机器制造技能底子实验指导书

机器制造技能底子

实验指导书

编写:詹友基

福建工程学院机电及自动化工程系

2006年2月

目录

一、车刀多少角度丈量

二、切削变形实验

三、切削力实验

四、车床三向静刚度测定实验

五、加工精度的统计阐发实验

六、切削区平均温度的丈量

实验1车刀多少角度丈量

一、实验目的与要求

1、了解车刀量角仪的结构与事情原理。

2、进一步熟悉车刀切削部门的结构要素，牢固和加深对刀具各标注平面参考系及标注

角度根本界说的理解。并掌提车刀丈量要领。

3、通过对车刀各剖面内角度的丈量与盘算，进一步理解它们之间多少干系。

4、丈量给定车刀的多少角度，将测得的数据填入表格中，并对丈量结果进行阐发。

二、实验设备与东西

1、仪器：车刀量角仪

2、丈量用车刀：45°外圆车刀，75°外圆车刀，90°外圆车刀，切断刀，大刃倾角车

刀。

三、车刀量角仪的结构与使用要领

1、图1-1量角仪（本校制造）

图1-1量角仪（本校）

量角仪由底置1、转盘9、立柱3和刻度盘6、丈量片7等零件组成。底盘1用来安装立

柱3,并以销2孔为中心刻着±100。的转盘9,当转盘9两侧面的基线瞄准底盘刻线转90

。时。定位块10的d面是垂直的。当丈量片7的指针对着刻度盘0°时，丈量片7的b面

与转盘9的平面是平行的，并且垂直于C面、A面。立柱3的上下移动靠螺母4来调解。

2、图1-2量角仪（哈尔滨产业大学）

图1-2量角仪（哈尔滨产业大学）

量角仪由底座1、平台3、立柱7和巨细扇形盘6、11、巨细指针5、10等零件组成。

底座1呈圆盘形，平台3可绕底座中心转动，底座外缘左、右各有刻度1（）（）°,当基线

板2瞄准圆盘刻线0。时，运动尺4侧边与指针5下端的丈量板平面垂直。丈量板5上有三

个丈量刃口A、B、C,其所在平面即为丈量车刀角度时的丈量平面。当小指针10和大指针

5均为0°时，刃口A与平台平面平行，B、C与平台平面垂直。

四、实验步调和要领［本校制造）

要丈量某一车刀角度时，首先应划定一个假定走刀偏向，即要先辩明车刀的主、副切削

刃及前、后刀面，以确定需要丈量角度的位置。然后将车刀放在转动平台上，左或右侧面靠

在运动尺的侧面上。

丈量角度的顺序通常先测偏角，再测刃倾角，继而测前角、后角。这样调解方便，也可

提高事情效率。即丈量顺序为：

主切削刃：kr--4--yo----a0；副切削刃：k'r-----y：--名。

（1）主偏角的丈量

首先把车刀放在转盘9上，使车刀的侧面与定位块10的d面紧密打仗，这时可以调解

螺母4,使滑块5上下移动，然后转动转盘9,使车刀主刀刃贴合于丈量片7的A面，这样

转盘9刻线对着底盘1的数据赐与处置惩罚，便是主偏角的角度。

（2）刃倾角的测置

丈量刃倾角的要领根本上是同丈量主偏角角度一样，所差别的是调解丈量片7的b面

与主刀刃贴合，这样可以在刻度盘6直接读出刃倾角的用度。

（3）前角的丈量

丈量前角的要领是车刀放转盘9上，使车刀的侧面与定位块10的d面紧密打仗，然后

转动转盘9,（丈量片7处于车刀主剖面位置），此时调解丈量片7的b面与车刀的前刀面贴

合，这样可■以在刻度盘6上直接读出前角角度。

（4）后角的丈景

丈量后角的要领根本与丈量前角相同，所差别的是调解片7的C面与车刀的后刀面紧

密打仗，这样可以在刻度盘6直接读出后角角度。

（5）副偏角的丈量

