车床的历史发展及卧式车床

车床的历史发展及卧式车床前言 随着科技的发展，数字化机械设备不断占领市场，尤其是金属切削中的数控机床已经成为时代的先驱，引领潮流。但有着悠久历史的普通成床，特别是它不甘落后，继续想着明昂首阔步的精神，是值得我们去改造的。 本篇论文的指导思想：包括车床的历史发展及卧式车床的相关知识；车床主轴的加工工艺及检验装配；使用后对机床的保养及维护；对废置主轴重新修理再利用。相对于数控车床，普通车床对于手工操作要求更高一些，主要体现个人的技术水平，而且有些零件的加工工序还需要它来加工的，还有就是它的加工价格比较便宜，所以它不会很快消失，那么增加它的使用寿命，进而提高它的业绩，希望它跟好的走向明天。 第1章 概论1.1 车床的历史及发展1.1.1 车床的历史 公元前二千多年出现的树木车床是机床最早的雏形。工作时，脚踏绳索下端的套圈，利用树枝的弹性是工件有绳索带动旋转，手拿贝壳或石片等作为刀具，沿板条移动工具的切削工作。中世纪的弹性杆棒车床运用的仍是这一原理。十五世纪由于制造钟表和武器的需要，出现了钟表匠用的螺纹车床和齿轮加工车床，以及水力驱动的炮筒鏜床。1500年左右，意大利让人奥纳多.达芬奇曾绘制过车床，鏜床，纹加工机床和内圆磨床的构想草图，其中已有曲柄，飞轮，顶尖和轴承等新机构。中国明朝出版的天工开物中也载有磨床的结构，用脚踏的方法是铁盘旋转，加上沙子和水剖切玉石。1979年，英国人莫兹利创造成的车床由丝杆转动刀架，能实现机动进给和车削螺纹，这是机床结构的一次重大变革。莫兹利也因此被称为“ 英国机床工业之父”。随着电动机的发明，机床开始先采用电动机集中驱动，后有广泛使用单独电动机驱动。二十世纪初，为了加工精度更高的工件，夹具和螺纹加工工具，相继创造出坐标鏜床和螺纹磨床。同时为了适应汽车和轴承等工业大量生产的需要，有研制成能自动更换刀具，以进行多工序加工的加工中心。从此，随着电子技术和计算机的发展和应用，使机床在驱动方式，控制系统功能等方面都发生显著变革。1.1.2 车床的诞生及发展 （1）车床的诞生记在发明车床的故事中，最引人注目的是一名叫莫兹利得英国人，因为他于1797年发明了划时代的刀架车床，这种车床带有精密的导螺杆和可互换的齿轮。莫兹利生于1771年，18岁的时候，他是发明家布拉默的得力助手。直到26岁才离开布拉默，因为布拉默粗暴地拒绝了莫兹利提出的把工资增加到每周30先以上的请求。就在莫兹利离开布拉默的那一年，他制造成了第一台螺纹车床，3年以后，莫兹利在他自己的车间制造出了一台更加完善的车床，19世纪，由于高速工具钢的发明和电动机的应用，车床不断完善，终于达到高速度和高精度的现在水平。（2） 车床的发展史车床的发展大致可以分为四个阶段：雏形期，基本架构期，独立动力期与数值控制期，下面针对其发展的过程加于介绍。车床的诞生不是发明出来的，而是逐渐演进而成，早在四千年前就有人利用简单的拉弓原理完成钻孔的工作，这是由记录最早的工具机，这段期间可称为雏形期。18世纪开始的工业革命，象征着以工匠主导的农业社会结束，取而代之的强调大量生产的工业社会，由于各种金属制品被大量使用，为了满足金属零件的加工，车床成了关键性的设备，到了19世纪才有完全以铁制零件组合完成的车床，再加上诸如螺杆等传动机构的导入，一部具有基本功能的车床总算开发出来，为其基本结构架。瓦特发明了蒸汽机，是的机床可籍由蒸汽机产生的动力来启动车床运转，20世纪初拥有了独立动力源的动力车床（Engine Lathe）终于被开发，也将车床带到新的领域。20世纪中，计算机被发明，不久计算机即被用在工具机上，为数值控制期。 1.2 普通机床及CA6140卧式车床的简介1.2.1 普通机床的基本知识 车床主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面，圆锥表面，回转曲面和端面等，有些车床还能加工螺纹面。由于多数机器零件具有回转表面，车床的通用性又较广，因此，在机械制造厂中，车床应用极为广泛，在金属切削机床中占的比例比较大，约占总台数的20%-35%。 车床的种类很多，按其结构和用途主要可以分为：a卧式车床和落地车床。b立式车床c转塔车床。d单轴和多轴自动，半自动车床 。 e仿行车床和多刀车床。f数控车床和车削中心。g各种专门化车床。 车床型号的组成：通用车床的型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。前者需统一管理，后者纳入型号与否由企业自定。型号（从左到右）构成如下： 分类代码 类代号 通用特性、结构特性代号 组代号 系代号 主参数或设计顺序号 主轴数或第二主参数 重大改进系号/其他特性代号 企业代号 车床的类代号：C 车床的通用特性代号 表1-1 1.2.2 CA6140车床简介 CA6140型普通车床是我国设计制造的新型好产品。它具有良好的性能，结构先进、操作方便、外观整洁等特点。CA6140所代表的意义：（类别代号，车床类），A（结构特性代号），6（组别代号，卧式），1（系别代号），40（主参数，最大回转直径400mm）。 图2-8 CA6140卧式车床主轴箱展开图（一） 1.主运动传动 主运动是车床速度最高、消耗功率最大的运动。主运动传动链的两个末端件是主动机与主轴，它的功用是把动力源的运动及动力传给主轴，是主轴带动工件旋转，实现主运动，并把满足卧式车床主轴变速的换向的要求。主轴转速技术和转速由传动系统图和传动路线表达式看出，主轴正传时，可得2X3=6种高转速和2X3X2X2=24种低转速。轴3-4-5之间的4条传动路线的传动比为 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，所以实际上只有3种不同的传动比。因此，运动经由低速传动路线时，主轴实际上只能得到2x3x(1+(2x2-1)=18级转速。加上由高速路线传动获得的6级转速，主轴总共可获得2x31+（2x2-1）=24级转速。同理，主轴反转时，有3x1+（2x2-1）=12级转速。2. 进给运动进给运动史维持切削持续下去的运动。进给运动传动链是实现刀具纵向或横向移动的传动链。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。进给量以工件每转刀架的移动量计算。卧式车床在车削螺纹时，进给传动链是内联系传动链。主轴每转刀架当作传动链的两个末端。1.3 CA6140卧式车床主轴的作用1.3.1 主轴的结构特点 主轴是机器中醉常见的一种零件。它是旋转类零件，主要由内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键和横向孔等组成。