CA6140普通车床传动系统分析与结构组成分析.doc

一、CA6140普通车床传动系统分析与结构组成分析1.性能简介CA6140 型普通车床是普通精度级的万能机床,它适用于加工各种轴类,套筒类和盘类零件上的内外回转表面,以及车削端面。它还能加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹,以及作钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。 其加工范围较广,由于它的结构复杂,而且自动化程度低,所以适用于单件小批生产及修配车间。2. 主要部件 图1 CA6140普通车床的结构1.主轴箱(床头箱) 它固定在床身的左端。在主轴箱中装有主轴,以及使主轴变速和变向的传动齿轮,通过卡盘等夹具装夹工件,使主轴带动工件按需要的转速旋转,实现主运动。2.刀架 它装在刀架导轨上,并可沿刀架导轨作纵向移动,刀架部件由床鞍(大拖板)、横拖板、小拖板和四方刀架等组成。刀架部件是用于装夹车刀,并使车刀作纵向、横向和斜向的运动。3.尾架 它装在床身右端,可沿尾架导轨作纵向位置的调整,尾架的功能是用后顶尖支承工件, 还可安装钻头,铰刀等孔加工工具,以进行孔加工,尾架作适当调整,以实现加工长锥形的工件。4.进给箱 它位于床身的左前侧,进给箱中装有进给运动的变速装置及操纵机构,其功能是改变被加工螺纹的螺距或机动进给时的进给量。它用来传递进给运动，改变进给箱的手柄位置，可得到不同的进给速度，进给箱的运动通过光杠或丝杠传出。5.溜板箱 它位于床身前侧和刀袈部件相连接,它的功能是把进给箱的运动（光杠或丝杠的旋转运动）传递给绐刀架,使刀架实现纵向进给、横纵向进给、快速移动或车螺纹。6.床身 它固定在左右床腿上,它是车床的基本支承元件,是机床各部件的安装基准,是使机床各部件在工作过程中保持准确的相对位置。7.光杠和丝杠 是将运动由进给箱传到溜板箱的中间传动元件。光杠用于一般车削,丝杠用于车螺纹。3.传动系统简介图2 CA6140普通车床的传动系统方框图 由图2及图2-1-1可知，电动机经主换向机构、主变速机构带动主轴完成主运动。进给传动从主轴开始，经进给换向机构、交换齿轮和进给箱内的变速机构和转换机构、溜板箱中的传动机构和转换机构传至刀架。溜板箱中的转换机构起改变进给方向的作用，使刀架做纵向或横向、正向或反向进给运动。4. 主传动系统及主要结构1.主运动传动链 CA6140型卧式车床的主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，它的功用是把运动源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。主传动系统图如下：传动路线如下： 运动由电动机经三角皮带传给主轴箱中的轴。在轴上装有双向多片式摩擦离合器。的作用使主轴（轴）正转、反转或停止。的左右两部分分别与空套在轴上的两个齿轮连在一起。当压紧离合左部的摩擦片时，轴的运动经左部的摩擦片及齿轮副或传给轴。当压紧离合器右部的摩擦片时，轴的运动经离合器右部的摩擦片及齿轮，传至轴上的空套齿轮，然后再传给轴上的齿轮，使轴转动。这时，由轴传到轴的运动多经过了一个中间齿轮，因此轴的转动方向与经离合器左部传动时相反。运动经离合器的左部传动时，使主轴正转；运动经的右部传动时，则使主轴反转。轴的运动可分别通过三对齿轮副传给轴。运动由轴到主轴有两种不同的传动路线。 （1）当主轴需要高速运转（=4501400）时，主轴上的滑动齿轮处于左端位置，（与轴上的齿轮啮合）轴上的运动经齿轮副直接传至主轴。（2） 当主轴需以较低的转速运转时（=10500）这时，主轴上的滑齿移到右端位置，使齿式离合器啮合。于是轴上的运动就经齿轮副或传给轴经齿轮副或、及齿式离合器传给主轴。CA6140普通车床的主运动传动路线表达式为：电动机2.