車床的歷史發(fā)展及臥式車床

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1、車床的歷史發(fā)展及臥式車床前言 隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化機械設(shè)備不斷占領(lǐng)市場，尤其是金屬切削中的數(shù)控機床已經(jīng)成為時代的先驅(qū)，引領(lǐng)潮流。但有著悠久歷史的普通成床，特別是它不甘落后，繼續(xù)想著明昂首闊步的精神，是值得我們?nèi)ジ脑斓摹?本篇論文的指導思想：包括車床的歷史發(fā)展及臥式車床的相關(guān)知識；車床主軸的加工工藝及檢驗裝配；使用后對機床的保養(yǎng)及維護；對廢置主軸重新修理再利用。相對于數(shù)控車床，普通車床對于手工操作要求更高一些，主要體現(xiàn)個人的技術(shù)水平，而且有些零件的加工工序還需要它來加工的，還有就是它的加工價格比較便宜，所以它不會很快消失，那么增加它的使用壽命，進而提高它的業(yè)績，希望它跟好的走向明天。 第1章

2、概論1.1 車床的歷史及發(fā)展1.1.1 車床的歷史 公元前二千多年出現(xiàn)的樹木車床是機床最早的雛形。工作時，腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性是工件有繩索帶動旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動工具的切削工作。中世紀的彈性桿棒車床運用的仍是這一原理。十五世紀由于制造鐘表和武器的需要，出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工車床，以及水力驅(qū)動的炮筒鏜床。1500年左右，意大利讓人奧納多.達芬奇曾繪制過車床，鏜床，紋加工機床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖，其中已有曲柄，飛輪，頂尖和軸承等新機構(gòu)。中國明朝出版的天工開物中也載有磨床的結(jié)構(gòu)，用腳踏的方法是鐵盤旋轉(zhuǎn)，加上沙子和水剖切玉石。1979年，英國人莫茲利創(chuàng)造

3、成的車床由絲桿轉(zhuǎn)動刀架，能實現(xiàn)機動進給和車削螺紋，這是機床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“ 英國機床工業(yè)之父”。隨著電動機的發(fā)明，機床開始先采用電動機集中驅(qū)動，后有廣泛使用單獨電動機驅(qū)動。二十世紀初，為了加工精度更高的工件，夾具和螺紋加工工具，相繼創(chuàng)造出坐標鏜床和螺紋磨床。同時為了適應汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，有研制成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術(shù)和計算機的發(fā)展和應用，使機床在驅(qū)動方式，控制系統(tǒng)功能等方面都發(fā)生顯著變革。1.1.2 車床的誕生及發(fā)展 （1）車床的誕生記在發(fā)明車床的故事中，最引人注目的是一名叫莫茲利得英國人，因為他于1797年發(fā)明了劃

4、時代的刀架車床，這種車床帶有精密的導螺桿和可互換的齒輪。莫茲利生于1771年，18歲的時候，他是發(fā)明家布拉默的得力助手。直到26歲才離開布拉默，因為布拉默粗暴地拒絕了莫茲利提出的把工資增加到每周30先以上的請求。就在莫茲利離開布拉默的那一年，他制造成了第一臺螺紋車床，3年以后，莫茲利在他自己的車間制造出了一臺更加完善的車床，19世紀，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動機的應用，車床不斷完善，終于達到高速度和高精度的現(xiàn)在水平。（2） 車床的發(fā)展史車床的發(fā)展大致可以分為四個階段：雛形期，基本架構(gòu)期，獨立動力期與數(shù)值控制期，下面針對其發(fā)展的過程加于介紹。車床的誕生不是發(fā)明出來的，而是逐漸演進而成，早在四千年

5、前就有人利用簡單的拉弓原理完成鉆孔的工作，這是由記錄最早的工具機，這段期間可稱為雛形期。18世紀開始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導的農(nóng)業(yè)社會結(jié)束，取而代之的強調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會，由于各種金屬制品被大量使用，為了滿足金屬零件的加工，車床成了關(guān)鍵性的設(shè)備，到了19世紀才有完全以鐵制零件組合完成的車床，再加上諸如螺桿等傳動機構(gòu)的導入，一部具有基本功能的車床總算開發(fā)出來，為其基本結(jié)構(gòu)架。瓦特發(fā)明了蒸汽機，是的機床可籍由蒸汽機產(chǎn)生的動力來啟動車床運轉(zhuǎn)，20世紀初擁有了獨立動力源的動力車床（Engine Lathe）終于被開發(fā)，也將車床帶到新的領(lǐng)域。20世紀中，計算機被發(fā)明，不久計算機即被用在工具機上，為

