《機(jī)械設(shè)備制造技術(shù)》課件第4章

第四章機(jī)械加工設(shè)備4.1概述4.2表面的成形方法及所需成形運(yùn)動(dòng)4.3普通車床4.4支承件及導(dǎo)軌4.5機(jī)床典型機(jī)構(gòu)4.6滾齒機(jī)及其傳動(dòng)4.7機(jī)床的改裝4.1概述金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)械零件,它是整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)中作為生產(chǎn)工具的一個(gè)重要組成部分。機(jī)床工業(yè)的發(fā)展能否滿足金屬加工業(yè)的需要,機(jī)床產(chǎn)品的質(zhì)量如何,是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)水平的重要標(biāo)志。機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造綜合了機(jī)械制造專業(yè)許多知識(shí)。無論是設(shè)計(jì)一臺(tái)機(jī)床,還是分析一臺(tái)現(xiàn)有設(shè)備,均是從加工對(duì)象、加工方法和工裝以及加工自動(dòng)化程度和機(jī)床的整體布局等幾方面來考慮。機(jī)床分類主要是按加工性質(zhì)和所用的刀具進(jìn)行的。根據(jù)國(guó)家制訂的機(jī)床型號(hào)編制方法,機(jī)床共分為12類:車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機(jī)床、鋸床和其它機(jī)床。在每一類機(jī)床中,又按工藝特點(diǎn)、布局型式、結(jié)構(gòu)性能等不同,細(xì)分為若干組,每一組細(xì)分為若干系(系列)。除上述基本分類方法外,機(jī)床還可按其它特征進(jìn)行分類。同類型的機(jī)床又按照機(jī)床工藝范圍(通用性程度),可分為普通機(jī)床(或稱萬能機(jī)床)、專門化機(jī)床和專用機(jī)床三類。

按照機(jī)床的重量和尺寸不同,可以分為儀表機(jī)床、中型機(jī)床、大型機(jī)床(重量達(dá)到10噸)、重型機(jī)床(重量在30噸以上)和超重型機(jī)床(重量在100噸以上)。按照自動(dòng)化程度,機(jī)床可分為手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床。此外,機(jī)床還可按照加工精度、主要部件(如主軸等)的數(shù)目等進(jìn)行分類,而且隨著機(jī)床的不斷發(fā)展,其分類方法也將不斷發(fā)展。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法》(GB/T15375－94)規(guī)定,通用機(jī)床的表示方法如下:

（A）B（C）DE（×F）（G）（／H）（－Ｉ）

B為類代號(hào),用大寫漢語拼音字母表示。例如機(jī)床的類代號(hào)中,以C表示車床,以M表示磨床,以Q表示其它機(jī)床等等。

C為通用特性或結(jié)構(gòu)特性代號(hào),用大寫漢語拼音字母表示。

D為組或系列代號(hào),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

E為主參數(shù)或設(shè)計(jì)順序代號(hào),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示(機(jī)床主參數(shù)的計(jì)量單位,長(zhǎng)度以毫米為單位,力以千牛為單位,力矩以牛頓米為單位,功率以瓦為單位)。

F為主軸數(shù)第二主參數(shù),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。它可用折算值表示,并以“×”號(hào)分開,讀作“乘”;且規(guī)定:凡以長(zhǎng)度表示的第二主參數(shù),例如機(jī)床可加工的最大工件長(zhǎng)度、機(jī)床最大行程、最大跨距等,均采用1/100的折算系數(shù);以直徑、深度、寬度表示的第二主參數(shù),均采用1/10的折算系數(shù);以機(jī)床軸數(shù)、厚度、最大模數(shù)表示的第二主參數(shù)則以實(shí)際值列出。

G為重大改進(jìn)順序號(hào),用大寫漢語拼音字母表示,并以A、B、C等順序列出。

H為同一機(jī)床型號(hào),用阿拉伯?dāng)?shù)字表示,并用斜杠分開,讀作“之”。

I為企業(yè)代號(hào)，用大寫的漢語拼音字母或阿拉伯?dāng)?shù)字，或兩者兼有之表示。上述表示方法中,在有括號(hào)的代號(hào)內(nèi),當(dāng)無此項(xiàng)內(nèi)容時(shí)則不表示;而有此項(xiàng)內(nèi)容時(shí)則不帶括號(hào)表示。例如Z3040,Z為類別代號(hào),表示鉆床;3為組別號(hào),表示搖臂鉆床組;第一個(gè)0為系別代號(hào),表示機(jī)床名稱為搖臂鉆床系;40為主參數(shù)代號(hào),表示最大鉆孔直徑為40mm。

4.2表面的成形方法及所需成形運(yùn)動(dòng)

常用的機(jī)器零件都是由一個(gè)或幾個(gè)表面組成的。同樣的表面可有多種加工方法,這些表面多半都采用那些在機(jī)床上制造時(shí)既經(jīng)濟(jì)又能獲得所需精度的表面。圖4－1所示是機(jī)器零件上常用的各種表面。

圖4-1機(jī)器零件上常用的各種表面

圖4-2車削外圓柱表面的成形運(yùn)動(dòng)

機(jī)床上除上述成形運(yùn)動(dòng)外,一般還有下列運(yùn)動(dòng):

(1)分度運(yùn)動(dòng):當(dāng)加工的表面是由局部表面所組成時(shí),為使表面成形運(yùn)動(dòng)得以周期地連續(xù)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng),如車雙頭螺紋時(shí),在車完一條螺紋后,工件相對(duì)于刀具要回轉(zhuǎn),再車第二條螺紋,這個(gè)工件相對(duì)于刀具的旋轉(zhuǎn),就是分度運(yùn)動(dòng)。

(2)切入運(yùn)動(dòng):保證被加工表面獲得所需尺寸的運(yùn)動(dòng)。

(3)輔助運(yùn)動(dòng):為切削加工創(chuàng)造條件的運(yùn)動(dòng)。如進(jìn)刀、退刀、回程、轉(zhuǎn)位等。

(4)操縱及控制運(yùn)動(dòng):用以操縱機(jī)床,使它得到所需的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。例如操縱離合器接通傳動(dòng)鏈,改變速度和改變進(jìn)給量等所需的運(yùn)動(dòng)。

4.2.1機(jī)器零件表面的形成從幾何學(xué)觀點(diǎn)來看,機(jī)器零件上每個(gè)表面都可看做是一條線(母線)沿著另一條線(導(dǎo)線)運(yùn)動(dòng)的軌跡。母線和導(dǎo)線統(tǒng)稱為形成表面的生線(生成線、成形線)。在切削加工過程中,這兩根生線是通過刀具的切削刃與毛坯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的,并把零件的表面切削成形。例如,漸開線齒廓的直齒圓柱齒輪齒面是由漸開線1沿直線2運(yùn)動(dòng)而形成的。漸開線1和直線2就是該成形表面的兩根生線——母線和導(dǎo)線。但是,還需要注意,被加工的成形表面形狀不僅取決于刀刃的形狀及表面成形方法,而且還取決于生線的原始位置。圖4-3中的幾種表面的生線都相同(母線都是直線1,導(dǎo)線都是繞軸心線O-O旋轉(zhuǎn)的圓2),所需要的運(yùn)動(dòng)也相同,但由于母線相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線O-O的原始位置不同,所產(chǎn)生的表面也就不同。

圖4-3生線原始位置與成形表面的關(guān)系4.2.2生線的成形方法及所需運(yùn)動(dòng)刀刃形狀是指刀具切削刃與工件成形表面相接觸部分的形狀。從外觀上看,它不外乎是一個(gè)切削點(diǎn)(實(shí)際上是一段短的切削線),或者是一條切削線。根據(jù)刀刃形狀和工件成形表面生線之間的關(guān)系,可以劃分為下列三類,見圖4-4。

圖4-4切削刃形狀與生線的三種關(guān)系

(1)切削刃的形狀為一切削點(diǎn)(見圖4-4(a))。刀刃與被成形表面可看成點(diǎn)接觸,亦即是在切削加工時(shí),刀具2應(yīng)作軌跡運(yùn)動(dòng)3,才使切削點(diǎn)描畫出生線1。

(2)切削刃的形狀是一條切削線。它與要成形的生線1完全吻合(見圖4-4(b))。在切削加工時(shí),刀具與被成形的表面作線接觸,刀具無需任何運(yùn)動(dòng)就可得到所需生線形狀。

(3)切削刃的形狀仍然是一條切削線路,但它不與被成形表面生線1的形狀相吻合(見圖4－4(c))。事實(shí)上,切削線與生線互為共軛關(guān)系,切削加工時(shí),刀具刀刃與被成形表面相切,為點(diǎn)接觸。所需成形的生線1是刀具切削線2的包絡(luò)線,因此刀具與工件需要有共軛的范成運(yùn)動(dòng)以使成形表面成形,通過刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成它的兩根生線。

圖4-5形成生線的四種方法

4.3

普通車床

4.3.1用途

所謂的臥式車床與立式車床,是依據(jù)其床身導(dǎo)軌的臥與立而定義的一種形式。普通臥式車床具有萬能性大、適用于加工各種軸類、套筒類和盤類零件的回轉(zhuǎn)表面(見圖4-6),因此,在車床類中占有很大的比例。在這類機(jī)床上,可以車削各種內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)槽及成形回轉(zhuǎn)表面;車削端面及各種常用的公制、英制(英寸制)、模數(shù)制和徑節(jié)制螺紋;它還可用作各種孔加工,如作鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔與滾花等工件。本節(jié)以CA6140為例,介紹普通臥式車床的運(yùn)動(dòng)、傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)等。CA6140型車床是普通精度級(jí)的機(jī)床,具有較廣的加工范圍,但它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,自動(dòng)化程度低,適用于單件、小批量生產(chǎn)及修配車間。

圖4-6普通車床所能加工的零件表面

4.3.2機(jī)床的運(yùn)動(dòng)

1.工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)這是機(jī)床的主運(yùn)動(dòng),通常以n(r／min)表示。這一運(yùn)動(dòng)的目的是使刀具與工件間作相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而獲得所需的切削速度。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削最基本的運(yùn)動(dòng),它的特點(diǎn)是速度較高及消耗的動(dòng)力較多。

