金屬切削機床實驗指導書---定精編版

1、金屬切削機床實驗指導書中北大學機械工程與自動化學院1實驗一普通車床各部件的結構和功用一、實驗目的普通車床具有較典型的機械傳動系統(tǒng)及操縱機構， 應用了較多的機械傳動機構如帶傳動、 齒輪傳動、鏈傳動、摩擦傳動、螺旋機構、凸輪機構、曲柄機構、杠桿機構等等和較多的機械零件如軸承、齒輪、鏈輪、帶輪、鍵、花鍵、聯(lián)軸器、離合器等零件。本實驗的目的一是了解這些機構和零件是怎樣組合完成一定的功用的； 二是掌握以普通車床為代表的機床各部件的傳動系統(tǒng)的傳動原理及路線、結構特點和功用。二、實驗內(nèi)容1了解車床的用途、布局、各操縱手柄的作用和操作方法；2了解主運動、進給運動的傳動路線；2了解主運動、進給運動的調(diào)整方法；3

2、了解和分析機床主要機構的構造及工作原理。三、實驗步驟學生在實驗指導人員帶領下，到 CA6140型普通車床現(xiàn)場教學。1觀察 CA6140型普通車床的主軸箱結構，注意調(diào)整方法；2觀察、了解進給互鎖機構及絲杠螺母機構的工作原理；3根據(jù)實物了解車床主要附件的使用。四： CA6140型車床的傳動系統(tǒng)（一）、機床的功用及主要技術性能CA6140型普通車床是一種通用性能好的典型機床，它除用作車內(nèi)外圓柱及圓錐表面、車端面、切槽、切斷外，還可車削公制、 英制、模數(shù)制、徑節(jié)等四種螺紋。 如在尾架錐孔內(nèi)安裝鉆頭或鉸刀、則可以進行鉆孔及鉸孔。CA6140 型普通車床主要技術性能；床身上最大工件回轉直徑400mm最大工

3、件長度（四種規(guī)格）750 、1000、1500、2000 mm最大車削長度（四種規(guī)格）650 、900、1400、1900 mm刀架上最大工件回轉直徑210 mm主軸中心高 205 mm ， 主軸內(nèi)孔直徑48 mm，主軸內(nèi)孔前端錐度莫氏 6號主軸轉速范圍：正轉（ 24 級） 10 1400r/min ，反轉（ 12 級） 141500 r/min進給量范圍：縱向（ 64 種） 0.028 6.33mm/r ，橫向（ 64 種） 0.014 3.16 mm/r刀架快速移動速度：縱向4.9m/min，橫向 2.45 m/min加工螺紋范圍：公制螺紋（44種）1 192mm英制螺紋（ 20種）2 2

4、4 牙/in模數(shù)螺紋（ 39種）0.2548mm徑節(jié)螺紋（ 37 種） 1 96 牙/in主電機 7.5KW ，1450 r/min ，溜板快速移動電機370，2600 r/min（二）、機床的主運動傳動鏈1傳動系統(tǒng)圖概述1）傳動原理圖和傳動框圖表示的傳動關系通過傳動系統(tǒng)圖體現(xiàn)；2）傳動系統(tǒng)圖畫在一個能反映機床基本外形和主要部件相互位置的平面上，并盡可能繪制在機床外形的輪廓線內(nèi)；23）各種傳動元件用簡單的規(guī)定符號代表，各齒輪所標注的數(shù)字代表齒數(shù)；4）各傳動元件應盡可能按運動的傳遞順序安排；5）該圖只表示傳動關系，不代表傳動元件的實際尺寸和空間位置。3五、 CA6140型車床的主要構造（一）、主

