車(chē)床的歷史發(fā)展及臥式車(chē)床

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1、 車(chē)床的歷史發(fā)展及臥式車(chē)床 前言 隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化機(jī)械設(shè)備不斷占領(lǐng)市場(chǎng)，尤其是金屬切削中的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為時(shí)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(dǎo)思想：包括車(chē)床的歷史發(fā)展及臥式車(chē)床的相關(guān)知識(shí)；車(chē)床主軸的加工工藝及檢驗(yàn)裝配；使用后對(duì)機(jī)床的保養(yǎng)及維護(hù)；對(duì)廢置主軸重新修理再利用。 相對(duì)于數(shù)控車(chē)床，普通車(chē)床對(duì)于手工操作要求更高一些，主要體現(xiàn)個(gè)人的技術(shù)水平，而且有些零件的加工工序還需要它來(lái)加工的，還有就是它的加工價(jià)格比較便宜，所以它不會(huì)很快消失，那么增加它的使用壽命，進(jìn)而提高它的業(yè)

2、績(jī)，希望它跟好的走向明天。 第1章 概論 1.1 車(chē)床的歷史及發(fā)展 1.1.1 車(chē)床的歷史 公元前二千多年出現(xiàn)的樹(shù)木車(chē)床是機(jī)床最早的雛形。工作時(shí)，腳踏繩索下端的套圈，利用樹(shù)枝的彈性是工件有繩索帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動(dòng)工具的切削工作。中世紀(jì)的彈性桿棒車(chē)床運(yùn)用的仍是這一原理。 十五世紀(jì)由于制造鐘表和武器的需要，出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車(chē)床和齒輪加工車(chē)床，以及水力驅(qū)動(dòng)的炮筒鏜床。1500年左右，意大利讓人奧納多.達(dá)芬奇曾繪制過(guò)車(chē)床，鏜床，紋加工機(jī)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

3、新機(jī)構(gòu)。中國(guó)明朝出版的《天工開(kāi)物》中也載有磨床的結(jié)構(gòu)，用腳踏的方法是鐵盤(pán)旋轉(zhuǎn)，加上沙子和水剖切玉石。 1979年，英國(guó)人莫茲利創(chuàng)造成的車(chē)床由絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)刀架，能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給和車(chē)削螺紋，這是機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱(chēng)為“ 英國(guó)機(jī)床工業(yè)之父”。 隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，機(jī)床開(kāi)始先采用電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng)，后有廣泛使用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。二十世紀(jì)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(biāo)鏜床和螺紋磨床。同時(shí)為了適應(yīng)汽車(chē)和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要，有研制成能自動(dòng)更換刀具，以進(jìn)行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，使機(jī)床在驅(qū)動(dòng)方式，控制系統(tǒng)功能等方面都發(fā)生顯著

4、變革。 1.1.2 車(chē)床的誕生及發(fā)展 （1）車(chē)床的誕生記 在發(fā)明車(chē)床的故事中，最引人注目的是一名叫莫茲利得英國(guó)人，因?yàn)樗?797年發(fā)明了劃時(shí)代的刀架車(chē)床，這種車(chē)床帶有精密的導(dǎo)螺桿和可互換的齒輪。莫茲利生于1771年，18歲的時(shí)候，他是發(fā)明家布拉默的得力助手。直到26歲才離開(kāi)布拉默，因?yàn)椴祭直┑鼐芙^了莫茲利提出的把工資增加到每周30先以上的請(qǐng)求。 就在莫茲利離開(kāi)布拉默的那一年，他制造成了第一臺(tái)螺紋車(chē)床，3年以后，莫茲利在他自己的車(chē)間制造出了一臺(tái)更加完善的車(chē)床，19世紀(jì)，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用，車(chē)床不斷完善，終于達(dá)到高速度和高精度的現(xiàn)在水平。 （2） 車(chē)床的

