机械制造技术基础实验指导书

安徽三联学院

《机械制造技术基础》

实验指导书

交通工程学院实验中心

实验1 、车刀几何角度测量

一、实验目的与要求

1了解车刀量角台的构造与工作原理。 2掌握车刀几何角度测量的基本方法。

3加深对车刀各几何角度、各参考平面及其相互关系的理解。 二、实验实施的条件

仪器：回转工作台式量角台 车刀： 1直头外圆车刀（λs = 00）

2直头外圆车刀（λs < 00）

三、实验具体步骤

图1-1所示，回转工作台式量角台主要由底盘1、平台3、立柱7、测量片5、扇形盘6、10等组成。底盘1为圆盘形，在零度线左右方向各有1000角度，用于测量车刀的主偏角和副偏角，通过底盘指针2读出角度值；平台3可绕底盘中心在零刻线左右1000范围内转动； 图1-1 量角台的构造

定位块4可在平台上平行滑动，作为车刀的基准；测量片5，如图1-2所示，有主平面（大平面）、底平面、侧平面三个成正交的平面组成，在测量过程中，根据不同的情况可分别用以代表剖面、基面、切削平面等。大扇形刻度盘6上有正副450的刻度，用于测量前角、后角、刃倾角，通过测量片5的指针指出角度值；立柱7上制有螺纹，旋转升降螺母8就可以调整测量片相对车刀的位置。

1利用车刀量角台分别测量λs = 00 、λs < 00

的直头外圆车刀的几何角度：

要求学生测量κr、κr＇、λs、γo、αo 、αo ＇ 等

图1-2 测量片

共6个基本角度。

2记录测得的数据，并计算出刀尖角ε和楔角β。 1、 实验方法

1根据车刀辅助平面及几何参数的定义，首先确定辅助平面的位置，在按着几何角度的定义测出几何角度。

1

2通过测量片的测量面与车刀刀刃、刀面的贴合（重合）使指针指出所测的各几何角度。

2、 实验步骤

1首先进行测量前的调整：调整量角台使平台、大扇形刻度盘和小扇形刻度盘指针全部指零，使定位块侧面与测量片的大平面垂直，这样就可以认为：

（1） 主平面垂直于平台平面，且垂直于平台对称线。 （2） 底平面平行于平台平面。

（3） 侧平面垂直于平台平面，且平行于平面对称线。

2测量前的准备：把车刀侧面紧靠在定位块的侧面上，使车刀能和定位块一起在平台平面上平行移动，并且可使车刀在定位块的侧面上滑动，这样就形成了一个平面坐标，可以使车刀置于一个比较理想的位置。

3测量车刀的主（副）偏角

（1） 根据定义：主（副）刀刃在基面的与走刀方向夹角。

（2） 确定走刀方向：由于规定走刀方向与刀具轴线垂直，在量角台上即垂直于零度线，故可以把主平面上平行于平台平面的直线作为走刀方向，其与主（副）刀刃在基面的投影有一夹角，即为主（副）偏角。

（3） 测量方法：顺（逆）时针旋转平台，使主刀刃与主平面贴合。如图1-3所示，即主（副）刀刃在基面的投影与走刀方向重合，平台在底盘上所旋转的角度，即底盘指针在底盘刻度盘上所指的刻度值为主（副）偏角κr（κr＇）的角度值。

4测量车刀刃倾角（λs）

（1）根据定义：主刀刃和基面的夹角。

（2）确定主切削平面：主切削平面是过主刀刃与主加工表面相切的平面，在测量车刀的主偏角时，主刀刃与主平面重合，就使主平面可以近似地看作主切削平面（只有当λs =0时，与主加工表面相切的平面才包含主刀刃），当测量片指针指零时底平面可作为基面。这样就形成了在主切削平面内，基面与主刀刃的夹角，即刃倾角。

