1、安徽三聯學院 機械制造技術基礎 實驗指導書 交通工程學院實驗中心 實驗 1 、 車刀幾何角度測量 、實驗目的與要求 1 了解車刀量角臺的構造與工作原理。 2 掌握車刀幾何角度測量的基本方法。 3 加深對車刀各幾何角度、各參考平面及其相互關系的理解。 、實驗實施的條件 儀器：回轉工作臺式量角臺 車刀： 1 直頭外圓車刀（ s = 00） 2 直頭外圓車刀（ s 0 0 ） 、實驗具體步驟 圖 1-1 所示，回轉工作臺式量角臺主要由底盤 1 、平臺 3、立柱 7、測量片 5、扇形盤 6、10 等組成。底盤 1 為圓盤形，在零度線左右方向各有 1000角度， 用于測量車刀的主偏角和副偏角， 通過底盤

2、指針 2 讀出角度值；平臺 3 可繞底盤 中心在零刻線左右 1000范圍內轉動；圖 1-1 量角臺的構造 定位塊 4可在平臺上平行滑動， 作為車刀的基準； 測量片 5，如圖 1-2 所示， 有主平面（大平面）、底平面、側平面三個成正交的平面組成，在測量過程中， 根據不同的情況可分別用以代表剖面、基面、切削 平面等。大扇形刻度盤 6 上有正副 450的刻度，用于 測量前角、后角、刃傾角，通過測量片 5 的指針指 出角度值；立柱 7 上制有螺紋，旋轉升降螺母 8 就 可以調整測量片相對車刀的位置。 1 利用車刀量角臺分別測量 s = 0 0 、s 0 0 的直頭外圓車刀的幾何角度： 要求學生測量

3、r、r、s、o、o 、o 等 圖 1-2 測量片 共 6 個基本角度。 2 記錄測得的數據，并計算出刀尖角和楔角。 1、 實驗方法 1 根據車刀輔助平面及幾何參數的定義，首先確定輔助平面的位置，在按著 幾何角度的定義測出幾何角度。 2 通過測量片的測量面與車刀刀刃、刀面的貼合（重合）使指針指出所測的 各幾何角度。 2、 實驗步驟 1 首先進行測量前的調整：調整量角臺使平臺、大扇形刻度盤和小扇形刻度 盤指針全部指零，使定位塊側面與測量片的大平面垂直，這樣就可以認為： （1）主平面垂直于平臺平面，且垂直于平臺對稱線。 （2）底平面平行于平臺平面。 （3）側平面垂直于平臺平面，且平行于平面對稱線。

4、2 測量前的準備：把車刀側面緊靠在定位塊的側面上，使車刀能和定位塊一 起在平臺平面上平行移動， 并且可使車刀在定位塊的側面上滑動， 這樣就形成了 一個平面坐標，可以使車刀置于一個比較理想的位置。 3 測量車刀的主（副）偏角 （1）根據定義：主（副）刀刃在基面的與走刀方向夾角。 （2）確定走刀方向：由于規定走刀方向與刀具軸線垂直，在量角臺上即 垂直于零度線， 故可以把主平面上平行于平臺平面的直線作為走刀方向， 其與主 （副）刀刃在基面的投影有一夾角，即為主（副）偏角。 （3）測量方法：順（逆）時針旋轉平臺，使主刀刃與主平面貼合。如圖 1-3 所示，即主（副）刀刃在基面的投影與走刀方向重合，平臺在

5、底盤上所旋轉 的角度，即底盤指針在底盤刻度盤上所指的刻度值為主（副）偏角 r（ r ）的 角度值。 4 測量車刀刃傾角（ s） （1）根據定義：主刀刃和基面的夾角。 （2）確定主切削平面：主切削平面是過主刀刃與主加工表面相切的平面， 在測量車刀的主偏角時， 主刀刃與主平面重合， 就使主平面可以近似地看作主切 削平面（只有當 s =0 時，與主加工表面相切的平面才包含主刀刃） ，當測量片 指針指零時底平面可作為基面。 這樣就形成了在主切削平面內， 基面與主刀刃的 夾角，即刃傾角。 （3）測量方法：旋轉測量片，即旋轉底平面（基面）使其與主刀刃重合。 如圖 1-4 所示，測量片指針所指刻度值為刃傾角

