金属切削原理实验(原稿).doc

课程教案实验一 车刀角度的测量课时：2学时 单组人数：3人 学生课前准备：预习实验指导书，复习课程相关内容，熟悉实验用具。课程要求：学会使用车刀量角台、万能量角器，熟悉对常见刀具角度（车刀）的测量重点：测试车刀的标注角度难点：绘制车刀标注角度图（注意：首先检查学生预习情况）一、实验目的1.熟悉车刀切削部分的构造要素，掌握车刀标注角度的参考平面、参考系及车刀标注角度的定义；2.了解车刀量角台的结构，学会使用车刀量角台测量车刀的标注角度；3.绘制车刀的标注角度图，并标注出测量得到的车刀各标注角度数值。二、实验机介绍图11为车刀量角台简图。底盘2的周边，刻有从0度起向顺、逆时针两个方向各100度的刻度，工作台5可绕小轴7转动，转动的角度由指针6指示出来。工作台5的上平面和定位块4的侧平面，是安放车刀的定位平面。当工作台指针6、大指针9和小指针14都处于0度时，大指针9的前面a和侧面b，垂直于工作台5的平面，而大指针9的底面C，平行于工作台5的平面。测量车刀角度时，转动工作台5，同时调整安装在工作台5上的车刀位置，再旋转大螺母18，使滑体13带动大指针9，上升而使其处于适当的位置，然后用大指针9的前面a（或侧面b、或底面c），与构成被测量角度的面或线紧密贴合，从大刻度盘上12上读出大指针9所指示的被测量角度的数值。三、实验原理1.主偏角的测量从图12所示的原始位置，按顺时针方向转动工作台，让主刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图13所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是主偏角的数值。2.刃倾角的测量使大指针底面c和主刀刃紧密贴合，如图14所示，则大指针在刻度盘上所指示的刻度数值，就是刃倾角的角度数值。指针在0度左边时为正，指针在0度右边时为负。3.前角的测量从图12所示的原始位置起，按逆时针方向转动工作台，使工作台指针指到底盘上的刻度数值处，这时，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指针前面a，然后让大指针底面c落在通过主刀刃上选定点的前刀面上，如图15所示，则大指针在刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面前角的角度数值。指针在0度右边时为正，指针在0度左边时为负。4.后角的测量在测完前角后，将车刀向右平行移动，使大指针侧面b和通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，如图16所示，则大指针在刻度盘上所指示的刻度数值，就是主剖面后角的角度数值。指针在0度左边时为正，指针在0度右边时为负5.副偏角的测量从原始位置，按逆时针方向转动工作台，使副刀刃和大指针前面a紧密贴合，如图17所示，则工作台指针在底盘上所指示的刻度数值，就是副偏角的角度数值。6.副后角的测量使工作台顺时针方向转动90度，这时，副刀刃在基面上的投影恰好与大指针前面a垂直，令大指针侧面b与副刀刃选定点的副后刀面紧密贴合，则大指针在刻度盘上所指示的刻度数值，就是副刀刃上的副后角的角度数值。指针在0度右边时为正，指针在0度左边时为负。 四、实验步骤1.按课前对实验指导书的预习，熟悉车刀量角台的结构和工作原理，熟悉车刀切削部分的构成要素。2.本实验机的配套设备为车刀量角台，实验前观察各指针的角度。3.把车刀量角台的大指针、小指针和工作台指针全部调整到0度的位置。4.将车刀量角台平放在工作台上。5.依次测量刀具的主偏角、刃倾角、前角、后角、副偏角、副后角。6.清理现场。