实验指导书2007-1.doc

机械制造技术基础实验指导书 崔伟清 张文建编 华北电力大学 二零零六年十二月二零零六年十二月 目目 录录 实验一实验一 车刀几何角度测量车刀几何角度测量 1 实验二实验二 切削力测量切削力测量 7 实验三实验三 机械零件加工精度统计分析机械零件加工精度统计分析 10 参考书目参考书目 14 1 实验一实验一 车刀几何角度测量车刀几何角度测量 一一 实验目的 实验目的 1 熟悉几种典型车刀的构造和几何形状 加深对车刀各几何角度 各参考平面及其 相互关系的理解 2 了解车刀量角台的构造与工作原理 掌握车刀几何角度测量的基本方法 二 实验仪器二 实验仪器 量角台 普通外圆车刀 90 偏刀 切断刀 三 量角台的构造及使用方法三 量角台的构造及使用方法 1 量角台的构造 如图 1 所示 量角台主要由底盘 1 平台 3 立柱 7 扇形盘 6 等组成 底盘 1 为圆 盘形 在零度线左右方向各有刻度 100 用于测量车刀的主偏角和副偏角 扇形盘 6 上 有刻度 45 用于测量刃倾角 前角 后角和副后角 扇形盘前面有一个指针 5 指针 下端是测量板 测量板的前 后两平面和三个刃口 左侧刃 C 右侧刃 B 和下刃 A 可 供测量使用 立柱 7 上带有螺纹 旋转螺母 8 就可以上下调整扇形盘的位置 测量时 把车刀安放在平台 3 上 并靠紧活动靠尺 4 平台可绕底盘中心在零刻线左右 100 范围 内转动 用平台左侧基线板 2 读取圆盘上的刻度值 图 1 2 2 使用方法 主偏角的测量如图 2 所示 先把车刀安放在平台上并靠紧活动靠尺 转动平台 r K 使主切削刃与测量板的前平面贴合无缝 此时 平台左侧基线板 2 所指的圆盘刻度 就 是主偏角的数值 图 2 刃倾角 s的测量如图 3 所示 车刀和测量板的位置与测量主偏角时相同 但是要使 测量板的下刃与主切削刃重合无缝 便可从扇形盘上读出刃倾角的数值 刃倾角正 负 的判别是 指针在 0 线左侧为正 在 0 线右侧为负 前角的测量如图 4 所示 车刀的安放与测量主偏角相同 测量前角时只需把平台 0 向逆时针转动 90 这时主切削刃在基面上的投影与测量板的平面垂直 将测量板的下刃 与车刀的前刀面重合无缝 指针在扇形盘上指示的数值就是前角的大小 前角正 负的 3 判别是 指针在 0 线右侧为正 在 0 线左侧为负 后角 o 的测量如图 5 所示 测量方法与前角基本相同 区别仅是不用测量板的下 刃 而是用测量板的右侧刃紧靠在车刀的后刀面上 后角一般为正值 副偏角的测量 见图 6 与测量主偏角的方法一样 转动平台 使车刀的副切 r K 削刃与测量板贴合无缝 用平台左侧基线板读出副偏角的数值 副后角的测量 见图 7 在测量副偏角之后 将平台顺时针转动 90 使副切削 0 刃在基面上的投影与测量板平面垂直 再用测量板的左侧刃靠紧副后刀面 即可从扇形 盘上读出副后角的数值 图 3 4 图 4 图 5 图 6 5 图 7 四四 实验内容实验内容 1 利用车刀量角台分别测量普通外圆车刀 90 偏刀 切断刀的几何角度 要求学生 测量 等共 6 个基本角度 r K r K s 0 0 0 2 记录测得的数据并完成实验报告 五 实验报告五 实验报告 1 测量记录表 6 基本角度普通外圆车刀90 偏刀切断刀 主偏角 r K 刃倾角 s 前 角 0 后 角 0 副偏角 r K 副后角 0 2 分别画出三种车刀的几何角度标注图 7 实验二实验二 切削力测量切削力测量 一 实验目的及要求一 实验目的及要求 1 加深对切削过程中影响切削力的诸因素的认识 掌握切削力的测量原理及方法 