宁工院机械制造装备课件1.2车床

第二节

车床

学习要求：车床的用途、运动和分类；CA6140型卧式车床的工艺范围和布局；CA6140型卧式车床的传动系统；CA6140型卧式车床的主要结构。本节内容第一部分：车床的用途、运动和分类第二部分：CA6140型卧式车床工艺范围、布局第三部分：CA6140型卧式车床的传动系统第四部分：CA6140型卧式车床的主要结构第一部分：车床的用途和分类

一、车床的用途车床主要用于加工各种回转的内外表面、回转体端面及一些种类的螺纹。车床是机械加工中使用最广泛的一类机床。约占机床总数的20%~35%。

二、车床的分类车床的品种很多。常用的有：1）卧式车床及落地车床；2）立式车床；3）转塔车床（均没有尾座和丝杠）；4）单轴自动车床；5）多轴自动和半自动车床；6）仿形车床及多刀车床；7）各种专门化车床。如凸轮车床、曲轴车床、铲齿车床等。在车床类中，卧式车床应用最为普及。立式车床垂直刀架、横梁、侧刀架、侧刀架进给箱。工作台直径达水平布置。用于加工径向尺寸大、轴向尺寸小、形状复杂的大型或重型零件。转塔车床：以六角形旋转刀塔取代普通车床的尾座而设计的机床，其转塔刀架能够安装多把切削刀。能够在工件的一次装夹中完成较复杂型面的加工。转塔刀架只能做纵向进给，没有丝杠，所以只能用丝锥和板牙，加工精度不高。回轮车床：具有可顺序转位的回轮刀架，其回转轴线与主轴轴线平行。无前刀架，只能做纵向进给运动，横向进给运动是靠回轮刀架做缓慢的移动来实现的。第二部分：CA6140卧式车床工艺范围、布局可以车削内外圆柱面、圆锥面、环形槽、切断、端面、回转体成形面；也可以加工各种圆柱形的螺纹；在尾座上装上孔加工刀具，还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻丝；一、工艺范围在刀架上装上带网纹或纵条纹的滚压工具，可以在各种圆柱表面上滚花；还可以绕制弹簧。主要用于单件小批量生产，或机修车间使用。二、机床的总布局及主要部件1、主轴箱2、刀架3、尾座4、床身5、右床腿6、光杠7、丝杠8、溜板箱9、左床腿10、进给箱11、交换齿轮变速箱1．主轴箱内有主运动变速机构，通过主轴箱前面的操作手柄，使主轴获得所需的转速。还有主轴开停、正反转和制动机构。箱体所支承的主轴，通过卡盘或其它夹具夹持工件作主运动。2．进给箱用于变换进给量，调整车螺纹的导程和类型。3．溜板箱具有进给和车螺纹操作机构，将进给箱的运动传给刀架。使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动和车螺纹。机床的总布局及主要部件4．刀架为三层结构，下层为大滑板（又称床鞍）沿床身导轨作纵向运动；中滑板沿着燕尾形导轨作横向运动；小滑板也采用燕尾形导轨，可以在中滑板上调整一定角度，用来加工短圆锥。纵向、横向均可机动或手动进给，小滑板只能手动进给操作。5．尾架（座）其套筒装上顶尖，可以支承长工件。若通过夹具，安装钻头、铰刀等，可用手动方式进行钻孔、铰孔等。6．床身基础件，支承和保证各部件的相对正确位置。床身的刚度对整机的刚度起决定性影响。1．主参数和第二主参数主参数：床身上最大工件回转直径。第二主参数：最大工件长度。每1个主参数规格，均有几种不同的第二主参数，以满足不同的用户需求。

