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1、机电工程学院飞行器制造工程 1 机械制造工程原理实验指导书 中北大学机电工程学院飞行器制造工程 2实验一 车刀几何角度的测量 一.实验目的 1认识车刀的类型及用途； 2了解车刀刃磨过程。掌握测量车刀几何角度的方法及所用仪器。 3弄清楚车刀几何角度的含义及其在图纸上的表示方法。 二测量工具 1量角台、重锤式量角器，钢板尺。 2各种车刀模型。 三实验步骤及要求 1观察所给各种车刀的结构，了解它的用途。认出主副切削刃。并用粗线表示在实验报 告的简图上。 2 用所给各量具量出所给车刀的各角度。填入实验报告中。 3 绘简图表示出弯头车刀(横向进给时)的各基准面，剖面以及工件和刀具的各表面等， 并将测得的
2、各角度标注在图上。 图1-1 车刀量角台 图1-2 大指针工作面 1.支脚2.底盘3.工作台4.定位块5.大指针6.刻度盘 7.小螺钉8.小刻度板9.弯板10.螺母11.支栓 四车刀量角台的结构和使用 量角台的结构如图(1-1)，使用车刀量角台测量角度时，须令所有的指针对零，称此 为车刀的原始位置。测量时，车刀的主副切削刃分别和大指针的各表面(如图1-2所示 a、b、c、d等面)接触并密合 。在底盘2和刻度板6上即可读出所测角度数值。1测量车刀主偏角 r 机电工程学院飞行器制造工程 3 图1-3为测量外圆车刀主偏角 的示意图。测量前，先把量角台调到原始位置。然 r 后把被测的车刀放在量角台的工
3、作台3上，并使车刀的侧面紧紧地靠在定位块4的定位面 上，再移动定位块4，使车刀处于适当的位置，然后旋转车刀量角台（图1-1）中的大螺 母10，使刻度板上的大指针5上下移动，也处于适当位置，这时即可按顺时针的方向转 动工作台3，使车刀的主切削刃与大指针5的a面密合，则固连于工作台3侧面的指针2 在底盘1上所指出的刻度值即为主偏角 的大小。 r 2测刃倾角 s 图1-4为测量外圆车刀刃倾角的示意图。测量外圆车刀的刃倾角 时，同样可参考图 s 1-3进行测量。即在测完主偏角之后，旋转车刀量角台（图1-1）中大螺母10，使刻度板 6上的大指针5上升，再适当的移动定位块4，使主切削刃与大指针5的d面（底
4、面）密 合，大指针5在刻度板6上所指的数值即为刃倾角 的度数。 s 图1-3 主偏角的测量 图1-4刃倾角的测量 3测量外圆车刀的前角 0 图1-5为测量外圆车刀主剖面内的前角 的示意图。 0 当测量车刀主剖面内的前角 时须在测知主偏角 之后进行，即令工作台3从测得 0 r 的主偏角时的位置开始反时针旋转90，或者将车刀量角台处于原始位置（即所有指针对 零） ，使工作台3旋转90- ，使大指针上的a面作为主剖面并垂直于主切刃在基面上的 r 投影，再移动定位块4，使车刀处于适当的位置，并调整车刀量角台（图1-1）中的大螺 母10的高低，使大指针5的d面(底面)与前刀面密合，则大指针5在刻度板6上
5、所指出 的数值即为所测前角 的度数。 0 4测外圆车刀的后角 0 机电工程学院飞行器制造工程 4 测量车刀的后角 ，可参照图1-6进行测量。在测量完前角 之后，向后移动车刀， 0 0 并旋转大螺母10，使刻度板6下降，让大指针5的c面与车刀的主后刀面密合，这时大 指针5在刻度板6上所指的刻度数值即为外圆车刀后角 的大小。 0 图1-5 前角的测量 图1-6 后角的测量 5测外圆车刀副偏角 及副后角 r 0 参照测的 、 方法，只不过此时测的是副切削刃。测量车刀副偏角 时可参照图 r 0 r 1-3进行。副偏角的测量和主偏角测量的方法基本相同。只有工作台3按逆时针方向旋转。 当旋转到副切削刃和大
