机床主轴系统综合静刚度测定实验指导书07级

1机械设计制造及其自动化专业实验实验指导书机床主轴系统综合静刚度测定实验重庆汽车学院实践教学及技能培训中心二零一零年三月2机床主轴系统综合静刚度测定实验一、实验目的1、在卡盘夹持工作的状态下测定加载点处主轴系统（包括主轴部件、卡盘、工件）的综合静刚度，以便和同类车床相应的刚度值作比较。2、测定主轴系统各组成部分变形在系统综合变形中占的比例，找出影响住轴系统综合刚度的薄弱环节。3、通过实验，掌握静刚度测定实验数据分析的基本方法。二、实验原理主轴系统的综合静刚度k可采用下式表达：k=p/（1）或w=1/k=/p（2）式中w—主轴系统的综合静刚度。（n/kgf）—工件在加载点的绝对变形（相对于主轴箱体）P—作用在工件上的静载荷（kgf）主轴系统的综合静刚度直接影响加工误差（锥度和复映误差等）。静刚度过弱也是引起振动的重要原因。因此对主轴系统进行综合刚度的考核时很有必要的。但是主轴系统的综合静刚度仅反映主轴系统各组成部分在静载时的综合变形，不能用于分析各部分变形对综合刚度的影响程度。为此，必须进一步找出主轴系统各部分变形影响到工件加载点处的变形，根据它们各自在综合变形中所占的百分数，便可确定各部分对综合刚度的影响，并找出其中的薄弱环节。本次实验对象是车床，车削主要是在卡盘夹持的状态下工作。这时，车床主轴系统由主轴部件（主轴与轴承）、卡盘、工件三部分组成。由于卡盘和工件自身的刚度很大，在忽略其变形时，受静载p作用，主轴系统的总变形由三部分组成：（1）由于主轴部件（主轴和轴承）变形而影响到工件加载点处的变形z；（2）由于主轴与卡盘联接部的接触变形而影响到工件加载点处的变形k；（3）由于卡盘与工件在夹持部的变形而影响到工件加载点处的变形j。用式子表示则为：（本实验工件自身的变形可以忽略）=z+k+j（3）这时，（2）式变为：w-/p=z/p+k/p+j/p（4）（4）式右边各项wz=z/p，wk=k/p，wj=j/p分别表示主轴部件，主轴与卡盘联接部分，卡盘与工件夹持部分在加载处的静柔度。因此通过实验只要能得到变形值z、k，j，就可以得出相应载荷p下的综合变形中占百分比例z/×100%；k/×100%；j/×100%。但是z、k，j从加载点上往往不易直接测量出来，本次实验采用图3-1所示的实验装置，根据测点A、B、C、D、E的变形值来计算z、k，j。具体的计算方法见后面的“实验数据的分析整理”部分。三、实验装置及实验方法1、实验对象：c620-3普通车床2、主要仪器：∩型测力计1只杠杆千分表4只百分表3只3磁性表架1个主轴芯棒1根模拟工件1个方刀架型测力计模拟工件卡盘主轴箱磁力表架测量表架δ'Aδ'BδBδEδ'Dδ'C图1实验装置简图3、实验装置及实验方法如图1所示。卡盘夹持带有内孔的模拟工作。主轴芯棒穿过模拟工件的内孔而插入主轴端部的锥孔内。实验时，通过加载装置对模拟工件加载，然后通过千分表或百分表读取各测点的变形值。（1）加载装置及加载方法加载装置是安装在刀架和模拟工件之间的∩型测力计。加载方法是：顺时针方向摇动车床横向进给手柄，使刀架朝主轴方向移动，测力计于是便于对模拟工件加载并测力。（经标定后知，测力计百分表示值为每格5kg·f）。（2）测点面局和各测点的变形值测量：图中布置了共A、B、C、D、E五各测点和六个千分表或百分表。其中主轴端部测点E，芯棒上近端测点B的测量基准选取在主轴箱上，通过安置在主轴前箱壁的磁力表架上的两只千分表，读取B、E点的变形值B、E。注意，虽然B、E分别在主轴和芯棒上，但由于芯棒自身不变形，因此，B、E实际就是主轴上B、E点的绝对位移。由B、E可得主轴端的位移及转角数据。其它四个测点A、B、C、D的表基选在模拟工件上，即表架与模拟工件固定，其上的四个千分表或百分表分别测量卡盘的C、D和主轴（芯棒）上的A、B相对于模拟工件的变形，读数用′A、′B、′C、′D表示。注意B与′B对应的测点都是B，仅表基不同。四、实验步骤1、按实验装置图1逐一检查各表安装是否正确。量取各测点之间的距离1FE、1DE、1DC、1CM、1MB、1BA。42、对模拟工件加载至测力百分表读数为30格（240kgf），然后卸载至零。再加载、再卸载，如此反复，直到消除各受力部分的间隙，然后调整表使指针为零。3、重新对模拟工件加载，每次5小格（40kg·f），依次从各表上读取测点的变形值，载荷加至240kgf为止。再依次减载进行测量，直至完全卸载至零。4、重复步骤“3”的操作两次。如果后两次的数据接近，并且卸载后各表指针基本复原，则以第三次的为准，将实验数据填入实验报告的表4-1内。5、打扫现场，分析讨论问题，对实验数据进行分析整理，并填写实验报告。五、实验数据的整理及分析目的是要根据实验报告表3-1内的数据作出、z、k、j的计算简图（见图2），并以此图得到、z、k、j；进而再算出w及各部分变形在综合变形中占的比例。绘制变形计算简图可按以下步骤进行。1、以p=240kg·f载荷下的变形作为计算依据从实验报告表3-1中的240kg·f一栏，直接读取′A、′B、′C、′D、B、E的值，然后在坐标纸上画一水平线L0，按此比例标出A、B、C、D、E、F、M点的位置（F表示前箱壁位置，M点是加载点位置），垂直坐标表示各点的位移（向上的位移表示与p同方向），单位是m。2、在L0上的E、B处作L0的垂线，在各自的垂线上截取EE1=E，BB1=B,连接E1B1即得主轴（芯棒）的绝对变形曲线L1。3、在L0上的A、B点分别作出L0的的垂线，交L1于A1、B1，以A1、B1为起点，在各自垂线上分别截取B1B3=′B、A1A3=′A,连接A3B3即得模拟工件的绝对变形曲线L3。4、在L0上的D、C点作出L0的垂线，交L3于D3、C3，以D3、C3为起点截取D3D2=D′、C′，连接C2D2即得卡盘的绝对变形曲线L2。α32δ'CδEδ'CδJδkδ'Bδ'AδBδz图2Z、K、J、的变形计算简图5在这里，由于卡盘和工件视为刚体，而插入主轴端部锥孔内的芯棒不变形，所以L1、L2、L3是直线。5、在M点作L0的垂线，分别交L1、L2、L3于M1、M2、M3则Z=MM1，K=M1M2，J=M2M3，=MM3。由Z、K、J、即可求得W及各部分变形在系统综合变形中所占的百分比例。将以上结果分别填入实验报告的3（1）、3（3）及表2中。六、思考题1、图3（a）的′B～p曲线加、卸载时并不重合，这说明什么问题？2、根据各部分的变形比例，说明主轴部件那些部分是刚度的薄弱环节？可以通过那些措施来提高刚度？3、当加载力由240kg·f减为120kg·f时，按重新得到的数据计算w的结果是否与240kg·f加载的结果一致？试说明其理由。4、如果三次实验数据分散，试分析其原因并提出改进措施。