2．尺寸参数中心高、顶尖距、主轴锥孔规格、尾座套筒尺寸、机床长宽高等。三、卧式车床的主要参数

2．尺寸参数刀架上最大加工直径，对卧式车床加工有重要影响。加工较长的轴套类零件时，受中滑板的限制，刀架上最大工件回转直径要小于车床主参数。3．运动参数主轴转速范围及级数：CA6140主轴转速范围n=10~1400，共24级；其反转12级，转速高于正转。CA6140型车床纵向、横向进给量均有64级。加工螺纹范围：米制螺纹导程1~192（44种）、英制螺纹每吋牙数2~24（20种）、模数螺纹0.25~48（39种）、径节螺纹每吋牙数1~96（37种）。刀架最大行程、尾座套筒最大行程等。4．动力参数电动机的功率。机床重量也是选购机床的一个重要参数。本节内容第一部分：车床的用途、运动和分类第二部分：CA6140型卧式车床工艺范围、布局第三部分：CA6140型卧式车床的传动系统(重点)第四部分：CA6140型卧式车床的主要结构第三部分：CA6140型卧式车床的传动系统一、CA6140型卧式车床的传动系统图图1图2

二、主运动传动链主运动传动链图一主运动传动链图二1．两端件主电动机（7.5kW，1450r/min）—主轴（r/min）三、主运动传动链分析高速路线；低速路线。主轴正转24级，转速：10~1400r/min；主轴反转12级，转速：14~1580r/min；主运动链图M1：多片式摩擦离合器M2：齿式离合器2．传动路线分析主要传动机构：V带、M1（片式摩擦离合器，主轴起动、停止和变向）；滑移齿轮变速组；M2（内齿轮离合器）等。传动路线表达式：经轴Ⅲ—63/50—主轴为高速路线；经轴Ⅲ—Ⅳ—Ⅴ—主轴为低速路线。3．传动计算分析

1）主轴转速级数算理论上：Z´正=2×3+2×3×4＝30级Z´反=3+3×4=15级实际轴Ⅲ—轴Ⅴ间的传动比：

实际上：Z正=[2×3×（2×2-1）]低速+[2×3]高速＝24级Z反=3高速+3×（2×2-1）低速=12级式中：ε——V带传动的滑动系数。ε=0.02；

uⅠ-Ⅱ、uⅡ-Ⅲ、uⅢ-Ⅵ——各变速组的传动比。2）运动平衡方程式n主=1450×130/230×（1-ε）uⅠ-ⅡuⅡ-ⅢuⅢ-Ⅵ(r/min)主运动链图归纳：认识和分析一条传动链的方法：（1）抓两头：两端件是什么，其计算位移是多少？（2）连中间：运动通过什么传动装置，哪些变速变向机构，把运动传至另一个执行件。形成传动路线；（3）细分析：传动计算，如变速级数、执行件的运动速度、挂轮计算等。上节课小结：车床的用途、运动和分类；CA6140型卧式车床的工艺范围和布局；CA6140型卧式车床的传动系统；（主运动传动系统）主运动传动系统图1、外联系传动链；2、主轴正反转：双向摩擦离合器M1，轴Vii上的过渡齿轮；正转24级转速，反转转速12级转速；主轴反转转速高于正转原因——反转主要用于车螺纹时退回刀具，在不断开主轴和刀架间传动链的情况下退刀，使刀架退到起始位置，可以节省辅助时间；3、主轴转速计算方法——运动平衡式。本节内容第一部分：车床的用途、运动和分类第二部分：CA6140卧式车床工艺范围、布局第三部分：CA6140型卧式车床的传动系统(续)第四部分：CA6140型卧式车床的主要结构米制螺纹：s=kp，k为线数；模数制螺纹：s=kπm，模数螺纹一般是蜗杆和蜗轮；英制螺纹：25.4k/a每英寸牙齿数；径节制螺纹：25.4kπ/DP，径节螺纹主要用于同英制蜗轮相配合，即为英制蜗杆。车螺纹传动链CA6140车床可车米制、英制、模数制和径节制的标准螺纹、非标准螺纹。两端件及计算位移：主轴转1转刀架移动1导程S。运动平衡一般式：1主轴×u0×ux×Pl=S式中u0——定比传动机构的固定传动比；ux——换置机构的可变传动比；Pl——机床丝杠的导程。该车床Pl=12mm；S——工件的螺纹导程。单位mm。1．米制螺纹加工1）米制螺纹简介基本参数：螺距P，单位mm。我国的螺距标准值：1，1.25，1.5，1.75，2， 2.25， 2.5，3， 3.5，4， 4.5， 5，5.5， 6， 7， 8， 9， 10，11， 12按分段等差数列递增，每段间成倍数关系。

