金属切削实验指导教程

1、第一编 传统加工技术传统加工技术是指用传统的通用加工机床进行加工的方法，如车、铣、鉋、磨等。传统加工技术适用于中、小规模生产，特别是小规模生产，其特点是设备投资少，生产成本低，对机床的操作掌握相对容易，但生产效率较低。目前，在工业生产中，应用最为广泛、使用最多的加工手段仍然是传统加工制造技术。目前世界上有80的产品零件是用传统加工方法完成的。传统加工的工艺装备主要有通用车床、通用铣床、通用鉋床、通用磨床和通用齿轮加工设备等。传统加工技术主要是研究金属切削原理、金属切削刀具、金属切削机床和机械制造工艺等内容，同时，金属切削原理、金属切削刀具和机械制造工艺学的研究内容也是现代加工技术的基础数据和资

2、料，因此，即使目前现代加工技术方兴未艾，但传统加工技术的研究内容仍然是非常重要的。本篇讲述的主要内容就是在概述基础理论的基础上，通过典型实验来介绍实验仪器和设备的原理、结构和使用；完成相应实验的步骤和方法；实验数据的处理以及实验图表的制作，同时明确实验的目的和意义。第二章 金属切削原理与刀具 2.1 切削概述切削加工的方法很多，切削过程也不尽相同，但大多都有共同的规律，诸如切削刀具（或工具）与工件之间都所具有相对运动（即切削运动），切削过程都要产生一些物理现象等等。金属切削原理与刀具是研究金属切削过程的变形规律、切削力的产生与计算、切削力的测量、切削刀具的几何参数与切削力和零件表面质量的关系、

3、刀具材料与刀具的使用寿命以及生产率和生产成本等内容。研究和掌握这些基本规律，是学习和分析各种切削加工方法的基础，也是拟订各种技术规范的理论依据。2.2 车削力车削力是最具代表性的切削力，下面以车削力为代表，阐述一下车削力的产生和测量及计算方法，以达到举一反三的功效。2.2.1车削力的产生及计算一、车削力的产生研究车削力的目的是为了生产上的需要，要正确的设计和使用机床、刀具和夹具，防止加工时工件变形过大和引起振动，就必须对车削力的大小和方向进行研究和掌握。车削时，抵抗材料弹性-塑性变形所形成对前刀面的正压力N前和切削滑出时对前刀面的磨擦力F前，工件对后刀面的正压力N后和磨擦力F后，这些作用在刀具

4、上的力的合力F被称为车削过程的切削力。车削力F是一个受很多因素影响的空间力，它的大小和方向很难直接测出。车削时，一般把切削力F分解成空间直角坐标上的三个切削分力（Fc、Fp、Ff）如图2-2-1所示。其中Fc为垂直切削分力，方向垂直水平方向，消耗机床绝大部分（95以上）功率，故被称为主切削力，是计算机床动力、工艺装备强度和刚度时的必备数据；Ff为走刀抗力，是切削力F在走刀方向上的分力，切削时，走刀速度比切削速度慢得多，所以消耗功率很少（约占15），Ff作用在走刀机构上，是设计机床走刀机构的必要数据；Fp为吃刀抗力，这是切削力F在吃刀方向上的分力，由于切削时这个方向的速度是零，所以Fp不作功，F

5、p作用在工件的径向上，会把工件在水平方向顶弯，并引起振动，Fp引起工件的变形，影响工件的加工精度和光洁度远较Fc为大。由图2-2-1知，总切削力F和切削分力之间有如下关系： （21）一般情况下Fc：Fp：Ff=1：（0.450.65）：（0.350.55），将这一数值代入公式（21）有=可见，主切削力Fc差不多等于合力F。因此，在实际应用上计算切削力或功率以及研究切削力时，可以用主切削力代替合力。二、车削力的计算目前车削力的理论计算公式有很多种，但由于一方面精度不高，另一方面理论公式比较繁杂，应用价值不高，这里就不作介绍了。在实际工作中，特别是在工程实践中多使用经验公式，因此这里重点介绍车削力

6、的经验公式。车削力的经验公式是用试验方法求出各因素变化时的切削力的数据，然后将试验数据加以整理，将主要的因素列成经验公式、将次要的因素列成经验公式的修正系数，供实际工作中使用。这种车削力计算方法使用方便，精度较高，所以在实际工作中应用广泛。在求车削力的经验公式时，先假定其它切削条件不变，只改变其中一个因素，求出每个单因素影响的公式，然后再综合起来求出总公式，即为车削力的经验公式。当工件材料、刀具几何形状、切削速度等条件不变时，则车削力仅与进给量f和切削深度ap有关。现以主车削力Fc为例，举例说明经验公式的求法。在确定Fc和f、ap之间的关系时，为了简化问题，首先分别研究Fc和f、ap之间的关系

