机械制造与工艺全书－3 典型机床工作运动分析(2)

 

第三节  卧式车床的传动与结构

一、卧式车床的传动系统图

为了实现加工过程中机床的各种运动，机床必须具备三个基本部分：执行件、动力源和传动装置。

执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是带动工件或刀具完成所要求的各种运动，并保证其运动轨迹的准确性。

动力源是为执行件提供动力的装置，如交流电动机、伺服电动机等。

传动装置是把动力源的动力和运动传给执行件的装置，完成变速、变向、改变运动形式等功能。

使动力源和执行件以及两个有关的执行件之间保持运动联系，并按一定顺序排列的一系列传动件就构成了传动链。

一台机床可以有多条传动链。

从性质上讲，传动链可分为外联系和内联系传动链两种。

    （1）外联系传动链  它是联系动力源与执行件之间的传动链，使执行件获得一定的速度和动力，但不要求动力源和执行件之间有严格的传动比关系。

外联系传动链只影响被加工零件的表面质量和生产率，但不影响被加工零件表面形状的性质。

（2）内联系传动链  它是联系构成复合运动的各个分运动执行件的传动链。因此传动链所联系的执行件之间的相对运动有严格的要求。

内联系传动链能影响被加工零件表面形状的性质。为了保证严格的传动比，在内联系传动链中不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构（如带传动、链传动和摩擦传动等）。

通常传动链中的各种传动机构可分为两类：

传动比不变的“定比机构”（如定比齿轮副、齿轮齿条、蜗轮蜗杆等）和可变换传动比的“换置机构”（如滑移齿轮变速机构、挂轮以及数控机床中的数控系统等）。

    为了简单明确地反映机床的传动联系，常用一些简单的符号来表示传动原理和传动路线，这就是传动原理图。

传动系统图是表示机床运动传动关系的综合简图，是传动原理图的具体体现。在图中用简单的符号代表各种传动元件(GB4406-84《机构运动简图符号》），并按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式来表达。图中，通常须注明齿轮及蜗轮的齿数、蜗杆头数、带轮直径、丝杠的螺距和头数、电动机的功率和转速、传动轴的编号等。传动系统图只表示传动关系，不表示各元件的实际尺寸和空间位置，如教材图4-3所示为CA6140型卧式车床的传动系统图。

二、CA6140型卧式车床传动系统分析

     机床的加工过程中，需要有多少个运动就应该有多少条传动链。所有这些传动链和它们之间的相互联系就组成了一台机床的传动系统。分析传动系统也就是分析各传动链，分析各传动链时，应按下述步骤进行：

（1）根据机床所具有的运动，确定各传动链两端件。

（2）根据传动链两端件的运动关系，确定计算位移量。

（3）根据计算位移量及传动链中各传动副的传动比，列出运动平衡式。

（4）根据运动平衡式，推导出传动链的换置公式。

传动链中换置机构的传动比一经确定，就可根据运动平衡式计算出机床执行件的运动速度或位移量。

要实现机床所需的运动，CA6140型卧式车床的传动系统需具备以下传动链：实现主运动的主传动链；

实现螺纹进给运动的螺纹进给传动链；

实现纵向进给运动的纵向进给传动链；

实现横向进给运动的横向进给传动链；

实现刀架快速退离或趋近工件的快速空行程传动链。

（一）主运动传动链

    1、传动路线

    CA6140型卧式车床主运动，是由主电动机经三角皮带传至主轴箱中的轴I，轴I上装有一个双向多片式摩擦离合器M₁，用以控制主轴的启动停止和换向。轴I的运动经离合器M₁和轴II--III间变速齿轮传至轴III，然后分两路传递给主轴。

    （1）高速传动路线  主轴VI上的滑移齿轮Z50处于左边位置，运动经齿轮副直接传给主轴。

   

（2）中低速传动路线  主轴VI上的滑移齿轮Z50处于右边位置，且使齿式离合器M₂接合，运动经轴III-IV-V间的背轮机构和齿轮副传给主轴。

  传动路线是分析和认识机床的基础，常用的方法是“抓两端，连中间”：首先找到传动链的两端件，然后按照运动传递或联系顺序，从一个端件到另一个端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。