若为多头螺纹时，螺纹导程：

S=KP式中：K——螺纹头数。

传动比ux要满足S的分段等差数列的参数要求。CA6140型卧式车床的传动系统图进给运动传动链2）传动路线已知传动链两端件是主轴—刀架，从两端件寻找运动的联系。（1）主要传动结构第一换向机构：改变加工螺纹的螺旋方向。挂轮：M3：内齿离合器，加工米制螺纹须脱开。（2）传动路线（M3脱开）……—ⅩⅢ—ⅩⅣ—ⅩⅤ—ⅩⅥ—……轴ⅩⅢ—ⅩⅤ间传动比：分子上的数为分段等差数列。变速组是变换螺距的基本变速机构，称为基本变速组u基。轴ⅩⅥ上滑移齿轮Z25处在右边啮合位置。轴ⅩⅥ—ⅩⅧ间传动比：传动比成倍数关系，称为倍增变速组u倍。M5内齿离合器结合，运动传至丝杠，开合螺母合上后刀架为车螺纹运动。

3）运动平衡式简化后得：S=KP=7u基u倍理论上可加工螺纹规格：Z理=8×4=32由P31表2—1可知，横为分段等差数列，纵成倍数关系，在1~12mm范围的标准螺纹共20种规格。例：设P=1.25mm，K=2，S=KP=2.5。由表2—1可查得u基6=20/14，u倍2=1/46．车大导程螺纹思路：增大传动比u；同时便于调整。措施：（1）M2合上；（2）轴Ⅸ上Z58齿轮右移，与轴Ⅷ上Z26啮合。轴Ⅵ－Ⅸ的传动比：将进给箱原可加工的螺纹导程，相应扩大了4或16倍。由螺纹扩大机构，可加工的各种规格为：米制螺纹：L工=14~192mm的24种标准规格；模数螺纹；m=3.25~48mm的28种标准规格；径节螺纹；DP=1~6牙/吋的13种标准规格。注意：螺距扩大的倍数与主轴的转速有一定的关系。当主轴转速为：l0~32r/min时，扩大16倍；当主轴转速为：40－125r/min时，扩大4倍。2．模数螺纹加工1）模数螺纹及其导程计算模数螺纹应用最多的是米制蜗杆。螺距：Pm=πm导程：Sm=KPm=Kπm国家标准规定m值按分段等差数列分布。2）运动分析由车螺纹的运动平衡一般式可得：

1主轴×u0×ux×Pl=Sm=Kπm可知，传动比u要解决π、m的计算问题。措施：挂轮改为：3）运动平衡方程详式：其中：简化后得：由此计算能加工m=0.25~3mm的11种标准规格的导程。3．英制螺纹加工1）英制螺纹简介以每英寸长度上的牙数a表示，标准的a值也是分段等差数列分布。例如：2）英制螺纹转换成米制的螺距或导程传动比u要解决25.4计算问题，且ux必须在分母上可变。

3）措施（1）

M3合上，轴ⅩⅥ上滑移齿轮Z25，移至左边位置，改变基本组的传动路线为：……—ⅩⅢ—M3—ⅩⅤ—ⅩⅣ——ⅩⅥ—……这条路线称为英制螺纹加工传动路线。（2）挂轮采用：4）运动平衡方程详式其中：将此代入可简化为：

依靠挂轮和改变传动路线，解决了“25.4”和a在分母上可变的问题。

由此计算可得a=2~24牙/吋范围的20种标准规格的英制螺纹。4．径节螺纹加工1）径节螺纹简介米制蜗杆：m=D/Z径节螺纹：DP=Z/D（模数的倒数）。径节螺纹主要用于同英制蜗轮相配合，即为英制蜗杆，其标准参数为径节，用DP表示，其定义为：对于英制蜗轮，将其总齿数折算到每一英寸分度圆直径上所得的齿数值，称为径节。DP也是按分段等差数列的规律排列。

2）导程换算每齿的直径长度：D/Z=1/DP（吋/齿）PDP=25.4π/DP（mm）；SDP=kPDP=25.4πK/DP=1主轴×

u0×u×Pl

传动链的传动比要解决DP在分母上，以及“25.4”、“π”因子问题。3）措施（1）应用挂轮解决“π”：（2）英制螺纹加工传动路线解决DP在分母上、以及“25.4”因子问题。