5、發(fā)展史 車(chē)床的發(fā)展大致可以分為四個(gè)階段：雛形期，基本架構(gòu)期，獨(dú)立動(dòng)力期與數(shù)值控制期，下面針對(duì)其發(fā)展的過(guò)程加于介紹。 車(chē)床的誕生不是發(fā)明出來(lái)的，而是逐漸演進(jìn)而成，早在四千年前就有人利用簡(jiǎn)單的拉弓原理完成鉆孔的工作，這是由記錄最早的工具機(jī)，這段期間可稱(chēng)為雛形期。 18世紀(jì)開(kāi)始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)社會(huì)結(jié)束，取而代之的強(qiáng)調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會(huì)，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(chē)床成了關(guān)鍵性的設(shè)備，到了19世紀(jì)才有完全以鐵制零件組合完成的車(chē)床，再加上諸如螺桿等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的導(dǎo)入，一部具有基本功能的車(chē)床總算開(kāi)發(fā)出來(lái)，為其基本結(jié)構(gòu)架。 瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，是的機(jī)床可籍由蒸汽

6、機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力來(lái)啟動(dòng)車(chē)床運(yùn)轉(zhuǎn)，20世紀(jì)初擁有了獨(dú)立動(dòng)力源的動(dòng)力車(chē)床（Engine Lathe）終于被開(kāi)發(fā)，也將車(chē)床帶到新的領(lǐng)域。 20世紀(jì)中，計(jì)算機(jī)被發(fā)明，不久計(jì)算機(jī)即被用在工具機(jī)上，為數(shù)值控制期。 1.2 普通機(jī)床及CA6140臥式車(chē)床的簡(jiǎn)介 1.2.1 普通機(jī)床的基本知識(shí) 車(chē)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(chē)床還能加工螺紋面。由于多數(shù)機(jī)器零件具有回轉(zhuǎn)表面，車(chē)床的通用性又較廣，因此，在機(jī)械制造廠中，車(chē)床應(yīng)用極為廣泛，在金屬切削機(jī)床中占的比例比較大，約占總臺(tái)數(shù)的20%-35%。 車(chē)床的種類(lèi)很多，按其結(jié)構(gòu)和用途主要

7、可以分為：a臥式車(chē)床和落地車(chē)床。b立式車(chē)床c轉(zhuǎn)塔車(chē)床。d單軸和多軸自動(dòng)，半自動(dòng)車(chē)床 。 e仿行車(chē)床和多刀車(chē)床。f數(shù)控車(chē)床和車(chē)削中心。g各種專(zhuān)門(mén)化車(chē)床。 車(chē)床型號(hào)的組成：通用車(chē)床的型號(hào)由基本部分和輔助部分組成，中間用“/”隔開(kāi)，，讀作“之”。前者需統(tǒng)一管理，后者納入型號(hào)與否由企業(yè)自定。型號(hào)（從左到右）構(gòu)成如下： 分類(lèi)代碼 類(lèi)代號(hào) 通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號(hào) 組代號(hào) 系代號(hào) 主參數(shù)或設(shè)計(jì)順序號(hào) 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 重大改進(jìn)系號(hào)/其他特性代號(hào) 企業(yè)代號(hào) 車(chē)床的類(lèi)代號(hào)：C 車(chē)床的通用特性代號(hào) 表1-1 1.2.2

8、 CA6140車(chē)床簡(jiǎn)介 CA6140型普通車(chē)床是我國(guó)設(shè)計(jì)制造的新型好產(chǎn)品。它具有良好的性能，結(jié)構(gòu)先進(jìn)、操作方便、外觀整潔等特點(diǎn)。 CA6140所代表的意義：（類(lèi)別代號(hào)，車(chē)床類(lèi)），A（結(jié)構(gòu)特性代號(hào)），6（組別代號(hào)，臥式），1（系別代號(hào)），40（主參數(shù)，最大回轉(zhuǎn)直徑400mm）。 圖2-8 CA6140臥式車(chē)床主軸箱展開(kāi)圖（一） 1.主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng) 主運(yùn)動(dòng)是車(chē)床速度最高、消耗功率最大的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩個(gè)末端件是主動(dòng)機(jī)與主軸，它

