机械制造技术实验.docx
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机械制造技术实验
做实验注意事项:
1.抄实验报告时不用画表格.
2抄实验二和三的时候结构图不用画,只需要写清原理和步骤即可,不用写的太复杂.
3.做实验的地点:
在A101集合,然后去实验的地方,那个地方很难找到（老师是这样说的）,时间为12:
15,希望大家不要迟到.以班级为单位做实验.
4.第一个实验的时间为第七周周三中午12:
15.
实验一、刀具认识及角度测量
一、实验目的和要求：
1、目的：
熟悉车刀削部分的几何角度，掌握车刀几何角度的测量方法。
2、要求：
（1）熟悉几种典型车刀（45º弯头车刀，90º右偏刀，切断刀，外圆车刀，螺纹车刀）的构造和几何形状。
（2）弄清车刀各个几何角度的定义，学会测量这些几何角度的方法。
（3）将测量值与换算值作比较。
（4）绘出车刀截面图。
二、实验方法：
（1）观察各种车刀的几何形状：
前刀面，后刀面，主副切削刃，刀尖等。
（2）测量五种车刀的几何角度，并作记录。
三、实验仪器：
（1）测角台。
（2）五种车刀：
45º弯头车刀，90º右偏刀，切断刀，外圆车刀，螺纹车刀。
四、操作方法：
主剖面内：
⑴首先使指针7对准度板6之零线，拧紧螺钉12。
⑵测前角r0：
转动刻度板8，使指度板9所在平面垂直主刀刃在底座1工作面上的投影（相当于主刀刃在基面上的投影），调整指度板9，使平面A与车刀前面吻合，指度板9即在刻度板8上指出前角r0的读数值。
⑶测后角a0：
同上方法，使B平面与车刀后面吻合，在刻度板8上即可读出后角a0的读数值。
⑷测刃倾角λS：
先使刀具主切削刃位于指度板9所在的平面内，当平面A与主刀刃吻合时，刻度板8上即可读出刃倾角λS的读数值。
（或者先让指度板9对准刻度板8的零线，指度板9所在的平面在底座1工作面上之投影时，松开螺钉12，转动刻度板8使绕水平轴转动，当平面A与刀刃吻合时，指针7即在度板6上指出λS的读数值。
）
图1-1测量前角示意图
⑸法剖面内：
先使指针7在度板6上对准所测定的λS的值，拧紧螺钉12，再如测量r0与a0那样测出法剖面的前角rn与后角an。
⑹测量主偏角k与副偏角k′：
如图2所示：
（以外园尖刀为例）先旋动螺母5升高刻度板8，并转向一边，不用。
将要测的刀具之侧面紧靠二挡销13。
松开螺钉3和15，转动标尺座2，同时滑动滑板14，使刀具
图1-2测量主偏角示意图
1.底座2.标尺座3.锁紧螺钉4.立柱5.调整螺母6.度板7.指针8.刻度板9.指度板10.锁紧螺钉11.标尺12.锁紧螺钉13.挡销14.滑板15.锁紧螺钉
的主刀刃（或副刀刃）与标尺11吻合，底座1上之零线所对的标尺座2上的刻度值即主偏角k（或副偏角k′）的度数。
五、思考题：
1、在车间里常用的车刀的后角是否会出现负角度？
为什么？
2、切断刀有几个刀尖？
它是如何使工件切断？
二、各种车刀的几何角度测量值，换算值和截面图。
名
主剖面参考系
其他参考值
截面图
称
角度
测量值
角度
测量值
换算值
误差（%）
45
r0
弯
a0
头
λS
车
k
刀
k′
90
r0
右
a0
偏
λS
刀
k
k′
r0
切
a0
断
λS
刀
k
k′
外
r0
圆
a0
车
λS
刀
k
k′
螺
r0
纹
a0
车
λS
刀
k
k′
3.1普通车床结构剖析
一、实验目的与要求
1．了解车床的总体布局、主要技术性能及工艺范围；
2．掌握车床的主传动系统、螺纹传动系统、机动进给传动系统的传动路线；
3．了解各换置机构的作用及工作原理；
