机械制造技术基础实验二三指导书

实验二、车床及滚齿机传动分析
实验项目（一）CA6140型车床传动系统剖析
一、实验目的
1．掌握主运动传动链传动路线及其功能；
2．掌握进给运动传动链传动路线及其功能；
3．了解离合器M1～M9的结构与功能，重点是M1、M6、M7；
4．了解卸荷机构、基本组、增倍机构、互锁机构的结构与功能。

二、实验设备与用具
1．CA6140型车床 1台
2．CA6140型车床教学模型 1台
3．CA6140型车床挂图 1套
三、实验内容
（一）主运动传动链
1．主电机→皮带副→主轴箱轴I
主轴箱的动力是从主电机经过皮带轮和三角带传给轴I并输进主轴箱，为防止轴I在三角带的张力作用下产生弯曲变形，设计时将皮带轮先通过花键套、滚动轴承和法兰盘安装在箱体上，从而使张力由床身承受，扭矩由花键套传给轴I，轴I不再因皮带的张力而产生弯曲变形，故轴I上的零件的工作条件得到改善。

双向多片式摩擦离合器M1具有使主轴正转、反转、停止及过载保护等四个功能，通过现场演示，介绍M1结构以及操作手柄控制的传动机构，突出其结构紧凑，动作灵敏的特点。

2．轴I→轴Ⅱ→轴Ⅲ
通过现场演示，介绍轴Ⅱ上的双联滑移齿轮和轴Ⅲ上的三联滑移齿轮，它们同时由一个操作手柄实现调速功能。

3．轴Ⅲ→……→轴Ⅵ
从轴Ⅲ传到轴Ⅵ（主轴）须经齿式离合器M2分成两条路线：
（1）高速路线
当M2脱开并与轴Ⅲ上齿轮（63）啮合时，将使轴Ⅲ直接传动主轴Ⅵ，使其获得6级较高转速（400～1400r/min）。

（2）低速路线
当M2啮合时，轴Ⅲ须经Ⅳ、Ⅴ两轴传动主轴Ⅵ，使其获得18级低速转速（10～500r/min）。

现场演示M2啮合和脱开的情形，并展示三个滑移齿轮同时由一个操作手柄控制的情形。

（二）进给运动传动链
进给运动传动链始环是主轴，终环是刀架。

刀架在丝杠传动下只能实现纵向进给运动，用于切削各种螺纹；刀架在光杆传动下实现纵向或横向进给运动，用于切削除螺纹以外的工件。

（1）丝杠传动刀架的进给运动传动链（以切削公制螺纹为例）
预先设置：齿式离合器M3、M4脱开，M5啮合。

1.主轴Ⅵ→轴Ⅸ
轴Ⅸ滑移齿轮与主轴齿轮（58）啮合时，能实现正常螺纹切削；当滑移齿轮与轴Ⅷ上齿轮（26）啮合时，能实现扩大螺距切削，要特别注意：此时的进给链要经过一部分主传动链的环节，例如当M2啮合时，主轴Ⅵ→轴Ⅴ→轴Ⅳ→轴Ⅲ→轴Ⅷ→轴Ⅸ……
2．轴Ⅸ→轴Ⅹ
轴Ⅹ上滑移齿轮可用来选择切削左旋或右旋螺纹。

现场演示以上两个滑移齿轮同时由一个操作手柄控制的情形。

3．轴Ⅹ→挂轮箱→轴Ⅻ
介绍挂轮箱内传动齿轮的两个特点：按切削需要拆换齿轮，并中心距可调。

4．轴Ⅻ→进给箱轴ⅩⅢ轴→轴ⅩⅣ（基本变速组）
基本组是一个重要的调速机构，它由8个固定齿轮（ⅩⅢ轴）、4个滑移齿轮（轴ⅩⅣ）组成，同时由一个圆手柄控制。

5．轴ⅩⅣ→轴ⅩⅤ→轴ⅩⅥ→轴ⅩⅦ
从轴ⅩⅣ齿轮（25）传动至轴ⅩⅤ齿轮（25）要经过一个空套齿轮（36），它起一个“桥梁”作用。

轴ⅩⅥ上的两个滑移齿轮组成增倍调速机构。

6．轴ⅩⅦ→M5→轴ⅩⅧ
轴ⅩⅦ滑移齿轮（28）属于M5,由于M5啮合，于是使丝杠ⅩⅧ旋转，若压下开合螺母手柄，可实现带动刀架作纵向进给运动切削公制螺纹。

（2）光杠传动刀架的进给运动传动链
预先设置：M3、M4、M5均为脱开。

1.主轴Ⅵ→轴ⅩⅦ
从主轴Ⅵ传动至轴ⅩⅦ离合器M5之间传动路线与上述相同。

2．轴ⅩⅦ→光杠轴ⅩⅨ→轴ⅩⅩ→轴ⅩⅪ
由于M5脱开，滑移齿轮（28）与光杠轴ⅩⅨ上齿轮（56）啮合，然后光杠轴ⅩⅨ上齿轮（36）再通过齿轮（32）与轴ⅩⅩ上齿轮（56）及M6、M7使ⅩⅪ轴上的蜗轮副旋转。

