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1、机床爬行实验一、实验的目的1、观察和了解机床爬行现象。2、熟悉机床爬行的测试方法。3、熟悉光栅爬行测量仪和光线示波器的使用。二、实验的工作原理1、机床运动部件抵速爬行的原理： 机床运动部件（如工作台、溜板等）在低速度运动中出现的时态，时停或时 慢的现象称为机床爬行。机床爬行一般产生在重载荷、低速运动的情况下，爬行 位称量一般在几个“m到零点几毫米范围内，爬行频率一般不超过10HZ，爬行 对精密机床及精密落地大型机床具有很大的危害。爬行现象的机理可用图 1 来说明。图中 A 为驱动件， C 为导轨，从驱动件 到工作台B之间的传动部分用弹簧D表示，工作台B的质量为m，B、C之间 处于混合磨擦（或半
2、干磨擦）的条件下，当驱动件A的速度V很小时，工作台 就会出现断续运动，即周期停顿的不均匀运动，造成这种现象的原因是：当接通 进给运动后， A 便以匀速前进，这时由于传送装置 D 被视为一弹性体，它一直 在增加着弹性变形，直到新传递的力能克服B、C之间的静磨擦力时为止。在这 个阶段中A移动了 xo,而工作台B处于静止不动状态，即传动系统处于储能阶 段。当传动力开始超过磨擦力时，静止着的工作台B便迅速地提高其运动速度， 并超过驱动装置 A 所提供的运动速度，使系统中的位能释放出来，传动力也相 应地减小了，工作台在运动到传动力等于磨擦力的位置时，还会由于惯性图 1 爬行的力学模型A驱动件B工作台C单
3、轨D传动系统 力而继续向前移动一段距离，直到作用于工作台上的全部力平衡为止，它又重新 停顿下来，完成一次“跳跃”，跳跃结束时，传动无件的弹性变形减小，以致为 了使其继续运动，必须经过某一停顿时间，然后再出现跳跃，这种一跳一停的现 象，就是时起时停的爬行，如果驱动速度较高，工作台在一个循环之末速度还未 降到零，而弹簧 D 又开始被压缩，下一下循环又开始了，则此时工作台的运动 即处于时快的时慢的爬行状态，当速度再提高到革一数值时，爬行现象便消失， 这个不出现爬行现象的最低速度，称为爬行临界速度。2、对机床爬行的描述方法机床爬行规律复杂，不能用单一参数表示，一般用位移一时间（st）曲线 描述时起时停
4、的爬行，用速度一时间（vt）曲线描述时快时慢的爬行。图2（a）为不考虑过渡过程的理想化的典型st曲线，它非常直观地描述 了爬行规律，从曲线可求得停顿时间t1,突跳位移量AS （通常称为爬行量）以 及爬行频率，（f （f二-=-）。爬行量AS直接影响加工精度，是表征机床T t +112的主要参数。图2 （b） v一t曲线，根据这条曲线，可以求得最大速度Vmax，最小速度1Vmin和爬行率f （f二;）。这种情况下，没有突跳位移，所以无法用爬行量这个 参数表示，但此时速度变化比较直观，而速度的不均匀性又是造成较大的表面波 纹和较粗的主要原因之一，所以可用相对速度5 V二VmaX V斷作为表征机床V
5、 min 爬行的主要参数，如无明显简单规律，则必须对曲线的每个瞬时运动状态进行研 究。三、实验用调和和仪器本实验需要下列设备和仪器：1、外圆磨床一台。2、光栅爬行测量仪及专用直流电源各一台3、光线示波器及其电源各一台。4、SBD6 型超低频双线示波器一台。5、磁性表架和磁力吸头各一件。图3 为光栅爬行测量仪的结构图。底座 1 上固定有光栅读数头支架和滚动导 轨副的固定部分 5，在滚动导轨副的运动件 4上固定着标尺光栅安装架 3，光源 6 的光束经过透镜 7 后形成近似平行光束。此光束照射到指示光栅 8 和标尺光栅 9 上形成莫尔条纹。10 是接受信号并把它转化成电信号的硅光电池，滚动导轨副 运
