机床静刚度的测定

1、1实验一机床静刚度一实验目的通过实验理解和掌握：1.机床（包括夹具）一一工件一一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。机床单向静刚度一 实验原理如图1-1所是：在C616车床的顶 尖问装上一根刚度很大的光轴I ,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

2、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（Fy），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

3、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。22.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数之间白勺对应关系，千 分表3的牌十每转7彳，等T测力环每次ft 100N顺次A代1500N把每次加千分表1,2,4的位霹到表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（11m0 7

4、 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：上=上+1（上+上）k机k几4k机k尾F刀k刀=一式中y头、y刀、y尾为在其所受不同载荷

5、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，F头=尾=；F刀，则F刀等丁加载数值。四要求31.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105mift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（11m ,纵坐标为Fy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

6、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。图1-Z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。4图中：a为切削力与它在Y-Z平面内投影的火角；6为切削力在Y-Z平面内的投影与切削分力Fz的火角。根据几何关系知，各切削分力值 为

7、：Fx=Fsin aFy=Fcosasin 6Fz=Fcosa cos 8、-、.U 亍-、.在测量过程中，为了获得不同的a新）斗云、A）值，可以将手柄2旋在弓形体1上夹/ V泠 角间隔15。的不同螺孔中；为了获得 不同的6角，可是弓形体1绕顶尖孔/弟用！中心线转动不同的6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w钉12旋紧。.模拟车刀是由刀杆13和刀头14图！一】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a =15 , 6 =30,这时各切削分力之间的比由Fx

8、= Fsin a ,Fy=F cos a sin 6 , Fz=Fcos a cos 6得：Fx : Fy : Fz=0.3 : 0.5 : 1Fymaxymax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。对丁床头、尾座三向静刚度的测定丁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55Mm） ,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

9、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5表1-5中。表1 2千分表指 小数（1 m0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：k刀=Fy/y其中：Fy切削力沿Y方向的分力y在Fx、Fy、Fz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。6机床单向静刚度实验报告一 外载荷与千分表读数记录（表1- 3）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（11m）千分表读数（11m）车头刀架尾座车头刀架尾座加卸加卸加卸加卸加卸加卸01020304050607080901001101201301401507二 单静刚度的计算（表1 4）测力环载荷150kg尾座套筒伸出量静 刚 度k机k尾k刀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(1 mk=FN/mm=1500/8机床三向静刚度试验报告刀架受外加载荷与