车削加工切削力测量实验报告书附指导书.docx
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车削加工切削力测量实验报告书附指导书
车削加工切削力测量实验报告书
学号
姓名
小组
时间
成绩
上海大学生产工程实验中心
2014-11
一.实验概述
切削过程中,会产生一系列物理现象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。
对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量,是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。
通过对实测的切削力、进行分析处理,可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。
在此基础上,可进一步为切削用量优化,提高零件加工精度等提供实验数据支持。
通过本实验可使同学熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法,理解设计手册中的设计参数的来由,在处理实际工程问题中能合理应用经验数据。
二.实验目的与要求
1.掌握车削用量υc、f、ap,对切削力及变形的影响。
2.了解刀具角度对切削力及变形的影响。
3.理解切削力测量方法的基本原理、了解所使用的设备和仪器。
4.理解切削力经验公式推导的基本方法,掌握实验数据处理方法。
三.实验系统组成
实验系统由下列设备仪器组成
1、微型数控车床KC0628S
2、车床测力刀架系统(图1),包括
(1)车削测力刀架
(2)动态应变仪
(3)USB数据采集卡
(4)台式计算机
台式计算机USB线
图1
四、实验数据记录与数据处理
1.切削力测量记录表1
实验条件
工件材料
工件直径
刀
具
结构
材料
规格
前角
后角
副后角
主偏角
副偏角
刃倾角
外圆车刀
序号
转速(rpm)
切削速度(m/min)
切削深度(mm)
进给量(mm/r)
主切削力Fc
(N)
背向力Fp
(N)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
2.请按指数规律拟合主切削力或背刀力和切削深度、进给量的关系,建立切削力的经验公式。
答:
(请将数据处理过程写于此处)
附录:
车削加工切削力测量实验指导书
一.实验概述
切削过程中,会产生一系列物理现象,如切削变形、切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等。
对切削加工过程中的切削力、切削温度进行实时测量,是研究切削机理的基本实验手段和主要研究方法。
通过对实测的切削力、进行分析处理,可以推断切削过程中的切削变形、刀具磨损、工件表面质量的变化机理。
在此基础上,可进一步为切削用量优化,提高零件加工精度等提供实验数据支持。
通过本实验可使同学熟悉制造技术工程中的基础实验技术和方法,理解设计手册中的设计参数的来由,在处理实际工程问题中能合理应用经验数据。
二.实验目的与要求
5.掌握车削用量υc、f、ap,对切削力及变形的影响。
6.了解刀具角度对切削力及变形的影响。
7.理解切削力测量方法的基本原理、了解所使用的设备和仪器。
8.理解切削力经验公式推导的基本方法,掌握实验数据处理方法。
三.实验系统组成
实验系统由下列设备仪器组成
1.微型数控车床KC0628S
2.车床测力刀架系统(图1),包括:
(1)车削测力刀架
(2)动态应变仪
(3)USB数据采集卡
(4)台式计算机
图1实验系统
3.三向切削力传感器结构与工作原理
三向切削力传感器是一种以电阻式应变片为敏感元件的力传感器。
它具有八角扁环型结构(上下环)的弹性元件。
八角扁环是用整体钢材加工成八角状结构,从而避免接触面间的摩擦和螺钉夹紧的影响。
在八角状弹性元件的适当位置粘贴电阻应变片作为敏感元件。
弹性元件受力变形后,导致电阻应变片变形,引起电阻应变片的电阻值变化,见图2。
其电阻变化率△R/R与应变△L/L有如下的线性关系:
△R/R=K0*△L/L=K0*ε
式中Ko为电阻应变片的应变灵敏系数,一般Ko=2.0~2.4;
ε—八角状弹性元件的应变。
由于应变片电阻的电阻变化率△R/R是很小的。
故此需外接电阻应变仪,将电阻应变片的微小变化量放大,进而转变成电流(电压)的变化量,形成电信号输出。
在电阻应变仪的输出端连接计算机数据处理仪,对此信号进行实时采样,A/D转换、形成数字数据流输出,存储,形成实验数据的实时记录文档。
图2三向切削力传感器示意图
四.实验原理
1.切削力测量
车削工件时,车刀安装在三向切削力传感器前端,可以将切削力传递给传感器的八角扁环。