（3）测量方法：旋转测量片，即旋转底平面（基面）使其与主刀刃重合。如图1-4所示，测量片指针所指刻度值为刃倾角。

5测量车刀主剖面内的前角γo 和后角αo

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（1） 根据定义：主前角是指在主剖面内，前刀面与基面的夹角。主后角是指在主剖面内后刀面与主切削平面的夹角。

（2） 确定主剖面：主剖面是过主刀刃一点，垂直于主刀刃在基面的投影。 （3） 在测量主偏角时，主刀刃在基面的投影与主平面重合（平行），如果使主刀刃在基面的投影相对于主平面旋转900，则主刀刃在基面的投影与主平面垂直，即可把主平面看作主剖面。当测量片指针指零时，底平面作为基面，侧平面作为

图1-3 测量车刀的主偏角图 1-4 测量车刀刃倾角

主切削平面，这样就形成了在主剖面内，基面与前刀面的夹角，即前角（γo）；主切削平面与后刀面的夹角，即后角（αo）。

（4） 测量方法：使底平面旋转与前刀面重合。如图1-5所示， 测量片指针所指刻度值为前角；使侧平面（即主切削平面）旋转与后刀面重合。如图1-6所示， 测量片指针所指刻度值为后角。

6副后角的测量与主后角的测量方法相近，所不同的是须把主平面作为副剖面。

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图1-5 测量车刀前角 图1-6 测量车刀后角

四、实验技能测试

将测得的角度值记录并计算出楔角βo和刀尖角εr，以及其他角度的计算值，并进行比较、分析其误差原因，写在实验报告中。

表1-1 车刀几何角度测量结果记录

基本角度 主偏角κr 刃倾角 λs 前 角γo 后 角αo 副偏角κr＇ 副后角αo ＇ 楔 角β o 刀尖角ε r λs = 00直头外圆车刀 λs < 00直头外圆车刀 备注

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实验2、 切削变形实验

一、实验目的与要求

1观察切削变形的过程，以及所出现的现象。 2掌握测量切削变形和计算变形系数的基本方法。

3研究切削速度、刀具前角和走刀量等因素对切削变形的影响规律。 二、实验实施的条件

1设备：CA6140普通车床

2工具：游标卡尺、钢板尺、细铜丝等。 3刀具：硬质合金车刀若干把。 4试件：轴向带断屑槽的棒料。 三、实验具体步骤

在金属切削过程中，由于产生塑性变形，使切屑的外形尺寸发生变化，即与切削层尺寸比较，切屑的长度偏短，厚度增加，这种现象称为切屑收缩，如图2-1所示。一般情况下，切屑收缩的大小能反映切削变形的程度，衡量切屑收缩的大小可用变形系数表示。

即 ξ＝ Lc / Lch

式中ξ── 变形系数；

Lc ── 切削长度（ｍｍ）；Lc＝πD/(ｎ-b)；对于本实验：槽数ｎ＝3；槽宽b＝2.5 ；

Lch── 切屑长度（ｍｍ），把切屑收集起来，学生自己测量其长度。 计算变形系数的方法用测量切削长度法。在车床上将试件装在三爪卡盘与尾架顶尖之间，试件轴向开槽并镶嵌钢板，以达到断屑和保护刀尖的目的，如图2-2所示。

把实验得到的切屑，冷却后，选出标准切屑，用铜丝沿切屑外部缠绕后拉直，然后用钢板尺测出其长度L，为提高实验精度，可测3～5段切屑的长度求出平均值LC。

变形系数 ξ＝ Lc / Lch =（πD/n - b）/ LC

1切削速度υ对切削变形的影响

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在车床上固定试件，装夹好刀具。 试件材料：20#钢，试件直径由现场定。 刀具材料：YT15硬质合金车刀

