机械制造装备实验指导书
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、CA6140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、模数﹑英制和节径螺蚊。CA6140车床的总体布局如图1—1所示。
图1—1 CA6140型普通车床外行图
1.主轴箱 2.横溜板 3. 尾座 4. 床身 5. 右床座 6. 溜板箱 7左床座. 8进给箱.
2.CA6140型普通车床的主要技术性能
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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。
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4.尾座用钻卡子一个。
图1—2 CA6140型普通车床传动系统
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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？
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实验二 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
φ δ O1 е o ωt ecostcost costecost cost costecost
它由两个部分组成，即式中的
ecoswt—基准球安装偏心在水平方向的分量，是属于确定性信号。
ecost—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 ecost=0时，则 X=cost
此时，传感器的信号反映了主轴的回转误差。
要使ecoswt=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
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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、实验步骤
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。
调整盘 基准球 DGB--4 2 1 DWY--2 SC--16 DGB--4
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
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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
第一圈 第二圈 第三圈 第四圈 图3-3
xi 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
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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
转序 数 采样点 值 X1 X2 X3 ┆ ┆ Xi Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 平均值
该二误差运动值如图3—6所示。
径向误差运动
MRS PC 随机误差运动值 图3—6 平均误差运动图象
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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）
等级 0 2 3 4 5 6 7 7 0．5 1 2 5 10 15 20 （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？
8 40 14
实验三 机床几何精度检验
一．实验目的
1． 通过对车床几何精度的检验，熟悉机床几何精度检验的内容、原理、方法、步骤和仪器的使用，以及实验数据处理方法。 2．了解机床几何精度与加工精度和机床设计的关系。 二．实验原理及方法
机床几何精度检验是机床精度检验的内容之一。它包括检查机床上安装工件或刀具的主要基面的几何精度；机床上主要部件运动轨迹的精度；各基面间以及各基面与主要部件运动方向间的相互位置精度等。具体的包括机床导轨不直度，不平行度，不垂直度，工作台面不平度机床各部件之间的不垂直度、不平行度、不同轴度和机床部件的运动精度。
以上各项都是检验实际形状（或位置）对理想形状（或位置）的变动量，而且在确定理想形状的位置时，应该使理想形状与实际形状相接触并使二者之间的最大距离为最小。
工件加工后的几何形状和尺寸能否达到一定的精度要求，最基本的决定条件之一是机床的几何精度必须符合要求，所以机床在制造、装配完成后和每次大修后都需经过几何精度的检验。
检验方法采用光学仪器（自准直仪、框式水平仪）测量法和打表法。 1． 框式水平仪的工作原理：
框式水平仪主要部分是一个弧形玻璃管，它的内壁磨成100米左右的曲率半径。刻有刻度的玻璃管内充以少量乙醚液体，中间留一个气泡。如图1所示。不论水平仪放在什么位置，玻璃管中的液面总是处于水平，气泡总是向高处移动，读出气泡两端边缘，移动的格数，即可求出相应的高
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度差。水平仪的刻度值为0。02/1000，它表示将该水平仪放在1米长的平尺表面上，在平尺右端垫起0。02mm的高度，平尺便倾斜一个a角，此时，水平仪正好移动一个刻度值。
如果我们在实验中，框式水平仪不是放在1米的平尺上，而是放在200mm的平板上，那么△H为多少呢？
Tga=△H/200 △H=200Xtga=0.004mm
水平仪读数的符号，习惯上规定：气泡移动方向和水平移动方向相同时读数固为正值，相反时为负值。
2． 自准直仪的结构及工作原理
自准直仪简称平行光管，是一种高精度的测量管。它受外界气温及振动影响较小，测量精度比水平仪高，它能检验导轨在水平面内和垂直面内的不直度。
结构如图2所示，它是由物镜、自准测微目镜及照明器三部分组成，反射镜自准直仪的一个必备附件。 a
14 △ H
△HL 1 L 图1 水平以仪测量升落差的原理图
2a
1— 反光镜 2—物镜 3—直角棱镜组 4—十字分划板 5—
光源 6—角度分划板
7— 读数鼓轮 8—目镜
读数时，转动读数鼓论，使角度分划板水平线对准十字线，从固定套管上读出分值，从刻度管上读出秒值，记为a。继续转动读数鼓路轮，角度分划板的水平线对准反射十字线的水平线，读数角度，记为a1，以后移动过桥，每次只对准反射十字线，读出相应的角度a1。
当检验导轨在水平面内的不直度时，将目镜旋转90°即可。 三．实验仪器及材料
1． 2． 3． 4． 5． 1． 2． 3． 4． 5． 度。
6．
CA6140普通车床一台。 框式水平仪。
自准直仪（平行光管）。 圆拄检棒、圆锥检棒各一只。 千分表及表架。
检验溜板移动在垂直平面内的不直度 检验溜板移动在水平面内的不直度。 主轴锥孔中心线的径向跳动。
检验溜板移动对主轴中心线的不平行度。
主轴锥孔中心线和尾架套筒锥孔中心线对溜板移动的不等高主轴轴肩支承面的跳动。
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四．实验步骤
7． 主轴空心轴颈的径向跳动。
五．实验数据整理，实验报告：
___________班 姓名__________ __________年______月______日
实验名称_______________
指导教师 （签字）
1． 溜板移动在垂直平面内的不直度：（用框式水平仪检验）填如表1
测量位置 垂直平面内水平仪读数 水平平面内水平仪读数 0-200 200-400 400-600 600-800 800-1000
2． 溜板移动在水平面内的不直度：填入表2中：
测量位置 垂直平面内平行光管读数 水平平面内平行光管读数 0-200 200-400 400-600 600-800 800-1000
3． 主轴锥孔中心线的径向跳动。检验数值填入表3中：
位置误差
113 124 允差 22是否合14
格 a b 0.01 0.02
4． 溜板移动对主轴中心线的不平行度，检验数据填入表4中：
00位置 1800位置 误差计算 允差 a0= a180= aa0a1802 b0= b180= bb0b1802 0.03 是否合格 是否合格 5． 主轴锥孔中心线和尾架套筒锥孔中心线对溜板移动的不等高度。实验数据填入表5：
项目 位置 主轴中心高 尾座中心高
6． 主轴轴肩支承面的跳动。所得数值填入表6中：
最大跳动值
7． 主轴空心颈的径向跳动。实验数据填入表7中：
最大跳动
00 900 1800 2700 平均高 高度差 是否合格 允差 0.02 是否合格 允差 0.01 是否合格 14
值
六． 思考题
1． 所得导轨的实际形状是什么样？它对加工精度有何影响？ 2． 检验主轴锥孔中心线的径向跳动时，为什么将检验棒转180°即可消除检验棒的误差？
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