金属切削机床
实验一 CA6140车床结构剖析 一、
实验目的
1．了解机床的用途，总体布局，以及机床的主要技术性能。 2．对照机床传动系统图，分析机床的传动路线。 3．了解和分析机床主要零部件的构造和工作原理。 二、实验原理及方法
本实验是利用现场CA6140普通车床讲解机床的主要结构部件及主要技术性能。机床的传动系统。主要方法是打开主轴箱，溜板箱、小刀架以及尾座，以实物进行观察，并让同学们自己动手拆卸一些部件，组装。 三、A6140型普通车床用途及布局
CA6140车床是普通精度级车床。万能性较大。适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件等回转体表面及各种常用的公制、英制和节径螺蚊。CA6140车床的总体布局如图1—1所示。
箱.
图1—1 CA6140型普通车床外行图
1. 主轴箱 2.纵溜板 3. 尾座横 4. 床身 5. 右床座 6. 溜板箱 7左床座. 8进给
2.CA6140型普通车床的主要技术性能
床面上最大工件回转直径 D=400豪米 床鞍上最大工件回转直径 D=210毫米 最大工件长度 1000毫米 最大车削长度 900毫米 主轴内孔直径 48毫米 主轴前端锥度 莫氏6号 主轴转速 正转Z=24级 n=10—1400转/分 反转Z=12级 N=14—1580转/分 进给量： S纵=0.028—6.33毫米/转 S横=0.55纵 溜板箱及刀架纵向快移速度 V快=4米/分 车削螺纹范围：
公制螺纹 44种 S=1—192毫米 英制螺纹 20种 a=2—24扣/英寸 模数螺纹 39种 m=0.25—48毫米 径节螺纹 37种 D=1—96牙/英寸 主电动机 7.5千瓦 1450转/分 溜板箱快速电机 370瓦 2600转/分 3. 机床的传动系统
图1—2是CA6140型普通车床的传动系统图。主轴箱中有双向多片式摩擦离合器、制动器及操纵机构双向摩擦离合器装在轴1上，内摩擦片装在轴1的花键上，与轴1一起转。外摩擦片外圆上相当于键的四个凸起装在齿轮的缺口槽中，外片空套在轴1上。当向上扳动操纵轴上的手柄时，杆向外移动，齿扇顺时针方向转动，齿条通过拨叉使滑套向右移动。
将元宝销（杠杆）的右端压下，由于元宝销是用销钉装在轴1上的，所以此时元宝销顺时针摆动，推动装在轴1内孔中的杆向左移动，杆9通过销子带动压块向左压，左离合器压紧，主轴正转。同理向下板动手柄21时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄处于中间位置时，离合器脱开，制动器制动，主轴停止转动。 四、实验仪器及材料
1.CA6140普通车床一台。 2. 三爪卡盘和四爪卡盘各一个。 3. 卡盘搬手和刀台搬手各一个。
4. 尾座用钻卡子一个。
图1—2 CA6140型普通车床传动系统
五、实验步骤
1. 打开主轴箱的箱盖，观看主轴箱内的各传动轴的基本结构与其运动的关系。 2. 观查卡盘的结构（三爪卡盘和四爪卡盘）。
3. 进给箱的结构。观查进给箱中进给运动传动链中的传动比变换装置（变速装置，变速机构），它的功用是改变被加工螺纹的螺距或机动进给的进给量。
4. 溜板箱。在溜板箱上装有小刀架，可同时安装四把刀。溜板箱的功用是把进给箱传来的运动传给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。
5. 尾架（尾座），它的功用是用后顶尖支承工件。 六、分析整理实验数据，写出实验报告 七、思考题
1. 在实验过程中，传动主轴应该是第几根轴？第一根轴上有摩擦离合器，它是怎样工作的？
2. 机床的主要组成部件有几个？
3. 尾座的功用有哪些？为什么尾座的中心线要比主轴的中心线高出0.06mm ？ 实验二 YM3180H滚齿机调整试验 一、实验目的
1. 熟悉滚齿机的结构，技术性能及操作方法。 2. 了解滚齿机的传动系统和工作原理。