5、軸變速箱1. 主軸正、反轉及制動裝置軸上的雙向磨擦離合器是控制主軸正、反轉的；內(nèi)磨擦片 3 與軸靠花鍵聯(lián)接，外磨擦片2 空套在軸上，直徑略大于花鍵，外圓上有4 個凸起，嵌在空套齒輪 1 的缺口中。內(nèi)外摩擦片相間安裝，桿 7 的左、右移動使銷 5 推動壓塊 8 將內(nèi)、外磨擦片壓緊， 則內(nèi)磨擦片通過磨擦力帶動外磨擦片轉動，再利用外磨擦片外圓上的四個凸起帶動齒輪轉動。壓塊 8 處于中間位置時， 左右離合器都脫開，軸以后的各軸停轉。摩擦離合器的位置，由手柄18 操縱，向上扳，桿 20 向外，使曲柄 21 和齒扇 17 作順時針轉動，齒條 22 向右移動。驅(qū)動齒條上的撥叉23 帶動滑套 12也向右移動。

6、滑套12 內(nèi)孔的兩端為錐孔，中間為圓柱孔，當滑套12 向右移動時，就將元寶銷（杠桿）6 的右端向下壓。杠桿 6 的支點固定在軸上， 當滑套 12 移動時壓下它的右端時，元寶銷 6 作順時針方向轉動， 其尾部推動桿7，使它產(chǎn)生向左移動，并通過銷5 帶動壓塊 8 向右壓緊，主軸正轉。離合器環(huán)能起過載保護作用， 當機床過載時，摩擦片打滑， 就可避免損壞機床。摩擦片間的壓緊力是根據(jù)離合器應傳遞的額定轉矩確定的。制動器裝在軸上， 在離合器脫開時制動主軸，以縮短輔助時間。制動盤與軸花鍵聯(lián)接， 周邊圍著制動帶15。制動帶的一端與杠桿制動器 14 聯(lián)接，另一端通過調(diào)節(jié)螺釘13 等與箱體相連，為了操縱方便并避免

7、出錯，制動器和摩擦離合器共用一套操縱機構，也由手柄 18 操縱。當離合器脫開時，齒條 22 處于中間位置。這時齒條軸 22 上的凸起正處于與杠桿 14 下端相接觸的位置， 使杠桿 14 作逆時針方向擺動，將制動帶 15 壓緊在制動盤 16 上，使軸和主軸迅速停止轉動。 齒條軸 22 凸起的左右邊都是凹槽，左右離合器中任一個結合時，杠桿14 端順時針方向擺動，使制動帶放松。2主軸變速操縱機構4軸和軸上滑動齒輪的操縱機構：軸上的雙聯(lián)滑移齒輪和軸上的三聯(lián)滑移齒輪是由一個手柄操縱的，變速手柄每轉一轉，變換全部6 種轉速，故手柄共有均布的6 個位置，它每轉 60度就可變換一種主軸轉速。手柄通過傳動比為1

8、:1 的鏈輪傳動，驅(qū)動固定在軸4 上的盤形凸輪3和曲柄 2 轉動。盤形凸輪3 上有一條封閉曲線槽，有兩段不同半徑的圓弧和直線組成。當軸4 轉動時，盤形凸輪3 可推動杠桿 5 擺動，從而帶動杠桿5 另一端從動軸上的雙聯(lián)滑動齒輪換位，由于盤形凸輪 3 有兩段不同直徑的曲線，所以齒輪有兩種不同的位置，與此同時，軸4 左端的曲柄 2 通過撥叉 1 使從動軸上的三聯(lián)滑動齒輪B 換位，可依次和軸上的三個固定齒輪嚙合。A、B 兩齒輪塊六種位置的組合，使手柄每轉60 度得到一種不同的傳動比，即改變了一次主軸轉速。（二）、進給系統(tǒng)的典型機構1縱、橫向機動進給及快速移動機構此機構由一個手柄操縱，當需縱向移動刀架時

9、，向左或右方向扳動手柄1，軸 14 在臺階 b 及卡環(huán) c 的作用下，只能轉動而不能移動，使手柄只能繞銷a 擺動，從而使軸 3 作軸向移動，通過杠桿 7及推桿 8 使鼓形凸輪 9 轉動，凸輪 9 的曲線槽使撥叉 10 作縱向移動。推動軸上的雙向牙嵌離合器M 6 向相應的方向嚙合。進給運動從光杠傳給軸，使刀架作縱向機動進給。如按下手柄 1 上的快速移動按紐， 啟動快速電機，刀架就可快速移動。如向前或向后扳動手柄1，可可使軸14 和凸輪 13 轉動，凸輪 13 上的曲線槽使杠桿 12 擺動，通過撥叉11 撥動軸上的雙向牙嵌離合器M 7 向相應方向嚙合?？墒沟都軐崿F(xiàn)向前或向后的機動進給或快速移動。手