五、实验记录车刀编号车刀名称刀杆尺寸BH（mmmm）前角后角主偏角副偏角刃倾角副后角外圆车刀学生下课后，填写实验报告，整理数据、绘制车刀标注角度图。实验二 切削层变形的观察与测量课时：2学时 单组人数：15人 学生课前准备：预习实验指导书，复习课程相关内容，带实验用具课程要求：通过观察及测量切屑、计算切屑变形系数，了解切削变形规律重点：实验过程观察、测量难点：影响切削层变形规律总结（注意：检查预习情况）一、实验目的1 .掌握切削层变形的测量方法；2. 观察切屑形成过程；3. 研究几个主要因素（、）对切削层变形的影响规律。二、实验方法。目前关于研究切削层变形的研究方法有很多，如高速摄影法；侧面方格变形观察法；快速落刀法；光弹法、光塑性实验法；用显微硬度计测量切屑根部各变形区的显微硬度、用切屑变形前后长度或厚度的变化测量变形系数、用X射线法研究加工表面层的塑性变形等，这些都是常用的测试切削层变形的方法。本实验以观察为主，通过测量在不同切削层参数的变化下，以及在对不同材料的切削中，对切下的切屑进行测量，总结切削层变形的规律。三、测量原理 （一）变形系数和剪切角的测量切削层变形就是指被切金属层在刀具的切削刃和前刀面的作用下，经受挤压而产生的剪切滑移变形。衡量这个变形程度的大小，通常用变形系数、剪切角和相对滑移量，但变形系数和剪切角比较直观，尤其的测量也比较方便。1.变形系数的测量方法一：长度法式中为切削层长度；为切屑长度。的求法：在试件上开有两个或一个窄槽约2-4mm，槽内浇锡，见图2-1a。切削时，试件每转一周，就从试件上切下两段切屑。设测得试件外径为D，切削深度为，b为窄槽宽度。则的求法：选取数段完整、比较直的切屑，沿切屑背面在切屑宽度的中央处用细铅丝量出它的长度。方法二：质量法式中为切屑质量，单位为；为工件材料密度，单位为；为切削深度，单位为；为进给量，单位为。方法三：显微镜测厚法式中为切屑厚度；为切削层厚度。的测量：实验时，利用显微镜目镜中的刻线尺测量各种条件下的切屑厚度。的测量：可由落刀时的切削条件给定（也可由显微镜内测出）。2.剪切角的测量同显微镜测厚法一样，实验前利用快速落刀法预先制好一整套切屑根部磨片，或用由这些磨片拍摄的照片。实验时，直接在显微镜或照片上测量剪切角，见图2-1。图2-1对于具有积屑瘤的情况，剪切角的测量较为复杂些。图2-1是具有“鼻形”积屑瘤的切屑根部图。首先根据切屑层中开始产生塑性变形的晶粒所处的位置，判断出塑性变形的初始边界MHIG。再把边界MHIG曲线中的MH段，近似地简化为直线，则MH曲线与切削速度方向间的夹角即为剪切角。图2-2（二）切屑根部磨片的制作及观察制作切屑根部磨片，第一步要对切屑根部取样。取样的主要手段是“快速落刀装置”。这种装置能使正在切削的刀具在某一瞬间以很大的加速度脱离工件，保留了某瞬间的真实切削层变形情况，获得了一定切削条件下的切屑根部标本。把获得的切屑根部从试件上切下，并把它和电木粉一起放入镶样机进行压模，于是制成圆柱形镶样试件，然后要进行粗磨，一直磨到切屑的中央剖面处为止。粗磨后再进行研磨、抛光和酸腐蚀，以制成切屑根部磨片。观察切屑磨片，可找出第一变形区、第二变形区和第三变形区，及已加工表面晶粒的变形情况。观察带有积屑瘤的磨片时，可观察到积屑瘤形状、纤维方向、前端分裂后留在切屑和已加工表面上的分裂片，进而分析它的生长、分裂过程。（三）利用闭路电视系统动态观察切屑形成过程用闭路电视系统观察切屑形成过程是通过“显微镜工业电视”装置完成的。它由金相显微镜1、摄像机2和监视器3三部分组成，见图2-3。它可装在铣床、车床或其他的切削装置上。让它位于时间4和刀具5的侧面，它相对试件及刀具侧面的位置可沿三个相互垂直方向进行调节。切削时刀具与显微镜和摄像机之间无相对运动。