实验一 车刀的几何角度及其测量

实验一 车刀的几何角度及其测量 机械制造技术基础 实验指导书 天津工业大学 机械电子学院 1 2008-2-26 前言 在机械工程学科教学改革中，进行教学体系改革时，实践性教学环节的改进与提高，尤其是实验教学内容与方法的改进与提高，是一个非常重要的内容。课程实验贯穿于教学的全过程，对学生建立科学的实验思路、认识先进的实验系统和掌握科学的实验方法和技能等方面，具有不可替代的作用。在课程实验改革中，很重要的一点是创新，即创建一批具有高新技术水平的、采用计算机处理的、高度信息化的，同时又能揭示课程内容所阐述的基本原理的、现代化的教学实验。这样的实验系统，可以放手地让学生自己做实验，改变传统的只看不做的方式，培养学生自己动手做实验的实践能力。 《机械制造技术基础》是对机械工程学科所有本科生开出的一门技术基础课程，是将原《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》、《金属切削机床概论》、《机床夹具》和《金属工艺学》等课程的基本内容及先进制造技术进行整合而形成的一门新课程，理论学时 64、实验学时6。本课程开设以来，教学效果良好，师生都很满意。为进一步提高该课程的教学质量，满足创新课程实验和进行教学信息化建设的要求，我们对原有的实验进行了补充和改进。现可开出以下实验:车刀的几何角度及其测量;“车削力测定”;“切削温度测定”;“加工误差统计分析;“工艺系统静刚度测定”等五个实验。 2 3 目 录 前言............................................................................................................. 2 实验一 车刀的几何角度及其测量 ........................................................... 5 实验二 车削力的测量 ............................................................................. 10 实验三 加工误差统计分析 ..................................................................... 19 实验四 切削温度的测定 ......................................................................... 25 实验五 工艺系统静刚度的测定 ............................................................. 32 4 实验一 车刀的几何角度及其测量 一、实验目的: 1( 熟悉车刀切削部分的构造要素，根据车刀几何角度的定义测量车 刀的几何角度。 2( 了解车刀测角仪的结构，学会使用车刀测角仪测量车刀几何角度 的方法。 二、实验要求: 1( 加深理解刀具标注角度的参考系，各坐标平面的位置(静态的)。 2( 根据测量结果绘制车刀工作图。 3( 进一步熟悉各剖面之间的角度关系。 三、 车刀测角仪的结构: 测量刀具几何角度的量具很多，如万能量角器、摆针式重力量角器、车刀测角仪等等。车刀测角仪是测量车刀角度的专用量角仪，它有很多种型式，本实验采用的是既能测量车刀主剖面参考系的基本角度，又能测量车刀法剖面参考系的基本角度的一种车刀测角仪，其结构如图所示。 圆形底盘的周边上刻有从0?起顺、逆时针两个方向各100?的刻度盘1。其上面的支撑板可绕小轴转动，转动的角度由固连与支撑板上的指针指示出来。支撑板上的导块和滑块1、2固定在一起，能在支撑板的滑槽内平行滑动。 升降杆固定安装在圆形底盘 上，它是一根矩形螺纹丝杠，其上 面的升降螺母可以是导向块沿升 降杆上的键槽上、下滑动。导向块 上面用小螺钉固定装上一个小刻 度盘3，在刻度盘3的外面用滚花 手轮将角铁的一端锁紧在导向块 上。当松开滚花手轮时，角铁以滚 花手轮为轴，可以向顺、逆时针两 个方向转动，其转动的角度用固定 在角铁上的小指针在刻度盘3上指 示出来。