《金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真实验》虚拟仿真实验项目登陆入口

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《金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真实验》虚拟仿真实验项目

实验一：切削力测量

一、实验目的

1. 了解测力仪的工作原理及使用方法，并了解数据采集系统的使用；

2. 掌握主轴转速、切削深度及进给量对主切削力的影响；

3. 了解智能制造过程中切削力的状态感知与反馈；

二、实验仪器与用具

1. 五轴加工中心；

2. 球头铣刀、淬硬钢Cr12MoV（55HRC）；

3. 压电晶体测力仪（以下简称：测力仪）、电荷放大器、数据采集系统。

三、实验原理

金属切削加工过程中，在刀具的主切削刃上，将产生切削力。这时的切削力是三个方向的力，即：切削力（主切削力或切向分力F_z）、进给方向的力(走刀分力或轴向分力F_x)、背吃刀量方向的力(切深分力或径向分力F_y)。切削力的大小，是提供机床设计、工装夹具设计及刀具结构设计的重要依据。

在机械力作用下，产生形变，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面出现正、负束缚电荷，这样的晶体称为压电晶体。当压电晶体沿着一定方向受到外力作用时，内部会产生极化现象，使带电质点发生相对位移，从而在晶体表面上产生大小相等符号相反的电荷。当外力去掉后，又恢复到不带电状态。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，这种现象叫压电效应。将采集的电荷进行放大处理后测定切削力的大小。

四、实验步骤

	序号	具体步骤	显示
刀具、测力仪、工件装夹	1	点击测力仪，将测力仪安装到工作台上 注意：1、安装前要进行工作台的清理 螺钉拧紧应采用对角拧紧方式 为了保证测力仪安装精度，应采用万用表进行校准
	2	将工件安装到测力仪上 注意：工件安装中，螺钉拧紧方式仍为对角拧紧方式
	3	数采箱和电荷放大器相连
测力仪、电荷放大器、数采系统安装及调试	4	采用传输线，进行连接（传输线接头与数据采集箱接头要以红点为方向提示，对准插入）
	5	安装完成图（注意：X、Y、Z分别对应着数据采集箱的1、2、3通道）
	6	连接电荷放大器和数据采集箱
	7	完成测力仪与电荷放大器的连接
	8	采用1394线，连接电脑和数据采集箱
加工，数据采集	9	点开电脑电源，双击桌面上的东华测试系统软件；点击加工按钮，电脑桌面显示数据的动态的数据采集
	10	若加工过程中出现切削力过大提示，应当按照提示调整切削参数

五、实验数据

切削参数对切削力的影响规律试验

n（r/min）	2000	3000	4000	5000	4000	4000	4000	4000	4000	4000	4000	4000
f(mm/r)	0.2	0.2	0.2	0.2	0.1	0.15	0.2	0.25	0.2	0.2	0.2	0.2
ap(mm)	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.1	0.15	0.2	0.25
ae(mm)	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
Fx(N)
Fy(N)
Fz(N)

六、实验思考题

1. 分析：切削用量对切削力的影响规律，解释其原因？

2. 简述智能制造过程中切削力的状态感知与适时调整过程？

3. 哪些因素会导致本实验的误差？你对本实验有哪些改进建议？

演示视频

切削深度与吃刀量

主轴转速与进给速度

*实验项目中的数据源自-国家自然基金-国际合作专项-基于开放式数控系统的智能切削加工技术基础及应用(51720105009)