車床的歷史發(fā)展及臥式車床

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(dǎo)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(jì)的彈性桿棒車床運用的仍是這一原理。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(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。同時為了適應(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(jì)，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動機的應(yīng)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(jì)開始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)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(jì)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(dǎo)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(jì)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(jì)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(yīng)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?zhǔn)菍崿F(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?zhǔn)峭饴?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?zhǔn)莾?nèi)聯(lián)系傳動鏈。主軸每轉(zhuǎn)刀架當(dāng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)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(zhǔn)，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(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，對高速主軸部件進行平衡，對滾動軸承進行預(yù)緊等，均可提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度。 2.1.2導(dǎo)軌誤差 導(dǎo)軌是機床上確定各機床部件相對位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機床運動的基準(zhǔn)。車床導(dǎo)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(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?zhǔn)寄﹥啥藗鲃釉g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(zhǔn)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(zhǔn)稱為設(shè)計基準(zhǔn)。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(zhǔn)稱為工序基準(zhǔn)。一般情況下，工序基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)計基準(zhǔn)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(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))，

16、如果所選用的定位基準(zhǔn)(或測量基準(zhǔn))與設(shè)計基準(zhǔn)不重合，就會產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差。基準(zhǔn)不重合誤差等于定位基準(zhǔn)相對于設(shè)計基準(zhǔn)在工序尺寸方向上的最大變動量。3.2定位副制造不準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(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(xué)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(xué)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變形功；第一次卸載后，變形恢復(fù)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