车床的机械系统设计分析

车床的机械系统设计分析

姓名:唐一琛

学号：0413

班级：机电3班

摘要：普通车床在现代机械制造业中占着不可忽视的重要地位。普通车床的系统分析，包括对普通车床系统的方案分析和车床各个子系统的分析，其中子系统分析又包括普通车床的动力系统分析、执行系统分析、操纵和控制系统分析、传动系统分析。近年来我国企业的车床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。

正文：车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床，主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。它是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的，普通机床经经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车床。普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。按其实现系统功能角度看主要包括动力系统、执行系统、操纵和控制系统、传动系统。

普通车床子系统的分析，包括动力系统分析、执行系统分析、操纵和控制系分析、传

动系统分析。普通车床的动力系统包括了动力机及其配套装置，它是车床工作的动力源。在普通车床中以三相异步电动机作为车床的动力源是最为普遍的。因为车床一般是放置在室内工作的，使用环境良好，电能容易获取；而且电动机与其他动力机相比，它具有较高的驱动效率，且其种类和型号较多，与工作机械连接方便，具有良好的调速、启动、制动和反向控制性能。三相异步电动机额定功率要大于车床工作时需要的最大功率；电机的额定转矩要大于车削时所受的最大工作转矩。当三相异步电动机的固有机械特性不能满足机械工作要求时，常采用改变电动机的某些参数以改变其机械特性，使电机的人为机械特性满足机械的工作要求。

执行系统的作用是把传动系统传递过来的运动和动力进行必要的变换，以满足执行机构的要求。普通车床的执行系统包括刀具和刀架，它的工作原理是，在工件旋转时，通过调节刀架的横向和纵向位移来控制刀具与旋转工件的接触量的大小，来切削工件，使工件被切削成预期的形状来实现执行功能。由于刀具与旋转工件在接触瞬间会产生很大的冲击载荷，容易折毁刀具，所以执行系统中对刀具和刀架以及对车床的操作人员有很高的技术要求。

操纵和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此间协调运行，并准确可靠地完成整机功能的装置。普通车床的操纵和控制系统的组成是包括变速箱,主轴箱,进给箱,溜板箱上面的手柄以及溜板箱上面的开合螺母.主要功能是实现1、对车床整机的开启、关闭的操纵控制；2、对主轴转速以及转向的操纵控制；3、对刀具进给的操纵控制等。对整机的开启和关闭是通过电源开关的通断来实现的；对主轴转速的控制，可以通过拨动变速箱外的操作杆来改变主轴箱内齿轮的脱离和粘合来改变主轴的转速，注意，主轴转速调节时必须在主机停止时才可调节；对刀具的进给是靠旋转大小托盘上的手轮来进行调节的。

传动系统是把动力机的运动和动力传递给执行系统的中间装置。普通车床的传动主要

有皮带传动，齿轮传动，蜗杆传动，齿条传动和丝杆螺母传动，它们的主要功能有1、减速或增速：把动力机的速度降低或增高，以适应执行系统工作的需要;2、改变运动规律或形式：主要是改变运动方向，以满足执行系统的运动要求；3、传递动力：把动力机输出的动力传递给执行系统，供给执行系统完成完成预定任务所需的功率、转矩和力。普通车床的传动系统主要可以分为主运动传动和进给运动传动。

主运动传动是把车床电动机的运动通过皮带传动传给主轴,使主轴带动工件旋转实现主运动.主运动传动路线是电动机轴通过联轴器与变速箱中的轴I相连.移动轴I上的双联齿轮和轴III上的三联齿轮,可使变速箱输出轴Ⅲ得到6种转速.轴Ⅲ通过传动比一定的三角胶带传动,将它的6种转速传给床头箱带轮轴套.轴套Ⅳ的运动又分两路传到主轴Ⅵ上,其中,一种是通过内齿轮联轴器Ml直接传到主轴,使主轴得到6种较高的转速;另一路是经过齿和将运动经过轴V传给主轴,又使主轴获得较低的6种转速.这样,主轴Ⅵ可得到12种转速。

进给运动传动是使刀架实现纵向或横向运动的传动链.进给运动的动力源也是电动机.运动由主电动机经过主运动传动链到主轴再经过进给运动传动传到刀架,使刀架带动车刀实现机动的纵向和横向进给。

进给运动传动的传动路线(如图)是主轴的旋转运动通过滑动齿轮变向机构(改变进给方向的机构)传给轴Ⅶ。轴Ⅶ经过齿轮29/58和交换齿轮a/b·c/d将运动传给进给箱中的轴Ⅺ，轴Ⅺ的运动又分别通过齿轮27/58、30/48、26/52、21/24、27/36传给轴Ⅶ。轴Ⅶ再通过增倍机构(用以扩大加工螺距范围的机构)，将运动传给轴Ⅷ。轴Ⅶ的运动经齿轮39/39传给轴X Ⅳ。轴X Ⅳ通过安全联轴器与光杠连接，使光杠转动。光杠的运动，通过传动比为2/45的蜗杆蜗轮副传进溜板箱。轴X Ⅵ的运动可分两路传到刀架。一路是当接通溜板箱左边的摩擦离合器M左时，运动经过齿轮24/60·25/55传给轴X Ⅷ，带动该轴上齿数Z=14的小齿轮旋转。由于与小齿轮啮合的齿条是固定在床身上的，所以小齿轮转动，