丈量副偏角的要领根本上与丈量主偏角相同，所差别的使丈量片7的A面与车刀的副

刀刃紧密打仗，这样转盘9刻线对着底盘1的数据赐与处置惩罚，便是副偏角的角度。

（6）副后角的丈量

丈量副后角的要领根本上与丈量后角相同，所差别的是调解丈量片7的C面与车刀的

副后刀面相结合，这样在刻度盘6上可以直接读出副后角的角度。

（7）%的丈量

丈量要领根本上是同丈量前角相似，所差别的是转盘9应转到使定位块10的d面与

丈量片7的A面平行后，再调解丈量7的b面与前刀面紧密打仗，这样在刻度盘6上可以

直接读出力,的角度。

（8）〃的丈量

丈量〃的要领根本上与丈量力要领相似，所差别的是转盘9应转到使定位块10的d

面与丈量片7的A面垂直后，再调解丈量片7的b面与前刀面紧密打仗，这样在刻度盘6

上可以直接读出匕的角度.

五、编写实验陈诉书

实验陈诉内容：记载所丈量车刀名称，记载测得角度数据，画出所测车刀简图，并标

注多少角度。

六、实验思考题与结果阐发

1、阐发车刀九二九的条件。

2、阐发车刀〃=九的条件。

3、阐发车刀九=4的条件

4、阐发实验产生的误差及其原因。

实验陈诉车刀多少角度丈量

班级组号座号姓名

一、实验陈诉书内容

1、记载丈量数据，分别填入表1-1

2、盘算车刀各剖面角度值，并与丈量结果比力，分别填入表1-2。

3、示图表现车刀多少形状并标注根本角度数值。

二、丈量与盘算数据记载表

表1-1被测车刀多少角度值

车刀根本角度丈量值（度）

刀号名称

九4k：

1

2

3

4

表1-2被测车刀各剖面角度丈量与盘算值

车刀角度丈量值盘算公式盘算值（度）

刀号名称（度）

外圆车

175°Yf

刀

rP

九

245°外圆车

刀

乙

九

实验2切削变形实验

一、实验目的与要求

1、视察切削历程产生变形现象，r解实验要领及所用装置。

2、了解切屑形成历程及切屑的种种形状。

3、掌握丈量切屑变形的要领。盘算变形系数Ah值,

4、研究切削速度，前角与走刀量等因素对切屑变形影响。

二、实验设备

机床：普通车床、车头刨床。

试件：中碳钢（45钢）、低碳钢（A3）。

刀具：高速钢车刀，硬质合金车刀。

仪器与装置：低倍显微镜，金相显微镜、快速落刀装置。

量具：游标卡尺、钢板尺。

其它：漆包线或细钢丝、手锯等。

三、实验内容与要领

I、视察切屑变形

视察切屑金属层内部变形，利用快速落刀装置，使切削时刀具瞬间脱离事情，从而得

到切屑停留在加工外貌上根部试样。然后锯下，经金相磨片抛光与腐化后，通过金相显微镜

或在金相照片上，视察切削金属层内部三个变形情况。并参考图2-1画出金属内部变形示意

图2-2是车床上用手锤敲打后，使刀具停止切割的快速落刀装置车刀2是利用螺栓2

与剪切销3牢固在刀夹4的槽中，切削时，用锤敲打车刃，使销子剪断，车刀绕螺栓转动，

快速脱离试件。

2、丈量切削变形量

切屑变形水平还可用变形系数A力（切屑厚度压缩比）来度量。在切削层金属形成切屑

时，其切屑厚度通常要大于切削厚度〃〃，而切屑长度力却小于切削长度如图2-3所

示。由于切削宽度与切屑宽度差别很小，凭据体积稳定的原则，变形系数A/,可由下式盘算：

*ich

变形系数A力是大于1的数，它可直观的反应切屑的变形水平，且容易丈量。A价值越大，

表现切出的切屑越厚越短，变形越大。盘算变形系数人卜值的要领有，丈量切屑长度法与称

切屑重叠法.

