金屬切削原理實(shí)驗(yàn)(原稿).doc

課程教案實(shí)驗(yàn)一 車(chē)刀角度的測(cè)量課時(shí)：2學(xué)時(shí) 單組人數(shù)：3人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)用具。課程要求：學(xué)會(huì)使用車(chē)刀量角臺(tái)、萬(wàn)能量角器，熟悉對(duì)常見(jiàn)刀具角度（車(chē)刀）的測(cè)量重點(diǎn)：測(cè)試車(chē)刀的標(biāo)注角度難點(diǎn)：繪制車(chē)刀標(biāo)注角度圖（注意：首先檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉車(chē)刀切削部分的構(gòu)造要素，掌握車(chē)刀標(biāo)注角度的參考平面、參考系及車(chē)刀標(biāo)注角度的定義；2.了解車(chē)刀量角臺(tái)的結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)使用車(chē)刀量角臺(tái)測(cè)量車(chē)刀的標(biāo)注角度；3.繪制車(chē)刀的標(biāo)注角度圖，并標(biāo)注出測(cè)量得到的車(chē)刀各標(biāo)注角度數(shù)值。二、實(shí)驗(yàn)機(jī)介紹圖11為車(chē)刀量角臺(tái)簡(jiǎn)圖。底盤(pán)2的周邊，刻有從0度起向順、逆時(shí)針兩個(gè)方向各100度的刻度，工作臺(tái)5可繞小軸7轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度由指針6指示出來(lái)。工作臺(tái)5的上平面和定位塊4的側(cè)平面，是安放車(chē)刀的定位平面。當(dāng)工作臺(tái)指針6、大指針9和小指針14都處于0度時(shí)，大指針9的前面a和側(cè)面b，垂直于工作臺(tái)5的平面，而大指針9的底面C，平行于工作臺(tái)5的平面。測(cè)量車(chē)刀角度時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)5，同時(shí)調(diào)整安裝在工作臺(tái)5上的車(chē)刀位置，再旋轉(zhuǎn)大螺母18，使滑體13帶動(dòng)大指針9，上升而使其處于適當(dāng)?shù)奈恢茫缓笥么笾羔?的前面a（或側(cè)面b、或底面c），與構(gòu)成被測(cè)量角度的面或線緊密貼合，從大刻度盤(pán)上12上讀出大指針9所指示的被測(cè)量角度的數(shù)值。三、實(shí)驗(yàn)原理1.主偏角的測(cè)量從圖12所示的原始位置，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，讓主刀刃和大指針前面a緊密貼合，如圖13所示，則工作臺(tái)指針在底盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是主偏角的數(shù)值。2.刃傾角的測(cè)量使大指針底面c和主刀刃緊密貼合，如圖14所示，則大指針在刻度盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是刃傾角的角度數(shù)值。指針在0度左邊時(shí)為正，指針在0度右邊時(shí)為負(fù)。3.前角的測(cè)量從圖12所示的原始位置起，按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，使工作臺(tái)指針指到底盤(pán)上的刻度數(shù)值處，這時(shí)，主刀刃在基面上的投影恰好垂直于大指針前面a，然后讓大指針底面c落在通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)的前刀面上，如圖15所示，則大指針在刻度盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面前角的角度數(shù)值。指針在0度右邊時(shí)為正，指針在0度左邊時(shí)為負(fù)。4.后角的測(cè)量在測(cè)完前角后，將車(chē)刀向右平行移動(dòng)，使大指針側(cè)面b和通過(guò)主刀刃上選定點(diǎn)的后刀面緊密貼合，如圖16所示，則大指針在刻度盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是主剖面后角的角度數(shù)值。指針在0度左邊時(shí)為正，指針在0度右邊時(shí)為負(fù)5.副偏角的測(cè)量從原始位置，按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)，使副刀刃和大指針前面a緊密貼合，如圖17所示，則工作臺(tái)指針在底盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是副偏角的角度數(shù)值。