9、的功用是把動(dòng)力源的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，是主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并把滿足臥式車(chē)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(dòng)系統(tǒng)圖和傳動(dòng)路線表達(dá)式看出，主軸正傳時(shí)，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(dòng)路線的傳動(dòng)比為 U1=50/50X51/50=1 U2＝20/80X51/50=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(shí)際上只有3種不同的傳動(dòng)比。因此，運(yùn)動(dòng)經(jīng)由低速傳動(dòng)路線時(shí)，主軸實(shí)際

10、上只能得到2x3x(1+(2x2-1))=18級(jí)轉(zhuǎn)速。加上由高速路線傳動(dòng)獲得的6級(jí)轉(zhuǎn)速，主軸總共可獲得2x3[1+（2x2-1）]=24級(jí)轉(zhuǎn)速。同理，主軸反轉(zhuǎn)時(shí)，有3x[1+（2x2-1）]=12級(jí)轉(zhuǎn)速。 2. 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)史維持切削持續(xù)下去的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)刀具縱向或橫向移動(dòng)的傳動(dòng)鏈。在切削圓柱面和端面時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)峭饴?lián)系傳動(dòng)鏈。進(jìn)給量以工件每轉(zhuǎn)刀架的移動(dòng)量計(jì)算。臥式車(chē)床在車(chē)削螺紋時(shí)，進(jìn)給傳動(dòng)鏈?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。主軸每轉(zhuǎn)刀架當(dāng)作傳動(dòng)鏈的兩個(gè)末端。 1.3 CA6140臥式車(chē)床主軸的作用 1.3.1 主軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 主軸是機(jī)器中醉

11、常見(jiàn)的一種零件。它是旋轉(zhuǎn)類(lèi)零件，主要由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)外圓錐面、螺紋、花鍵和橫向孔等組成。CA6140臥式車(chē)床的主軸屬于階梯空心軸，其結(jié)構(gòu)如圖： 圖1-4 1.3.2 主軸的作用 主軸是機(jī)床的執(zhí)行件，它主要起支撐傳動(dòng)件和傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用；在工作時(shí)，由它帶動(dòng)工件直接參加表面成形運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，主軸還保證工件對(duì)機(jī)床其他部件有正確的相對(duì)位置。因此，主軸部件的工作性能對(duì)加工質(zhì)量和機(jī)床的生產(chǎn)率有重要影響。 此外，主軸的傳動(dòng)方式是皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)結(jié)合的。 各種車(chē)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(jī)床使用性能相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)

12、精度、剛度、抗振性、溫性和耐磨性等。車(chē)床的類(lèi)型不同，主軸工作條件不同，只是解決問(wèn)題的重點(diǎn)不同而已。 第2章 CA6140臥式車(chē)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(shí)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(shí)際加工不可能做得與理想零件完全一致，總會(huì)有大小不同的偏差，零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何參數(shù)的偏離程度，稱(chēng)為加工誤差。? 　　1.2?原始誤差? 　　由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)工藝系統(tǒng))會(huì)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(huì)以各種不同的方式(或

13、擴(kuò)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)的受熱變形引起的加工誤差、工件內(nèi)應(yīng)力重新分布引起的變形以及原理誤差、調(diào)整誤差、測(cè)量誤差等。? 　　1.3?研究機(jī)械加工精度的方法? 　　研究機(jī)械加工精度的方法分析計(jì)算法和統(tǒng)計(jì)分析法。? 　　2?工藝系統(tǒng)集合誤差? 　　2.1?機(jī)床的幾何誤差? 　　加工中刀具相對(duì)于工件的成形運(yùn)動(dòng)一般都是通過(guò)機(jī)床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取決于機(jī)床的精度。機(jī)床制造誤差對(duì)工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差和傳動(dòng)鏈誤差。機(jī)床的磨

