車床的機械系統(tǒng)設計分析

1、車床的機械系統(tǒng)設計分析姓名:唐一琛學號：201279250413 班級：機電3班摘要：普通車床在現(xiàn)代機械制造業(yè)中占著不可忽視的重要地位。普通車床的系統(tǒng)分析，包括對普通車床系統(tǒng)的方案分析和車床各個子系統(tǒng) 的分析，其中子系統(tǒng)分析又包括普通車床的動力系統(tǒng)分析、執(zhí)行系統(tǒng) 分析、操縱和控制系統(tǒng)分析、傳動系統(tǒng)分析。近年來我國企業(yè)的車床 占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體 企業(yè)中也普遍開始使用。正文：車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進行車削加工的機床，主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件。在車床上還可用鉆頭、 擴孔鉆、較刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。它是機械 制造

2、和修配工廠中使用最廣的一類機床。銃床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機 械都是從車床引伸出來的，普通機床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。 隨著 電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發(fā)展與綜 合應用，生產(chǎn)了機電一體化的新型機床一一數(shù)控機床。普通車床是車床中應用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的 65%因其主軸以水平方 式放置故稱為臥式車床。普通車床的主要組成部件有：主軸箱、進給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。按其實現(xiàn)系統(tǒng)功能角 度看主要包括動力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)普通車床子系統(tǒng)的分析，包括動力系統(tǒng)分析、執(zhí)行系統(tǒng)分析、操 縱和控制系分析、傳動系統(tǒng)分析。普通車床的動力系統(tǒng)包括了動

3、力機 及其配套裝置，它是車床工作的動力源。在普通車床中以三相異步電 動機作為車床的動力源是最為普遍的。因為車床一般是放置在室內(nèi)工 作的，使用環(huán)境良好，電能容易獲??；而且電動機與其他動力機相比， 它具有較高的驅(qū)動效率，且其種類和型號較多，與工作機械連接方便， 具有良好的調(diào)速、啟動、制動和反向控制性能。三相異步電動機額定 功率要大于車床工作時需要的最大功率；電機的額定轉(zhuǎn)矩要大于車削 時所受的最大工作轉(zhuǎn)矩。當三相異步電動機的固有機械特性不能滿足 機械工作要求時，常采用改變電動機的某些參數(shù)以改變其機械特性， 使電機的人為機械特性滿足機械的工作要求。執(zhí)行系統(tǒng)的作用是把傳動系統(tǒng)傳遞過來的運動和動力進行必要

4、 的變換，以滿足執(zhí)行機構的要求。普通車床的執(zhí)行系統(tǒng)包括刀具和刀架，它的工作原理是，在工件旋轉(zhuǎn)時，通過調(diào)節(jié)刀架的橫向和縱向位 移來控制刀具與旋轉(zhuǎn)工件的接觸量的大小， 來切削工件，使工件被切 削成預期的形狀來實現(xiàn)執(zhí)行功能。由于刀具與旋轉(zhuǎn)工件在接觸瞬間會 產(chǎn)生很大的沖擊載荷，容易折毀刀具，所以執(zhí)行系統(tǒng)中對刀具和刀架 以及對車床的操作人員有很高的技術要求。操縱和控制系統(tǒng)都是為了使動力系統(tǒng)、 傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此 間協(xié)調(diào)運行，并準確可靠地完成整機功能的裝置。 普通車床的操縱和 控制系統(tǒng)的組成是包括變速箱，主軸箱,進給箱，溜板箱上面的手柄以 及溜板箱上面的開合螺母.主要功能是實現(xiàn)1、對車床整機的開啟、關

5、 閉的操縱控制；2、對主軸轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向的操縱控制；3、對刀具進給 的操縱控制等。對整機的開啟和關閉是通過電源開關的通斷來實現(xiàn) 的；對主軸轉(zhuǎn)速的控制，可以通過撥動變速箱外的操作桿來改變主軸 箱內(nèi)齒輪的脫離和粘合來改變主軸的轉(zhuǎn)速， 注意，主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時必 須在主機停止時才可調(diào)節(jié)；對刀具的進給是靠旋轉(zhuǎn)大小托盤上的手輪 來進行調(diào)節(jié)的。傳動系統(tǒng)是把動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置。 普通車床的傳動主要有皮帶傳動， 齒輪傳動，蝸桿傳動，齒條傳動和 絲桿螺母傳動，它們的主要功能有1、減速或增速：把動力機的速度 降低或增高，以適應執(zhí)行系統(tǒng)工作的需要 2改變運動規(guī)律或形式： 主要是改變運動方向，以滿足