2.刀具作平行于工件中心線的縱向運(yùn)動(dòng)這是機(jī)床的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),通常以S轉(zhuǎn)(mm／r)表示。這一運(yùn)動(dòng)的目的是使毛坯上新的金屬層被不斷地投入切削,以便切出整個(gè)加工表面。

3.刀具作垂直于工件中心線的橫向移動(dòng)

這是機(jī)床的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。常以S橫(mm／r)表示?？v向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)統(tǒng)稱為機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度較低,消耗的動(dòng)力也較少。機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是車削形成加工表面形狀所需要的運(yùn)動(dòng),習(xí)慣上稱為表面成形運(yùn)動(dòng)。此外,機(jī)床還應(yīng)具有一些輔助運(yùn)動(dòng),諸如切入運(yùn)動(dòng)(即進(jìn)刀、吃刀運(yùn)動(dòng),它的目的是使工件達(dá)到所需的尺寸。要將毛坯加工到所需要的尺寸,常需將毛坯上多余的金屬分為幾層進(jìn)行切削,每切削一層就要吃刀一次)、分度運(yùn)動(dòng)、刀架的快進(jìn)快退運(yùn)動(dòng)等。4.3.3機(jī)床的總體部局圖4-7是CA6140型車床的外形圖。機(jī)床的主要部件如下:

(1)主軸箱(床頭箱)。它固定在床身4的左面。主軸箱的功用是支承主軸并傳動(dòng)主軸,使主軸帶動(dòng)工件按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。裝在主軸箱中的主軸,通過卡盤等夾具裝夾工件。

(2)刀架部件。它裝在床身4的刀架導(dǎo)軌上,并可沿此導(dǎo)軌縱向移動(dòng)。刀架部件由幾層刀架組成,刀架部件的功用是裝夾車刀并使車刀作縱向、橫向或斜向的運(yùn)動(dòng)。

(3)尾架(尾座)。它裝在床身4的尾架導(dǎo)軌上。尾架的功用是用后頂尖支承工作。它可沿此導(dǎo)軌縱向調(diào)整位置,其上還可以安裝鉆頭等孔加工刀具,以進(jìn)行孔加工。

(4)進(jìn)給箱(走刀箱)。它固定在床身4的左前側(cè),它的功用是改變被加工螺紋的螺距或機(jī)動(dòng)進(jìn)給的進(jìn)給量。進(jìn)給箱中主要是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)比變換裝置。

(5)溜板箱。它固定在刀架部件2的底部,它的功用是把進(jìn)給箱傳來的運(yùn)動(dòng)傳遞給刀架,使刀架實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、快速移動(dòng)或車螺紋。溜板箱可帶動(dòng)刀架一起作縱向運(yùn)動(dòng),在溜板箱上裝有各種操縱手柄及按鈕,工作時(shí)工人可以方便地操作機(jī)床。

(6)床身。床身固定在左床腿7和右床腿5上,它的功用是支承各主要部件并使它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置。床身是基本支承件,在床身上安裝著各個(gè)主要部件。

圖4-7

CA6140型普通車床的外形

4.3.4傳動(dòng)鏈機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)是由各個(gè)傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一臺(tái)現(xiàn)有機(jī)床,分析其傳動(dòng)鏈的方法就是先找出該傳動(dòng)鏈的兩個(gè)末端件,再按照這兩個(gè)末端件找出它們的傳動(dòng)聯(lián)系,從而得到傳動(dòng)路線。圖4-8是CA6140型車床的傳動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于主傳動(dòng)鏈來說,它是實(shí)現(xiàn)將電動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)化為刀具的切削速度,因此,兩個(gè)末端件為電動(dòng)機(jī)和主軸。

圖4-8

CA6140型普通車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖

在CA6140型普通車床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖中，我們可以很方便地找出電動(dòng)機(jī)和主軸的傳動(dòng)聯(lián)系,即可得到如下所述的傳動(dòng)路線表達(dá)式：

(1)CA6140型車床主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)路線表達(dá)式。

(2)主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)及轉(zhuǎn)速值。從傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖可以看出,主軸正轉(zhuǎn)時(shí),利用滑移齒輪軸向位置的各種不同組合,共可得2×3×(1＋2×2)＝30種傳動(dòng)主軸路線,但實(shí)際上主軸只能得到2×3×(1＋3)＝24級(jí)正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。這是因?yàn)?從軸Ⅲ通過低轉(zhuǎn)速路線傳動(dòng)時(shí),在軸Ⅲ到軸Ⅴ之間4條傳動(dòng)路線的傳動(dòng)比是:

由此可見,u2和u3基本上相同,所以實(shí)際只有三種不同的傳動(dòng)比。這樣,軸Ⅲ的6級(jí)轉(zhuǎn)速,通過低速路線傳動(dòng),使主軸獲得的實(shí)際轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)不是2×3×4＝24級(jí),而是2×3×(4－1)＝18級(jí)。再加上主軸通過高速路線獲得的6級(jí)轉(zhuǎn)速,使主軸正轉(zhuǎn)共有24級(jí)轉(zhuǎn)速。同理,主軸反轉(zhuǎn)的傳動(dòng)路線為3×(1＋2×2)＝15條,但將傳動(dòng)比代入后得到的實(shí)際轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)應(yīng)為3×［1＋(2×2－1)］＝12級(jí)。主軸的轉(zhuǎn)速可應(yīng)用下列運(yùn)動(dòng)平衡式進(jìn)行計(jì)算:式中:n主為主軸轉(zhuǎn)速(r/min);n電為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,n電＝1450r/min;D為主動(dòng)皮帶輪直徑,D＝130mm;D′為被動(dòng)皮帶輪直徑,D′＝230mm;ε為三角帶傳動(dòng)的滑動(dòng)系數(shù),可近似地取ε＝0.02,即1-ε＝0.98;ZⅠ-Ⅱ?yàn)橛奢SⅠ傳動(dòng)軸Ⅱ的主動(dòng)齒輪齒數(shù);ZⅠ-Ⅱ′為由軸Ⅰ傳動(dòng)軸Ⅱ的被動(dòng)齒輪齒數(shù);ZⅡ-Ⅲ為由軸Ⅱ傳動(dòng)軸Ⅲ的主動(dòng)齒輪齒數(shù);ZⅡ-Ⅲ′為由軸Ⅱ傳動(dòng)軸Ⅲ的被動(dòng)齒輪齒數(shù);ZⅢ-Ⅵ為由軸Ⅲ傳動(dòng)軸Ⅵ的主動(dòng)齒輪齒數(shù)(或主動(dòng)齒輪齒數(shù)的積);ZⅢ-Ⅵ′為由軸Ⅲ傳動(dòng)軸Ⅵ的被動(dòng)齒輪齒數(shù)(或被動(dòng)齒輪齒數(shù)的積)。應(yīng)用上述運(yùn)動(dòng)平衡式,可以算出主軸正轉(zhuǎn)時(shí)的24級(jí)轉(zhuǎn)速為10～1400r/min。同樣也可以計(jì)算出主軸反轉(zhuǎn)時(shí)的12級(jí)轉(zhuǎn)速為14～1580r/min。在CA6140型機(jī)床中,主軸反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速之所以比正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高,是因?yàn)橹鬏S反轉(zhuǎn)通常不是用于切削,而是用于車螺紋時(shí)的退回刀架(在不斷開主軸和刀架間傳動(dòng)鏈的情況下,使刀架退回到起始位置,以便進(jìn)行下一次走刀),這樣,是為了節(jié)省退刀的時(shí)間,就提高主軸的反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

4.3.5進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)鞘沟都軐?shí)現(xiàn)縱向或橫向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源來自主電動(dòng)機(jī)(7.5kW,1450r／min)。運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈傳至主軸,再由主軸經(jīng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈至刀架,使刀架帶著車刀實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給或車削螺紋。雖然刀架移動(dòng)的動(dòng)力來自電動(dòng)機(jī),但因?yàn)榈都艿倪M(jìn)給量以及螺紋導(dǎo)程均以主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)刀架的移動(dòng)量來表示,故在分析此傳動(dòng)鏈時(shí)把主軸作為傳動(dòng)鏈的一末端件(即起點(diǎn)),而把刀架作為傳動(dòng)鏈的另一末端件(即終點(diǎn)),即進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩末端件是主軸和刀架。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)路線可見圖4-9。下面將從車削螺紋和機(jī)動(dòng)進(jìn)給兩個(gè)方面來分析進(jìn)給傳動(dòng)鏈及表達(dá)式。

圖4-9

CA6140型車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)的傳動(dòng)路線圖

1.車削螺紋

CA6140型車床可以加工的螺紋有:

(1)標(biāo)準(zhǔn)螺紋(即公制螺紋、英制螺紋、模數(shù)制螺紋、徑節(jié)制螺紋);

(2)大螺距螺紋;

(3)非標(biāo)準(zhǔn)螺紋;車削各種不同螺紋時(shí),主軸與刀具間必須保持嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,即主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),刀具應(yīng)均勻地移動(dòng)1個(gè)導(dǎo)程S的距離,這種關(guān)系可用計(jì)算位移來表示。所謂計(jì)算位移,也就是兩末端件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系。下面將按不同加工情況介紹傳動(dòng)鏈上有關(guān)環(huán)節(jié)的差異。

1)車削公制螺紋公制螺紋是常用螺紋。CA6140型普通車床加工的公制螺距有(單位為mm):1,1.25,1.5,1.75,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,7,8,9,10,11,12,14,16,18,20,22,24,28,32,36,40,44,48,56,64,72,80,88,96,112,128,144,160,176,196從上述所列螺距可以看出,其公制螺距數(shù)列呈分段之間為等差、各段之間為等比的規(guī)律。車削公制螺紋時(shí),進(jìn)給箱中離合器M3、M4脫開,M5接合。所以讀者可以由此根據(jù)末端件找出其傳動(dòng)路線。車削公制螺紋時(shí)的計(jì)算位移為

