机械制造新技术综合实验指南

试验一切削加工质量的综合试验

一、试验目日勺

1、通过综合试验加深理解《机械制造技术基础》课程口勺有关理论知识,引导学

生自主学

习，以提高学生分析问题和处理问题日勺能力。

2、以保证切削加工质量为目的L展开对机床、刀具、夹具和工件所构成日勺工艺

系统各因

素日勺认识和分析，进行一系列口勺设计、试验和测量,从试验过程和试验成果中对

影响加工质量口勺原因进行综合分析。

3、通过以学生动手为主的综合试验，使课程试验成为提高学生综合素质、工程

设计能力，

工程实践能力和创新能力的重要环节。

二、试验规定

学生在掌握所学课程的基本知识和理论、熟悉机械加工措施和工艺知识的基础

上，根据某一零件图加工质量日勺规定自拟加工工艺并设计试验方案，选择合理日勺加工

措施、刀具和加工工艺参数等。对试件进行切削加工，控制加工精度和表面粗糙度、

分析影响零件加工质量B勺多种原因，以及寻找控制零件加工质量的基本措施和措

施。

三、试验仪器及设备

CA6140型车床、三向通用测力仪、应变放大器、数据采集卡、计算机、表面

粗糙度仪、车刀量角台、多种工件材料毛坯、不一样角度和材料的车刀、游标卡

尺、直尺、千分尺等。四、试验内容

图1为综合试验总体构造框图。从图中可以看出影响加工质量的多种原因，包

括机床、工件、刀具和切削条件等几种方面。怎样进行试验设计，怎样选用不一样

日勺加工措施和工艺参数进行独立自主的试验以完毕零件图上加工质量的规定是本试

验的重要内容。

图1制造技术综合试验总体构造图

在试验过程中必须掌握基本的试验手段：

1、掌握使用车刀量角台测量车刀几何角度日勺基本措施,加深对车刀各几何角

度、各参照

平面及其互相关系H勺理解，绘出所选用车刀日勺标注角度图。

2、理解测力仪工作原理及测力系统日勺工作过程，自选切削参数和试验设计.实测

切削力，

理解并掌握切削参数（f、ap、“、2、VC对切削力的影响规律，并可以通过试

验

3、根据零件图的加工规定设计加工措施,制定加工工艺，拟出试验方案、内容

和环节，

准备试验。

4、根据试验方案，规定合理选择刀库中的）刀具，并对刀具角度进行测量（刀具角

度如

何测量详见附录一，画出刀具标注角度图。

5、调试机床,安装刀具，装夹试件，然后按图纸规定对试件进行切削试验。

6、进行切削力测量试验方案设计并进行操作，建立车削力的经验公式。（切削

力测量原

理与措施详见附录二。

7、测量试件加工后的尺寸精度，找出加工工艺系统中多种对试件尺寸、形状精

度产生

影响日勺原因。

8、测量试件加工后表面粗糙度.分析表面粗糙度与切削用量和刀具几何参数的

关系。

9、整顿和总结试验数据，提交试验汇报。在试验汇报中重要写出有关试验的原

理、内

容和环节,仪器日勺使用、调试措施,试验数据分析处理日勺过程和成果，总结分析影

响加工质量日勺多种原因，提出合理日勺改善措施等等。

六、试验数据日勺处理与试验汇报

试验结束后，按照试验指导书规定应及时将试验数据进行处理,完毕试验汇报，上

交试验指导教师，以便进行考核和评分。每次试验,应由试验室日勺指导教师在试验汇

报上签字。

【思索题】：

1、切削速度VC、进给量f和刀具前角对切屑形态有什么影响?描绘试验中

日勺切屑形态。

2、切削试件时,怎洋调整机床的主轴转速?手动和机动进给时试件日勺表面粗糙

度有什么

变化？

3、切槽刀、车孔刀的刚度较差，怎样减小其对加工误差的影响?

4、加工锥面时，机床怎样调整?