6、執(zhí)行系統(tǒng)的運動要求；3、傳遞動力：把動力機輸出的動力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)，供給執(zhí)行系統(tǒng)完成完成預定任 務所需的功率、轉(zhuǎn)矩和力。普通車床的傳動系統(tǒng)主要可以分為主運動傳動和進給運動傳動。主運動傳動是把車床電動機的運動通過皮帶傳動傳給主軸，使主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)主運動.主運動傳動路線是電動機軸通過聯(lián)軸器 與變速箱中的軸I相連.移動軸I上的雙聯(lián)齒輪和軸III上的三聯(lián)齒輪， 可使變速箱輸出軸田得到 6種轉(zhuǎn)速.軸田通過傳動比一定的三角膠帶 傳動,將它的6種轉(zhuǎn)速傳給床頭箱帶輪軸套.軸套IV的運動又分兩路傳 到主軸VI上，其中，一種是通過內(nèi)齒輪聯(lián)軸器 Ml直接傳到主軸，使主軸 得到6種較高的轉(zhuǎn)速；另一路是經(jīng)過齒和將

7、運動經(jīng)過軸 V傳給主軸，又 使主軸獲得較低的6種轉(zhuǎn)速.這樣，主軸VI可得到12種轉(zhuǎn)速。進給運動傳動是使刀架實現(xiàn)縱向或橫向運動的傳動鏈.進給運動 的動力源也是電動機.運動由主電動機經(jīng)過主運動傳動鏈到主軸再經(jīng) 過進給運動傳動傳到刀架，使刀架帶動車刀實現(xiàn)機動的縱向和橫向進 £口。進給運動傳動的傳動路線（如圖）是主軸的旋轉(zhuǎn)運動通過滑動齒 輪變向機構（改變進給方向的機構）傳給軸即。軸即經(jīng)過齒輪29/58和 交換齒輪a/bc/d將運動傳給進給箱中的軸XI,軸XI的運動又分別通 過齒輪27/58、30/48、26/52、21/24、27/36傳給軸即。軸即再通過 增倍機構（用以擴大加工螺距范圍的機

8、構），將運動傳給軸叫。軸卯的 運動經(jīng)齒輪39/39傳給軸X IV。軸X IV通過安全聯(lián)軸器與光杠連接， 使光杠轉(zhuǎn)動。光杠的運動，通過傳動比為2/45的蝸桿蝸輪副傳進溜板箱。軸X VI的運動可分兩路傳到刀架。一路是當接通溜板箱左邊的摩擦離合器M左時，運動經(jīng)過齒輪24/60 25/55傳給軸X嘰帶動 該軸上齒數(shù)Z=14的小齒輪旋轉(zhuǎn)。由于與小齒輪嚙合的齒條是固定在 床身上的，所以小齒輪轉(zhuǎn)動，即帶動溜板箱、拖板及刀架作縱向進給 運動。另一路是當接通溜板箱右邊的摩擦離合器 M右時，運動經(jīng)齒輪 38/47 47/13傳給中拖板上螺距P=4 mm的絲杠，通過固定 在橫溜 板上的螺母，使刀架作橫向進給運動。在

9、普通車床上，還可以車螺紋。車螺紋運動的傳動路線，在軸X 田上Z為39的齒輪與軸XIV上 Z為39齒輪脫開，面與軸XV上 Z 為39齒輪嚙合，那么軸Xm的運動便傳給軸X V ,再經(jīng)安全聯(lián)軸器 傳給絲杠。絲杠與固定在溜板箱上的開合螺母配合， 因此，當合上開 合螺母后，絲杠的旋轉(zhuǎn)運動就變成溜板箱的移動。 通過進給箱中的滑 動齒輪和增倍機構，以及7組不同傳動比的交換齒輪，可以車出各種 不同螺距的螺紋。數(shù)控車床的進給系統(tǒng)要獲得較高的傳動剛度，除了加強滾珠絲杠 螺母本身的剛度外，滾珠絲杠的正確安裝及其支承的結(jié)構剛度也是不 可忽視的因素。螺母座、絲杠端部的軸承及其支承加工的不精確性和 它們在受力后的過量變形

