臥式車床機電傳動與控制

1、第1章CA6140臥式車床機電傳動與控制本章要點CA6140 臥式車床電氣控制的實現(xiàn)。CA6140 臥式車床主軸箱機械傳動的實現(xiàn)。技能目標熟知各電氣元件在控制電路中的作用。會設計車床電氣控制柜。會進行車床電氣故障的診斷與維修。會拆卸、清洗、組裝主軸箱。項目案例導入CA6140 臥式車床是典型的機加工設備之一，它可以實現(xiàn)多種轉(zhuǎn)速的輸出，可以車削內(nèi)外圓 柱面、圓錐面、環(huán)形槽、回轉(zhuǎn)體成形面和各種螺紋，還可以進行鉆中心孔、鉆孔、擴孔、 鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。那么 CA6140 臥式車床怎樣實現(xiàn)其機械運動呢？又 通過怎樣的電氣電路來進行運動控制呢？下面我們通過本章的項目逐步進行剖析。1.1

2、CA6140 臥式車床機電傳動與控制項目說明項目目的 掌握各電氣元件在控制電路中的作用。 掌握車床電氣故障的診斷及維修方法與技巧。掌握主軸箱結(jié)構(gòu)。掌握設計電氣控制柜的基本思路和設計要點。項目條件能拆卸和組裝的CA6140臥式車床裸機。與CA6140臥式車床配套的電氣控制柜或?qū)嶒炿姎饪刂乒?。項目?nèi)容及要求 根據(jù)所學知識，首先進行電氣控制柜的設計，然后制作電氣控制柜，實現(xiàn)電氣控制柜與機 床的對接，并調(diào)試成功。1.2 基礎知識CA6140 臥式車床是機械制造業(yè)中削機床的裝備之一，車床的運動部分決定了 車削加工功 能的實現(xiàn)。車床的運動部分包括三個本部分：執(zhí)行件、運動源和傳動裝置。執(zhí)行件是車床 運動的執(zhí)

3、行部件，其作用是帶動工件和刀具，使之完成一定形式的運動并保 持正確的軌 跡，如車床主軸、刀架等；運動源是車床運動的來源，它向運動部分提供動力，如交流電 動機；傳動裝置是傳遞運動和動力的裝置，它把運動源的運動和動力傳給執(zhí)行件，并完成 運動形式、方向、速度的轉(zhuǎn)換等工作，從而在運動源和執(zhí)行件之間建立起運動聯(lián)系，使執(zhí) 行件獲得一定的運動，如車床主軸箱。CA6140 臥式車床的機械結(jié)構(gòu)CA6140臥式車床的主要結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，主要由床身、主軸變速箱（主軸箱）、掛輪箱、 進給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾座、光杠和絲杠等部分組成。圖 1-1 CA6140 臥式車床結(jié)構(gòu)示意圖1主軸箱 2 掛輪箱 3主軸變速

4、箱 4溜板與刀架 5尾座 6絲杠7光杠 8床身9 溜板箱 1.主軸箱CA6140 臥式車床的主軸箱是一個比較復雜的運動部件，它包括箱體、主軸部件、傳動機構(gòu)、 操縱機構(gòu)、換向裝置、制動裝置和潤滑裝置等。其功用在于支承主軸部件和傳遞運動，如 圖 1-2 所示。1）主軸部件 主軸部件是主軸箱最重要的部分，由主軸、主軸軸承和主軸上的傳動件、密封件等組成。圖 1-2 CA6140 臥式車床主軸箱部件圖1花鍵套2帶輪 3法蘭 4主軸箱體 5鋼球 6.10齒輪7銷8、9螺母 11滑套 12羊角擺塊；13制動盤；14制動帶； 15齒條；16拉桿；17撥叉；18扇形齒輪；19 一鍵S12-7 CA614&8臥式