S=KT

主軸轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)→刀架移動(dòng)S（mm）

其中S為被加工螺紋的導(dǎo)程(mm),式中:T為螺紋螺距(mm);K為螺紋頭(線)數(shù)。

因此,車削公制螺紋時(shí)的運(yùn)動(dòng)平衡式為

式中:u基為從軸ⅩⅣ傳到軸ⅩⅤ的齒輪副傳動(dòng)比;u倍為從軸ⅩⅣ傳到軸ⅩⅧ的齒輪副傳動(dòng)比。

將上式簡(jiǎn)化后可得:

S＝7u基u倍

根據(jù)此式可知,當(dāng)改變u基及u倍項(xiàng)的值時(shí),就可以得到各種S值。那么,u基和u倍的系列值是如何合理設(shè)置的呢？在軸ⅩⅣ到軸ⅩⅤ之間共有8種不同的傳動(dòng)比,它們是:u基1＝26/28＝6.5/7；u基2＝28/28＝7/7；u基3＝32/28＝8/7；u基4＝36/28＝9/7；u基5＝19/14＝9.5/7；u基6＝20/14＝10/7；u基7＝33/21＝11/7；u基8＝36/21＝12/7。

顯然,以上這些傳動(dòng)副的傳動(dòng)比值近似于等差級(jí)數(shù)的規(guī)律排列,改變軸ⅩⅣ到軸ⅩⅤ間的傳動(dòng)副,就能夠車削出各種按等到差數(shù)列排列的導(dǎo)程值。因此,這個(gè)變速組稱為車床進(jìn)給箱的基本變速組,簡(jiǎn)稱基本組。在軸ⅩⅣ到軸ⅩⅧ之間共有4種不同的傳動(dòng)比,它們

同樣,以上面4種傳動(dòng)比成倍數(shù)關(guān)系排列,所以,改變u

倍值就可以使車削出來的螺紋導(dǎo)程成倍數(shù)關(guān)系變化,從而擴(kuò)大機(jī)床能車削的導(dǎo)程種數(shù)。具有使變速范圍成倍變化的變速組稱為增倍變速組,簡(jiǎn)稱增倍組。

由此可知,利用基本組中各傳動(dòng)副的傳動(dòng),可以車削出按等差數(shù)列排列的基本螺距。再經(jīng)增倍組后,可把由基本組得到的8種基本螺距值縮小至1/2、1/4或1/8。因此,將基本組和增倍組串聯(lián)使用,就可以車削出常用的、按分段等差數(shù)列、段與段之間呈等比數(shù)列排列的公制標(biāo)準(zhǔn)螺距。這樣組合的結(jié)果能夠車削公制螺紋的最大導(dǎo)程為12mm。當(dāng)機(jī)床需加工導(dǎo)程大于12mm的螺紋時(shí),例如車削多頭螺紋和拉油槽時(shí),就得使用擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)。這時(shí)應(yīng)將軸Ⅸ上的滑動(dòng)齒輪Z58

移至右端(圖4-8的虛線)位置,與軸Ⅷ上的齒輪Z26相嚙合。這樣主軸與軸Ⅸ之間不再通過齒輪副58／58直接聯(lián)系,而是經(jīng)軸Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ及Ⅷ間的齒輪副實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)聯(lián)系。所以,車螺紋時(shí)從軸Ⅵ到軸Ⅸ的傳動(dòng)路線表達(dá)式為

加工擴(kuò)大螺距時(shí),自軸Ⅸ以后的傳動(dòng)路線仍與正常螺距時(shí)相同。由此可計(jì)算出從軸Ⅵ到軸Ⅸ的傳動(dòng)比:正常螺距時(shí)，

uVI－VIII正＝58/58＝1；

擴(kuò)大螺距時(shí),當(dāng)軸Ⅳ到軸Ⅲ間經(jīng)齒輪副80/20時(shí),當(dāng)軸Ⅳ到軸Ⅲ間經(jīng)齒輪副50／50時(shí)，

在軸Ⅸ和軸Ⅹ之間的齒輪是車削左螺紋和右螺紋的換向機(jī)構(gòu)。

2)模數(shù)螺紋模數(shù)螺紋也就是公制蝸桿,在車床上車削蝸桿的方法和加工螺紋一樣。某些絲桿也是模數(shù)制的,如Y3150E型滾齒機(jī)的垂直進(jìn)給絲桿就是模數(shù)螺紋。因?yàn)槟?shù)螺紋是以模數(shù)m表示螺距的,螺距Tm＝πm(mm),所以,螺紋的導(dǎo)程為

CA6140型普通車床加工的模數(shù)螺紋范圍為m＝0.5～48mm。模數(shù)螺紋的螺距數(shù)列與公制螺紋的螺距數(shù)列區(qū)別在于導(dǎo)程的表達(dá)式Sm＝Kπm(mm)中,包含了特殊因子π,這就必須在平衡方程中的傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比u中也含有π因子。因此,車削公制螺紋和模數(shù)螺紋在傳動(dòng)鏈上唯一差別在于此時(shí)換上掛輪為64/100×100/97的掛輪組。這時(shí)的運(yùn)動(dòng)平衡式為

從上述運(yùn)動(dòng)平衡式可見，適當(dāng)?shù)剡x擇掛輪（即64/100×100/97）和移換機(jī)構(gòu)（即25/36）的傳動(dòng)比，使64/100×100/97×25/36≈7π/48（此時(shí)π的誤差為0.00009），就可使Sm值中包含有特殊因子π。由于Sm＝Kπm＝7π/4u基u倍（mm），故m＝7/4K·u基u倍（mm）。至此，再采用車削公制螺紋的那一套u(yù)基和u倍的排列組合方式，就可以列出CA6140型普通車床按分段等差數(shù)列排列的各種模數(shù)螺紋。

在加工模數(shù)螺紋時(shí),若經(jīng)擴(kuò)大螺距機(jī)構(gòu)傳動(dòng),也可以車削出大導(dǎo)程的模數(shù)螺紋。

3)英制螺紋英制螺紋在少數(shù)英寸制國(guó)家應(yīng)用較廣泛。目前我國(guó)的部分管接頭仍采用英制螺紋。英制螺紋以每英寸長(zhǎng)度上的螺紋扣(牙)數(shù)a表示(扣／英寸)。標(biāo)準(zhǔn)的a值也是按分段的2；3；

；；4；

；5；6；7；8；9；10；11；12；14；16；18；19；20；24英制螺紋的螺距為Ta＝1／a英寸。由于機(jī)床的絲桿是公制螺紋（t絲桿＝12mm，單頭螺紋），為使傳動(dòng)計(jì)算方便，被加工的英制螺紋也應(yīng)換算成以“毫米”表示的相應(yīng)螺距值，即：

這樣,英制螺紋的螺距就為分段的近似調(diào)和數(shù)列(分母是分段的近似等差數(shù)列)。

根據(jù)以上分析可知,要實(shí)現(xiàn)車削各種英制螺距的傳動(dòng),僅須對(duì)公制螺紋的傳動(dòng)路線作下列兩處變動(dòng)即可:

(1)在傳動(dòng)鏈中改變部分傳動(dòng)副的傳動(dòng)比,使其中包含特殊因子25.4;

(2)將基本組中的主動(dòng)軸與被動(dòng)軸對(duì)換(軸ⅩⅤ變成主動(dòng)軸,軸ⅩⅣ變成被動(dòng)軸)以保證車削出來的螺紋導(dǎo)程是按分段近似調(diào)和數(shù)列的規(guī)律排列。

CA6140普通車床車英制螺紋與車公制螺紋在傳動(dòng)路線上的區(qū)別在于:運(yùn)動(dòng)由軸ⅩⅢ經(jīng)M3先傳到軸ⅩⅤ,然后再經(jīng)過兩軸滑移變速機(jī)構(gòu)(基本組)傳至軸ⅩⅣ,軸ⅩⅣ的運(yùn)動(dòng)再由其右端的固定齒輪Z36,經(jīng)滑動(dòng)齒輪Z25,傳至軸ⅩⅥ,其余均與車削公制螺紋時(shí)相同。車削英制螺紋時(shí)的計(jì)算位移為

主軸轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)→刀架移動(dòng)Sa（mm）

其中,Sa=KT為螺紋導(dǎo)程(mm)。

因此,車削英制螺紋的運(yùn)動(dòng)平衡式為

由上式可見：（1）適當(dāng)?shù)剡x擇掛輪（63/l00×100/75）和移換機(jī)構(gòu)齒輪（36/25）的傳動(dòng)比，就使63/100×100/75×36/25≈25.4/21（這樣，25.4的誤差僅為0.00006），實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)平衡式中包含了特殊因子25.4的要求；（2）由Sa＝25.4K/a＝4/7×25.4×u基×u倍mm可得a＝7K/4u基1/×u倍。因?yàn)榛窘M的傳動(dòng)比是按等差級(jí)數(shù)列排列的，所以將基本組中的主動(dòng)軸和被動(dòng)軸對(duì)換后，利用原來的基本組和增倍組就可以得到a值按分段近似等差數(shù)列（即Sa按分段近似調(diào)和數(shù)列）規(guī)律排列的英制螺紋。軸XIII與軸XIV間的齒輪副25／36、齒式離合器M3及軸XV、XIV、XVI上的齒輪副25/36×36/25及36/25，稱為移換機(jī)構(gòu)，它的作用是使車削公制螺紋徑節(jié)時(shí)經(jīng)過兩軸滑移機(jī)構(gòu)（基本組）的傳動(dòng)路線不同（主、被動(dòng)軸對(duì)換位置）。

