機床靜剛度測定.doc

實驗一 機床靜剛度的測定一 實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗理解和掌握：1. 機床（包括夾具）工件刀具所組成的工藝系統(tǒng)是一彈性系統(tǒng)； 2. 力和變形的關(guān)系不是直線關(guān)系，不符合虎克定律；3. 當(dāng)載荷去除后，變形恢復(fù)不到起點，加載曲線與卸載曲線不重合；4. 部件的實際剛度遠(yuǎn)比我們想象要??；5.通過測量計算機床的靜剛度。二 設(shè)備與儀器1.C616,CF6140 車床；2.單向靜剛度儀、三向靜剛度儀。機床單向靜剛度的測定一 實驗原理如圖1-1所是：在 C616 車床的頂 尖間裝上一根剛度很大的光軸，其受力后變形可忽略不計，螺旋加力器 5 固定在刀架上，在加力器 6 與光軸間裝一測力環(huán) 7 ，在該環(huán)之內(nèi)孔中固定安裝一千分表 3 ，當(dāng)對如圖所安裝的測力環(huán)加力時，千分表 3 的指針就會轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動量與外載荷的對應(yīng)關(guān)系可在材料實驗機上預(yù)先測出。本實驗中測力環(huán)的變形與外載荷（ 0 - 1500N時）的對應(yīng)關(guān)系見表 1 - 1 。實驗時，將測力環(huán)抵在剛性軸的中點處，在剛性軸靠近主軸端裝有千分表 1 ，在剛性軸靠近尾架端裝有千分表 2 ，在刀架處裝有千分表 4 ，用扳手轉(zhuǎn)動帶有方頭的加力螺桿 5 施一外載荷（ ），加載大小由千分表 3 的指針轉(zhuǎn)動量所指示，千分表 3 的指針轉(zhuǎn)動量與加載關(guān)系如表 1 1 所示，每次加載和卸載時，分別記錄下千分表 1,2,4 的讀數(shù)。為了說明機床的靜剛度與尾座套筒的伸出長度有關(guān)，實驗時，可將套筒分別伸出 5mm 和 10mm 后各進(jìn)行一次實驗，可對實驗結(jié)果進(jìn)行比較。二 實驗步驟1.按圖 1 1 把單向靜剛度儀裝在車床上，同時裝好千分表。2.把測力環(huán)抵在剛性軸的中點處，使千分表 3 的指針指零，轉(zhuǎn)動加力螺桿 5 預(yù)加載荷 500N后卸載（即千分表 3 的指針旋轉(zhuǎn) 35 微米），然后，重新調(diào)整千分表 1,2,4 ，使其指針指零。3.安照表 1 1 所給出的測力環(huán)所受載荷與千分表指示數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，千分表 3 的指針每轉(zhuǎn)動 7 微米，等于測力環(huán)每次加載 100N，順次加至 1500N，把每次加載后千分表 1,2,4 的位移數(shù)值記錄到表 1 3 中。表1-1測力環(huán)所受載荷（kg）0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 千分表指示數(shù)（m）0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 1054.加載至 1500N時，千分表 3 的指針轉(zhuǎn)過 105 小格，這時進(jìn)行卸載，每次卸載 100N，直至載荷為零，（千分表的指針每次逆轉(zhuǎn) 7 小格，直至載荷為零），切把每次卸載后千分表 1,2,4 的位移數(shù)值記錄到表 1 3 中。5.加載、卸載、記錄要有專人負(fù)責(zé)，要嚴(yán)肅、認(rèn)真。三 單向靜剛度的計算機床的靜剛度是由機床各個部件剛的剛度決定的。實驗時把測力環(huán)抵在剛性軸的中點處，則機床的靜剛度與床頭、尾座、刀架它們之間的剛度關(guān)系可以用下式表示：=+（+）式中 = = =式中、為在其所受不同載荷的情況下，床頭、尾座、刀架的對應(yīng)位移值，該值可由千分表 1 、 2 、 4 中讀出， 即千分表3對應(yīng)數(shù)值，=，則等于加載數(shù)值。四 要求1當(dāng)測力環(huán)承受載荷 1500N時，分別計算尾座套筒伸出長度 5 mm和105mm機床靜剛度的具體數(shù)值。