主传动系统主要结构传动机构主轴箱中的传动机构包括定比机构和变速机构两部分，前者仅用于传递运动和动力，或进行升速、降速，一般采用齿轮传动副；后者用来使主轴变速，通常采用滑移齿轮变速机构，因其结构简单紧凑，传动效率高。传动轴的支承结构主轴箱中的传动轴由于转速较高，一般采用向心球轴承或圆锥滚子轴承支承。常采用的双支承结构，对较长的传动轴，为了提高其刚性，则采用三支承结构。例如，轴、的两端各装有一个圆锥滚子轴承，在中间还装有一个向心球轴承作为辅助支承。传动齿轮主轴箱中的传动齿轮多数是直齿的，为了使传动平稳，在轴间使用了一对斜齿轮。齿轮和传动轴的连接，有固定、空套和滑移的三种。在主轴箱中共有七个滑移齿轮，其中：轴、上的滑移齿轮和主轴上的齿轮离合器M2上的齿轮是用于主轴变速的；轴、上的滑移齿轮是分别用于车削左、右旋螺纹及正常螺距、扩大螺距的变换。操纵这些滑移齿轮共用三套操纵机构。卸荷带轮主轴箱的运动由电机经皮带传入。为了改善主轴箱输入轴的工作条件，并使传动平稳，主轴箱运动输入轴上的皮带轮采用卸荷结构。皮带轮与花键套用螺钉连接成一体，支承在法兰体内的两个向心球轴承上，而法兰体则固定在主轴箱体上。这样，皮带轮可通过花键套带动轴旋转，而皮带的张力经法兰体直接传至箱体上，轴便不致受横向力作用而产生弯曲变形，提高了传动的平稳性。双向多片式摩擦离合器、制动器及其操纵机构在轴上装有双向摩擦片式离合器，它用于主轴起动和控制正、反转，并可起过载保护作用。该离合器由内摩擦片、外摩擦片、定位片、滑套及空套齿轮等组成。左离合器传动主轴正转，用于切削加工，传递的扭矩较大，因而片数多；右离合器片数少，传动主轴反转，主要用于退刀。 离合器的内外片松开时的间隙要适当，当发生间隙过大或过小时，必须进行调整。调整方法为：将定位销压入缺口，然后转动左侧螺母，可调整左边摩擦片的间隙；转动右侧螺母，可调整右边摩擦片的间隙。调整好后，让定位销弹出，重新卡住螺母缺口，以防螺母在工作过程中松动。为了缩短辅助时间，提高生产率，在轴上装有钢带式制动器（刹车），当需要机床停止工作时，即当摩擦的时刻，为克服主轴的转动惯量，该制动器立即使主轴停止转动。制动器由杠杆、制动盘、调节螺钉及弹簧、制动带等组成。制动盘和轴用花键连接，钢制制动带的内侧有一层夹铁砂帆布，以增加摩擦面的摩擦系数，制动带的一端与和杠杆相连接，另一端由接头和调节螺钉固定于箱体。制动器和摩擦离合器共用一套操纵机构。当操纵手柄使离合器脱开时，齿条轴处于中间位置，此时，齿条轴上的凸起部分刚好处于与杠杆下端相接触的位置，使杠杆按逆时针方向摆动，使制动带拉紧，使轴和主轴迅速停止转动。若摩擦离合器接合、主轴转动时，杠杆处于齿条轴凸起部分的右边或左边的凹槽中，使制动带放松，主轴就不再被制动。这样制动器和离合器两者是互锁的。制动带对制动盘制动力（即制动带的拉紧程度）可由调节螺钉进行调节。主轴部件主轴是车床的主要零件之一，在工作时承受很大的切削力，故要求主轴具有足够的刚度和较高的精度。它是一个空心的阶梯轴，其内孔（48）用于通过47以下的长棒料或穿入钢棒以卸下顶尖，也可用于装置气动、电动和液压夹紧机构。主轴前端的锥孔为莫氏6号锥度，用于安装顶尖套及前顶尖；也可安装心轴，有自锁作用，可借助于锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件转动。主轴后端具有锥度为1:2O的锥孔，它是加工主轴用的工艺基准面。主轴前端采用短锥法兰式结构，用于安装卡盘或拨盘，由主轴端面上的圆形拨块传递扭矩。主轴尾部的圆柱面用作安装各种辅具（电气、液压及气动装置等）的安装基面。 主轴有前、中、后三个支承，保证主轴具有较好的刚性。这种支承方式要求箱体上三个支承孔的同轴度好，否则不但装配困难，并影响主轴的工作性能。采用三支承后，主轴空转时摩擦功率的损耗较大。前支承由两个滚动轴承组成。前面是D级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承，用于承受径向力，这种轴承具有刚性好，精度高，尺寸小和承载能力大等优点。