重点介绍M6（超越离合器）和M7（安全离合器）的结构与功能。

3．轴ⅩⅪ→M8或M9→刀架
当蜗轮副旋转时，可带动齿端式离合器M8和M9的四个空套齿轮转动，如果操作手柄使M8啮合，则可通过轴ⅩⅫ传递运动到轴ⅩⅩⅢ实现刀架纵向进给运动；如果操作手柄使M9啮合，则可通过轴ⅩⅩⅤ实现刀架横向进给运动。

通过现场演示，重点介绍M8和M9的结构与功能；
介绍互锁机构的结构与功能。

四、思考题
1、CA6140车床的皮带轮为何要采用卸荷结构，卸荷原理是什么？
2、摩擦片离合器的工作原理是什么？
3、CA6140车床的成形运动是什么？机床有几条传动链？传动性质是什么？
4、进给传动链在工作时，能否同时启动遛板快速移动电机？为什么？
5、车床为什么要设丝杠和光杠？不设光杠可行吗？
实验项目（二）Y3150E滚齿机调整实验
一、实验目的
1．分析滚齿机的运动及传动系统；
2．熟悉滚齿机的结构和性能；
3．通过加工直齿或斜齿圆柱齿轮，熟悉滚齿机的换置计算和调整方法。

二、实验内容
1．实验前的准备工作：
1)认真阅读本指导书，明确实验目的及内容；
2)根据传动系统图画出传动原理图；
3)根据传动系统图列出加工各种工件时的平衡方程式，求出调整公式；
4)根据所给的数据进行必要的调整计算。

2．实验工作
1)对照机床的传动系统图，在机床上找出各传动链的传动路线，各组
挂轮（交换齿轮）的位置。

熟悉机床结构。

2)按步骤安装工件并找正（如果齿坯以内圆定心例外）。

3)安装刀具并调整刀架角度。

4)调整切削深度，开动机床，切削完毕，测量工件，确定质量是否合
格并进行分析。

5)拆卸挂轮，擦净机床。

三、Y3150E滚齿机的主要技术规格及用途
本机床主要用于切削直齿、斜齿圆柱齿轮以及用径向进给切削蜗轮；此外还可以用包络法加工花键轴、多面体、链轮等工件。

进行上述各种工件的加工时要分别采用适当截面形状的滚刀。

主要技术指标
加工齿轮最大模数工件为钢件（6mm）
工件为铸件（8mm）
加工齿轮最大直径500mm
刀具最大直径160mm
刀架最大回转角度240°刀具主轴转速共九级：
高速钢滚刀的切削规范表3
主电动机功率4千瓦
快速电动机功率 1.1千瓦
交换挂轮的齿轮齿数（分齿挂轮及差动挂轮公用）
20（两件）23 24 25 26 30 33 34 35 36（两件）37 40 41 43 45 46 47 48 50 52 53 55 57 58 59 60（两件）61 62 65 67 70 71 73 75 79 80 83 85 89 90 92 95 97 98 100共46种（49件）模数m＝2
机床的传动系统图：
四、机床的调整计算（公式由学生求出，这里只作必要的说明） 1．加工直齿圆柱齿轮
（1）主运动：根据刀具外径、刀具材料、合理的切削速度V ，求得所需刀具转速。

n （滚刀）＝
1000V
D
π（转/分） 其中：D 为滚刀直径（毫米） n ：主轴转速（转/分）
V ：切削速度（米/分）
按滚刀主轴转速挂轮表选取A/B 挂轮。

（2）分度运动：传动链联系滚刀和工件，差动机构（合成机构）为不用差动机构时的情况（用M 1接合爪）调整计算公式为：
U x ＝a c b d ⨯＝24f k
e Zz
⨯
式中e 、f 挂轮是一对“结构性挂轮”,根据被加工齿轮的齿数来选取:
e f =36
36时
用于21≤Z z ≤142
e f =48
24时
用于5≤Z z ≤20
e f =24
48
时
用于143≤Z z
（3）刀架垂直进给运动:根据加工粗糙度要求选取进给量S 值,然后由垂直进给量挂轮表选取a 1/b 1挂轮.(参看表2、表3) 2．加工斜齿圆柱齿轮： （1）主运动（同上）
（2）分齿运动：运动关系同上，但此时差动机构的结构为用差动机构时的情况（用M 2接合爪）
（3）刀架的垂直进给运动（同上） （4）差动运动
U y ＝
2222a c b d ⨯＝9sin n m k
β
式中：β——工件螺旋斜角
m n——工件法向模数
k——滚刀头数
[注：由调整公式计算出的数值通过“挂轮选用表”或挂轮对数表查出具体齿数] 五、刀具、工件的安装
根据工件、刀具的螺旋角方向和度数调整刀架的安装角度，使滚刀螺旋线与工件齿向平行。