在角铁的另一端固定安装 扇形刻度盘2，其上安装着能顺时 针转动的测量指针，并在刻度盘2 上指示出转动的角度。 当支撑板指针、小指针和测量指针都处于0?时，测量指针的前面和侧面b、c垂直与支撑番的平面，而测量指针的底面a平行于支撑板的平面。 5 测量车刀角度时，就是根据被测角度的需要，转动支撑板，同时调整支撑板上的车刀位置，再旋转升降螺母使导向块带动测量指针上升或下降而处于适当的位置。然后用测量指针的前面(或侧面b、c或底面a),与构成被测角度的面或线紧密贴合，从刻度盘2上读出测量指针指示的被测量角度数值。 四、实验方法及步骤: 1) 校准车刀测角仪的原始位置 用车刀测角仪测量车刀的几何角度之前，必须先到测角仪的测量指针、小指针和支撑板指针全部调整到零位，然后将车刀平放在支撑板上，其侧面紧紧贴导块侧面，我们称这种状态下的车刀测角仪位置为测量车刀 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 角度的原始位置。 2) 主偏角K的测量 r 从测量车刀标注角度上的原始位置起，顺时针转动支撑板使车刀主刀刃和测量指针前面紧密贴合，此时支撑板指针在底盘上所指示的刻度数值，即为主偏角K数值。 r 3) 刃倾角λs的测量 测完主偏角K之后，此时测量指针位于切削平面内，转动测量指针使r 其下边a与车刀主刀刃紧密贴合，则测量指针在刻度盘2上所指示的刻度数值，就是刃倾角λs的数值。测量指针在0?左边为+λs，指针在0?右边为-λs。 4) 副偏角K’的测量 r 参照测量主偏角K的方法，逆时针方向转动支撑板，使车刀副刀刃与r 测量指针的前面紧密贴合，此时支撑板指针在底盘上所指示的刻度数值即为副偏角K’的数值。 r 5) 前角γ的测量 0 前角γ的测量是在主刀刃的主剖面内进行的，首先将车刀测角仪位于0 测量主偏角K的位置上，使支撑板逆时针转动90?或使支撑板指针从底盘r 0?刻度逆时针转动90?- K刻度数值。此时，主刀刃在基面上的投影恰r 好垂直于测量指针前面，然后用测量指针底边a与通过主刀刃上选定点的前刀面紧密贴合，则测量指针在刻度盘2上所指示的刻度数值，就是前角γ的数值。测量指针在0?右边时为+γ，测量指针在0?左边时为-γ。 000 6) 后角α的测量 0 后角α的测量与前角γ的测量都是在主刀刃的主截面内进行的，因00 此在测量完前角之后支撑板不需要调整，只需平移导块和车刀，使测量指针的侧面c与通过主刀刃上选定点的后刀面紧密贴合，此时测量指针在刻度盘2上所指示的刻度值，就是后角α的数值，测量指针在0?左边为+0 α，测量指针在0?右边为-α。 00 6 7) 法向前角γ和后角α的测量 nn 测量法向前角γ必须在测量K和λs之后进行。测量法向前角γ是nrn在主刀刃的法向剖面内进行的，所以必须使测量指针位于法向剖面内，首先逆时针转动支撑板90?-K，使测量指针位置主刀刃的主截面内，然后r 松开滚花手轮，转动角铁使小指针在刻度盘上指示刃倾角的角度值，(刃倾角为+λs时，小指针指向0?左边，刃倾角为-λs时，小指针指向 0?右边。)此时测量指针，即位于主刀刃的法剖面内，然后再按如前所述测量前角γ和后角α的方法，便可测量出车刀法向前角γ和法向后角α00n的数值。 n 8) 付后角α’的测量 0 付后角α’的测量是在副刀刃的主剖面内进行的，所以首先使测量0 指针位于副刀刃的主截面内,其做法是将车刀测角仪位于测量K’的位置,r然后顺时针转动90?使测量指针位于副刀刃的主剖面位置，然后用测量指针的剖面b和通过副刀刃上选定点的副后刀面紧密贴合,测量指针在刻度盘2上所指示的刻度值就是付后角α’的数值。 0 将测量结果K、K’、 λs、γ、α、γ、α、α’记入 实验报告 化学实验报告单总流体力学实验报告观察种子结构实验报告观察种子结构实验报告单观察种子的结构实验报告单 rr00nn0 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 格中。 五、绘制外圆车刀和切断刀的工作图 绘制车刀的工作图时，应使标注的角度数量最少，并能完整地表达出车刀切削部分的形状及尺寸，同时要求所标注的角度能反映刀具的切削特征，刀具工作图除表明几何参数以外，还需注明刀杆材料，切具切削部分材料，牌号及型号，表面光洁度要求，各主要参数公差等。 