切削实验指导书 - 图文

车床静刚度测量

一、实验目的

1、熟悉车床静刚度的测定方法。

2、比较车床各部件刚度的大小，分析影响车床刚度的各种因素。

3、巩固和论证《机械制造工艺学》中有关系统刚度和误差复映规律的概念。 4、了解YDC-Ⅲ89型压电式车削侧力仪的工作原理、结构及使用方法。 二、实验条件

为完成本实验，实验室提供如下实验条件：车床若干台，YDC-Ⅲ89型压电式车削侧力仪若干台，千分表若干只，百分表若干只，磁力表座若干只，游标卡尺若干把，千分尺若干把，以及刚性工件和工具若干。 三、实验要求

1、实验前，请仔细阅读熟悉实验指导书，查找相关资料，弄清实验测量基本原理和测量方法，熟悉机床传动系统和操纵手柄的使用，最好还要明确分工。 2、自己选择实验仪器设备，设计实验方案和实验操作步骤，完成下列实验内容： ⑴、用静止载荷法测量车床刚度并说明实验原理。在0-1800N范围内，加力过程和减力过程的测力值均不应低于5个，即各部位的变形量记录在加力过程和减力过程中均不应低于5个。

⑵、用生产法测量车床的刚度，并说明实验原理。

⑶、分别设计静止载荷法测量车床刚度和生产法测量车床的刚度的实验方案。 ⑷、分别制定静止载荷法测量车床刚度和生产法测量车床的刚度的实验操作步骤。

⑸、记录实验数据，分别计算用静止载荷法和生产法测量所得的床头、尾座、刀架和机床的刚度。

⑹、在同一坐标系上画出车床的床头、尾座和刀架各部位的刚度特性曲线图(包括加载和卸载)。

⑺、对实验结果进行分析。 四、主要实验仪器、设备简介 ㈠、车床

车床的外形和传动系统操作参见车床空载功率测定中的介绍。 ㈡、车削测力仪

YDC-Ⅲ89型压电式三向车削测力仪力的测量仪器，既能够测量动态变化量，又能够测量静态变化量。

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测力仪的组成

YDC-Ⅲ89型压电式三向车削测力仪由测力传感器、电荷放大器、接线盒、数据采集卡和计算机等5部分组成。

1、 YDC-Ⅲ89型压电式车削侧力仪测力传感器结构

YDC-III89型压电式三向车削测力仪的测力传感器是由一个带有弹性环的刀杆整体构件和一个装于其内的压电石英晶体三维力传感器构成，如图1所示，头部装有活动刀片，可以像普通车刀那样安装在刀架上车削工件。压电石英晶体三维力传

图1 压电式三向车削测力仪结构图

感器有三对不同切型的石英晶片装入壳体内，其中一对采用具有纵向压电效应的切片，只能测量垂直的Z向力;而另外两对晶片由于采用具有切向效应的切型，且相互

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成90 放置，因此可测X和Y方向的分力，这样空间任何方向的力作用在传感器上时，传感器便能自动地将力分解为空间相互正交的三个分力，即可以拾取到X、Y、Z三个方向的力信号。

2、 车削力测量仪的工作原理

压电式三向车削侧力仪将切削力的变化转变为电荷的大小并拾取，再由电荷放大器进行放大，得到比例放大的模拟电压信号，通过接线盒沿着ACL-10250连接电缆将模拟电压信号送入已经装入计算机内的PCI-9118DG数据采集卡，经过数据采集卡对力信号的A/D转换后由计算机处理并显示和读取。 3、 切削力测量系统硬件连接

切削力测量系统硬件连接如图2。连接详图见图3，压电式车削侧力仪的三根信号线分别接于三个电荷放大器前面的Q输入端，三根两端Q9接头的放大器输出线一端分别连接每个电荷放大器后面的输出端，其另一端分别与接线盒上的对应Q9 接

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线柱相连，ACL-10250连接电缆再将接线盒与装于计算机上的PCI-9118DG数据采集卡连接好，最后接上电源线方告接线完成。

工件顶尖计 算 机车削测力仪ACL-10250电缆PCI-9118DG数据采集卡Q输入FxQ输入FyQ输入Fz电荷放大器输出Fx输出Fy输出Fz输入Fx输入Fy输入Fz接线盒