7、，然后综合研究Fc和fap之间的关系。 1、Fcap之间的关系在切削某种给定的钢材时，其它因素不变，只改变切削深度ap。根据测力仪所测的不同ap时的Fc ,将ap的数值及Fc的数值都画在对数坐标内，此时在对数坐标的曲线必然接近直线。我们先假定Fcap曲线的方程为： (22)式中：系数； ap的切削力指数；将式(22)两边取对数，得 （23）此式在双对数坐标内为一直线，为直线在双对数坐标内的纵截距，为该直线的斜率，参见图2-2-2。2、Fcf之间的关系同上理，其它因素不变，只改变进给量f。我们先假定Fcf曲线的方程为： （24）式中：系数； f的切削力指数；将式(24)两边取对数，得 （25）此

8、式在双对数坐标内也必为一直线，为直线在双对数坐标内的纵截距，为该直线的斜率，参见图2-2-2。3、ap与f综合对Fc的影响关系假定主切削力Fc与f及ap的关系方程式为： （26）式中：主切削力系数； 切削深度p的主切削力指数 进给量f的主切削力指数。4、计算举例试验条件：工件：热轧碳钢 刀具：K=45°；0=10°； 切削速度v=100m/min；进给量f=0.2mm/r用车削测力仪测得主车削力Fc数据见表2-2-1。 表2-2-1切削深度ap(mm)11.522.5主车削力Fc(N)4456509201120把表2-2-1数据画在如图2-2-2(a)的双对数坐标中，通过图

9、中各试验点作一直线贯穿期间，可知对数关系图形是一直线，测得该直线倾角=45°。从图2-2-2(a)中可知，该直线的截距是lg445，该直线的斜率为tg45°，比较(2-3)式有：=445； =tg45°=1把和代入式(2-2)得： （2-7）这次取p=1mm,其它试验条件同上，用测力仪测得Fc数据见表2-2-2。把表2-2-2数据画在如图2-2-2(b)的双对数坐标中，通过图中各试验点作一直线贯穿期间，可知对数关系图形也是一直线，并测得该直线倾角=37°。从图2-2-2(b) 中可知，该直线的截距是lg151，该直线的斜率为tg37°，比较(2

10、-5)式有：表2-2-2进给量f(mm/r)0.10.20.30.4主车削力Fc(N)270470600750=151； =tg37°=0.75把和代入式(2-4)得： （2-8）综合式（2-7）和（2-8）中Fc和p、f之间的关系，即可求出Fc与p和f的关系，即：由式（2-7）知，当f=0.2mm/r时， Fc=445p （2-9）由式（2-8）知，当p =1mm/r时， Fc=151f0.75 （2-10）根据式（2-6）结构，综合式（2-9）和（2-10），则得Fc=pf0.75 （2-11） 联立解式（2-9）和（2-11）有： Fc=445p=pf0.75 ，再将f=0.2

11、mm/r代入得到：445=(0.2)0.75 =149再联立解（2-10）和（2-11）式有：Fc=151f0.75=pf0.75 ，再将p=1mm代入又有： 151=×1.=151考虑到试验时数据可能会有误差，将所求得到的两个取平均值，得到：=故得到主车削力Fc与p和f的关系为：Fc=150pf0.75式中150即为，它代表在该具体条件下，即p=1，f=0.2时的切削力。以上是主车削力Fc的经验公式的求法，按同样方法也可以求出Fp和Ff的经验公式。2.2.2 影响车削力的因素影响车削力的因素很多，主要是工件材料、切削用量、刀具几何参数及刀具磨损等。一、 工件材料的影响金属切削理论表

12、明，随着被加工材料强度和硬度的提高，切削力会有所增加；对于强度和硬度相近的材料，因其塑性较大，则强化系数较大，与刀具间的磨擦系数和磨擦角也就较大，故切削力增加；在切削脆性材料时，切削被崩碎，塑性变形及切削与前刀面间的磨擦都很小，故其切削力一般低于塑性材料。二、 切削用量的影响1、 切削深度和进给量切削深度p或进给量f加大均使切削力增大，但两者的影响程度不同，金属切削理论表明，p增大时，切削力成正比增大，而f增大时，切削力不成正比增大，即当p增大一倍时，Fc增大一倍, 而f增大一倍时，Fc只增大6886。2、 切削速度加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小，这重要是因

13、为随着撕毁削速度v的增大将使切削温度提高，在低速范围内，由于存在着积削瘤的产生与消失过程，所以切削速度对于切削力的影响会随着积削瘤的产生与消失而波动。在切削脆性材料时（如灰铸铁、铅黄铜），因其塑性变形很小，切屑和前刀面的磨擦也很小，所以切削速度对切削力没有显著的影响。三、 刀具几何参数的影响1、 前角前角0加大，被切金属的变形减小，因此削力将显著下降。一般加工塑性较大的金属时，前角对切削力的影响比加工塑性较小的金属更显著。2、 负倒棱在锋利的切削刃上磨出适当宽度的负倒棱，可以提高刃区的强度，从而提高刀具的使用寿命，但将使被切金属的变形加大，使切削力有所增加。3、 主偏角当主偏角加大时，Fp减小