其中：4）运动平衡式简化得：DP=7K

u基/u倍通过上式可计算出DP=7~96牙/吋范围的24种标准规格的径节螺纹。5．归纳CA6140型卧式车床可加工四种类型的螺纹；传动链中，解决“π”靠挂轮；解决米制与英制螺纹的换算，靠改变传动路线。在车床进给箱中有一个米制与英制转换操纵手柄，操纵该手柄同时改变M3和轴ⅩV上滑移齿轮Z25的位置。6．车非标准和较精密螺纹思路：减少传动误差；不再利用u基、u倍。1）措施（1）把M3、M4、M5合上，缩短传动链；（2）采用挂轮变换传动比。2）运动平衡方程式：简化得换置公式：三、纵向和横向进给传动链纵向和横向进给运动通过光杠传动，各有64种进给量。1．两端件及计算位移主轴转1转——刀架纵向（或横向）移动f纵（或f横）

2．传动路线分析1）纵向进给传动链（1）常用进给量由经光杠ⅩⅩ传动，在溜板箱的主要结构有：超越离合器M9，安全离合器M8，双向牙嵌式离合器M6，接通和选择纵向进给方向；CA6140型卧式车床机动进给传动系统图传动路线：主轴Ⅵ—正常螺距机构（58/58）—33/33——（米制螺纹路线）—ⅩVII—28/56—ⅩIⅩ--—M6（超越离合器）—M7（安全离合器）—XXI---（横向双向离合器）M8-----ⅩⅫ—ⅩⅩⅢ--（横向进给）（纵向双向离合器）M9—ⅩⅩⅣ—ⅩⅩⅤ—刀架（纵向进给）进给量级数：Z=8×4=32运动平衡式：简化后得：f纵=0.71u基u倍

可获得的进给量范围：

f纵=0.08~1.22mm/r，共计32种进给量。（2）较大进给量传动路线：主轴Ⅵ—正常螺距机构—英制螺纹路线—u倍（=1）可获得：f纵=0.86~1.59mm/r，共计8种进给量。（3）加大进给量传动路线：主轴—扩大螺距机构—英制螺纹路线；且主轴转速范围：n主=10~125r/min(主轴在低速路线）可获得：f纵=1.71~6.33mm/r，共计16种进给量。加大进给量主要用于宽刃刀精车或强力切削。（4）细进给量传动路线：主轴—扩大螺距机构—米制螺纹路线—u倍（1/8）；且主轴转速n主=450~1400r/min（主轴在高速路线）可获得：f纵=0.028~0.054mm/r，共计8种进给量。主要用于有色金属高速精细车。2）横向进给传动链通过M7传至横向丝杠，由传动比分析可得：

f横=0.5f纵同样，横向进给也具有常用、较大、加大和细进给量共64级。五、刀架纵向、横向快速移动传动链由溜板箱内的快速电动机（0.25kW，2800r/min）传动。因轴ⅩX与超越离合器的星轮相联接，当星轮的转速超过其外端的空套齿轮时，自动脱开进给传动。传动路线：快速电机—13/29—ⅩX—4/29—纵向(或横向)当按下进给操作手柄顶上按钮时，刀架快速运动。当松开进给操作手柄顶上按钮时，快速电动机停转，超越离合器自动接合，刀架恢复进给运动。本节内容第一部分：车床的用途、运动和分类第二部分：CA6140卧式车床工艺范围、布局第三部分：CA6140型卧式车床的传动系统第四部分：CA6140型卧式车床的主要结构第四部分：CA6140型卧式车床的主要结构一、四种离合器1、超越离合器2、安全离合器3、摩擦式离合器4、牙嵌式离合器1、超越离合器M6结构原理26、星形体29、滚子32、顶销33、弹簧3．安全离合器用于进给时的过载或偶然事故时的机床保护。1）结构组成安全离合器的左半部25、右半部24；弹簧23；弹簧座31；拉杆30；调整螺母28等。2）工作原理安全离合器结合面为螺旋形端面齿，传递力矩的同时也产生轴向力。载荷增大时其轴向力也增大，当轴向大于弹簧弹力，左右分离，进给运动传动路线被切断。3）最大进给力的调整转动调整螺母28—拉杆30改变轴向位置—改变弹簧压缩量—改变离合器可承受的进给力。3、双向片式摩擦离合器工作原理：在压套轴向力的作用下，利用内、外磨擦片之间端面磨擦力传通扭矩。摩擦力的调整：转动压套上螺母9，使之相对于压套作少量的轴向位移，即改变了螺母端面与磨擦片的距离，达到调整压紧力的作用。调整要求：结合时能传递额定载荷不打滑，压套处在中间位置时左右磨擦片均能完全松开，且温升低。组成：内外摩擦片2、3；空套齿轮1、4；压套8；销5；拉杆7；羊角形摆块6；止推片10、11等。二、传动机构