4．了解各种操纵机构的结构特点和操作过程；
5．掌握车床主要零部件的结构；
6．学会使用、调整和维修机床。
二、实验装备
CA6140型卧式车床如图3.1-1所示。
图3.1-1CA6140型卧式车床
三、实验内容
1．由指导教师介绍机床的用途、布局、各操纵手柄的作用及其操作方法。
然后启动机床，机床空载运转，以观察机床各部件的运动。
2．揭开主轴箱盖，根据机床传动系统图和主轴箱展开图，了解传动件的结构，看清各档传动路线。
（1）了解主传动系统的传动路线，主轴的各级转速是如何调整实现的。
（2）结合摩擦片式离合器的结构，如图3.1-2所示，分析摩擦离合器的工作原理和调整方式。
（3）观察主轴正转、反转、停车及制动的操纵过程，操纵机构如图3.1-3所示。
图3.1-2摩擦片式离合器结构图
1－双联齿轮2－内摩擦片3－外摩擦片4、7－螺母5－压套6－长销8－齿轮
9-拉杆10－滑套11－销轴12-元宝销13-拨叉
图3.1-3主轴开停及制动操纵机构图
1－双联齿轮2－齿轮3－元宝销4－滑套5－杠杆6－制动带7－手把8－操纵杆
9、11-曲柄10－拉杆12-轴13-扇形齿轮14-齿条轴15-拨叉16-拉杆
（4）操纵Ⅱ—Ⅲ轴上两个滑移齿轮移动，操纵Ⅳ轴上的两个滑移齿轮及Ⅵ轴上的一个滑移齿轮，注意他们的动作过程和啮合位置。
Ⅱ—Ⅲ轴上滑移齿轮的操纵机构如图3.1-4所示。
（5）根据CA6140车床主轴结构如图3.1-5所示，观察主轴前支承、中间支承、后支承的轴承类型，了解前后轴承的作用及调整方法。
（6）了解主轴上两对齿轮的结构特点，分析其变速原理。
（7）观察卸荷皮带轮的结构，分析工作原理。
3．挂轮架
了解挂轮的构造、用途和调整方法
4．进给箱
结合进给箱展开图及传动系统图，观察基本组、增倍组操纵机构，螺纹种类移换机构，以及光杠、丝杠传动的操纵机构。
图3.1-4Ⅱ—Ⅲ轴上滑移齿轮的操纵机构
1－双联齿轮2－三联齿轮3－拨叉4－拨销5－曲轴6－盘形凸轮7-轴8－链条
9-变速手柄10－圆销11－杠杆12-拨叉Ⅱ、Ⅲ-传动轴
图3.1-5CA6140车床主轴结构图
1、4—双列短圆柱滚子轴承2、5—螺母3—双向推力角接触球轴承4—轴承端盖7—隔套
8—调整垫圈9—轴承端盖10—套筒11—螺母12—端面键
5．溜板箱
（1）分析纵向、横向机动进给及快速移动机构的传动关系。
（2）观察丝杠、光杠进给的互锁机构和开合螺母机构。
（3）根据超越离合器的结构如图3.1-6所示，分析其工作原理。
（4）过载保险装置的结构如图3.1-7所示，分析其工作原理。
6．刀架
刀架总体是由床鞍、横刀架、转盘、小刀架及方刀架五部分组成，进行车刀的安装和刀架的换位工作。
7．尾架
观察尾架的构造，尾架套筒的夹紧方法，利用尾架、主轴顶尖和鸡心夹实现细长轴的装夹和工件旋转。
8．床身
了解床身的整体结构，分析车床导轨组合形式的优点。
8.床脚
打开左床脚观察主传动电机的安装和接线情况，了解主电机的型号、功率和转速。
图3.1-6超越离合器
1－外环（齿轮）2－星形体3－滚子4－销5、8－弹簧6、7－安全离合器
图3.1-7过载保险装置
1－拉杆2－锁紧螺母3－调整螺母4－超越离合器星轮5－安全离合器左半部
6－安全离合器右半部7－弹簧8－圆销9－弹簧座10－蜗杆
四、思考题
1.卸荷皮带轮是如何使皮带的拉力不传给轴而传给箱体的？
带轮的扭矩又是怎样传给轴的？
用简图说明之。
2．摩擦片离合器得工作原理是什么？
摩擦离合器除完成主轴正、反转，还能起什么作用？
3．超越离合器、安全离合器的用途和工作原理是什么？
4．主轴前端轴承是如何预紧的？