14、，Ff加大。当加工塑性金属时，随着主偏角Kr加大，Fc减小，约在Kr=6075°之间时，Fc减小到最小，然后随着主偏角Kr加大，Fc又有所增大，Fc的变动范围不大，无论减小或增大，都在10以内。主偏角Kr加大时，Fp/Fc减小，Ff/Fc加大。4、 刃倾角刃倾角变化时，将改变合力F的方向，因而影响各分力的大小。刃倾角s减小时，Fp增大，Ff减小。在非自由切削的情况下，刃倾角在10-45°的范围内变化时，Fc基本不变。5、刀尖圆孤半径在一般的切削加工中，刀尖圆孤半径对Fp和Ff的影响较大，对Fc的影响较小。当刀尖圆孤半径在0.252mm范围内变化时，随着刀尖圆孤半径的加大，F

15、p增大，Ff减小，Fc仅略有增大。2.2.3 车削力的测量车削力的测量是研究金属切削过程的一个重要手段，通过对切削力的测量和研究，可以判断工件材料的切削加工性能，也机床设计的重要依据。在实际生产中，特别是在批量生产中，对于合理选择刀具几何参数及切削用量等生产工艺过程是具有非常重要的实际意义的。同时也有助于研究切削过程的物理本质，为机床设计、工艺装备设计和工艺规程的编制均能提供必要的原始资料。车削力的测量，一般是测量各车削分力。车削力的测量由三向车削测力仪来完成。三向车削测力仪由YDC-89型压电式三向车削侧力计、YE5850电荷放大器、DIN-50S型接线盒、PCI-9118DG数据采图2-2

16、-3 压电式三向车削测力计结构图集卡和计算机组成。下面首先介绍一下三向车削测力仪。一、 YDC-89型压电式车削侧力计结构及工作原理YDC-III89型压电式三向车削测力计是由一个带有弹性环的刀杆整体构件和一个装于其内的压电石英晶体三维力传感器构成，如图2-2-3所示，头部装有活动刀片，可以像普通车刀那样安装在刀架上车削工件。压电石英晶体三维力传感器有三对不同切型的石英晶片装入壳体内，其中一对采用具有纵向压电效应的切片，只能测量垂直的Z向力;而另外两对晶片由于采用具有切向效应的切型，且相互成900 放置，因此可测X和Y方向的分力，这样空间任何方向的力作用在传感器上时，传感器便能自动地将力分解为

17、空间相互正交的三个分力，即可以拾取到X、Y、Z三个方向的力信号。二、 车削力测量系统组成及工作原理测力系统由压电式三向车削侧力计、电荷放大器、接线盒、PCI-9118DG数据采集卡和计算机组成，压电式三向车削侧力计将切削力的变化转变为电荷的大小并拾取，再由电荷放大器进行放大，得到比例放大的模拟电压信号，通过接线盒沿着ACL-10250连接电缆将模拟电压信号送入已经装入计算机内的PCI-9118DG数据采集卡，经过数据采集卡对力信号的A/D转换后由计算机处理并显示和读取。三、 切削力测量系统硬件连接切削力测量系统硬件连接原理如图2-2-4。图2-2-4 车削力测量系统硬件连接原理图YDC-89型

18、压电式车削侧力计象普通车刀的安装一样，固定在刀架上。车削力测量系统硬件连接详图见图2-2-5，压电式车削测力计的三根信号线分别接于三个电荷放大器前面的Q输入端，三根两端带有Q9接头的放大器输出线的一端分别连接每个电荷放大器后面的输出端，而其中的另一端分别与接线盒上对应Q9 的接线柱相连，ACL-10250连接电缆再将接线盒与装于计算机上的PCI-9118DG数据采集卡连接好，最后接上电源线方告接线完成。硬件安装与连接还应注意以下事项：1、测力计的安装表面应确保平整(与测力计的底面一样需车削或刮研)和清洁，以防产生附加剪应力使向间干扰增大。同时，测力计的刀尖应与车床的回转轴等高。2、电荷放大器使

19、用前要调好灵敏度，预热半小时。3、测力计和电荷放大器应有可靠接地，最好设置专门的地线，使整个测力系统有图2-2-5 连接详图一个统一的地线。4、使用前，将测力计的输出线短接放电，但千万不能将电荷放大器输入端短接。5、电荷放大器未测试之前，应始终处于复位状态。四、切削力动态测量显示软件系统的使用1、 运行车削力动态测试软件系统在计算机桌面上双击切削力动态测试系统图标，出现图2-2-6所示的信号采集卡选择界面，选择PCI-9118按开始使用后出现图2-2-7所示的切削力动态测量显示系统界面。 图2-2-6 信号采集卡选择界面2、执行命令（完成正常测试步骤）.信号采集方式的选择如图2-2-7点击执行

20、命令下拉菜单，选择低速连续测量；再点击执行命令下拉菜单，选择动态测量如图2-2-8所示；这时将会看到图2-2-9所示的对话框，在对话框中按着相应的提示写入相应的数据，其中的采样频率为必填项，通常为100，三个方向报警阈值为必填项，通常为2021 （因为测力仪的最大测力范围为2021 N），也可以按默认值填写后个别修改；确认后再次点击执行命令下拉图2-2-7 切削力动态测量显示系统界面菜单，点击获取零点，屏幕弹出保存文件对话框如图2-2-10，默认为tmp.dat,则测试数据将保存在该文件下，如果键入文件新名称，则测试数据将保存在新名称文件下，这时信号采集方式的选择完成图2-2-8 选择测量方式