5、加工偏心时,怎择计算垫片厚度？

6、检测试件的形状误差，分析产生的原因？

7、用试切法调整切削深度ap时应注意什么？

8、刀具的前角丫0和主偏角Kr对切削力大小有怎样的影响？

9、切削用量和刀具的）几何角度与工件的表面粗糙度有什么样的关系？

10、在干切削试验中，保证刀头强度口勺条件下怎样减小切削力和切削热?

11、在车床上怎样加工出下图所示零件中715HB勺孔?

12、除单原因试验之外，你还理解哪些更快捷、更精确的试验措施?优化设计有

哪些措施？

试验二组合夹具拆装试验

一、试验目日勺与规定

组合夹具是在夹具设计高度原则化、通用化、系列化的基础上发展起来的一种

夹具。它由一套预先制造好的，具有多种形状、规格和系列尺寸的）原则元件和组件

所构成。通过组合夹具拆装试验，可使学生加深对夹具日勺构成、定位夹紧等基本概

念和应用措施日勺理解。规定学生根据给定的零件自行设计夹具拆装方案，或运用给

定口勺组合夹具元件改善组装方案，夹具日勺定位、夹紧方案对的，构造合理，满足加工规

定。

二、试验仪器及设备

组合夹具元件库、拆装、调整工具以及样件等。

三、试验内容

1、掌握组合夹具的构成、构造及各部分日勺作用；

2、理解组合夹具包部分连接措施,掌握组合夹具的装配过程；

3、理解夹具与机床连接、定位措施以及加工前日勺对刀措施；

4、完毕工件加工过程中某一道工序日勺组合夹具拆装或改善。

四、试验基本环节

1、熟悉组合夹具的总体构造，找出夹具中的定位元件、夹紧元件、对刀元件、

夹详细

及导向元件,熟悉各元件之间口勺连接及定位关系。

2、使用工具，按次序将把既有的夹具各连接元件拆开，注意各元件之间的连接状

况,

注意拆装次序和各元件的归类摆放。

3、根据工件的加工规定选用某一道工序进行工装夹具设计，确定工件在夹具中

日勺定位

和夹紧方案。

4、选用需要的）元件，运用工具按对时的次序装配各元件，并调整好各工作表面之

间的

位置。

5、将工件安装到夹具中，使工件在夹具中具有对口勺日勺定位、夹紧可靠。

6、将夹具安装到机床的工作台上，调整好刀具加工件的相对位置,注意夹具在机

床上

的定位，调整好夹具相对机床日勺位置,将夹具夹紧。

五、试验汇报及规定

分析组合夹具B勺构成和合用范围。画出你所选择样件的那一道工序的加工工序

图，给出

定位、夹紧方案。写出你的设计思想和详细的试验环节，总结试验心得和体

4

工O

【思索题】:

1、组合夹具的基础件有几种?构造特点怎样?有什么作用？

2、组合夹具的支承件有几种?构造特点怎样?有什么作用？

3、组合夹具的定位件有几种?构造特点怎样?有什么作用？

4、组合夹具的导向件有几种?构造特点怎样?有什么作用？

5、组合夹具的压紧件和紧固件有几种?怎样使用？

6、组合夹具的合件和其他部件有什么用途？

7、组合夹具可多次组装.每一次组装后是专用夹具吗？

8、某零件某道工序可设计专用夹具,试比较组合夹具与专用夹具日勺优缺陷？

9、组合夹具的键定位和螺栓紧固联接与整体构造日勺夹详细比较有什么优缺陷?

10、组合夹具能满足仟何加工规定吗?试举例？

11、通用夹具、成组夹具、可调夹具、组合夹具各适合什么场所?

12、你所拆装的那道工序组合夹具设计与否合理?你如认为需要改善，应怎样改

善更为合

理?