5、車床主軸箱展開圖I帶輪花轉(zhuǎn)善d-甜 4-箱體5-M齒輪6-推壞7-M紅亡一悄子9內(nèi)嵐提片10外倉聲片11、閒一調(diào)醒漏歸D. 22-itSl-W l九為一牠桿1G鄆普崔垃審門一崩卑齒板18 齒條輛W-彈賁倒歸汕,披墾21朮簾張擺決 冷一制動輪 乩如51-援暫 為一連接決27. 57. C. b?-#鴨一掛圈30, 45- 31鶴蓋捋一醐節(jié)鴨桂33亠神讀3一翻動杠懺節(jié)一捕動潸 賢一堀球37卡把 砧一偏心凸耙祖一菌心塊41垂玄璃4i, 4tl, + 4(j-i 47-ffHS (卜三聯(lián)播陽齒屜49-E1和，53-師串毎誅衛(wèi)一軸錄葢 口刊一甜*腎一丘軸肅刊一中間輸況和一亂列舟接抹紬喘缸一前抽宜礙一導啟

6、貓66彌節(jié)裂臥主軸前端可安裝卡盤，用以夾持工件，并由其帶動旋轉(zhuǎn)。主軸的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗振性 等對工件的加工精度和表面粗糙度有直接影響，因此對主軸部件的要求較高。CA6140 臥式車床的主軸是一個空心階梯軸，其內(nèi)孔用于通過棒料或卸下頂尖時所用 的鐵 棒，也可用通過氣動、液壓或電動夾緊驅(qū)動裝置的傳動桿。主軸前端有精密的莫氏 6 號錐 孔，用來安裝頂尖或心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工件轉(zhuǎn)動。主軸后端的 錐孔是工藝孔。主軸軸承的潤滑都是由潤滑油泵供油，潤滑油通過進油孔對軸承進行充分潤滑，并帶走軸 承運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后軸承均采用了油溝式密封裝置。主軸旋轉(zhuǎn)時， 依靠離心力的

7、作用，把經(jīng)過軸承向外流出的潤滑油甩到軸承端蓋的接油槽里，然后經(jīng)回油 孔流回主軸箱。主軸上裝有三個齒輪，前端為斜齒圓柱齒輪，可使主軸傳動平穩(wěn)，傳動時齒輪作用在 主軸上的軸向力與進給力方向相反，因此可以減少主軸前支承所承受的軸向力。主軸前端 安裝卡盤。開停、換向及制動操縱機構(gòu)CA6140 臥式車床采用雙向多片式摩秦，合器實現(xiàn)主軸的開停和換向，如圖1-3 所 示。它 由結(jié)構(gòu)相同左右兩部分組，左離合器傳動主軸正轉(zhuǎn)，右離合器傳動主軸反轉(zhuǎn)。 摩擦片有 內(nèi)外之分，且相間安裝。如果將內(nèi)外摩擦片壓緊，產(chǎn)生摩擦力，軸的運動就通過內(nèi)外摩擦 片帶動空套齒輪旋轉(zhuǎn)；反之，如果松開，軸的運動與空套齒輪的運動不相干，內(nèi)外摩擦

8、片 之間處于打滑狀態(tài)。正轉(zhuǎn)用于切削，需傳遞的扭矩較大，而反轉(zhuǎn)主要用于退刀， 所以左 離合器摩擦片數(shù)較多，而右離合器摩擦片數(shù)較少。圖 1-3 開停、換向及制動操縱機構(gòu)1 一雙聯(lián)齒輪；2齒輪；3羊角擺塊； 4滑套；5制動杠桿； 6鋼帶；7手柄； 8操縱桿； 9杠桿；10連桿；11擺桿； 12-軸；13扇形齒輪；14齒條軸15 撥叉16- 拉 桿內(nèi)外摩擦片之間的間隙可以調(diào)整，如果間隙過大，則壓不緊，摩擦片打滑，車床動力 就 顯得不足，工作時易產(chǎn)生悶車現(xiàn)象，且摩擦片易磨損；反之，如果間隙過小，啟動時費 力， 停車或換向時，摩擦片又不易脫開，嚴重時會導致摩擦片被燒壞。同時，由此也可看 出， 摩擦離合器除

9、了可傳遞動力外，還能起過載保險的作用。當機床超載時，摩擦片會打滑， 于是主軸就停止轉(zhuǎn)動，從而避免損壞機床。所以摩擦片間的壓緊力是根據(jù)離合器應傳 遞 的額定扭矩來確定的，并可用擰在壓套上的螺母4和7 來調(diào)整，如圖1-4所示。tl忙I fl-utl忙I fl-u釘5釘5用來調(diào)整制動帶6的 調(diào)整松緊要合適，使停車 速停止，而 開車時制動帶 開。圖 1 一 4 CA6140 臥式車床雙向多片離合器裝置1 一雙聯(lián)齒輪2內(nèi)摩擦片 3外摩擦片；4 、7 螺母 5套6 長銷8齒輪 9 一拉桿10滑套11 一銷軸12羊角擺塊13撥叉制動裝置制動裝置的作用是克服車床停車過程中主軸箱中各運動件的慣性，使主軸迅速停止