4)徑節(jié)螺紋徑節(jié)螺紋標(biāo)準(zhǔn)螺距及較精確螺紋，請(qǐng)參照CA6140型車床說明書按以上方法計(jì)算。

2．機(jī)動(dòng)進(jìn)給在作外圓或內(nèi)圓表面的切削加工時(shí)，可使用縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。在作端面的切削加工時(shí)，可使用橫向機(jī)動(dòng)進(jìn)給。機(jī)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用光杠經(jīng)溜板箱傳動(dòng)，以避免絲杠磨損過快及便于工人操作（將刀架運(yùn)動(dòng)的操縱機(jī)構(gòu)放在溜板箱上）。這時(shí)，運(yùn)動(dòng)由光杠經(jīng)溜板箱中的齒輪副36/32×32/56、超越離合器及安全離合器M3、軸XVII、蝸桿蝸輪副4/29傳至軸XXIII。當(dāng)運(yùn)動(dòng)由軸XXIII經(jīng)齒輪副40/48或40/30×30/48、雙向離合器M6、軸XXIV、齒輪副28/80、軸XXV傳至小齒輪Z12（m＝2.5）時(shí)，由于小齒輪與固定在床身的齒條相嚙合，小齒輪傳動(dòng)時(shí)，就使刀架做機(jī)動(dòng)縱向進(jìn)給。當(dāng)運(yùn)動(dòng)由軸XXIII經(jīng)齒輪40/48或40/30×30/48、雙向離合器M7、軸XXVIII及齒輪副48/48×59/18傳至橫向進(jìn)給絲杠XXX后，就使橫刀架作機(jī)動(dòng)橫向進(jìn)給。

如果沒有互鎖機(jī)構(gòu)，縱向機(jī)動(dòng)進(jìn)給、橫向自動(dòng)進(jìn)給及車螺紋三種傳動(dòng)路線中的任意兩種或兩種以上的運(yùn)動(dòng)同時(shí)接通，則必然造成事故，因此，這三種傳動(dòng)只允許接通一種。它通過操縱機(jī)構(gòu)及互鎖機(jī)構(gòu)來保證。溜板箱中軸XXX上的手把用于橫向移動(dòng)橫刀架，軸XXVI上的手輪用于縱向運(yùn)動(dòng)刀架。雙向離合器M6及M7用于變換進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向。這樣機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)64種縱向進(jìn)給量，這些進(jìn)給量可由4種類型的傳動(dòng)路線來實(shí)現(xiàn)，讀者可以參考前述對(duì)不同螺紋的加工時(shí)所采用的傳動(dòng)路線，分別列出計(jì)算位移式。至于橫向進(jìn)給量，其傳動(dòng)路線比較簡(jiǎn)單，且經(jīng)推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)平衡方程式后，可以得出橫向進(jìn)給量與縱向進(jìn)給量存在如下關(guān)系：

S橫＝0.5S縱

3．刀架的快速移動(dòng)為了減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短輔助時(shí)間，機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能使刀具機(jī)動(dòng)地快速退離或接近加工部位。這是通過快速移動(dòng)電機(jī)（250瓦，1360轉(zhuǎn)／分）來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)?shù)都苄杩焖僖苿?dòng)時(shí)，按下快速移動(dòng)按鈕，使快速電動(dòng)機(jī)接通，這時(shí)快速電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪副18／24傳動(dòng)，使軸XXI高速轉(zhuǎn)動(dòng)，于是運(yùn)動(dòng)便經(jīng)過蝸輪副4／29傳動(dòng)溜板箱內(nèi)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向的快速移動(dòng)。為了節(jié)省輔助時(shí)間及簡(jiǎn)化操作動(dòng)作，在刀架快速移動(dòng)過程中光杠仍可繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不必脫開進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。這時(shí)，為了避免光杠和快速電動(dòng)機(jī)同時(shí)傳動(dòng)軸XXII使軸XXII損壞，在齒輪Z56與軸XXII之間裝有超越離合器。刀架快速移動(dòng)的方向仍由溜板箱中雙向離合器M6、M7（見圖4—8）控制。

4.3.6機(jī)床的主要結(jié)構(gòu)

1.主軸箱機(jī)床主軸箱是一個(gè)比較復(fù)雜的部件。圖4-10即是CA6140型普通車床的主軸箱的展開圖。所謂展開圖,就是按照傳動(dòng)軸傳遞運(yùn)動(dòng)的先后順序,沿其軸心線剖開,并將其展開在一個(gè)平面上而形成的一種結(jié)構(gòu)圖。圖4-10中的展開圖,就是沿軸心線ⅩⅡ→Ⅸ→Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ［Ⅴ］→Ⅵ→Ⅺ→Ⅸ→Ⅹ的剖切圖A-A(見圖4-11)展開后的結(jié)構(gòu)形式,通過展開圖可以得到:各傳動(dòng)件(軸、齒輪、帶傳動(dòng)和離合器等)的傳動(dòng)關(guān)系;各傳動(dòng)軸及主軸上有關(guān)零件的結(jié)構(gòu)形狀、裝配關(guān)系和尺寸,以及箱體有關(guān)部分的軸向結(jié)構(gòu)和尺寸。

圖4-10CA6140型普通車床主軸箱展開圖

1)主軸部件分析機(jī)床主軸部件應(yīng)從以下幾方面考慮(參見圖4-11):

(1)軸的結(jié)構(gòu)形狀。CA6140型普通車床的主軸是一個(gè)空心的階梯軸。主軸前端采用短法蘭式結(jié)構(gòu),它的作用是安裝卡盤或撥盤。如圖4-12所示,撥盤或卡盤座4由主軸3的短圓錐面定位。安裝時(shí),使撥盤或卡盤座4上的四個(gè)螺栓5及其螺母6通過主軸軸肩及圓環(huán)(銷緊盤)2的孔,然后將圓環(huán)2轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,使螺栓5處于圓環(huán)的溝槽內(nèi)(如圖示情況),并擰緊螺釘1及螺母6,就可使卡盤或撥盤可靠地安裝在主軸的前端。主軸軸肩右端面上的圓形撥塊是用于傳遞扭矩的。

圖4-11

CA6140型普通車床主軸箱軸示意圖圖4-12卡盤及撥盤的安裝

(2)主軸支承。定位和軸向載荷的傳遞。主軸安裝在三個(gè)支承上。前支承中有三個(gè)滾動(dòng)軸承,前面是D級(jí)精度的3182121型雙列短圓柱滾子軸承,用于承受徑向力。這種軸承具有剛性好、精度高、尺寸小及承載能力大等優(yōu)點(diǎn)。前支承中還有2個(gè)D級(jí)精度的8120型推力球軸承(部分機(jī)床是一個(gè)雙列60°角接觸向心推力軸承),用于承受正反兩方向的軸向力,因此,此主軸采用的是前端定位形式。前端定位形式使主軸受熱后向后端伸長(zhǎng),所以對(duì)加工精度的影響較小。后支承孔采用一個(gè)E級(jí)精度的3182115型雙列短圓柱滾子軸承。主軸的中間支承是一個(gè)E級(jí)精度的32216型單列向心短圓柱滾子軸承。主軸的軸向載荷靠前支承中的兩個(gè)推力軸承傳至主軸箱體。

(3)軸承的間隙調(diào)整。主軸支承對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)精度及剛度影響很大,主軸軸承應(yīng)在無間隙(或少量過盈)條件下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。軸承中的間隙,直接影響機(jī)床的加工精度,因此,主軸軸承的間隙須定期地進(jìn)行調(diào)整。前軸承間隙的調(diào)整方法為:松開支承右端的螺母(前端螺母),擰動(dòng)支承左端帶鎖緊螺釘?shù)恼{(diào)整螺母,這時(shí)3182121型的內(nèi)環(huán)就相對(duì)于主軸錐面向右移動(dòng),由于軸承的內(nèi)端很薄,而且內(nèi)孔也和主軸錐面一樣,具有1∶12的錐度,因此,內(nèi)環(huán)在軸向移動(dòng)的同時(shí)作徑向彈性膨脹,以調(diào)整軸承徑向間隙,調(diào)整妥當(dāng)后,擰緊前端螺母,然后稍微松動(dòng)調(diào)整螺母,以免推力軸承過緊,最后,擰緊調(diào)整螺母的鎖緊螺釘。主軸的徑向跳動(dòng)及軸向跳動(dòng)允差都是0.01mm。主軸的徑向跳動(dòng)影響加工表面的不圓度或同心度;軸向跳動(dòng)影響加工端面的不平度及螺距精度。當(dāng)主軸的跳動(dòng)量超過允許值時(shí),一般情況下,只需適當(dāng)?shù)卣{(diào)整前支承的間隙,就可使主軸跳動(dòng)量調(diào)整到允許值內(nèi)。如徑向跳動(dòng)仍達(dá)不到要求,應(yīng)調(diào)整后軸承。中間支承的間隙不能調(diào)整。

(4)主軸上傳動(dòng)元件的布局。主軸上裝有三個(gè)齒輪。右端的斜齒圓柱齒輪Z58(m＝4,β＝10°,左旋)空套在主軸上。采用斜齒輪的目的是使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),傳動(dòng)時(shí)齒輪作用在主軸上的軸向力方向,與切削力(縱向)的方向相反,因此,可以減少主軸前支承所承受的軸向力。中間齒輪Z50在主軸上能夠滑移。當(dāng)它移動(dòng)到右端位置時(shí),主軸可低速運(yùn)轉(zhuǎn);移到左端位置時(shí),主軸可高速運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)齒輪Z50處于中間不嚙合的位置(“空擋”位置)時(shí),主軸與軸Ⅲ及軸Ⅴ間的傳動(dòng)聯(lián)系被斷開,這時(shí)可用手轉(zhuǎn)動(dòng)主軸,以便做測(cè)量主軸精度及裝夾的找正等工作。左端的齒輪Z58(m＝2)固定在主軸上,用于傳動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)。主軸土承受載荷最大的是主軸前端的左旋斜齒輪。由于這個(gè)齒輪用于轉(zhuǎn)速范圍中的較低轉(zhuǎn)速擋,所以承受載荷最大,容易引起主軸的較大變形,而主軸剛度的強(qiáng)弱直接影響機(jī)床的加工精度。因此,將這個(gè)齒輪置于接近主軸前支承處。這是由于前支承采用了剛性高的雙列短圓柱滾子軸承,且箱體壁厚有所加強(qiáng),即支承剛性好的原故。

(5)主軸部件的潤(rùn)滑和密封。主軸前后支承的潤(rùn)滑,都是由潤(rùn)滑油泵供油,潤(rùn)滑油通過進(jìn)油孔對(duì)軸承進(jìn)行充分的潤(rùn)滑,并帶走軸承運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油,在前后支承處采用了油溝式密封,即在前端螺母及后支承套筒的外表面上都有鋸齒截面的環(huán)形槽,主軸旋轉(zhuǎn)時(shí),由于離心力的作用,油液就沿著斜面(朝箱內(nèi)方向)被甩到法蘭盤的接油槽里,油液經(jīng)回油孔流到箱底,然后再流回到左床腿內(nèi)的油池中。