14、損將使機(jī)床工作精度下降。? 　　2.1.1?主軸回轉(zhuǎn)誤差? 　　機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)其平均回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)量。它可分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向竄動(dòng)和角度擺動(dòng)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(duì)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(dòng)的主要原因是主軸軸肩端面和軸承承載端面對(duì)主軸回轉(zhuǎn)軸線有垂直度誤差。不同的加工方法，主

15、軸回轉(zhuǎn)誤差所引起的的加工誤差也不同。在車(chē)床上加工外圓和內(nèi)孔時(shí)，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(duì)加工工件端面則無(wú)直接影響。主軸軸向回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工外圓和內(nèi)孔的影響不大，但對(duì)所加工端面的垂直度及平面度則有較大的影響。在車(chē)螺紋時(shí)，主軸向回轉(zhuǎn)誤差可使被加工螺紋的導(dǎo)程產(chǎn)生周期性誤差。? 　　適當(dāng)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(duì)高速主軸部件進(jìn)行平衡，對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊等，均可提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。? 　　2.1.2?導(dǎo)軌誤差? 　　導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對(duì)位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。車(chē)床導(dǎo)軌的精度要求主要有以下三個(gè)方面：在

16、水平面內(nèi)的直線度；在垂直面內(nèi)的直線度；前后導(dǎo)軌的平行度(扭曲)。? 　　除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主要原因之一。? 　　2.1.3?傳動(dòng)鏈誤差? 　　傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。? 　　2.2?刀具的幾何誤差? 　　任何刀具在切削過(guò)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

17、。必要時(shí)還可采用補(bǔ)償裝置對(duì)刀具尺寸磨損進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。? 　　3?定位誤差? 　　3.1?基準(zhǔn)不重合誤差? 　　在零件圖上用來(lái)確定某一表面尺寸、位置所依據(jù)的基準(zhǔn)稱(chēng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在工序圖上用來(lái)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(zhǔn)稱(chēng)為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合。在機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時(shí)的定位基準(zhǔn)(或測(cè)量基準(zhǔn))，如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測(cè)量基準(zhǔn))與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，就會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差?；鶞?zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對(duì)于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動(dòng)量。 3.2?定位副制造不準(zhǔn)確誤差? 　　工件在夾具中的正確位

18、置是由夾具上的定位元件來(lái)確定的。夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對(duì)準(zhǔn)確，它們得實(shí)際尺寸(或位置)都允許在分別規(guī)定得公差范圍內(nèi)變動(dòng)。同時(shí)，工件上的定位基準(zhǔn)面也會(huì)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(zhǔn)確和定位副間的配合間隙引起的工件最大位置變動(dòng)量，稱(chēng)為定位副制造不準(zhǔn)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(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)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(duì)加工精度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。? 　　4.2?刀具剛度? 　　外

19、圓車(chē)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(jì)。鏜直徑較小的內(nèi)孔，刀桿剛度很差，刀桿受力變形對(duì)孔加工精度就有很大影響。刀桿變形也可以按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。? 　　4.3?機(jī)床部件剛度? 　　機(jī)床部件由許多零件組成，機(jī)床部件剛度迄今尚無(wú)合適的簡(jiǎn)易計(jì)算方法，目前主要還是用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定機(jī)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變形功；第一次卸載后，變形恢復(fù)不到第一次加載的起點(diǎn)，這說(shuō)明有殘余變形存在，經(jīng)多次加載卸載后，加載曲線起點(diǎn)才和卸載曲線終點(diǎn)重合，殘余變形才逐漸減小到零；?機(jī)床部件的實(shí)際剛度遠(yuǎn)比我們按實(shí)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(duì)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(shí)可占工件總誤差的40%～70%。機(jī)床、刀具和工件受到各種熱源的作用，溫度會(huì)逐漸升高，同時(shí)它們也通過(guò)各種傳熱方式向周?chē)奈镔|(zhì)和空間散發(fā)熱量。當(dāng)單位時(shí)間傳入的熱量與其散出的熱量相等時(shí)，工藝系統(tǒng)就達(dá)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(bǔ)償 ?