6、动4的端部装有测量杆 11，测量杆11借助弹性联结器 12和测量头 13联接， 测量杆的另一端平时用螺钉锁在仪器的外壳上，使用时需先松开螺钉才可拉动测 量杆，测量头由软磁材料制成，测量时它被装在磁性表架上的磁力吸头吸住。四、实验的步骤、方法和注意事项1、首先熟悉机床的操作按钮及爬行仪和示波器的使用方法。2、将爬行仪放在机床工作台上，并以爬行仪底座侧面的基准面G （见图3） 找正，使其平面与机床导轨的平行度误差小于0.1/100mm，然后拨动开关，使爬 行仪底座 1 与导轨吸牢。3、将磁力表座固定在机床床身上，并将磁力吸头装上，利用铜套端面与爬 行仪的测量头端面找正，然后取下隔磁铜套，使磁力吸头
7、与仪器头吸牢。1底座 2支架 3安装架 4、5滚动导轨 6光源 7透镜 8指示光栅 9标尺光栅 10、硅光电池 11测量杆 12弹性联结器 13测量头 图 3 光栅爬行仪结构示意图4、按照说明书选用示波器振子并装入感光纸，然后按图 4 接线，在接通电 源前，应注意光线示波器的各个开关均处于断路位置，更要注意光线示波器绝对 不能直接接到 220V 交流电路上去。5、接通仪器电源，将机床工作台进给量调至最小，启动机床，爬行仪便开 始工作，调整直流输出电瓶，使记录图形处于记录纸中间位置，再调节输出电压 幅度，使记录图形的峰一峰值约为40mm，这可在光线示波器的观察屏上进行观 察，同时由示波器进行监视
8、。6、按动光线示波器的电源的起辉按钮，点燃示波器的高压水银灯，十分钟后亮度达到正常，选用100mm/min记录纸速和O.O1S,的时标进行记录。由于时 标和纸速是联动的，所以当按下示波器的记录纸按钮10X100后纸速为1000mm/s,时标即是0.01S，按住拍摄按钮，记录纸记录一段后手再抬起，于是停止记录， 取下记录纸在阳光或日光灯下爆光后即可得到记录曲线，然后熄灭高汞灯。7、逐渐调大机床的进给量，观察超低频示波器图形，当为标准正弦曲线时， 记录下此时工作台的进给量。8、切断电源，结束实验。五、实验数据的处理机床爬行状态下的记录图形为一组具有畸变和疏密不均的正统信号。但每个整周期正弦信号对应
9、的位移量均为0.02mm，即20p m （见图5）。正弦信号的不 同高度值（A）对应着不同的位移量，根据记录纸上的时标可确定各段位移对应 的时间，根据位移和时间的对应关系，可做出st曲线，将时间坐标分成若干1 线不波器电澹2爬行仪3工作台4导轨5电源及吏换器6超低频示波罢7光线示波器微段，用微段的平均速 度近似地代表瞬时速 度，则可作出 vt 曲 线。St 曲线可由下 述两种方法作出：图4机床爬行试验接线图因记录纸上一个整周期正弦信号对应的位移量S为20p m，所以在一个周期 内应分成四段计算：在第I段中，即S5p m时：.20 Ih1()S = x arc sin =(卩m)300 A其中a
10、rcsin凹单位为“度”。A在第II段中，即5p mVSVlOp m时，10 20 sin |h|( )S = 10 - x arc sin =(um)360A在第III段中，即10mS15p m20| h|S = 10 + x arc sin =(Um)360A在第 IV 段中，即 15 mS20 m20. IhI.、S = 20 - x arc sin =(um)360A图5检查法2、图6 所示为放大了十倍的标准正弦曲线，我们在记录纸上找出一些有特征的 点，令为A、B、C等，然后测出它们所对应的h值，可根据图6迅速的确 定位移量 S。h = hx20hp当记录图幅值不为 20mm 时，需先进行换算，此时，式中：h一根据记录实没蝗高度。hp 记录图幅值。h查图时使用的高度值的高度值。使用查图法时，需特别注意记录曲线所在的位置段，在图6中，S坐标上面 一行数字对应着第I、III段中的位移量，记录曲线高度h在第I段中为正，第III 段中为负，但“ + ” “一”号对查找位移量无影响。图6中S坐标的下面一行带 括号的数字，对应着第II、IV段中的位移量。1/ I I I