3. 通过加工直齿和斜齿圆柱齿轮，了解滚齿机的调整，挂轮的换置及加工方法。 二、实验原理及方法
本实验是在一台滚齿机上加工一个直齿轮或斜齿轮，安装一个工件，直到加工完毕。现场调整机床，观看加工的整个过程。讲解内容如下：
1. 机床的主要技术性能
被加工齿轮的最大直径 有小立柱时550毫米，无小立柱800毫米。 最大模数 10毫米。 最大加工宽度 300毫米。
工件最少齿数 Z最少/K滚刀头数=8（12） 刀架最大垂直行程 350毫米。 刀架最大回转角度 240°。
滚刀轴心到工作台面的距离 最大350毫米，最小235毫米。 主轴孔锥度 莫 5号。 允许安装的滚刀
最大直径 180毫米
最大长度 180毫米 滚刀最大轴向移动量 60毫米
滚刀可换心轴直径 22、27、32、40 毫米 工作台液压快速移动距离 50毫米 工作台孔直径 80毫米 工作台直径 650毫米 2. 滚齿机的主要部件及操纵机构 3. 机床传动系统 如图1—1所示 4. 差动机构的构造介绍
本机床的差动机构是一个由四个直齿圆锥齿轮和轮系系杆+字轴1所组成的 行星机构，起合成运动的作用。当需差动机构来合成运动时，作如下调整：将手柄S1推向里。使离合器L4结合。当不使用差动机构时，作如下调整：将手柄S1拉向外，使离合器与LS 结合，此时，差动机构的传动比为1
三、实验仪器及材料
1. 刀一把。
2. 千分表、表架一套。
3. 齿轮毛坯三个，直径210毫米。 4. 径节检查仪一个，千分尺和卡尺各一把。 5. 挂轮一套。各种搬手。 6. 冷却液20号机油。 四、实验步骤
1. 将工件安装在工作台上，用千分表找正。 2. 将滚刀安装在滚刀架上，并调好角度。
3. 将机床的总液压系统打开，到一定压力后将机床开动起来，调整工件与滚刀的距离。
4. 开始加工到加工结束。 5. 用工具检查加工精度。
五、分析整理实验数据，写出实验报告
实 验 记 录 表
六、思考题
1. 试述YM3180H 型滚齿机的运动合成机构的传动原理，其传动比是何值？
2. 滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时，刀具倾斜角的误差对工件螺旋角有无影响？为什么？
3. 在YM3180H 型滚齿机上，若加工m=3，Z=107的直齿圆柱齿轮，应用什么方法？具体说明。
实验三 主轴回转精度测量 一、
实验目的
1． 初步掌握主轴回转精度的测量原理和方法。
2． 了解实验数据的处理方法和主轴回转误差的评定方法。 3． 作出车床主轴回转运动误差图象，评定主轴回转精度的高低。 二、实验原理及方法
本实验采用单向测量法，用时间记录（直角坐标系统）经人工采样，数据处理，用圆图象来表示回转运动误差。
单向测量法原理如图3—1所示。
在车床主轴锥孔中安装一个可调整球心位置的基准球，另在水平方向，通过主轴中心安装一只非接触的位移传感器。
当忽略基准球的形状误差时，由传感器所获得的信号为x=ECOS
图3—1 回转运动误差图
χ=δcos (ωt +φ)+e cos (ωt )
它由两个部分组成，即式中的
e cos wt —基准球安装偏心在水平方向的分量，是属于确定性信号。
e cos (ωt )—瞬时回转中心的径向漂移在水平方向的分量，是属于非确定信号。 当令 e cos (ωt )=0时，则 X=δcos (ωt +φ)
此时，传感器的信号反映了主轴的回转误差。
要使e cos wt =0，可采用电气滤波，反向测量方法，本实验采用摆动装置调整基准球的安装偏心，使偏心量e 尽可能趋近了零。 三、实验仪器及材料
1.DGC —6PG/A电感式传感器。 2.DGB —4电感测微仪。
3.DWY —Z 型电容式位移震动测量仪。 4.SC —16型光线示波器。
5. 摆动装置（由基准球和调整盘组成），基准球（直径，圆度，光洁度）。 调整盘：由两个圆盘组成，中间用八个螺钉连接，调整螺钉可以调整基准球的偏心量。
6.DGC —6PG/A及BGB —4电感测微仪，用以调整基准球的偏心量e ，使偏心量趋近于零。 四、验步骤