绘制车刀工作图的主要步骤如下: 1) 首先画出车刀的正视图。 2) 画出车刀俯视图。 3) 过车刀主刃上某点画出剖面。 4) 过车刀副刀刃上某点画出付剖图。 5) 画出切削平面S向视图。 6) 标注车刀主刀刃四个基本角度γ、α、K、 λs和付切削刃的基00r 本角度K’、 r α’，标注刀杆尺寸及车刀主要技术要求等。 0 此外，必要时应画出局部放大图。 六、实验注意事项: 1( 实验前必须详细阅读实验说明书，明确实验目的，要求及方法。 2( 测量车刀几何角度时，要注意安全，同时主要爱护刀具和测量仪 器，防止碰伤及损坏。 3( 车刀工作图按1:1绘制。 7 七 、车刀几何角度参考图 另附车刀几何角度参考图如下: 8 9 实验二 车削力的测量 利用测力仪将切削力大小转化为电阻应变片的变形，该变形反映为电桥电压的变化。通过标定可以知道电流变化与切削力的关系，从而测出切削力。本实验主要分析切削深度a和进给量ƒ对切削力的影响，通过对实p 验数据加以适当处理得到切削力的经验公式。利用该公式可以计算相同切削条件下(相同工件材料、刀具材料、刀具角度等)，切削深度a和进给p量ƒ变化时的切削力大小。 一、实验目的 1. 了解车削测力仪(电阻式测力仪)的工作原理、调整及标定方法。 2. 研究切削深度a和进给量ƒ对车削力的影响规律。 p 3. 掌握单因素法测量切削力，了解正交实验法。 4. 通过对实验数据的处理，建立主切削力(切向力)的经验公式: xyFFccF,Caf cFpc 同理可建立进给力(轴向力)和背向力(径向力)的经验公式: xyxyFFFFffppF,CafF,Caf fFppFpfp 二、实验仪器设备 1. CA6140型车床 1台 2. QB-07型双平行八角环车削测力仪 1台 3. 数据采集卡 1块 4. 高速钢车刀 1把 5. 试件(中碳钢棒料) 1件 6. 卡尺 1把 7. 双对数坐标纸 三、实验原理 1. QB-07型双平行八角环车削测力仪(电阻式测力仪) 测力仪有两种类型，一种是电感式，一种是电阻式。电感式测力仪工作原理如下: 切削力作用在刀头上，刀头与弹性体连接如图1所示。在弹性体受切削力的三个分力方向上分别安装三个电感线圈，线圈两端由电感测力仪电源箱提供一个固定的电压。当刀尖受到切削力作用时，线圈的间隙变化将使线圈周围的磁场也发生变化，从而使通过线圈的磁通量变化，使线圈两端的电压发生变化。 10 图1 电感测力仪示意图 图2 电桥接线图 测力仪电源箱内部装有三个电桥与测力仪的三个电感线圈相对应，每个电桥的接线图如图2所示。其中U为电桥电源，V为电感线圈产生的变化电压，接于桥臂两端。在一个桥臂上装有可调电位器。测量前调节可变电位器，使电桥达到平衡。当外部电压发生变化时，电源箱上的三个微安表就会测出这个变化，电流的大小反映出切削力的大小。 双平行八角环作为弹性元件，在上环和下环的各个表面上，共粘贴着20片电阻应变片，可以组成三个电桥，分别测量F，F，F。 zyx (1)电路原理 电阻式测力仪的基本原理是将切削力的大小转换成电压的大小。QB-07型双平行八角环车削测力仪是一种车削测力仪。其工作原理是:测力仪的双平行八角环是弹性元件，在环的内壁上粘贴有电阻应变片，并将这些电阻应变片连接成三个电桥以分别测量三个方向的分力。车削时，车削力经工件转递给车刀，再由车刀刀杆转递到八角环。八角环的变形使紧贴在其上的应变片也随之变形，从而电阻值发生变化。 , 当应变片受拉伸变形时，应变片变细，电阻增大(R+ΔR); , 当应变片受压缩变形时，应变片变粗，电阻减小(R-ΔR); 电阻的变化通过电桥表现为电桥电压的变化。但是由于电阻变化很小，所以电桥输出电压的变化也很小，还需要经过放大。将电桥输出的电信号接入CLS-1直流三线数字测力仪后，经过放大可直接显示切削力的数值。 测力仪常用的电桥有等臂全桥和卧式半桥两种形式(图3) 11 图3 电桥形式 图3中a为由电阻应变片所组成的电桥，R1、R2、R3、R4分别为四个电桥桥臂的电阻。当A、C端加一定的桥压U时，则B、D端的输出电压ΔU由下式求得: R1R3,R2R4ΔU=U (1) (R1，R2)(R3，R4) 由式(1)可知，当R1R3=R2R4时，电桥输出电压为ΔU=0，即电桥处于平衡，这就是在进行切削实验前必须进行的电桥平衡的调节工作。 