21、界面图2-2-9 在线测试输入对话框图2-2-10 保存数据文件对话框.测试按开始测试按钮即可执行测试。这时在切削力与时间动态显示曲线图形区有三色曲线显示如图2-2-11。同时测试按钮灰化，终止按钮激活。图2-2-11 动态曲线显示状态.结束测试按停止按钮即可结束测试。系统将产生一个报告文件（report.txt）,汇总本次实验的基本条件和数据，可以打开查看，如果想保留它，请另取文件名，否则下次测试将覆盖原来的内容！系统将本次测量的数据文件存放在名为tmp.dat的文件中，如果想保留，按“请您注意保存测试记录信息”提示框中的 “是” 按钮并进一步操作，否则按“否”按钮即可。2.2.4 车削力的

22、测量实验一、实验意义切削力的测量是研究金属切削过程的一个重要手段，通过对切削力的测量和研究，可以判断工件材料的切削加工性能。在实际生产中，特别是在批量生产中，对于合理选择刀具几何参数及切削用量等生产工艺过程是具有非常重要的实际意义的。同时也有助于研究切削过程的物理本质，为机床设计、工艺装备设计和工艺规程的编制均能提供必要的原始资料。二、实验目的1、 了解压电式车削侧力仪的工作原理、结构及使用方法。2、 利用三向车削侧力仪测量切削用量与切削力的关系。3、 学会测量切削力及处理实验数据的方法，求出车削力经验公式。三、实验类性：验证型四、试验设备1、 YDC-89型压电式三向车削侧力计2、 YE58

23、50电荷放大器3、 DIN-50S型接线盒4、 PCI-9118DG数据采集卡5、 计算机6、 CM6140车床五、主要设备结构、工作原理及安装、车床结构车床的外形如图2-2-12所示，由床身21、主轴箱19、主轴20、进给箱22、刀架23、尾座24以及装于保护罩内的皮带轮8等组成，操纵系统由主轴变速手柄1、2，进给量调整手柄3、4，螺纹种类及丝杠、光杠变换手柄5，主轴正反转操纵手柄6，刀架纵横向自动进给手柄及快速移动按钮7，床鞍纵向移动手轮9，图2-2-12车床外形及传动系统操作布置图下刀架横向移动手轮10，方刀架转位及固定手柄11，上刀架移动手柄12，尾座顶尖套筒固定手柄13，尾座快速紧固

24、手柄14，尾座顶尖套筒移动手柄15，急停按钮16，电源总开关17，主电机控制按钮18，等组成。、试件安装与调整卸下卡盘，装上拨盘，床头床尾各装上顶尖，将试件装在两顶尖之间，将测力仪刀头装在刀架上，将尾座的各个活动环节紧固好后，调整测力仪刀尖与主轴回转中心处于水平位置。、测力仪测力仪的结构、工作原理及安装详见前述。六、实验步骤1. 按着上述，将测力计安装在车床的刀架上，将试件装在两顶尖之间，调整测力仪刀尖与主轴回转中心处于水平位置，紧固好尾座的各个活动环节。2. 按着上述，将测力仪硬件系统连接好后，启动系统，然后进行系统设置。3、启动机床，设定好切削速度和走刀量，准备测量。4、测量切削深度ap对

25、切削力的影响固定刀具几何角度、切削速度和走刀量，改变吃刀深度ap，进行切削加工，同时进行测量，将测得的Fc、Fp和Ff值填入实验报告相应表格中。5. 测量走刀量f对切削力的影响固定刀具几何角度、切削速度和吃刀深度，改变走刀量f，进行切削加工，同时进行测量，将测得的Fc、Fp和Ff值填入实验报告的相应表格中。6. 测量切削速度v对车削力的影响固定刀具几何角度、吃刀深度和走刀量，改变切削速度，进行切削加工，同时进行测量各方向车削力，将测得的Fc、Fp和Ff值填入实验报告的相应表格中。七、实验操作注意事项1、 实验操作前请仔细阅读实验指导教程的相关内容，熟悉机床传动与操作。2、 将测力仪刀杆牢牢地固

26、定在刀架上，否则受力过大可能会造成刀杆的移动，影响测量效果。将尾座的各个活动环节要紧固好，否则也会造成测量结果的不准。3、 测力仪刀柄处的安装表面应确保平整(与测力仪的底面一样需车削或刮研)和清洁，以防产生附加剪应力使向间干扰增大。4、 电荷放大器使用前要调好灵敏度，预热半小时。5、 测力仪和电荷放大器应有可靠接地，最好设置专门的地线，使整个测力系统有一个统一的地线。6、 使用前，将测力仪的输出线短接放电，但千万不能将电荷放大器输入端短接。7、 放大器未测试之前，应始终处于复位状态。八、数据处理，用作图法求得车削力经验公式1、将测量数据分别记录于实验报告的相应表格中，根据测量数据在实验报告的双