传动齿轮联接方式有：固定、空套、滑移三种形式。（1）固定和滑移联接方式齿轮在轴上的安装主要方式为：花键定心，轴肩、弹簧档圈、隔套、轴承内圈、或半圆环轴向定位。例：轴Ⅱ上的齿轮9、10、13，由左边卡在轴的环槽中的两个半圆轴环，以及中间隔套11、右边的圆锥滚子轴承内圈端面固定其轴向位置。（2）空套齿轮的联接方式采用滚动轴承、铜套减少零件的磨损。例：轴Ⅰ上的空套齿轮5、6装有滚动轴承；轴Ⅵ上的齿轮Z58、轴Ⅷ齿轮装有铜套。为了润滑，轮毂上钻有油孔。低速路线上的齿轮Z58，采用斜齿圆柱齿轮传动，有利于提高主轴传动的平稳性。三、主轴组件主轴组件由主轴、支承、主轴上的传动件、润滑及密封件等组成。主轴与传动轴相同之处：都要传递运动和动力，并保证能正常运转。主轴与传动轴不同之处：主轴是执行件。不仅传递运动和动力，还通过卡盘等夹持工件，带动其旋转，并承受切削力等载荷，要确保工件的加工精度和表面粗糙度。因此，要求主轴组件要有一定的旋转精度、刚度、抗振性，并且要求热变形小，能长期保持其旋转精度。2．主轴组件2）主轴1、为空心阶梯轴结构。内孔用于通过棒料、液压或气动卡盘等机动夹紧机构的传动杆。内孔直径越大，可通过的棒料直径就越大，其工艺范围也增大；前端内孔为精密6＃莫氏锥孔，用于安装顶尖或心轴；2．主轴组件主轴前端外圆处用来安装卡盘、拨盘或其它夹具。CA6140型卧式车床的前端以短锥和轴肩端面定位，通过4个螺栓对卡盘或拨盘锁紧。圆柱形端面键传递转矩。2）主轴长锥带键式结构用螺母10将卡盘座锁紧。特点是：定心精度高，锁紧可靠，装卸卡盘方便。但悬伸长度长，刚性不高。螺纹圆柱式结构圆柱面和轴肩定位，螺纹锁紧。特点是：结构简单，装卸方便。但定心精度低、主轴的悬伸长度较长，联接刚度也低。只能承受主轴正转的切削力，若主轴正转迅速制动、或反转时，卡盘有自动脱开危险。主轴上专门装了防松压爪12。2）主轴相比较，短锥法兰结构具有悬伸长度短、定心精度高、联接刚度好、装卸卡盘方便等特点。但要保证卡盘定位时，锥面和轴肩端面均接触，要求主轴及卡盘座的制造精度很高。因此工艺性略差。短锥法兰D型结构，采用偏心销锁紧，具有更短的悬伸长度、联接刚度和平衡性，但由于结构较复杂，主要用于数控车床或高速精密车床的主轴上。3）主轴组件的润滑与密封油泵连续供油润滑；油沟式非接触密封，油沟为锯齿形环槽。回油通过轴承端盖上的环槽和箱体上的孔流回油池。

2．主轴组件4）主轴组件的特点：（1）径向为两支承，支承结构较简单；（2）因采用双列短圆柱滚子轴承、推力球轴承，具有较高的承载能力和