图2-1 切屑收缩图 2-2 车削切屑收缩

刀具参数：κr ＝ 450；κr＇＝ 80；λs ＝ 00；γo ＝ 100；αo ＝ 70；r ＝ 0.1 mm 。

切削用量： ＝ 0.28 mm/r , ap ＝ 2 mm 。

改变切削速度；速度取值很关键，必须在实验前进行计算，从低速到高速，可先取

υ ＝5；10；20；25；30；40；60；80；110 m/min； ｎ ＝ ； ； ； ； ； ； ； ； r/min； 然后根据试棒直径计算出对应的机床转速。

用每一种转速切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。测量，并将结果填入表2-1中。

2刀具前角对切削变形的影响 在车床上固定试件，装夹好刀具。 试件材料：20#钢，试件直径由现场定。 刀具材料：YT15硬质合金车刀

刀具参数：κr ＝ 450；κr＇＝ 80；λs ＝ 00；αo ＝ 70；r ＝ 0.1 mm 。 切削用量： ＝ 0.28 mm/r , ap ＝ 2 mm υ ＝ 60 m/min 。 改变车刀前角：γo ＝ 00；150；300 。

用不同前角的车刀分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。测量，并将结果填入表2-2中。

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3进给量  对切削变形的影响 在车床上固定试件，装夹好刀具。 试件材料：20#钢，试件直径由现场定。 刀具材料：YT15硬质合金车刀

刀具参数：κr ＝ 450；κr＇＝ 80；λs ＝ 00；γo ＝ 100；αo ＝ 70；r ＝ 0.1 mm 。

切削用量： ap ＝ 2 mm υ ＝ 60 m/min 。

改变进给量： ＝ 0.2；0.36；0.51；0.66 （mm/r）。

用不同的进给量分别切削一段试棒，停车收集切屑并观察切削颜色（注意安全，防止烫伤）。测量，并将结果填入表2-3中。

表2-1 切削速度对切削变形影响实验数据记录

固定条件 试 件 材料 顺序 1 D b Lc 切削用量  ap 刀具几何参数 κr κr＇ γo αo λs 切削速度 υ 切屑长度 Lch 变形系数 ξ 实验数据2 3 4 5 6 7 8 四、实验技能测试

将切屑长度测量后取平均值，记录在表2-1、2-2、2-3中，计算变形系数。

1 详细叙述实验过程。 2 有完整的实验记录。

3 绘出 ξ── υ；ξ── γo；ξ──  曲线。

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4 分析切削参数（υ、γo、）对切削变形的影响规律。

表2-2 刀具前角对切削变形影响实验数据记录

固定条件

试 件 材料 顺序 D b Lc  切削用量 ap υ 刀具几何参数 κr κr＇ αo λs 刀具前角γo 切屑长度 Lch 变形系数 ξ 实验数据1 2 3 4 5 表2-3 进给量对切削变形影响实验数据记录

固定条件试 件 材料 顺序 D b 进给量  Lc 切削用量 υ ap 刀具几何参数 κr κr＇ γo αo λs 切屑长度 Lch 变形系数 ξ 实验数据1 2 3 4 5

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实验3、 车削力的测量实验

一、实验目的与要求

1了解八角环形力传感器的结构和工作原理以及测力系统所使用仪器的工作过程。

2 了解切削参数（f、ap、κr、γ0、v）对切削力的影响规律。 二、实验实施的条件

1. 车床:CA6140。

2. 仪器:CLS一J动态数显应变测力仪; gB一07力传感器。 3. 工具:0-15Omm游标卡尺。 4. 双对数坐标纸。

5. 刀具:YA6硬质合金车刀若干把。 6. 试件45钢，直径现场定。

三、实验具体步骤

车削力是切削过程中产生的重要物理现象之一，切削力的大小与工件材料和切削因素有关。它直接影响工艺系统的变形，切削温度、刀具磨损及功率消耗。因此精确地测量切削力对于选择理想的切削参数及合理的切削力是很重要的，本实验就是利用最常用的万法——电阻应变测量法测量车削加工过程中的切削力。