27、对数坐标图上分别绘出主切削分力Fc与切削用量p和f的关系曲线，其横座标为切削用量p和f，纵座标为主切削分力Fc；根据测量数据在实验报告的直角座标图中绘出Fc、（Fp、Ff）-v曲线，并分析切削速度对切削力的影响。2、建立车削力经验公式，分析ap，f 对切削力Fc的影响。2.3 切削刀具用金属切削刀具切除工件上多余的金属，从而使工件的形状、尺寸精度和表面质量都合乎预定要求，因此金属切削刀具是金属切削过程非常重要的部分，是使工件的形状、尺寸精度和表面质量达到预定要求的非常重要的条件，认识切削刀具是我们这节课程的主要任务。2.3.1 刀具切削部分的基本定义一、刀具切削部分的结构要素金属切削刀具的种类

28、虽然很多，但它们的切削部分的几何形状与参数都有着共性，即不论刀具的结构如何复杂它们的切削部分总是近似以外圆车刀的切削部分为基本形态，因此，在确定金属切削刀具的切削部分几何形状的一般数语时，图2-3-1 刀具切削部分的结构要素可以车刀切削部分为基础。刀具切削部分的结构要素如图2-3-1所示，其定义和说明如下：1、前刀面A前刀面A是切削流过的表面。如果前刀面是由几个相互倾斜表面组成的，则可以从切削刃开始，依次把它们称为第一前刀面A1（有时称为倒棱）、第二前刀面A2等（见图2-3-1）。还可以根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况区分：与主切削刃毗邻的称为主前刀面，与副切削刃毗邻的称为副前刀面。2、后

29、刀面A后刀面A是与工件上新形成的过渡表面相对的刀具表面。同样也可以分为第一后刀面A1（有时称为刃带）、第二后刀面A2等。与副切削刃毗邻、与工件上已加工表面相对的刀面被称为副后刀面A。同样，副后刀面也可以分为第一副后刀面A1、第二副后刀面A2等。3、切削刃S切削刃是前刀面上直接进行切削的边锋，有主切削刃S和副之S分，如图2-3-2所示。连接主副两条切削刃之间的一小段切削刃可以是直线，也可以是圆孤，它常被称为过渡刃（如图2-3-3）。 图2-3-2 有关术语的说明 图2-3-3 刀尖形状4、刀尖刀尖是指主切削刃与副切削刃的连接处相当短的一部分切削刃。常用刀尖有三种，交点（点状）刀尖、圆孤（修圆）刀

30、尖和倒棱（倒角）刀尖。如图2-3-3所示。二、刀具角度的参考系刀具切削部分必须具有合理的几何形状，才能保证切削加工的顺利进行和获得预期的加工质量。刀具切削部分的几何形状主要由一些刀面和刀刃的方位角度来表示，为了确定刀具这些角度，必须将刀具置于相应的参考系里。按构造参考系时所依据的切削运动的差异，参考系可分为刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。前者是由主运动方向确定的，而后者是由合成切削运动方向确定的。现仍以车刀为例来加以说明。1、刀具标注角度参考系：构成刀具标注角度参考系的参考平面，通常有基平面、切削平面、主剖面、切削刃法剖面、进给剖面和切深剖面。、基平面简称基面，由Pr表示，基面是通过切

31、削刃选定点并垂直于主运动方向的平面。通常基面应平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线。、切削平面由Ps表示，切削平面是通过切削刃选定点，与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面。、主剖面由Po表示，主剖面Po是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。、切削刃法剖面由Pn表示，切削刃法剖面Pn是通过切削刃选定点，垂直于切削刃的平面。、进给剖面由Pf表示，进给剖面Pf是通过切削刃选定点，平行于进给方向并垂直于基面Pr的平面。、切深剖面由Pp表示，切深剖面Pp是通过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。2、刀具工作角度参考系：上述刀具标注角度参考

32、系在定义基面时，都只是考虑主运动，不考虑进给运动，即在假定运动条件下确定的参考系。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度往往不能确切反映切削加工的真实情形，只有用合成切削运动方向来确定参考系才符合切削加工的实际。由于篇幅所限，这里不再过多赘述，如有需求请参考相关书籍。三、刀具的标注角度在刀具标注角度参考系中所确定的切削刃与各刀面之间的方位角度被称为刀具标注角度。由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所确定的各刀具角度均应指明是切削刃选定点处的角度，凡未特殊注明的，则指切削刃上与刀尖毗邻的那一点的角度。在切削刃是曲线或前、后刀面是曲面的情况下，定义刀具角度时，应该用通过切削刃

33、选定点的切线或切平面代替曲刃或曲面。以下还是通过普通车刀给诸标注角度下定义，同时加以说明。由于这些定义具有普遍性，因此也可以用于其它类型的刀具。1、 主剖面参考系里的标注角度将主剖面参考系中的参考平面Pr、Po和Ps按工程制图规则移植在一平面上，便可得到图2-3-4中R向（Pr）、S向（Ps）视图和O-O剖面图（Po）。在Pr、Po和Ps内有如下一些标注角度：、在主剖面Po内的标注角度：.前角0:在主剖面内度量的基面Pr与前刀面A的夹角。.后角0：在主剖面内度量的后刀面A与切削平面Ps的夹角。.楔角o：在主剖面内度量的后刀面A与前刀面A的夹角。、在切削平面Ps内的标注角度：刃倾角s：在切削平面

