实验一 车刀的几何角度及其测量

实验一 车刀的几何角度及其测量 1 机械制造技术基础 实验指导 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 天津工业大学 机械电子学院 2 2008-2-26 前言 在机械工程学科教学改革中进行教学体系改革时实践性教学环节的改进与提高尤其是实验教学内容与方法的改进与提高是一个非常重要的内容。课程实验贯穿于教学的全过程对学生建立科学的实验思路、认识先进的实验系统和掌握科学的实验方法和技能等方面具有不可替代的作用。在课程实验改革中很重要的一点是创新即创建一批具有高新技术水平的、采用计算机处理的、高度信息化的同时又能揭示课程内容所阐述的基本原理的、现代化的教学实验。这样的实验系统可以放手地让学生自己做实验改变传统的只看不做的方式培养学生自己动手做实验的实践能力。 《机械制造技术基础》是对机械工程学科所有本科生开出的一门技术基础课程是将原《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》、《金属切削机床概论》、《机床夹具》和《金属工艺学》等课程的基本内容及先进制造技术进行整合而形成的一门新课程理论学时 64、实验学时6。本课程开设以来教学效果良好师生都很满意。为进一步提高该课程的教学质量满足创新课程实验和进行教学信息化建设的要求我们对原有的实验进行了补充和改进。现可开出以下实验车刀的几何角度及其测量“车削力测定”“切削温度测定”“加工误差统计分析“工艺系统静刚度测定”等五个实验。 3 4 目 录 前言............................................................................................................. 2 实验一 车刀的几何角度及其测量 ........................................................... 5 实验二 车削力的测量 ............................................................................. 10 实验三 加工误差统计分 切削温度的测析 ..................................................................... 19 实验四 定 ......................................................................... 25 实验五 工艺系统静刚度的测定 ............................................................. 32 5 实验一 车刀的几何角度及其测量 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静态的。 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。 三、 车刀测角仪的结构 测量刀具几何角度的量具很多如万能量角器、摆针式重力量角器、车刀测角仪等等。车刀测角仪是测量车刀角度的专用量角仪它有很多种型式本实验采用的是既能测量车刀主剖面参考系的基本角度又能测量车刀法剖面参考系的基本角度的一种车刀测角仪其结构如图所示。 圆形底盘的周边上刻有从0?起顺、逆时针两个方向各100?的刻度盘1。其上面的支撑板可绕小轴转动转动的角度由固连与支撑板上的指针指示出来。支撑板上的导块和滑块1、2固定在一起能在支撑板的滑槽内平行滑动。 升降杆固定安装在圆形底盘上它是一根矩形螺纹丝杠其上面的升降螺母可以是导向块沿升降杆上的键槽上、下滑动。导向块上面用小螺钉固定装上一个小刻度盘3在刻度盘3的外面用滚花手轮将角铁的一端锁紧在导向块上。当松开滚花手轮时角铁以滚花手轮为轴可以向顺、逆时针两个方向转动其转动的角度用固定在角铁上的小指针在刻度盘3上指示出来。在角铁的另一端固定安装扇形刻度盘2其上安装着能顺时针转动的测量指针并在刻度盘2上指示出转动的角度。 当支撑板指针、小指针和测量指针都处于0?