10、轉(zhuǎn)動 以縮短輔助時間。CA6140臥式車床采用閘帶式制動器進行制動。如圖1-5所示，調(diào)節(jié)螺 拉緊程度。 時主軸能迅 能完全松圖 1-5 CA6140 臥式車床制動裝置1 一箱體 2 齒條軸 3 杠桿支承軸 4 一杠桿 5 調(diào)節(jié)螺釘 6 制動帶7 制動輪；8制動軸六速操縱機構(gòu)如圖1-6所示，這種變速機構(gòu)，用一個手柄同時操縱傳動軸III上的雙聯(lián)滑移齒輪和三 聯(lián) 滑移齒輪。轉(zhuǎn)動操作手柄9卜通過鏈條8使軸7上的曲柄5和凸輪6轉(zhuǎn)動，曲柄5上裝 有撥銷4,在撥銷4的伸出端上裝有滾子，此縛g嵌入在撥叉3的長槽中。曲柄帶著撥銷做 偏心運動時，可帶動撥叉使傳動軸III上的滑移齒輪2作軸向位移。凸輪6的曲線槽經(jīng)

11、圓銷10通過杠桿11和撥叉12,使傳動軸廿上的雙聯(lián)滑移齒輪發(fā)生位移，即曲柄5和凸 輪 6 可以形成六種變速位置。圖 1-6 CA6140 臥式車床六速操縱機構(gòu)1 雙聯(lián)齒輪 2三聯(lián)滑移齒輪 3 撥叉 4撥銷 5 曲柄6 一凸輪 7軸8鏈條 9 一操作手柄10 圓銷 11 一枉桿12撥叉II、III 傳動軸2. 溜板箱溜板箱的作用是把絲杠或光杠傳來的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動并帶動刀架進給；控制 刀 架運動的接通、斷開和換向；機床過載時控制刀架停止進給；手動操縱刀架移動和實現(xiàn) 快 速移動。溜板箱中設有以下幾種機構(gòu)：接通絲杠傳動的開合螺母機構(gòu)；將光杠的運動傳至縱向 齒 輪齒條和橫向進給絲杠的傳動機構(gòu)；接

12、通、斷開和轉(zhuǎn)換縱、橫向進給的轉(zhuǎn)換機構(gòu)；保證 機 床工作安全的過載保險裝置和互鎖機構(gòu)；控制刀架運動的操縱機構(gòu)；改變縱、橫向機動 進 給運動方向的換向機構(gòu)；快速空行程傳動機構(gòu)?？v、橫向進給操縱機構(gòu) 如圖1-7所示為縱、橫向進給操縱機構(gòu)，它利用一個手柄集中操縱縱、橫向進給運動的 接通、斷開和換向，手柄撥動方向與刀架移動方向一致。當向左或向右撥動手柄 1 時， 手 柄座3繞銷軸2轉(zhuǎn)動，手柄座下端的開口槽通過球頭銷4使軸5做軸向移動，經(jīng)過杠桿 11 和連桿12使凸輪13轉(zhuǎn)動，凸輪上的曲線槽通過圓銷14使撥叉軸15及撥叉16作前后 移 動，進而使離合器M8發(fā)生位移，從而與軸X、xn上的任一空套齒輪嚙合，于

13、是縱向進給 運動連通，刀架相應的向左或向右移動。圖 1-7 CA6140 臥式車床縱、橫向進給操縱機構(gòu)1 手柄；2 銷軸；3手柄座；4球頭銷；5 軸 ；6 一手柄；7 軸；8 彈簧銷； 9 一球頭銷；10 一撥叉軸；11 杠桿；12 一連桿；13 凸輪；14 圓銷；15撥叉軸； 16、17撥叉；18、19 一圓銷；20杠桿；21 銷軸；22 凸輪；23軸 開合螺母機構(gòu) 開合螺母機構(gòu)如圖1-8所示，它由上下兩個半螺母4、5組成，裝在溜板箱體后壁的燕 尾 導軌中，可以上下移動。上下半螺母背面各裝有一個圓柱銷6,其伸出部分分別嵌在圓 盤 7的曲線槽中。扳動手柄1,通過軸2使得圓盤7逆時計旋轉(zhuǎn)時，曲線

