(3)巩固和验证《机械制造工艺及夹具设计》中有关系统刚度和误差复映规律的概念。二、实验设备和仪器

(1) CA6140车床；

(2)三向力静刚度测定仪；

(3)八角环形电阻式三向车削测力仪；

(4) CLS—Ⅲ 直流三线数字式测力仪；

(5)千分表。三、实验方法

1．锁紧套与弓形体的安装如图5-1所示，将锁紧套9装在车床尾座套筒上。由于在该套上有两个相互垂直的平面，所以可将磁性表座安放在小拖板上，用百分表在套9的水平面上拉表，或将角尺放在床身上，依套9的垂直平面找正，当找正后，即将两个夹紧螺钉12固定，这时，套9上的刻线即位于车床前后顶尖轴线所处的水平平面内，随后将弓形体1装在车床两顶尖之间，摇动尾座手把将顶尖压在弓形体1右顶尖孔中，再将销8插入套9的孔中，将手把2扭入弓形体所选定的螺纹孔中。图5-1锁紧套与弓形体安装

2．八角环形电阻式三向车削测力仪的安装

(1)卸下刀架，将八角环形电阻式三向车削测力仪安装在刀架位置，锁紧即可。

(2)用传感器将八角环形电阻式三向车削测力仪和CLS—Ⅲ 直流三线数字式测力仪连接起来，接通电源。

3．模拟车刀的安装第一种情况：

a=0°，b由0°转到90°时。可将模拟车刀刀杆装在八角环形电阻式三向车削测力仪的压刀槽内，这时，先将找正顶尖6装入弓形体孔内，将刀杆13安装在与车床两顶尖中心连线相垂直，并在刀杆底部垫适当厚度的垫铁，使顶尖6的尖端与模拟刀头14的中心孔均匀接触，这时模拟车刀上的钢球中心便与车床中心等高。若弓形体转动不同的b角，可将模拟车刀刀头转相应的角度，转角大小以刀头与测力圈不相撞为准。第二种情况：

a=30°，b由0°转到90°时，如图5-2所示。仍将模拟车刀刀杆装在八角环形电阻式三向车削测力仪的压力槽内，车刀高度方向(即z方向)位置的确定仍与第一种情况相同，但由于a≠0°，所以模拟车刀必须在x-y(x为轴向方向，y为径向方向)平面内转相应的角度，转角大小的确定，是以模拟车刀受力后使刀架所产生的力矩，与一般车削时受力架产生的力矩尽量相接近，由于刀架的转动，刀头上的刚球中心离开了车床中心线(在y方向上有了变化)。为了使钢球中心与车床两顶尖中心连线重合，可将找正棒5装入弓形体内，使棒5前端的一个小平面与钢球外圆相接触即可。为了将棒5由弓形体内取出，可移动大拖板，使模拟车刀与找正棒一起向车头移动，即可将棒5取出，若弓形体转动不同的b角，可将刀头14也转相应的角度，转角大小以模拟车刀刀头与测力圈不相碰撞为准。图5-2a=30°模拟车刀安装

4．测力圈的安装将测力圈安放于手把2和模拟车刀之间，扭动手把2，测力圈便产生变形。

5．千分表的安装为简化起见，可将床身变形忽略不记。因此可将磁性表座装在床身上，千分表触头分别抵在车头、尾座和刀架上。

6．尾座套筒尾座套筒伸出长度约50毫米。

7．实验过程中应注意的问题

(1)将刀架的纵、横楔铁特别是横向楔铁，一定要将间隙调节适当，间隙太大会发生爬行；间隙太小，刀架变形会很小。

(2)将模拟车刀刀杆牢牢地压在刀架上，否则，受力过大后刀杆会移动。

(3)将尾座的各个活动环节紧固好。

(4)在实验过程中，将弓形体转过b角后，为了防止测力圈由弓形体内掉下，可以用一细铁丝将测力圈与弓形体连接在一起。四、实验记录与数据处理

1．切削力P与各切削分力之间的关系设切削力P与y-z平面间的夹角为a，载荷p在y -z平面内的投影与z轴的夹角b。切削力与各切削分力之间的关系如图5-3所示。切削分力公式为：当a=0°、b= 45°、90°，a= 30°、b= 45°、90°时，切削分力Py的数值可由CLS—Ⅲ直流三线数字式测力仪直接读出。图5-3切削力与切削分力的关系

2．静刚度的计算由于模拟切削力施加于弓形体长度的中心处，因此，机床，床头，尾座，刀架之间的刚度关系可以用下式表示其中，，公式中y头、y刀、y尾为在其所受不同载荷的情况下，车头、刀架、尾座的对应变形值，该值可由千分表读出，显然，P刀=Py,P头、P尾为Py所引起的在车头和尾架处的作用力。五、实验报告实验报告车床三向力静刚度测定

