CA6140型卧式车床相关知识

车床是采用车刀进行车削加工的机床，主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱表面、圆锥表面、回转曲面和端面等，有些车床还能加工螺纹面。车削加工中通常以工件的旋转为主运动、刀具的移动为进给运动来完成车削加工。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，车床的应用极为广泛，在金属切削机床中所占的比例最大，约占机床总数的20%～35%。加工刀具以车刀为主，还可采用各种孔加工刀具（如钻头、扩孔钻、绞刀等）、螺纹刀具（丝锥、板牙等）和成形刀具等进行加工。

车床的种类很多，按其结构和用途主要可分为以下几类：①卧式车床和落地车床。②立式车床。③转塔车床。④单轴和多轴自动、半自动车床。⑤仿形车床和多刀车床。⑥数控车床和车削中心。⑦各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床及铲齿车床等。

此外，在大批量生产的工厂中还有各种各样的专用车床。在所有车床类机床中，卧式车床应用最广，本任务中将以CA6140车床为例，以传动系统、结构认知、机械装调为主进行具体分析。

一、车床用途及主要技术参数

（一）车床用途

CA6140车床属于通用卧式中型车床，主要用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件的回转表面，如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形面；车削端面及各种常用的米制、英制、模数制和径节制螺纹；采用不同刀具还可做钻孔、扩孔、绞孔、滚花等工作。卧式车床的车削工艺范围如图1-1所示。CA6140车床加工工艺范围广，结构复杂且自动化程度较低，加工辅助时间较长，所以适用于单件、小批量生产及维修车间。

（二）CA6140车床主要技术参数

床身上最大工件回转直径 400mm

最大工件长度（4种规格） 750mm、1000mm、1500mm、2000mm

刀架上最大工件回转直径 210mm

主轴内孔直径 48mm

溜板及刀架纵向快移速度 4m/min

米制螺纹 44种 1～192mm

英制螺纹20种 2～24扣/in

主电动机 7.5kW，1450r/min

机床轮廓尺寸（长×宽×高）

对于最大工件长度为1000mm的机床为 2668mm×1000mm×1190mm

机床净重

对于最大工件长度为1000mm的机床为 2070kg

二、车床的总体布局及分析

图1-2所示为CA6140型卧式车床外形图，也是中型卧式车床最常见的布局形式，它主要是加工轴类零件和直径不太大的盘类零件，故采用卧式布局。其组成可概括为“三箱两架一床身”。主要组成部件及功能如下。

1.主轴箱

为了适应右手操作的习惯，主轴箱1布置在床身4的左上部，内部装有主轴和变速传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴前端。主轴箱的功能是支承主轴，并把动力经变速机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现主运动。

2.进给箱

车床通过床身外的挂轮机构将动力与运动传递给进给箱8。进给箱中是一系列齿轮变速机构和离合器，通过不同齿轮啮合以改变机动进给的进给量和加工螺纹的导程，实现不同的进给速度。动力和运动由光杠或丝杠输出。

3.溜板箱

溜板箱6与刀架下部纵向溜板相连，通过光杠或丝杠带动一起做纵向运动，同时将进给箱传来的运动传递给刀架，实现刀架纵向或横向进给、快速移动或车螺纹，通过溜板箱上的手柄和按钮来操控机床。

4.刀架

CA6140车床的刀架2为方刀架，可沿床身4上的刀架导轨作纵向移动。刀架部件由几层组成，它的功用是装夹车刀，实现纵向、横向和斜向运动。

5.尾座

尾座3安装在床身4右端的尾座导轨上，可沿导轨纵向调整位置。它的功用是用后顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。