6、。 5 測量車刀主剖面內的前角 o 和后角 o （ 1） 根據定義：主前角是指在主剖面內，前刀面與基面的夾角。主后角 是指在主剖面內后刀面與主切削平面的夾角。 （2） 確定主剖面：主剖面是過主刀刃一點，垂直于主刀刃在基面的投影。 （3） 在測量主偏角時，主刀刃在基面的投影與主平面重合（平行） ，如果 使主刀刃在基面的投影相對于主平面旋轉 900，則主刀刃在基面的投影與主平面 垂直，即可把主平面看作主剖面。當測量片指針指零時，底平面作為基面，側平 面作為 圖 1-3 測量車刀的主偏角圖 1-4 測量車刀刃傾角 主切削平面，這樣就形成了在主剖面內，基面與前刀面的夾角，即前角（ o）； 主切削平面與

7、后刀面的夾角，即后角（ o）。 （4）測量方法：使底平面旋轉與前刀面重合。如圖 1-5 所示， 測量片指 針所指刻度值為前角；使側平面（即主切削平面）旋轉與后刀面重合。如圖 1-6 所示， 測量片指針所指刻度值為后角。 6 副后角的測量與主后角的測量方法相近，所不同的是須把主平面作為副剖 面。 圖 1-5 測量車刀前角 圖 1-6 測量車刀后角 四、實驗技能測試 將測得的角度值記錄并計算出楔角 o和刀尖角 r，以及其他角度的計算值， 并進行比較、分析其誤差原因，寫在實驗報告中。 表 1-1 車刀幾何角度測量結果記錄 基本角度 s = 0 0 直頭外圓車刀 s 0 0 直頭外圓車刀 備注 主偏角

8、r 刃傾角s 前 角o 后 角o 副偏角r 副后角o 楔 角 o 刀尖角 r 實驗 2、 切削變形實驗 一、實驗目的與要求 1 觀察切削變形的過程，以及所出現的現象。 2 掌握測量切削變形和計算變形系數的基本方法。 3 研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素對切削變形的影響規律。 二、實驗實施的條件 1 設備： CA6140普通車床 2 工具：游標卡尺、鋼板尺、細銅絲等。 3 刀具：硬質合金車刀若干把。 4 試件：軸向帶斷屑槽的棒料。 三、實驗具體步驟 在金屬切削過程中，由于產生塑性變形，使切屑的外形尺寸發生變化，即與 切削層尺寸比較，切屑的長度偏短，厚度增加，這種現象稱為切屑收縮，如圖 2-1

9、 所示。一般情況下，切屑收縮的大小能反映切削變形的程度，衡量切屑收縮 的大小可用變形系數表示。 即 L c / L ch 式中 變形系數； L c 切削長度（）；Lc D/（ -b） ；對于本實驗：槽數 3；槽 寬 b 2.5 ； Lch 切屑長度（），把切屑收集起來，學生自己測量其長度。 計算變形系數的方法用測量切削長度法。 在車床上將試件裝在三爪卡盤與尾 架頂尖之間，試件軸向開槽并鑲嵌鋼板，以達到斷屑和保護刀尖的目的，如圖 2-2 所示。 把實驗得到的切屑， 冷卻后，選出標準切屑，用銅絲沿切屑外部纏繞后拉直， 然后用鋼板尺測出其長度 L，為提高實驗精度，可測 35 段切屑的長度求出平 均值

10、 LC。 變形系數 Lc / L ch = （D/n - b ）/ L C 1 切削速度對切削變形的影響 在車床上固定試件，裝夾好刀具 試件材料： 20#鋼，試件直徑由現場定 刀具材料： YT15硬質合金車刀 0.1 mm。 切削用量： 0.28 mm/r , ap 2 0 0 0 0 ； o 10 ； o 7 ； r mm 。 改變切削速度；速度取值很關鍵，必須在實驗前進行計算，從低速到高速， 可先取 5；10；20；25；30；40；60；80；110 m/min ； ； ； ； ； ； ； ； ； r/min ； 然后根據試棒直徑計算出對應的機床轉速。 用每一種轉速切削一段試棒， 停車收