另外采用一个D级精度双列60角接触向心推力轴承，以承受正反两方向的轴向力。这种轴承的轴向承载能力、刚性和极限转速都较高。该机床主轴推力轴承安装在前支承中，离加工部位的距离较近，中、后轴承都只能承受径向载荷，而在轴向方向可以游动，当主轴在长时间运转发热膨胀时，可以允许向后微量伸长，以减少主轴的弯曲变形，因而对加工精度的影响较小。但结构复杂，装配不方便。后支承使用一个E级精度的318212型圆锥孔双列向心短圆柱滚子轴承。主轴的中间支承是一个E级精度的32216型单列向心短圆柱滚子轴承。主轴支承对主轴的运转精度及刚度影响很大。主轴轴承应在无间隙（或少量过盈）条件下进行运转。轴承中的间隙，直接影响机床的加工精度。因此，主轴轴承的间隙须定期地进行调整。前轴承间隙的调整方法为：松开前端螺母，拧动带锁紧键的圆螺母，这时轴承的内环就相对主轴锥形轴颈向右移动；由于该轴承内环很薄，而且内孔也和主轴锥面一样，具有1：12的锥度，因此，内环在轴向移动时，便产生向外的径向弹性变形（胀大），达到调整轴承径向间隙或预紧的目的。 主轴的径向跳动和轴向跳动允差都是0.01。 主轴的径向跳动影响加工表面的圆度和同轴度；轴向跳动影响加工端面的平面度和螺距精度。当主轴跳动量超过许用值时，一般情况下是适当调整前支承的间隙，就可使主轴跳动量调整到许用值内。如径向跳动仍达不到要求时，可调整后轴承的间隙，中间支承的间隙不可调整。润滑装置为了保证机床的正常工作和减少零件的磨损，需采用合理的润滑装置。润滑方式有以下两种：1）溅油润滑：依靠高速旋转的齿轮将润滑油飞溅各处。这种方式存在油量不能按需要控制，还会引起润滑油发热，润滑油输送到摩擦面之前不能滤净等缺点。机床很少采用，只使用在一些减速器中。2）油泵供油循环润滑：润滑油由油泵从油箱中吸出经滤油器，滤清后输送至分油器，然后经油管送至个各摩擦面。CA6140型车床采用了油泵供油箱外循环润滑方式。这种润滑方式有两大优点：A.可以把箱体内的热量带到箱外，降低主轴箱的温升，减少热变形，有利于保证加工精度。B.可使主轴箱内的赃物等及时排除，减少传动件的磨损。5. 进给传动系统及主要结构1. 进给运动传动链进给运动传动链是使刀架实现纵向或横向运动的传动链。进给运动的动力来源也是主电动机（7.5kw，1450）。运动由电动机经主传动链、主轴、进给传动连至刀架，使刀架带着车刀实现机动的纵向进给，横向进给或车削螺纹。虽然刀架移动的动力来自电动机，但由于刀架的进给量及螺纹的的导程是以主轴每转过一转时刀架的移动量来表示的，所以我们在分析此传动链时把主轴作为传动链的起点，而把刀架作为传动链的终点，即进给运动传动链的两末端件是主轴和刀架。进给运动传动链的传动路线为：运动从主轴经轴（或再经轴上的中间齿轮）传至轴，再经过挂轮（交换齿轮）传至轴，然后传入进给箱。从进给箱传出的运动一条传动路线是经丝杠带动溜板箱使刀架纵向运动， 这是切削车削螺纹的传动路线，进给传动链是“内联系” 传动链，主轴每转刀架的移动量应等于加工螺纹的导程；另一条传动路线是经光杠和溜板箱内的一系列传动机构，带动刀架做纵向或横向的进给运动，这是一般机动进给的传动路线，进给传动连是“外联系”传动链，进给量以工件每转刀架的移动量来表示。进给运动传动链的传动路线表达式如下图所示：（1）车削螺纹 CA6140型卧式车床能车削常用的公制、英制、模数制及径节制等4种标准的螺纹，此外，还可以车削加大螺距，非标准螺距及较精确的螺纹。它既可以车削右螺纹，也可以车削左螺纹。车削公制螺纹（米制螺纹）车削公制螺纹时，进给箱中的齿式离合器、脱开，接合。这时的传动路线为（见图2-1-1及传动路线表达式）：运动由主轴经齿轮副、换向机构（车左螺纹是经）、挂轮传到进给箱中，然后由移换机构的齿轮副传至轴轴，由轴经两轴滑移变速机构的齿轮副至轴，然后再由移换机构的齿轮副传至轴，轴的运动再经轴与轴之间的齿轮副传至轴，最后经由齿式离合器传至丝杠，当溜板箱中的开合螺母与丝杠相啮合时，就可带动刀架车削公制螺纹。