14、槽使兩圓柱銷靠 近， 帶動上下螺母合攏與絲杠嚙合，刀架便由絲桿螺母經(jīng)溜板箱傳遞進給。當圓盤7順時 針 旋轉(zhuǎn)時，兩半螺母分開，與絲杠脫離嚙合，刀架停止進給。Q4-IIIGJ(町軸測圖(H)Q4-IIIGJ(町軸測圖(H)正視圖圖 1-8 CA6140 臥式車床開合螺母機構(gòu)1 一手柄2軸3 一軸承套4 一下半螺母5上半螺母6 圓柱銷7 圓盤 8 定位鋼球9 一銷釘10、 12 螺釘11 一平鑲條互鎖機構(gòu)車床工作時，為避免因操作失誤引起絲杠傳動和縱、橫向進給機構(gòu)同時接通，在溜板 箱 中設有互鎖機構(gòu)。即保證開合螺母合上時，縱、橫向進給運動不能接通?；ユi機構(gòu)通過 開 合螺母操縱軸7上的凸肩a、軸5上的球

15、頭銷與彈簧銷8、支承套24等來實現(xiàn)功能，如圖 1-9所示。當沒有互鎖時，圖1-7中手柄1可以在前、后、左、右任意位置接通相應的進 給運動。牲圖1-7中，當扳動手柄6使開合螺母合上時，軸7順時針轉(zhuǎn)過一個角度，凸 肩 a嵌入軸23的槽中，將軸23卡住，不能運動。同時，凸肩又將裝在支承套24橫向孔中 的球頭銷9壓下，使它的下端插入軸5的孔中，將軸5卡住，使得不能左右移動。即此 時， 縱、橫向進給運動都被鎖住。反之，接上縱、橫向進給運動后，側(cè)開合螺母不能合上。圖 1-9CA6140 臥式車床互鎖機構(gòu)5軸；7操縱軸；8 彈簧銷；9球頭銷；23軸；24支承套CA6140 臥式車床運動形式及傳動系統(tǒng)分析 為

16、了便于了解和分析車床的傳動情況，通常利用車床的釋動系統(tǒng)圖來論述。車床的傳 動 系統(tǒng)圖是表示車床全部運動傳系的示意閣。CA6140 臥式車床運動形式CA6140 臥式車床的主運動是指主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉(zhuǎn)，它承受車削時的 主要 切削力；進給運動是溜板帶動刀架直線移動，它使刀具移動，以切削金屬。進給運動 消 耗的功率很小，所以主運動和進給運動都由主軸電動機拖動。主軸電動機的動力由三角 皮 帶、主軸變速箱傳遞到主軸，實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)，通過掛輪箱傳遞給進給箱來實現(xiàn)刀具的 齡 向和橫|進給。主軸一般只要求作單向旋轉(zhuǎn)，力 ft 螺紋時要求的主軸反轉(zhuǎn)是由操作手柄通過機械的方 法 來實現(xiàn)的，所以主軸電動

17、機只需要單方向旋轉(zhuǎn)。主軸的轉(zhuǎn)速是通過手柄調(diào)節(jié)主軸變速箱 來 實現(xiàn)的，電動機不需要調(diào)速。輔助運動中，刀架的快速移動由一臺電動機拖動，冷卻泵由一臺電動機帶動實現(xiàn)刀具 切 削時的冷卻，尾座的移動和工件的裝配由人工來操作。CA6140 臥式車床傳動系統(tǒng)分析 車床的加工過程中，一個運動對應一條傳動鏈。所有這些傳動鏈和它們之間的相互聯(lián) 系 就組成了一臺車床的傳動系統(tǒng)，CA6140臥式車床的傳動系統(tǒng)如圖1-10所示。CA6140 臥式車床的傳動系統(tǒng)的傳動鏈有：實現(xiàn)主運動的主傳動鏈，實現(xiàn)螺紋進給運 動的 螺紋進給傳動鏈，實現(xiàn)縱向進給運動的縱向進給傳動鏈，實現(xiàn)橫向進給運動的橫向進 給 傳動鏈，實現(xiàn)刀架快速退離或

