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实验四 切削要素对表面加工质量的影响
实验项目性质：综合性
实验计划学时：2学时
一、 实验目的
1、了解加工表面粗糙度的影响因素。
2、了解降低加工表面粗糙度的工艺措施。
3、通过实验测出数据验证切削用量f、ap对加工表面粗糙度的影响，达到深化、巩固所学的基本概念和基本理论的目的。
4、研究切削速度、切削深度和走刀量等因素对加工质量的影响规律。
5、掌握确定切削参数的基本方法。
二、 实验装备
设备：CA6140普通车床；粗糙度对照样板块、粗糙度测量仪等；
刀具：硬质合金车刀若干把。
三、 实验的基本原理
1、零件经切削加工后的质量包括精度和表面质量。
　(1) 精度 是指零件在加工之后，其尺寸、形状等参数的实际数值同它们绝对准确的各个理论参数相符合的程度。符合程度越高，亦即偏差(加工误差)越小，则加工精度越高。
　(2) 表面质量 已加工表面质量(也称表面完整性)包括表面粗糙度、表层加工硬化的程度和深度、表层剩余应力的性质和大小。
2、影响表面粗糙度的因素  
1）切削加工影响表面粗糙度的因素
（1）刀具几何形状的反映
刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积，其表面形状是刀具几何形状的反映。减小主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径，均可减小残留面积的高度。  
此外，适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度，合理选择润滑液及提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。
（2）工件材料的性质 
加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。
加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。
（3）切削用量的选择 
切削三要素的选择也是影响表面粗糙度的重要因素。切削三要素包括工件表面旋转线速度（V）、进给速度（F）、吃刀深度（Ap）。合理的提高工件旋转线速度，降低进给速度，降低吃刀深度，都可以起到提高表面质量的作用。
以上是依车削加工为例进行的分析和研究。此外，铣削、刨削及磨削也是同样的道理。
2) 切削用量的合理选择
　切削用量对切削加工的影响：
（1）对加工质量的影响 ：
切削深度和进给量增大，都会使切削力增大，降低加工精度和增大表面粗糙度值。切削速度增大时，切削力减小，并可减小或避免积屑瘤，有利于加工质量和表面质量的提高。
（2）对基本工艺时间的影响：
切削用量三要素对基本工艺时间的影响是相同的。
（3）对刀具耐用度和辅助时间的影响 ：
切削速度对刀具耐用度的影响最大，进给量的影响次之，切削深度的影响最小。
　 综合切削用量三要素对刀具耐用度、生产率和加工质量的影响，选择切削用量的顺序应为：首先选尽可能大的切削深度，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。
　 粗加工时，应以提高生产率为主，同时还要保证规定的刀具耐用度。因此，一般选取较大的切削深度和进给量，切削速度不能很高。
　 精加工时，应以保证零件的加工精度和表面质量为主，同时也要考虑刀具耐用度和获得较高的生产率。精加工往往采用逐渐减小切削深度的方法来逐步提高加工精度，进给量的大小主要依据表面粗糙度的要求来选取。
四、 实验内容
1、切削速度υ对切削变形的影响：
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。
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；
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。
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中。
3、进给量 ¦ 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
用不同的进给量分别切削一段试棒，测量，并将结果填入表中。
五、 实验数据的处理与实验报告要求
1、记录实验数据
2、综合分析切削用量对加工表面粗糙度的影响。

表1 切削速度对粗糙度影响实验数据记录
刀具参数：前角（Y。）= °；后角（α0）：= °；
主偏角（Kr）= °；副偏角（Kr＇）= °；刃倾角（λs）= °
试件：材料 ； D= 。
切削深度ap = mm；切削进给量 ¦ = （mm/r）。

实 验 数 据
切削速度υ

粗糙度

表2 切削深度对粗糙度的影响实验数据记录
刀具参数：前角（Y。）= °；后角（α0）：= °；
主偏角（Kr）= °；副偏角（Kr＇）= °；刃倾角（λs）= °
试件：材料 ； D= 。
切削速度υ= m/min；切削进给量 ¦ = （mm/r）。

实 验 数 据
切削深度ap

粗糙度

表3 进给量对粗糙度的影响实验数据记录
刀具参数：前角（Y。）= °；后角（α0）：= °；
主偏角（Kr）= °；副偏角（Kr＇）= °；刃倾角（λs）= °
试件：材料 ； D= 。
切削速度υ= m/min；切削深度ap= mm。

实 验 数 据
切削进给量 ¦

粗糙度