时测量指针的前面和侧面b、c垂直与支撑番的平面而测量指针的底面a平行于支撑板的平面。 6 测量车刀角度时就是根据被测角度的需要转动支撑板同时调整支撑板上的车刀位置再旋转升降螺母使导向块带动测量指针上升或下降而处于适当的位置。然后用测量指针的前面或侧面b、c或底面a与构成被测角度 的面或线紧密贴合从刻度盘2上读出测量指针指示的被测量角度数值。 四、实验方法及步骤 1 校准车刀测角仪的原始位置 用车刀测角仪测量车刀的几何角度之前必须先到测角仪的测量指针、小指针和支撑板指针全部调整到零位然后将车刀平放在支撑板上其侧面紧紧贴导块侧面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。 2 主偏角Kr的测量 从测量车刀标注角度上的原始位置起顺时针转动支撑板使车刀主刀刃和测量指针前面紧密贴合此时支撑板指针在底盘上所指示的刻度数值即为主偏角Kr数值。 3 刃倾角λs的测量 测完主偏角Kr之后此时测量指针位于切削平面内转动测量指针使其下边a与车刀主刀刃紧密贴合则测量指针在刻度盘2上所指示的刻度数值就是刃倾角λs的数值。测量指针在0?左边为λs指针在0?右边为-λs。 4 副偏角Kr’的测量 参照测量主偏角Kr的方法逆时针方向转动支撑板使车刀副刀刃与测量指针的前面紧密贴合此时支撑板指针在底盘上所指示的刻度数值即为副偏角Kr’的数值。 5 前角γ0的测量 前角γ0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的位置上使支撑板逆时针转动90?或使支 90?- Kr刻度数值。此时主刀刃在基面上的投影恰撑板指针从底盘0?刻度逆时针转动 好垂直于测量指针前面然后用测量指针底边a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2上所指示的刻度数值就是前角γ0的数值。测量指针在0?右边时为γ0测量指针在0?左边时为-γ0。 6 后角α0的测量 后角α0的测量与前角γ0的测量都是在主刀刃的主截面内进行的因此在测量完前角之后支撑板不需要调整只需平移导块和车刀使测量指针的侧面c与通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合此时测量指针在刻度盘2上所指示的刻度值就是后角α0的数值测量指针在0?左边为α0测量指针在0?右边为-α0。 7 7 法向前角γn和后角αn的测量 测量法向前角γn必须在测量Kr和λs之后进行。测量法向前角γn是在主刀刃的法向剖面内进行的所以必须使测量指针位于法向剖面内首先逆时针转动支撑板90?-Kr使测量指针位置主刀刃的主截面内然后松开滚花手轮转动角铁使小指针在刻度盘上指示刃倾角的角度值刃倾角为λs时小指针指向0?左边刃倾角为-λs时小指针指向 0?右边。此时测量指针即位于主刀刃的法剖面内然后再按如前所述测量前角γ0和后角α0的方法便可测量出车刀法向前角γn和法向后角αn的数值。 8 付后角α0’的测量 付后角α0’的测量是在副刀刃的主剖面内进行的所以首先使测量指针位于副刀刃的主截面内其做法是将车刀测角仪位于测量Kr’的位置然后顺时针转动90?使测量指针位于副刀刃的主剖面位置然后用测量指针的剖面b和通过副刀刃上选定点的副后刀面紧密贴合测量指针在刻度盘2上所指示的刻度值就是付后角α0’的数值。 将测量结果Kr、Kr’、 λs、γ0、α0、γn、αn、α0’记入 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 表格中。 五、绘制外圆车刀和切断刀的工作图 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切具切削部分材料牌号及 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 表面光洁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 首先画出车刀的正视图。 2 画出车刀俯视图。 3 过车刀主刃上某点画出剖面。 4 过车刀副刀刃上某点画出付剖图。 5 画出切削平面S向视图。 