6.床身与床腿

床身4与床腿5、7固定在一起，主要起支承作用，床身上装有车床各主要部件，使它们在工作时保持相对位置或运动轨迹。

CA6140车床除此几大组成部分之外，还包括照明、切削液、排屑等辅助部分以及液压、电气控制等部分。

三、车床的传动系统分析

机床的运动是通过传动系统实现的，为了认识和使用机床，必须对机床传动系统进行分析。图1-3所示为CA6140卧式车床的传动系统图。图中各传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的，该图只表示传动关系，不表示各传动元件的实际尺寸和空间位置。整个传动系统由主运动传动链、螺纹进给传动链、纵向和横向进给传动链及刀架快速移动传动链等部分组成。

（一）主运动传动链

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电动机与主轴，它的功用是把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转，实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。

1.传动路线

主运动传动链是由电动机（7.5kW，1450r/min）经过V带传至主轴箱中的轴Ⅰ。在轴Ⅰ上装有双向多片式摩擦离合器M1，用以控制主轴的启动、停止和换向，当M1左边摩擦片结合时，主轴正转；右边结合时，主轴反转；当两边摩擦片都脱开时，主轴停转。当压紧M1左部的摩擦片时，轴Ⅰ的运动经齿轮副 或 传给轴Ⅱ，使轴Ⅱ获得2种正转转速；当压紧M1右部的摩擦片时，经齿轮50、轴Ⅶ上的空套齿轮34传给轴Ⅱ上的固定齿轮30，这时轴Ⅰ至轴Ⅱ间多一个中间齿轮34，故轴Ⅱ的转向与经离合器M1左部传动相反，反转转速只有1种；当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧，轴Ⅰ运动不能传至轴Ⅱ，主轴停转。

轴Ⅱ的运动可通过轴Ⅱ、Ⅲ间三对齿轮的任一对传至轴Ⅲ，故轴Ⅲ正转共有2× 3=6种转速。由轴Ⅲ至主轴的传动路线分两条。

①高速传动路线 主轴上的滑移齿轮50移至左端，使之与轴Ⅲ上右端的齿轮63啮合，运动由轴Ⅲ经齿轮副 直接传给主轴，得到450～1400r/min的6种高转速。

②低速传动路线 主轴上的滑移齿轮50移至右端，使其与主轴上的齿式离合器M2啮合。轴Ⅲ的运动经齿轮副 或 传经轴Ⅳ，又经齿轮副 或 传给轴Ⅴ，再经齿轮副 和齿式离合器M2传至主轴，使主轴获得10～500r/min的低转速。主运动传动链的传动路线表达式如下：

2.主轴转速级数和转速

由传动系统图和传动路线表达式可以看出，主轴正转时，可得2×3=6种高转速和2×3×2×2=24种低转速。轴Ⅲ—Ⅳ—Ⅴ之间的4条传动路线的传动比为：

式中，u2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2×3×（2×2-1）=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2×3×[1+（2×2-1）]=24级转速。

同理，主轴反转时，有3×[1+（2×2-1）]=12级转速。

主轴的各级转速，可根据各级滑移齿轮的啮合状态求得。当各级滑移齿轮位于图1-3所示的啮合位置时，主轴的转速为

式中

n主 ——主轴转速（r/min）；

ε——V带传动的滑动系数，ε=0.02；

uⅠ-Ⅱ、uⅡ-Ⅲ、uⅢ-Ⅳ——分别为轴Ⅰ-Ⅱ、Ⅱ-Ⅲ、Ⅲ-Ⅳ间的可变传动比。

同理，可以计算出主轴正转时的24级转速为10～1400r/min；反转时的12级转速为14～1580r/min。主轴反转通常不是用于切削，而是用于车削螺纹，车完一刀后，车刀沿螺旋线退回，所以转速高可以缩短辅助时间。

（二）螺纹进给传动链

进给运动是维持切削持续进行下去的运动。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。主轴每转刀架的移动量应等于加工螺纹的导程。因此，在分析进给运动传动链时，都把主轴和刀架当作传动链的两个末端件。

