金属切削机床
实 验 报 告
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中北大学机械与动力工程学院实验中心
实验一 普通车床各部件的结构和功用
一、实验目的
普通车床具有较典型的机械传动系统及操纵机构，应用了较多的机械传动机构如带传动、齿轮传动、链传动、摩擦传动、螺旋机构、凸轮机构、曲柄机构、杠杆机构等等和较多的机械零件如轴承、齿轮、链轮、带轮、键、花键、联轴器、离合器等零件。本实验的目的一是了解这些机构和零件是怎样组合完成一定的功用的；二是掌握以普通车床为代表的机床各部件的传动系统的传动原理及路线、结构特点和功用。
二、实验内容
1．了解车床的用途、布局、各操纵手柄的作用和操作方法；
2．了解主运动、进给运动的传动路线；
2．了解主运动、进给运动的调整方法；
3．了解和分析机床主要机构的构造及工作原理。
三、实验步骤
学生在实验指导人员带领下，到CA6140型普通车床现场教学。
1．观察CA6140型普通车床的主轴箱结构，注意调整方法；
2．观察、了解进给互锁机构及丝杠螺母机构的工作原理；
3．根据实物了解车床主要附件的使用。
四．分析讨论题
1.结合实验说明C6140机床主轴正、反转与操纵手柄位置的对应关系，并阐述主轴正、反转、停转的工作原理。
主轴正转：操纵手柄向上扳，左离合器压紧，主轴正转；
主轴反转：操纵手柄扳至下端，右离合器压紧，主轴反转；
主轴停转：操纵手柄处于中间位置，离合器脱开，主轴停转。
工作原理：主轴的正反转、停转是由双向多片摩擦离合器实现的。摩擦离合器由内外摩擦片、止推片、压块、空套齿轮组成。例如左离合器，内摩擦片的孔是花键孔，装在主轴花键上，随主轴旋转的外摩擦片的孔是圆的，直径略大于花键外径。外圆上有4个凸起，嵌在空套齿轮的缺口中，内外摩擦片相间安装。当杆通过销向左推动压块时，将内片与外片互相压紧。轴的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传给齿轮，使主轴正转，同理，压块向右时，使主轴反转，当压块处于中间位置时，离合器脱开，主轴停止运动。
2.根据实验观察和教材189页内容，绘出C6140车床主轴的结构。说明主轴中孔与莫氏锥孔的作用
主轴中孔：是为了能通过较粗的棒料成管料。
莫氏锥孔：用来安装心轴，检测机床精度；在制作一些需要精确重复定位的夹具时，作为定位基准；可扩大车床的使用范围，可直接装夹刀具。具有定心性好，自锁性。
3.丝杠与光杠在结构上有何不同？作用分别是什么？如何操作才能使丝杠起传动作用？光杠传动与丝杠传动的互锁如何实现？
（1）丝杠表面有螺纹；光杠截面为正六边形。
（2）丝杠能带动大拖板纵向移动，用来车削螺纹；
光杠用于机动进给时传递运动，用于一般车削。
（3）合上开合螺母
（4）光杠与丝杠的互锁是靠溜板箱中的互锁机构实现的。
当合上开合螺母时，机动进给的操纵手柄就被锁在中间位置不能扳动，即不能再接通机动进给，则光杠不能动，丝杠可动；当向左扳机动进给手柄，接通纵向进给时，开合螺母操纵手柄不能转动，开合螺母不能闭合，则光杠能动，丝杠不能动。
4.根据观察阐述C6140车床组成部件的名称及作用。
（1）主轴箱：支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现运动。
（2）刀架：装夹车刀，实现纵向、横向、斜向运动。
（3）尾座：用后顶尖支承长工件，也可安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。
（4）进给箱：内装有进给运动的变速机构，用于改变机动进给的进给量或所加工螺纹的导程。
（5）溜板箱：把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向和横向进给或快速移动或车螺纹。
（6）床身：安装车床的各个主要部件，使他们在工作时保持准确的相对位置或运动轨迹。
实验二 数控机床结构了解
一、实验目的
本实验使学生了解FA-40M型立式加工中心和CJK6163数控车床布局、主轴系统、进给机构、掌握立式加工中心刀库、换刀机械手、换刀方法，使学生进一步明确数控机床的特点和用途。
二．实验内容
使学生了解和掌握FA-40M立式加工中心的组成、主运动、进给运动传动关系、换刀机构，分析数控车床的组成、加工过程、进给运动、主运动传动关系、刀架结构的作用。
三．实验步骤
1.了解FA-40M立式加工中心的布局，掌握主轴系统的工作原理和结构特点及各部分主要零件的作用；
2.了解CJK6163数控车床的布局，掌握主轴系统的工作原理和结构特点及各部分主要零件的作用；
3.了解CK7136数控车床的布局，掌握刀塔的换刀过程；
四．分析讨论题
1. 标出FA-40M立式加工中心的主要组成部分名称，叙述FA-40M立式加工中心的工作原理与功能？
加工中心组成：输入装置、数控装置、伺服与测量反馈系统、机床本体。 加工中心总体结构：主轴箱、工作台与进给装置、刀库、底座与立柱。