11、集切屑并觀察切削顏色 （注意安全， 防 止燙傷）。測量，并將結果填入表 2-1 中。 2 刀具前角對切削變形的影響 在車床上固定試件，裝夾好刀具。 試件材料： 20#鋼，試件直徑由現場定。 刀具材料： YT15硬質合金車刀 刀具參數： r 45 ；r 8 ；s 0 ；o 7 ；r 0.1 mm。 切削用量： 0.28 mm/r , ap 2 mm 60 m/min 。 改變車刀前角： o 0 0；150；300 。 用不同前角的車刀分別切削一段試棒，停車收集切屑并觀察切削顏色（注意 安全，防止燙傷）。測量，并將結果填入表 2-2 中。 3 進給量 對切削變形的影響 在車床上固定試件，裝夾好刀具

12、 試件材料： 20#鋼，試件直徑由現場定。 刀具材料： YT15硬質合金車刀 刀具參數： r 45 ；r 8 ；s 0 ； o 10 ；o 7 ；r 0.1 mm。 切削用量： ap 2 mm 60 m/min 。 改變進給量： 0.2 ；0.36 ；0.51 ；0.66 （mm/r）。 用不同的進給量分別切削一段試棒， 停車收集切屑并觀察切削顏色 （注意安 全，防止燙傷）。測量，并將結果填入表 2-3 中。 表 2-1 切削速度對切削變形影響實驗數據記錄 固定條件 件 試 量 用 削 切 材料 D b c ap r r o o s 實驗數據 序 順 度 速 削 切 ch 度 長 屑 切 1

13、2 3 4 5 6 7 8 四、實驗技能測試 將切屑長度測量后取平均值，記錄在表 2-1、2-2 、2-3 中，計算變形系數 1 詳細敘述實驗過程。 2 有完整的實驗記錄。 3 繪出 ； o；曲線。 4 分析切削參數（、 o、 ）對切削變形的影響規律。 表 2-2 刀具前角對切削變形影響實驗數據記錄 固定條件 件 試 量 用 削 切 材料 D b c ap r r o s 實驗數據 序 順 o ch 度 長 屑 切 1 2 3 4 5 表 2-3 進給量對切削變形影響實驗數據記錄 固定條件 試 件 切削用量 刀具幾何參數 材料 D b Lc ap r r o o s 實 順序 進給量 切屑長度

14、 Lch 變形系數 1 驗 2 數 3 據 4 5 實驗 3、 車削力的測量實驗 一、實驗目的與要求 1 了解八角環形力傳感器的結構和工作原理以及測力系統所使用儀器的工 作過程。 2 了解切削參數（ f 、ap、r 、0、v）對切削力的影響規律。 二、實驗實施的條件 1. 車床 :CA6140。 2. 儀器:CLS一 J 動態數顯應變測力儀 ; gB 一 07 力傳感器。 3. 工具 :0-15Omm游標卡尺。 4. 雙對數坐標紙。 5. 刀具 :YA6 硬質合金車刀若干把。 6. 試件 45 鋼，直徑現場定。 三、實驗具體步驟 車削力是切削過程中產生的重要物理現象之一， 切削力的大小與工件材

15、料和 切削因素有關。它直接影響工藝系統的變形，切削溫度、刀具磨損及功率消耗。 因此精確地測量切削力對于選擇理想的切削參數及合理的切削力是很重要的， 本 實驗就是利用最常用的萬法電阻應變測量法測量車削加工過程中的切削力。 1. 八角環形力傳感器的結構 如圖 4-1 所示: 八角環形力傳感器分為固定部分、彈變部分和裝刀部分，且三部 分為一整體， 彈性部分包括上下兩個八角環， 八角環的內外側有若干個電阻應變 片。 2. 電阻應變片及工作原理 如圖 4-2 所示: 電阻應變片由基底 1、敏件 2和引線 3組成。敏感元件為高阻 金屬絲，電阻值為 :R=pL/A R/R=KL/L=K。 K 為靈敏系數。

16、電阻率比率可近似看作與應變成正比。 當電阻應變片貼在彈性體上時， 則電阻值 隨彈性體應變而發生變化。 3. 電橋測量電路 電橋電路把電阻應變片上電阻值的微小變化轉換成電壓信號的變化，圖 4-3 所 通過適當的粘貼， 使電阻應變片 R1、R2、R3和 R4 隨應變的變化而分別變大利變 小，且變化量分為 R1、 R2、 R3和 R4。 10 設變形前 R1、R2、R3和 R4組成的電橋電路平衡，即 R1/R3=R2/R4，u 輸出為 當電阻變化時， u1、u2 分別增加和減少，所以變形后輸出電壓為 : u=u1-u2 若使 R1=R2=R3=R4=R一（般力傳感器的測量電橋的電阻應變片值為 120