1. 将摆动装置的锥柄插入主轴锥孔内。
2. 按方框图联接各仪器，待检查无误后方可接通电源。
3. 调整摆动盘的螺钉，通过DGC —6PG/A和DGB —4的观察，使基准球的偏心量e 尽可能趋近于零。
图3—2 实验方框图
4. 安装传感器2，并调整传感器2与标准圆球之间的距离，达到仪器所要求的原始间隙。
5. 开动机床，转速n=10—1400转。 6. 用SC —16型光线示波器记录波形。
五、分析整理实验数据，写出实验报告如下
图3—3为光线示波器记录的误差曲线示例，取8—10圈误差信号进行人工采样，每圈取12等间距采样点，作零线0—0，测出各采样点的误差值Xi ，并计算出各采样点的8圈误差平均值，填入表1，图3—4为对误差曲线的采样示例。
图3—4 误差曲线的采样
图3-3
在极坐标纸上取30°为一间距，将一圈等分为12份，取基圆，以基圆为基准零线，将采样值 点在基圆上下标出，由于各圈的误差不重合，可得到总误差运动图象，如图3-5-a 所示，由各采样点的平均值作图，可得到平均误差运动图象，如图3-5-b 所示。
a
图3—5 误差运动图
b
Ⅰ. 径向误差运动值
首先在圆图象上找出最小间距中心MRS ，这是两个包含总误差运动圆图象的同心圆的半径差具有最小值时的共同圆心。采用试凑法找两个同心圆，每个圆都与圆图象有两个切点，且内外圆的切点交错排列。
以MRS 为圆心，这两个包容误差运动圆图象的同心圆的半径差为径向误差运动值。
Ⅱ．随机误差运动值
沿通过极坐标中心的半径方向测量的总误差运动圆图象的最大，宽度为随机误差运动值。
表3-1
该二误差运动值如图3—6所示。
图3—6 平均误差运动图象
实验结果分析：
（1）评定主轴回转精度的等级，（按下表进行评定）
（2）找出制造装配等因素和回转误差的关系。
（3）提出主轴部件设计制造改造的意见。
六、思考题
1． 回转精度的测试原理和方法是什么？
2． 实验中采用哪些主要仪器？
金属切削机床
实验一 CA6140车床结构剖析 一、
实验目的
1．了解机床的用途，总体布局，以及机床的主要技术性能。 2．对照机床传动系统图，分析机床的传动路线。 3．了解和分析机床主要零部件的构造和工作原理。 二、实验原理及方法
本实验是利用现场CA6140普通车床讲解机床的主要结构部件及主要技术性能。机床的传动系统。主要方法是打开主轴箱，溜板箱、小刀架以及尾座，以实物进行观察，并让同学们自己动手拆卸一些部件，组装。 三、A6140型普通车床用途及布局
CA6140车床是普通精度级车床。万能性较大。适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件等回转体表面及各种常用的公制、英制和节径螺蚊。CA6140车床的总体布局如图1—1所示。
箱.
图1—1 CA6140型普通车床外行图
1. 主轴箱 2.纵溜板 3. 尾座横 4. 床身 5. 右床座 6. 溜板箱 7左床座. 8进给
2.CA6140型普通车床的主要技术性能
床面上最大工件回转直径 D=400豪米 床鞍上最大工件回转直径 D=210毫米 最大工件长度 1000毫米 最大车削长度 900毫米 主轴内孔直径 48毫米 主轴前端锥度 莫氏6号 主轴转速 正转Z=24级 n=10—1400转/分 反转Z=12级 N=14—1580转/分 进给量： S纵=0.028—6.33毫米/转 S横=0.55纵 溜板箱及刀架纵向快移速度 V快=4米/分 车削螺纹范围：
公制螺纹 44种 S=1—192毫米 英制螺纹 20种 a=2—24扣/英寸 模数螺纹 39种 m=0.25—48毫米 径节螺纹 37种 D=1—96牙/英寸 主电动机 7.5千瓦 1450转/分 溜板箱快速电机 370瓦 2600转/分 3. 机床的传动系统