2)雙向多片式摩擦離合器、制動(dòng)器及其操縱機(jī)構(gòu)(見圖4-10、圖4-13)

(1)組成。雙向摩擦離合器裝在軸Ⅰ上。摩擦離合器由內(nèi)摩擦片3、外摩擦片2、止推片10及11、壓塊9及空套雙聯(lián)齒輪1等組成。離合器左、右兩部分結(jié)構(gòu)是相同的。左離合器傳動(dòng)主軸正轉(zhuǎn),正轉(zhuǎn)用于切削,傳遞的扭矩較大,所以片數(shù)較多(外摩擦片8片、內(nèi)摩擦片9片)。右離合器(圖4-13中未畫出)傳動(dòng)主軸反轉(zhuǎn),主要用于退刀,片數(shù)較少(外摩擦片4片內(nèi)摩擦片5片)。

圖4-13摩擦離合器、制動(dòng)器及其操縱機(jī)構(gòu)

(2)工作原理。圖4-13中剖開的部分是左離合器。圖中內(nèi)摩擦片3裝在軸Ⅰ的花鍵上,與軸Ⅰ一起旋轉(zhuǎn)。外摩擦片2外圓上相當(dāng)于鍵的四個(gè)凸起裝在齒輪的缺口槽中,外片空套在軸Ⅰ上。當(dāng)桿7通過銷5向左推動(dòng)壓塊9時(shí),使內(nèi)片3與外片2互相壓緊,于是軸Ⅰ的運(yùn)動(dòng)便通過內(nèi)外片之間的摩擦力傳給左側(cè)齒輪,使主軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)壓塊9處于中間位置時(shí),左、右離合器都處于脫開狀態(tài),這時(shí),軸Ⅰ雖然轉(zhuǎn)動(dòng),但離合器不傳遞運(yùn)動(dòng),主軸處于停止?fàn)顟B(tài)。

(3)操縱機(jī)構(gòu)。離合器的接合或脫開(也就是壓塊7處于左端、右端或中間位置)是由手柄來操縱元寶銷6。為了操縱方便,在操縱軸上共有2個(gè)操縱手把,它們分別位于進(jìn)給箱及溜板箱的右側(cè)。由于元寶銷6是用銷裝在軸Ⅰ上的,所以這時(shí)元寶銷就向順時(shí)針方向擺動(dòng),于是元寶銷下端的凸緣便推動(dòng)裝在軸1內(nèi)孔中的桿7向左移動(dòng),桿7通過其左端的銷5帶動(dòng)壓塊9,使壓塊9向左壓。同理,將手柄向下扳至下端位置時(shí),主軸反轉(zhuǎn)。當(dāng)手柄處于中間位置時(shí),離合器脫開,主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

(4)摩擦離合器的過載保險(xiǎn)作用。當(dāng)機(jī)床超載時(shí),摩擦片間產(chǎn)生打滑,于是主軸就停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣,就可避免損壞機(jī)床。因此,摩擦片之間的壓緊力是根據(jù)離合器應(yīng)傳遞的額定扭矩來確定的。制動(dòng)器(剎車)安裝在軸Ⅴ上。它的功用是在摩擦離合器脫開的時(shí)刻制動(dòng)主軸,使主軸迅速地停止轉(zhuǎn)動(dòng),以縮短輔助時(shí)間。

3)變速操縱機(jī)構(gòu)主軸箱中共有7個(gè)滑動(dòng)齒輪,其中5個(gè)用于改變主軸的轉(zhuǎn)速,另外2個(gè)分別用于車削左、右螺紋及正常擴(kuò)大螺距的變換。在主軸箱中共有三套操縱機(jī)構(gòu),操縱這些滑動(dòng)齒輪,即軸Ⅱ及Ⅲ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu),軸Ⅳ和Ⅵ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu)和軸Ⅸ及Ⅹ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu)。它們的原理都是一樣的,這里僅以軸Ⅸ及軸Ⅹ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu)為例加以說明。軸Ⅸ及Ⅹ上的滑動(dòng)齒輪各有兩個(gè)位置。圖4-14是軸Ⅸ及Ⅹ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在操縱手柄軸1上固定有盤形凸輪2,轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪2就可操縱齒輪Z33及Z58,共可得4種不同的傳動(dòng)路線(車削左、右螺紋;車正常螺距或擴(kuò)大螺距)。

圖4-14軸Ⅸ及Ⅹ上滑動(dòng)齒輪的操縱機(jī)構(gòu)

4)主軸箱中各傳動(dòng)件的潤(rùn)滑

CA6140型車床主軸箱潤(rùn)滑的特點(diǎn)是(箱)體外循環(huán)。油液將主軸箱中摩擦所產(chǎn)生的熱量帶至箱體外的左床腿中,冷卻后再流入箱體,因此就可減少主軸箱的熱變形(主軸位置變化小),以提高機(jī)床的加工精度。這一外循環(huán)是靠專門的潤(rùn)滑系統(tǒng)供油的方式來實(shí)現(xiàn)的。圖4-15是潤(rùn)滑系統(tǒng)的方框圖。

圖4-15主軸箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)方框圖裝在左腿上的潤(rùn)滑油泵是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶傳動(dòng)的,油泵轉(zhuǎn)動(dòng)后,就使裝在左床腿油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油(30號(hào)機(jī)油)經(jīng)粗濾油器及油泵,由油管流到裝在主軸箱左端的細(xì)濾油器中,然后再經(jīng)油管流到主油箱上部的分油器內(nèi),于是潤(rùn)滑油便通過分油器的油孔及各分支油管,分別潤(rùn)滑主軸箱內(nèi)各傳動(dòng)件(齒輪、軸承等)及操縱機(jī)構(gòu),并潤(rùn)滑和冷卻第Ⅰ軸上的摩擦離合器。為了使主軸軸承可靠地工作,并保證摩擦離合器充分地冷卻,主軸軸承及摩擦離合器是由分油器單獨(dú)用油管供應(yīng)潤(rùn)滑油,以便供應(yīng)充分的潤(rùn)滑油。分油器上有油管通向油標(biāo),以觀察主軸箱的潤(rùn)滑情況是否正常。

2.機(jī)床主軸部件的基本要求與結(jié)構(gòu)主軸部件是機(jī)床的重要部件之一。主軸部件由主軸、主軸支承和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等組成。機(jī)床工作時(shí),主軸帶動(dòng)工件或刀具直接參加表面成形運(yùn)動(dòng),并傳遞動(dòng)力,它所傳遞的功率約占整臺(tái)機(jī)床的80％。主軸部件又是工件或刀具的支承件,承受切削力、進(jìn)給力驅(qū)動(dòng)力及工件或刀具的重力等,并要保證與機(jī)床其它有關(guān)部件間有精確的相對(duì)位置。主軸轉(zhuǎn)速在很大程度上影響著機(jī)床的生產(chǎn)率;其旋轉(zhuǎn)的精度在很大程度上影響著工件的加工精度。

1)主軸部件的基本要求

(1)旋轉(zhuǎn)精度。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度是指機(jī)床在空載低速時(shí),在主軸端安裝工件、夾具或刀具部位上用千分表測(cè)得的徑向跳動(dòng)量和軸向跳動(dòng)量。它是機(jī)床的一項(xiàng)主要精度指標(biāo),直接影響被加工零件的幾何精度和表面粗糙度。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度取決于主軸部件的主要零件(如主軸、軸承等)的制造和裝配精度。主軸部件的旋轉(zhuǎn)精度是在靜態(tài)下測(cè)量的,能在一定程度上起到保證受載時(shí)主軸動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度的作用。對(duì)于高精度機(jī)床還需作動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)精度測(cè)定。

圖4-16主軸剛度值的確定

(2)靜剛度。主軸部件的靜剛度是指在外力作用下抵抗變形的能力,也就是在外力作用下,主軸應(yīng)仍能保持一定的工作精度。主軸部件剛度的大小通常是以主軸前端產(chǎn)生單位位移時(shí),在位移方向上所需施加的作用力的大小來表示的。它綜合地反映了主軸和軸承的變形。如圖4-16所示,在主軸端部加以作用力P(N),如主軸端部產(chǎn)生的位移為y(μm),則主軸部件的剛度值為P／y(N／μm)。因?yàn)檫@個(gè)位移量直接與加工精度有關(guān),但與工件或刀具的安裝方式及其尺寸無關(guān),因而它比較能反映主軸部件的結(jié)構(gòu)性能。影響主軸部件靜剛度的因素較多,一般有主軸的結(jié)構(gòu)尺寸、軸承的類型和裝置方式、軸承間隙的大小、傳動(dòng)件的布置方式、以及主軸部件的制造和裝配質(zhì)量等。

(3)抗振性。主軸部件的抗振性是指機(jī)床進(jìn)行切削時(shí),抵抗振動(dòng)保持平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)的工作能力。振動(dòng)會(huì)影響工件的表面質(zhì)量、刀具耐用度和主軸軸承的壽命,還會(huì)產(chǎn)生噪聲,影響工作環(huán)境。主軸部件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)盡量減少振動(dòng),這對(duì)高速和高精度機(jī)床更為重要。影響主軸部件抗振性的主要因素是主軸部件的阻尼、剛度和固有頻率,并與主軸的傳動(dòng)方式、軸承的類型、主軸部件質(zhì)量的分布情況、齒輪與軸承等零件制造與裝配的質(zhì)量有關(guān)。

