车削加工切削力测量实验报告书(附指导书)
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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
图1
四、实验数据记录与数据处理
1. 切削力测量记录表1
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=K 0*△L/L=K 0*ε
式中K o 为电阻应变片的应变灵敏系数,一般K o =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)。
图4应变片连接示意图(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