机械制造装备设计实验指导书

机械制造装备设计实验指导书杨信伟张珂编沈阳建筑大学交通与机械工程学院机械电子工程实验教学中心二00六年七月1目录实验一普通车床结构剖析…………………………………………………1实验二车床主传动系统空载功率的测定…………………………………5实验三数控内外圆复合磨床剖析实验……………………………………9实验四数控线切割加工实验………………………………………………16实验五Y3150E滚齿机调整………………………………………………19实验六CA6140型普车几何精度测定……………………………………282实验一普通车床结构剖析一、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。4．本实验项目为验证性实验,要求同学认真预习有关课程知识。二、实验内容1．指导教师结合C6140车床、介绍机床的用途、布局、各操纵手柄的作用及操作方法。然后开车、空载运转。以观察机床各部件运动。2．揭开主轴箱盖，根据机床传动系统图和主轴箱展开图、看清各档传动路线及传动件的构造。（1）看懂标牌的意义，明确主轴箱各操纵手柄的作用。（2）了解主传动的传动路线、主轴正转、反转、高速是如何调整实现的。（3）结合教图1－1了解摩擦离合器的结构原理及其调整操纵情况。（4）操纵Ⅱ－Ⅲ轴上两个滑移齿轮移动，操纵Ⅳ轴上的两个滑移齿轮及Ⅵ轴上的一个滑移齿轮（M2）注意他们的啮合位置。（5）观察主轴箱的润滑系统及各传动件的润滑油流经路径。3．挂轮架了解挂轮架的构造、用途和调整方法。4．进给箱结合进给箱展开图及传动系统图，观察基本组，增倍组操纵机构，螺纹种类转换机构，以及光杆、丝杠传动的操纵机构。5．溜板箱纵向、横向的机动进给及快速移动的操纵机构。丝杠、光杆进给的互锁机构，对开螺母机构，结合教图，了解超越离合器及过载保险装置。36．刀架刀架总体是由床鞍、横刀架、转盘、小刀架及方刀架五部分组成。结合这些部件的结构和装配图分析其工作原理。7．尾架观察尾架的构造、尾架套筒的夹紧方法。尾架套筒与机床主轴中心线同轴度的调整方法。8．床身了解床身的结构，床身等导轨分几组，各组的作用是什么？456实验二车床主传动系统空载功率的测定一、实验目的1.了解机床主传动系统空载功率损耗与主传动系统的结构设计的关系，学习如何合理地设计机床主传动系统。2.在设计机床确定主电机功率时，如何考虑空载功率损耗。3.掌握机床空载功率的测定方法和仪器的使用4,本实验项目为验证性实验,要求同学认真预习有关课程知识。二、实验原理机床在空载条件下，主传动系统功率损耗包括主传动系统全部传动件在无切削负荷条件下的机械摩擦功率损耗，搅油功率损耗及空气阻力功率损耗。机床主传动系统的机械摩擦损耗包括齿轮啮合面之间，皮带和皮带轮的接触面之间；滚动轴承内外环之间；滑动轴承支撑面与轴颈之间；离合器的摩擦面之间；以及拨叉与齿轮侧面之间的机械摩擦损耗。空载机械摩擦损耗的大小主要决定于摩擦面的种类和制造装配的质量摩擦面上空载时作用力（传动件的重量、偏心质量、轴承的预紧力、皮带拉力以及传递空载扭矩等）摩擦系数及相对运动速度对一台已定的机床，各传动件的尺寸已定，在润滑情况保持不变的条件下，则各传动件的空载机械摩擦损耗，随摩擦表面相对转速的提高而增加。可以认为各传动件的空载机械摩擦功率损耗与相对速度的一次方成正比例。各传动件的搅油功率损耗主要决定于传动件的种类、尺寸大小、浸油深度、油的粘度油温的变化和传动件的速度。对于一台结构已定的机床，在主轴箱内油面高度固定不变的条件下，则各传动件的搅油功率损耗随转速的提高而增加。一般可以认为各传动件的搅油功率损耗与转速的平方成正比例。正常情况下，对于采用飞溅润滑的主轴箱来说，如果轴位布局合理，浸油齿轮数目较少，油面高度适宜，则搅油损耗功率占全部空载功率损耗的比例很少，可以忽略。CA6140型普车是强制润滑，这一项功率损耗为零。空气阻力损耗功率就更小了，也可以忽略不计。