图2 切削力测量系统硬件连接图

图3-连接详图

5、切削力动态测量显示软件系统的使用 ⑴、运行车削力动态测试软件系统

在计算机桌面上双击切削力动态测试系统图标，出现图4所示的信号采集卡选择界面，选择PCI-9118按开始使用后出现图5所示的切削力动态测量显示系统界面。

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图4-信号采集卡选择界面面，

图5-切削力动态测量显示系统界面

⑵、执行命令（完成正常测试步骤） ①.信号采集方式的选择

如图5点击执行命令下拉菜单，选择低速连续测量；再点击执行命令下拉菜单，选择动态测量如图6所示；这时将会看到图7所示的对话框，在对话框中按着相应的提示写入相应的数据，其中的采样频率为必填项，通常为100，三个方向报警阈值为必填项，通常为2000（因为测力仪的最大测力范围为2000N），也可以按默认值填写后个别修改；确认后再次点击执行命令下拉菜单，点击获取零点，屏幕弹出保存文件对话框如图8，默认为tmp.dat,则测试数据将保存在该文件下，如果键入文件新名称，则测试数据将保存在新名称文件下，这时信号采集方式的选择完成。

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图6-选择测量方式界面

图7-在线测试输入对话框

图8-保存数据文件对话框

②.测试

按开始测试按钮即可执行测试。这时在切削力与时间动态显示曲线图形区有三色曲线显示如图9。同时测试按钮灰化，终止按钮激活。

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误差的因素作用都微小且在数量级上大致相等，则加工所得的尺寸将按正态分布曲线分布。因此在分析加工误差问题时，通常用正态分布曲线代替实际的分布曲线（直方图），从而使问题得到简化。

正态分布曲线由概率密度函数表示，方程式为：

?1y?e?2?(x?X)22?2

式中: x—分布曲线的横坐标，表示工件的尺寸或误差;

X—工件的平均尺寸 (分散中心)。

1nX??xi

ni?1?—工序的标准偏差(均方根误差)

1n??(xi?X)2 ?nn?1y—分布曲线的纵座标，表示工件的分布密度（频率密度） n—一批工件的数目

由于正态分布曲线对x轴对称，所以x至X处曲线与x轴所包含的面积（即所占概率）为：

(x?X)22?2?(Z)??设：??1eX?2?X?dx

x?X?

则：

?(?)?12???0e??22d?

查?(?)数值表可知，当??3，即x?x?3?时，?(?)=0.49865，2?(?)= 0.9973，即工件尺寸在土3? (或6?)以外的频率只占0.27%，因此6?的大小代表了某一种加工方法在规定的条件下我们应该使公差宽度T和均方根偏差?之间具有下列关系:

T?6?

T令CP?

6?CP称为工艺能力参数。不同的CP值与相应的成品率见表1。

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根据工艺能力系数Cp的大小，可将工艺分五级，如表2。根据Cp即可区分该工序的工艺等级。

工艺能力系数表 表1 Cp 0.6 0.7 0.8 工艺等级表 表2

工艺能力系数 Cp≥1.67 1.67≥Cp＞1.33 1.33≥Cp＞1.00 1.00≥Cp＞0.67 Cp≤0.67 2、点图分析法

用点图来评价工艺过程稳定性采用的是顺序样本，样本是由工艺系统在一次调整中按顺序加工的工件组成。这样的样本可以得到在时间上与工艺过程同步的有关信息，反映加工误差随着时间变化的趋势。

为了能直接反映加工中系统性误差和随机性误差随着加工时间变化的趋势，实际应用中是常用的是样组点图，即x?R控制图，x?R控制图是按顺序加工的样本中每一小样组的平均值控制图和极差控制图联合使用的统称，其中x是各小样组的平均值，R是各小样组的极差。计算式分别为 ：

工艺等级 特级 1级 2级 3级 4级 工艺能力状态 工艺能力过高，可允许有异常波动 工艺能力足够，允许有一定的异常波动 工艺能力勉强，必须密切注意 工艺能力不足，可能会有少量不合格产品 工艺能力很差，必须加以改进 τ 1.8 2.1 2.7 成品率(%) 92.82 96.42 99.30 Cp 1.0 1.2 1.4 τ 3.0 3.6 4.2 成品率(%) 99.73 99.97 99.996 1mx??xi

mi?1和R=xmax-xmin

式中：m—顺序加工的样组中工件数量 xmax—同一样组中工件的取大尺寸 xmin—同一样组中工件的取小尺寸

前者控制工艺过程质量指标的分布中心，后者控制工艺过程质量指标的分散程度。

用以按时间顺序采集的样本的组序号为横座标，以同一样本组的样本平均值和极差值为纵座标，将各组的平均值和极差值分别联接起来，再在x?R点图上各加上中心线和上、下控制线三条线，就可以得到平均值控制图和极差控制图，即x?R控制图。x图和R图的三条线分别是：

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x图中心线 CL=X x图的上控制线 UCL=X+AR x图的下控制线 DCL=X-AR