四、实验要领和步调；

1、研究前角对切屑变形系数的影响，先把质料装上虎钳，量出质料长度并将刨刀

和机床调解妥善（调解滑枕行程长度为15（）亳米；事情台进给量为（）.33亳米/行程量；滑

枕行程速度/分；刨刀角度：玛

yo=10°,=13°,<=8°,K,=75°,<=15°,

4=0°,%,=2亳米），然后开动机床，将被切下的整段切屑用线条量出其长度乙屑填入

实验陈诉，并按公式A/,二；-盘算切屑变形系数值，然后改变刨刀前角丫。=20°,（其他稳

定）重新切削，将所测数捱填入实验陈诉。

2、研究切削速度对切屑变形的影响，首先将质料装上虎钳量出质料长度将刨刀和

机床调解妥善（刨刀多少隹度，九=15°,6=8°,。=75°,<=15°,4=0°，调解滑

枕行程为150亳米，4P=2亳米，40.33亳米/行程，滑枕每分钟/分)，然后开动机床将被切

下的整段切屑用线条量出切屑长度〃，算出切屑变形系数。并将数据填入陈诉书，然后再

改变滑枕速度米/分或每分钟滑枕往复行程数52.5次，其它稳定，依次进行。

3、研究进给量对切屑变形的影响。用上述同样要领，选刨刀多少角度为(九=20°,

q=13°,£.=75°,4=15°,%=8°,4=0°)，调解行程为150亳米,滑枕每分钟

行程数为、次,行程速度为米/分，切削深度%,=2亳米，分别以f=0.33毫米/行

程与f=0.67亳米/行程进行试验，分别量出切屑长度&填入试验陈诉并盘算切屑收缩系数

A力值。

五，思考题

1、切屑有几种类型，它们的特点怎样？

2、切削速度和进给量对切屑种类和加工外貌粗糙度有何影响?怎样解释这种影响？

实验陈诉切削变形

班级组号座号姓名

一、实验陈诉书内容

1、记载实验数据，非填入有关表2-1

2、绘制视察到变形示意圈，并从金相显微镜或金相图片上阐发与描绘金属内部各变形

区特点，标注滑移线，滑移面与剪切角。

3、丈量切屑长度心，盘算变形系数Ah值。

4、实验结果阐发；

二、实验数据记载表

表2・1

机床名称与型号试件质料

序号前角y0进给量f切削速度V切屑长度〃变形系数A力二--

4A

1

2

3

4

5

6

实验3车削力测定

一、实验目的与要求

1、了解高性能应变式测力仪的使用要领。

2、了解车削时切削用量改变对切削力的影响纪律。

3、掌握处置惩罚实验数据要领，创建切削力的经验公式。

%=C〔apX"

二、实验装备与东西

机床：普通车床(CA6L40或CQB6I40)

试件：铸铁、普通碳飒(Q235)、优质碳钢(660—680—500mm)

刀具：硬质合金车刀(焊接式或可转位式)

仪器：三向电阻应变式测力仪、4通道动态电阻应变仪、A/D转换模块，数据收罗阐发

系统。

量具：游标卡尺

三、测力仪的事情原理

电阻式测力仪是使用弹性元件,将切削时受力后的变形成比例地转化为电压或电流信号

来与基准量比力，从而测得切削力的。本实验所用的电阻式应变式测力仪已集成弹性元件、

应变片与电桥，测力仪受力后产生的信号经过电阻应变仪的放大，再经过数模转化模块，将

模拟信号转化为数字信号并输入电脑，接纳专门的软件进行数据的收罗、处置惩罚。软件已

对测力仪标定。

四、实验内容步调

1、装夹工件

2、连接测试仪器，组成测力系统

3、试验切深力,对切削力的影响

牢固切削用量vWlOOm/min,/=/r,刀具角度/o=15',4=8",Kr=90°»K；=15

°,改变切削深度（=1.5、2、2.5、3...记载切削力的值。

4、试验进给量/对切削力的影响

牢固切削用量vWIOOm/min,ap=2mm,刀具角度/o=15°,%=8°,Kr=90°,

£=15°,改变进给量/……记载切削力的值。

5、整理实验际诉书

五、实验陈诉书的内容与要求

1、记载实验数据。

2、整理实验数据创建切削力经验公式。

1）在双对数座标中分别画出log《，log、,，log弓和log%,、log/干系曲线。其

斜率即为相应的切削力公式中的指数。

本实验是以单因素法进行切削实验，即改变一个切削参数。牢固其它因素测定切削力。并在

双对数座标中用图解法确定曲线干系。利川曲线求出指数和系数，然后综合创建切削力的经

验公式。具体要领简述如下：

图3-1所示为实验后在双对数图中得到的、4-/'直线图形。

图3-1和月-/干系曲线

直线图形的对数方程为：

logFc=log+xFelogap(3-1)

log/^=logC/+^log/(3-2)