预紧后主轴性能将如何变化？
5．轴Ⅱ—Ⅲ上滑移齿轮的操纵机构属于单独操纵方式还是集中操纵方式？
简述两种操纵方式的特点
2.3切削力的监测及影响因素分析
一、实验目的与要求
1．掌握切削力的来源和切削分力的概念；
2．熟悉切削力测量系统的硬件组成，了解测力传感器、电荷放大器、数据采集卡及软件系统的工作原理；
3．进行相关的数据处理和曲线绘制；
4．根据实验数据分析切削参数对各切削分力的影响。
二、实验装备及原理
1.普通卧式车床；
2.各种机夹车刀刀片；
3.切削力测量系统如图2.3-1所示，它由数控机床、测力传感器、电荷放大器、数据采集卡和计算机组成。
传感器测力平台见图2.3-2，其内部装有压电式应力－应变传感器可把刀具所受的切削力转变为电信号，电荷放大器将微弱的电信号放大供数据采集卡读取，数据采集卡上的A/D转换是将模拟电信号转换成数字信号，计算机系统利用相应软件将数据处理后得到三向切削力Fx、Fy、Fz的值。
图2.3-1切削力测量系统的总体框架
三、实验方法与步骤
（一）实验方法
1.安装测力传感器，连接各硬件数据线，装夹工件等准备工作。
2.打开电荷放大器的个电源开关，按照电荷放大器的使用说明书调整好其灵敏度，确认电荷放大器的复位开关处在复位状态。
3.打开计算机，点击图标启动切削力测量系统。
4.系统初始化
（1）测量方法选择，从“执行命令”菜单的“测量模式选择子菜单”中选择“低速连续测量”命令，如图2.3-3所示。
（2）执行“低速测量设置”→“监控切削”，进入输入数据编辑框如图2.3-4所示。
按照提示要求输入相应的数据（也可取默认值），如果需要输入可以点击“重新输入”进行输入，最后点击“确认”进入下一步。
（3）选择电荷放大器的输出放大倍率。
图2.3-2传感器测力平台图2.3-3测量方法选择菜单
图2.3-4输入数据编辑框
（4）选择“显示方向按钮”，这个步骤可以现在选择，也可以在测试过程中随时进行选择。
（5）获取零点见图2.3-3所示。
选择“执行命令”菜单的“获取零点”菜单命令，此时弹出“保存数据文件名”输入对话框，输入相应的文件名字后点击“OK”。
5．选择“开始测试”菜单命令执行测试，在切削力动态测量显示系统如图2.3-5所示，可以看到切削力的数值和坐标曲线。
6．按“终止”按纽结束本次测试，系统将产生一个报告文件（report.txt）,该文件汇总了本次实验的切削条件和基本数据，如想永久保留文件，请另外取文件名。
（二）实验步骤
1．根据实验要求填写切削条件和基本数据。
2．安装好工件，开始切削加工。
3．进行切削力的动态测量，保存相关数据文档。
4．改变切削用量中的单一参数观测切削力的变化情况。
（1）取vc=100m/min，f=0.3mm/r固定不变，依次改变ap（在0.5～4mm范围内取5个数值）进行切削，重复切削力动态测量实验。
（2）取vc=100m/min，ap=2mm固定不变，依次改变f（在0.1～0.6mm/r范围内取5个数值）进行切削，重复切削力动态测量实验。
（3）取f=0.3mm/r，ap=2mm固定不变，依次改变v（在50～100m/min范围内取5个数值）进行切削，重复切削力动态测量实验。
四、实验数据处理与结果分析
1.根据切削力动态测量数据，以采样点为横坐标，切削力为纵坐标，绘制切削力动态变化曲线。
2.取5个采样点计算合力的大小，并绘制切削力动态变化曲线。
3.记录背吃刀量ap变化时切削力的平均值，记录表格见表2.3-2。
4.在同一张坐标图上绘制切削用量三要素变化造成切削力变化的曲线，分析其影响的差异。
