机械制造工程学实验报告-切削力

PAGE制造科学与工程学院实验报告制造科学与工程学院实验报告ExperimentReportSchoolofManufacturingScience&Engineering实验课程名称(ExperimentCourse)机械制造工程学实验项目名称(ExperimentItem)铣削加工切削力测量实验姓名（Name）曹林逸学号（No.）2012141412045系别（Department）机制班级（Class）13实验日期（Date）2015.5.14实验地点（Place）江安工程训练中心指导教师（Superior）夏老师成绩（Grade）实验步骤及过程（ExperimentStepsandProcess）实验目的（1)了解多分量切削力测力系统的基本结构及其工作原理。（2）掌握KISTLER多分量切削力测力系统的基本操作方法。（3）通过实验得出的数据，分析切削三要素对切削力的影响。（4）分析实验数据，得出实验结论。实验原理KISTLER多分量切削力测力系统：（1）切削力传感器具有高刚度，高固有频率，长寿命，大量程的特点；（2）电荷放大器将切削力传感器9257B产生的电荷信号转换成0-10V电压信号。该放大器具有非常宽的测量范围，非常低的零点漂移，以及非常高的响应频率。（3）数据采集系统用于采集、显示切削力信号，具有强大的分析功能，数据采集系统采集通过USB电缆（或PCI）与电脑连接，单独配有切削力数据采集软件DynoWare，安装在电脑上对采集的数据进行实时动态显示及编辑。实验仪器（1）KISTLER多分量切削力测力系统1套（2）加工中心（TH6350或VL1060A）（3）150×130×50尺寸T6铝块1块、刀具及工量具等实验步骤（1）确定并记录待加工件、刀具和数控机床类型、工艺参数等工艺信息；工艺参数按照正交实验要求自行设定，经老师确认后方可实验。（2）在加工中心上编写加工程序，加工中心数控系统为FANUC0iMD、应按照其编码规定编制数控加工程序；（3）安装刀具及对数控机床进行操作（对刀，校验加工程序等），将加工件与切削力传感器（Kistler9257B）安装连接，并按照规范将数据采集卡连接到计算机（注:为防止烧损电子元器件，请在连接前请关闭电脑电源，待确定连接无误后才能打开电脑）；（4）打开操作软件DynoWare，设定与之相匹配的参数，如下图所示（5）设定采样时间和采样频率，如下图所示（6）用自动运行模式完成待加工件的数控加工；（7）记录上述操作及实时在线测量三个方向（X、Y、Z）的力值数据，并绘出相应的测试曲线，在老师指导下进行处理得到三个方向（X、Y、Z）的平均切削力值，填入表格；（8）重新改变切削工艺参数，修改数控程序，重新对待加工件进行数控加工；（9）记录上述操作及实时在线测量三个方向（X、Y、Z）的力值数据，并进行相应处理，将得到的平均切削力值填入表格。（10）进行数据分析:在机床特征和刀具几何参数确定的前提下，根据金属切削原理，影响切削力的3个主要因素是切削深度ap、每齿进给量fx和主轴转速n。采用标准正交表L16（43）（三因素四水平）设计铣削实验。1.测力仪采集到的三个方向的切削力均为平均切削力，切削和力为各个方向切削力均值的合力，计算公式为：2.极差分析：参加实验的因素取了几个水平，每一水平参加了几次实验，就会导致几个结果，把这些结果相加，就求出了每一因素各同一水平结果之和。本例中主轴转速有四个水平，各进行了四次实验，导致四个结果，把这四个结果相加，就得出各水平分别导致的结果之和，如Kn1=3.12+20.07+22.21+21.06=66.46为主轴转速在2000时切削力结果之和，然后将Kn1等分别写到下表3相应位置。极差是指一组数据中最大值和最小值之差，它是用来划分因素的重要程度的依据，极差越大说明该因素水平所引起实验结果的变化最大，根据极差大小，可以排出因素的主次顺序。经计算，3个主要因素切削深度ap、每齿进给量fx和主轴转速对切削力的影响程度依次为：主轴转速、切削深度、每齿进给量。3.经验公式：在机床特征和刀具几何参数确定的前提下，根据切削原理，影响切削力的三个主要因素切削深度ap、每齿进给量fx和主轴转速n与切削力的关系可表示成：两边取对数，得：令则方程变为：曲线拟合的问题转化为根据实验数据确定多项式系数b0,b1,b2,b3的问题，采用最小二乘法确定回归系数。见实验问答第二题。实验记录及数据处理（RecordsofExperimentandDataProcessing）表1.铣削正交实验因素水平表因数水平1234主轴转速n(r/min)1500250035004500切削深度ap(mm)0.10.20.30.4每齿进给量fx（mm/min）40080012001600表2.切削力结果分析表序号主轴转速n(r/min)切削深度ap(mm)每齿进给量fx（mm/min）切削力（N）115000.14008.302215000.28007.395315000.3120015.96415000.4160024.42525000.18007.732625000.24008.600725000.3160015.23825000.4120016.32935000.112008.8521035000.2160011.721135000.340010.411235000.480022.321345000.1160011.141445000.2120012.471545000.380013.321645000.440014.30K156.08N36.03N41.61NK247.88N40.19N50.77NK353.30N54.92N53.60NK451.23N77.36N62.51N极差K8.2N41.33N20.90N实验问答题（ExperimentalQuestions）通过极差分析判断主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力影响程度？答：从小到大依次是主轴转速、每齿进给量、切削深度。根据多元回归方法，求出切削力的经验公式系数，要求有详细的计算过程。答：表格如下序号X1=logapX2=logfxX3=lognY=logF1X11=-1X12=2.60X13=3.18Y1=0.922X21=-0.70X22=2.90X23=3.18Y2=0.873X31=-0.52X32=3.08X33=3.18Y3=1.204X41=-0.40X42=3.20X43=3.18Y4=1.395X51=-1X52=2.90X53=3.40Y5=0.896X61=-0.70X62=2.60X63=3.40Y6=0.937X71=-0.52X72=3.20X73=3.40Y7=1.188X81=-0.40X82=3.08X83=3.40Y8=1.219X91=-1X92=3.08X93=3.54Y9=0.9510X101=-0.70X102=3.20X103=3.54Y10=1.0711X111=-0.52X112=2.60X113=3.54Y11=1.0212X121=-0.40X122=2.90X123=3.54Y12=1.3513X131=-1X132=3.20X133=3.65Y13=1.0514X141=-0.70X142=3.08X143=3.65Y14=1.1015X151=-0.52X152=2.90X153=3.65Y15=1.1216X161=-0.40X162=2.60X163=3.65Y16=1.16误差函数：对b0求偏导并使之为0：（3）得出b0表达式：（4）同理求出b1-b3表达式：（5）从表格数据计算各系数：（6）列出4个四元一次方程组（7）根据矩阵求解b0,b1,b2,b3:[b0b1b2b3]=解得b0=，b1=0，b2=，b3=1.则切削力经验公式为：=3.除了上述的主轴转速、进给速度、切削深度外，思考一下还有哪些因素会影响切削过程中切削力的大小?答：1.工件材料的硬度等，比如金属含碳量高、低，淬火件等多会影响切削力大小；2.刀具形状尺寸参数，比如刀具各特征角度不同可能引起切削力大小不同；3.切削环境，比如使用冷却液等。四、实验中发现的问题或建议（QuestionsorSuggestionsFoundin