10、，都會給進給系統(tǒng)的傳動剛度帶來影響。 因 此，螺母座的孔與螺母之間必須保持良好的配合， 并應保證孔對端面 的垂直度，螺母座應增加適當?shù)睦甙?，并加大螺母座和機床結(jié)合部件 的面積，以提高螺母座的局部剛度和接觸剛度。滾珠絲杠的不正確及 支承結(jié)構的剛度不足，會使?jié)L珠絲杠的壽命大大下降。因此要注意軸 承的選用和組合，尤其是軸向剛度要求較高，為了提高支承的軸向剛度，選擇適當?shù)臐L動軸承及其支承方式是十分重要的。數(shù)控車床進給運動系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進給運動系統(tǒng)，必須 對進給運動的位置和運動的速度兩個方面同時實現(xiàn)自動控制，與普通機床相比，要求其進給系統(tǒng)有較高的定位精度和良好的動態(tài)響應特 性。一個典型數(shù)控機床閉

11、環(huán)控制的進給系統(tǒng)， 通常由位置比較放大單 元、驅(qū)動單元、機械傳動裝置及檢測反饋元件等幾部分組成。這里所說的機械傳動裝置是指將驅(qū)動源的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_直線運動的 整個機械傳動鏈，包括減速裝置、轉(zhuǎn)動變移動的絲杠螺母副及導向元 件等等。為確保數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度、 靈敏度和工作的穩(wěn)定 性，對機械部分設計總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運動慣量， 提高傳動精度和剛度。另外，進給系統(tǒng)的負載變化較大，響應特性要 求很高，故對剛度、慣量匹配都有很高的要求。為了滿足上述要求，數(shù)控機床一般采用低摩擦的傳動副，如減摩 滑動導軌、滾動導軌及靜壓導軌、滾珠絲杠等；保證傳動元件的加工 精度，采用合理的預緊、合

12、理的支承形式以提高傳動系統(tǒng)的剛度； 選 用最佳降速比，以提高機床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅(qū)動軸上的慣 量減少；盡量消除傳動間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。提高機床數(shù)控化效率有兩個途徑： 一是購買新的數(shù)控機床；二是 對舊的機床進行改造而對于一個機床擁有量大， 經(jīng)濟財力又不足的發(fā) 展中國家來說，采用舊機床改造來提高設備的先進性和數(shù)控化率是一 個極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點：減少了投資和交貨的期限。同購置新的數(shù)控機床相比，一般可以 節(jié)省60%U 80%勺費用，改造的費用大大減低。機械的穩(wěn)定性可靠。機床的床身，立柱等基礎件都是重而堅固的 鑄鐵構件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)

13、應力的消除使得比新的鑄件 更穩(wěn)定，這些鑄件的使用又可以節(jié)約社會資源， 又減少了鑄鐵件生產(chǎn) 時對環(huán)境的污染。熟悉了解設備結(jié)構性能，便于操作維修，購買的新設備，事先很 難前面了解機床的結(jié)構性能，以至很難預算是否完全適合加工要求， 而改造則完全可以避免這種情況，并且大大縮短了對數(shù)控機床在使用 和維修方面的培訓時間，機床一旦改裝完成，很快就可以投入使用， 見效較快?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有的條件?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有的地基，不必像購 新機時重新構筑新基，同時工夾具、樣板和外設備也可以在利用?？筛玫囊虻刂埔撕侠砗Y選功能。 購買現(xiàn)成的通用型機床，往往 對一個具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能， 又可能缺少某一個專用的

14、特殊功能，如向機床制造廠提出特殊定貨要求，增加某些特殊的加工 要求，往往費用大，交貨的日期又長。而采用改造方案就可以根據(jù)生 產(chǎn)加工要求，采用組合的方法再某些部件設計改造成專用的數(shù)控機 床?？杉皶r采用最新技術，充分利用社會資源。由于技術進步和我國 機床功能部件專業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，目前已有眾多的疏忽資源支持機床 方面的改造，如隨意采購各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導軌新技術，可使傳統(tǒng)的滑動導軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍 來防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說明有一大批社會資 源，可根據(jù)技術更新的發(fā)展速度，及時地采用最新技術來提高生產(chǎn)設 備的自動化水平和效率，提高設備質(zhì)量和檔次，將舊機場改造成當今 水平的機床。結(jié)論：普通車床的動力系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)，操縱和控制系統(tǒng)，傳動 系統(tǒng)組成了車床的有機整體，任何一部分的缺失或是失效，車床都將 不能實現(xiàn)其功能，只