附录一:车刀几何角度测量措施

一、回转工作台式量角台的）构造

图1-1为回转工作台式量角台构成原理。底盘1为圆盘形,在零度线左右方向各

有1000角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针2读出角度值;工作台3

可绕底盘中心在零刻线左右100。范围内转动;定位块4可在平台上平行滑动，作为车

刀日勺基准;测量

1-底盘、2.工作台指针、3-工作台、4.定位块、

5■测量片、6-大扇形刻度盘、7-立柱、8-大螺帽、

9-旋钮、10-小扇形刻度盘

图1-1量角台日勺构造图1-2；则量片

片5,如图1-2所示，有主平面（大平面、底平面、侧平面三个成正交的平面构成,

在测

量过程中.根据不一样日勺状况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等。大扇

形刻度盘6上有正负450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片5的指

针指出角度值;立柱7上制有螺纹,旋转升降螺母8可调整测量片相对车刀日勺位置。

二、测量内容

运用车刀量角台分别测量外圆车刀的）几何角度:KI\Kr\九s、Y。、ao、ao，等基

本角度。记录测得的数据，并计算出刀尖角£和楔角K

三、测量措施

1、根据车刀参照平面及几何参数日勺定义，首先瑞定参照辅助平面日勺位置，在按照

几何

角度日勺定义测出几何角度。

2、通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面日勺贴合（重叠使指针指出所测的各几

何角

度。

四、测量环节

1、测量前的调整:调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针所有

指零，使定位块侧面与测量片曰勺大平面垂直，这样就可以认为测量片：

1主平面垂直于平台平面、且垂直于平台对称线。

2底平面平行于平台平面。

3恻平面垂直于平台平面，且平行于平面对称线。

2、测量前的）准备:将车刀侧面紧靠在定位块的侧面上.使车刀能和定位块一起

在平台平面上平行移动，并且可使车刀在定位块曰勺侧面上滑动，这样就形成了一种平

面坐标，可以使车刀置于一种比较理想日勺位置。

3、测量车刀的主（副偏角

1定义:主（副刀刃在基面日勺投影与走刀方向夹角。

2确定走刀方向:由于规定走刀方向与刀具轴线垂直，在量角台上即垂直于零度

线，

故可以把主平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向，其与主（副刀刃在基面

的投影有一夹角,即为主（副偏角。

3测量措施:顺（逆时针旋转平台，使主刀刃与主平面贴合。如图1-3所示,即主（副

刀刃在基面的投影与走刀方向重叠，平台在底盘上所旋转的角度.即底盘指针在底盘

刻度盘上所指日勺刻度值为主（副偏角K「（K叫勺角度值。

4、测量车刀刃倾角（公

1定义:主刀刃和基面日勺夹角。

2确定主切削平面:主切削平面是过主刀刃与主加工表面相切的平面，在测量车

刀的主偏角时，主刀刃与主平面重叠，就使主平面可以近似地看作主切削平面（只有当

入s=0时，与主加工表面相切的平面才包括主刀刃，当测量片指针指零时底平面可作为

基面。这样就形成了在主切削平面内，基面与主刀无日勺夹角，即刃倾角。

3测量措施:旋转测量片,即旋转底平面（基面使其与主刀刃重叠。如图1-4所示,

测量片指针所指刻度值为刃倾角。

5、测量车刀主剖面内的）前角a和后角ao

1定义:主前角是指在主剖面内，前刀面与基面的夹角。主后角是指在主剖面内

后刀

面与主切削平面日勺夹角。

2确定主剖面:主剖面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面日勺投影。

3在测量主偏角时，主刀刃在基面的）投影与主平面重叠（平行，假如使主刀刃在基

面的投影相对于主平面旋转900,则主刀刃在基面的投影与主平面垂直,即可把

主

平面看作主剖面。当测量片指针指零时，底平面作为基面，侧平面作为

图1-3测量车刀日勺主偏角图1-4测量车刀刃倾角

主切削平面，这样就形成了在主剖面内，基面与前刀面日勺夹角,即前角（丫。；主切削

平面与后刀面口勺夹角,即后角（Q0。

4测量措施:使底平面旋转与前刀面重叠.如图1-5所示,测量片指针所指刻度

值

为前角;使侧平面（即主切削平面旋转与后刀面重叠。如图1-6所示，测量片指针

所指刻度值为后角。

6、副后角的测量与主后角日勺测量措施相近，所不一样日勺是须把主平面作为副剖

面O

图1-5测量车刀前角图1-6测量车刀后角

表1-1主剖面参照系的基本角度

车刀前«]后角主偏角副偏角刃倾角副后角

车刀名称

编号Y•a。KrKJK5a。'