6、指针5的a面密合时为止。则固连于工作台3侧面的指针2在底盘 1上所指出的刻度值即为副偏角 的大小。 r 副后角的测量可令工作台3从测得副偏角时的位置开始顺时针旋转90，或者将车刀 量角台处于原始位置(即所有指针对零)，使工作台3旋转90- 。使大指针5上的b 面 r 与车刀的副后刀面密合，这时大指针5在刻度板6上所指的刻度值即为外圆车刀副后角 的大小。 0 6测量法剖面内的前角 和后角 n n 当测量法剖面内的前角 和后角 时，图1-1中3顺时针旋转 后，再旋转图中的 n n r 弯板9，使小指针7在小刻度板8上转动一个刃倾角 的数值之后(注意正负)，即可参照 s 图1-5按测 和 同样的方法
7、测得 和 之值。 0 0 n n 7车刀切深前角 及切深后角 、进给前角 及进给后角 的测量 p p f f 机电工程学院飞行器制造工程 5 可以根据 、 、 、 利用公式分别求出 、 、 、 ，但为了刃磨时方便， 0 0 r s p p f f 可直接测量 、 、 、 ，然后通过公式验算 和 ，其目的是检验准确与否和帮 p p f f 0 0 助大家记忆角度换算的公式： s n tg tg cos 0 s n ctg ctg cos 0 r s r p tg tg tg sin cos 0 r s r f tg tg tg cos sin 0 r s r p tg ctg ctg sin c
8、os 0 r s r f tg ctg ctg cos sin 0 r f s p tg tg tg sin cos 0 r f r p s tg tg tg cos sin 测量方法： 测量方法与测量 、 的方法相同。把图1-1中 4调到平行或垂直5的平面a后， 0 0 可分别测得 、 和 、 。 p p f f 五重锤式量角器的使用说明 工作原理很简单，如图1-7所示，即利用重力的作用，使指针始终保持与地面垂直的 方向当将测角边转一角度值时，壳体上的零点也同样转一个角度我们在刻度盘上就可 读出所转角度的数值。上1-7.上上上上上上上上上上 p p机电工程学院飞行器制造工程 6 p p图1-
9、8 用重力量角器测量车刀各角度 重锤式量角器携带方便，所以经常在车间现场使用。只要车刀在水平位置，即使装在 机床上，也可利用重锤式量角器来测量出前角、后角、刃倾角和副后角，车刀翻倒90， 再测主偏角和副偏角。图1-8是用重锤式量角器测量车刀几何角度的各种情况。机电工程学院飞行器制造工程 7 实验二 切削过程影响因素综合实验 一. 实验目的和要求 1研究切削变形、切削力、切削温度、积屑瘤现象及表面粗糙度的相互关系。 2掌握各种仪器的工作原理，仪器的调整及标定的方法。并掌握仪器的正确使用技术。 3熟悉实验数据的一般处理方法。 4用实验方法求出切削力的公式。Z F Z F Z Y X p F z f
10、 a C F Y F Y F Y Y X p F Y f a C F X F X F X Y X p F X f a C F 并求出式中的系数和指数值5研究金属切削过程中切屑变形及变形系数的变化规律，使学生巩固所学的知识并掌 握研究金属切削过程的基本方法。 6学习切屑变形系数的测定方法；7研究切削速度、进给量、刀具前角和工件材料对切屑变形的影响；8观测在上述条件变化时的下列现象：切屑类型和卷曲的变化、积屑瘤和已加工 表面的粗糙度；9了解切屑根部标本的制作过程，观察切屑根部的金属变形情况；10了解通常研究切屑变形的仪器设备和常用的研究方法。 二. 实验条件 1. 设备： 具有无级调速性能和速度显