将上式两边取真数，得方程式为:

(3-3)

Fc=C,产(3-4)

在（3-3）、（3-4）式中，xFc.分别为图3-1中直线的斜率，即

xFc=tana,yFe=tan0

值为a/t-Fc直线中％,=1mm时的月值；同理g.是在f-Fc直线中/=lmm时的

优值。

综合（3-3）、（3-4）式，可得£实验公式为:

九=C%a/(3-5)

式中系数。.值可按求得的C0及C,值盘算得到，即

*cup/

Fc=C0a，；c=C'F。］

C'F=%

(3-6)

%严

别的，也可按下式盘算:

Fc=CJ、Fc=c'；ap"cfyF,

故《幸(3-7)

C'F+C；

系数C五二二一工

「2

XFyFc

即可得力\=CFap^f

七、实验思考题和结果阐发

1、解释明对£影响的纪律。

2、解释/对人影响的纪律。

3、阐发实验结果产生误差原因?如何革新

实验陈诉车削力测定

班级组号座号姓名

一、实验数据：

1、切削深度力,对切削力影响

/o%4车刀质料

车刀多少角度

工件直径转速n切削速度v进给量/

工件质料

(nun)(rpm)(m/min)(mm/r)

切深与FpF

顺序c

(mm)mvkNmvkNmvkN

1

2

3

4

5

2、绘制(£・4,)对数座标图

3、进给量/对切削力影响

%4£车刀质料

车刀多少角度

工件直径转速n切削速度v切深外,

工件质料

(mm)(rpm)(m/min)(nun)

进给量%Fp居

顺序/

mvkNmvkNmvkN

(mm/r)

1

2

3

4

5

4、绘制(£-/)对数座标图

二、实验数据整理，求出切削力公式中的指数及系数。

三、写出切削分力入实验盘算公式。

实睑4车床刚度测定

一、实验目的：

1、熟悉机床刚度的两种测定要领。

2、掌握车床的部件刚度和机床刚度的盘算要领。

3、阐发影响车床刚度的囚素和探讨提高车床刚度的步伐。

二、静载荷测定法。

（一）实验设备及仪表：

CA6140普通车床一台；三向力静刚度测定仪一台，干分表四架，磁性表座三架。

（二）实验要领及步聚：

1、Fy单向施力：

（1）安装头、尾顶尖，并查抄及配合情况：

（2）移动尾架安装三向力测定仪，并使尾架套筒伸出约为50mm:

（3）将模拟车刀牢固在方刀架中，把加力螺杆旋入0°孔中，安装钢球和测力环，使

环与车刀球头打仗，各打仗点均须落在主轴轴线的水平面内；

（4）将干分表安装在相应位置上，并使触点通过主轴轴线水平面，如图5-1所示；

（5）旋转加力螺杆，施加2000N载荷后，卸载，重复做三次，最后卸载后千分表调零；

（6）逐次加载从0f3200N,递增400N,记载各千分表指示值（即y头y尾y刀〕，再

逐步卸载从3200N-0,递减400N,记载各表指示值。不要调解千分表零值，再重复做一次,

同样记载各千分表指示值，

图4-1三向静载测定法

2、Ff、Fp二向施力:

将加力螺杆移到30°螺孔位置，按上述(5)(6)步聚正行。

3、Ff、Fp、Fc三向施力：

将弓形架绕其轴线转动(6-60。)；并用插销牢固其位置。按上述(5)(6)步调进行。

(三)实验陈诉要求：

1、绘制各部件刚度曲线。

以纵坐标表现作用力Fp,切削分力Ff、Fp、Fc与模拟切削力P的干系为：

F尸Psina

FP=P,cosa•sinB

FC=P,cosa,cosB

以横坐标表现变形量y,在坐标纸上用色笔绘出头架，尾架、刀架的加载和卸载曲线。

2、盘算各部件的平均刚度：

以载荷F=3200N时，盘算头架，尾架和刀架的平均刚度。

3、盘算车床刚度。

4、比力车床各部件刚度巨细，阐发影响车床刚度的因素。

（四）思考题：

1、机床刚度对加工精度有何影响？

2、可接纳哪些步伐提高机床刚度？

3、阐发各部件的加载曲线和卸载曲线为什么不重合？

三、动载荷测定法：

（一）实验设备及工艺装备：

CA6I40普通车床一台，YTI5硬质合金外圆车刀一把，其参数如下：

刀杆截面:BXH=25X25

o

多少参数九=15°,4=5°,（=45°,k；=10。，2v=0,r£=\

2

工件质料：45钢，（T/,=650N/mm,D=O80mm,L=200mm。

游标卡尺0.05/200一把；干分表一架；磁性表座一架。

（二）实验要领及步聚：

1、将工件装置在两顶尖间，由拨盘动员旋转；

2、车刀悬伸长度为20mm,刀尖与两顶尖等高；

3、车一段外圆台阶,使其半径差如图5・2,即：（Dl-D2）4-2=1.75,并记下数据;

4、调解好切削用量，并纵向走刀一次；

n=360r/min；f=0.15mm/r；ap=0.25mm

5、安装千分表并测出外圆台阶的半径差即：（dl—d2）/2,并记下数据。

6、盘算复映系数和机床刚度：

_（di-d2）/2

~（DI-Z）2）/2

Kxl-

£

注：据切削用量简明手册（艾兴编）P38中查出；车削力公式为：

Q5

Fc=ACFapf\^-kFc（N）

2=FpR取入

C柱=2795

kFc：凭据实验中的切削条件杏阅各修正系数为0.880

（三）实验陈诉要求。

1

1、按公式(—)■*—盘算车床刚度;

4KK星K刀

2、阐发比力动载荷测定法和静载荷测定法求得的立床刚度值。

（四）思考题：

1、误差复映系数说明什么问题？

2、为什么说生产测定法求得车床刚度较靠近实际情况。

图4-2生产法测定刚度

实验陈诉

测量记录表

序号测力负载P千分表读数

仪读

(kgf)«=00尸=0°a=30°0=0°a=30°夕=60°

数(u)

y头y尾y刀y头y尾y刀y头y尾y刀

0

1

2

3

4

5

6

7

8

7

6

5

4

3

2

1

0

二、绘制各部件刚度曲线（凭据丈量记载表的数据）;

>y

三、盘算各部件刚度和车末刚度。

四、凭据生产法测得的数据，盘算车床刚度。

五、阐发比力两种测定法求得的车床刚度值。

实验5加工精度的统计阐发

一、实验目的

1、了解在调解好的机床上，连续加工一批工件时尺寸的变革纪律。

2、熟悉加工精度统计阐发的根本要领。

3、阐发加工中产生的误差性质及该工序所能到达的加工精度。

二、实验设备及仪表

微机控制车床一台；试件11（）个;块规一付（已组合尺寸）;杠杆千分尺（精度为0.001mm）

二把；微型盘算机一台；函数盘算呆板一架（自备）。

三、实验要领和步聚

1、凭据零件图加工要求编程后，在微机控制车床上连续加工试件110个。

2、组合块规尺寸（即零件平均尺寸），.且将杠杆千分尺调零。

3、依顺序，逐一丈量工件外圆尺um）,并记载在表一中。

4、数据处置惩罚及统计盘算：

要领A：借助有统计功效的函数盘算器，盘算表二，并作图。

要领B：把丈量数据输入微型盘算机，打出图表及结果。

四、实验陈诉要求

1、按表二进行盘算，并作出漫衍曲线图和亍-R点图。

2、阐发加工误差的性质，及淘汰误差的可能性。

3、阐发该工序所能到达的加工精度。

五、思考题：

1、漫衍曲线和点图各有什么特点?它们之间如何区分？

2、工艺能力系数与系统性常值误差有无干系?为什么？

实验陈诉

表一漫衍曲线数据表（相对值，单元〃相）

123456789

224466890

325476991

426487092

527497193

628507294

729517395

830527496

931537597

1032547698

1133557799

12345678100

163860S2104

173961S3105

19416385107

20426486108

21436587109

22446688110

表二漫衍曲线盘算表（单元〃〃7）

顺序项目盘算公式结果

1分组数KK=8〜12

V-Y

2组距h卜_maxmin

k—l

组号组界组中心值x频率m/n频率密度（频率/到距）

1

2

3

4

5

3

6

7

8

9

10

11

4-1<

算术平均值亍工二一2

5

均方根偏差b"(演-5)2

V〃1=1

6常值系统误差Ac△。卡-4|

7随机性误差6。6。

8CJ

工序能力系数CpCp-瑟

90=0.5-0(Z)