6 标注车刀主刀刃四个基本角度γ0、α0、Kr、 λs和付切削刃的基本角度Kr’、 α0’标注刀杆尺寸及车刀主要技术要求等。 此外必要时应画出局部放大图。 六、实验注意事项 1 实验前必须详细阅读实验说明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主要爱护刀具和测量仪器防止碰伤及损坏。 3 车刀 工作图按11绘制。 8 七 、车刀几何角度参考图 另附车刀几何角度参考图如下: 9 10 实验二 车削力的测量 利用测力仪将切削力大小转化为电阻应变片的变形该变形反映为电桥电压的变化。通过标定可以知道电流变化与切削力的关系从而测出切削力。本实验主要分析切削深度ap和进给量??对切削力的影响通过对实验数据加以适当处理得到切削力的经验公式。利用该公式可以计算相同切削条件下相同工件材料、刀具材料、刀具角度等切削深度ap和进给量??变化时的切削力大小。 一、实验目的 1. 了解车削测力仪电阻式测力仪的工作原理、调整及标定方法。 2. 研究切削深度ap和进给量??对车削力的影响规律。 3. 掌握单因素法测量切削力了解正交实验法。 4. 通过对实验数据的处理建立主切削力切向力的经验公式 cFcFcyxpFcfaCF 同理可建立进给力轴向力和背向力径向力的经验公式 pFpFpfFfFfyxpFpyxpFffaCFfaCF 二、实验仪器设备 1. CA6140型车床 1台 2. QB-07型双平行八角环车削测力仪 1台 3. 数据采集卡 1块 4. 高速钢车刀 1把 5. 试件中碳钢棒料 1件 6. 卡尺 1把 7. 双对数坐标纸 三、实验原理 1. QB-07型双平行八角环车削测力仪电阻式测力仪 测力仪有两种类型一种是电感式一种是电阻式。电感式测力仪工作原理如下 切削力作用在刀头上刀头与弹性体连接如图1所示。在弹性体受切削力的三个分力方向上分别安装三个电感线圈线圈两端由电感测力仪电源箱提供一个固定的电压。当刀尖受到切削力作用时线圈的间隙变化将使线圈周围的磁场也发生变化从而使通过线圈的磁通量变化使线圈两端的电压发生变化。 11 图1 电感测力仪示意图 图2 电桥接线图 测力仪电源箱内部装有三个电桥与测力仪的三个电感线圈相对应每个电桥的接线图如图2所示。其中U为电桥电源V为电感线圈产生的变化电压接于桥臂两端。在一个桥臂上装有可调电位器。测量前调节可变电位器使电桥达到平衡。当外部电压发生变化时电源箱上的三个微安表就会测出这个变化电流的大小反映出切削力的大小。 双平行八角环作为弹性元件在上环和下环的各个表面上共粘贴着20片电阻应变片可以组成三个电桥分别测量FzFyFx。 1电路原理 电阻式测力仪的基本原理是将切削力的大小转换成电压的大小。QB-07型双平行八角环车削测力仪是一种车削测力仪。其工作原理是测力仪的双平行八角环是弹性元件在环的内壁上粘贴有电阻应变片并将这些电阻应变片连接成三个电桥以分别测量三个方向的分力。车削时车削力经工件转递给车刀再由车刀刀杆转递到八角环。八角环的变形使紧贴在其上的应变片也随之变形从而电阻值发生变化。 当应变片受拉伸变形时应变片变细电阻增大RΔR 当应变片受压缩变形时应变片变粗电阻减小R-ΔR 电阻的变化通过电桥表现为电桥电压的变化。但是由于电阻变化很小所以电桥输出电压的变化也很小还需要经过放大。将电桥输出的电信号接入CLS-1直流三线数字测力仪后经过放大可直接显示切削力的数值。 测力仪常用的电桥有等臂全桥和卧式半桥两种形式图3 12 图3 电桥形式 图3中a为由电阻应变片所组成的电桥R1、R2、R3、R4分别为四个电桥桥臂的电阻。当A、C端加一定的桥压U时则B、D端的输出电压ΔU由下式求得 ΔUU43214231RRRRRRRR 1 由式1可知当R1R3R2R4时电桥输出电压为ΔU0即电桥处于平衡这就是在进行切削实验前必须进行的电桥平衡的调节工作。 在切削力作用下应变片的电阻发生变化破坏了电桥的平衡若R1、R2、R3、R4分别产生ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4的电阻变化则由式1的电桥的输出电压为 ΔUU221241RRRRR1?R1-R2R2?R3R3?-R4R4? 2 由式2可以看出电桥的一个重要的性质当电桥相邻两臂有符号相同的电阻变化时电桥输出电压为两桥电阻变化相减 的结果。