2畫出尾座套筒伸出長度為 5 mm時刀架的靜剛度曲線圖，其中橫坐標(biāo)為刀架水平位移量（m），縱坐標(biāo)為值。機床三向靜剛度的測定一 實驗原理在上述的單向靜剛度實驗中，說明工藝系統(tǒng)受力后會變形。因施加的載荷和測量的變形方向都是在 Y 方向，可以認(rèn)為是模擬了切削過程中起決定性作用的力和位移，但是在切削過程中，部件的變形和單個零件的變形，不但和有關(guān)，而且和切削分力 , 的大小都有關(guān)系， Y 方向的位移 Y 應(yīng)是在 ,的共同作用下發(fā)生的位移，才符合工藝系統(tǒng)剛度的定義。根據(jù)工藝系統(tǒng)剛度的定義，應(yīng)用圖 1 2 所示的三向靜剛度測力儀才能夠更精確地測定機床部件的靜剛度。三向靜剛度測力儀，是由半圓型角鐵式框架 1 ，其上每隔 15o有一螺孔，加力螺桿 2 ，測力環(huán) 3 內(nèi)有千分表 4 ，找正棒 5 和 6 ，固定銷 7 ，活動銷 8 ，鎖緊套 9 ，螺釘 12,模擬車刀 13 等組成。切削時所產(chǎn)生的切削力 F ，可以分為三個切削力 Fx、Fy、Fz,如圖 1-3 所示。圖中：為切削力與它在 Y-Z 平面內(nèi)投影的夾角；為切削力在 Y-Z 平面內(nèi)的投影與切削分力 Fz 的夾角。根據(jù)幾何關(guān)系知，各切削分力值為：Fx=FsinFy=FcossinFz=Fcos cos在測量過程中，為了獲得不同的值，可以將手柄 2 旋在弓形體 1 上夾角間隔 15的不同螺孔中；為了獲得不同的角，可是弓形體 1 繞頂尖孔中心線轉(zhuǎn)動不同的值。鎖緊套 9 時與車尾座套筒外徑滑動配合的，當(dāng)位置確定后，即將兩個螺釘 12 旋緊。.模擬車刀是由刀桿 13 和刀頭 14 組成的，兩者用螺釘 15 緊固，在刀頭上有一個圓弧槽，圓弧槽的幾何中心與安裝在刀頭前端的鋼球中心相重合，刀桿則裝在小刀架的壓刀槽內(nèi)。 實驗時，我們調(diào)整=15， =30，這時各切削分力之間的比由Fx= Fsin,Fy=F cossin， Fz=Fcos cos得：Fx ： Fy ： Fz=0.3 ： 0.5 ：1= 我們只測量刀架的位移，畫出刀架的剛度曲線，計算出刀架的平均剛度。對于床頭、尾座三向靜剛度的測定于單項靜剛度測定相似。二 實驗步驟1. 把三向靜剛度儀裝在 CF6140 車床上。2. 參照單向靜剛度儀，把千分表裝在刀架上，調(diào)整千分表 4 使其指針為零，轉(zhuǎn)動加力螺桿 2 預(yù)加載荷 40 公斤后卸載（即千分表 4 的指針旋轉(zhuǎn) 55m ），調(diào)整千分表使其指針為零。3. 按照表 1 - 2 所給的測力環(huán)所受載荷（公斤）與千分表指示數(shù)（微米）之間的對應(yīng)關(guān)系，每次加載 40 公斤，順次加至 200 公斤，把每次加載后刀架千分表的位移數(shù)值記錄到表 1 - 5 中。4. 加載至 200 公斤時，千分表 4 的指針轉(zhuǎn)過 173 小格，這時進(jìn)行卸載，每次卸載 40 公斤，直至載荷為零，且把每次卸載后千分表的位移數(shù)值記錄到表 1-5 中。表12千分表指示數(shù)（m）0測力環(huán)所受載荷（kg）0三 三向靜剛度的計算機床的三向靜剛度是指每一方向的位移 Y ，都是在切削分力 Fx ， Fy,Fz 共同作用下的結(jié)果。刀架的三向靜剛度 K 刀的計算公式應(yīng)為：=/y其中： 切削力沿 Y 方向的分力y 在、共同作用下的Y方向的位移四 要求畫出刀架的剛度曲線，計算刀架的三向平均靜剛度。機床單向靜剛度實驗報告一 外載荷與千分表讀數(shù)記錄（表13）加載與卸載測力環(huán)受載荷kg尾座套筒伸出 (5mm)尾座套筒伸出 (5mm)千分表讀數(shù) (m)千分表讀數(shù) (m)車 頭刀 架尾 座車 頭刀 架尾 座加卸加卸加卸加卸加卸加卸0102030405060708090100110120130140150二 單靜剛度的計算（表14）測力環(huán)載荷150kg尾座套筒伸出量靜 剛 度5 mm105 mm三 刀架的靜剛度曲線圖（尾座套筒伸出5mm）四 計算刀架的平均靜剛度= =1500/ = N/mm機床三向靜剛度試驗報告一 刀架受外加