17、Q），且 R1R2-R3-R4，則可以推出 U=E K 根據虎克定律，彈性體中 :F=K， =F/K u=EK =EKF/K 所以電壓輸出信號近似與彈性體受力成正比。實際測量時，為了提高測量精 度，常將貼在不同位置的相同阻值的應變片， 串并接于電橋電路中， 組成復雜的 橋路。 4. 八角環形電阻式力傳感器的工作原理 八角狀環彈性元件由圓環演變而來， 當園環上施加徑向力 Fy 時，園環各處的 應變是不同的，根據分析可知與作用力方向成 39.6 處 B 的應變等于零，此處 稱為應變節點。在水平中心線上則由最大應變，因此將四片應變片R1、 R2、R3 和 R4如圖 4-4a 所示那樣粘貼， R1、R

18、3受拉應力， R2和 R4受壓應力。 當圓環上施加徑向力 Fx時，應變節電處于 A-A 位置，將四片應變片 R5、R6、 R7和 R8粘貼于如圖 4-4b 所述（ 39.6 ），此時， R5、R7受拉應力， R6和 R8 11 受壓應力。當圓環上同時受 Fx、Fy 作用時，把應變片組成圖 4-4e 和 4-4f 所示 的電橋電路，就可互不干擾地分別測得 Fx、 Fy，由于八角狀環易于固定夾緊， 所以常用它代替圓環。 當八角狀環受主切削力 Mz 的作用時，它既受到垂直向下的壓力，又受到彎 矩的作用 (4-4d) 。Fz 力與各應變片軸向垂直不起影響，卻使上部環受拉應力， 下部環受壓應力， 因此將

19、應變片 R9、R10、R11和 R12 組成圖 4-4g 所示電橋就可 以測出 Fz。這樣，通過上述測力儀各應變片組成的三個全橋電路接入測試系統， 就可以分別測出 Fx、Fy、Fz。 實驗內容 1. 改變走刀量 f=0.1;0.2;0.3;0.4lmm/r 。用每個走刀量分別切削一段金屬，切削力從測力 儀讀出，記錄測量結果。 2. 改變切削深度 ap=0.5;1;1.5;2mm 用每個切削深度分別切削一段金屬，切削力從測力儀讀出，記錄測量結果。 3. 改變主偏角 kr=45 o； 60o； 75o； 90o； 用四把主偏角不同的車刀分別切削一段金屬，切削力從測力儀上讀出，記錄 測量結果。 4改

20、變前角 0=0o； 15o； 30o 用三把前角不同的車刀分別切削一段金屬，切削力從測力儀讀出，記錄測量 結果。 5 改變切削速度 v = 3;20;30;100mm/min 用上述切削速度分別切削一段金屬，切削力從測力儀讀出，記錄測量結果。 12 圖 4-4 圓環與八角環 四、實驗技能測試 1. 要有原始數據記錄 2對實驗結果進行分析，繪出 化曲線 f-Fz 、 ap-Fz 、kr-Fz 、 0-Fz 、 v -Fz 變 13 實驗 4、粗車外圓、端面 一、實驗目的與要求 1、合理組織工作位置，注意操作姿勢 2 、刀具中心高的調整方法 3 、用手動進給均勻的移動床鞍、中滑板、小滑板、按要求車

21、削工件。 4 、遵守操作規程，養成文明生產，安全生產的良好習慣。 二、實驗實施的條件 機械制造技術基礎實驗指導書 、 45車刀、刀墊若干、塑膠棒 、教學車床 三、實驗具體步驟 1. 45外圓車刀的裝夾和應用 45外圓車刀有兩個刀尖，前端的刀尖通常用于車外圓，后左側的刀尖通 常用于車平面，切削刃通常用于左、右的倒角。 車刀裝夾時，后左側的刀尖必須嚴格對準工件旋轉中心，否則在車平面至 中心時，會留有凸頭或造成刀尖碎裂，刀頭伸出長度約為刀桿厚度的 1-1.5 倍，伸出過長，剛性變差，車削時容易引起振動（如下圖所示） 。 根據車床主軸的中心高，用鋼直尺測量裝刀 利用車床尾座后頂尖對刀、裝夾車刀。 將車