6、數(shù)值控制期。 1.2 普通機床及CA6140臥式車床的簡介1.2.1 普通機床的基本知識 車床主要用于加工各種回轉(zhuǎn)表面，如內(nèi)外圓柱面，圓錐表面，回轉(zhuǎn)曲面和端面等，有些車床還能加工螺紋面。由于多數(shù)機器零件具有回轉(zhuǎn)表面，車床的通用性又較廣，因此，在機械制造廠中，車床應用極為廣泛，在金屬切削機床中占的比例比較大，約占總臺數(shù)的20%-35%。 車床的種類很多，按其結(jié)構(gòu)和用途主要可以分為：a臥式車床和落地車床。b立式車床c轉(zhuǎn)塔車床。d單軸和多軸自動，半自動車床 。 e仿行車床和多刀車床。f數(shù)控車床和車削中心。g各種專門化車床。 車床型號的組成：通用車床的型號由基本部分和輔助部分組成，中間用“/”隔開，讀

7、作“之”。前者需統(tǒng)一管理，后者納入型號與否由企業(yè)自定。型號（從左到右）構(gòu)成如下： 分類代碼 類代號 通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號 組代號 系代號 主參數(shù)或設(shè)計順序號 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 重大改進系號/其他特性代號 企業(yè)代號 車床的類代號：C 車床的通用特性代號 表1-1 1.2.2 CA6140車床簡介 CA6140型普通車床是我國設(shè)計制造的新型好產(chǎn)品。它具有良好的性能，結(jié)構(gòu)先進、操作方便、外觀整潔等特點。CA6140所代表的意義：（類別代號，車床類），A（結(jié)構(gòu)特性代號），6（組別代號，臥式），1（系別代號），40（主參數(shù)，最大回轉(zhuǎn)直徑400mm）。 圖2-8 CA6140臥式車床主軸箱展開圖（一）

8、 1.主運動傳動 主運動是車床速度最高、消耗功率最大的運動。主運動傳動鏈的兩個末端件是主動機與主軸，它的功用是把動力源的運動及動力傳給主軸，是主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主運動，并把滿足臥式車床主軸變速的換向的要求。主軸轉(zhuǎn)速技術(shù)和轉(zhuǎn)速由傳動系統(tǒng)圖和傳動路線表達式看出，主軸正傳時，可得2X3=6種高轉(zhuǎn)速和2X3X2X2=24種低轉(zhuǎn)速。軸3-4-5之間的4條傳動路線的傳動比為 U1=50/50X51/50=1 U220/80X51/50=1/4 U3=50/50X20/80=1/4 U4=20/80X20/80=1/16式中，U1和U3基本相同，所以實際上只有3種不同的傳動比。因此，運動經(jīng)由低速傳動路線

9、時，主軸實際上只能得到2x3x(1+(2x2-1)=18級轉(zhuǎn)速。加上由高速路線傳動獲得的6級轉(zhuǎn)速，主軸總共可獲得2x31+（2x2-1）=24級轉(zhuǎn)速。同理，主軸反轉(zhuǎn)時，有3x1+（2x2-1）=12級轉(zhuǎn)速。2. 進給運動進給運動史維持切削持續(xù)下去的運動。進給運動傳動鏈是實現(xiàn)刀具縱向或橫向移動的傳動鏈。在切削圓柱面和端面時，進給傳動鏈是外聯(lián)系傳動鏈。進給量以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動量計算。臥式車床在車削螺紋時，進給傳動鏈是內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。主軸每轉(zhuǎn)刀架當作傳動鏈的兩個末端。1.3 CA6140臥式車床主軸的作用1.3.1 主軸的結(jié)構(gòu)特點 主軸是機器中醉常見的一種零件。它是旋轉(zhuǎn)類零件，主要由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外

10、圓錐面、螺紋、花鍵和橫向孔等組成。CA6140臥式車床的主軸屬于階梯空心軸，其結(jié)構(gòu)如圖：圖1-41.3.2 主軸的作用 主軸是機床的執(zhí)行件，它主要起支撐傳動件和傳動轉(zhuǎn)矩的作用；在工作時，由它帶動工件直接參加表面成形運動；同時，主軸還保證工件對機床其他部件有正確的相對位置。因此，主軸部件的工作性能對加工質(zhì)量和機床的生產(chǎn)率有重要影響。此外，主軸的傳動方式是皮帶傳動和齒輪傳動結(jié)合的。各種車床主軸部件的結(jié)果雖有差別，單他們的基本用途是一致的，在結(jié)構(gòu)和要求方面也是相同的。在工作性能上都要求與本機床使用性能相適應的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫性和耐磨性等。車床的類型不同，主軸工作條件不同，只是解決問題的重點