废品率Q

。(吐)

cr

表三漫衍曲线图及与零件公差带的比力图

Y

>x

阐发加工误差的性质、产生的可能原因及淘汰误差的可能性。

实验6切削区平均温度的丈量

一、实验的目的及要求：

1、掌握用自然热电偶要领丈量切削温度的原理与装置。

2、研究车削时切削速度y,走刀量/,切削深度%,对切削温度的影响。

3、用实验要领确定切削温度。=CP中各项系数及指数值。

二、实验装备

机床：普通机床（CA6140或其他型号车床）

试件：45碳钢（680X500）

刀具：高速钢车刀或硬质合金车刀（焊接式或机夹式

仪器：自然热电偶测温装置，电位差计（UJ36或UJ37）、或亳伏表、X—Y记载示波器。

三、实验的根本原理和要领

热电偶法丈量温度的根本原理是利用两种差别金属质料组成闭合电路，如果在这两种

金属的两个接点上温度有差别时（通常温度高的接点端称为热端，温度低的一端称为冷端）,

在电路中将产生电动势，实验证明，在一定温度范畴内，咳热电势与温度具有某种线性干系。

用自然热电偶法丈量切削温度时，是利用刀具与工件作为热电偶的两极（但刀具和被

加工工件质料必须是差别的，且刀具和工件均与机床绝缘），当切削历程中产生高温时，刀

同刃口与工件外貌打仗处却成热电偶的热端，如在冷端处接入亳伏表或电位差计时，即可测

得该热电势的巨细，从而反应出刀具与工件打仗处的平均温度，整个丈量装置如图6-1所示。

为了将测得的切削温度亳伏值换算成温度值，必须事先对实验用的自然热电偶进行标

定找出“亳伏值一一温度”的干系曲线，标定装置如图6-2所示。标定时取二根与刀具及工

件质料完全相同的金属丝，在其一端进行焊接后便组成一对被校热电偶，然后将该被校热电

偶与粕一一德能丝组成尺度热电偶放入管式炉内同一位置处，以包管两个热电偶的热端温度

相同，与此同时将两个热电偶的冷端插入恒温的水槽内，用导线把两个热电偶的冷端分别接

到被校亳伏表及经过校准的标定电位计上，升高炉温，至某一定值，在炉温恒定后，记下被

校亳伏表及尺度电位计读数值，由于尺度电位计的“温度一一亳伏表”的干系曲线是事先经

过标定的，这样就可以得到被校热电偶及亳伏表的“温度一一亳伏表”标定曲线。

图6-1自然热电偶法丈量切削温度示意图

1-工件2-车刀3-车床主轴尾部4-铜接线柱5-铜顶尖（与支架绝缘）6-亳伏计

图6-2热电偶的标定

1-管式炉2-尺度热电偶3-被咬热电偶4-温度计

5-冰槽6-尺度电位计7-被校亳伏表

四、实验进行要领及步调

1、在车床上安装试件、刀具。

2、将试件与刀具冷端的引出导线分别接入电位差计（或计入仪）的正、负极接线头上,

并对仪器进行“基零”调治。

3、进行切削用量各要素对切削温度的影响试验。

①试验切削深度对t切削深度的影响。

牢固走刀量f,切削速度v,依次改变切削深度力，进行切削，记下亳伏表读数并用已标

定的“温度一一亳伏值”曲线换算成温度值。

②试验走刀量f对切削温度的影响。

牢固切削深度。P，切削速度V，依次改变走刀量f进行切削，记下亳伏表读数并用已

标定的“温度一一亳伏值”曲线换算成温度值。

③试验切削速度V对切削温度的影响。

牢固切削深度巧,,走刀量f,依次改变切削速度V进行切削，记下亳伏表读数并用己

标定的“温度一一亳伏值”曲线换算成温度值。

4、整理实验数据：

①在双对数坐标纸上分别画出logM与logy,log。与log/,log。与log外,的干系

曲线。曲线的