(一)实验数据记录

(二)练习分别画出a= 0°、b= 45°、90°；a= 30°、b= 45°、90°时车床刀架的刚度曲线。

(三)实验结果分析

(1)加载和卸载曲线是否符合胡克定律？为什么？

(2)加载和卸载曲线是否重合？为什么？

(3)加载起点和卸载终点是否重合？为什么？

(4)加载和卸载曲线所包容的面积代表了什么？实验6加工误差统计分析的常规方法

机械加工要保证产品质量就要保证加工精度，要保证加工精度就要确定误差，而确定误差主要有统计法和分析计算法。统计法又可分为分布曲线法和点图法两种。一、实验目的

(1)通过实验进一步了解：①大批量生产情况下，零件的统计特性及引起尺寸波动的原因。②系统性误差和随机性误差的特性及其对零件加工精度的影响。二、实验要求

(1)测试尺寸精度要求为0.001 mm。

(2)绘制分布曲线和X-R图均用方格纸。

(3)书写整洁，计算准确，绘图精心。三、实验原理由于机械加工中存在着偶然性和系统性误差的综合影响，致使单个零件的加工误差不断变化，故不能依据单个工件误差推断整批工件误差情况。统计分析法就是以对生产现场的观察和对一定数量的工件测量所得结果为基础，用数理统计方法进行处理。以确定由于全部作用因素的共同影响而得到的尺寸分布范围，研究误差的性质及其影响，评定加工精度。

1．零件尺寸分布曲线对某一工序在一次调整下加工的一批零件，测量它们加工的实际尺寸。再按尺寸大小将整批零件分成若干组，算出每组零件个数(频数)及其占全部零件个数的百分比(频率)。以各组尺寸和频率(频数)为坐标可作出频率(频数)直方图。当零件数目越多，尺寸间隔取得越小时，尺寸分布的折线将越接近为曲线，称为实验尺寸分布曲线。理论和实验证明，在调整好的机床上加工，如果没有突出的因素(如刀具磨损、热变形等)在起作用，如加工情况正常，则一批工件的实际尺寸分布符合正态分布规律，正态分布曲线方程式为其中：x——工件实际尺寸；

d——均方根偏差；

m——全部零件尺寸的平均值和分散中心。m和d可根据实验测得的结果按以下公式计算,正态分布曲线反映了零件的实际尺寸大部分集中在平均尺寸m 的周围。均方根偏差反映了曲线的宽窄。均方根偏差值越小，曲线越窄，即尺寸分散越小，精度越高。若实验分布曲线符合正态分布，则说明加工过程是稳定的；如果出现明显差异，则说明出现了某些突出因素或加工过程不稳定。

2．废品率计算分布曲线与横坐标所包围面积代表全部加工零件，即100%曲线所包围面积由下列积分式决定为方便计算则利用分布曲线所包围面积，可计算零件合格率。如当被加工零件尺寸分布在公差带T范围内时，零件均为合格品。此时，分布曲线所包围面积代表零件合格率。落在T之外的面积为废品率。当Z = 3时，= 0.498 65，即合格率达99.73%，即可认为此时无废品。分散范围为6d时可能有如下三种情况：

(1)6d>T时必有废品，若规定公差为T，则废品率等于100%；

(2)6d=T时，不产生废品，但必须是公差带中心与X重合；

(3)6d<T时，是一种正常情况。各种加工方法的精度应适当超过加工要求，即允许有一定的系统误差。四、实验内容本实验应在无心磨床上进行，机床调整之后连续加工100根销轴，用比较仪(杠杆千分尺)测出每个工件直径(测三次取平均值)，然后进行数据处理。

(1)实验项目：①加工误差分布曲线；②点图法：X-R图。

(2)被测零件规定：零件一：小轴，50件零件二：小轴，50件注：每一实验小组测试其中一组零件。

(3)测试仪器：杠杆千分尺，测量精度为0.002

mm。五、实验报告实验报告加工误差统计分析的常规方法

(一)测试记录将实验直径尺寸填入下表，工件公称直径d=_______(mm)。

(二)计算并作图

(1)计算尺寸间隔值和零件频率，根据尺寸间隔值和零件频率作分布曲线图。

(2)以五个零件为一组，计算样本平均数X和极差值R填入下表

(3)作平均数X和极差值R点图。

(三)实验结果分析

(1)用分布曲线法和点图法分析加工精度各有何优缺点？

(2)实验曲线图是否正常？为什么？

(3)进行误差统计分析的意义是什么？实验7切削用量对加工质量的影响

一、实验目的

(1)了解影响表面粗糙度的因素。

(2)观察进给量、切削速度及刀具几何角度对表面粗糙度的影响。

(3)通过实验，掌握减小表面粗糙度的基本方法和措施。

(4)了解材料性能对表面粗糙度的影响。二、实验原理表面粗糙度及其影响因素。金属切削加工的工件表面微观上表现为间距较小(小于1 mm)、高低起伏的微小峰谷。这些峰谷的一些特征参数即为表面粗糙度，其值反映了零件表面加工痕迹的高低不平程度和峰谷间的某些特征，它和工件的尺寸精度，几何形状精度，相互位置精度以及零件表层的物理力学性能一样，是度量工件加工质量的重要指标。表面粗糙度的影响因素有以下几个方面。

(1)与切削刀具有关的几何因素：理论上残留面积的高度H可由刀具的几何形状(刀尖圆弧半径、主偏角、副偏角和进给量f求出，当切削深度较大，刀尖圆弧半径很小时，可得当切削深度和进给量较小，刀尖圆弧半径较大时，可得可见，当只考虑几何因素时，减小主偏角、副偏角和进给量，增大刀尖圆弧半径，可以减小表面粗糙度值。

(2)物理因素：表面层的