6.副后角的測(cè)量使工作臺(tái)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)90度，這時(shí)，副刀刃在基面上的投影恰好與大指針前面a垂直，令大指針側(cè)面b與副刀刃選定點(diǎn)的副后刀面緊密貼合，則大指針在刻度盤(pán)上所指示的刻度數(shù)值，就是副刀刃上的副后角的角度數(shù)值。指針在0度右邊時(shí)為正，指針在0度左邊時(shí)為負(fù)。 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按課前對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的預(yù)習(xí)，熟悉車(chē)刀量角臺(tái)的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉車(chē)刀切削部分的構(gòu)成要素。2.本實(shí)驗(yàn)機(jī)的配套設(shè)備為車(chē)刀量角臺(tái)，實(shí)驗(yàn)前觀察各指針的角度。3.把車(chē)刀量角臺(tái)的大指針、小指針和工作臺(tái)指針全部調(diào)整到0度的位置。4.將車(chē)刀量角臺(tái)平放在工作臺(tái)上。5.依次測(cè)量刀具的主偏角、刃傾角、前角、后角、副偏角、副后角。6.清理現(xiàn)場(chǎng)。五、實(shí)驗(yàn)記錄車(chē)刀編號(hào)車(chē)刀名稱刀桿尺寸BH（mmmm）前角后角主偏角副偏角刃傾角副后角外圓車(chē)刀學(xué)生下課后，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整理數(shù)據(jù)、繪制車(chē)刀標(biāo)注角度圖。實(shí)驗(yàn)二 切削層變形的觀察與測(cè)量課時(shí)：2學(xué)時(shí) 單組人數(shù)：15人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，帶實(shí)驗(yàn)用具課程要求：通過(guò)觀察及測(cè)量切屑、計(jì)算切屑變形系數(shù)，了解切削變形規(guī)律重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)過(guò)程觀察、測(cè)量難點(diǎn)：影響切削層變形規(guī)律總結(jié)（注意：檢查預(yù)習(xí)情況）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握切削層變形的測(cè)量方法；2. 觀察切屑形成過(guò)程；3. 研究幾個(gè)主要因素（、）對(duì)切削層變形的影響規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)方法。目前關(guān)于研究切削層變形的研究方法有很多，如高速攝影法；側(cè)面方格變形觀察法；快速落刀法；光彈法、光塑性實(shí)驗(yàn)法；用顯微硬度計(jì)測(cè)量切屑根部各變形區(qū)的顯微硬度、用切屑變形前后長(zhǎng)度或厚度的變化測(cè)量變形系數(shù)、用X射線法研究加工表面層的塑性變形等，這些都是常用的測(cè)試切削層變形的方法。本實(shí)驗(yàn)以觀察為主，通過(guò)測(cè)量在不同切削層參數(shù)的變化下，以及在對(duì)不同材料的切削中，對(duì)切下的切屑進(jìn)行測(cè)量，總結(jié)切削層變形的規(guī)律。三、測(cè)量原理 （一）變形系數(shù)和剪切角的測(cè)量切削層變形就是指被切金屬層在刀具的切削刃和前刀面的作用下，經(jīng)受擠壓而產(chǎn)生的剪切滑移變形。衡量這個(gè)變形程度的大小，通常用變形系數(shù)、剪切角和相對(duì)滑移量，但變形系數(shù)和剪切角比較直觀，尤其的測(cè)量也比較方便。1.變形系數(shù)的測(cè)量方法一：長(zhǎng)度法式中為切削層長(zhǎng)度；為切屑長(zhǎng)度。的求法：在試件上開(kāi)有兩個(gè)或一個(gè)窄槽約2-4mm，槽內(nèi)澆錫，見(jiàn)圖2-1a。切削時(shí)，試件每轉(zhuǎn)一周，就從試件上切下兩段切屑。設(shè)測(cè)得試件外徑為D，切削深度為，b為窄槽寬度。則的求法：選取數(shù)段完整、比較直的切屑，沿切屑背面在切屑寬度的中央處用細(xì)鉛絲量出它的長(zhǎng)度。方法二：質(zhì)量法式中為切屑質(zhì)量，單位為；為工件材料密度，單位為；為切削深度，單位為；為進(jìn)給量，單位為。