制造技术综合实验 指导书（ 机械设计制造及其自动化专业）机汽学院制造工程系附录一：车刀几何角度测量方法一、 回转工作台式量角台的构造图1-1为回转工作台式量角台组成原理底盘1为圆盘形，在零度线左右方向各有1000角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针2读出角度值；工作台3可绕底盘中心在零刻线左右1000范围内转动；定位块4可在平台上平行滑动，作为车刀的基准；测量 1－底盘、2－工作台指针、3－工作台、4－定位块、 5－测量片、6－大扇形刻度盘、7－立柱、8－大螺帽、9－旋钮、10－小扇形刻度盘图1-1 量角台的构造 图1-2 测量片片5，如图1-2所示，有主平面（大平面）、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等大扇形刻度盘6上有正负450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片5的指针指出角度值；立柱7上制有螺纹，旋转升降螺母8可调整测量片相对车刀的位置 二、 测量内容 利用车刀量角台分别测量外圆车刀的几何角度：κr、κr＇、λs、γo、αo、αo ＇等基本角度。
记录测得的数据，并计算出刀尖角ε和楔角β三、 测量方法1、根据车刀参考平面及几何参数的定义，首先确定参考辅助平面的位置，在按照几何角度的定义测出几何角度2、通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合）使指针指出所测的各几何角度四、 测量步骤1、测量前的调整：调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针全部指零，使定位块侧面与测量片的大平面垂直，这样就可以认为测量片：1） 主平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线2） 底平面平行于平台平面3） 侧平面垂直于平台平面，且平行于平面对称线2、测量前的准备：将车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动，并且可使车刀在定位块的侧面上滑动，这样就形成了一个平面坐标，可以使车刀置于一个比较理想的位置3、测量车刀的主（副）偏角1） 定义：主（副）刀刃在基面的投影与走刀方向夹角2） 确定走刀方向：由于规定走刀方向与刀具轴线垂直，在量角台上即垂直于零度线，故可以把主平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向，其与主（副）刀刃在基面的投影有一夹角，即为主（副）偏角3） 测量方法：顺（逆）时针旋转平台，使主刀刃与主平面贴合如图1-3所示，即主（副）刀刃在基面的投影与走刀方向重合，平台在底盘上所旋转的角度，即底盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值为主（副）偏角κr（κr＇）的角度值。
4、测量车刀刃倾角（λs）1）定义：主刀刃和基面的夹角2）确定主切削平面：主切削平面是过主刀刃与主加工表面相切的平面，在测量车刀的主偏角时，主刀刃与主平面重合，就使主平面可以近似地看作主切削平面（只有当λs =0时，与主加工表面相切的平面才包含主刀刃），当测量片指针指零时底平面可作为基面这样就形成了在主切削平面内，基面与主刀刃的夹角，即刃倾角 3）测量方法：旋转测量片，即旋转底平面（基面）使其与主刀刃重合如图1-4所示，测量片指针所指刻度值为刃倾角5、测量车刀主剖面内的前角γo 和后角αo1） 定义：主前角是指在主剖面内，前刀面与基面的夹角主后角是指在主剖面内后刀面与主切削平面的夹角2） 确定主剖面：主剖面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面的投影3） 在测量主偏角时，主刀刃在基面的投影与主平面重合（平行），如果使主刀刃在基面的投影相对于主平面旋转900，则主刀刃在基面的投影与主平面垂直，即可把主平面看作主剖面当测量片指针指零时，底平面作为基面，侧平面作为 图1-3 测量车刀的主偏角图 1-4 测量车刀刃倾角主切削平面，这样就形成了在主剖面内，基面与前刀面的夹角，即前角（γo）；主切削平面与后刀面的夹角，即后角（αo）。
4） 测量方法：使底平面旋转与前刀面重合如图1-5所示， 测量片指针所指刻度值为前角；使侧平面（即主切削平面）旋转与后刀面重合如图1-6所示， 测量片指针所指刻度值为后角6、副后角的测量与主后角的测量方法相近，所不同的是须把主平面作为副剖面图1-5 测量车刀前角 图1-6 测量车刀后角表1-1 主剖面参考系的基本角度车刀编号车刀名称前 角γo后 角αo主偏角κr副偏角κr＇刃倾角λs副后角αo ＇1外圆车刀2端面车刀3车槽刀4车孔刀附录二：车削力的测量原理及其经验公式的建立方法车削力是切削过程中产生的重要物理现象之一，切削力的大小与工件材料和切削因素有关切削力直接影响切削热的产生，并进一步影响工艺系统的变形、刀具磨损、刀具使用寿命、加工精度和已加工表面质量，它又是计算功率消耗，制定切削用量，设计机床、刀具、夹具的重要参数因此精确地测量切削力对于选择理想的切削参数及合理的切削力是很重要的，本实验使用的测力仪是电阻应变式的测力仪一、 仪器的工作原理 1、电阻应变片及其工作原理 如图2-1所示:电阻应变片由基底1、敏感元件2和引线3组成敏感元件为高阻金属丝，电阻值为:R=pL/A △R/R=K △L/L=K。