11、示装置的C620-1车床、铣床(X52k)、刨床(B665)、车刀、 端铣刀、宽刃刨刀、45钢、20钢、A3钢、细铜丝、钢板尺、天平秤、电子秤、爆炸式快 速落刀装置、钢锯、镶嵌机、抛光机、秒表、金相显微镜、读数显微镜、体式显微镜、显 微硬度计、扫描电镜、照相机、摄影机、反拍机、洗相设备、计算机、数据采集系统、表 面粗糙度测量仪或比较样块等。 2仪器： 1)立式平行八角环式电阻式三向车削测力仪、铣削测力仪。机电工程学院飞行器制造工程 8 2)微机切削力测试系统 3)压电晶体测力仪YDC-78 4)动态电阻应变仪DYB-5型 5)数据采集分析系统：WS-USB 6)电荷放大器FDH-2 7）切削温
12、度测量装置和切削温度标定装置（自制） 8)光线示波器：SCl6 9)电位差计： 10）量角台 3刀具：硬合金可转位车刀和硬质合金焊接式车刀各一把。 4工具：游标卡尺及自备对数坐标纸，计算器，三角板。 5试件：45钢,调质处理。 三实验的基本原理及方法 A.车削力的测定 车削力的测定 测力仪是研究切削动力学的重要工具，切削力的测定是研究机床刚度、振动、机械加 工精确度，表面质量和刀具切削性能等的重要实验技术。本实验的目的是掌握测力仪的调 整、标定及正确使用技术，并利用相关仪器研究车削过程中切削条件（积屑瘤现象）与切 削力间的相互关系。(一)八角环形电阻式车削测力仪原理 电阻式测力仪系采用电阻应变
13、片传感器，主体为平行八角环结构。通常八角环形电阻 式三向车削测力仪有两种结构。图2-1所示为卧式八角环形电阻式三向车削测力仪。此八 角环(上下环)作为弹性元件，其上粘贴电阻应变片。机电工程学院飞行器制造工程 9 图2-1 卧式八角环形电阻式三向车削测力仪 图2-2所示为立式八角环形电阻式三向车削测力仪。此八角环(前后环)作为弹性元件。 它采用了端面粘贴应变片测三向力的原理。 图2-2 立式八角环形电阻式三向车削测力仪 二者使用时相同，取下车床的四方刀架，安装上测力仪即可。它们的工作原理如图 2-3所示。图2-3 测力仪工作原理当外力作用在车刀上时，测力仪的弹性元件受力变形，于是粘贴在弹性元件一
14、定位置机电工程学院飞行器制造工程 10 上的电阻丝应变片也随之产生变形，应变片的电阻值将按 的关系变化，使由应变 S L R 片组成的电桥失去平衡。经过输出放大和记录，再根据标定换算关系求出切削力的数值。弹性元件受力变形后引起电阻应变片电阻值的变化。电阻变化率 与应变 有如 R R L L 下线性关系：， 0 K R R 0 K L L 式中 为电阻应变片的应变灵敏系数。一般 值为2.02.4。 0 K 0 K1卧式车削测力仪的原理卧式测力仪的八角环(上下环)作为弹性元件，其上粘贴二十片电阻应变片。应变片粘 贴位置及电桥平衡原理见图2-1，组成三个电桥，采用全桥法分别测出 、 、 三个 Z F
15、 Y F X F 方向的切削分力。1)主切削力 的测量 Z F 把 、 、 、 组成全桥电路，如图2-1平衡图所示。当弹性元件(上下环)受主 1 R 2 R 3 R 4 R 切削力 作用时，即产生变形，使 、 压缩，电阻减小， 、 拉伸，电阻增大。 Z F 2 R 4 R 1 R 3 R 因此在E、F 两点产生电位差，使电桥失去平衡，经过放大、数据采集，记录后，再根据 标定换算主切削力的值。 2)进给力 的测量 X F 把 、 联成一臂， 、 联成对臂； 、 联成一臂， 、 联成对臂；四 5 R 9 R 8 R 12 R 6 R 10 R 7 R 11 R 臂组成全桥电路。当弹性元件(八角环)受进给力 作用时，即产生变形，使 、 X F 5 R 、 、 拉伸，电阻增大， 、 、 、 压缩，电阻减小。因此在E 、F 两点 9 R 8 R 12 R 6 R 10 R 7 R 11 R 产生电位差，使电桥失去平衡，经过放大、数据采集，记录后，再根据标定换算出进给力 的值。 X