(4)溫升和熱變形。主軸部件的熱變形是指機(jī)床工作時(shí),因各相對(duì)運(yùn)動(dòng)處的摩擦和攪油等發(fā)熱造成各部份間的溫差,使主軸部件在形狀和位置上產(chǎn)生的畸變。熱變形應(yīng)以主軸部件運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后因發(fā)熱而造成的各部分位置變化來度量,也可用各部分的溫升近似地表示。主軸部件在運(yùn)轉(zhuǎn)中溫升過高會(huì)引起加工精度變化和抱軸的不良后果。使主軸部件產(chǎn)生溫升和熱變形的熱源,主要是主軸支承中的徑向和軸向軸承、潤(rùn)滑油以及直接裝在主軸上的電動(dòng)機(jī)。按JB2278-78規(guī)定:主軸在最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定溫度(溫度上升不超過每小時(shí)5℃)時(shí),滑動(dòng)軸承溫度不得超過60℃,溫升不得超過室溫30℃;滾動(dòng)軸承溫度不得超過70℃,溫升不得超過室溫40℃。高精度機(jī)床(如坐標(biāo)鏜床)主軸軸承的溫度不得超過室溫10℃。

(5)精度持久性。主軸部件的精度持久性是指長(zhǎng)期保持其原來制造精度的能力。為此主軸部件的各滑動(dòng)表面,包括主軸軸頸和滑動(dòng)軸承配合面、鉆鏜床等軸向移動(dòng)的主軸部件的導(dǎo)向表面以及主軸端部和內(nèi)錐孔等都必須具有一定的耐磨性。主軸部件除應(yīng)保證工作性能的要求外，在結(jié)構(gòu)上還有下列要求：

(1)主軸在切削力和傳動(dòng)力的作用下,定位應(yīng)可靠。

(2)主軸端部結(jié)構(gòu)應(yīng)保證工件或刀具裝卡可靠和定位準(zhǔn)確。

(3)保持可靠的潤(rùn)滑與密封。

(4)結(jié)構(gòu)工藝性好。

2)典型的主軸部件

(1)普通車床。①CA6140型普通車床主軸部件。CA6140型普通車床的主軸部件是由主電動(dòng)機(jī)(7.5kW)帶動(dòng),主軸轉(zhuǎn)速為10～1400r/min。主軸部件(如圖4-17所示)主要由主軸、主軸支承和傳動(dòng)件等三部分組成。②裝Garnet軸承的車床主軸部件。如圖4-18所示，前支承為GametH系列的雙列圓錐滾子軸承,其外環(huán)靠法蘭軸向定位,并由端蓋2壓緊。間隙靠螺母1調(diào)整。后軸承為GametP系列單列圓錐滾子軸承,靠彈簧預(yù)緊。當(dāng)軸頸直徑不超過180mm時(shí),前軸承內(nèi)環(huán)與主軸徑向保持5～15μm的過盈;外環(huán)與箱體孔間保持5～20μm的間隙。

圖4-17

CA6140型普通車床主軸的部件圖4-18裝Carnet軸承的主軸部件

(2)銑床。圖4-19為XK5040型數(shù)控立式銑床的主軸部件。銑床的主軸部件帶動(dòng)銑刀旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)各種銑削加工,其轉(zhuǎn)速范圍為40～2000r/min。主軸端部的短圓柱面,供銑刀盤定位用,兩個(gè)端面鍵用于傳遞扭矩。主軸端部有錐孔,供安裝帶錐柄的銑刀用,但其7∶24的錐度不能自鎖。因此,主軸有通孔(圖中未表示出),拉桿由孔的上端插入,用拉桿端部的螺紋拉緊銑刀。

圖4-19XK5040型數(shù)控立式銑床的主軸部件主軸前支承采用D3182118型錐孔雙列圓錐滾子軸承15承受徑向負(fù)載,后支承采用一對(duì)E46117型向心推力球軸承16,承受徑向負(fù)載和軸向負(fù)載。調(diào)整前軸承間隙時(shí),先擰下螺釘1,可從兩邊取出半環(huán)2,通過配磨半環(huán)2的厚度來控制軸向間隙的調(diào)整量。半環(huán)2磨薄后裝上并用螺釘1固定,這時(shí)半環(huán)2與軸承內(nèi)圈端面間有一定的軸向間隙,轉(zhuǎn)動(dòng)螺母7則可使軸承內(nèi)圈軸向移動(dòng)而使其端面緊靠于半環(huán)2上。這樣,由于軸承15內(nèi)圈在主軸錐面上軸向移動(dòng),產(chǎn)生彈性變形而撐大,即可調(diào)整前支承的徑向間隙。隔套3用來保證軸承外圈的定位和便于取出外環(huán)。后支承中兩軸承為“面對(duì)面配置(即外圈窄邊相對(duì)),因此調(diào)整軸承間隙時(shí),先要磨薄外隔套6,然后擰緊螺釘9,通過法蘭盤8使兩個(gè)軸承的外圈靠緊,這樣即可使間隙得到調(diào)整。

主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),由齒輪11經(jīng)過套筒10傳給主軸。齒輪11與套筒10用鍵相連。套筒10與主軸亦由兩個(gè)相隔180°的平鍵相連,該兩平鍵(圖中只示出一平鍵12)系固定于套筒10上,故當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄經(jīng)過斜齒輪14、13及主軸套筒5上齒條,而使主軸套筒5帶動(dòng)主軸作上下調(diào)整移動(dòng)時(shí),該兩平鍵不會(huì)滑出,由于套筒10安裝在兩個(gè)向心球軸承上,因此齒輪的作用力經(jīng)過套筒10和軸承直接傳至主軸頭殼體上,使主軸“卸荷”,即主軸只傳遞扭矩而不受彎矩的作用。這樣,有利于減小主軸的變形,以提高主軸的工作精度。

(3)自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床。圖4-20為THK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的主軸部件。這類主軸部件的支承及其間隙調(diào)整、軸向定位、主軸上的傳動(dòng)件的分布與一般機(jī)床主軸部件類似,其突出的特點(diǎn)是在自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床上,為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸,主軸必須有刀具的自動(dòng)夾緊和準(zhǔn)停。

圖4-20

THK6380型自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床的主軸部件

①主軸內(nèi)刀具的自動(dòng)夾緊和切削的清除裝置。刀桿1采用7∶24的大錐度錐柄,在錐柄的尾部軸頸被拉緊于主軸2的端部。在碟形彈簧8的作用下,拉桿7始終保持10000N的拉力,并通過拉桿左端的鋼球3將刀桿1的尾部軸頸拉緊。換刀前必須先將刀柄松開,把壓力油通入主軸尾部液壓缸右腔,活塞11推動(dòng)拉桿7向左移動(dòng),使碟形彈簧壓緊,拉桿7左移,使左端鋼球3位于套筒5的喇叭口處,解除了刀桿上的拉力。當(dāng)拉桿繼續(xù)左移,噴氣頭4的端部把刀具頂松,機(jī)械手便取出刀桿,當(dāng)機(jī)械手把新刀具裝入之后,壓力油缸的油通入左腔,活塞11退回原位。碟形彈簧又拉緊刀桿。當(dāng)活塞處于左右兩個(gè)極限位置時(shí),相應(yīng)的限位開關(guān)發(fā)出松開與夾緊的信號(hào)。

自動(dòng)清除主軸中的切屑和灰塵是換刀操作中的一個(gè)重要問題,因?yàn)橛星行紩?huì)劃傷主軸孔及刀柄表面,甚至刀桿偏斜,定位不準(zhǔn),零件加工超差。所以在換刀時(shí),用壓縮空氣吹一下,活塞11的心部有壓縮空氣通道,活塞左移時(shí),壓縮空氣通過噴嘴4,均勻的噴向四方,來清理錐孔。

②主軸準(zhǔn)停裝置。在換刀時(shí),刀柄上的鍵槽要對(duì)準(zhǔn)主軸的端面鍵。這就是準(zhǔn)確定位功能。由于主軸在固定的圓周位置上換刀,使得刀柄與主軸相對(duì)位置一致,同時(shí)也減少了被加工孔的尺寸的分散度。主軸準(zhǔn)停是當(dāng)主軸要停車換刀時(shí),發(fā)出降速信號(hào),主軸箱自動(dòng)改變傳動(dòng)路線,使主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)數(shù)秒延時(shí)后,接通無觸點(diǎn)開關(guān)14,當(dāng)凸輪10上的感應(yīng)片對(duì)準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān)時(shí),發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào),立即切斷主電機(jī)電源,脫開與主軸相連的傳動(dòng)鏈系,以排除傳動(dòng)系統(tǒng)中大部分旋轉(zhuǎn)零件的慣性對(duì)主軸準(zhǔn)停的影響。使主軸作低速慣性空轉(zhuǎn),再經(jīng)過短暫延時(shí),接通壓力油,使活塞13帶著定位滾子12向上運(yùn)動(dòng),并壓緊凸輪塊10的外表面。當(dāng)凸輪9的V形缺口對(duì)準(zhǔn)滾子12時(shí),滾子進(jìn)槽,使主軸準(zhǔn)確停止,同時(shí)限位開關(guān)15發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒發(fā)出已完成準(zhǔn)停信號(hào),這時(shí)要重新發(fā)出定位信號(hào),并重復(fù)上述動(dòng)作。然后活塞13退回到釋放位置,行程開關(guān)16發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。

(4)外圓磨床。磨床用于零件的半精加工或精加工,主軸通常轉(zhuǎn)速較高、負(fù)載較小。砂輪主軸部件要有較高的旋轉(zhuǎn)精度、較小的變形、運(yùn)轉(zhuǎn)要平穩(wěn),以保證工件獲得較高的加工精度和表面粗糙度。圖4-21為M1432A型外圓磨床砂輪架的主軸部件,轉(zhuǎn)速為1670～1990r/min。主軸端部有錐度為1∶5的錐頸用以安裝經(jīng)過靜平衡的砂輪,砂輪卡盤與主軸端部錐面配合的定心精度較好,安裝完畢用左旋螺母擰緊。

圖4-21

M1432A型外圓磨床砂輪架的主軸部件

主軸由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主軸尾部的三角皮帶輪獲得旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。三角皮帶傳動(dòng)平穩(wěn),這有利于提高工件的精度和表面光潔度。主軸支承在兩個(gè)短三瓦型的滑動(dòng)軸承上,承受徑向負(fù)載并使主軸徑向定位。后支承皮帶輪處的D8210型推力球軸承和軸肩承受主軸的軸向負(fù)載并軸向定位。法蘭盤與主軸后端軸肩組成滑動(dòng)軸承,用以承受向右的軸向力,向左的軸向力則由推力球軸承承受。推力球軸承磨損后的間隙,由皮帶輪內(nèi)六根彈簧(1×6×40)自動(dòng)補(bǔ)償。