主轴系统包括：主轴与轴承、拉杆装置、主轴箱。
工作台进给装置由工作台、下拖板、底座及进给装置等构件组成。
斗笠式刀库由刀盘、选刀回转装置、刀库横移装置等构件组成。
工作原理：根据零件图纸技术要求，制定工艺方案，编写零件加工程序并输入数控装置，经处理与运算后，程序中的信息代码转换为脉冲信息，通过伺服系统功率放大、调整主轴与进给速度、控制刀库换刀以及工件与刀具相对运动，按零件的加工工艺与轮廓规迹加工所需要的零件。在数控机床加工原理中，PMC是数控机床的控制核心，与NC实现相互间信息传递，还能实现对机床侧的控制及信息传递。
功能：加工中心有自动换刀的功能、无级调整主轴速度与进给速率的功能，立式加工中心在主轴部件中有主轴箱平衡功能，在铣削加工中有刀具半径补偿、刀具长度补偿、滚珠丝杆螺距补偿等多种补偿功能，通过PMC实现与NC及机床侧间的信息传递，应用DNC技术，由输入装置与输出装置在以太网上进行信息传递。
2.标出FA-40M立式加工中心主轴系统结构各部分的名称（至少6个以上）
3.标出FA-40M立式加工中心刀库结构各部分的名称，并叙述换刀过程
换刀过程： 斗笠式刀库装置工作过程二步：放回刀具与取出刀具。 1、放回刀具过程：主轴轴向准停至换刀位置，主轴周向准停使主轴上二块键与刀柄上键槽孔对准，斗笠式刀库选空刀位后向右横移，夹住刀柄，打刀缸运动松刀夹，主轴向上运动脱离刀柄，斗笠式刀库向左横移完成放回刀具过程。 2、取出刀具过程：斗笠式刀库选换刀位后向右横移，主轴向下运动，打刀缸运动夹住刀柄，斗笠式刀库向左横移完成取出刀具过程。
4. 标出CJK6163数控机床的主要组成部分名称，叙述CJK6163数控车床的工作原理与功能？
工作原理： 数控车床的工作原理基于数字控制，数控机床是一台装有数控装置的机床，能够方便应用加工程序，通过脉冲技术控制伺服系统工作，保证数控机床按零件轮廓轨迹加工所需要的工件。数控车床的工作特点，通过工件旋转，刀具沿X轴与Z轴方向运动对工件进行切削加工，数控车床有一个能自动换刀的刀塔和一个加工细长轴需要固定定位的尾座。
功能： 1、切削加工功能：通过工件旋转，刀具沿X轴与Z轴方向运动对工件进行切削加工； 2、刀具补偿功能：刀具尺寸补偿、刀具圆弧半径补偿、刀具切削方向补偿； 3、滚珠丝杆螺距等误差的补偿功能； 4、车削循环功能、子程序功能、宏子程序功能； 5、加工变螺距功能； 6、恒线速度功能； 7、尾座加工细长轴的固定定位功能。
5. 标出CJK6163数控车床主轴系统结构各部分的名称（至少6个以上）
6. 标出CK7136数控车床刀库结构各部分的名称，并叙述换刀过程
换刀过程：回转刀塔由电动机作为动力源，按数控装置的指令，通过机械传动，实现松开、转位、定位、夹紧四个动作。
实验三 数控机床典型部件解析
一、实验目的
掌握数控机床典型部件的机械结构与基本工作原理
二、实验内容
内容：轴承、滚珠丝杠副、伺服电机等数控机床典型部件结构的理解。
三、实验步骤
1. 观察、了解加工中心、数控车床伺服电机
2．观察加工中心、数控机床滚珠丝杠副
3．了解滚动导轨的组成及作用
4．学习数控机床轴承并分析受力情况
四．分析讨论题
1.获取 FA-40M立式加工中心X，Y轴伺服电机及联轴器的图形，说明数控机床进给传动与普通机床进给传动的区别？
工作台进给系统主要由数控机床伺服控制，通过数控系统发出的速度和位移指令信号经过伺服驱动装置和进给传动系统，控制工作台与刀具相对运动，自动完成工件的切削加工。大部分数控机床为多轴联动，相互间能实现插补运动。大多数数控机床工作台进给系统的伺服电机与滚珠丝杆直接连接，滚珠丝杆螺母又与工作台固定连接，这样伺服电机旋转运动，通过滚珠丝杆与螺母副转变为直线运动，使工作台沿着导轨作直线运动。伺服电机直接与滚珠丝杆直接连接方式缩短了传动链，使整个系统更为简单，减少了传动链的传动误差，使得转动惯量减少，伺服电机的特性也有所改善。
区别：数控机床进给传动：传动链少，传动精度高；
普通机床进给传动：传动链多，传动精度低。
2. 获取 FA-40M立式加工中心工作台滚动支承及滚动导轨的图形，补全截面图形后标注，说明其优缺点。
滚动支承：
滚动导轨：
优点：运动轻便，摩擦力小，摩擦发热少，磨损小，可避免出现爬行，可得到较高的定位精度。
缺点：抗震性差，对脏物比较敏感，必须有良好的防护装置。
3. 标出FA-40M立式加工中心工作台进给部分滚珠丝杆结构图中各部分名称。
X轴滚珠丝杆通过轴承座固定下拖板上，滚珠丝杆螺母与螺母座连接并固定在工作台下，伺服电机通过连轴器与滚珠丝杆连接，这样伺服电机带动滚珠丝杆转动，又通过丝杆螺母推动工作台沿X轴方向运动。同理Y轴滚珠丝杆固定在底座上，丝杆螺母固定在下拖板下，伺服电机的动力使下拖板沿Y轴方向运动。
4. 标注CK7136数控车床主轴轴承类型和配置形式，并分析其受力情况。
轴承类型：角接触型轴承
配置形式：反装；前端3个，后端2个
受力情况：角接触型轴承可以承受较大的径向载荷，同时也可承受一定的轴向载荷。