車床的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1、車床的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析姓名:唐一琛 學(xué)號(hào)：201279250413班級(jí)：機(jī)電3班摘要：普通車床在現(xiàn)代機(jī)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(duì)普通車床系統(tǒng)的方案分析和車床各個(gè)子系統(tǒng)的分析，其中子系統(tǒng)分析又包括普通車床的動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)分析。近年來(lái)我國(guó)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(gè)體企業(yè)中也普遍開(kāi)始使用。正文：車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床，主要用于加工軸、盤(pán)、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件。在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。它是機(jī)械制造和修配工廠中

2、使用最廣的一類機(jī)床。銑床和鉆床等旋轉(zhuǎn)加工的機(jī)械都是從車床引伸出來(lái)的，普通機(jī)床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)化，精密機(jī)械與測(cè)量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應(yīng)用，生產(chǎn)了機(jī)電一體化的新型機(jī)床一一數(shù)控機(jī)床。普通車床是車床中應(yīng)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(jìn)給箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、絲杠和床身。按其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能角度看主要包括動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱和控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)。普通車床子系統(tǒng)的分析，包括動(dòng)力系統(tǒng)分析、執(zhí)行系統(tǒng)分析、操縱和控制系分析、傳動(dòng)系統(tǒng)分析。普通車床的動(dòng)力系統(tǒng)包括了動(dòng)力機(jī)及其配套裝置，它是車

3、床工作的動(dòng)力源。在普通車床中以三相異步電動(dòng)機(jī)作為車床的動(dòng)力源是最為普遍的。因?yàn)檐嚧惨话闶欠胖迷谑覂?nèi)工作的，使用環(huán)境良好，電能容易獲??；而且電動(dòng)機(jī)與其他動(dòng)力機(jī)相比，它具有較高的驅(qū)動(dòng)效率，且其種類和型號(hào)較多，與工作機(jī)械連接方便，具有良好的調(diào)速、啟動(dòng)、制動(dòng)和反向控制性能。三相異步電動(dòng)機(jī)額定功率要大于車床工作時(shí)需要的最大功率；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩要大于車削時(shí)所受的最大工作轉(zhuǎn)矩。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性不能滿足機(jī)械工作要求時(shí)，常采用改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)以改變其機(jī)械特性，使電機(jī)的人為機(jī)械特性滿足機(jī)械的工作要求。執(zhí)行系統(tǒng)的作用是把傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力進(jìn)行必要的變換，以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。普通車床的執(zhí)

4、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(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)刀架的橫向和縱向位移來(lái)控制刀具與旋轉(zhuǎn)工件的接觸量的大小，來(lái)切削工件，使工件被切削成預(yù)期的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行功能。由于刀具與旋轉(zhuǎn)工件在接觸瞬間會(huì)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(duì)刀具和刀架以及對(duì)車床的操作人員有很高的技術(shù)要求。操縱和控制系統(tǒng)都是為了使動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)彼此間協(xié)調(diào)運(yùn)行，并準(zhǔn)確可靠地完成整機(jī)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(jìn)給箱,溜板箱上面的手柄以及溜板箱上面的開(kāi)合螺母.主要功能是實(shí)現(xiàn)1、對(duì)車床整機(jī)的開(kāi)啟、關(guān)閉的操縱控制；2、對(duì)主軸轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向的操縱控制；3、對(duì)刀具進(jìn)給的

5、操縱控制等。對(duì)整機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉是通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的；對(duì)主軸轉(zhuǎn)速的控制，可以通過(guò)撥動(dòng)變速箱外的操作桿來(lái)改變主軸箱內(nèi)齒輪的脫離和粘合來(lái)改變主軸的轉(zhuǎn)速，注意，主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)必須在主機(jī)停止時(shí)才可調(diào)節(jié)；對(duì)刀具的進(jìn)給是靠旋轉(zhuǎn)大小托盤(pán)上的手輪來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的。傳動(dòng)系統(tǒng)是把動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)的中間裝置。普通車床的傳動(dòng)主要有皮帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，蝸桿傳動(dòng)，齒條傳動(dòng)和絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)，它們的主要功能有1、減速或增速：把動(dòng)力機(jī)的速度降低或增高，以適應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)工作的需要;2、改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律或形式：主要是改變運(yùn)動(dòng)方向，以滿足執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求；3、傳遞動(dòng)力：把動(dòng)力機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)，供給執(zhí)行系統(tǒng)完成完

