车床结构剖析

学习情境4 CA6140车床的结构分析

教学目标：

知识目标：掌握机床主要部件结构、传动原理。

机床的传动系统部件和功能及其调整。

能力目标：掌握机床的传动系统部件和功能及其调整方法。

情感目标：通过创设情景、问题、激发学生的好奇心和求知欲。

教学重点与难点：

重点：机床主运动和进给运动机构的传动。

难点：超越离合器、卸荷带轮、集中操纵机构。

教学方法：

项目教学法：项目教学是将需要的问题或需要完成的任务交给学生，在老师的指导下，师生一起按照实际工作过程的完整程序进行任务分析决策、实施、成果展示、评估总结的过程。教学中，根据项目任务，遵循教师为主导、学生为主体、实际训练为主线的原则，以教师提出的问题为主线引导学生完成掌握相应的理论知识，结合创设情景，分析比较、查阅手册、讨论思考、实践操作、换位思考、评估总结等一系列活动，充分跳动学生的主动性和积极性，让学生自主地学、主动地学。

学法：问题引导法、直观分析法、分段教学法、学练相结合的方法。

学时、教具和课前准备：

学时：1学时

教具：多媒体课件等。

课前准备：CA6140型卧式车床等

教学过程：

[工作场景]

工作对象：CA6140卧式车床传动系统结构。

本情景教学任务是要求学生熟练掌握CA6140卧式车床的传动系统部件和功能。

[引导问题]

1、CA6140卧式车床有哪些主要组成部件，它们的作用是什么？

2、CA6140卧式车床的主轴间隙是如何调整的？

3、CA6140卧式车床是如何实现换向和启动、停止的？

4、如何保证机床在过载的时候不受损坏？

5、如何保证快速运动和进给运动不干涉？

6、如何实现纵向运动和横向运动的互锁？

三、卧式车床的主要组成部件和功能

卧式车床的主参数以在床身上的最大加工直径表示，CA6140型车床加工工件的最大直径为400mm。机床厂生产有最大加工长度为650mm、900mm、1400 mm、1 900 mm的4种CA6140型车床供用户选用，其外形如图2-6所示。

图2-6 CA6140型卧式车床的外形

1.机床的主要组成部件及其功用

(1)主轴箱主轴箱固定在床身的左端，其内部装有主轴和传动轴，变速、变向、润滑等机构，由电动机经变速机构带动主轴旋转，实现主运动，并获得需要的转速及转向。主轴前端可安装三爪卡盘、四爪卡盘等附件，用以装夹工件。

(2)进给箱进给箱固定在床身的左前侧面，用以改变被加工螺纹的导程或机动进给的进给量。

(3)溜板箱溜板箱固定在床鞍的底部，其功用是将进给箱通过光杠或丝杠传来的运动传递给刀架，使刀架进行纵向进给、横向进给或车螺纹运动。另外，通过纵、横向的操纵手柄和上面的电器按钮，可起动装在溜板箱中的快速电动机，实现刀架的纵、横向快速移动。在溜板箱上装有多种手柄及按钮，可以方便地操纵机床。

(4)床鞍床鞍位于床身的上部，并可沿床身上的导轨作纵向移动，其上装有中溜板、回转盘、小溜板和刀架，可使刀具作纵、横或斜向进给运动。

(5)尾座尾座安装于床身的尾座导轨上，可沿导轨作纵向调整移动，然后固定在需要的位置，以适应不同长度的工件。尾座上的套筒可安装顶尖以及各种孔加工刀具，用来支承工件或对工件进行孔加工，摇动手轮使套筒移动可实现刀具的纵向进给。

(6)床身床身固定在左床腿和右床腿上。床身是车床的基本支承件，车床的各主要部件均安装于床身上，它保证了各部件间具有准确的相对位置，并且承受了切削力和各部件的重量。

2．机床的主要结构

(1)主轴箱主轴箱是车床的一个重要部件，包括箱体、主运动的全部变速机构及操纵机构、实现主轴正反转及开停车的片式摩擦离合器、制动器、润滑装置等。

①主轴部件的结构及轴承的调整主轴部件是主轴箱中最主要的部件。对它有很高的技术要求，除了有很高的回转精度外，还应有足够的刚性和良好的抗振性，只有这样才能满足加工的需要。