5.记录进给量f变化时切削力的平均值，记录表格见表2.3-3。
图2.3-5切削力动态测量显示系统
表2.3-1切削条件和基本数据
实验流水记录信息
班级：
姓名：
日期：
环境温度℃
采样频率
加工方式
输入各向报警阈值（公斤力）
X方向
Y方向
Z方向
刀具信息
刀具材料
刀具编号
刀具参数
试件信息
工件材料
试件编号
试件参数
切削用量
主轴转速
（r/min）
进给量
（mm/r）
背吃刀量
（mm）
切削液
切削液类型
流量
压力
表2.3-2背吃刀量ap变化时的切削力（单位：
牛顿）
切削力
ap1＝
ap2＝
ap3＝
ap4＝
ap5＝
Fx
Fy
Fz
表2.3-3进给量f变化时的切削力（单位：
牛顿）
切削力
f1＝
f2＝
f3＝
f4＝
f5＝
Fx
Fy
Fz
6.记录切削速度vc变化时切削力的平均值，记录表格见表2.3-4。
表2.3-4切削速度vc变化时的切削力（单位：
牛顿）
切削力
vc1＝
vc2＝
vc3＝
vc4＝
vc5＝
Fx
Fy
Fz
五、切削力经验公式的建立
上述单因素进行的切削力实验，利用图解法可以方便的获得切削力经验公式。
1.Fz—ap与Fz—f指数公式的建立
首先将实验所得数据点画在双对数坐标纸上，并用直线连接（使各实验数据点大约均布在该直线的上下），下面介绍Fz—ap与Fz—f指数公式建立的方法。
线图可表示为：
lgFz=lgCap+xFzlgap（2.3-1）
lgFz=lgCf+yFzlgf（2.3-2）
对式（2.3-1）、式（2.3-2）两边取真数，得幂函数关系式：
（2.3-3）
（2.3-4）
式中指数xFz、yFz分别为Fz—ap及Fz—f线的斜率，由图2.3-6求得：
xFz=tgθ1=
（2.3-5）
yFz=tgθ2=
（2.3-6）
式中的a1、b1、a2、b2用米尺在图2.3-6中直接量出。
系数Cap为Fz—ap线在背吃刀量ap=1mm时的Fz值，系数Cf为Fz—f线在进给量f=1mm/r时的Fz值。
综合式（2.3-3）、（2.3-4）求得切削力经验公式：
（2.3-7）
系数CFz可用如下求得：
由于式（2.3-3）是在f=f0（改变ap时所固定的f值）的情况下得到的，故有
则
而式（2.3-4）是在ap=ap0（改变f时所固定的ap值）的情况下得到的，故有
则
由于实验误差，CFz1与CFz2不一定相等，因此应取两者的平均值，即
（2.3-10）
式（2.3-3）、（2.3-4）和（2.3-7）主切削力与背吃刀量ap及进给量f都是指数关系，故切削力的这种经验公式也称指数公式。
2.利用表2.3-2和表2.3-3求出式（2.3-3）、（2.3-4）、（2.3-7）中的各项系数和指数。
3.用同样的方法推导出主切削力Fz与切削速度vc的指数公式和其中的系数和指数。
4.建立主主切削力Fz与切削用量三要素切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap的指数公式，并计算其中的系数和各项指数。
六、思考题
1．观察切削力的三个分力Fx、Fy、Fz的大小，分析各分力对切削加工的影响。
2．分析切削用量三要素对切削力的不同影响，说明其原因。
3．如果改变刀具的五个基本角度，切削力将如何变化，切削力测量系统是否可以验证这些变化。
4.何利用实验数据建立切削力的指数公式？
5.根据切削力指数公式计算符合实验条件的Fx、Fy、Fz值，并与实验值进行比较，分析它们之间产生误差的原因。
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