车削模数螺纹模数螺纹主要用于米制蜗杆，有时某些特殊丝杠的导程也是模数制的。米制蜗杆的齿距为：，模数螺纹的导程为：，这里k为螺纹的头数。模数m的标准值也是按分段等差数列的规律排列的。与米制螺纹不同的是，在模数螺纹导程中含有特殊因子。为此，车削模数螺纹时挂轮需要换为。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时完全相同。车削英制螺纹英制螺纹在采用英制的国家（如英、美、加拿大等）中应用广泛。我国部分管螺纹目前也采用英制螺纹。将进给箱中的离合器，轴左端的滑移齿轮移至左边位置，与固定在轴上的齿轮相啮合。运动由轴经先传到轴，然后传至轴，在经齿轮副传至轴。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同。径节螺纹的加工径节螺纹主要用于英制蜗杆。车削径节螺纹时，传动路线与车削英制螺纹时完全相同，但挂轮需换为。车削非标准螺纹若将全部结合，依靠改变挂轮传动比，即可加工非标准螺纹。（2） 机动进给 车削外圆柱或内圆柱表面时，可使用机动进给的纵向进给。车削端面时，可使用机动进给的横向进给。为了减少丝杠的摩擦和操纵方便，机动进给是由光杠经溜板箱传动的。这时，将进给箱中的离合器脱开，使轴的齿轮与轴左端的齿轮相啮合。运动由进给箱传至光杠，再经溜板箱中的的齿轮副、超越离合器及安全离合器、轴、蜗杆蜗轮辐传至轴。当运动由轴经齿轮副、双向离合器、轴、齿轮副、轴传至小齿轮，由于小齿轮与固定在床身上的齿条相啮合，小齿轮传动时，就使刀架作机动纵向进给。当运动由轴经齿轮副、双向离合器、轴及齿轮副 传至横向进给丝杠后，就使刀架作机动横向进给。为了避免发生事故，纵向机动进给、横向机动进给及车螺纹3种传动路线，同时只允许接通其中一种，这是由操纵机构及互锁机构来保证的。溜板箱中、用于变换进给方向。轴上的手把用于横向移动刀架，轴上的手轮用于纵向移动刀架。（3） 刀架快速移动为了减轻工人的劳动强度和缩短辅助时间，刀架可实现纵向和横向机动快速移动。按下快速移动按钮，快速电动机经齿轮副使轴高速转动，再经蜗杆副及溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动。快移方向仍由溜板箱中双向离合器和控制。进给传动系统主要结构进给箱及其操纵机构卧式车床进给箱的功用是变换车螺纹运动和纵、横向进给运动的进给速度，实现被加工螺纹种类和导程的变换，获得纵、横向机动进给所需的各种进给量。进给箱通常由变换螺纹导程和进给量的变速机构、变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠运动转换机构及操纵机构等组成。加工不同种类的螺纹通常由调整进机箱中的移换机构和交换齿轮架上的挂轮来实现。溜板箱及其操纵机构溜板箱上有溜板纵向移动手轮、开合螺母操纵手柄、纵、横向进给操纵及快速移动按钮、主轴正、反转启动手柄、手动油泵手柄等。其中，纵、横向进给操纵及快速移动按钮，它控制纵向正反、横向正反4个方向的机动进给和刀架快速移动；主轴正、反转启动手柄，它控制主轴箱内的摩擦离合器和制动器，使主轴获得正、反转或停车；手动油泵手柄，它控制润滑床身，溜板导轨和溜板箱内的各润滑点。主要结构如下：纵向、横向机动进给及快速移动的操纵机构纵向、横向机动进给及快速移动是由一个手柄集中操纵的。开合螺母机构对开螺母的功用是接通或断开从丝杠传来的运动。车螺纹时，对开螺母合上，丝杠通过对开螺母带动溜板箱及刀架。互锁机构为了避免损坏机床，在接通机动进给或快速移动时，对开螺母不应闭合。反之，合上对开螺母时就不允许接通机动进给和快速移动。超越离合器快速电动机使刀架纵、横向快速移动，其起动按钮位于手柄的顶部。在蜗杆轴的左端与齿轮之间装有超越离合器，以避免光杠和快速电动机同时传动轴。安全离合器机动进给时，如进给力过大或刀架移动受阻则有可能损坏机件。为此，在进给链中设置安全离合器来自动地停止进给。