机床静刚度的测定.doc

实验一 机床静刚度的测定一 实验目的通过实验理解和掌握：1. 机床（包括夹具）工件刀具所组成的工艺系统是一弹性系统； 2. 力和变形的关系不是直线关系，不符合虎克定律；3. 当载荷去除后，变形恢复不到起点，加载曲线与卸载曲线不重合；4. 部件的实际刚度远比我们想象要小；5.通过测量计算机床的静刚度。二 设备与仪器1.C616,CF6140 车床；2.单向静刚度仪、三向静刚度仪。机床单向静刚度的测定一 实验原理如图1-1所是：在 C616 车床的顶 尖间装上一根刚度很大的光轴，其受力后变形可忽略不计，螺旋加力器 5 固定在刀架上，在加力器 6 与光轴间装一测力环 7 ，在该环之内孔中固定安装一千分表 3 ，当对如图所安装的测力环加力时，千分表 3 的指针就会转动，其转动量与外载荷的对应关系可在材料实验机上预先测出。本实验中测力环的变形与外载荷（ 0 - 1500N时）的对应关系见表 1 - 1 。实验时，将测力环抵在刚性轴的中点处，在刚性轴靠近主轴端装有千分表 1 ，在刚性轴靠近尾架端装有千分表 2 ，在刀架处装有千分表 4 ，用扳手转动带有方头的加力螺杆 5 施一外载荷（ ），加载大小由千分表 3 的指针转动量所指示，千分表 3 的指针转动量与加载关系如表 1 1 所示，每次加载和卸载时，分别记录下千分表 1,2,4 的读数。为了说明机床的静刚度与尾座套筒的伸出长度有关，实验时，可将套筒分别伸出 5mm 和 10mm 后各进行一次实验，可对实验结果进行比较。二 实验步骤1.按图 1 1 把单向静刚度仪装在车床上，同时装好千分表。2.把测力环抵在刚性轴的中点处，使千分表 3 的指针指零，转动加力螺杆 5 预加载荷 500N后卸载（即千分表 3 的指针旋转 35 微米），然后，重新调整千分表 1,2,4 ，使其指针指零。3.安照表 1 1 所给出的测力环所受载荷与千分表指示数之间的对应关系，千分表 3 的指针每转动 7 微米，等于测力环每次加载 100N，顺次加至 1500N，把每次加载后千分表 1,2,4 的位移数值记录到表 1 3 中。表1-1测力环所受载荷（kg）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 千分表指示数（m）0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 1054.加载至 1500N时，千分表 3 的指针转过 105 小格，这时进行卸载，每次卸载 100N，直至载荷为零，（千分表的指针每次逆转 7 小格，直至载荷为零），切把每次卸载后千分表 1,2,4 的位移数值记录到表 1 3 中。5.加载、卸载、记录要有专人负责，要严肃、认真。三 单向静刚度的计算机床的静刚度是由机床各个部件刚的刚度决定的。实验时把测力环抵在刚性轴的中点处，则机床的静刚度与床头、尾座、刀架它们之间的刚度关系可以用下式表示：=+（+）式中 = = =式中、为在其所受不同载荷的情况下，床头、尾座、刀架的对应位移值，该值可由千分表 1 、 2 、 4 中读出， 即千分表3对应数值，=，则等于加载数值。四 要求1当测力环承受载荷 1500N时，分别计算尾座套筒伸出长度 5 mm和105mm机床静刚度的具体数值。2画出尾座套筒伸出长度为 5 mm时刀架的静刚度曲线图，其中横坐标为刀架水平位移量（m），纵坐标为值。机床三向静刚度的测定一 实验原理在上述的单向静刚度实验中，说明工艺系统受力后会变形。