11、不同而已。第2章 CA6140臥式車床主軸的加工精度及誤差1.1加工精度與加工誤差 加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)的符合程度。實際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會有大小不同的偏差，零件加工后的實際幾何參數(shù)對理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱為加工誤差。 1.2原始誤差 由機床、夾具、刀具和工件組成的機械加工工藝系統(tǒng)(簡稱工藝系統(tǒng))會有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差在各種不同的具體工作條件下都會以各種不同的方式(或擴大、或縮小)反映為工件的加工誤差。 工藝系統(tǒng)的原始誤差主要有工藝系統(tǒng)的幾何誤差、定位誤差、工藝系統(tǒng)的受力變形引起的加工誤差、工藝系統(tǒng)的受熱變形引起

12、的加工誤差、工件內(nèi)應力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測量誤差等。 1.3研究機械加工精度的方法 研究機械加工精度的方法分析計算法和統(tǒng)計分析法。 2工藝系統(tǒng)集合誤差 2.1機床的幾何誤差 加工中刀具相對于工件的成形運動一般都是通過機床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機床的精度。機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導軌誤差和傳動鏈誤差。機床的磨損將使機床工作精度下降。 2.1.1主軸回轉(zhuǎn)誤差 機床主軸是裝夾工件或刀具的基準，并將運動和動力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。 主軸回轉(zhuǎn)誤差是指主軸各瞬間的實際回轉(zhuǎn)軸線相對其平均回轉(zhuǎn)軸線的

13、變動量。它可分解為徑向圓跳動、軸向竄動和角度擺動三種基本形式。 產(chǎn)生主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的主要原因有：主軸幾段軸頸的同軸度誤差、軸承本身的各種誤差、軸承之間的同軸度誤差、主軸繞度等。但它們對主軸徑向回轉(zhuǎn)精度的影響大小隨加工方式的不同而不同。 產(chǎn)生軸向竄動的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車床上加工外圓和內(nèi)孔時，主軸徑向回轉(zhuǎn)誤差可以引起工件的圓度和圓柱度誤差，但對加工工件端面則無直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車螺紋時，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工

14、螺紋的導程產(chǎn)生周期性誤差。 適當提高主軸及箱體的制造精度，選用高精度的軸承，提高主軸部件的裝配精度，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預緊等，均可提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度。 2.1.2導軌誤差 導軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準，也是機床運動的基準。車床導軌的精度要求主要有以下三個方面：在水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導軌的平行度(扭曲)。 除了導軌本身的制造誤差外，導軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導軌誤差的重要因素。導軌磨損是機床精度下降的主要原因之一。 2.1.3傳動鏈誤差 傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡

15、量。 2.2刀具的幾何誤差 任何刀具在切削過程中，都不可避免地要產(chǎn)生磨損，并由此引起工件尺寸和形狀地改變。正確地選用刀具材料和選用新型耐磨地刀具材料，合理地選用刀具幾何參數(shù)和切削用量，正確地刃磨刀具，正確地采用冷卻液等，均可有效地減少刀具地尺寸磨損。必要時還可采用補償裝置對刀具尺寸磨損進行自動補償。 3定位誤差 3.1基準不重合誤差 在零件圖上用來確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準稱為設(shè)計基準。在工序圖上用來確定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依據(jù)的基準稱為工序基準。一般情況下，工序基準應與設(shè)計基準重合。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準(或測量基準)，

16、如果所選用的定位基準(或測量基準)與設(shè)計基準不重合，就會產(chǎn)生基準不重合誤差?；鶞什恢睾险`差等于定位基準相對于設(shè)計基準在工序尺寸方向上的最大變動量。3.2定位副制造不準確誤差 工件在夾具中的正確位置是由夾具上的定位元件來確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準確，它們得實際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動。同時，工件上的定位基準面也會有制造誤差。工件定位面與夾具定位元件共同構(gòu)成定位副，由于定位副制造得不準確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準確誤差。 4工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差 4.1工件剛度 工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對于機床、刀具、夾具來

17、說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關(guān)公式估算。 4.2刀具剛度 外圓車刀在加工表面法線(y)方向上的剛度很大，其變形可以忽略不計。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學有關(guān)公式估算。 4.3機床部件剛度 機床部件由許多零件組成，機床部件剛度迄今尚無合適的簡易計算方法，目前主要還是用實驗方法來測定機床部件剛度。變形與載荷不成線性關(guān)系，加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是載加載和卸載循環(huán)中所損耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接觸

18、變形功；第一次卸載后，變形恢復不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零；機床部件的實際剛度遠比我們按實體估算的要小。 5工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差 工藝系統(tǒng)熱變形對加工精度的影響比較大，特別是在精密加工和大件加工中，由熱變形所引起的加工誤差有時可占工件總誤差的40%70%。機床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會逐漸升高，同時它們也通過各種傳熱方式向周圍的物質(zhì)和空間散發(fā)熱量。當單位時間傳入的熱量與其散出的熱量相等時，工藝系統(tǒng)就達到了熱平衡狀態(tài)。 6結(jié)論：提高加工精度的途徑 減小原始誤差；轉(zhuǎn)移原始誤差；均分原始誤差；均化原始誤差；誤差補償