在切削力作用下，应变片的电阻发生变化，破坏了电桥的平衡，若R1、R2、R3、R4分别产生ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4的电阻变化，则由式(1)的电桥的输出电压为: R1R24?R1?R2?R4?R3ΔU=U(-+-) (2) 2(R1，R2)R1R2R3R4 由式(2)可以看出电桥的一个重要的性质，当电桥相邻两臂有符号相同的电阻变化时，电桥输出电压为两桥电阻变化相减的结果。因此在测力仪接桥时，为使电桥有较大的输出，则应使电桥相邻两臂有符号相反的电阻变化，而相对两臂有符号相同的电阻变化，这就是测力仪的布片与接桥原则。 测力仪常用的电桥有等臂全桥(电桥由四个臂组成，R1=R2=R3=R4=R)及半桥(电桥由二个臂加上两个固定电阻组成，R1=R2=R)，如图3所示。由式(2)两种电桥的输出电压为: U全桥:ΔU=(ΔR1-ΔR2+ΔR3-ΔR4) (3) 4R U半桥:ΔU=(ΔR1-ΔR2) (4) 4R 比较(3)和(4)可知，当ΔR1=ΔR3=+ΔR;ΔR2=ΔR4=-ΔR时，全 12 桥的输出为半桥的两倍，也即全桥的灵敏度为半桥的两倍。因此，为提高测力仪的灵敏度，即电桥有较大的输出，应尽可能采用等全臂全桥的测量电路。 (2)布片与接桥 QB-07型双平行八角环测力仪的结构如图4，由上下两个八角扁环(弹性体)组成，环的表面贴有20片电阻应变片，联成三个电桥，分别测量F(主切削力)，F(背向力或径向力)，F(进给力或轴向力)。 zyx QB-07型双平行八角环测力仪的应变片分布如图5所示。用于测量Fz的电阻应变片有R、R、R、R，组成的测量电桥如图6(a)。 z1z2z3z4 13 图6 接桥图 在F的作用下，R、R受拉，电阻增大(+ΔR，+ΔR);下环受压，zz1z3z1z3 UU电阻减小(-ΔR，-ΔR)此时ΔU=(ΔR-Δ+Δ-Δ)=，,Rz2z4z1z2z3z44RR形成全桥电路，有较大输出。符合布片与接桥原则。 用于测量F的电阻应变片有R、R 、R、R 、R、R、R、R，yy1y2y3y4y5y6y7y8组成的测量电桥如图6(b)。在背向力F的作用下，R、R 、R、R受yy1y2y5y6拉，电阻增大(各为+ΔR)，R、R 、R、R受压，电阻减小(各为-ΔR)。y3y4y7y8 同理符合布片与接桥原则。 用于测量F的电阻应变片有R、R 、R、R 、R、R、R、R，xx1x2x3x4x5x6x7x8组成的测量电桥如图6(c)。在进给力F的作用下，R、R 、R、R受xx1x2x5x6拉，电阻增大(各为+ΔR)，R、R 、R、R受压，电阻减小(各为-ΔR)。x3x4x7x8 同理符合布片与接桥原则。 测力仪的布片与接桥，还应该考虑尽可能消除三个分力间的相互干扰，即每一个电桥的输出电压仅与被测量的切削力有关，而与其它两个切削分 U力无关。如测量F时，电桥输出ΔU=(ΔR-Δ+Δ-Δ)。在F作zz1z2z3z4y4R 用下，R、R、R、R同时收压缩变形，电阻减小，且减小的数值相等，z1z2z3z4 从而不会导致测量F的电桥有电压输出。在F作用下，R、R受压，R、zxz1z2z3R受拉，从而不会导致测量F的电桥有电压输出。同理可以证明三个方向z4z 的测量电桥互不干扰。 2. 数据采集卡 实验采用的是阿尔泰科技公司的USB2010数据采集卡，用来实现把八角环测力仪得到的电压模拟信号转换为数字信号，传送到计算机中进行数据的保存和处理。 14 USB2010数据采集卡的主要技术参数如下: (1)模拟信号输入部分 模拟通道输入数: 32路单端或16路双端输入 模拟输入电压范围:?5V、?10V、0,，10V 模拟输入阻抗: 100MΩ 模拟输入共模电压范围:>?2V (2)A/D转换电路部分 A/D分辨率:12Bit(4096) 非线性误差:?1LSB(最大) 转换时间:10us 系统测量精度:0.1% A/D采样通过率:100KHz 3. 测力环(见附件) 4. 切削力测量实验原理图 数据采集卡 数据分析 数据采集系统 图7 切削力测量实验原理图 15 四、实验方法 (1) 准备工作 1) 安装工件，测力仪及车刀。