图2-3四、实验结果 根据所观察的切屑根部磨片，绘制无积屑瘤的根部磨片及有积屑瘤的根部磨片图。此外，学生试验后分析讨论、或、对变形系数或切剪角的影响。五、实验数据记录及处理 按实验报告要求，写出通过在不同切削层参数的变化下的变形系数的大小，以及在对不同材料的切削中得到的切屑，并对这些切屑进行测量，得到的变形系数，总结影响切削层变形的规律。实验三 车削力的测定及经验公式的建立课时：2学时 单组人数：15人 学生课前准备：预习实验指导书，复习课程相关内容，熟悉实验用具。课程要求：掌握测力方法重点：影响车削力的因素难点：主切削力的经验公式建立一、目的1了解车削测力仪的工作原理及测力方法。2掌握背吃刀量、进给量等对车削力的影响规律。3通过实验数据的处理，建立主切削力的经验公式。二、测力仪的工作原理（一）电阻应变式测力仪的工作原理电阻应变式测力仪有多种形式，常见八角环环电阻应变式测力仪外形见图3-1。电阻应变式测力仪的工作原理为，即在测力仪弹性元件的适当位置粘黏着具有一定电阻值R的电阻应变片，并将其联成电桥。切削时，弹性元件受力变形，于是紧黏在其上的电阻应变片也随之变形，电阻R发生了变化。当应变片受拉深变形时，电阻丝直径变细，电阻增大（R+R），当应变片受压缩变形时，电阻丝直径，电阻减小（R-R），从而电桥有电压（或电流）输出。由于电阻应变片的电阻变化很小，所以一般必须经过电阻应变仪放大。然后由记录仪器记录，再根据标定曲线的换算，就能求得切削力的数值。图3-2a为由电阻应变片组成的电桥，、分别为四个桥臂的电阻。当A、C端加以一定的桥压U时，则B、D端的输出电压U为。当=时。输出电压=0，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。在切削力的作用下，应变片的电阻发生变化，破坏了电桥的平衡。若、分别产生、的电阻变化，则输出电压为。（二）压电式测力仪的工作原理 压电式测力仪的工作原理是基于石英晶体的正压电效应。当晶体受力作用时，产生变形，从而在晶体表面上产生电荷，所产生的电荷量与外力大小成正比，这种现象称为压电效应。由于石英晶体在切片时的方位不同，有纵向效应与切向效应之分。纵向效应的石英晶体片，只有当力垂直作用于石英晶片的表面时，才有电荷产生。而切向效应的石英晶片，只有当力沿着灵敏轴方向切于石英晶片的表面时，才有电荷产生。 单向压电晶体传感器（图3-3a）由两片纵向效应的石英晶体片组成，只能测量垂直于传感器表面的作用力。三向压电晶体传感器（图3-3b）是由三组石英晶体片组成，其中测量力的一组是由二片纵向效应的石英晶片组成，而测量及力的二组都是由二片切向效应的石英晶片组成，但两组石英晶片的灵敏轴方向互成90度，因此，当空间任意方向的力作用于传感器上时，就能自动的将作用力分解为三个相互垂直的分力。图3-3a）单向压电晶体传感器 b）三向压电晶体传感器1-电极 2-绝缘体 3-晶片 4-上盖 5-基座三、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，并对准工作中心高。（2）按测量系统框图连线。（3）熟悉电阻应变仪的使用，并进行电桥平衡调节，熟悉记录仪器的使用。（4）熟悉CA6140机床操作手柄及操作方法，注意安全事项。（5）确定实验条件。2.切削实验用单因素法进行实验，即在固定其他因素，只改变一个因素的条件下，测出切削力。（1）固定、等，依次改变进行切削，并记录下每改变一个时的读数。（2）固定、等，依次改变进行切削，并记录下每改变一个时的读数。（3）其他（还可以改变、等）。四、实验数据记录采用单因素法进行实验：（1）固定、参数，依次改变大小进行切削，并记录下每改变一个时的读数，至少三组数据。（2）固定、等，依次改变进行切削，并