10、柄 1 在中間位置時，離合器M 6 、 M 7 均脫開，機動和快速移動均被斷開。蓋 2 上開有十字形槽，使操縱手柄不能同時接合縱向和橫向運動。2開合螺母機構5開合螺母的作用是接通或斷開絲杠傳動刀架的運動。車螺紋時，開合螺母合上，絲杠轉動帶動溜板箱及刀架運動。其結構見圖中的 B-B 剖視，它由上、下兩個半螺母 19、 18 組成。半螺母 18、19 可沿溜板箱中垂直的導軌上下移動。 半螺母上的圓住銷 20，分別插入固定在手柄軸上的槽盤 21 的兩條曲線槽 d 中。轉動手柄 15 時就可使開合螺母張開或閉合，槽盤 21 上的偏心圓弧槽接近盤心部分的傾角較小，使開合螺母閉合后能自鎖。限位螺釘 17

11、用以調(diào)節(jié)螺母與絲杠的間隙。3互鎖機構為了避免絲杠和光杠同時傳動刀架而損壞機床，開合螺母操縱手柄和刀架機動進給及快速移動手柄應是互鎖的，接通機動進給時，開合螺母不能閉合，合上開合螺母時，就不允許接通機動進給。如圖為互鎖機構的工作原理圖。圖（ a）為中間位置的情況；這時機動進給未接通，開合螺母也處于脫開狀態(tài)，這時可任意的扳動開合螺母操縱手柄 15 或機動進給操縱手柄。圖（ b）是開合螺母合上時的情況，這時由于手柄15 帶動軸 4 轉了一個角度，它的凸肩轉入軸 14 的槽中，使其不能轉動，同時，凸肩又將銷子5 的一半壓入到軸3 的孔中，而銷子的另一半尚在固定套 16 中，使軸 3 不能軸向移動， 機

12、動進給及快速操縱手柄 1 被鎖住，光杠的運動不能傳動刀架。圖（c）是向左扳動手柄 1 接通縱向進給時的情況，這時軸 3 向右移動，其上的圓孔及安裝在圓孔內(nèi)的彈簧銷 6 亦隨之移開，銷子 5 被軸 3 的外圓表面頂住而不能再往下移動，它的上端則卡在軸 4 的 V 形槽內(nèi)，將手柄軸 4 鎖住，使開合螺母操縱手柄 15 不能轉動，開合螺母不能合上。圖（ d）是向前扳動操縱手柄 1 接通橫向進給時的情況，這時由于軸 14 轉動，手柄軸 4 上的凸肩被軸 14 頂住，使軸 4 不能轉動，開合螺母也不能閉合。6實驗二數(shù)控機床結構了解一、實驗目的本實驗使學生了解 FA-40M 立式加工中心和數(shù)控車床布局、傳

13、動系統(tǒng)、進給機構、掌握立式加工中心刀庫、換刀機械手、換刀方法，使學生進一步明確數(shù)控機床的特點和用途，二實驗內(nèi)容進行 FA-40M立式數(shù)控加工中心、 數(shù)控車床的現(xiàn)場教學。 使學生了解和掌握 FA-40M 立式數(shù)控加工中心的組成、主運動、進給運動傳動關系、換刀機構，分析數(shù)控車床的組成、加工過程、進給運動、主運動傳動關系、刀架結構、主軸編碼器的作用。三實驗步驟1. 了解 FA-40M立式加工中心的布局，掌握主軸系統(tǒng)的工作原理和結構特點及各部分主要零件的作用；（ 1）打開創(chuàng)壹軟件菜單中的“教學”點擊“ FA-40M 立式加工中心”標出各主要部分名稱掌握加工中心的工作原理與功能（ 2）菜單中“機械原理”