CA6140卧式车床的主轴属于阶梯空心轴，其结构如图：图1-41.3.2 主轴的作用 主轴是机床的执行件，它主要起支撑传动件和传动转矩的作用；在工作时，由它带动工件直接参加表面成形运动；同时，主轴还保证工件对机床其他部件有正确的相对位置。因此，主轴部件的工作性能对加工质量和机床的生产率有重要影响。此外，主轴的传动方式是皮带传动和齿轮传动结合的。各种车床主轴部件的结果虽有差别，单他们的基本用途是一致的，在结构和要求方面也是相同的。在工作性能上都要求与本机床使用性能相适应的旋转精度、刚度、抗振性、温性和耐磨性等。车床的类型不同，主轴工作条件不同，只是解决问题的重点不同而已。第2章 CA6140卧式车床主轴的加工精度及误差1.1加工精度与加工误差 加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 1.2原始误差 由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。 1.3研究机械加工精度的方法 研究机械加工精度的方法分析计算法和统计分析法。 2工艺系统集合误差 2.1机床的几何误差 加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。 2.1.1主轴回转误差 机床主轴是装夹工件或刀具的基准，并将运动和动力传给工件或刀具，主轴回转误差将直接影响被加工工件的精度。 主轴回转误差是指主轴各瞬间的实际回转轴线相对其平均回转轴线的变动量。它可分解为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式。 产生主轴径向回转误差的主要原因有：主轴几段轴颈的同轴度误差、轴承本身的各种误差、轴承之间的同轴度误差、主轴绕度等。但它们对主轴径向回转精度的影响大小随加工方式的不同而不同。 产生轴向窜动的主要原因是主轴轴肩端面和轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。不同的加工方法，主轴回转误差所引起的的加工误差也不同。在车床上加工外圆和内孔时，主轴径向回转误差可以引起工件的圆度和圆柱度误差，但对加工工件端面则无直接影响。主轴轴向回转误差对加工外圆和内孔的影响不大，但对所加工端面的垂直度及平面度则有较大的影响。在车螺纹时，主轴向回转误差可使被加工螺纹的导程产生周期性误差。 适当提高主轴及箱体的制造精度，选用高精度的轴承，提高主轴部件的装配精度，对高速主轴部件进行平衡，对滚动轴承进行预紧等，均可提高机床主轴的回转精度。 2.1.2导轨误差 导轨是机床上确定各机床部件相对位置关系的基准，也是机床运动的基准。车床导轨的精度要求主要有以下三个方面：在水平面内的直线度；在垂直面内的直线度；前后导轨的平行度(扭曲)。 除了导轨本身的制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也使造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。 2.1.3传动链误差 传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。 2.2刀具的几何误差 任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具，正确地采用冷却液等，均可有效地减少刀具地尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。 3定位误差 3.1基准不重合误差 在零件图上用来确定某一表面尺寸、位置所依据的基准称为设计基准。在工序图上用来确定本工序被加工表面加工后的尺寸、位置所依据的基准称为工序基准。一般情况下，工序基准应与设计基准重合。在机床上对工件进行加工时，须选择工件上若干几何要素作为加工时的定位基准(或测量基准)，如果所选用的定位基准(或测量基准)与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。基准不重合误差等于定位基准相对于设计基准在工序尺寸方向上的最大变动量。3.2定位副制造不准确误差 工件在夹具中的正确位置是由夹具上的定位元件来确定的。夹具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得绝对准确，它们得实际尺寸(或位置)都允许在分别规定得公差范围内变动。同时，工件上的定位基准面也会有制造误差。工件定位面与夹具定位元件共同构成定位副，由于定位副制造得不准确和定位副间的配合间隙引起的工件最大位置变动量，称为定位副制造不准确误差。 4工艺系统受力变形引起的误差 4.1工件刚度 工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。 4.2刀具刚度 外圆车刀在加工表面法线(y)方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响。刀杆变形也可以按材料力学有关公式估算。 4.3机床部件刚度 机床部件由许多零件组成，机床部件刚度迄今尚无合适的简易计算方法，目前主要还是用实验方法来测定机床部件刚度。变形与载荷不成线性关系，加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是载加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗于摩擦力所作的功和接触变形功；第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零；机床部件的实际刚度远比我们按实体估算的要小。 5工艺系统受热变形引起的误差 工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，由热变形所引起的加工误差有时可占工件总误差的40%70%。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，同时它们也通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。当单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。 6结论：提高加工精度的途径 减小原始误差；转移原始误差；均分原始误差；均化原始误差；误差补偿