6、成預(yù)定任務(wù)所需的功率、轉(zhuǎn)矩和力。普通車床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要可以分為主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是把車床電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)皮帶傳動(dòng)傳給主軸,使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng).主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)路線是電動(dòng)機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸器與變速箱中的軸I相連.移動(dòng)軸I上的雙聯(lián)齒輪和軸III上的三聯(lián)齒輪,可使變速箱輸出軸得到6種轉(zhuǎn)速.軸通過(guò)傳動(dòng)比一定的三角膠帶傳動(dòng),將它的6種轉(zhuǎn)速傳給床頭箱帶輪軸套.軸套的運(yùn)動(dòng)又分兩路傳到主軸上,其中,一種是通過(guò)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(guò)齒和將運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)軸V傳給主軸,又使主軸獲得較低的6種轉(zhuǎn)速.這樣,主軸可得到12種轉(zhuǎn)速。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)是使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向運(yùn)

7、動(dòng)的傳動(dòng)鏈.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源也是電動(dòng)機(jī).運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈到主軸再經(jīng)過(guò)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)傳到刀架,使刀架帶動(dòng)車刀實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)的縱向和橫向進(jìn)給。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)的傳動(dòng)路線(如圖)是主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)滑動(dòng)齒輪變向機(jī)構(gòu)(改變進(jìn)給方向的機(jī)構(gòu))傳給軸。軸經(jīng)過(guò)齒輪29/58和交換齒輪a/bc/d將運(yùn)動(dòng)傳給進(jìn)給箱中的軸，軸的運(yùn)動(dòng)又分別通過(guò)齒輪27/58、30/48、26/52、21/24、27/36傳給軸。軸再通過(guò)增倍機(jī)構(gòu)(用以擴(kuò)大加工螺距范圍的機(jī)構(gòu))，將運(yùn)動(dòng)傳給軸。軸的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪39/39傳給軸X 。軸X 通過(guò)安全聯(lián)軸器與光杠連接，使光杠轉(zhuǎn)動(dòng)。光杠的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)比為2/45的蝸桿蝸輪副傳進(jìn)溜板箱。軸X 的

8、運(yùn)動(dòng)可分兩路傳到刀架。一路是當(dāng)接通溜板箱左邊的摩擦離合器M左時(shí)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)齒輪24/6025/55傳給軸X ，帶動(dòng)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(dòng)，即帶動(dòng)溜板箱、拖板及刀架作縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。另一路是當(dāng)接通溜板箱右邊的摩擦離合器M右時(shí)，運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪38/4747/13傳給中拖板上螺距P=4 mm的絲杠，通過(guò)固定 在橫溜板上的螺母，使刀架作橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在普通車床上，還可以車螺紋。車螺紋運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)路線，在軸上Z為39的齒輪與軸上Z為39齒輪脫開(kāi)，面與軸上Z為39齒輪嚙合，那么軸的運(yùn)動(dòng)便傳給軸，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(kāi)合螺母配合

9、，因此，當(dāng)合上開(kāi)合螺母后，絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就變成溜板箱的移動(dòng)。通過(guò)進(jìn)給箱中的滑動(dòng)齒輪和增倍機(jī)構(gòu)，以及7組不同傳動(dòng)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(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)剛度，除了加強(qiáng)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(gòu)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?cè)谑芰蟮倪^(guò)量變形，都會(huì)給進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度帶來(lái)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(yīng)保證孔對(duì)端面的垂直度，螺母座應(yīng)增加適當(dāng)?shù)睦甙澹⒓哟舐菽缸蜋C(jī)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(gòu)的剛度不足，會(huì)使?jié)L珠絲杠