K为灵敏系数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，则电阻值随弹性体应变而发生变化 图2-1 电阻应变片 2、电桥测量电路 电桥电路就是把电阻应变片上电阻值的微小变化转换成电压信号的变化，如图2-2所示通过适当的粘贴，使电阻应变片贴在测力仪弹性元件的适当位置，并将其串联成电桥切削时当弹性元件受力变形，于是紧贴在其上的电阻发生变化应变片R1及R3受拉发生变形，而R2及R4同时也受压发生变形，于是电桥失去平衡而产生输出电压（或电流） （a） （b）图2-2 电桥测量基本电路 设变形前R1、R2、R3和R4组成的电桥电路平衡，即R1/R3=R2/R4，u输出为零，既u1=u2 当电阻变化时，u1、u2分别增加和减少，所以变形后输出电压为: u=u1-u2 若使R1=R2=R3=R4=R(一般力传感器的测量电桥的电阻应变片值为120Q)，且△R1≈△R2≈-△R3≈-△R4，则可以推出 U=E Kε 根据虎克定律，弹性体中:F=Kˊε，∴ε=F/Kˊ ∴ u=EKε=EKF/Kˊ 所以电压输出信号近似与弹性体受力成正比。
实际测量时，为了提高测量精度，常将贴在不同位置的相同阻值的应变片，串并接于电桥电路中，组成复杂的桥路但由于电阻应变片的电阻值变化很小，输出的电信号也很小，所以一般还需经过放大器进行放大，然后才能更好的进行数据的采集和处理3、测力系统及其工作原理 测量切削力的测力仪种类很多，有机械式的、油压式和电测力仪，但其工作原理都是一样的目前使用较多的是电测力仪，它的测量精度和灵敏度较高电测力仪又有电阻应变式、电感式、电容式和电压式等这里我们采用的是电阻应变式通用型三向测力仪（SDC-C4M），它可以同时测量Fx，Fy和Fz三个方向上力的大小如图2－3，为用通用型三向测力的测力系统工作原理图图2－3测力系统工作原理图车削加工过程中，随着测力仪中电阻应变片的变化，电桥电路将输出相应的电信号，由于电信号很小必须通过应变放大器（XY-FS21）进行放大处理，安装在计算机上的数据采集卡将采集到的放大信息输入到计算机中，通过计算机软件的数据处理，将原来的电信号还原成力信号，最终的显示结果就是切削力的大小，以上内容就是切削力测力系统的工作过程二、 内容与方法切削力实验的设计方法很多，最简单、常用的一种方法就是单因素法，即固定其他因素不变，只改变一个因素，测出Fx，Fy和Fz后，然后处理数据，建立切削力经验公式。
若加工同一种材料的零件，固定切削速度和刀具几何参数，可分别改变进给量和切削深度来进行切削力的测量通过实验数据的记录，便可进行数据处理和建立切削力的经验公式三、 实验数据的处理与经验公式的建立 切削力的经验公式通常是以切深ap和进给量f为变量的幂函数，以主切削力Fz为例，其形式为：首先建立切削力与每一单独变化因素间的关系式（如Fz－ap与Fz－f），分别求出各指数和系数，然后经过综合，求出总的系数1、图解法在单因素实验构思下，固定其他因素不便，只改变一个因素，分别表达切深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－ap与Fz－f的关系曲线在双对数坐标纸上是直线系数为lgFz－lgap线上在ap＝1mm时的Fz的值系数为lgFz－lgf线上在f＝1mm/r时的Fz的值指数为lgFz－lgap线的斜率，指数为lgFz－lgf线的斜率用实验数据可在双对数坐标纸上画出几条lgFz－lgap与lgFz－lgf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lgFz－lgap与lgFz－lgf直线，便可求出系数计算如下：由于是在f＝f0（改变ap实验时所固定的f的值）的情况下得到的故有＝ 则;而式是在ap＝ap0（改变f实验时所固定的ap的值）的情况下得到的故又有＝ 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lgFz－lgap与lgFz－lgf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，因此误差最小四、 实验记录表格表2－1 切削力测量的实验条件机 床测 力 仪应变放大器测力仪标定常数Kz＝ N/µεKy＝ N/µεKx＝ N/µε工 件材 料硬 度刀 具结 构材 料角 度表2－2 切削力实验记录切削用量工件直径dw/mm转速nw/r/min切削速度v/m/min切削深度ap进给量f/mm/r主切削力Fz/N 附录四：组合夹具元件及其功能组合夹具是在机床夹具通用化、标准化、系列化的基础上发展起来的新型夹具它由预先制造好的标准化组合夹。