34、内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。、在基面Pr内的标注角度：.主偏角r:在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf间的夹角。它也是主切削刃S在基面上的投影与进给运动方向间的夹角。.副偏角r:在基面Pr内度量的进给平面Ps与副刀刃在基面上的投影间的夹角。.刀尖角r: 在基面Pr内度量的切削平面Ps与副切削平面Ps间的夹角。图2-3-4车刀的标注角度2、 法剖面参考系里的标注角度法剖面参考系和主剖面参考系的差别只在于剖面的不同，以法剖面Pn代替主剖面Po，主剖面参考系就变成法剖面参考系，因此只有法剖面的标注角度和主剖面的标注角度不相同，其余对应角度是相同的。所以只需要定义法剖面Pn的标注角度。

35、、法前角n：在法剖面内度量的前刀面A与基面Pr的夹角。、法后角n：在法剖面内度量的切削平面Ps与后刀面A的夹角。、法楔角n：在法剖面内度量的前刀面A与后刀面A的夹角。3、 进给、切深剖面参考系里的标注角度进给、切深剖面参考系由基面Pr、进给剖面Pf和切深剖面Pp构成，Pr的定义同前述主剖面参考系。其它待定的有：、进给剖面Pf：过切削刃上选定点平等行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。、切深剖面Pp：过切削刃上选定点并垂直于基面Pr和进给剖面Pf的平面。将进给、切深剖面参考系的参考平面按工程制图的规则移植到一个平面内，便可得到图2-3-4所示的R向视图Pr、F-F(Pf)和P-P(Pp)剖面图

36、。本参考系基面内的标注角度与主剖面参考系基面内的标注角度相同，这里不再赘述。进给剖面Pf内标注角度有进给前角f、进给后角f和进给楔角f；切深剖面内的标注角度有切深前角f、切深后角f和切深楔角f。这些角度可以参照给主剖面参考系标注角度下定义的方法加以定义。2.3.2刀具几何角度测量刀具几何角度是影响切削过程、切削力、切削热及刀具耐用度的主要因素之一，在一定的切削条件下，刀具几何角度的合理选择就成为切削加工中的关键。由于各种类型刀具的几何角度都可以车刀做为典型代表进行分析，因此深入理解车刀的几何角度、掌握车刀几何角度的测量方法具有十分重要的意义。下面仍以车刀为例，对刀具的几何角度进行测量。一、测量

37、仪器各种不同的刀具测量要用不同的测量仪器，万能车刀测角仪就是专门用于测量车刀几何角度的专用仪器。1、万能车刀测角仪的结构万能车刀测角仪的结构如图2-3-5所示。立柱1用螺纹固定在指示园盘6上，立柱上有方形螺纹和导向键槽，内装有导向键的导向铁2可沿着立柱在垂直方向通过升降螺母5的转动上下移动。扇形刻度盘3用螺钉将其固定在导向铁2上，刻度盘上面刻度值为40o，每一小格为10，.每一大格为10 0，指针4用螺钉轴、弹簧垫圈固定在扇形刻度盘下端，它可以绕螺钉轴转动。指针下部为测头，它的两侧面与底面相垂直。升降螺母5用方形螺纹与立柱螺接，并安装在导向铁下部，转动升降螺母时扇形刻度盘随导向铁上下移动。指示

38、园盘6又做为测角仪的底座，园盘上刻有刻度值，用来测量车刀主偏角和付偏角。刀台7安装在指示园盘的上面，可沿园盘中心转动，刀台上开有两条定位槽，用来安放平行档铁，平行档铁8下面用螺钉固定有两条定向键，放在刀台的定位槽内并可沿定位槽移动。小指针9用螺钉固定在刀台的左下端，是用来指示刀台转动角度的，被测刀具10紧靠平等挡铁放置。2、万能车刀测角仪的使用测量时，首先将被测车刀放在刀台上，并将刀柄贴靠在平行挡铁上来进行定图2-3-5 万能车刀测角仪结构图1立柱 2导向铁 3扇形刻度盘 4指针 5升降螺母6指示圆盘 7刀台 8平行挡铁 9小指针 10车刀位。根据测量不同部位角度的不同，将刀柄的不同面帖靠在平

39、行挡铁上，通过移动平行挡铁、被测车刀和转动刀台及旋转升降螺母调整刻度盘（或指针）的高度来使刀头的不同部位与指针的两垂直边或底水平边及前平面紧密帖靠，这样就能够测量出车刀的不同角度。这里需要提醒的是，在无论被测车刀怎样移动，刀柄都要紧紧帖在平行挡铁上，否则会导致测量结果不准确。二、测量方法1、将车刀放在刀台上并将刀柄侧面与平行档铁靠紧。适当调整平行挡铁、被测车刀和转动刀台及旋转升降螺母调整刻度盘（或指针）的高度位置，使车刀的切削部分对应帖靠于指针的不同测量部位，指针的前面与主切削刃密合时可测得主偏角，指针的前面与副切削刃密合时可测得付偏角，指针的侧面与后刀面密合时 (在主剖面内)可测得主后角，指