1外圆车刀

2端面车刀

3车槽刀

4车孔刀

附录二:车削力的测量原理及其经验公式的建立措施

车削力是切削过程中产生的重要物理现象之一、切削力的大小与工件材料和切

削原因有关。切削力直接影响切削热的产生，并深入影响工艺系统的变形、刀具磨

损、刀具使用寿命、加工精度和已加工表面质量，它又是计算功率消耗，制定切削用

量，设计机床、刀具、夹具日勺重要参数。因此精确地测量切削力对于选择理想的切

削参数及合理日勺切削力是很重要的,本试验使用日勺测力仪是电阻应变式的测力仪。

一、仪器的工作原理

1、电阻应变片及其工作原理

如图2-1所示:电阻应变片由基底1、敏感元件2和引线3构成。敏感元件为高

阻金属丝，电阻值为:R=pL/A

△R/R=K△L/L=K0K为敏捷系数

电阻变化率可近似看作与应变成正比c当电阻应变片贴在弹性体上时,则电阻

值随弹性体应变而发生变化。

图2-1电阻应变片

2、电桥测量电路

电桥电路就是把电阻应变片上电阻值的微小变化转换成电压信号的变化，如图

2-2所示。通过合适的粘贴，使电阻应变片贴在测力仪弹性元件的合适位置，并将其

串联成电桥。切削时当弹性元件受力变形，于是紧贴在其上的）电阻发生变化。应变

片RI及R3受拉发生变形，而R2及R4同步也受压发生变形，于是电桥失去平衡而产

生输出电压（或电流。

三向■力权

SDC-C4M

(a(b

图2-2电桥测量基本电路

设变形前RI、R2、R3和R4构成的电桥电路平衡，即Rl/R3=R2/R4,u输出为零,

既ul=u2o

当电阻变化时.ul、u2分别增长和减少，因此变形后输出电压为：

u=u1-u2

若使RI=R2=R3=R4=R（一般力传感器的测量电桥的电阻应变片值为120Q,且

△R1-AR2H.△R3~-AR4,则可以推出U=EKe

根据虎克定律，弹性体中:F=K'j••片F/K'

u=EK片EKF/K'

因此电压输出信号近似与弹性体受力成正比。实际测量时,为了提高测量精度.

常将贴在不一样位置日勺相似阻值的应变片，串并接于电桥电路中,构成复杂日勺桥路。

但由于电阻应变片的电阻值变化很小，输出日勺电信号也很小，因此一般还需通过放大

器进行放大，然后才能更好日勺进行数据日勺采集和处理。

3、测力系统及其工作原理

测量切削力日勺测力/义种类诸多，有机械式曰勺、油压式和电测力仪,但其工作原理

都是同样日勺。目前使用较多日勺是电测力仪，它日勺测量精度和敏捷度较高。电测力仪

又有电阻应变式、电感式、电容式和电压式等。这里我们采用的是电阻应变式通用

型三向测力仪（SDC-C4M,它可以同步测量Fx,Fy和Fz三个方向上力的）大小。如图

2-3,为用通用型三向测力的测力系统工作原理图。

图2-3测力系统工作原理图

车削加工过程中，伴随测力仪中电阻应变片B勺变化，电桥电路将输出对应日勺电信

号，由于电信号很小必须通过应变放大器（XY-FS21进行放大处理，安装在计算机上日勺

数据采集卡将采集到的放大信息输入到计算机中，通过计算机软件的数据处理，将本

来的）电信号还原成力信号.最终日勺显示成果就是切削力口勺大小，以上内容就是切削力

测力系统日勺工作过程。

二、内容与措施

切削力试验口勺设计措施诸多，最简朴、常用口勺一种措施就是单原因法，即固定其

他原因不变，只变化一种原因，测出Fx,Fy和Fz后,然后处理数据，建立切削力经验公

式。

若加工同一种材料B勺零件.固定切削速度和刀具几何参数,可分别变化进给量和

切削深度来进行切削力B勺测量。通过试验数据的记录，便可进行数据处理和建立切

削力的经验公式。

三、试验数据日勺处理与经验公式的建立

切削ap和进给量f为变量的）鬲函数，以主切削力Fz为例，其

形式为:

fz

fz

yxP

FZZf

aCF=

首先建立切削力与每一单独变化原因间的关系式（如Fz.叩与Fz・f,分别求出

各指

数和系数,然后通过综合，求出总日勺系数。1、图解法

在单原因试验构思下，固定其他原因不便，只变化一种原因,分别体现切深ap、

进给量f与切削力Fz关系的单项切削力的指数公式：

fz

xP

apZaCF=;fz

yfZf

CF=

将等号两边取对数.则有

yCFzaxCFzFZfpFZap1g1g1g1g1g1g+=+=

显然Fz-ap与Fz・f的关系曲线在双对数坐标纸上是直线。

系数叩C为IgFz-Igap线上在ap=lmm时的］Fz日勺值。系数fC为IgFz-igf线

上在f=时日勺Fz的值。指数FZx为IgFz-Igap线的斜率，指数

FZy为IgFz-Igf线的斜率。

用试验数据可在双对数坐标纸上画出几条IgFz-Igap与IgFz-Igf日勺直线,分别求

出

FZx和FZy，对于多组数据就取平均值，以提高试验精度。

然后取任意一对IgFz-Igap与IgFz-Igf直线,便可求出系数FZC。计算如下：由

于fz

xP

apZ

aCF=是在f=fO（变化ap试验时所固定日勺f的值日勺状况下得到日勺故有

fz

xP

apZaCF==fz

fz

yxP

FZfaCO

贝IJFZ

yapFZfCCO

1=

而式fz

yfZfCF=是在ap=ap0（变化f试验时所固定日勺ap时值的状况下得到日勺故

又有

fz

yfZf

CF==fz

fz

yxPFZf

aCO

贝IJFZ

xfFZiipCCO

2

由于试验误差1FZC与2FZC不一定相等，因此取两者的平均值最佳，即：

FZC=

2

1(1FZC+2FZC

2、一元线性回归法

理论上IgFz-lgap与IgFz-lgf应是线性关系，但实际的试验点往往不也许所有落

在一条直线上，上述图解法是用眼睛观测绘出日勺一条直线，使各试验点均布在该直线

上下，因此所求得日勺指数、系数存在一定误差。一元线性回归法是运用数理记录中

回归分析日勺措施，建立一元线性回归方程，由于它是建立在误差平方和为最小曰勺“最小

二乘法”基础上得出的一条直线，因此误差最小。

四、试验登记表格

机床测力仪

Kz=N/M€

测力仪:

应变放大满Ky=N/H€

标定常数

Kx=N/P€

工件材料硬度

结构材料角度

刀具

机床测力仪

Kz=N/M€

测力仪:

应变放大潞Ky=N/M

标定常数

Kx=N/P€

r.件材料硬度

结构材料角&

刀具

1彳二宜径dw/nm转速rwv/r/min切削速度v/m/min

切削用量

切削深度ap进给量f/mn/r主切削力Fz/N

附录三:综合试验经典零件图

图3-1车外圆图3-2车端面

图3-3车台阶

图3-4车窄槽

〃1(105A

图3-5车宽槽

图3-6车偏心

图3-7车通孔

图3-9车宽环槽

图3-11车大锥

图3-12车锥面

图3-13车长锥面

附录四:组合夹具元件及其功能

组合夹具是在机床夹具通用化、原则化、系列化的基础上发展起来的）新型夹

具。它由预先制造好的原则化组合夹具元件.根据被加工工件的工序规定组装而成

日勺。因此组合夹具具有通用性和专用性双重性质。组合夹具元件按用途不一样，可

分为基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件、合件和其他件。

一、基础件

基础件是组合夹具中最大的元件，一般用作组装夹具的基础，通过它把其他元件

连接在一起，成为一套夹具。基础件按其形状特性可划分为正方形、长方形、圆形

等等，其详细构造可参见下图4-1。

（a正方形基础件（b长方形基础件（c圆形基础件

图4-1基础件

二、支承件

支承件是组合夹具中的）骨架元件，它在夹具中起到上下连接的作用，即把上面的

支承件、定位件、导向件等元件通过它与其下面的基础件连成一体。如图4-2所

不。