短三瓦型的滑動(dòng)軸承,又叫短三瓦調(diào)位軸承,由三塊扇形軸瓦組成。軸瓦背面與箱體孔不接觸,而是支承在球頭螺釘上。球頭螺釘?shù)那虿亢洼S瓦背面的凹球面經(jīng)過配研,接角面積不小于80％,因而具有較高的支承剛性。通過三個(gè)球頭螺釘可以精確調(diào)整軸承間隙,主軸軸頸與軸承間的徑向間隙為0.01mm。這種軸承具有徑向和軸向的雙向自位作用,可以消除軸承邊側(cè)壓力集中的有害現(xiàn)象。在砂輪架內(nèi)裝滿潤(rùn)滑油,三個(gè)壓力油楔可以平衡外加負(fù)載,并力圖把主軸保持在軸承中心位置,使主軸的軸心位置比較穩(wěn)定,故旋轉(zhuǎn)精度較高。由于軸瓦背面的凹球面的位置是不對(duì)稱的,因此主軸只能朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。不能反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)則不能形成壓力油楔。這種軸承的油膜壓力,是借一定的軸頸圓周速度(v>4m/s)而形成,故屬于動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。在高速低壓時(shí),它比滾動(dòng)軸承抗振性好和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),因此它得到廣泛的應(yīng)用。

(5)內(nèi)圓磨頭。圖4-22為內(nèi)圓磨頭的主軸部件。這類主軸部件屬高轉(zhuǎn)速、輕負(fù)載的主軸部件。主軸支承常采用向心推力球軸承。砂輪接長(zhǎng)軸裝在主軸3內(nèi),用錐孔部的螺紋連接并拉緊。因?yàn)樯拜喪芰c(diǎn)離前軸承的距離較長(zhǎng),所以軸承的剛度要高。這種磨頭前后各采用了兩個(gè)D36207型向心推力球軸承,使大口朝外,以提高剛度,兩個(gè)軸承的內(nèi)、外環(huán)間各有一隔套7和8。修磨它們的厚度,就可使兩個(gè)軸承受力均勻。套筒1右端有彈簧頂住墊圈4,使兩個(gè)后軸承外環(huán)始終受彈簧的推力,保持一定的預(yù)緊。如主軸運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)熱而略有伸長(zhǎng),也能自動(dòng)消除間隙而使預(yù)加負(fù)載的大小基本保持不變。套筒1靠止動(dòng)銷2來定位。

圖4-22內(nèi)圓磨頭的主軸結(jié)構(gòu)

4.4支承件及導(dǎo)軌4.4.1支承件的功用、分類及基本要求

1.支承件的功用支承件是機(jī)床基礎(chǔ)構(gòu)件，包括床身、立柱、橫梁、底座、工作臺(tái)、箱體等重量(約占機(jī)床總重量的80％左右)和尺寸都較大的零件,故支承件也稱為大件。支承件的作用是支承機(jī)床的其它零部件,保持各零部件間的相互位置,承受這些零部件的各種作用力(重力、切削力、夾緊力等)。例如:普通車床的床身支承著床頭箱、進(jìn)給箱、溜板箱、電動(dòng)機(jī)等部件。車床床身上的導(dǎo)軌與溜板箱的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。此外,還利用支承件中的空間和壁龕存放液壓裝置、潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置及電氣裝置等。

2.支承件的基本要求

(1)支承件應(yīng)有足夠的靜剛度和較大的剛度重量比。

(2)應(yīng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性。這包括較大的動(dòng)剛度和阻尼，使整機(jī)不產(chǎn)生共振和噪音等。

(3)應(yīng)具有較好的熱變形特性，使整機(jī)的熱變形較小或熱變形對(duì)加工精度的影響較小。此外,還應(yīng)考慮導(dǎo)軌面受力合理,局部變形小,耐磨性好以及支承件具有良好的工藝性,成本低、便于加工制造、使用及維修,搬運(yùn)安全、方便,排屑容易等。

4.4.2導(dǎo)軌的功用和分類

1.導(dǎo)軌的功用導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載,機(jī)床上兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的配合面組成導(dǎo)軌副,其中,運(yùn)動(dòng)的一方(如工作臺(tái))叫動(dòng)導(dǎo)軌;不動(dòng)的一方(如床身導(dǎo)軌)叫支承導(dǎo)軌。為保證運(yùn)動(dòng)部件沿確定的方向運(yùn)動(dòng),動(dòng)導(dǎo)軌對(duì)于支承導(dǎo)軌只能有一個(gè)自由度的直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2.導(dǎo)軌的分類

1)按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分

(1)主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。在加工中,動(dòng)導(dǎo)軌完成主運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)速度較高。如立式車床的花盤和底盤導(dǎo)軌，龍門刨床的工作臺(tái)和底座導(dǎo)軌。

(2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)速度較低。如普通車床拖板箱的導(dǎo)軌。

(3)調(diào)整導(dǎo)軌。用來調(diào)整部件之間的相對(duì)位置的導(dǎo)軌屬調(diào)整導(dǎo)軌。如車床尾架與床身相配合的導(dǎo)軌。

2)按運(yùn)動(dòng)軌跡分

(1)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為一直線,如普通車床導(dǎo)軌。

(2)圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為圓,如立式車床工作臺(tái)導(dǎo)軌。

3)按摩擦性質(zhì)分

(1)滑動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌有如下幾種：①靜壓導(dǎo)軌。導(dǎo)軌面間具有靜壓油膜,屬于純液體摩擦,常用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。②動(dòng)壓導(dǎo)軌。當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到某一定值后,在油腔處出現(xiàn)油楔,導(dǎo)軌面間形成油膜,形成液體動(dòng)壓效應(yīng)的液體摩擦，故僅用于高速場(chǎng)合主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，例如立式車床導(dǎo)軌。③混合摩擦導(dǎo)軌。導(dǎo)軌面間具有一定的動(dòng)壓效應(yīng),但導(dǎo)軌面仍處于直接接觸狀態(tài)。大多數(shù)導(dǎo)軌都是如此。

(2)滾動(dòng)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌面間裝有滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)元件,具有滾動(dòng)摩擦性質(zhì)。

4.4.3導(dǎo)軌應(yīng)具有的基本性能

1.導(dǎo)向精度導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)性,如直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的直線性和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的真圓性,以及導(dǎo)軌同其它運(yùn)動(dòng)件之間相互位置的準(zhǔn)確性。影響導(dǎo)軌導(dǎo)向精度的主要因素有:導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式;導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度;導(dǎo)軌及其基礎(chǔ)件的結(jié)構(gòu)剛度以及熱變形等。

1)幾何精度直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度檢驗(yàn)通常包括:

(1)導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度(A項(xiàng)精度),如圖4-23(a)所示;

(2)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度(B項(xiàng)精度),如圖4-23(b)所示;

(3)兩導(dǎo)軌面間的平行度(C項(xiàng)精度),如圖4-23(c)所示。

圖4-23直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度

2)接觸精度導(dǎo)軌面的接觸精度,JB2278-78規(guī)定中采用著色法進(jìn)行檢查,用接觸面所占百分比或25×25mm2面積的接觸點(diǎn)數(shù)來衡量接觸精度。

2.耐磨性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌沿固定導(dǎo)軌長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)會(huì)造成導(dǎo)軌面的不均勻磨損,影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度,從而影響加工精度。導(dǎo)軌的磨損分為硬粒(磨料)磨損和咬合(粘著)磨損及接觸疲勞。硬粒磨損是導(dǎo)軌面間存在有堅(jiān)硬的微粒(如切屑等),或?qū)к壉砻嫔系挠操|(zhì)點(diǎn),在導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)中所造成的磨損。接觸疲勞發(fā)生在滾動(dòng)摩擦劑中。咬合磨損是導(dǎo)軌表面金屬相互吸附,在導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的磨損。在使用中,往往同時(shí)存在上述兩種磨損形式,通常,硬粒磨損是導(dǎo)軌磨損的主要形式。所以,導(dǎo)軌的耐磨性與導(dǎo)軌材料、導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)、受力情況、運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

3.剛度剛度是導(dǎo)軌工作質(zhì)量的重要指標(biāo)。導(dǎo)軌受力后變形會(huì)影響導(dǎo)向精度,要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。變形通常包括受力后的彎曲變形,接觸變形,扭轉(zhuǎn)變形以及支承件的變形。導(dǎo)軌的型式,尺寸,與支承件的連接方式以及受力情況等都與導(dǎo)軌變形有關(guān)。

4.低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)易發(fā)生爬行,爬行現(xiàn)象影響機(jī)床的加工精度和表面粗糙度,應(yīng)保證導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好大多數(shù)機(jī)床的導(dǎo)軌都要淬硬，因此導(dǎo)軌的精加工主要是磨削;不能淬硬但要求精度很高的如坐標(biāo)鏜床導(dǎo)軌則用刮研精加工；或用鑲裝導(dǎo)軌，刮研量小，容易更換。

4.4.4導(dǎo)軌常用材料

1.鑄鐵鑄鐵做導(dǎo)軌材料成本低,具有良好的減振性和耐磨性,且易于鑄造和切削加工。

(1)灰鑄鐵,常用HT200,在較好的潤(rùn)滑與防護(hù)條件下有一定的耐磨性。適用于需要手工刮研,載荷輕的機(jī)床導(dǎo)軌。

(2)孕育鑄鐵,常用HT300,其金相結(jié)構(gòu)具有均勻的珠光體和片狀石墨,其強(qiáng)度和硬度較均勻,耐磨性比灰鑄鐵高一倍以上。但鑄件較硬脆,不易刮研,成本較高。適用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌。

(3)合金鑄鐵,也稱為耐磨鑄鐵。導(dǎo)軌中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵,磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵,耐磨性為HT300的1.5～2倍,但成本較高,適合于精密機(jī)床導(dǎo)軌。鑄鐵導(dǎo)軌常采用高頻淬火、中頻淬火及電接觸表面淬火等方法提高表面硬度,增加導(dǎo)軌的耐磨性。