切削力中的进给抗力分量Ff使八角环受到切向推力,切深抗刀分量Fp使八角状环受到压缩,主切削力分量Fc使八角环上面受拉伸下面受压缩。
对于这种不同的受力情况,在八角环上适当地布置应变片,就可在相互极小干扰的情况下分别测出各个切削分力。
2.实验系统调整
1)首先将试件夹固在车床夹盘上,并用尾座上的顶尖顶牢。
卸下原四方刀架,装上三向切削力传感器。
2)将测量Fc、Ff、Fp的3组应变片均按全桥接线,分别接到三个电桥盒上。
3)连接应变仪单元、计算机数据处理仪单元。
4)应变仪平衡调节:
(1)打开YD-15型稳压电源开关,指示灯亮,观察面板上电压表,指针应定在24伏上。
图4应变片连接示意图
(2)从YD-15型应变仪的第一槽路开始,逐个观察输出表是否指零。
如果不指零,可调节“低阻基零”电位器,同时用万用表测量电压输出接线叉上的输出电压值。
如果不指零可调节“电压基零”电位器为之满足。
(一般正常情况下,该项已调好)。
(3)将衰减开关依次转动到“100”、“30”、“10”、“3”、“1”档逐次调零,同时转换“预静”开关预和静位置,分别调节“R”和“C”,调节到输出指示表在静和预都指零,此时电桥已经平衡。
5)调整计算机数据处理仪单元
(1)根据测量信号的大小选择应变仪上的“标定”应变尺度,选择数据处理仪的测量显示界面上“标定”功能按钮,记录下定标数据记录值。
(2)将应变仪“输出”开关扳到“测量”位置,选择数据处理仪的测量显示界面上“测量”功能按钮,数据应指示为零,并不应有变化,否则证明电桥不平衡,应重新调整应变仪使之平衡。
(3)根据测量信号的频率选择采样频率。
五.实验方法和步骤
1.测力装置的安装
(1)拆下原机床上的回转刀架。
(2)装上测力刀架,调节刀尖高度,使刀尖和机床中心等高。
(3)连接测力刀架和放大器、USB数据采集卡和台式计算机。
2.检查系统
(1)启动计算机、打开测力刀架和运动控制器电源。
(2)在计算机上运行LabView切削力虚拟仪器。
在刀尖处加一水平力,观察虚拟仪器显示的切削力波形及其数据的变化。
(3)数控车床上电,检查操控面板、主轴、拖板运动等各项功能是否正常。
3.在数控操控面板上输入外圆加工程序,在没有工件的条件下试运行一次,确保程序、走刀轨迹无误。
4.用三爪卡盘和顶尖装夹一根φ20×200左右的棒材,用较小的切削深度(ap<0.3mm)和进给量光车外圆,消除棒材形状误差。
5.在控制面板上,设置主轴转速、进给量、和切削深度,启动外圆车削,记录实验条件和主切削力Fc、背刀力Fp。
6.调节进给量和切削深度,重复上述至少记录10组外圆车削时的主切削力、背刀力数据。
7.清理、复原系统
六.实验数据记录与数据处理
1.切削速度υc对主切削力Fc的影响
在刀具几何角度和切削用量(f、ap)一定的条件下,只改变车床主轴转速(如n=12.5、15、20、25、32、40、50、63、80、100、125、150、200、250、320),测出一系列相应的Fc值,填入实验报告的表1中,并在直角坐标纸上,按力和速度之关系画出Fc-υc的曲线图。
2.切削深度ap对切削力的影响
在刀具几何角度和切削用量(υc、f)一定的条件下,只改变切深ap(如1、1.5、2、2.5mm),将所测得的切削力值填入实验报告的1表中。
3.进给量f对切削力的影响
在刀具几何角度和切削用量(υc、ap)一定的条件下,只改变进给量f(如0.1、0.2、0.3、0.4),将所测得的切削力值填入实验报告的表1中。
七.实验报告内容
1.实验条件
车刀几何角度、试件材料、试件直径、实验切削用量
2.实验结果记录
1)切削速度υc对主切削力Fc的影响实验结果记录,并在直角坐标纸上,按力和速度之关系画出Fc-υc的曲线图。
2)切削深度ap对切削力的影响实验结果记录
3)进给量f对切削力Fc的影响实验结果记录
3.实验数据处理,建立切削力的经验公式
用双对数坐标法(作图法),也可用最小二乘法(计算法)用双对数坐标建立切削力的经验公式
(式1)
(式2)
两边取对数
实验数据推导切削力指数公式
这是直线方程(y=b+aX)。
lgCap和lgCf为直线的截距b。
XFc和YFc为直线的斜率a。
当ap=1或f=1时,可得lgFc=lgCap和lgFc=lgCf,即得Cap和Cf。
XFc和YFc可有直线斜率(tga)求得。
如测XFc:
XFc=tga=AB/BC,同理可求得YFc
将式1与式2合并,即得经验公式:
Fc=Cfc*apXFc*fYFc(式3)
而Cfc1=Cf/ap0XFcCfc2=Cap/f0YFc
式中:
f0和ap0是实验中已知数据。
Cfc=(Cfc1+Cfc2)/2
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