图1—2是CA6140型普通车床的传动系统图。主轴箱中有双向多片式摩擦离合器、制动器及操纵机构双向摩擦离合器装在轴1上，内摩擦片装在轴1的花键上，与轴1一起转。外摩擦片外圆上相当于键的四个凸起装在齿轮的缺口槽中，外片空套在轴1上。当向上扳动操纵轴上的手柄时，杆向外移动，齿扇顺时针方向转动，齿条通过拨叉使滑套向右移动。
将元宝销（杠杆）的右端压下，由于元宝销是用销钉装在轴1上的，所以此时元宝销顺时针摆动，推动装在轴1内孔中的杆向左移动，杆9通过销子带动压块向左压，左离合器压紧，主轴正转。同理向下板动手柄21时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄处于中间位置时，离合器脱开，制动器制动，主轴停止转动。 四、实验仪器及材料
1.CA6140普通车床一台。 2. 三爪卡盘和四爪卡盘各一个。 3. 卡盘搬手和刀台搬手各一个。
4. 尾座用钻卡子一个。
图1—2 CA6140型普通车床传动系统
五、实验步骤
1. 打开主轴箱的箱盖，观看主轴箱内的各传动轴的基本结构与其运动的关系。 2. 观查卡盘的结构（三爪卡盘和四爪卡盘）。
3. 进给箱的结构。观查进给箱中进给运动传动链中的传动比变换装置（变速装置，变速机构），它的功用是改变被加工螺纹的螺距或机动进给的进给量。
4. 溜板箱。在溜板箱上装有小刀架，可同时安装四把刀。溜板箱的功用是把进给箱传来的运动传给刀架，使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动或车螺纹。
5. 尾架（尾座），它的功用是用后顶尖支承工件。 六、分析整理实验数据，写出实验报告 七、思考题
1. 在实验过程中，传动主轴应该是第几根轴？第一根轴上有摩擦离合器，它是怎样工作的？
2. 机床的主要组成部件有几个？
3. 尾座的功用有哪些？为什么尾座的中心线要比主轴的中心线高出0.06mm ？ 实验二 YM3180H滚齿机调整试验 一、实验目的
1. 熟悉滚齿机的结构，技术性能及操作方法。 2. 了解滚齿机的传动系统和工作原理。
3. 通过加工直齿和斜齿圆柱齿轮，了解滚齿机的调整，挂轮的换置及加工方法。 二、实验原理及方法
本实验是在一台滚齿机上加工一个直齿轮或斜齿轮，安装一个工件，直到加工完毕。现场调整机床，观看加工的整个过程。讲解内容如下：
1. 机床的主要技术性能
被加工齿轮的最大直径 有小立柱时550毫米，无小立柱800毫米。 最大模数 10毫米。 最大加工宽度 300毫米。
工件最少齿数 Z最少/K滚刀头数=8（12） 刀架最大垂直行程 350毫米。 刀架最大回转角度 240°。
滚刀轴心到工作台面的距离 最大350毫米，最小235毫米。 主轴孔锥度 莫 5号。 允许安装的滚刀
最大直径 180毫米
最大长度 180毫米 滚刀最大轴向移动量 60毫米
滚刀可换心轴直径 22、27、32、40 毫米 工作台液压快速移动距离 50毫米 工作台孔直径 80毫米 工作台直径 650毫米 2. 滚齿机的主要部件及操纵机构 3. 机床传动系统 如图1—1所示 4. 差动机构的构造介绍
本机床的差动机构是一个由四个直齿圆锥齿轮和轮系系杆+字轴1所组成的 行星机构，起合成运动的作用。当需差动机构来合成运动时，作如下调整：将手柄S1推向里。使离合器L4结合。当不使用差动机构时，作如下调整：将手柄S1拉向外，使离合器与LS 结合，此时，差动机构的传动比为1
三、实验仪器及材料
1. 刀一把。
2. 千分表、表架一套。
3. 齿轮毛坯三个，直径210毫米。 4. 径节检查仪一个，千分尺和卡尺各一把。 5. 挂轮一套。各种搬手。 6. 冷却液20号机油。 四、实验步骤
1. 将工件安装在工作台上，用千分表找正。 2. 将滚刀安装在滚刀架上，并调好角度。
3. 将机床的总液压系统打开，到一定压力后将机床开动起来，调整工件与滚刀的距离。
4. 开始加工到加工结束。 5. 用工具检查加工精度。
五、分析整理实验数据，写出实验报告
实 验 记 录 表
六、思考题
1. 试述YM3180H 型滚齿机的运动合成机构的传动原理，其传动比是何值？