40、针的侧面与副后刀面密合时 (在副剖面内)可测得副后角; 指针的底边与前刀面密合时 (在主剖面内)可测得前角，指针的底边与主切削刃密合时可测得刃倾角;如图2-3-6所示。图2-3-6 车刀角度测量示意图2、在测量过程中，当指针由于刀头高低不适宜时可调整升降螺母，使指针上下移 动，当指针测量部位与车刀被测刀面或刀刃在方向上不适宜时可转动刀台，得到正确位置；当车刀在刀台上位置不适宜时，可与档铁在一起左右移动，或向前后移动刀体。3、测量g0、ao、a'o、S时，角度值在扇形刻度盘上读出，测量Kg和K g时，角度值在指示圆度盘上读出。2.3.3 刀具测量实验一、 实验名称：车刀几何角度测量二、

41、实验目的1、通过实验，加深理解刀具标注角度参考平面 (基面、切削平面、主剖面、付剖面等)的空间位置及相互关系；2、加深了解车刀各刀面在刀具角度参考系中的位置及其与车刀几何角度的关系；3、熟悉万能车刀测角仪测量原理，掌握车刀几何角度的测量方法，进一步加深理解车刀几何角度及其在切削过程中的作用。三、实验类型：验证型四、实验仪器及刀具1、万能车刀测角仪一台。2、45°外园车刀、75°外园车刀、90°外园车刀和切断车刀各一杷。五、实验内容分别对45°外园车刀、75°外园车刀、90°外园车刀和切断车刀的g0、ao、a'o、S、Kg和K

42、g进行测量，绘图表标注外园车刀和切断刀各角度。六、测量运用前面提到的测量方法对车刀的g0、ao、a'o、S、Kg和K g进行测量，并将测量的各角度值填入实验报告表内。七、作图用图2-3-6的表示形式，绘图表示出外园车刀和切断刀各标注角度。八、 答问题叙述车刀各标注角度的测量原理。第三章 金属切削机床3.1 概述传统的金属切削机床包括有车床、铣床、鉋床、磨床、滚齿机、插齿机、磨齿机等等。尽管如今现代加工设备日新月异，但这些传统的金属切削机床由于投资成本低、生产成本低、操作相对容易掌握，至今仍然是工业生产中应用最为广泛的机械加工设备，是工业生产中的主力军，目前世界上有80以上的产品零件是用

43、传统加工机床完成的。本章讲述的内容主要就是通过以最最常用的车床为代表，借助于典型实验来概述金属切削机床，为机床的设计和使用提供必要的支持，介绍相关的实验仪器和设备的原理、结构和使用以及完成相应实验的步骤和方法、实验数据的处理以及实验图表的制作等内容。3.2 机床几何精度机床的加工精度是衡量机床性能的一项重要指标，近年来，随着科学技术的发展，对机床精加工精度的日益提高，对机床要求的内容也逐渐增多。影响机床加工精度的因素有很多，机床几何精度就是影响机床加工精度非常重要的指标之一。机床几何精度包括机床上安装工件或刀具的主要基面的几何角度、机床上主要部件运动轨迹的精度、各基面间以及各基面与主要部件运动

44、方向间的相互位置精度等。在几何精度试验中，仅在运动部件处于几个静止位置进行测量，或在非常缓慢的运动状态下进行测量。一、机床几何精度检验工作原理几何精度检验包括机床导轨的直线度、平行度和垂直度，工作台面的平面度、机床各部件之间的垂直度、平行度和同轴度以及机床部件的运动精度、主轴或工作台的回转精度等，是检验实际形状 (或位置)相对理想形状(或位置)的变动量，而且在确定理想形状的位置时，应该使理想形状与实际形状相接触并使二者之间最大距离为最小，图3-1为机 图3-1机床导轨检验原理床导轨检验原理。 二、机床导轨检验机床导轨的直线度、平行度和垂直度，工作台面的平面度、机床各部件之间的垂直度、平行度等是

45、影响零件加工质量、反映机床精度的重要指标。机床导轨检验通常采用滑板检验法，检验仪器通常有水平仪和自准直仪等。下面首先介绍一下水平仪和自准直仪的结构和工作原理。、检验仪器的结构和工作原理1、水平仪的结构和工作原理水平仪有条形、框形、合象等几种，水平仪的主要部分是一个弧形玻璃管，它的内壁研磨成100米左右的曲率半径，如图3-2所示。a b图3-2水平仪弧形玻璃管结构玻璃管内充以少量对玻璃管壁附着力较小的乙醚之类液体，中间留一个气泡，将两端封固，并在管壁上刻有刻度 (与曲率半径相适应)。即在图1-2(b)中式中：a一一玻璃管格值，一般a=2毫米;一一每格所对应的偏角。 当4" r=1031

46、82毫米无论水平仪放在什么位置，玻璃管中的液面总是处于水平，气泡总是向高处移动，读出气泡两端边缘移动的格数，即可求出相应的高度差。框式水平仪的刻度值有0.02/1000(4")和0.05/1000（10")两种，0.02/1000表示将该水平仪放在1m长的平尺上，在平尺右端垫起0.02毫米的高度，平尺便倾斜一个角度，此时水平仪正好移动一个刻度值，即水平仪连同平尺的倾斜角有如图3-3的关系。 在使用水平仪测量中，我们是将水平仪放在车床的导轨上，水平仪长度有200、250和300mm等不同规格，现以250mm为例，那么由图3-3有 =0.00002和毫米图3-3 水平仪测量高度