14、主軸系統(tǒng)結構展示播放獲得主軸結構圖標注各部分名稱（ 3）點擊“ FA-40M 立式加工中心”刀庫裝置原理演示播放標注各部分名稱，敘述換刀過程2. 了解 CJK6163數(shù)控車床的布局，掌握主軸系統(tǒng)的工作原理和結構特點及各部分主要零件的作用；（ 1）打開創(chuàng)壹軟件菜單中的“教學”點擊“ CJK6163 數(shù)控車床”標出各主要部分名稱掌握數(shù)控車床的工作原理與功能（ 2）菜單中“機械原理”主軸系統(tǒng)結構展示播放獲得主軸結構圖標注各部分名稱3. 點擊“ CK7136數(shù)控車床”機械原理刀塔原理演示播放敘述換刀過程四立式數(shù)控加工中心（一）數(shù)控加工中心的特點加工中心與普通數(shù)控機床的區(qū)別主要在于它能在一臺機床上完成由

15、多臺機床才能完成的工作。加工中心包括以下內(nèi)容：1. 加工中心是在數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床或數(shù)控車床的基礎上增加自動換刀裝置，使工件在機床工作臺上裝夾后，可以連續(xù)完成對工件表面自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工步的加工，工序高度集中。2. 加工中心一般可完成多個平面或多個角度位置的多工序加工。3. 加工中心能自動改變機床主軸轉速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助機能。4. 加工中心工作效率高。（二）加工中心的工作原理加工中心的工作原理是根據(jù)零件圖紙，制定工藝方案， 采用手工或計算機自動編制零件加工程序，把零件所需的機床各種動作及全部工藝參數(shù)變成機床的數(shù)控裝置能接受的信息代碼，并

16、把這些代碼存儲在信息載體上，將信息載體送到輸入裝置， 讀出信息并送入數(shù)控裝置。 以上是最常用的程序輸入方法。 另一種方法是利用計算機和加工中心直接進行通信，實現(xiàn)零件程序的輸入和輸出。進入數(shù)控裝置的信息，經(jīng)過一系列處理和運算轉變?yōu)槊}沖信號。有的信號送到機床的伺服系統(tǒng)，通過伺服機構進行轉換和放大，再經(jīng)過傳動機構， 驅(qū)動機床有關零部件，使刀具和工件嚴格執(zhí)行零件程序所規(guī)定的相應運動。還有的信號送到可編程序控制器中用以順序控制機床的其他輔助動作，實現(xiàn)刀具自動更換。（三）加工中心的組成71. 基礎部件由床身、立柱和工作臺等大件組成，是加工中心的基礎構件，它們可以是鑄鐵件，也可以是焊接鋼結構件， 均要承受加

17、工中心的靜載荷以及在加工時的切削載荷。故必須是剛度很高的部件，亦是加工中心質(zhì)量和體積最大的部件。2. 主軸組件它由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零件組成。其啟動、停止和轉動等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運動，是切削加工的功率輸出部件。主軸是加工中心的關鍵部件，其結構優(yōu)劣對加工中心的性能有很大的影響。3. 控制系統(tǒng)單臺加工中心的數(shù)控部分是由CNC裝置、可編程序控制器、 伺服驅(qū)動裝置以及電機等部分組成。它們是加工中心執(zhí)行順序控制動作和完成加工過程中的控制中心。CNC系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲器和輸入、輸出接口組成。中央處理器又由存儲器、運算器、 控制器和總線組成。CNC

18、系統(tǒng)主要特點是輸入存儲、數(shù)據(jù)處理、插補運算以及機床各種控制功能都通過計算機軟件來完成，能增加很多邏輯電路中難以實現(xiàn)的功能。計算機與其他裝置之間可通過接口設備聯(lián)接。當控制對象改變時，只需改變軟件與接口。4. 伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)的作用是把來自數(shù)控裝置的信號轉換為機床移動部件的運動，其性能是決定機床的加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素之一。加工中心普遍采用半閉環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種控制方式。5. 自動換刀裝置它由刀庫、機械手和驅(qū)動機構等部件組成。 刀庫是存放加工過程所使用的全部刀具的裝置。刀庫有盤式、鼓式和鏈式等多種形式，容量從幾把到幾百把，當需換刀時，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)指令，由機械手( 或通過別的方式