2. 滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时，刀具倾斜角的误差对工件螺旋角有无影响？为什么？
3. 在YM3180H 型滚齿机上，若加工m=3，Z=107的直齿圆柱齿轮，应用什么方法？具体说明。
实验三 主轴回转精度测量 一、
实验目的
1． 初步掌握主轴回转精度的测量原理和方法。
2． 了解实验数据的处理方法和主轴回转误差的评定方法。 3． 作出车床主轴回转运动误差图象，评定主轴回转精度的高低。 二、实验原理及方法
本实验采用单向测量法，用时间记录（直角坐标系统）经人工采样，数据处理，用圆图象来表示回转运动误差。
单向测量法原理如图3—1所示。
在车床主轴锥孔中安装一个可调整球心位置的基准球，另在水平方向，通过主轴中心安装一只非接触的位移传感器。
当忽略基准球的形状误差时，由传感器所获得的信号为x=ECOS
图3—1 回转运动误差图
χ=δcos (ωt +φ)+e cos (ωt )
它由两个部分组成，即式中的
e cos wt —基准球安装偏心在水平方向的分量，是属于确定性信号。
e cos (ωt )—瞬时回转中心的径向漂移在水平方向的分量，是属于非确定信号。 当令 e cos (ωt )=0时，则 X=δcos (ωt +φ)
此时，传感器的信号反映了主轴的回转误差。
要使e cos wt =0，可采用电气滤波，反向测量方法，本实验采用摆动装置调整基准球的安装偏心，使偏心量e 尽可能趋近了零。 三、实验仪器及材料
1.DGC —6PG/A电感式传感器。 2.DGB —4电感测微仪。
3.DWY —Z 型电容式位移震动测量仪。 4.SC —16型光线示波器。
5. 摆动装置（由基准球和调整盘组成），基准球（直径，圆度，光洁度）。 调整盘：由两个圆盘组成，中间用八个螺钉连接，调整螺钉可以调整基准球的偏心量。
6.DGC —6PG/A及BGB —4电感测微仪，用以调整基准球的偏心量e ，使偏心量趋近于零。 四、验步骤
1. 将摆动装置的锥柄插入主轴锥孔内。
2. 按方框图联接各仪器，待检查无误后方可接通电源。
3. 调整摆动盘的螺钉，通过DGC —6PG/A和DGB —4的观察，使基准球的偏心量e 尽可能趋近于零。
图3—2 实验方框图
4. 安装传感器2，并调整传感器2与标准圆球之间的距离，达到仪器所要求的原始间隙。
5. 开动机床，转速n=10—1400转。 6. 用SC —16型光线示波器记录波形。
五、分析整理实验数据，写出实验报告如下
图3—3为光线示波器记录的误差曲线示例，取8—10圈误差信号进行人工采样，每圈取12等间距采样点，作零线0—0，测出各采样点的误差值Xi ，并计算出各采样点的8圈误差平均值，填入表1，图3—4为对误差曲线的采样示例。
图3—4 误差曲线的采样
图3-3
在极坐标纸上取30°为一间距，将一圈等分为12份，取基圆，以基圆为基准零线，将采样值 点在基圆上下标出，由于各圈的误差不重合，可得到总误差运动图象，如图3-5-a 所示，由各采样点的平均值作图，可得到平均误差运动图象，如图3-5-b 所示。
a
图3—5 误差运动图
b
Ⅰ. 径向误差运动值
首先在圆图象上找出最小间距中心MRS ，这是两个包含总误差运动圆图象的同心圆的半径差具有最小值时的共同圆心。采用试凑法找两个同心圆，每个圆都与圆图象有两个切点，且内外圆的切点交错排列。
以MRS 为圆心，这两个包容误差运动圆图象的同心圆的半径差为径向误差运动值。
Ⅱ．随机误差运动值
沿通过极坐标中心的半径方向测量的总误差运动圆图象的最大，宽度为随机误差运动值。
表3-1
该二误差运动值如图3—6所示。
图3—6 平均误差运动图象
实验结果分析：
（1）评定主轴回转精度的等级，（按下表进行评定）
（2）找出制造装配等因素和回转误差的关系。
（3）提出主轴部件设计制造改造的意见。
六、思考题
1． 回转精度的测试原理和方法是什么？
2． 实验中采用哪些主要仪器？