方法三：顯微鏡測(cè)厚法式中為切屑厚度；為切削層厚度。的測(cè)量：實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用顯微鏡目鏡中的刻線尺測(cè)量各種條件下的切屑厚度。的測(cè)量：可由落刀時(shí)的切削條件給定（也可由顯微鏡內(nèi)測(cè)出）。2.剪切角的測(cè)量同顯微鏡測(cè)厚法一樣，實(shí)驗(yàn)前利用快速落刀法預(yù)先制好一整套切屑根部磨片，或用由這些磨片拍攝的照片。實(shí)驗(yàn)時(shí)，直接在顯微鏡或照片上測(cè)量剪切角，見(jiàn)圖2-1。圖2-1對(duì)于具有積屑瘤的情況，剪切角的測(cè)量較為復(fù)雜些。圖2-1是具有“鼻形”積屑瘤的切屑根部圖。首先根據(jù)切屑層中開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的晶粒所處的位置，判斷出塑性變形的初始邊界MHIG。再把邊界MHIG曲線中的MH段，近似地簡(jiǎn)化為直線，則MH曲線與切削速度方向間的夾角即為剪切角。圖2-2（二）切屑根部磨片的制作及觀察制作切屑根部磨片，第一步要對(duì)切屑根部取樣。取樣的主要手段是“快速落刀裝置”。這種裝置能使正在切削的刀具在某一瞬間以很大的加速度脫離工件，保留了某瞬間的真實(shí)切削層變形情況，獲得了一定切削條件下的切屑根部標(biāo)本。把獲得的切屑根部從試件上切下，并把它和電木粉一起放入鑲樣機(jī)進(jìn)行壓模，于是制成圓柱形鑲樣試件，然后要進(jìn)行粗磨，一直磨到切屑的中央剖面處為止。粗磨后再進(jìn)行研磨、拋光和酸腐蝕，以制成切屑根部磨片。觀察切屑磨片，可找出第一變形區(qū)、第二變形區(qū)和第三變形區(qū)，及已加工表面晶粒的變形情況。觀察帶有積屑瘤的磨片時(shí)，可觀察到積屑瘤形狀、纖維方向、前端分裂后留在切屑和已加工表面上的分裂片，進(jìn)而分析它的生長(zhǎng)、分裂過(guò)程。（三）利用閉路電視系統(tǒng)動(dòng)態(tài)觀察切屑形成過(guò)程用閉路電視系統(tǒng)觀察切屑形成過(guò)程是通過(guò)“顯微鏡工業(yè)電視”裝置完成的。它由金相顯微鏡1、攝像機(jī)2和監(jiān)視器3三部分組成，見(jiàn)圖2-3。它可裝在銑床、車(chē)床或其他的切削裝置上。讓它位于時(shí)間4和刀具5的側(cè)面，它相對(duì)試件及刀具側(cè)面的位置可沿三個(gè)相互垂直方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。切削時(shí)刀具與顯微鏡和攝像機(jī)之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖2-3四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)所觀察的切屑根部磨片，繪制無(wú)積屑瘤的根部磨片及有積屑瘤的根部磨片圖。此外，學(xué)生試驗(yàn)后分析討論、或、對(duì)變形系數(shù)或切剪角的影響。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理 按實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，寫(xiě)出通過(guò)在不同切削層參數(shù)的變化下的變形系數(shù)的大小，以及在對(duì)不同材料的切削中得到的切屑，并對(duì)這些切屑進(jìn)行測(cè)量，得到的變形系數(shù)，總結(jié)影響切削層變形的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)三 車(chē)削力的測(cè)定及經(jīng)驗(yàn)公式的建立課時(shí)：2學(xué)時(shí) 單組人數(shù)：15人 學(xué)生課前準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，復(fù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)用具。課程要求：掌握測(cè)力方法重點(diǎn)：影響車(chē)削力的因素難點(diǎn)：主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式建立一、目的1了解車(chē)削測(cè)力儀的工作原理及測(cè)力方法。2掌握背吃刀量、進(jìn)給量等對(duì)車(chē)削力的影響規(guī)律。3通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，建立主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式。