福建工程学院45钢车削性能的研究

- 1 -百手起驾 整理为您目录1. 本综合实践的意义22. 本综合实践的内容23. 实验条件23.1实验设备23.2实验切削用量24. 实验装置34.1 实验装置的标定34.1.1 标定示意图34.1.2 标定的坐标系及其数值计算3- 2 -百手起驾 整理为您4.2 实验系统连接图44.3 实际装置图54.4 波形显示及分析55. 实验方法66. 实验过程图77. 45 钢的切削力正交实验87.1 实验过程说明87.2 实验结果87.3 数据处理128. 45 钢的切削力单因素实验- 3 -百手起驾 整理为您158.1 实验过程说明158.2 实验结果159. 实验结论1510. 心得体会15- 4 -百手起驾 整理为您1. 本综合实践的意义45 钢在各类钢件中所占的比重很大。45 钢具有较高的强度和硬度，其切削性能良好，并且有较好的热处理性能，适合淬火和调质，可以用来制作较重要的零件，如：用来制作受力较大的机械零件，如连杆、曲轴、齿轮和联轴器等。因此通过对 45 钢车削加工性能的研究，提供这类材料车削加工性的数据，同时揭示 45 钢与切削刀具、切削参数之间的内在联系，达到切削刀具、切削参数的优化选择及提高工件表面质量、生产效率的目的，为大、中型精密塑料模具用料的选择及加工提供理论依据，并指导实际生产。2. 本综合实践内容 了解 45 钢的切削加工性； 了解 45 钢国内外研究现状； 掌握使用机床的能力； 掌握使用测力仪等仪器、设备的能力； 设计实验方案； 改变转速、进给量、背吃刀量，测定出这些参数改变时，切削力的具体值； 分析所测数据，得出转速、进给量、背吃刀量与切削力关系。3. 实验条件3.1 实验设备与工具如下机床：普通车窗（CA6140）试件：45 钢（70mm100mm）刀具：硬质合金车刀（牌号：YT14，型号：31305A）仪器：4 通道动态电阻应变仪、A/D 转换模块、数据采集分析系统。3.2 实验切削用量主轴转速：320r/min、400r/min、500 r/min、630 r/min背吃刀量：1mm、2mm、3mm、4mm进给量：0.20mm/r、0.24 mm/r、0.30 mm/r、0.34 mm/r- 5 -百手起驾 整理为您4.实验装置4.1 实验装置的标定4.1.1 标定示意图图（4.1.1）标定示意图4.1.2 标定的坐标系及其数值计算（1）Y 方向的标定，放大倍率为*8 倍y = 0.0236x + 0.01400.20.40.60.811.21.41.61.820 20 40 60 80 100F/N电压(V) 系 列 1线 性 (系 列 1)因此，Y 通道 1V 的电压对应的力值为Fx = 80/1.9 N/V = 42.10 N/V- 6 -百手起驾 整理为您（2）Z 方向的标定，放大倍率为*4 倍y = 0.0182x + 0.05800.20.40.60.811.21.41.60 20 40 60 80 100F/N电压(V) 系 列 1线 性 (系 列 1)因此，Z 通道 1V 的电压对应的力值为Fz = 80/1.5 N/V = 53.33 N/V坐标曲线说明：在做标定实验时，我们分四次进行标定，每次标定时加一个砝码，每个砝码重 20N，标定时，测力仪通过采集卡与电脑连接，在相关的软件帮助下分析出力与电压之间的关系。但由于本次实验，所使用的采集卡出现了一定的问题，通过电脑显示的曲线稳定性不好，波动大，对实验的结果造成很大的误差。我们只能通过测力仪记录每次显示的电压值。由于在做标定实验时，有方面的因素，诸如标定所用的绳子的柔性不够，测力仪所显示读数不稳定等因素不考虑，每次加砝码所显示的数值都呈现出规律的线性递增。我们将此理想化分析成斜率不变的曲线，绘制出来三个方向所受的力与电压值之间的关系就如上三个图所示的线性关系。4.2 实验系统连接图- 7 -百手起驾 整理为您图（4.2）切削力测试系统图对 45 钢进行车削力的测量实验，将测力仪安装固定在 CA6140 普通车床的横向溜板上，切削时，作用于刀片的三向力 Fx、Fy、Fz（其中 Fx 代表进给抗力，Fy 代表切深抗力，Fz 代表切向力）直接传递给测力仪的传感器，测力传感器将所受的力转化为电信号，经放大器放大，再由数据采集卡进行信号采样，最后将采样数据传输并存储到电脑中，并用专业的软件进行分析。4.3 实际装置图图（4.3）切削力测试实验装置图4.4 波形显示及分析- 8 -百手起驾 整理为您图（4.5）波形显示图分析：波形主要有三个通道，1 通道是 Fx，2 通道是 Fy，3 通道是 Fz，以切削的平稳 L处的切削力减去初始未切削时的力的值为实际切削时的力。5.实验方法我们要做切削速度、进给量、背吃刀量，测定出这些参数改变时与切削力之间的关系，所以要改变转速、进给量、背吃刀量这些因素，对切削力产生的影响。