主轴部件主要由主轴、主轴支承及安装在其上的齿轮组成。主轴是外部有花键的空心阶梯轴，内孔为直径48 mm的通孔，前端为莫氏6号的锥孔，用于安装前顶尖或心轴，主轴前端的短法兰式结构用于安装卡盘、拨盘或专用夹具，端面键用于传递扭矩(如图2-7所示)。 CA6140型车床的主轴部件采用了三支承结构，以提高其静刚度和抗振性，其前后支承处各装有一个双列短圆柱滚子轴承7(NN3021K/P5)和3(NN3015K/P6)。双列短圆柱滚子轴承能承受很大的径向载荷，刚度好，有很高的旋转精度，其内圈较薄，内孔是1:12的锥孔，可通过相对主轴轴颈轴向移动来调整轴承间隙，因而保证主轴有很高的旋转精度和刚度。前支承还装有一个60°接触角的双向推力角接触球轴承6，用于承受左右两个方向的轴向力。在主轴的中间支承处，装有一圆柱滚子轴承(NN216)，它作为辅助支承，其配合较松，且间隙不能调整。

轴承有了间隙要及时调整，前轴承7可用螺母4、8进行调整，先拧松螺母8和螺母4上的锁紧螺钉5，拧调整螺母4使轴承7的18圈相对主轴锥形轴颈向右移动，由于锥面的作用，薄壁的轴承内圈产生弹性变形，将滚子与内、外圈滚道之间的间隙消除，调好后再将螺母8、锁紧螺钉5拧紧。后轴承调整方法与前轴承相同。一般情况，只调整前轴承即可，只有调整前轴承后仍达不到旋转精度时，才调后轴承。

图2-7 CA6140型车床主轴部件

1、4、8-调整螺母；

2、5-锁紧螺钉；

3、6、7-轴承；9-端面键；10-套筒；11、12-回油口

主轴轴承由液压泵供油充分润滑，为了防止润滑油外漏，前后轴承处都有油沟式密封装

置，在螺母8、套筒10的外圆上有锯齿形环槽，主轴旋转时，依靠离心力的作用，把经过轴承向外流出的润滑油甩到前后轴承端盖的接油槽内，分别经回油口11、12流回主轴箱。

②双向多片式摩擦离合器及制动机构双向多片式摩擦离合器如图2—7所示。它安装在轴I上，用以控制主轴的正转、停止和反转。轴I的右半部为空心轴，在其右端安装有可绕圆柱销11摆动的元宝形摆块12，元宝形摆块下端弧形尾部卡在杆9的缺口槽内。当拨叉lO,由操纵机构控制，拨动滑环10右移时，摆块12绕销子11顺时针摆动，其尾部拨动杆9向左移动，杆9通过固定在其左端的固定销6带动螺圈5和加压套4压紧左离合器的内外摩擦片3、2。内摩擦片3是内孔为花键孔的圆形薄片，与轴I花键连接，外摩擦片2的内孔为光滑圆孔，空套在轴I花键外圆上，其外圆开有4个凸爪，卡在空套齿轮1的右端套筒内。内外摩擦片相间安装。由于离合器中还装有止推片，当螺圈5向左移动时才能将内外摩擦片压紧。压紧之后将轴I的运动传至空套其上的空套齿轮1，再传出使主轴得到正转。当滑环10向左移动，元宝形摆块逆时针摆动，从而使杆9通过螺圈5、加压套7使右离合器内、外摩擦片压紧，并使轴I运动传至空套齿轮8，再传出，使主轴得到反向转动。当滑环10处于中间位置时，左右离合器的内、外摩擦片均松开，主轴Ⅵ停转。如果摩擦离合器中摩擦片间的间隙过大，由于杆9轴向移动距离有限，就会产生压紧力不足，不能传递足够的摩擦力矩，车削时就会产生“闷车”现象，摩擦片之间要打滑；间隙过小也不好，开车费劲，易损坏操纵机构零件，内外片不能完全脱开，同样会产生摩擦片之间相对打滑发热，还会使制动不灵。调整摩擦片间隙的方法，就是改变加压套4或7的轴向位置，调整左离合器时先压下定位的弹簧销15，转动加压套4即可调整。右离合器的调整方法与左离合器相同。