18、趨近工件的快速空行程傳動鏈。圖1-10 CA6140臥式車床傳動系統(tǒng)圖主運動傳動鏈傳動路線如圖1-10所示，CA6140型臥式車床上運是由主電動機角皮帶傳至主軸箱中的軸I ,軸I 上裝有一個雙向多片式|擦離合器Ml,用以控制主軸的啟動停止和換向。軸I的運I經(jīng)離 合器和軸II-III間變速齒輪傳1軸III,然后分兩路傳遞給主軸。高速傳動路線。主軸VI上的滑移齒輪Z50處于左邊位置，運動經(jīng)齒輪副直接傳給中低速傳動路線。軸VI上的滑移齒輪Z50處于右邊位置，且使齒式離合器M2接合，運動 經(jīng)軸III-IV-V間的背輪機構(gòu)和齒輪副傳給主軸。主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)與轉(zhuǎn)速計算 根據(jù)傳動系統(tǒng)圖和傳動路線表達式，主軸正

19、轉(zhuǎn)可獲得24級不同轉(zhuǎn)速，主軸反轉(zhuǎn)可獲 得12 級不同轉(zhuǎn)速。主軸反轉(zhuǎn)一般不用來進行車削，而是為了在車螺紋時，使刀架在主軸與刀架之間的傳 動 鏈不脫開的情況不退回至起始位置，以免下次走刀發(fā)生“亂扣”現(xiàn)象。同時，為了節(jié)省 退 刀時間，主軸反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。傳動路線表達式如下。4.螺紋進給運動傳動鏈如圖1-10所示，CA6140臥式車床螺紋進給運動傳動鏈，可以保證機床車削公制、英制、 模數(shù)制和徑節(jié)制四種標準螺紋。車削公制螺紋時，進給箱中的離合器M3、M4脫開，M5接合。其運動由主軸VI經(jīng)齒輪副， 軸IX至軸XI間的左右螺紋換向機構(gòu)，掛輪，傳至進給箱的軸XD,然后再經(jīng)齒輪副，軸 XEI-XIV間的滑移

20、齒輪變速機構(gòu)(基本螺距機構(gòu))，齒輪副傳至軸XV，接下去再經(jīng)軸xxvn 間的兩組滑移齒輪變速機構(gòu)(增倍機構(gòu))和離合器M5傳動絲杠XVI旋轉(zhuǎn)。合上溜板箱中的 開合螺母，使其與絲杠嚙合，便帶動刀架縱向移動。其傳動路線如下。螺紋進給運動傳動路線表達式如下。其中：U基為軸XDI-XIV間變速機構(gòu)的可變傳動比，共8種：26/28、28/28、32/28、36/28、 19/14、20/14、33/21、36/21,即 6.5/7、7/7、8/7、9/7、9.5/7、10/7、11/7、12/7。 它 們近似按等差數(shù)列的規(guī)律排列，是獲得各種螺紋導程的基本機構(gòu)，故通常稱為基本螺距 機 構(gòu)或基本組。U倍為軸XV

21、-XVII間變速機構(gòu)的可變傳動比，共4種：28/35 X (35/28)、28/35 X (15/48)、 18/45 X (35/28)、18/45 X (15/48),即 1、1/2、1/4、1/8。它們按倍數(shù)關系排列，用于 擴大機床車削螺紋導程的種數(shù)，一般稱為增倍機構(gòu)或增倍組。5.機動進給傳動鏈實現(xiàn)一般車削時刀架機動進給的縱向和橫向進給傳動鏈，由主軸至進給箱中軸xvn的傳 動路線與車公制或英制常用螺紋的傳動路線相同，其后運動經(jīng)齒輪副傳至光杠xk(此時離 合器M5脫開，齒輪Z28與軸XK上的齒輪Z56嚙合)，再由光杠經(jīng)溜板箱中的傳動機構(gòu)， 分別傳至光杠齒輪齒條機構(gòu)和橫向進給絲杠，使刀架做縱向或橫向機動進給，其縱向機 動進給傳動路線表達式如下。XXI