实验方法我们考虑单因素法和正交试验法。单因素法就是改变其中一个因素，其他因素不变来测定它与切削力的关系，此试验方法做实验花费的时间需要比较长，由于多方面的因素，加上我们专周实践环节的时间有限，因此我们只对用单因素法对道具的型号这一影响因素进行实验。寻求切削力的基本规律，建立特定条件下的切削公式，正交试验是最有效的方法。正交试验法就是利用排列整齐的正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的试验次数找到较好的生产条件，以达到最高实验效果。正交表能在因素变化范围内均衡抽样，使每次试验都具有较强的代表性，由于正交表具备均衡分散的额特点，保证了全面试验的某些要求，这些试验往往能够较好或更好的达到试验的目的。这种方法能实现尽可能少的试验次数，得到有说服力的实验结论。通过正交试验，能分清影响实验指标诸因素的主次关系，可找出各因素的水平高低对实验指标的影响规律。1）正交试验法：多因素同时变化，多因素变化组合的规律按正交规律进行，以便以较少的实验次数，获得较可靠的经验公式。2）多因素试验法：每种只改变一种切削条件，而使其它条件固定，这样建立起单元关系。必要时对各种切削条件都按此法建立与切削力的但愿关系，再将个单元关系综合，就可以建立起多元经验公式。- 9 -百手起驾 整理为您因为各因素对切削力的影响规律不是独立的，而是互相影响的，较宜采用正交试验法，以便考察交互作用情况；且正交试验法比较简便、快捷。取主轴转速320r/min、400r/min、500r/min、630r/min；背吃刀量 1mm、2mm、3mm、4mm；进给量0.20mm/r、0.24mm/r、0.30mm/r、0.34mm/r 进行实验6.实验过程图7.45 钢的切削力正交试验7.1 实验过程说明分为四大组进行试验，第一组实验有四个小组，每一组把背吃刀量取固定值为1mm，按正交表安排进行丝足的实验，将 A/O 转换模块显示的数据记录在表格内。然后查阅表面光洁度表查找对应切削的四个组的表面质量，再把质量好的表面车留一段与其他组的表卖弄好的进行比较，同理另外三大组的实验也进行同样的实验。最后，留下的四段切削的表面质量进行比较，选出最好的一组为最佳组。7.2 实验结果使用的刀具为 YT5、YT15 的车刀表（7.1） 45 钢正交切削三相力数值YT15 YT15 YT5 YT5序号 Fy Fz Ra Fy Fz Ra Fy Fz Ra Fy Fz Ra1 0.55 0.66 3.2 0.71 0.64 6.3 0.75 0.44 3.2 0.36 0.69 3.2YT15 YT15 YT5 YT5序号 Fy Fz Ra Fy Fz Ra Fy Fz Ra Fy Fz Ra2 0.47 0.57 3.2 0.47 0.68 6.3 0.5 0.76 3.2 0.63 0.47 3.2- 10 -百手起驾 整理为您3 0.32 0.95 6.3 0.56 0.83 6.3 0.91 0.85 3.2 0.81 0.69 3.24 0.46 0.96 6.3 0.65 0.9 3.2 0.8 0.81 6.3 0.63 0.95 6.35 0.44 0.44 3.2 0.45 0.59 3.2 0.57 0.57 3.2 0.08 0.48 3.26 0.5 0.49 6.3 0.36 0.48 3.2 0.5 0.51 3.2 0.31 0.5 3.27 0.58 0.49 6.3 0.51 0.7 6.3 0.48 0.77 6.3 0.6 0.55 3.28 0.62 0.95 6.3 0.32 0.64 6.3 0.1 0.64 6.3 0.49 0.71 3.29 0.56 0.53 3.2 0.43 0.47 6.3 0.48 0.51 3.2 0.56 0.33 6.310 0.06 0.47 6.3 0.47 0.51 6.3 0.38 0.55 6.3 0.84 0.58 3.211 0.36 0.41 3.2 0.39 0.33 6.3 0.23 0.4 3.2 0.6 0.34 3.212 0.24 0.45 3.2 0.21 0.37 3.2 0.5 0.41 6.3 0.39 0.4 3.213 0.25 0.35 6.3 0.09 0.42 6.3 0.48 0.34 3.2 0.88 0.23 3.214 0.1 0.28 3.2 0.09 0.28 6.3 0.26 0.29 3.2 0.6 0.26 3.215 0.42 0.21 1.6 0.07 0.24 3.2 0.4 0.25 1.6 0.36 0.31 3.216 0.28 0.18 1.6 0.12