（1）加工圆柱直齿时刀架偏转角度
（2）加工圆柱斜齿时刀架偏转角度及挂轮分配情况
工件坯应牢固地装夹在工作台上，不用心轴定位时需用千分表调正齿坯外圆，使工件与工作台同心。

六、调整切削深度
根据工作时的模数、材料强度，以及所要求加工精度来确定走刀次数和切削深度。

≤2毫米的齿轮用一次用滚刀切削不超过7级精度的圆柱齿轮时，对模数m
n
>2毫米以上时用二次或三次以上走刀。

走刀切出；对模数m
n
七、思考题
1．加工斜齿圆柱齿轮，在调整机床时，是根据工件的端面模数选刀，还是根据工件的法向模数选刀？为什么？
2．在Y3150E型滚齿机上决定加工的精度的是哪个传动链？而这传动链中又
以哪些传动件为关键件？
实验三、加工误差综合分析
一、实验目的
实际生产中影响加工精度是多因素的、是错综复杂的，生产中常采用统计分析法。

本实验通过对一批工件进行检查测量，将所测得的数据进行处理与分析，找出误差分布与变化的规律，从而找出解决问题的途径。

二、实验设备
测量仪器: 电感比较议若干台； 试 件：50件 三、实验原理及方法
⏹ 分布曲线法：测量一批零件的实际尺寸，根据测得的 尺寸数据绘制出的一条尺寸分布曲线，从而判断加工误 差的大小及产生的规律。

⏹ 点图法：按加工顺序、逐个测量工件的尺寸，并记录
在以工件顺序号为横坐标，工件尺寸为纵坐标的图中，从而判断加工误差产生的规律和性质。

四、实验步骤
㈠ 实验分布曲线（直方图）的绘制 1、测量样本零件的尺寸，并作记录；
2、按工件尺寸的大小，在一定的尺寸间隔范围内分组（确定组数k 、计算组距h ；记录各组零件的频数）；
并计算各组的上下界：
第一组的下界为：（2/min h X -） 其中：min X 为样本零件的最小尺寸） 第一组的上界为： （2/min h X +） 第二组的下界为：（2/min h X +） 第二组的上界为：（2/min h X +）+h 第三组的下界为：（2/min h X +）+h
第三组的上界为：（2/min h X +）+2h
…… 依此类推。

3、计算样本零件的平均尺寸：
计算公式： 式中：n ――样本零件的个数 4、计算零件尺寸的公差带分布中心尺寸M T 和公差T 2
最小极限尺寸最大极限尺寸+=M T 比如：某零件的尺寸要求为 ，则 5、绘制实验分布曲线（直方图）
以工件尺寸为横坐标、频数为纵坐标，建立坐标系；并绘制直方图； 频数：同一尺寸间隔内的零件个数
比如：
㈡ 点图的绘制
1、 个值点图的绘制
根据样本零件顺序号，依次描点，绘制个值点图。

2、 均值x -极差R 点图的绘制
极差 R —— 一组工件中的最大尺寸与最小尺寸的差值。

1n i i x x n -==∑
24.0030
+φ12.3023024.30=+=M T
采用顺序小样本（4～6），由小样本均值点图和极差点图组成，横坐标为小样本组序号。

具体作法如下：
①定期测小样本尺寸；
②计算均值X和极差R：R =x max- x min
③中心线和控制线的求法：
④图作法
图: 纵坐标，横坐标组次
R图: 纵坐标R ，横坐标组次
3、实验结果分析与讨论
⑴分析实验分布曲线
工件尺寸的分散范围是多少？
有无过小或过大废品？
存在常值系统误差否？其大小是多少？
该样本零件的尺寸符合何种曲线分布规律？
⑵分析个值点图和图
本工序属几级工艺能力? 从图看，本工序的工艺过程是否稳定? 如不
稳定,试分析其原因。

附：生产过程是否稳定的判断依据：
生产过程稳定的标志：
①没有点子超出控制线；
②大部分点在中线附近波动，小部分点在控制线附近；
③点子无明显规律性
生产过程不稳定的标志：
①点子超出控制线或密集在控制线附近；
②连续７点以上出现在中线一侧；
③明显规律性，如上升或下降倾向；
④点子有周期性波动
4、完成实验报告
五、思考题
1、样本零件的大小对加工误差分析有何影响？
2、实验分布曲线（直方图）能否完全替代正态分布曲线，进行误差分析？
3、均方根误差σ的大小能反映工序精度的高低吗？为什么？
4、分布曲线法与点图法在分析加工误差方面有何不同？。