运动从主轴Ⅵ开始，经轴Ⅸ传至轴Ⅺ。轴Ⅸ—Ⅺ可经一对齿轮，也可经轴Ⅹ上的惰轮（这是进给换向机构），后经交换齿轮架至进给箱。从进给箱传出的运动，一条路线经丝杠ⅩⅧ和溜板箱带动刀架作纵向运动，这是车削螺纹传动链；另一条路线经光杠ⅩⅨ和溜板箱带动刀架作纵向或横向的机动进给，这是纵向和横向进给传动链。

CA6140型卧式车床可车削米制、英制、模数制和径节制四种标准螺纹，另外还可以车削大导程、非标准、较精密的螺纹。这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。

车螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确地移动一个被加工螺纹的导程，由此可列出螺纹进给传动链的运动平衡式如下：

1（主轴）uph丝 =ph

式中

u——从主轴到丝杠之间的总传动比；

Ph丝——机床丝杠的导程（mm），CA6140型车床的Ph丝=12 ；

Ph——被加工螺纹的导程（mm）。

改变总传动比u，就可以得到这四种标准螺纹中的任意一种。

1.车米制螺纹

米制螺纹是应用最广泛的一种螺纹，在国家标准中规定了标准螺距值。表1-1列出了CA6140型车床能车制的常用米制螺纹标准螺距值。从表中可以看出，米制螺纹标准螺距值的排列成分段等差数列，其特点是每行中的螺距值按等差数列排列，每列中的螺距值又成一公比为2的等比数列。

车削米制螺纹时，进给箱中离合器M3、M4脱开，M5结合（参见图1-3）。此时，运动由主轴Ⅵ经齿轮副，轴Ⅸ—Ⅺ间的左右螺纹换向机构，挂轮组，传至进给箱的轴Ⅻ，然后再经齿轮副、轴ⅩⅢ—ⅩⅣ间的滑移齿轮变速机构（基本螺距机构）、齿轮副2356 × 2356传至轴ⅩⅤ，接下去再经轴ⅩⅤ—ⅩⅦ间的两组滑移齿轮变速机构（增倍机构）及离合器M5传动丝杠ⅩⅧ旋转。合上溜板箱中的开合螺母，使其与丝杠啮合，便带动刀架纵向移动。

车米制螺纹进给运动的传动路线表达式为：

u基为轴ⅩⅢ—ⅩⅣ间变速机构的可变传动比，共8种：

即, Phj=6.5、7、8、9、9.5、10、11、12。这些传动比的分母相同，分子则除6.5和9.5用于其他种类的螺纹外，其余均按等差数列排列，相当于表1-1中的最后一行。可见，该变速机构是获得各种螺纹导程的基本变速机构，通常称为基本螺距机构，或称基本组。

u倍为轴ⅩⅤ—ⅩⅦ间变速机构的可变传动比，共4种：

它们按倍数关系排列，用来配合基本组，扩大车削螺纹的螺距值大小，一般称其为增倍机构或增倍组。

根据传动系统图或传动路线表达式，可列出车削米制（右旋）螺纹的运动平衡式为：

式中

Ph——螺纹导程（对于单头螺纹为螺距P），单位mm；

u基——轴ⅩⅢ—ⅩⅣ间基本螺距机构的传动比；

u倍——轴ⅩⅤ—ⅩⅦ间增倍机构的传动比；

k——螺纹线数。

将上式简化可得：

Ph=KP=7u基u倍

把u基和u倍的数值代入上式，可得8×4=32种导程值，其中符合标准的只有20种（表1-1）。由表1-1可以看出，通过变换基本螺距机构的传动比，可以得到某一横行大体上按等差数列的导程值（或螺距值）；通过变换增倍机构的传动比，可把由基本螺距机构得到的导程值按1∶2∶4∶8的关系增大或缩小。两种变速机构传动比不同组合的结果，便得到所需的导程（或螺距）数列。