这样机床空载功率损耗的总数，可以近似的认为机床主7传动系统空载功率与主轴箱全部轴的转速之和成正比例关系。机床主传动系统空载功率可按下列经验公式近似计算：N空=）（主平均∑+cnnKd510（KW）式中：K=3~5，与制造装配质量和润滑条件有关，情况较好时取小值。d平均—除主轴以外，其它各传动轴支撑轴颈的平均直径（mm）d平均=mdmii∑=1m—传动轴数目。∑n—除主轴以外，其它各传动轴当主轴速度为n主时的相应转速之和。（rpm）∑nm=n1+n2+…nma=K主平均主dd－系数其中：K主—主轴用滑动轴承取K主=2d主—主轴用滚动轴承取K主=1.5n主—主轴转数不同的主轴转速，各传动轴的转速和不同，因此其空载功率损耗不同。机床主传动系统空载功率损耗不仅与主轴的转速有关，而且与主传动系统结构设计有关（即传动路线长短及中间轴上传支元件的转速高低）。通过实验进一步了解到为降低空载功率损耗并设计合理的结构需使各传动轴的转速和最小。这对于高速机床的高速档来说尤为重要。其次进一步了解采用飞溅润滑的主轴箱、浸油齿轮数目、油面高度和主轴箱横截面轴位的布置对搅油功率损耗的影响，学习如何在设计合理的结构条件下，尽量降低搅油功率损耗。三、实验设备与仪器8三相功率表、CA6140型普车。四、实验步骤1.接功率表2.卸掉皮带，测电机在无负荷时功率损耗（未考虑电动机效率）3.装上皮带，开动机床使机床在n=450rpm时，空运转十分钟后作以下各项测量（1）脱开进给传动链，将主轴箱手柄放在适当位置，使主轴转速分别为10，12.5，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160，200，250，320，400，450，500，560，710，900，1120，1400转/分（见图1）时，从低速到高速测定电机的输入功率，每次进行测量时务必在每次变速开车后两分钟进行。要求每次读数误差尽可能小。然后把数据填入表1中。（2）在上述条件下，脱开主轴，重复进行上述测定一次。然后再把数据填入表中五、试验数据处理1.以主轴转速为横坐标，空载功率损耗为纵坐标，作各级转速与空载功率的关系曲线。共作二条曲线：①接通主轴②脱开主轴。画在同一张坐标纸上。（图2）2.以主轴转速为横坐标，主轴空载功率损耗为纵坐标，用1-2作主轴组件空载损耗功率曲线（图3）。3.根据转速图，传动系统图，对曲线和数据进行分析，得出空载功率损耗的结论。（按五思考题作出结论）六、分析思考题1、为什么变速箱总的传动功率损耗曲线分为四段？为什么每段中n主越高，则空载功率损耗增加越快？为什么n主=160转/分比n主=125转/分的空转功率损耗反而低？为什么第三段曲线上的n=400、500转/分，和第四段上的n主=450、560转/分相比，转速相差不多，但空载功率损耗相差较大？2、脱开主轴和接通主轴为什么功率损耗的差值这么大？占多大比例？910实验三数控内外圆复合磨床剖析实验一、注意事项1．操作者、调试维修人员在工作前必须仔细阅读本规程及前次的操作记录，在工作时，应时刻注意遵守。2．在机床周围应避免突然起动、打闹、大声喧哗，在工作时应注意安全标志，如：“有电”、“危险”等。3．在工作时请穿工作服，不要带领带、围巾、穿连衣裙、佩戴项链之类的首饰，禁止留长发且无劳动保护的操作者上岗，除搬运粗糙、多毛刺和热的工件外，一般情况下请别带手套。4．注意机床周围的妨碍物和机床的突出部位以防摔倒和撞伤。注意异常的振动和噪声，以便及时发现机床的问题。5．机床无人看管时，必须将机床的电源关掉；当下班或保养机床时，必须将机床的主电源置于“关”的位置上。6．在打开电气开关的盖、板或电气柜的门等电气保护装置时，必须将机床的主电源开关置于“关”的位置。7．所有的防护罩未关好之前，不许开启机床。8．砂轮旋转，不要用手指试摸砂轮表面。当需要在砂轮周围操作时，应将砂轮轴关掉。9．不要使用有缺陷的砂轮，以及已经落过地的砂轮，砂轮线速度不允许超过生产厂的规定最大值，砂轮轴转速不允许超过设计额定值。