因此在测力仪接桥时为使电桥有较大的输出则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就是测力仪的布片与接桥原则。 测力仪常用的电桥有等臂全桥电桥由四个臂组成R1R2R3R4R及半桥电桥由二个臂加上两个固定电阻组成R1R2R如图3所示。由式2两种电桥的输出电压为 全桥ΔURU4ΔR1-ΔR2ΔR3-ΔR4 3 半桥ΔURU4ΔR1-ΔR2 4 比较3和4可知当ΔR1ΔR3ΔRΔR2ΔR4-ΔR时全 13 桥的输出为半桥的两倍也即全桥的灵敏度为半桥的两倍。因此为提高测力仪的灵敏度即电桥有较大的输出应尽可能采用等全臂全桥的测量电路。 2布片与接桥 QB-07型双平行八角环测力仪的结构如图4由上下两个八角扁环弹性体组成环的表面贴有20片电阻应变片联成三个电桥分别测量Fz主切削力Fy背向力或径向力Fx进给力或轴向力。 QB-07型双平行八角环测力仪的应变片分布如图5所示。用于测量Fz的电阻应变片有Rz1、Rz2、Rz3、Rz4组成的测量电桥如图6a。 14 图6 接桥图 在Fz的作用下Rz1、Rz3受拉电阻增大ΔRz1ΔRz3下环受压电阻减小-ΔRz2-ΔRz4此时ΔURU4ΔRz1-Δz2Δz3-Δz4RRU形成全桥电路有较大输出。符 Fy的电阻应变片有Ry1、Ry2 、Ry3、Ry4 、Ry5、合布片与接桥原则。 用于测量 Ry6、Ry7、Ry8组成的测量电桥如图6b。在背向力Fy的作用下Ry1、Ry2 、Ry5、Ry6受拉电阻增大各为ΔRRy3、Ry4 、Ry7、Ry8受压电阻减小各为-ΔR。同理符合布片与接桥原则。 用于测量Fx的电阻应变片有Rx1、Rx2 、Rx3、Rx4 、Rx5、Rx6、Rx7、Rx8组成的测量电桥如图6c。在进给力Fx的作用下Rx1、Rx2 、Rx5、Rx6受 x4 、Rx7、Rx8受压电阻减小各为-ΔR。同理符合布片与拉电阻增大各为ΔRRx3、R 接桥原则。 测力仪的布片与接桥还应该考虑尽可能消除三个分力间的相互干扰即每一个电桥的输出电压仅与被测量的切削力有关而与其它两个切削分力无关。如测量Fz时电桥输出ΔURU4ΔRz1-Δz2Δz3-Δz4。在Fy作用下Rz1、Rz2、Rz3、Rz4同时收压缩变形电阻减小且减小的数值相等从而不会导致测量Fz的电桥有电压输出。在Fx作用下Rz1、Rz2受压Rz3、Rz4受拉从而不会导致测量Fz的电桥有电压输出。同理可以证明三个方向的测量电桥互不干扰。 2. 数据采集卡 实验采用的是阿尔泰科技公司的USB2010数据采集卡用来实现把八角环测力仪得到的电压模拟信号转换为数字信号传送到计算机中进行数据的保存和处理。 15 USB2010数据采集卡的主要技术参数如下 1模拟信号输入部分 模拟通道输入数: 32路单端或16路双端输入 模拟输入电压范围?5V、?10V、010V 模拟输入阻抗: 100MΩ 模拟输入共模电压范围gt?2V 2A/D转换电路部分 A/D分辨率12Bit4096 非线性误差?1LSB最大 转换时间10us 系统测量精度0.1 A/D采样通过率100KHz 3. 测力环见附件 4. 切削力测量实验原理图 图7 切削力测量实验原理图 数据采集系统 数据分析 数据采集卡 16 四、实验方法 1 准备工作 1 安装工件测力仪及车刀。注意刀尖伸出长度应与标定时一致并对准工件中心高。将刀具角度填入表一中。 2 熟悉CA6140机床的操纵手柄及操作方法注意安全实现。 3 确定实验条件 2 切削实验 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量出切削力。 1 固定υ和??依次改变ap在0.53mm范围取5个数值进行切削将ap和切削力的数值填入实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 表中。 2固定υ和ap依次改变??根据机床进给量表选取5个数值----//进行切削将??和切削力的数值填入实验报告表中。 五实验数据处理 1图解法 将实验数据画在双对数坐标中 zFzFYXpzfaCF1固定?? 1mm/r取常用对数得 pFzaXCFzlogloglog1 当ap1mm时得C1Fz zFX为直线的斜率可通过任取直线上的两点确定。 