2.车模数螺纹

模数螺纹主要用于米制蜗杆，有时某些特殊丝杠的导程也是模数制的。米制蜗杆的齿距为pm=πm（m为模数），所以模数螺纹的导程为phm=kpm=kπm（k为螺纹的线数）。模数m的标准值也是按分段等差数列的规律排列的。与米制螺纹不同的是，在模数螺纹导程中含有特殊因子π。因此，车削模数螺纹时，必须将挂轮组换为，其余部分的传动路线与车削米制螺纹时完全相同。车制模数螺纹的运动平衡式为：

式中 ，将其代入化简后得：

改变u基和u倍，就可以车削出各种标准的模数螺纹。

3.车英制螺纹

英制螺纹在采用英制的国家（如英国、美国和加拿大等）中应用广泛。我国部分管螺纹目前也采用英制螺纹。英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数α（扣/in）表示，因此，英制螺纹的导程，由于CA6140型卧式车床的丝杠是米制螺纹，被加工的英制螺纹也应换算成以mm为单位的相应导程值，即

α的标准值也是按分段等差数列的规律排列的，所以英制螺纹导程pha的分母为分段等差级数。此外，还有特殊因子25.4。因此，车削英制螺纹时，应对传动路线作如下两点变动。

（1）将基本组两轴（轴ⅩⅢ和轴ⅩⅣ）的主、被动关系对调，使轴ⅩⅣ变为主动轴，轴ⅩⅢ变为被动轴，就可使分母为等差级数，从而适应英制螺纹螺距值的排列规律。

（2）在传动链中实现特殊因子25.4，需将进给箱中的离合器M3和M5接合，将轴ⅩⅤ左端的滑移齿轮z25移至左边位置，与固定在轴ⅩⅢ上的齿轮z36相啮合，运动由轴Ⅻ经M3先传到轴ⅩⅣ，然后传至轴ⅩⅢ，再经齿轮副 传至轴ⅩⅤ，从而使基本组的运动传动方向恰好与车米制螺纹时相反。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同，其传动路线表达式为：

运动平衡式为：

上式中，，代入化简得：

可见，改变u基和u倍，就可以车削出各种标准的英制螺纹。

4.车径节螺纹

径节螺纹主要用于英制蜗杆，其螺距参数以径节 表示。径节（z为蜗轮齿数，D为分度圆直径，单位为in），即蜗轮或齿轮折算到每一英寸分度圆直径上的齿数。英制蜗杆的轴向齿距即径节螺纹的导程为：

径节Dp也是按分段等差数列的规律排列的，可见径节螺纹导程排列的规律与英制螺纹相同，即分母是分段等差数列，且导程值中含有25.4因子，所不同的是径节螺纹的导程值中还具有π因子。由此可见，车制径节螺纹可采用车英制螺纹传动路线，但挂轮组应与加工模数螺纹时相同，为。车削径节螺纹的运动平衡式为：

上式中，1 ，代入化简得：

改变u基和u倍，就可以车削出各种标准的径节螺纹。

由上述可见，CA6140型卧式车床通过两组不同传动比的挂轮、基本组、增倍组以及轴Ⅻ、轴ⅩⅤ上两个滑移齿轮z25的移动（通常称这两滑移齿轮及有关的离合器为移换机构）加工出4种不同的标准螺纹。表1-2列出了加工4种螺纹时，进给传动链中各机构的工作状态。

5.车大导程螺纹

当需要车削导程超过常用螺纹范围的大导程螺纹时，如加工多头螺纹、油槽等，可通过扩大主轴Ⅵ至轴Ⅸ之间传动比倍数来进行加工。具体为：将轴Ⅸ右端的滑移齿轮z58右移，使之与轴Ⅷ上的齿轮z26啮合。此时，主轴至轴Ⅸ的传动路线为：