1.八角环形力传感器的结构

如图4-1所示:八角环形力传感器分为固定部分、弹变部分和装刀部分，且三部分为一整体，弹性部分包括上下两个八角环，八角环的内外侧有若干个电阻应变片。

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图4-1 八角环形力传感器的结构

2. 电阻应变片及工作原理

如图4-2所示:电阻应变片由基底1、敏件2和引线3组成。敏感元件为高阻金属丝，电阻值为:R=pL/A

△R/R=K △L/L=K。 K为灵敏系数。

电阻率比率可近似看作与应变成正比。当电阻应变片贴在弹性体上时，则电阻值随弹性体应变而发生变化。 3.电桥测量电路

电桥电路把电阻应变片上电阻值的微小变化转换成电压信号的变化，图4-3所

示，

图4-2 电阻应变片

通过适当的粘贴，使电阻应变片R1、R2、R3和R4随应变的变化而分别变大利变小，且变化量分为△R1、△R2、△R3和△R4。

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设变形前R1、R2、R3和R4组成的电桥电路平衡，即R1/R3=R2/R4，u输出为零，既u1=u2。

图4-3 电桥测量基本点路

当电阻变化时，u1、u2分别增加和减少，所以变形后输出电压为: u=u1-u2

若使R1=R2=R3=R4=R(一般力传感器的测量电桥的电阻应变片值为120Q)，且△R1≈△R2≈-△R3≈-△R4，则可以推出 U=E Kε 根据虎克定律，弹性体中:F=Kˊε，∴ε=F/Kˊ ∴ u=EKε=EKF/Kˊ

所以电压输出信号近似与弹性体受力成正比。实际测量时，为了提高测量精度，常将贴在不同位置的相同阻值的应变片，串并接于电桥电路中，组成复杂的桥路。

4.八角环形电阻式力传感器的工作原理

八角状环弹性元件由圆环演变而来，当园环上施加径向力Fy时，园环各处的应变是不同的，根据分析可知与作用力方向成39.6°处B的应变等于零，此处称为应变节点。在水平中心线上则由最大应变，因此将四片应变片R1、R2、R3和R4如图4-4a所示那样粘贴， R1、R3受拉应力，R2和R4受压应力。

当圆环上施加径向力Fx时，应变节电处于A-A位置，将四片应变片 R5、R6、

R7和R8粘贴于如图4-4b所述（39.6°），此时， R5、R7受拉应力，R6和R8

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受压应力。当圆环上同时受Fx、Fy作用时，把应变片组成图4-4e和4-4f所示的电桥电路，就可互不干扰地分别测得Fx、Fy，由于八角状环易于固定夹紧，所以常用它代替圆环。

当八角状环受主切削力Mz的作用时，它既受到垂直向下的压力，又受到弯矩的作用 (4-4d)。Fz力与各应变片轴向垂直不起影响，却使上部环受拉应力，下部环受压应力，因此将应变片R9、R10、R11和R12组成图4-4g所示电桥就可以测出Fz。这样，通过上述测力仪各应变片组成的三个全桥电路接入测试系统，就可以分别测出Fx、Fy、Fz。