10．任何情况下都不要拆开伺服电机、编码器、丝杠和Z轴导轨。不得敲击以上部件。二、主要用途及适用范围本机床为半自动四轴数控内外圆复合磨床，在工件一次装夹中，可以同时磨削内孔、外锥或同时磨削内孔、端面。极大地提高磨削加工效率。各加工表面之间的位置精度也有显著提高。另外，该机床也可加工一些内孔、端面类零件，如压缩机法兰盖、注塑机导套等，利用数控轴的联动插补技术还可磨削锥孔、非圆特殊内表面等零件。11本机床内孔磨削进给运动由X轴完成，往复运动由Z轴完成，外锥或端面磨削进给运动及往复振荡由W、U轴完成，X、Z、W、U轴均由伺服电机通过挠性联轴节加滚珠丝杠构成，可实现无间隙、高灵敏度运动。Z轴模块由于行程较长，选用日本THK公司直线滚动导轨，随动性能好，定位精度高，X、W、U轴均采用十字交叉滚柱导轨，刚性高。电气控制系统为西门子810D，是德国西门子公司最新推出的全功能、全数字化系统，性能价格比高，可人机对话，并可根据拥护需要自行定义加工菜单，编程功能较强。三、技术参数磨削孔径最大磨削深度磨削外锥最大直径磨削锥角范围30～100㎜80㎜150㎜0～7°30′工件旋径机床中心高工作台最高速度磨削端面直径Ф400㎜1135㎜10m/min30～150㎜工作台行程砂轮架行程Z轴U轴X轴W轴350㎜220㎜40㎜220㎜砂轮架最高速度轴分辨率磨削速度工件主轴转速6m/min1μm0.1～5m/min100～800r/min外圆砂轮轴转速内圆砂轮轴转速外圆砂轮直径工件电机1700r/min36000r/min340～400㎜Y100L2—4.3KW各轴伺服电机外圆砂轮电机冷却泵流量机床重量1FT6062，6N．mY112M2,4KW100L/min约5000㎏使用电源机床外形尺寸（长×宽×高）3～50Hz,380V2450×2000×1800㎜四、传动系统1．工件传动工件电机安装在床头箱顶部，由交流变频器提供电源，电动机经过Φ76/Φ170的多楔带降速后，驱动工件主轴旋转，工件主轴转速可在100～800r/min范围内无级调整。工件的夹持，是通过床头箱尾部的液压缸，将动力源传递给专用的夹具的。2．内圆砂轮传动12内圆砂轮旋转是通过电主轴来旋转的，而电主轴是由变频器控制其转速，本机床电主轴最高转速为36000r/min。3．外圆砂轮传动外圆砂轮由电动机经过Φ60/Φ100的多楔带降速后驱动，电机安装在W轴滑板磨头座后侧，外圆砂轮轴转速为1700r/min。4．X、Z、U、W轴传动X、Z、U、W轴都采用伺服电机经挠性联轴节直接驱动滚珠死杠的形式，滚珠丝杠的螺距t=5㎜。图１．传动系统图五、主要结构及性能1．床身本机床的床身是一个整体铸件,用于支撑机床其他部件,床身上的上部为一整体大平面,13要放Z、W轴进给滑板和床头箱过渡板，并有回流通道使冷却水及磨屑排放至冷却箱，床身上备有冲洗垃圾的水枪，床身的下部有均匀布置的箱板支撑，确保床身的整体刚度。为减小床身的热变形，液压油箱、润滑油箱及冷却箱都是独立安放的。床身内部具有通伺服电机的电线及润滑油回油管道。床身的后侧面搭子用于固定电箱。2．床头箱床头箱由箱体、套筒式主轴，夹具油缸及其配油装置和床头电机组成，床头箱安装在一过渡板上与床身相连，松开紧固螺钉可微量调整零件的磨削锥度。套筒式主轴由前端凸缘台阶轴向定位，利用箱体中部的弹性结构将套筒式主轴夹持在箱体内，当床头套筒式主轴装入箱体后，当床头套筒式主轴装入箱体后，拧紧床头箱上边的紧固螺钉便可夹紧套筒主轴。套筒式主轴采用高精度成对角接触球轴承作前后支撑，有利于提高主轴的回转精度和轴向刚度。夹具油缸安放在主轴尾部，通过配油装置向夹紧油缸供油，使拉杆前后移动，达到夹紧或松开工件的目的。配油套放在主轴部件的尾部，远离主轴轴承，减少热变形。3．仪表装置仪表装置是由量仪、电子仪表、仪表座组成。量仪安装在连接板上，通过仪表座紧固在Z轴工作台上，磨削时随工作台一同作Z向运动，还可作X向调整。电子仪表安装在