2 掌握实验数据的处理方法 通过实验求出切削力的经验公式中的系数和指数 即 Z F Z F C z F X p a z F Y f z F z v Y F Y F C y F X p a y F Y f y F z v X F X F C x F X p a x F Y f x F z v 中的系数 和指数 Z F C Y F C X F C Z F X Z F Y Z F Z Y F X Y F Y Y F Z X F X X F Y 建立经验公式 X F Z 3 利用测量结果分析车削时切削速度 v 走刀量 f 及切深对切削力的影响 p a 二 实验仪器及设备二 实验仪器及设备 微机 A D 卡 电荷放大器 三向压电测力仪 CA6140 车床 45 钢试件 三 实验原理及方法三 实验原理及方法 测量方法和测力传感器的选择是切削力测量的首要问题 测力仪的种类很多 有机 械式测力仪 油压式测力仪和压电测力仪等 本实验采用三向压电测力仪进行测量 1 三向压电测力仪的工作原理 三向压电测力仪由一个弹性刀杆与一个安装在其横截面内的压电石英晶体三维力传 感器构成 其结构图如图 1 所示 压电效应产生机理如下 在压电晶体不受外力时 晶体中质点正负电荷重心重合 晶体表面不产生电荷 图 2a 当压电晶体受外力作用而沿一定方向发生形变时 引起正 图 1 三向压电测力仪 8 负电荷偏离平衡位置 重心不重合而使总电矩发生改变 因而晶体两相对表面产生电荷 现象 图 2b c 这种由于机械力作用而产生表面电荷的效应称为正压电效应 压电式力 传感器就是利用这正压电效应 压电晶体因切片方向不同有不同方向的压电效应 三向测力仪有三对不同切型的晶 片 其中一对采用具有纵向压电效应的切片 只能测量 Z 向力 另外两对晶片采用具有 切向效用的切型 且相互灵敏度方向成 90 放置 因而可测 X Y 向上的分力 这样 空 间任何方向上的力作用在传感器上时 传感器就能自动地将力分解为空间相互正交的三 个方向的分力 基于三向压电测力仪搭建的测试系统框图如图 3 所示 当切削过程开始后 测力仪 采集信号 输出到电荷放大器 电荷放大器将电荷量转换为电压值输出 经 A D 转换为 数字量后在计算机上进行数据处理 四 实验步骤四 实验步骤 对于影响切削力的三个主要因素切削速度 v 走刀量 f 及切深 首先改变其中一 p a 项 其他两项固定 经测试可以得到相应测试数据 按同样方法分别改变其他两项 经 测试得到相应的测试数据 1 安装试件 并按图 3 搭建测试系统 2 启动切削力动态测试软件 3 系统参数初始化 4 选择地址及测试通道 5 开始测试 6 数据存盘 7 对测试数据进行处理 获取 稳态值 i x F i y F i z F 五 数据处理五 数据处理 图 2 压电效应产生机理示意图 图 3 测试系统框图 电荷放大器测力仪A D 微机 9 切削力的经验公式如下 1 X F X F X F X Y F Y F Y F Y Z F Z F Z F Z ZYX pFX ZYX pFY ZYX pFz vfaCF vfaCF vfaCF 首先将指数公式线性化处理 两边取对数得 2 LnvZLnfYLnaXLnCLnF LnvZLnfYLnaXLnCLnF LnvZLnfYLnaXLnCLnF XXXX YYYY ZZZZ FFpFFX FFpFFY FFpFFz 采用多元线性回归法对测试数据进行处理 即可得到式 1 中的系数 Z F C Y F C 和指数 建立起经验公 X F C Z F X Z F Y Z F Z Y F X Y F Y Y