二、測(cè)力儀的工作原理（一）電阻應(yīng)變式測(cè)力儀的工作原理電阻應(yīng)變式測(cè)力儀有多種形式，常見(jiàn)八角環(huán)環(huán)電阻應(yīng)變式測(cè)力儀外形見(jiàn)圖3-1。電阻應(yīng)變式測(cè)力儀的工作原理為，即在測(cè)力儀彈性元件的適當(dāng)位置粘黏著具有一定電阻值R的電阻應(yīng)變片，并將其聯(lián)成電橋。切削時(shí)，彈性元件受力變形，于是緊黏在其上的電阻應(yīng)變片也隨之變形，電阻R發(fā)生了變化。當(dāng)應(yīng)變片受拉深變形時(shí)，電阻絲直徑變細(xì)，電阻增大（R+R），當(dāng)應(yīng)變片受壓縮變形時(shí)，電阻絲直徑，電阻減小（R-R），從而電橋有電壓（或電流）輸出。由于電阻應(yīng)變片的電阻變化很小，所以一般必須經(jīng)過(guò)電阻應(yīng)變儀放大。然后由記錄儀器記錄，再根據(jù)標(biāo)定曲線的換算，就能求得切削力的數(shù)值。圖3-2a為由電阻應(yīng)變片組成的電橋，、分別為四個(gè)橋臂的電阻。當(dāng)A、C端加以一定的橋壓U時(shí)，則B、D端的輸出電壓U為。當(dāng)=時(shí)。輸出電壓=0，即電橋處于平衡，這就是在進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行的電橋平衡的調(diào)節(jié)工作。在切削力的作用下，應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化，破壞了電橋的平衡。若、分別產(chǎn)生、的電阻變化，則輸出電壓為。（二）壓電式測(cè)力儀的工作原理 壓電式測(cè)力儀的工作原理是基于石英晶體的正壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體受力作用時(shí)，產(chǎn)生變形，從而在晶體表面上產(chǎn)生電荷，所產(chǎn)生的電荷量與外力大小成正比，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。由于石英晶體在切片時(shí)的方位不同，有縱向效應(yīng)與切向效應(yīng)之分?？v向效應(yīng)的石英晶體片，只有當(dāng)力垂直作用于石英晶片的表面時(shí)，才有電荷產(chǎn)生。而切向效應(yīng)的石英晶片，只有當(dāng)力沿著靈敏軸方向切于石英晶片的表面時(shí)，才有電荷產(chǎn)生。 單向壓電晶體傳感器（圖3-3a）由兩片縱向效應(yīng)的石英晶體片組成，只能測(cè)量垂直于傳感器表面的作用力。三向壓電晶體傳感器（圖3-3b）是由三組石英晶體片組成，其中測(cè)量力的一組是由二片縱向效應(yīng)的石英晶片組成，而測(cè)量及力的二組都是由二片切向效應(yīng)的石英晶片組成，但兩組石英晶片的靈敏軸方向互成90度，因此，當(dāng)空間任意方向的力作用于傳感器上時(shí)，就能自動(dòng)的將作用力分解為三個(gè)相互垂直的分力。圖3-3a）單向壓電晶體傳感器 b）三向壓電晶體傳感器1-電極 2-絕緣體 3-晶片 4-上蓋 5-基座三、實(shí)驗(yàn)方法1.準(zhǔn)備工作（1）安裝工件、測(cè)力儀及車(chē)刀。注意刀尖伸出長(zhǎng)度應(yīng)與標(biāo)定時(shí)一致，并對(duì)準(zhǔn)工作中心高。（2）按測(cè)量系統(tǒng)框圖連線。（3）熟悉電阻應(yīng)變儀的使用，并進(jìn)行電橋平衡調(diào)節(jié)，熟悉記錄儀器的使用。（4）熟悉CA6140機(jī)床操作手柄及操作方法，注意安全事項(xiàng)。（5）確定實(shí)驗(yàn)條件。2.切削實(shí)驗(yàn)用單因素法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即在固定其他因素，只改變一個(gè)因素的條件下，測(cè)出切削力。（1）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個(gè)時(shí)的讀數(shù)。（2）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個(gè)時(shí)的讀數(shù)。（3）其他（還可以改變、等）。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄采用單因素法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：（1）固定、參數(shù)，依次改變大小進(jìn)行切削，并記錄下每改變一個(gè)時(shí)的讀數(shù)，至少三組數(shù)據(jù)。（2）固定、等，依次改變進(jìn)行切削，并