图2-8双向多片式摩擦离合器

1、8-空套齿轮；2-外摩擦片；3-内摩擦片；4、7-加压套；5-螺圈；6-固定销；

9-杆；10-滑环；11-销子；12-摆块；13-轴；14-拨叉；15-弹簧销

图2-9制动装置

为了在摩擦离合器松开后克服惯性作用，使主轴迅速制动，在主轴箱轴Ⅳ上装有制动装置，如图2-9所示。制动装置由通过花键与轴Ⅳ连接的制动轮、制动钢带、杠杆以及调整装置等组成。制动带一端通过调节螺钉与箱体连接，制动带内侧固定一层铜丝石棉以增大摩擦力矩，另一端固定在杠杆上端，当杠杆绕轴摆动时拉动制动带，使其包紧在制动轮上，由制动带与制动轮之间产生的摩擦力矩使主轴迅速制动。制动摩擦力矩大小可用螺钉调整。制动带的松紧程度要适当，要求停车时主轴迅速制动，开车时制动带迅速放松。

双向多片式摩擦离合器与制动装置采用同一操纵机构(如图2-10所示)，以协调两机构的工作，当抬起或压下手柄时，通过曲柄、拉杆、曲柄及扇形齿轮，使齿条轴向右或向左移动，再通过元宝形摆块、拉杆使左边或右边离合器结合，使主轴正转或反转。此时杠杆的下端位于齿条轴圆弧形凹槽内，制动带则处于松开状态。当操纵手柄处于中间位置时，齿条轴和滑套也处于中间位置，摩擦离合器左、右摩擦片组都松开，主轴与运动源断开。这时，杠杆的下端被齿条轴两凹槽间的凸起(如图2-9中的b点所示)部分顶起，杠杆逆时针摆动，从而拉紧制动带，使主轴迅速制动。

图2-10摩擦离合器及制动装置操纵机构

(2)溜板箱溜板箱内有实现刀架快慢移动自动转换的超越离合器，起过载保护作用的安全离合器，接通、断开丝杠传动的开合螺母机构，接通、断开和转换纵、横向机动进给运动的操纵机构以及避免运动干涉的互锁机构等。在这里着重介绍下列几种机构。

①开合螺母机构开合螺母机构用来接通或断开丝杠传动。开合螺母由上、下两个半螺母组成，如图2-11所示，两个半螺母安装在溜板箱后壁的燕尾导轨上，可以上下移动。上、下半螺母背面各装有一个圆柱销，圆柱销的另一端分别插在操纵手柄轴左端槽盘的两条曲线槽中，扳动手柄使槽盘逆时针转动时，槽盘端面的曲线槽迫使两个圆柱销互相靠近，从而使上、下半螺母合拢，与丝杠啮合，接通车螺纹运动。若扳动手柄顺时针转动，槽盘上的曲线槽迫使二圆柱销分开，随之使上、下半螺母分开，与丝杠脱开啮合，断开了车螺纹运动。

图2-11开合螺母机构

松开锁紧螺母，用螺钉经镶条可调整开合螺母与燕尾导轨间的间隙，调整后拧紧锁紧螺母。开合螺母与丝杠之间的间隙可通过位于开合螺母下方固定在溜板箱上的螺钉调整(图中没有示出)。

②纵、横向机动进给操纵机构纵、横向机动进给的接通、断开和换向由一个手柄集中操纵(如图2-12所示)，手柄1通过销轴2与轴向位置固定的轴23相连接，向左或向右扳动手柄1时，手柄座3的缺口通过球头销4拨动轴5轴向移动，然后再经杠杆11、连杆12、偏心销使圆柱形凸轮13转动，凸轮上的曲线槽通过圆销14、拨叉轴15和拨叉16，拨动离

合器 Ms与空套在轴X＼Ⅱ上两个空套齿轮之一啮合，从而接通机动纵向进给，可使刀架向左或向右移动。

图2-12纵、横向机动进给操纵机构(CA6140)