10、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(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承及其支承方式是十分重要的。數(shù)控車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，尤其是輪廓控制的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，必須對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的位置和運(yùn)動(dòng)的速度兩個(gè)方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，與普通機(jī)床相比，要求其進(jìn)給系統(tǒng)有較高的定位精度和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。一個(gè)典型數(shù)控機(jī)床閉環(huán)控制的進(jìn)給系統(tǒng)，通常由位置比較放大單元、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置及檢測(cè)反饋元件等幾部分組成。這里所說(shuō)的機(jī)械傳動(dòng)裝置是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈，包括減速裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)變移動(dòng)的絲杠螺母副及導(dǎo)向元件等等。為確保數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和工

11、作的穩(wěn)定性，對(duì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)總的要求是消除間隙，減少摩擦，減少運(yùn)動(dòng)慣量，提高傳動(dòng)精度和剛度。另外，進(jìn)給系統(tǒng)的負(fù)載變化較大，響應(yīng)特性要求很高，故對(duì)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(jī)床一般采用低摩擦的傳動(dòng)副，如減摩滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌及靜壓導(dǎo)軌、滾珠絲杠等；保證傳動(dòng)元件的加工精度，采用合理的預(yù)緊、合理的支承形式以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度；選用最佳降速比，以提高機(jī)床的分辨率，并使系統(tǒng)折算到驅(qū)動(dòng)軸上的慣量減少；盡量消除傳動(dòng)間隙，減少反向死區(qū)誤差，提高位移精度等。提高機(jī)床數(shù)控化效率有兩個(gè)途徑：一是購(gòu)買新的數(shù)控機(jī)床；二是對(duì)舊的機(jī)床進(jìn)行改造而對(duì)于一個(gè)機(jī)床擁有量大，經(jīng)濟(jì)財(cái)力又不足的發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，采

12、用舊機(jī)床改造來(lái)提高設(shè)備的先進(jìn)性和數(shù)控化率是一個(gè)極其有效和使用的途徑，采用第二中方法有以下的優(yōu)點(diǎn)： 減少了投資和交貨的期限。同購(gòu)置新的數(shù)控機(jī)床相比，一般可以節(jié)省60%到80%的費(fèi)用，改造的費(fèi)用大大減低。 機(jī)械的穩(wěn)定性可靠。機(jī)床的床身，立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄鐵構(gòu)件，而鑄件越久自然失效充分，內(nèi)應(yīng)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(huì)資源，又減少了鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染。 熟悉了解設(shè)備結(jié)構(gòu)性能，便于操作維修，購(gòu)買的新設(shè)備，事先很難前面了解機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能，以至很難預(yù)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(duì)數(shù)控機(jī)床在使用和維修方面的培訓(xùn)時(shí)間，機(jī)床一

13、旦改裝完成，很快就可以投入使用，見(jiàn)效較快。 可以充分利用現(xiàn)有的條件?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有的地基，不必像購(gòu)新機(jī)時(shí)重新構(gòu)筑新基，同時(shí)工夾具、樣板和外設(shè)備也可以在利用。 可更好的因地制宜合理篩選功能。購(gòu)買現(xiàn)成的通用型機(jī)床，往往對(duì)一個(gè)具體的生產(chǎn)加工有一些多余的功能，又可能缺少某一個(gè)專用的特殊功能，如向機(jī)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(fèi)用大，交貨的日期又長(zhǎng)。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(shè)計(jì)改造成專用的數(shù)控機(jī)床。可及時(shí)采用最新技術(shù)，充分利用社會(huì)資源。由于技術(shù)進(jìn)步和我國(guó)機(jī)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(jī)床方面的改造 ，如隨意采購(gòu)各種尺寸的滾珠絲杠副，且交貨期短；采用貼塑導(dǎo)軌新技術(shù)，可使傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)降低五至十幾倍來(lái)防止爬行，還可以使得刮研極容易，等等例子說(shuō)明有一大批社會(huì)資源，可根據(jù)技術(shù)更新的發(fā)展速度，及時(shí)地采用最新技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率，提高設(shè)備質(zhì)量和檔次，將舊機(jī)場(chǎng)改造成當(dāng)今水平的機(jī)床。結(jié)論：普通車床的動(dòng)力系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)，操縱和控制系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)組成了車床的有機(jī)整體，任何一部分的缺失或是失效，車床都將不能實(shí)現(xiàn)其功能，只有在這四個(gè)