实验内容 1. 改变走刀量

f=0.1;0.2;0.3;0.4lmm/r。用每个走刀量分别切削一段金属，切削力从测力仪读出，记录测量结果。

2. 改变切削深度 ap=0.5;1;1.5;2mm

用每个切削深度分别切削一段金属，切削力从测力仪读出，记录测量结果。 3. 改变主偏角

kr=45º；60º；75º；90º；

用四把主偏角不同的车刀分别切削一段金属，切削力从测力仪上读出，记录测量结果。 4．改变前角

γ0=0º；15º；30º

用三把前角不同的车刀分别切削一段金属，切削力从测力仪读出，记录测量结果。

5．改变切削速度 v = 3;20;30;100mm/min

用上述切削速度分别切削一段金属，切削力从测力仪读出，记录测量结果。

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图4-4 圆环与八角环

四、实验技能测试

1. 要有原始数据记录

2．对实验结果进行分析，绘出f-Fz、ap-Fz、kr-Fz、γ0-Fz 、v -Fz 变化曲线

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实验 4、粗车外圆、端面

一、实验目的与要求

1、合理组织工作位置，注意操作姿势 2、刀具中心高的调整方法

3、用手动进给均匀的移动床鞍、中滑板、小滑板、按要求车削工件。 4、遵守操作规程，养成文明生产，安全生产的良好习惯。 二、实验实施的条件

《机械制造技术基础实验指导书》、45°车刀、刀垫若干、塑胶棒 、教学车床 三、实验具体步骤

1.45°外圆车刀的装夹和应用

45°外圆车刀有两个刀尖，前端的刀尖通常用于车外圆，后左侧的刀尖通常用于车平面，切削刃通常用于左、右的倒角。

车刀装夹时，后左侧的刀尖必须严格对准工件旋转中心，否则在车平面至中心时，会留有凸头或造成刀尖碎裂，刀头伸出长度约为刀杆厚度的1-1.5倍，伸出过长，刚性变差，车削时容易引起振动（如下图所示）。

2.车刀刀尖对中心的方法

①根据车床主轴的中心高，用钢直尺测量装刀。 ②利用车床尾座后顶尖对刀、装夹车刀。

③将车刀靠近工件端面，用目测估计车刀的高低，然后夹紧车刀，试车端面，再根据端面的中心来调整车刀。

④夹紧车刀

用刀架上的螺钉压紧车刀，每把车刀的压紧螺钉应不少于两个，不要产生虚压(车刀刀杆下面、压紧螺钉正下方短缺垫片)。 3.用手动进给车外圆、平面

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⑴车平面的方法 开动车床使工件旋转，移动大滑板或小滑板控制切削深度，然后锁紧大滑板，摇动中滑板手柄进给，由工件外缘向中心或由工件中心向外缘车削。（如下图2.3所示）

⑵车外圆的方法

移动大滑板至工件右端，用中滑板控制切削深度，摇动大滑板或小滑板纵向移动车外圆（如图2.4所示）

一次进给车削完毕，中滑板横向退出车刀，再纵向移动车刀至工件的右端面进行第二、第三次进给车削，直至符合图样要求为止。

⑶倒角 当平面、外圆车削完毕，然后移动滑板，使车刀的刀刃与工件轴线成45°夹角（45°车刀正好是所需角度）再移动大滑板、中滑板使车刀至工件平面与外圆相交处进行倒角。 例如：1×45°是指倒角在轴向长度为1mm，与轴线的夹角45°。

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4.加工步骤

四、实验技能测试

1.安装刀具并车削端面和外圆，外圆是在当前的外圆面基础上取吃刀深1-2mm。

2.要求 ：刀具中心高正确，手动要均匀。 3.目的：

⑴使学生熟悉各滑板手轮旋转方向与车刀运动方向的关系。

⑵培养良好的操作习惯，车削时应先开车，后进刀。切削完毕时先退刀后停车，

否则车刀容易损坏。

⑶培养学生安全意识，车削前应检查滑板位置是否正确，工件装夹是否牢靠，卡

盘扳手是否取下。

⑷培养学生质量意识，车削表面的痕迹粗细不一，主要是手动进给不均匀。 ⑸充分了解车外圆的方法。

检查机床→安装车刀→安装工件→启动电机→主轴正传→车端面→对刀→大滑板退刀→中滑板进刀→大滑板进给试切→大滑板退刀→主轴停转→关闭电机→卸下工件→清理车床，关闭电源