1-手柄；2-销轴；3-手柄座；4-球头销；5-轴；6-手柄；7-轴；8-弹簧销；9-球头销；

10-拨叉轴；11-杠杆；12-连杆；13-凸轮；14-圆销；15-拨叉轴；16、17-拨叉；

18、19-圆销；20-杠杆；21-销轴；22-凸轮；23-轴；2-凸肩

当向前或向后扳动手柄1时，带动轴23转动，并使其左端的凸轮22随着转动，凸轮22上的曲线槽推动圆柱销19，使杠杆20绕销轴21摆动，杠杆20上另一圆销18通过拨叉轴10上的缺口，带动拨叉轴10移动，并通过固定在拨叉轴上的拨叉17，拨动离合器M。，使之与轴ⅫV上两空套齿轮之一啮合，从而接通了向前或向后的横向机动进给。

纵、横向机动进给机构的操纵手柄扳动方向与刀架进给方向一致，给使用带来方便。手柄在中间位置时机动进给断开。当扳动操纵手柄朝向某方向，并按下操纵手柄顶端的按钮 K 时，接通快速电动机，可使刀架按手柄位置确定的进给方向快速移动。

为了防止误操作损毁机床，机床上设置有互锁机构，保证了操作安全。互锁机构的类型为：车螺纹与纵、横向机动进给互锁，即合上开合螺母，就不能接通纵、横向机动进给；纵、横向机动进给与车螺纹互锁，即接通纵、横向任一进给，就不能合上开合螺母；纵向进给与横向进给互锁，即在手柄1的面板上有十字槽，保证了纵向进给与横向进给不能同时被接通。

③超越离合器为了避免光杠和快速电动机同时驱动轴XX而造成机床损坏，在溜板箱左端齿轮Z56与轴Ⅻ之间装有超越离合器M6(如图2-13所示)。由光杠传来的进给运动(低速)使齿轮Z56(即超越离合器的外环)按逆时针方向转动，三个短圆柱滚子分别在弹簧的弹力及滚子与外环之间的摩擦力作用下，楔紧在外环和星形体之间，外环通过滚子带动星形体一起

转动，运动便经安全离合器M7传至轴XX，实现正常的机动进给。当按下快速移动电动机按钮时，快速电动机的运动由齿轮副13/29传至轴XX，使星形体得到一个与齿轮Z56转向相同，而转速却快得多的旋转运动(高速)。这时，摩擦力使滚子通过顶销压缩弹簧而向楔形槽的宽端滚动，从而脱开外环和星形体之间的联系，虽然此时光杠及齿轮Z56仍在旋转，但不再驱动轴麟，因此刀架实现快速移动。一旦快速电动机停止转动时，在弹簧力和摩擦作用下，滚子又楔紧在外环和星形体之间，刀架立即恢复正常的机动进给运动。

图2-13超越离合器

由于CA6140型车床使用的是单向超越离合器，要求光杠和快速电机都只能作单方向转动。若光杠反向转动，则不能实现纵、横向机动进给；若快速电机反向旋转，则超越离合器不起超越作用。

④安全离合器安全离合器M7的作用是提供过载保护，即当机床过载或出现故障时能自动断开运动而保护机床不受损坏。

安全离合器结构以及原理如图2-13和图2-14所示，由光杠传来的运动经单向超越离合器的外环即齿轮Z56，并通过滚子和星形体，再经平键传至M7的左半部1，然后由其螺旋形端面齿传至离合器的右半部2，再经过花键传至轴XX，离合器的右半部2后端的弹簧3的弹力，克服离合器在传递扭矩时所产生的轴向分力，使离合器左、右两部分保持啮合(如图

2-14a所示)。

图2-14安全离合器工作原理

机床过载时，蜗杆轴XX上的阻力加大，安全离合器传递的扭矩也加大，因而作用在螺旋形端面齿上的轴向力也将加大，当轴向力超过弹簧3的弹性力时，弹簧不再能保持离合器左、右两半相啮合，轴向力便将离合器右部推开(如图2-14b所示)，这时离合器左半部1

继续转动，而右半部2不能被带动，二者之间产生打滑现象(如图2-14c所示)，从而使传动链断开，保护了传动机构，使它们不因过载而损坏。当过载排除后，由于弹簧3的弹力，安全离合器恢复啮合，重新正常工作。

机床许用的最大进给力决定于弹簧3的弹力，可通过调整弹簧压缩量来改变弹力的大小。