高頻淬火是采用200～300kHz的高頻電流對(duì)導(dǎo)軌面加熱,淬火溫度為900～950℃,淬硬層深度可達(dá)1.5～3.0mm,硬度可達(dá)HRC48～55,可使導(dǎo)軌的耐磨性提高2倍左右。中頻淬火可采用8kHz左右的中頻電流對(duì)導(dǎo)軌面加熱,溫度可達(dá)950℃左右,淬硬層達(dá)2～3mm,硬度可達(dá)HRC40～50。高、中頻淬火質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高,缺點(diǎn)是導(dǎo)軌淬火后必須進(jìn)行磨削加工。電接觸表面淬火是一種新的導(dǎo)軌淬火方法。利用帶有低壓(1.5～6V),大電流(450～1500A)的滾輪在導(dǎo)軌表面上滾動(dòng),將接觸點(diǎn)加熱至相變溫度以上,滾輪離開后,靠導(dǎo)軌的自冷將表面淬硬,硬度為HRC55～60,淬硬層深度可達(dá)0.2～0.4mm。這種淬火方法具有操作方便,成本低,設(shè)備簡(jiǎn)單,淬火變形小等優(yōu)點(diǎn),但淬硬深度淺,對(duì)導(dǎo)軌耐磨性提高的幅度不大,主要用于維修。

2.鋼為了提高導(dǎo)軌的耐磨性,可采用淬火鋼和氮化鋼導(dǎo)軌。淬火鋼的耐磨性比普通鑄鐵高5～10倍,鑲鋼導(dǎo)軌常用的材料:

(1)合金工具鋼或軸承鋼,如9Mn2V,CrWMn,GCr15等。整體淬硬,HRC≥60。

(2)高碳工具鋼,如T8A、T10A等。整體淬硬,HRC≥58。

(3)中碳鋼,如45或45Cr。整體淬硬,HRG≥48。

(4)氮化鋼,如38CrMoAlA。氮化處理,表面硬度為HV≥850。

3.有色金屬

有色金屬鑲裝導(dǎo)軌常用于重型機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌上,與鑄鐵作成的支承導(dǎo)軌相配合,能防止咬合磨損,提高耐磨性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性以及移動(dòng)精度,常用的材料有鋁青銅ZQAl9-4、錫青銅ZQSn6-6-3等。

4.塑料鑲裝塑料導(dǎo)軌,用于各類機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上,與用鑄鐵做的支承導(dǎo)軌相配合,具有良好的耐磨性,能防止咬合磨損等優(yōu)點(diǎn),且工藝簡(jiǎn)單,制造周期短,但剛度較鑄鐵低。常用的材料有錦綸、酚醛夾布塑料、環(huán)氧樹脂耐磨涂料等。

5.導(dǎo)軌材料的搭配為使組合成的導(dǎo)軌磨損較小,應(yīng)用不同材料組成導(dǎo)軌副,若采用相同的材料,也應(yīng)采用不同的熱處理使其具有不同的硬度。對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌,長(zhǎng)導(dǎo)軌(通常是支承導(dǎo)軌)用耐磨性較好和硬度較高的材料制造,因?yàn)殚L(zhǎng)導(dǎo)軌各處的使用機(jī)會(huì)不均等,造成導(dǎo)軌在各處磨損不均勻,影響加工精度等。動(dòng)導(dǎo)軌總是全長(zhǎng)接觸,磨損比較均勻,易于維修。對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌,應(yīng)將軟材料用于動(dòng)導(dǎo)軌,因加工花盤或圓,工作臺(tái)導(dǎo)軌比加工底座方便,磨損后修理也容易。表4-1導(dǎo)軌材料的搭配

4.4.5滑動(dòng)導(dǎo)軌

1.結(jié)構(gòu)形式

1)截面形狀滑動(dòng)導(dǎo)軌分為凸形和凹形兩大類。直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌截面的基本形狀有:矩形、三角形、燕尾形及圓形。如圖4-24所示。一對(duì)導(dǎo)軌副一凸一凹。

(1)矩形導(dǎo)軌:其特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單,剛度高,承載能力大,導(dǎo)軌垂直面與水平方向的誤差相互沒有影響,但矩形導(dǎo)軌存在側(cè)面間隙,影響導(dǎo)向精度。因此,矩形導(dǎo)軌適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求不高的機(jī)床上。如圖4-24(b)所示。

(2)三角形導(dǎo)軌:如圖4-24(a)所示。支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)稱為山形導(dǎo)軌,為凹形時(shí)稱為V形導(dǎo)軌,其特點(diǎn)是:導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償,導(dǎo)軌的導(dǎo)向性好。但水平和垂直兩個(gè)方向的誤差相互影響。制造與維修較困難。導(dǎo)向精度隨頂角α的增加而降低,而摩擦系數(shù)也隨α的增加而降低,通常取為90°。大型或重型機(jī)床α＝110°～120°,對(duì)于精密機(jī)床α<90°。

(3)燕尾形導(dǎo)軌:如圖4-24(c)所示。其高度尺寸較小,結(jié)構(gòu)緊湊,能承受顛覆力矩,但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙,需用鑲條調(diào)整,且剛性差,加工檢驗(yàn)和維修不方便,適用于速度較低的多層導(dǎo)軌。

(4)圓柱形導(dǎo)軌:如圖4-24(d)所示。圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單,導(dǎo)軌有兩個(gè)自由度,適用于同時(shí)作直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的地方,磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。主要用于受軸向載荷的場(chǎng)合,如鏜床、內(nèi)圓磨床的主軸套筒。

圖4-24導(dǎo)軌的截面形狀

2)組合形式直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌通常由兩條導(dǎo)軌組合而成,其組合形式可根據(jù)其導(dǎo)向精度,承載情況等綜合考慮。如圖4-25所示。

圖4-25直線運(yùn)動(dòng)滑動(dòng)導(dǎo)軌常用組合形式

(1)雙矩形:如圖4-25(b)所示。加工與維修簡(jiǎn)單,具有較大的承載能力,導(dǎo)向性差,多用于重型機(jī)床。

(2)雙三角形,如圖4-25(a)所示。其導(dǎo)向性和精度保持性高,加工檢驗(yàn)和維修都較困難,用于精度要求高的機(jī)床,如坐標(biāo)鏜床、精密絲杠車床等。頂角α常取90°。

(3)三角形-矩形組合、燕尾形-矩形組合、雙圓柱形組合等。

2.間隙調(diào)整導(dǎo)軌結(jié)合面之間都存在間隙。適當(dāng)?shù)拈g隙能使運(yùn)動(dòng)部件平穩(wěn),輕快。間隙過小,將增加運(yùn)動(dòng)阻力,加速導(dǎo)軌磨損;間隙過大,導(dǎo)向精度會(huì)降低,且容易產(chǎn)生振動(dòng),使用一段時(shí)間后其間隙因?qū)к壞p還要重新調(diào)整,調(diào)整導(dǎo)軌間隙常用鑲條和壓板。

1)壓板用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩。矩形導(dǎo)軌上常用的幾種壓板如圖4-26所示。

圖4-26壓板

(1)圖(a):此裝置用磨或刮壓板3的e面或d面來調(diào)整垂直方向的間隙。若間隙過大,則刮或磨壓板3與床鞍(或溜板)1的結(jié)合面d;若間隙過小,則刮或磨壓板上e面。壓板上d,e面需有空刀槽。這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但調(diào)整麻煩。

(2)圖(b):此裝置是用壓板與床鞍結(jié)合面墊片4的厚度,來調(diào)整垂直方向的間隙。

(3)圖(c):此裝置在壓板與導(dǎo)軌間用平鑲條5,調(diào)整垂直方向間隙,調(diào)整方便,但剛度差。

2)鑲條用來調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)面間隙,以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。常用有平鑲條和斜鑲條兩種。圖4-27所示是平鑲條的兩種形式。平鑲條2與支承導(dǎo)軌之間的間隙,用螺釘1調(diào)整,用螺母鎖緊。平鑲條制造容易,調(diào)整方便,但鑲條受力不均勻,容易變形,且剛度低。

圖4-27平鑲條

圖4-28所示是斜鑲條的幾種形式。斜面鑲條的斜度一般在1∶100～1∶40之間,鑲條越長(zhǎng)斜度越小。圖(a)是用螺釘1,帶動(dòng)鑲條2移動(dòng)來調(diào)整間隙。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但螺釘1頭部的凸肩與鑲條2上的溝槽之間的間隙可能引起鑲條竄動(dòng),影響導(dǎo)向精度和剛度。圖(b)裝有開口墊圈3,靠修磨開口墊圈的厚度調(diào)整鑲條。圖(c)的形式是用螺母6、7來調(diào)整間隙,并用螺母5鎖緊螺釘,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠。

圖4-28斜鑲條

4.4.6支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.支承件本身的剛度

1)正確選擇截面的形狀和尺寸支承件承受的載荷主要是彎矩和扭矩。產(chǎn)生的變形主要是彎扭變形。在其它條件相同時(shí),抗彎抗扭剛度與截面慣性矩有關(guān)。同一種材料,截面積相等而形狀不同,截面慣性矩相差很大,合理選擇截面形狀可提高支承件本身的剛度。從表4-2所示的橫截面為100cm2的各種截面形狀抗彎,抗扭慣性矩的比較中可以看出:

(1)無論圓形、方形或矩形,都是空心截面的剛度比實(shí)心的大,因此床身截面應(yīng)做成中空形式。

(2)保持橫截面積不變,加大外廓尺寸,減小壁厚,可提高截面剛度,表4-2中序號(hào)3的截面剛度較序號(hào)2為大。

(3)圓形截面的抗扭剛度比方形截面大,而抗彎剛度比方形小。同樣,環(huán)形的抗扭剛度比方框形與長(zhǎng)框形的大,而抗彎剛度比后者小。工字形截面梁的抗彎剛度最好,長(zhǎng)框形次之,實(shí)心圓形最弱,所以對(duì)承受彎矩為主的支承件的截面應(yīng)采用矩形,如B為寬度、H為長(zhǎng)度,則H／B＝1.5～2(如圖4-29(g)、(h)所示)。如立式