    2、主轴的转速级数与转速计算

根据传动系统图和传动路线表达式，主轴正转可获得2´3´(2´2-1)+2´3=24级不同转速。同理，主轴反转12级。

    主轴的转速可按下列运动平衡式计算：

ｎ_主

主轴反转一般不用来进行车削，而是为了在车螺纹时，使刀架在主轴与刀架之间的传动链不脱开的情况下退回至起始位置，以免下次走刀发生“乱扣”现象.同时为了节省退刀时间，主轴反转转速高于正转转速。

    （二）螺纹进给运动传动链

CA6140型卧式车床螺纹进给运动传动链，可以保证机床车削公制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹。

此外，还可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹。这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。不同标准的螺纹用不同的参数表示其螺距。

    无论车削哪一种螺纹，都必须在加工中保证主轴每转一转，刀具准确地移动被加工螺纹一个导程的距离。由此可列出螺纹进给传动链的运动平衡式：

1（主轴）×u₀×ux×L_丝=L_工    公制螺纹是我国常用的螺纹，在国家标准中已规定了其标准螺距值。公制螺纹的标准螺距是按分段等差数列的规律排列的（参见表4-6），为此，螺纹进给传动链的变速机构也应按分段等差数列的规律变换其传动比。这一要求是通过适当调整进给箱中的变速机构来实现的。

车削公制螺纹时，进给箱中的离合器M₃、M₄脱开，M₅接合。其运动由主轴VI经齿轮副，轴IX至轴XI间的左右螺纹换向机构，挂轮，传至进给箱的轴XII，然后再经齿轮副，轴XIII--XIV间的滑移齿轮变速机构（基本螺距机构），齿轮副传至轴XV，接下去再经轴XV—XVII间的两组滑移齿轮变速机构（增倍机构）和离合器M₅传动丝杠XVIII旋转。合上溜板箱中的开合螺母，使其与丝杠啮合，便带动了刀架纵向移动。其传动路线表达式如下：

     其中，u基为轴XIII－XIV间变速机构的可变传动比，共8种：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。它们近似按等差数列的规律排列，是获得各种螺纹导程的基本机构，故通常称之为基本螺距机构，或基本组。

     u倍为轴XV－XVII间变速机构的可变传动比，共4种：28/35×(35/28）、28/35×(15/48）、18/45×(35/28）、18/45×(15/48），即1、1/2、1/4、1/8。它们按倍数关系排列，用于扩大机床车削螺纹导程的种数，一般称之为增倍机构，或增倍组。

    根据传动系统图或传动链的传动路线表达式，可列出车削公制螺纹的运动平衡式：

L=kP=1（主轴）u基u倍´12

化简得：

L=7u基u倍

由此可得8´4=32种导程值，其中符合标准的只有20种（见表4-6）

    由上述可知，利用基本组中各传动副传动，可以车削出按等差数列规律排列的基本导程值；经过增倍组后，又可把由基本组得到的8种基本导程值按1:2:4:8的关系增大或缩小，两种变速机构的不同组合，便可得到常用的、按分段等差数列的规律排列的标准导程（或螺距）的公制螺纹。

加工其它不同种类和标准的螺纹时，只要通过离合器不同的离合状态和挂轮适当组合即可。

    （三）机动进给传动链

    实现一般车削时刀架机动进给的纵向和横向进给传动链，由主轴至进给箱中轴XVII的传动路线与车公制或英制常用螺纹的传动路线相同，其后运动经齿轮副传至光杠XIX（此时离合器M₅脱开，齿轮Z₂₈与轴XIX 齿轮Z₅₆ 啮合)，再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至光杠齿轮齿条机构和横向进给丝杠XXVII，使刀架作纵向或横向机动进给，其纵向机动进给传动路线表达式如下：

    溜板箱中的双向牙嵌式离合器M₈、M₉和齿轮传副组成的两个换向机构，分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。利用进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，以及进给传动链的不同传动路线，可获得纵向和横向进给量各64种。

    纵向和横向进给传动链的两端件的计算位移为：

     纵向进给：主轴转一转———刀架纵向移动f 纵（单位：mm）

     横向进给：主轴转一转———刀架横向移动f 横（单位：mm）

     由传动分析可知，横向机动进给在其与纵向机动进给传路线一致时，所得的横向进给量是纵向进给量的一半。