此时，主轴Ⅵ—Ⅸ之间扩大的传动比为：

而正常螺纹导程时，主轴至轴Ⅸ间的传动比。这表明，当螺纹进给传动链其他调整情况不变时，作上述调整可使主轴与丝杠间的传动比增大4倍或16倍，从而车出的螺纹导程也相应地扩大4倍或16倍。因此，一般把上述传动机构称为扩大螺距机构。通过扩大螺距机构，再配合进给箱中的基本螺距机构和增倍机构，机床可以车削导程为14～192mm的米制螺纹24种，模数为3.25～48mm的模数螺纹28种，径节为1～6牙/in的径节螺纹13种。

应当指出的是，加工大导程螺纹时，主轴Ⅵ—轴Ⅲ间传动联系为主传动链及车螺纹传动链公有，即大导程加工的传动齿轮就是主运动的传动齿轮，此时主轴只能以较低速度旋转。具体说，当

u扩=16时，主轴转速为10～32r/min（最低六级转速）；当 =4时，主轴转速为40～125r/min（较低六级转速）。因此，当主轴转速确定后，螺纹导程能扩大的倍数也就确定了。当主轴转速高于125r/min时，则不能加工大导程螺纹，但这对实际加工并无影响，因为从操作可能性看，只能在主轴低速旋转时，才能加工大导程螺纹。

6.车非标准及较精密螺纹

当需要车削非标准螺纹，用进给箱中的变速机构无法得到所需要的螺纹导程，或者虽然是标准螺纹，但精度要求较高时，可将离合器M3、M4、M5全部接合，使轴Ⅻ、轴ⅩⅣ、轴ⅩⅦ和丝杠联成一体。这时运动直接从轴Ⅻ传至丝杠，所要求的工件螺纹导程可通过选择挂轮来得到。由于主轴至丝杠的传动路线大为缩短，从而减少了传动累积误差，可加工出具有较高精度的螺纹。运动平衡式为：

式中

u挂——挂轮组传动比。

化简后得挂轮换置公式为：

（三）纵向和横向进给传动链

1.传动路线

为了减少丝杠的磨损和便于操纵，圆柱面和端面的加工由光杠输入溜板箱，经转换机构带动刀架实现纵向和横向切削。这时，由主轴Ⅵ至进给箱轴ⅩⅦ的传动路线与车削螺纹时的传动路线相同。轴ⅩⅦ上滑移齿轮z28处于左位，使离合器M5脱开，从而切断进给箱与丝杠的联系。运动经齿轮副 及联轴节传至光杠ⅩⅨ，再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮齿条机构和横向进给丝杠ⅩⅩⅦ，使刀架做纵向或横向机动进给。纵、横向机动进给的传动路线表达式为：

2.纵向、横向进给量

溜板箱内的双向牙嵌离合器M8和M9分别用于变换纵、横向机动进给运动的接通、断开及控制进给方向。CA6140型卧式车床可以通过四种不同的传动路线来实现机动进给运动，从而获得纵向和横向进给量各64种。当运动由主轴经正常导程的米制螺纹传动路线时，可获得正常进给量。这时的运动平衡式为：

式中

f纵——纵向进给量（mm/r）。

化简后得：

f纵=0.71u基u倍

改变u基和u倍可得到从0.08～1.22mm/r的32种正常进给量。其余32种进给量可分别通过英制螺纹传动路线和扩大螺纹导程机构获得。

由传动分析可知，横向机动进给在其与纵向进给路线一致时，所得的横向进给量是纵向进给量的一半。横向进给量的种数与纵向进给量种数相同。

（四）刀架快速移动传动链

为了减轻工人劳动强度和缩短辅助时间，刀架可以实现纵向和横向机动快速移动。按下快速移动按钮，快速电动机（0.25kW，2800r/min）经齿轮副 使轴ⅩⅩ高速转动，再经蜗杆副及溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动，快移方向仍由溜板箱中双向离合器M8和M9控制。轴ⅩⅩ左端的超越离合器M6保证了快速移动与工作进给不发生运动干涉。