即带动溜板箱、拖板及刀架作纵向进给运动。另一路是当接通溜板箱右边的摩擦离合器M运动经齿轮右时，

38/47·47/13传给中拖板上螺距P=4 mm的丝杠，通过固定 在横溜板

上的螺母，使刀架作横向进给运动。

在普通车床上，还可以车螺纹。车螺纹运动的传动路线，在轴ⅩⅢ上Z为39的齿轮与轴ⅩⅣ上Z为39齿轮脱开，面与轴ⅩⅤ上Z为39齿轮啮合，那么轴ⅩⅢ的运动便传给轴ⅩⅤ，再经安全联轴器传给丝杠。丝杠与固定在溜板箱上的开合螺母配合，因此，当合上开合螺母后，丝杠的旋转运动就变成溜板箱的移动。通过进给箱中的滑动齿轮和增倍机构，以及7组不同传动比的交换齿轮，可以车出各种不同螺距的螺纹。

数控车床的进给系统要获得较高的传动刚度，除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠的正确安装及其支承的结构刚度也是不可忽视的因素。螺母座、丝杠端部的轴承及其支承加工的不精确性和它们在受力后的过量变形，都会给进给系统的传动刚度带来影响。因此，螺母座的孔与螺母之间必须保持良好的配合，并应保证孔对端面的垂直度，螺母座应增加适当的肋板，并加大螺母座和机床结合部件的面积，以提高螺母座的局部刚度和接触刚度。滚珠丝杠的不正确及支承结构的刚度不足，会使滚珠丝杠的寿命大大下降。因此要注意轴承的选用和组合，尤其是轴向刚度要求较高，为了提高支承的轴向刚度，选择适当的滚动轴承及其支承方式是十分重要的。

数控车床进给运动系统，尤其是轮廓控制的进给运动系统，必须对进给运动的位置和运动的速度两个方面同时实现自动控制，与普通机床相比，要求其进给系统有较高的定位精度和良好的动态响应特性。一个典型数控机床闭环控制的进给系统，通常由位置比较放大单元、驱动单元、机械传动装置及检测反馈元件等几部分组成。这里所说的机械传动装置是指将驱动源的旋转运动变为工作台直线运动的整个机械传动链，包括减速装置、转动变移动的丝杠螺母副及导向元件等等。为确保数控机床进给系统的传动精度、灵敏度和工

作的稳定性，对机械部分设计总的要求是消除间隙，减少摩擦，减少运动惯量，提高传动精度和刚度。另外，进给系统的负载变化较大，响应特性要求很高，故对刚度、惯量匹配都有很高的要求。

为了满足上述要求，数控机床一般采用低摩擦的传动副，如减摩滑动导轨、滚动导轨及静压导轨、滚珠丝杠等；保证传动元件的加工精度，采用合理的预紧、合理的支承形式以提高传动系统的刚度；选用最佳降速比，以提高机床的分辨率，并使系统折算到驱动轴上的惯量减少；尽量消除传动间隙，减少反向死区误差，提高位移精度等。

提高机床数控化效率有两个途径：一是购买新的数控机床；二是对旧的机床进行改造而对于一个机床拥有量大，经济财力又不足的发展中国家来说，采用旧机床改造来提高设备的先进性和数控化率是一个极其有效和使用的途径，采用第二中方法有以下的优点：

减少了投资和交货的期限。同购置新的数控机床相比，一般可以节省60%到80%的费用，改造的费用大大减低。

机械的稳定性可靠。机床的床身，立柱等基础件都是重而坚固的铸铁构件，而铸件越久自然失效充分，内应力的消除使得比新的铸件更稳定，这些铸件的使用又可以节约社会资源，又减少了铸铁件生产时对环境的污染。

熟悉了解设备结构性能，便于操作维修，购买的新设备，事先很难前面了解机床的结构性能，以至很难预算是否完全适合加工要求，而改造则完全可以避免这种情况，并且大大缩短了对数控机床在使用和维修方面的培训时间，机床一旦改装完成，很快就可以投入使用，见效较快。

可以充分利用现有的条件。可以充分利用现有的地基，不必像购新机时重新构筑新基，同时工夹具、样板和外设备也可以在利用。

可更好的因地制宜合理筛选功能。购买现成的通用型机床，往往对一个具体的生产加工有一些多余的功能，又可能缺少某一个专用的特殊功能，如向机床制造厂提出特殊定货要求，增加某些特殊的加工要求，往往费用大，交货的日期又长。而采用改造方案就可以根据生产加工要求，采用组合的方法再某些部件设计改造成专用的数控机床。可及时采用最新技术，充分利用社会资源。由于技术进步和我国机床功能部件专业化生产的发展，目前已有众多的疏忽资源支持机床方面的改造 ，如随意采购各种尺寸的滚珠丝杠副，且交货期短；采用贴塑导轨新技术，可使传统的滑动导轨的摩擦系数降低五至十几倍来防止爬行，还可以使得刮研极容易，等等例子说明有一大批社会资源，可根据技术更新的发展速度，及时地采用最新技术来提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机场改造成当今水平的机床。

结论：普通车床的动力系统，执行系统，操纵和控制系统，传动系统组成了车床的有机整体，任何一部分的缺失或是失效，车床都将不能实现其功能，只有在这四个系统都能正常运作且四个系统之间相互协调下才能完成车床应有的功能，才能实现对零件的加工。通过对普通车床的系统进行分析后，加深了我对一般机电产品的动力，传动，执行以及才操纵和控制系统的认识。

【参考文献】

[1] 朱龙根 《机械系统设计》 机械工业出版社 2001年

[2] 周继烈，姚建华 《机械制造工程实训》 科学出版社，2005年

[3] 关颖 《FANUC系统数控车床培训教程》 化学工业出版社 2009年

[4] 陈婵娟 《数控车床设计》 北京化学工业出版社2006年