F Z X F X X F Y X F Z 式 六 实验报告六 实验报告 1 利用实验数据建立切削力 的经验公式 Z F Y F X F 2 根据测量结果分析车削时的切削速度 走刀量及切深对切削力的影响 10 实验三实验三 机械零件加工精度统计分析机械零件加工精度统计分析 一 实验目的一 实验目的 1 验证统计分析理论 熟悉统计分析的基本方法 2 了解系统误差和偶然误差对零件加工精度的影响规律 二 实验仪器二 实验仪器 千分尺 圆柱销试件 三 实验原理及统计分析的基本理论三 实验原理及统计分析的基本理论 1 加工误差的分类 图 1 若对机床一次调整加工出的一批零件进行逐个检测 并以横坐标代表工件的加工顺 序 以纵坐标代表工件误差 则可作出如图 1 所示的曲线 从图上可以看出曲线的局部 是无规律的 在一定范围内随机上下波动 但曲线的总趋势则是有规律地向误差大的方 向发展 而且初时变化较快 逐渐趋于平稳 我们称前者是随机误差的影响 后者是系 统误差所致 对这两种误差的统计分析是控制 提高加工精度不可缺少的环节 2 分析方法 数理统计分析零件加工精度的方法一般有两种 分布曲线法和点图分析法 无论采 用哪种方法 都要对大量零件尺寸进行测量 计算参数 制作图表和曲线 1 分布曲线法 分布曲线法就是将零件的加工尺寸 或误差 与频数之间的关系作成直方图及分布 曲线 如图 2 在图中标出算术平均值 公差带 公差带中心及尺寸分散范围 据此分 析该工序的加工情况 为了绘制曲线 需计算下列参数 算术平均值 x 和均方根差 n i i x n x 1 1 2 1 2 1 xx n n i i 式中 n 样本数量 11 零件尺寸 i x 然后计算工艺能力 P 和工艺能力系数 p C P 6 式中 T 是公差带 p C P T 图 2 零件尺寸分布直方图和理论分布曲线 比较分散范围和公差带的宽度 算术平均值与公差带中心之间的关系等 以此判断 工艺系统存在的误差性质 寻找提高加工精度的措施 这种方法分析 研究工序的系统 误差和随机误差简单易行 但必需在加工全部完了之后方可进行 故不能在加工过程中 即使发现并及时解决问题 以保证加工质量 点图分析法可以弥补上述方法的不足 2 点图分析法 点图分析法能够反映质量指标随时间变化的情况 因此它是进行统计质量控制的有 效方法 这种方法采用的样本是顺序小样本 即每隔一定时间抽取样本容量 n 5 10 的 一个小样本 计算出各小样本的算术平均值和极差 R 它们由下式计算 x n i i x n x 1 1 R minmax xx 与分别为某样本中个体的最大值与最小值 max x min x 点图由小样本均值的点图和极差 R 的点图联合组成 R 图 如图 3 所示 xx R 图的横坐标是按时间先后采集的小样本的组序号 纵坐标各为小样本均值和极xx 12 差 R 在工艺过程中 分组测量一批试件的尺寸 求出各组的算术平均值和极差 R 以x 及上下控制限 作成 R 点图 这样 在生产过程进行中 求得定期抽取的样本数据x 和 即第 i 个样本的均值与极差 分别点注在图和 R 图上 根据这些点在图 i x i Rxx 和 R 图上的分布位置即可判断工序的加工质量 图是控制工艺过程质量指标分布中心x 的变化的 R 图是控制工艺过程质量指标分散范围的变化的 因此 这两个点图联合使 用 才能控制整个工艺过程 图 3 R 点图x 图的中心线 x k i i x k x 1 1 R 图的中心线 k i i R k R 1 1 式中 k 为样本组数 为第 i 组的均值 为第 i 组的极差 i x i R 图上的上