22、刀靠近工件端面， 用目測估計車刀的高低， 然后夾緊車刀， 試車端面， 再根據端面的中心來調整車刀。 夾緊車刀 用刀架上的螺釘壓緊車刀，每把車刀的壓緊螺釘應 不少于兩個 ，不要產生 虛壓（ 車刀刀桿下面、壓緊螺釘正下方短缺墊片 ） 。 3. 用手動進給車外圓、平面 14 車平面的方法 開動車床使工件旋轉， 移動大滑板或小滑板控制切削深度， 然后鎖緊大滑板， 搖動中滑板手柄進給， 由工件外緣向中心或由工件中心向 外緣車削。（如下圖 2.3 所示） 車外圓的方法 移動大滑板至工件右端， 用中滑板控制切削深度， 搖動大滑板或小滑板縱向 移動車外圓（如圖 2.4 所示） 一次進給車削完畢，中滑板橫向退出

23、車刀，再縱向移動車刀至工件的右端 面進行第二、第三次進給車削，直至符合圖樣要求為止。 倒角 當平面、外圓車削完畢，然后移動滑板，使車刀的刀刃與工件軸線成 45夾角（ 45車刀正好是所需角度） 再移動大滑板、 中滑板使車刀至工件平面 與外圓相交處進行倒角。 例如： 145是指倒角在軸向長度為 1mm，與軸線的 夾角 45。 15 4. 加工步驟 檢查機床安裝車刀安裝工件啟動電機主軸正傳車端 面對刀大滑板退刀中滑板進刀大滑板進給試切大滑板退 刀主軸停轉關閉電機卸下工件清理車床，關閉電源 四、實驗技能測試 1.安裝刀具并車削端面和外圓，外圓是在當前的外圓面基礎上取吃刀深1-2mm 2. 要求 ：刀具

24、中心高正確，手動要均勻。 3. 目的： 使學生熟悉各滑板手輪旋轉方向與車刀運動方向的關系。 培養良好的操作習慣，車削時應先開車，后進刀。切削完畢時先退刀后停車， 否則車刀容易損壞。 培養學生安全意識， 車削前應檢查滑板位置是否正確， 工件裝夾是否牢靠， 卡 盤扳手是否取下。 培養學生質量意識，車削表面的痕跡粗細不一，主要是手動進給不均勻。 充分了解車外圓的方法。 16 實驗 5、 車螺紋實驗 一、實驗目的與要求 1. 通過用普通車床車螺紋， 熟悉車床的結構組成， 各部分的工作 原理，傳動機構，各部件在車削螺紋中的具體作用。 2. 觀察車削變形的情況，以及螺紋加工的具體過程和操作步驟。 二、實驗

25、實施的條件 普通車床 1 臺、毛坯工件若干、車床工具一套，螺紋車刀 1 把 以及輔助工具若干。 三、實驗具體步驟 1、檢查機床是否完好無損，電源是否接通正常。 2、螺紋車刀的選擇。 3、螺紋車刀的安裝： （1）刀尖應與工件軸線等高。 （2）車刀刀桿應與工件軸線垂直。 （3）刀桿伸出刀架不宜過長，一般為刀桿厚度的 1.52 倍。 （4）刀桿墊片應平整，盡量用厚墊片，以減少墊片數量。 （5）車刀位置調整好后應固緊。 4、工件的安裝 ： 在車床上裝夾工件的基本要求是定位準確，夾緊可靠。在車 床上安裝工件應使被加工表面的軸線與車床主軸回轉軸線重合， 保證 工件處于正確的位置； 同時要將工件夾緊， 以防止在切削力的作用下， 工件松動或脫落，保證工作安全。 5、三爪卡盤安裝工件的步驟： （1）工件在卡爪間放正，輕輕夾緊。 （2）開機，使主軸低速旋轉， 檢查工件有無偏擺。 若有偏擺， 應停車后，輕敲工件糾正，然后擰緊三個卡爪，固緊后，須隨即取下 17 板手，以保證安全。 （ 3）移動車刀至車削行程的最左端，用手轉動卡盤，檢查是 否與刀架相撞。 注意事項 （1）車螺紋前先檢查好所有手柄是否處于車螺紋位置，防