19、) 將刀具從刀庫取出裝入主軸中，機械手的結構根據(jù)刀庫與主軸的相對位置及結構的不同也有多種形式，如單臂式、 雙臂式、回轉式和軌道式等等。有的加工中心不用機械手而利用主軸箱或刀庫的移動來實現(xiàn)換刀。盡管換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，由電機和液壓或氣動機構驅(qū)動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的選擇與交換。當機構中裝入接觸式傳感器，還可實現(xiàn)對刀具和工件誤差的測量。6. 輔助系統(tǒng)包括潤滑、 冷卻、 排屑、防護、液壓和隨機檢測系統(tǒng)等部分。輔助系統(tǒng)雖不直接參加切削運動，但對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因此，也是加工中心不可缺少的部分。五

20、數(shù)控車床（一）工藝范圍與分類數(shù)控車床與普通車床一樣，主要用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉表面，例如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成型回轉表面及螺紋面等。（二）數(shù)控車床的特點1. 高精度 2. 高效率 3. 高柔性 4. 高可靠性 5. 工藝能力強 6. 模塊化設計（三）數(shù)控車床的組成數(shù)控臥式車床由以下幾部分組成：1. 主機 主機是數(shù)控車床的機械部件，包括床身、主軸箱、刀架、尾座、進給機構等。2. 數(shù)控裝置 作為控制部分是數(shù)控車床的控制核心，其主體是一臺計算機。3. 伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控車床切削工作的動力部分，主要實現(xiàn)主運動和進給運動。它由伺服驅(qū)動電路和驅(qū)動裝置組成，驅(qū)動裝置主要有主軸

21、電動機、進給系統(tǒng)的步進電動機或交、直流伺服電動機等。4. 輔助裝置輔助裝置是指數(shù)控車床的一些配套部件，包括液壓、 氣動裝置及冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和排屑裝置等。與普通車床相比，數(shù)控車床還有數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等幾大部分；而且數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床的進給系統(tǒng)在結構上存在著本質(zhì)上的差別。普通車床的進給傳動鏈為：主軸掛輪架進給箱溜板箱刀架。而數(shù)控車床采用伺服電動機( 步進電動機 ) 經(jīng)滾珠絲杠傳到滑板和刀架，以連續(xù)控制刀具實現(xiàn)縱向(Z向 ) 和橫向 (X 向 ) 進給運動。其結構大為簡化，精度和自動化程度大大提高。數(shù)控車床主軸安裝有脈沖編碼器，主軸的運動通過同步齒形帶1:1 的傳到脈沖

22、編碼器。 當主軸旋轉時， 脈沖編碼器便發(fā)出檢測脈沖信號給數(shù)控系統(tǒng)，使主軸電動機的旋轉與刀架的切削進給保持同步關系，就可以實現(xiàn)螺紋加工時主軸旋轉1 周，刀架 Z 向移動一個導程的運動關系8實驗三數(shù)控機床典型部件解析一、實驗目的掌握數(shù)控機床典型部件的機械結構與基本工作原理二、實驗內(nèi)容內(nèi)容：軸承、滾珠絲杠副、伺服電機等數(shù)控機床典型部件結構的理解。三、實驗步驟1. FA-40M 立式加工中心（ 1）打開創(chuàng)壹軟件菜單中的“教學”點擊“FA-40M 立式加工中心”機械原理工作臺進給裝置結構展示按住鼠標左鍵拖動圖形直到合適位置獲得X,Y 軸伺服電機圖形；（ 2）打開創(chuàng)壹軟件菜單中的“教學”點擊“FA-40M

