机械制造工程学实验指导书(4)

用于测量Fy力的电阻应变片共有八片RY1、RY2 ……RY8 ,每臂由两片串联 组成全桥，在Fy力作用下，上下两环都产生压缩变形，于是RZ1、RZ2 、RZ5 、 ，其余受压，电阻减小（各为－△R），同理也符合 RZ6受拉，电阻增大（各为△R）布片与接桥原则。

测力仪的布片与接桥，还应考虑尽可能的消除三个分力间的相互干扰（相间干扰），即每一个电桥的输出电压仅与被测的切削分力有关，而其他两切削分力的作用不引起电桥输出电压的变化。为此，在布片与接桥时还应使被测切削分力以外的其他两分力作用时，对被测切削分力的电阻应变片所产生的电阻变化，在电桥中相互抵消，即所谓电补偿方法。 如测量Fz力的电桥输出△U=

U4R(?RZ1??RZ2??RZ3??RZ4)在Fy的作用

下，RZ1、RZ2 、RZ3 、RZ4皆受拉伸变形，电阻增大，各为＋△Rz，且数值相等，代入上式，括号内数值和为零，所以Fy力的作用对Fz力的电桥不产生输出，既Fy力对被测得Fz力没有干扰，在Fx力的作用下，RZ1、RZ2 受拉，电阻增大，皆为+△Rz； RZ3 、RZ4受压，电阻减小，皆为－△Rz，将各△Rz代入上式，括号内数值之和也为零，所以Fx力的作用对Fz力的电桥也不产生输出，既Fx力对被测得Fz力没有干扰，同理，可证出Fz和Fy对Fx力与Fz和Fx对Fy力间都没有干扰。

2、电阻应变式测力仪的放大与记录

由于电桥的输出电压很小，因此需用应变仪来放大电桥的输出信号，常用的电压桥型如YJD—1,YJ—5,Y6D—2等，功率桥型如Y6D—3A,Y8DB—5等，电阻应变仪的输出信号需由记录仪器纪录，与其配套使用的有光线示波器（SC—16型等）及数字电压表（PZ8、PZ26型等）。 根据上述原理，切削力的测量系统框图如图3—6所示。 切削力 测力仪 变形 电桥 电信号 应变仪 输出 记录仪 图3—6 切削力的测量系统框图 （三）实验方法

1、准备工作

1）安装工件、测力仪及车刀，注意刀尖伸出长度与标定时一致，并对准工件

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中心高；

2）按测量系统框图连线；

3）熟悉应变仪、记录仪器的使用；

4）熟悉机床的操作方法，注意安全事项； 5）确定实验条件； 2、切削实验

用单因素法进行实验

1）固定v、f等值，依次改变ap,记录各参数； 2）固定v、ap等值，依次改变f,记录各参数；

注意事项：在实验开始或结束时，须进行电标定，求得Kz、Ky、Kx便将读数换算为με单位。

三、实验设备及仪器

CA6140、记录仪、应变仪、测力仪

四、实验报告内容

（一）实验目的

（二）实验仪器、设备 （三）实验原理 （四）实验步骤 （五）实验记录 1、仪器、设备

机床 应变仪 记录仪 工件 刀具 2、记录结果

电标定：Kz= με/mm Ky= με/mm Kx= με/mm

结构 材料 材料 Кr 测力仪 测力仪的标定常数 λs Kz= Kg/με Ky= Kg/με Kx= Kg/με 硬度 γo αo Кr′ rε 16

v f（mm/r） 读数（mm） ap v f Fz（N） Fz（N） ap（mm/r） 读数（mm）

注：（1）若用数字电压表记录，读数为mv。电标定单位为με/mv。 （2）切削力Fz=读数3Kz3kz

（六）绘制测试系统原理图，在对数坐标纸上，画出Fz一f、Fz一ap线，并从图上求出斜率和截距。

（七）求导出切削力的Fz经验公式 （八）实验结果分析讨论 思考题

1、分析切削用量ap、f等对主车削力的影响规律，并解释其原因。 2、Fz经验公式中为何要修正各系数?

3、有哪些因素会导致本实验的误差？你对本实验有何改进意见?

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车床刚度的测定

一、实验目的与要求

通过实验深入理解课堂所学的基本理论，了解工艺系统受力变形的现象。具体要求是：

1、熟悉并掌握生产过程中测定车床刚度的方法； 2、了解车床刚度对机械加工精度的影响。

二、实验原理及方法

用较接近实际加工情况的切削测定法，可较准确地测定车床的静刚度。车床本身是一个弹性体，当受切削力或其他外力作用时便产生相应的弹性变形, 机床抵抗其变形的能力称为该机床的刚度。车床刚度值可用下式表示：

1KS?1KZ?1Kt(1?xL)?21Kw(xL)

2 式中：Ks、Kz、Kt、Kw分别表示车床、刀架、床头、尾座的刚度，L表示两顶尖间的距离（即工件的长度）, X表示床头到车刀的距离。

车床的刚度不但与组成车床各零部件的刚度有关，而且在很大程度上还取决于各零部件之间的接触刚度，因而车床刚度不是一个常数而是随外力变化而变化的一个变值。测定车床刚度的方法：

（一）静载荷测定法：车床各部件刚度均可采用此方法。

本实验主要测定车床前、后顶尖和刀架的刚度（假设工件的径向尺寸足够大，在力的作用下工件不产生变形）。

图 4一1 车床刀架、头尾架静刚度测量示意图

如图4一1所示，在车床两顶尖之间安装一根短而粗的心轴（可认为刚度很大，在力的作用下不变形），并在刀架上装上一个螺旋加力器，在加力器和心轴之间放

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一个测力环, 转动加力器的加力螺钉，刀架与心轴之间便产生了作用力，力的大小由测力环中的干分表3读出（测力环预先在材料试验机上校正过，千分表的读数则代表受力的大小）。在这个力的作用下，刀架的位移可以由装在床身上的千分表4直接测出，头架和尾架的位移则可由千分表1和2测出。当外力由100牛顿开始加至2000牛顿，每次增加100牛顿, 由各干分表读出变形值, 然后以变形为横坐标、切削力为纵坐际，把各点连线，即可得到床头、尾座和刀架部件的平均刚度值。 (二)切削测定法

以普通车床为例。在一根轴上装有三个相同的刚度片, 三个刚度片的位置分别处于粗轴的两端和中间。通过切削三个刚度片的两个相等的余量，而仍留有的半径差，再根据误差的反映规律即可将各部件的刚度计算出来。图4一2即为车床刚度的切削测定法。

图 4一2 切削测定法测力示意图

当吃刀深度分别为ap1和ap2时，则在切削过程中刀尖相对工件所呈现的变形为y1和y2，其值可用下式表示： y1=Py1/k=λ2Cpz2f y2=Py2/k=λ2Cpz2f（2）一（1）得： y2?y1 =λ2Cpz2f0.750.752ap121/k…… （1） 2ap221/k…… （2）

0.752（ap2?ap1）21/k

即：k=λ2Cpz2f0.752（△/δ）

式中：△=ap2?ap1 为切削刚度片的半径差

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