47、差原理图 此外在实际使用中水平仪也不一定移动一格，例如移动2格，那么把计算高度差的公式写成通式则式中:L一一水平仪长度，本实验所用水平仪为200 mmn一一水平仪读值格数；K一一所用水平仪刻度值精度，本实验所用水平仪为0.02。 水平仪读数的符号，习惯上规定:气泡移动方向和水平仪移动方向相同时，读数为正值、气泡移动方向和水平仪移动方向相反时为负值。2、自准直仪工作原理、结构及使用、仪器的成像原理图3-4所示为自准直仪光学系统。由照明灯泡6发出的光线经聚光镜5、滤光片4、投射到半反射镜3，然后经半反射镜3反射后，照明置于物镜1后焦面上的拉丝分划板2，为此分划板2经物镜成像在无限远处。如果物镜前放

48、置一个平图3-4 自准直仪光学系统图面反射镜11，则光线经反射镜11反射后重新进入物镜1并成像于物镜1的焦面上，即分划板2的位置上，这一自准像经半反射镜3透射后由显微物镜7放大并成像在目镜10的前焦面上，人眼通过目镜即可观察到拉丝分划板以及它的自准像。为了测量的目的，在目镜9的前焦面上安置瞄准分划板8。瞄准分划板8上刻有双夹线，并分别通过带有螺距为lmm精密丝杠来推动。每个丝杆分别与带有100等分划值的测微转鼓相联接。如果反射镜11变化-个微小角，则根据反射定律反肘角将改变2角度。见测量原理图3-5。反射角的角位移量经物镜转换成为自准象的直线位移量。则图3-5 测角原理图 '一一物镜组

49、合焦距"一一常数=206265"该仪器中物镜组合焦距为1031.324mm，因此 当测微鼓转动一周时，测量分划板以双夹线移动测微丝杠一个螺距即lmm，相当于反射测量时1OO角秒的角位移。因为测微鼓上刻有l00等份的刻线，测微鼓的格值即相当于反射测量的1角秒的角位移值。、仪器结构仪器结构如图3-6示，主机由支架1和镜管2两大部分组成：图3-6 仪器结构图 支架由三个调平螺钉3支撑，支架中部备有一个调平指示水泡4，支架两端的支臂上用销钉5联接两个压环6，使镜管牢固地固定在支架上。镜管的前端由螺纹联接一准直物镜筒7，旋进或旋出该物镜筒可以使物镜焦面调至拉丝分划板位置重合。准直物镜

50、与拉丝分划板中间安置了一个光栏9。拉丝分划板座可由四颗顶丝10调整中心位置，可以方便地使光管视轴调至与镜管轴线平行。镜管的上方固定有照明光源组件11·照明灯具有可调机构，可以使现场照明调至最亮最均匀的状态。在镜管的后端固定有测量显微镜组件12，该组件前面通过螺纹联接一显微物镜座13，调整显微物镜的位置即可调整物镜的放大倍率，也就调整了仪器的视值误差。显微镜组件的后面固定有测微目镜14，是保证仪器精度的核心部分。整个显微镜组件可做前后位置的调整，以保证拉丝分划板像面与测微目镜分划板像面的重合，同时该组件还可以在在镜筒内旋转调整，以达到拉丝分划板线与测微目镜双夹线调至平行的目的，显微镜组

51、件位置调整好后由镜管侧面的顶丝15固紧。镜管外圆经过精磨抛光镀铬，可作为仪器本身调整的基准，也可以用来做为固定某些附件的基准。镜管可在支架上做900的旋转并由可调顶丝定位。、双向自准直测微仪操作及使用将照明灯接通6v变压器，在自准直仪前放置一平面反射镜，调整目镜视度直至看清视场中的双夹线为止。此时如果照明不均匀应稍松开照明灯背帽，调整灯泡的位置使照明均匀后将背帽锁紧。微调支架调平螺钉，使从反射镜反射回的自准像大致移到视场中央位置。然后来回微动反射镜座，观察自准像的扫描方向是否与视场中拉丝分划线的横线平行，如不平行应调整支架后面的两个调平螺钉，一个升高而另一个下降同样的量，以保证自准像在视场中央的位置大致不变。以上各步骤完成后即可进行正式的测量工作。本实验用的自准直测微仪是双的，垂直方向的测微鼓用来测量垂直方向的直线度；水平方向的测微鼓用来测量水平方向的直线度。在测量时，首先转动测微图 3-7 自准直测微仪视场情况及读数机构鼓使双夹线夹住反射镜的自准像读取一数据见图3-7。当移动反射镜后，反射镜的自准像会有微小的变化后，再重新转动测微鼓使双夹线夹住变化后的自准像读取数据，两次读数之差即为反射镜的角度变化量。其读数方法与千分尺读数方法相似。、机床导轨检验方法机床导轨检验方法根据检验仪器不同，检验方法和检验精度也有差别，通常自准直仪比水平