23、 立式加工中心”機械原理工作臺進給裝置結構展示按住鼠標左鍵拖動圖形直到合適位置獲得直線運動滾動支承（滾動導軌） 的圖形補全截面圖形并標注（ 3）點擊“ FA-40M 立式加工中心”機械原理工作臺進給原理演示按住鼠標左鍵拖動圖形直到合適位置獲得滾珠絲桿的圖形2. CK7136數(shù)控車床（ 1）打開創(chuàng)壹軟件菜單中的“教學”點擊“ CK7136 數(shù)控車床”機械原理主軸箱結構展示播放獲得主軸軸承及其安裝位置標注軸承類型及分析軸承受力情況三、數(shù)控機床主軸部件軸承機床的主軸部件是機床重要部件之一，它帶動工件或刀具執(zhí)行機床的切削運動。因此數(shù)控機床主軸部件的精度，抗振性和熱變形對加工質(zhì)量有直接的影響，由于數(shù)控機

24、床在加工過程中不進行人工調(diào)整，這些影響就更為嚴重。1. 對主軸組件的性能要求(1) 旋轉精度； (2) 剛度； (3) 溫升； (4) 可靠性； (5) 精度保持性。2. 主軸軸承選型下面簡述幾種常用的數(shù)控機床主軸軸承的結構特點及適用范圍。(1) 雙列圓柱滾子軸承(Double row cylindrical roller bearing)，圖 1 為雙列圓柱滾子軸承。它的特點是內(nèi)孔為 1:12 的錐孔，與主軸的錐形軸頸相配合。軸向移動內(nèi)圈，可把內(nèi)圈脹大，以消除間隙或預緊，這種軸承只能承受徑向載荷。圖 1(b) 為另一種雙列圓柱滾子軸承。與圖1 (a) 的差別是： (1) 圖 1(a) 的滾道

25、擋邊開在內(nèi)圈上，滾動體，保持架與內(nèi)圈成為一體，外圈可分離，而圖1(b) 則相反；滾道擋邊開在外圍上，滾動體，保持架與外圈成為一體，內(nèi)圈可分離，可將內(nèi)圈裝上主軸后再精磨滾道，以便進一步提高精度。(2) 圖 1(a) 為特輕型，圖1(b) 為超輕型。同樣孔徑，圖1(b) 的外徑比圖1(a) 小些。前者編號為NN3000k(舊編號為3182100) 系列，后者為NNU4900K(舊編號 4482900) 系列。后者只有大型， 最小內(nèi)徑l00mm。這種軸承多用于載荷較大，剛度要求較高， 中等轉速的地方。9圖 1 雙列圓柱滾子軸承(2) 雙向推力角接觸球軸承(Double direction angul

26、ar contact thrust ball bearing)這種軸承與雙列圓柱滾子軸承相配套，用于承受軸向載荷，如圖2 所示。軸承由左右內(nèi)圈1 和 5，外圈 3，左右兩列滾珠及保持架2 和 4，隔套 6 組成。修磨隔套6 的厚度就能消除間隙和預緊。：它的公稱外徑與同孔徑的雙列圓柱滾子軸承相同，但外徑公差帶在零線的下方，與殼體之間有間隙，故不承受徑向載荷，專作推力軸承使用。接觸角有60 的，編號為 234400。圖 2 雙向推力角接觸球軸承1左內(nèi)圈； 2、4滾珠； 3外圈； 5右內(nèi)圈； 6隔套(3) 角接觸球軸承這種軸承既可以承受徑向載荷，又可承受軸向載荷。常用的接觸角有兩種：a25 和a15 。其中 a25 的編號為 7000AC型 ( 舊代號為 46100 型 ) ，屬特輕型； 或編號為 7190AC型 ( 舊代號為 46900型 ) ，屬超輕型。 a15 的編號為7000C 型 ( 舊代號為3610 型 ) ，屬特輕型；或編號為7190C 型(113 代號為 1036900型 ) ，屬超輕型。如圖3 所示。圖 3 角接觸球軸承角接觸球軸承多用于高速主軸。隨接觸角的不同有所區(qū)別，25 °的軸向剛度較高，但徑向剛度和允許的轉速略低，多用于車、鏜、銑加工中心等主軸；15 °的轉