注意刀尖伸出长度应与标定时一致， 并对准工件中心高。将刀具角度填入表一中。 2) 熟悉CA6140机床的操纵手柄及操作方法，注意安全实现。 3) 确定实验条件 (2) 切削实验 用单因素法进行实验，即在固定其它因素，只改变一个因素的条件下， 测量出切削力。 1) 固定υ和ƒ，依次改变a(在0.5~3mm范围取5个数值)，进行切p 削，将a和切削力的数值填入实验报告表中。 p 2)固定υ和a，依次改变ƒ(根据机床进给量表，选取5个数值)，p -*---*/*/进行切削，将ƒ和切削力的数值填入实验报告表中。 五)实验数据处理 1)图解法 将实验数据画在双对数坐标中 log F z a 1 b 1 log a pXYFFzzF,Caf,固定ƒ =1mm/r，取常用对数得 1zp logF,logC，Xloga z1Fpz 当，a=1mm时，得C=Fp1z X 为直线的斜率，可通过任取直线上的两点确定。 Fz 16 a1X,tan,, Fzb1 log F z a 2 b 2 log ƒ XYFFzzF,Caf,固定a=1mm，取常用对数得 p2zp logF,logC，Ylogf z2Fz 当ƒ =1mm/r，得C=F2z Y为直线的斜率，可通过任取直线上的两点确定。 Fz a2Y,tan,, Fzb2 求主切削力的实验公式: C，C12C, 为减小误差，取。 Fz22)一元线性回归法(最小二乘法) XYFFzzF,Caf,取常用对数得 1zp logF,logC，Xloga，Ylogf。 z1FpFzz fY (1)固定a=1mm，改变，令y=，α=，β=，x=，logalogFlogCpFpz1z 则得到直线方程y=α+βx. 17 根据数理统计或数值分析的知识，可得 nnnn nxy,(x)(y)(x,x)(y,y),,,,iiiiiii,1i,1i,1i,1 ,,或,, nnn22nx,(x)(x,x),,,iiii,,1i1i,1 ,,y,,x 其中，n为测量次数，x，y为每次测量的进给量ƒ和着切削力F的对iiz ,数值。通过线性回归可得到β也就是Y的较为准确值，C,10,F(须1zFz 保证a=1mm)。 p 计算时可采用下表: 表2.1 一元线性回归用表 22 xyxyxy编号 ƒ F iiiiiiz 1 2 3 4 5 „„ n ,i a = mm p 表2.2 一元线性回归用表 22 xyxyxy编号 a Fiiiiiipz 1 2 3 4 5 „„ 18 n ,i ƒ = mm/转 XYFFzzF,Caf (2)，固定=1mm/每转，改变a处理方法同fp2zp 上。若不能固定在=1mm/每转，则需按一下处理:f logF,logC，Xloga，Ylogf z2FpFzz X,, Fz ,α=(Y上面已求出) C,10logC，YlogfFz22Fz CC，XYFF12zzFaf, zp2 实验三 加工误差统计分析 一、实验目的 统计分析法是通过一批工件加工误差的表现形式，来研究产生误差原因的一种方法。做加工误差统计分析实验的目的在于，巩固已学过的统计分析法的基本理论;掌握运用统计分析法的步骤，练习使用统计分析法判断问题的能力。 1. 掌握绘制工件尺寸实际分布图的方法，并能根据分布图分析加工误 19 差的性质，计算工序能力系数，合格品率，废品率等，能提出工艺 改进的措施; 2. 掌握绘制X-R点图的方法，能根据X-R点图分析工艺过程的稳定 性。 二、实验要求 1( 实验前要复习“加工误差统计分析”一节的内容。 2( 通过实验绘制“实际分布图”和“X—R”控制图。 3( 根据实际分布图分析影响加工误差的因素，推算该工序加工的产品 合格率与废品率;试提出解决上述问题的途径。 4( 根据X—R图分析影响加工误差的因素;判断工艺是否稳定;试提 出解决上诉问题的途径。 三 、实验原理和方法 在M1040无心磨床上用纵磨法磨削45HRC59~62工件一批，检查其每件尺寸。做出实际分布图以及X—R控制图。 在机械加工中应用数理统计方法对加工误差(或其他质量指标)进行分析，是进行过程控制的一种有效方法，也是实施全面质量管理的一个重要方面。