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实验5、 车螺纹实验

一、实验目的与要求

1.通过用普通车床车螺纹，熟悉车床的结构组成，各部分的工作原理，传动机构，各部件在车削螺纹中的具体作用。

2.观察车削变形的情况，以及螺纹加工的具体过程和操作步骤。

二、实验实施的条件

普通车床1台、毛坯工件若干、车床工具一套，螺纹车刀1把以及辅助工具若干。

三、实验具体步骤

1、检查机床是否完好无损，电源是否接通正常。 2、螺纹车刀的选择。 3、螺纹车刀的安装：

（1）刀尖应与工件轴线等高。 （2）车刀刀杆应与工件轴线垂直。

（3）刀杆伸出刀架不宜过长，一般为刀杆厚度的1.5～2倍。 （4）刀杆垫片应平整，尽量用厚垫片，以减少垫片数量。 （5）车刀位置调整好后应固紧。 4、工件的安装 ：

在车床上装夹工件的基本要求是定位准确，夹紧可靠。在车床上安装工件应使被加工表面的轴线与车床主轴回转轴线重合，保证工件处于正确的位置；同时要将工件夹紧，以防止在切削力的作用下，工件松动或脱落，保证工作安全。 5、三爪卡盘安装工件的步骤：

（1）工件在卡爪间放正，轻轻夹紧。

（2）开机，使主轴低速旋转，检查工件有无偏摆。若有偏摆，应停车后，轻敲工件纠正，然后拧紧三个卡爪，固紧后，须随即取下

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板手，以保证安全。

（3）移动车刀至车削行程的最左端，用手转动卡盘，检查是否与刀架相撞。

注意事项

（1）车螺纹前先检查好所有手柄是否处于车螺纹位置，防止盲目开车。

（2）车螺纹时要思想集中，动作迅速，反应灵敏。

（3）用高速钢车刀车螺纹，车头转速不能太快，以免刀具磨损。 （4）防止车刀或者刀架、托板与卡盘、床尾相撞

（5）旋螺母时，车刀退离工件，防止车刀将手划破，不要开车旋紧。

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四、实验技能测试

实验6、 普通车床传动与结构及调整实验

一、实验目的与要求

1.了解机床的传动系统、传动结构、机床的操纵机构及其操作方

法．

2.熟悉和掌握机床主要部件及其调整方法。

二、实验实施的条件 CA6140型普通车床 三、实验具体步骤

机床的操纵方法和机床运动的调整方法。了解主轴箱的结构、主轴变速操作机构的工作原理．离合器与制动器的操纵及其调整．

１. 闭合电源开关，闭合机床总开关，启动电动机，操纵离合器，

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使主轴启动，停止、反向熟悉离合器操纵手柄的使用．

２. 接通丝杠，加工螺纹传动链接通，掌握加工螺纹时机床的调整方法．调整机床，使其加工螺距t=3mm,旋向为左旋．t=24mm，旋向为右旋．

３. 接通光杠，熟悉机动进给手柄的操作方法。观察搬动手柄时的操作方法，观察搬动手柄时刀架部件的运动状态。操纵快速电机，使刀架快速移动．

４. 断开机床总开关和电源开关，打开主轴箱，对照传动系统图找到各个传动轴，观察滑移齿轮的结构形式、固定齿轮的结构形式及固定方法。

注意事项

１.机床开动时要远离机床运动部件，以免发生危险。机床主轴

箱打开后，不要用手去摸齿轮离合器等，不要将杂物掉进主轴箱里，以免损坏设备．

２.机床开动前要对机床按要求进行润滑，实验完毕后将机床各部件及操纵机构复原并对机床导轨部分加油，打扫场地．

四、实验技能测试

1.观察离合器、制动器及其操纵．离合器与制动器怎样实现互锁． 2.观察II轴上的滑移齿轮操纵机构。本机构使用了那些操纵件？滑移齿轮的位置是怎样保证的（既滑移齿轮是怎样定位的）？ 3.观察轴IV轴上的滑移齿轮及主轴上的离合器是怎样操纵的，使用了那些操纵件．

4.掌握主轴的变速方法．

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