《金属切削原理与刀具》实验指导

《金属切削原理与刀具》实验指导书河南科技学院2012-08-31实验一车刀几何角度的测量一、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、实验设备1. 车刀量角仪、车刀一套四、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。

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。

五、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角度的原始位置。

的测量2）主偏角Kr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Kr 数值。

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，转动测量指针使其下边ra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的方法，逆时针方向转动支撑板，使车刀副刀刃与测量参照测量主偏角Kr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的测量5）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测量前角γ主偏角Kr的位置上，使支撑板逆时针转动90°或使支撑板指针从底盘0°刻度逆时针转动90°- Kr刻度数值。

此时，主刀刃在基面上的投影恰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+γ0，测量指针在0°左边时为-γ。

6）后角α的测量后角α0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α0的数值，测量指针在0°左边为+α，测量指针在0°右边为-α。

7）法向前角γn 和后角αn的测量测量法向前角γn 必须在测量Kr和λs之后进行。

测量法向前角γn是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°-Kr，使测量指针位置主刀刃的主截面内，然后松开滚花手轮，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γ0和后角α的方法，便可测量出车刀法向前角γn和法向后角αn的数值。

8）付后角α’的测量付后角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Kr’的位置,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。

将测量结果Kr 、Kr’、λs、γ、α、γn、αn、α’记入实验报告表格中。

六、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γ0、α、Kr、λs和付切削刃的基本角度Kr’、α0’，标注刀杆尺寸及车刀主要技术要求等。

此外，必要时应画出局部放大图。

七、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。

七、车刀几何角度参考图另附车刀几何角度参考图如下:实验二 切削力的测定与分析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 p 和进给量ƒ对切削力的影响，通过对实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 p 和进给量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 p 和进给量ƒ对车削力的影响规律。

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：cF c F c y xp F c fa C F =同理可建立进给力（轴向力）和背向力（径向力）的经验公式：pF p F p fF f F f y x p F p y x p F f fa C F fa C F ==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。

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Fz ，Fy，Fx。

（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）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：ΔU =U)43)(21(4231R R R R R R R R ++-(1)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：ΔU =U2)21(241R R R R +（R1△R1-R2R2△+R3R3△-R4R4△） (2) 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。