其基本原理是利用加工误差的统计特性，对测量数据进行处理，作出分布图和点图，据此对加工误差的性质、工序能力及工艺稳定性等进行识别和判断，进而对加工误差作出综合分析。详见教材相关章节。 1、直方图和分布曲线绘制 1)初选分组数K 一般应根据样本容量来选择，参见表3.1. 表1.1 分组数K的选定 n 25~40 40~60 60~100 100 100~160 160~250 k 6 7 8 10 11 12 2)确定组距 找出样本数据的最大值Ximax和最小值Ximin，并按下式计算组距: xx,Rmaxmin d',,kk,,11 选取与计算的d'值相近的且为测量值尾数整倍数的数值为组距 。 20 3)确定分组数 Rk,，1d 4)确定组界 d (j=1，2，„„，k) xid，,,(1)min2 5)统计各组频数n(即落在各组组界范围内的样件个数) i 6)画直方图 为纵坐标，画出直方图。 7)计算总体平均值与标准差 n1xx, ,in,i1 式中 x,第i个样件的测量值; i n,样本容量。 n21sxix,,() ,n,1i,1 8)画分布曲线 若研究的质量指标是尺寸误差，且工艺过程稳定，则误差分布曲线接近正态分布曲线;若研究的质量指标是形位误差或其他，则应根据实际情况确定其分布曲线。 画出分布曲线，注意使分布曲线与直方图协调一致。 9)画公差带 在横轴下方画出公差带，以便与分布曲线相比较。 XR,2、图绘制 1)确定样组容量，对样本进行分组 样组容量一般取m=2,10件，通常取4或5。 按样组容量和加工时间顺序，将样本划分成若干个样组。 2)计算各样组的平均值和极差 21 对于第i个样组，其平均值和极差计算公式为: n1， Rxx,,xx,,iiimaxminiijm,j1 式中 ——第i个样组的平均值; xi ——第i个样组的极差; Ri x——第i个样组第j个零件的测量值; ij x——第i个样组数据的最大值; imax x——第i个样组数据的最小值 imin XR,3)计算图控制限 XR,图的控制限为: km,1中线 xx,,i,kmi1,,,上控制线 x=xAR， ,U2 ,上控制线 x=xAR,L2, ,, km,1中线 RR,,i,kmi1,,,上控制线 R=DR ,U1 ,上控制线 R=DRL2, ,, 式中A、D、D——常数，可由表1.2查得; 212 K--样组个数。 m 表3.2 A2、D1、D2值 N(件) A D D 212 22 4 0.73 2.28 0 5 0.58 2.11 0 6 0.48 2.00 0 XR,4) 绘制图 以样组序号为横坐标，分别以各样组的平均值 和极差R为纵坐 XR,标，画出 图，并在图上标出中心线和上、下控制限。 3、工序能力系数计算 TC按下式计算: ,pCp6, 4、判别工艺过程稳定性 可按表3.3所列标准进行判别。注意，同时满足表中左列3个条 件，工艺过程稳定;表中右列条件之一不满足，即表示工艺过程不稳 定。 表3.3 正常波动与异常波动标志 正 常 波 动 异 常 波 动 1、有点子超出控制线 1、没有点子超出控制线 2、点子密集在平均线上下附近 3、点子密集在控制线附近 2、大部分点子在平均线上 4、连续7点以上出现在平均线一侧 下波动，小部分在控制线5、连续11点中有10点以上出现在平均线一侧 附近 6、连续14点中有12点以上出现在平均线一侧 7、连续17点中有14点以上出现在平均线一侧 8、连续20点中有16点以上出现在平均线一侧 3、点子没有明显的规律性 9、点子有上升或下降的倾向 10、点了有周期性的波动 23 四、实验步骤 1、 实验数据(即样本)的测量 选取量具的刻度值ε=(0.1-0.15)δ(公差)的量具进行测量。 测量工件的数量选用200-500件。(一般为50-200件)，将测量数据记 录实验报告“测量值记录表中”。 2、 制作实际分布图 (1) 整理与计算实验数据 (2) 作频数表 X(3) 计算算术平均值和均方差S (4) 画实际分布图 X,R3、 制作图 (1) 决定样组数据个数n，一般取n=4或5。 (2) 数据处理。 X ?计算各样组的平均值和极差。 R XXR?计算和的平均值和。 R X,R?计算图控制线。 X,R(3) 绘制控制图 五、分析判断实验结果 X,R1、 通过对实际分布图及控制图分析、判断影响该批零件加工精度 的主要误差因素。 