因施加的载荷和测量的变形方向都是在 Y 方向，可以认为是模拟了切削过程中起决定性作用的力和位移，但是在切削过程中，部件的变形和单个零件的变形，不但和有关，而且和切削分力 , 的大小都有关系， Y 方向的位移 Y 应是在 ,的共同作用下发生的位移，才符合工艺系统刚度的定义。根据工艺系统刚度的定义，应用图 1 2 所示的三向静刚度测力仪才能够更精确地测定机床部件的静刚度。三向静刚度测力仪，是由半圆型角铁式框架 1 ，其上每隔 15o有一螺孔，加力螺杆 2 ，测力环 3 内有千分表 4 ，找正棒 5 和 6 ，固定销 7 ，活动销 8 ，锁紧套 9 ，螺钉 12,模拟车刀 13 等组成。切削时所产生的切削力 F ，可以分为三个切削力 Fx、Fy、Fz,如图 1-3 所示。图中：为切削力与它在 Y-Z 平面内投影的夹角；为切削力在 Y-Z 平面内的投影与切削分力 Fz 的夹角。根据几何关系知，各切削分力值为：Fx=FsinFy=FcossinFz=Fcos cos在测量过程中，为了获得不同的值，可以将手柄 2 旋在弓形体 1 上夹角间隔 15的不同螺孔中；为了获得不同的角，可是弓形体 1 绕顶尖孔中心线转动不同的值。锁紧套 9 时与车尾座套筒外径滑动配合的，当位置确定后，即将两个螺钉 12 旋紧。.模拟车刀是由刀杆 13 和刀头 14 组成的，两者用螺钉 15 紧固，在刀头上有一个圆弧槽，圆弧槽的几何中心与安装在刀头前端的钢球中心相重合，刀杆则装在小刀架的压刀槽内。 实验时，我们调整=15， =30，这时各切削分力之间的比由Fx= Fsin,Fy=F cossin， Fz=Fcos cos得：Fx ： Fy ： Fz=0.3 ： 0.5 ：1= 我们只测量刀架的位移，画出刀架的刚度曲线，计算出刀架的平均刚度。对于床头、尾座三向静刚度的测定于单项静刚度测定相似。二 实验步骤1. 把三向静刚度仪装在 CF6140 车床上。2. 参照单向静刚度仪，把千分表装在刀架上，调整千分表 4 使其指针为零，转动加力螺杆 2 预加载荷 40 公斤后卸载（即千分表 4 的指针旋转 55m ），调整千分表使其指针为零。3. 按照表 1 - 2 所给的测力环所受载荷（公斤）与千分表指示数（微米）之间的对应关系，每次加载 40 公斤，顺次加至 200 公斤，把每次加载后刀架千分表的位移数值记录到表 1 - 5 中。4. 加载至 200 公斤时，千分表 4 的指针转过 173 小格，这时进行卸载，每次卸载 40 公斤，直至载荷为零，且把每次卸载后千分表的位移数值记录到表 1-5 中。表12千分表指示数（m）0测力环所受载荷（kg）0三 三向静刚度的计算机床的三向静刚度是指每一方向的位移 Y ，都是在切削分力 Fx ， Fy,Fz 共同作用下的结果。刀架的三向静刚度 K 刀的计算公式应为：=/y其中： 切削力沿 Y 方向的分力y 在、共同作用下的Y方向的位移四 要求画出刀架的刚度曲线，计算刀架的三向平均静刚度。机床单向静刚度实验报告一 外载荷与千分表读数记录（表13）加载与卸载测力环受载荷kg尾座套筒伸出 (5mm)尾座套筒伸出 (5mm)千分表读数 (m)千分表读数 (m)车 头刀 架尾 座车 头刀 架尾 座加卸加卸加卸加卸加卸加卸0102030405060708090100110120130140150二 单静刚度的计算（表14）测力环载荷150kg尾座套筒伸出量静 刚 度5 mm105 mm三 刀架的静刚度曲线图（尾座套筒伸出5mm）四 计算刀架的平均静刚度= =1500/ = N/mm机床三向静刚度试验报告一 刀架受外加