b1 a1 log ap log Fz 17 11tanbaXzF zFzFYXpzfaCF2固定ap1mm取常用对数得 fYCFzFzlogloglog2 当?? 1mm/r得C2Fz zFY为直线的斜率可通过任取直线上的两点确定。 22tanbaYzF 求主切削力的实验公式 为减小误差取221CCCzF。 2一元线性回归法最小二乘法 zFzFYXpzfaCF1取常用对数得 fYaXCFzzFpFzloglogloglog1。 1固定ap1mm改变f令 yzFlogα1logCβzFYxpalog则得到直线方程yαβx. a2 log ?? log Fz b2 18 根据数理统计或数值分析的知识可得 niiiniininiiiniiniiniiixxyyxxxxnyxyxn111212111或 xy 其中n为测量次数xiyi为每次测量的进给量??和着切削力Fz的对数值。通过线性回归可得到β也就是zFY的较为准确值zFC101须保证ap1mm。 计算时可采用下表 表2.1 一元线性回归用表 编号 ?? zF ix iy 2ix 2iy iiyx 1 2 3 4 5 ???? ni ap mm 表2.2 一元线性回归用表 编号 pa zF ix iy 2ix 2iy iiyx 1 2 3 4 5 ???? 19 ni ?? mm/转 2zFzFYXpzfaCF2固定f1mm/每转改变ap处理方法同上。若不能固定在f1mm/每转则需按一下处理fYaXCFzzFpFzloglogloglog2 zFX αfYCzFloglog2YFz上面已求出102C zFzFYXpzfaCCF221 实验三 加工误差统计分析 一、实验目的 统计分析法是通过一批工件加工误差的表现形式来研究产生误差原因的一种方法。做加工误差统计分析实验的目的在于巩固已学过的统计分析法的基本理论掌握运用统计分析法的步骤练习使用统计分析法判断问题的能力。 1. 掌握绘制工件尺寸实际分布图的方法并能根据分布图分析加工误 20 差的性质计算工序能力系数合格品率废品率等能提出工艺改进的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 2. 掌握绘制X-R点图的方法能根据X-R点图分析工艺过程的稳定 1 实验前要复习“加工误差统计分析”一节的内容。 2 通过实验性。 二、实验要求 绘制“实际分布图”和“X—R”控制图。 3 根据实际分布图分析影响加工误差的因素推算该工序加工的产品合格率与废品率试提出解决上述问题的途径。 4 根据X—R图分析影响加工误差的因素判断工艺是否稳定试提出解决上诉问题的途径。 三 、实验原理和方法 在M1040无心磨床上用纵磨法磨削45HRC5962工件一批检查其每件尺寸。做出实际分布图以及X—R控制图。 在机械加工中应用数理统计方法对加工误差或其他质量指标进行分析是进行过程控制的一种有效方法也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性对测量数据进行处理作出分布图和点图据此对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性等进行识别和判断进而对加工误差作出综合分析。详见教材相关章节。 1、直方图和分布曲线绘制 1初选分组数K 一般应根据样本容量来选择参见表3.1. 表1.1 分组数K的选定 n 2540 4060 60100 100 100160 160250 k 6 7 8 10 11 12 2确定组距 找出样本数据的最大值Ximax和最小值Ximin并按下式计算组距 maxmin11xxRdkk 选取与计算的d值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距 。 21 3确定分组数 1Rkd 4确定组界 min12dxid j12????k 5统计各组频数ni即落在各组组界范围内的样件个数 6画直方图 为纵坐标画出直方图。 7计算总体平均值与标准差 11ninixx 式中 xi第i个样件的测量值 n样本容量。 2111nnisxix 8画分布曲线 若研究的质量指标是.