X2、 通过和，推断该工序的工艺能力，确定工艺等级。 S X3、 通过和，推断该工序加工的成品率与废品率。 S 4、 判断工艺是否稳定。 5、 试提出解决上述工艺问题的措施。 24 实验四 切削温度的测定 一、实验目的及要求: 1(初步掌握用自然热电偶原理测量切削区平均温度的方法。 2(研究切削用量对切削温度的影响。 v,f,,p 3(用实验的方法建立车削温度的经验公式。 二、实验仪器及设备: 车床(S1-250) 1台 高速钢车刀(26×200) 1把 电位差计(UJ36) 1台 车刀测角仪 1台 卡尺(150×0.02mm) 1把 25 导线 试件 自然热电偶定度曲线 三、实验原理及方法: 1( 热电偶的测量原理: 测量切削温度的方法很多，但目前多采用热电偶法，而热电偶法又可分为人工热电偶、半人工热电偶和自然热电偶法。由于所测定的温度对象不同，所采用测量方法也不相同。本实验是采用自然热电偶测量切削区的平均温度。 两种不同的金属材料，若将其任意一端焊接起来，就构成了一个热电偶。组成热电偶的导体称为热电极。用热电偶测温时，是将其焊接端与被测体接触，而非焊接端接入能够表征温度值的仪器。(焊接端称为热端或工作端，另一端称为冷端)切削时刀具与工件(包括切屑)接触处温度升高形成热电偶的热端，而在工件的引出端和刀具的尾端保持室温形成热电偶的冷端。这样在刀具,工件回路中就产生了温差电动势。用电位差计或毫伏表测量此热电势的大小，然后根据热电偶的定度曲线(描述热电势和热端温度值关系的曲线)求得温度值。 2( 自然热电偶法测切削温度 图4-1中车刀可以是高速钢车刀，也可以是硬质合金车刀。本实验采用高速钢刀具，工件材料为碳钢。工件和刀具在切削区接触处构成热电偶的热端。而刀具和工件构成了热电偶的两个极。切削时由于切削变形及摩擦而产生大量的热，使切削区形成高的温度，因而导致工件、刀具组成的热电偶产生热电势。我们将其引出接至电位差计或毫伏计(本实验采用VJ36电位差计)测出热电势的大小，然后根据定度曲线确定切削温度。 26 图4-1 用自然热电偶法测量切削温度安装简图 3( UJ36电位差计的工作原理 电位差计采用补偿法原理，使被测量电动势(或电压)与恒定的标准 电动势比较，是一种高精度测量电动势的仪器。如图4-2所示。 E Rp R RN R Q E 标准 NEx 未知 K G 图4-2 电位差计原理图 E ,工作电源 E ,标准电池电动势 N E ,被测电动势 X G ,晶体管放大检流计 R ,工作电流调节电阻 P R ,被测量电动势的补偿电阻 R ,标准电池电动势的补偿电阻 N K ,转换开关 将K扳向标准位置，调节R使检流计G指零，这时标准电池的电动势P 由电阻R上的电压降补偿，即 N E=I×R „„ (1) NN 式中:I是流过RN和R的电流，称之为单位差计的工作电流，由(1)式得 27 I=E/R „„ (2) NN 工作电流调节好后，将K扳向“未知”位置，同时移动Q触头，再次使检流计指零，此时触头Q在R上的读数为R，未知电压 Q E=IR „„ (3) XQ E=(R/R)E „„ (4) XQNN 电位差计的使用: (1) 将被测的电压接在未知的两个接线柱上，并注意极性。 (2) 把倍率开关旋向所需要的位置上，同时也接通电位差计工作电源和检流计放大器电源，三分钟以后，调节检流计指零。 (3) 将扳键开关扳向“标准”，调节多圈电位器使检流计指零。 (4) 扳键开关扳向“未知”，调节步进读数盘和滑线读数盘使检流计再次指零，未知电压按下式表示: U=(步进盘读数，滑线盘读数)×倍率 X (5) 仪器使用完毕，将倍率开关旋向断位置，电键开关放在中间位置。 (6) 电位差计应保持清洁，避免剧烈振动。 4(车刀与工件组成的自然热电偶的定度 将高速钢棒和工件材料相同的金属棒一端焊在一起组成自然热电偶，放置在炉内标准热电偶处，当电炉加热后随着炉温的升高，按照不同的温度，同时记录自然热电偶和标准热电偶在电位差计上的读数，根据标准热电偶的定度曲线(亦称定标曲线)，逐点描绘出自然热电偶的定度曲线。 