R图的中心线 CL=R R图的上控制线 UCL=D1R R图的下控制线 DCL=D2R

以上各式中A、D1和D2之值见表3，R为平均极差值，其大小为：

1kR??Rj

kj?1系数表 表3

m c d 2 1.128 0.8528 3 1.693 0.8884 1.0231 2.5742 0 4 2.059 0.8798 0.7285 2.2819 0 5 2.326 0.8641 0.5768 2.1145 0 6 2.534 0.8480 0.4833 2.0039 0 7 2.704 0.8330 0.4193 1.9242 0.0758 8 2.847 0.8200 0.3726 1.8641 0.1359 9 2.970 0.808 0.3367 1.8162 0.1838 10 3.078 0.797 0.3082 1.7768 0.2232 A 1.8806 D1 3.2681 D2 0 机械加工所获得到的零件尺寸都具有一定的波动，其中一种是随机性的波动，其幅度一般不大，往往由许多随机因素所引起，我们无法知道也无法控制，这种情况称为正常波动，具有正常波动的工艺是稳定的；第二种情况是存在某种占优势的误差因素，以致点图具有明显的上升或下降倾向，或出现幅度很大的波动，

工艺稳定性判别表 表4

稳定的工艺 1.没有点子超出控制线 2.大部分点子在中心线上下波动，小部分点子在控制线附近 3.点子没有明显的规律性 不稳定的工艺 1.点子超出控制线 2.点子密集分布在中心线上下附近 3.点子密集在控制线附近 4.连续7个以上点出现在平均线一侧 5.连续11个点中有10个以上现在平均线一侧 6.连续14个点中有12个以上现在平均线一侧 7.连续17个点中有14个以上现在平均线一侧 8.连续20个点中有16个以上现在平均线一侧 9.点子有上升或下降倾向 10.点子有周期性波动

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我们称这种情况为异常波动，并称这种工艺是不稳定的。为了判定某一工艺过程是否稳定，根据表4标志进行判定。

三、实验设备、仪器

1.CM1113型单轴纵切自动机 2.扭簧比较仪 3.块规

四、实验仪器结构及使用

1、扭簧比较仪的结构

扭簧比较仪的结构如图12，由基座1、拖盘2、立柱3、读数表4、表高调节螺母5、托盘高度微调6、托盘左右平衡调节螺钉7、托盘支架8、表支架9、锁紧螺钉10和表测头11组成。块规作为标准量具是用来调较扭簧比较仪的。

图12-扭簧比较仪结构图

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2、扭簧比较仪的调节与使用

⑴、首先将7.5mm的块规放在拖盘2上，缓缓调节高度调节螺母6，当读数表的测头11接触到块规时，表针将会摆动，此时停止调节。 ⑵、缓缓调整高度微调螺钉6，直至表针指准确向0位置。

⑶、左右摆动表架9，使读数表的测头11保持在块规的上表面，观察表针是否是否始终准确保持在0位，如果不是，调整左右平衡调节螺钉7，直至表针始终准确指在0位，这时说明拖盘已处于水平位置，然后锁锁紧各紧螺钉。

⑷、锁锁紧各紧螺钉后，再次检查表针是否在0位，如果不在，再次调节高度调节螺母6，直至表针指向0位为止。

⑸、将被测零件放在拖盘2与测头11之间进行测量，公称尺寸为块规尺寸，公差在表上读出。

五、实验步骤

1、零件加工

在调整好的CM1113型单轴纵切自动机上连续加工 100个销轴，其直径为7.5±0.025mm，并将工件按加工顺序分为 25组，每组4件，顺序摆放于工件盒中。 2、调整、校验扭簧比较仪

取被测零件公称尺寸（本实验为7.5mm）的块规放在扭簧比较仪的拖盘上，按上述方法对扭簧比较仪进行调节和校验。 4、 样本数据的测量

用扭簧比较仪逐个测量工件的直径尺寸，将测量结果（只记录公差部分）填入实验报告表 1中。

六、数据处理

1、x?R图的有关数据处理

⑴、根据实验报告表1的样本实测数据，分别计算各组的平均值x、极差值R，和总平均值X，并将计算结果填写于实验报告表1中。

⑵、根据上面的计算结果，计算平均极差值R，并将计算结果填写于实验报告表1中。

2、直方图的有关数据处理

⑴、确定组距，即组与组间间隔，计算式为：

h?Xmax?XminXmax?Xmin?

k?19式中: Xman — 总的样本数据中的最大值（在表1中查找）;

Xmin —总的样本数据中的最小值（在表1中查找）;

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