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

•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U、f、a p,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

四、实验数据记录与数据处理

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u 、f 、a p ,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:

车削测力刀架 动态应变仪

USB 数据采集卡

台式计算机

(1) (2) (3)

(4)

1

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=K o* △ L/L=K 0* £

式中K o为电阻应变片的应变灵敏系数，一般K°=2.0〜2.4 ;

£ —八角状弹性元件的应变。

由于应变片电阻的电阻变化率厶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F f使八角环受到切向推力，切深抗刀分量F p使八角状环受到

压缩，主切削力分量F c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。

图3外圆车削过程切削力示意图

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F c、F f、F p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。（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。

图4应变片连接示意图

（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$ 20X 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