电炉 标准热电偶 自然热电偶 UJ36电 位差计1 UJ36电 水槽 位差计2 28 图4-3 定度装置示意图 ? ,? , c b a E’ EEE’ x2 x2x1 x1 标准热电偶定度曲线 自然热电偶定度曲线 图4-4 定度曲线 例如:电炉温度为O?时，电位差计1读取电压值为E，而电位差XX1计2读取的电压值为E，根据E值，在标准热电偶定度曲线上可求得炉X2X1 温为O?,自然热电偶当然也应感受到O?的温度。根据E和O?X’X’X2X’便可确定a点。同理可确定b点和c点等，连接a、b、c等点便获得了自然热电偶的定度曲线。 四、实验内容及步骤: 1(按图4-1连接好线路，高速钢车刀引线接入UJ36未知接线柱的正极，碳钢工件的引线接未知接线柱的负极，若工件材料不变，刀具为硬质合金，则极性相反。 f2(改变进给量，其他条件不变，进行切削，从UJ36上读取mv值并根据定度曲线折换成温度值。 3(改变吃刀深度，其他条件不变，进行切削，从UJ36上读取mv,p 值并根据定度曲线折换成温度值。 4(改变切削速度，其他条件不变，进行切削，从UJ36上读取mv值v 并根据定度曲线折换成温度值。(2，3，4 数据记入实验报告) 5(用方格纸及对数坐标纸绘出切削温度O与的关系曲线，如v,f,,p 29 图4-5所示。 6(求出切削温度的经验公式 Zxy ,,C,,,f,a,P ,(log),x,tg, ,1,(logv) ,(log),y,tg, ,2,(logf) , C,,ZxyvfaP ,(log), z,tg,,3,(loga)P ,,, f ,vp log,log,log, ,1,2,3 30 logvlogflog,p 图4-5 切削温度与切削速度，进给量和吃刀深度关系的典型f,vp 曲线 五、思考题 1(用自然热电偶法测出的温度是哪部分的温度, 2(为什么要注意工件与刀具的绝缘, 3(为什么工件引出点的形式采取这样的形式,你对此有何看法及建议, 4(比较切削用量对切削温度的影响程度的大小,并说明原v,f,,p 因。 31 实验五 工艺系统静刚度的测定 一(实验目的 1(掌握工艺系统静刚度的测定方法，加深对静刚度的理解。 2(通过对车床工艺系统静刚度的测定，分析其对加工精度的影响。 二(实验设备 1(车床 1台 2(车床三面静刚度仪 1套 3(百分表 1块 4(顶尖 1个 5(拨盘 1个 6(千分表 3块 7(千分表座 3台 三(实验原理 1(机床静刚度 机床静刚度是指“切削力”同在切削力方面上由该力所引起的刀具和工件之间的相对位移的比值。由于机床是由许多部件组成的，各部件在切削力的作用下都要变形，这些变形都会导致刀具和工件之间的相对位移，故位移量是综合量。也就是说机床刚度不能用某个零部件的刚度来评定，而是指整台机床在切削力的作用下抵抗变形的能力。 机床的刚度是评定机床质量的一项重要指标，它直接影响加工精度等。对于不同的机床影响加工精度的往往主要是某一个方向刚度。例如车床主要是y向刚度起作用。 2(实验原理 本实验是在车床上进行且车床处于工作状态。试验时用车床三向静刚度仪模拟切削时Px，Py，Pz三个分力，均匀地对机床施加力。分别用百分表和千分表测出已知载荷下床头、床尾和刀架的变形。由已知载荷Py和各载荷下的相应变形建立各部件的刚度曲线。再经计算求出车床的平均静刚度。 3(车床三向静刚度 图5-1为三向静刚度仪。使用时拨盘11将支架1稳固的安装在车床前后两顶尖之间。拧动螺钉3使可通过弹簧5经推杆6将载荷P施加在特制刀杆9上，反作用力通过支架1及前后顶尖传给床头和尾座。P的大小 ,,,由百分表2指示(U形簧经过定标)，支架的刚度很大。调整角便可得到按一定比例的Px，Py，Pz。床头、尾座和刀架在不同载荷下的变形y分别由千分表测出。 32 图5-1 三向静刚度仪 四(实验步骤 1(把车床三向静刚度仪牢固的安装在车床上，尾座套筒悬伸量取H/2=100mm。 33 2(调整角 ,,, 通常车削时Py/Pz=0.3-0.5; Px/Pz=0.15-0.3 本实验取 Py/Pz=0.45; Px/Pz=0.20 ;;即， ,,24,,10P,P,cos,,sin,y 3(千分表按图5-2布置好 图5-2千分表位置图 4( 逐级加载，从千分表1，2，3读取数据，记录在试验报告中。 5( 逐级卸载，从千分表1，2，3读取数据，记录在试验报告中。 34 35