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　　第1章 CA6140臥式車床機(jī)電傳動與控制

　　本章要點：

　　CA6140臥式車床電氣控制的實現(xiàn)。

　　CA6140臥式車床主軸箱機(jī)械傳動的實現(xiàn)。

　　技能目標(biāo)：

　　熟知各電氣元件在控制電路中的作用。

　　會設(shè)計車床電氣控制柜。

　　會進(jìn)行車床電氣故障的診斷與維修。

　　會拆卸、清洗、組裝主軸箱。

　　項目案例導(dǎo)入

　　CA6140臥式車床是典型的機(jī)械加工設(shè)備之一，可以實現(xiàn)多種轉(zhuǎn)速的輸出，可以車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、環(huán)形槽、回轉(zhuǎn)體成形面和各種螺紋，還可以進(jìn)行鉆中心孔、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。那么 CA6140臥式車床怎樣實現(xiàn)其機(jī)械運動呢？又通過怎樣的電氣電路來進(jìn)行運動控制呢？下面通過本章的項目逐步進(jìn)行剖析。

　　1.1 CA6140臥式車床機(jī)電傳動與控制項目說明

　　1. 項目目的

　　(1) 掌握各電氣元件在控制電路中的作用。

　　(2) 掌握車床電氣故障的診斷及維修方法與技巧。

　　(3) 掌握主軸箱結(jié)構(gòu)。

　　(4) 掌握設(shè)計電氣控制柜的基本思路和設(shè)計要點。

　　2. 項目條件

　　(1) 能拆卸和組裝的CA6140臥式車床裸機(jī)。

　　(2) 與CA6140臥式車床配套的電氣控制柜或?qū)嶒炿姎饪刂乒瘛?

　　3. 項目內(nèi)容及要求

　　根據(jù)所學(xué)知識，首先進(jìn)行電氣控制柜的設(shè)計，然后制作電氣控制柜，實現(xiàn)電氣控制柜與機(jī)床的對接，并調(diào)試成功。

　　1.2 基礎(chǔ) 知識

　　CA6140臥式車床是機(jī)械制造業(yè)中金屬切削機(jī)床的裝備之一，車床的運動部分決定了車削加工功能的實現(xiàn)。車床的運動部分包括執(zhí)行件、運動源和傳動裝置三個基本部分。執(zhí)行件是車床運動的執(zhí)行部件，其作用是帶動工件和刀具，使之完成一定形式的運動并保持正確的軌跡，如車床主軸、刀架等；運動源是車床運動的來源，它向運動部分提供動力，如交流電動機(jī)；傳動裝置是傳遞運動和動力的裝置，它將運動源的運動和動力傳給執(zhí)行件，并完成運動形式、方向、速度的轉(zhuǎn)換等工作，從而在運動源和執(zhí)行件之間建立起運動聯(lián)系，使執(zhí)行件獲得一定的運動，如車床主軸箱。

　　1.2.1 CA6140臥式車床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　CA6140臥式車床的主要結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，主要由床身、主軸變速箱(主軸箱)、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾座、光杠和絲杠等部分組成。

　　圖1-1 CA6140臥式車床結(jié)構(gòu)

　　1-進(jìn)給箱；2-掛輪箱；3-主軸變速箱；4-溜板與刀架；

　　5-尾座；6-絲杠；7-光杠；8-床身；9-溜板箱

　　1. 主軸箱

　　CA6140臥式車床的主軸箱是一個比較復(fù)雜的運動部件，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。包括箱體、主軸部件、傳動機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、換向裝置、制動裝置和潤滑裝置等，其功用在于支承主軸部件和傳遞運動。

　　1) 主軸部件

　　主軸部件是主軸箱*重要的部分，由主軸、主軸軸承和主軸上的傳動件、密封件等組成。

　　圖1-2 CA6140臥式車床主軸箱結(jié)構(gòu)

　　1-花鍵套；2-帶輪；3-法蘭；4-主軸箱體；5-鋼球；6、10-齒輪；

　　7-銷；8、9-螺母； 11-滑套；12-羊角擺塊；13-制動盤；14-制動帶；

　　15-齒條；16-拉桿；17-撥叉；18-扇形齒輪；19-鍵

　　主軸前端可安裝卡盤，用以夾持工件，并由其帶動旋轉(zhuǎn)。主軸的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和抗震性等對工件的加工精度和表面粗糙度有直接影響，因此對主軸部件的要求較高。

　　CA6140臥式車床的主軸是一個空心階梯軸，其內(nèi)孔用于通過棒料或卸下頂尖時所用的鐵棒，也可用于通過氣動、液壓或電動夾緊驅(qū)動裝置的傳動桿。主軸前端有精密的莫氏6號錐孔，用來安裝頂尖或心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工件轉(zhuǎn)動。主軸后端的錐孔是工藝孔。

　　主軸軸承的潤滑由潤滑油泵供油，潤滑油通過進(jìn)油孔進(jìn)入軸承，并帶走軸承運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱量。為了避免漏油，前后軸承均采用了油溝式密封裝置。主軸旋轉(zhuǎn)時，依靠離心力作用，將經(jīng)過軸承向外流出的潤滑油甩到軸承端蓋的接油槽里，然后經(jīng)過回油孔流回主軸箱。

　　主軸上裝有三個齒輪，前端為斜齒圓柱齒輪，可使主軸傳動平穩(wěn)，傳動時齒輪作用在主軸上的軸向力與進(jìn)給力方向相反，因此可以減少主軸前支承所承受的軸向力。主軸前端安裝卡盤。

　　2) 開停、換向及制動操縱機(jī)構(gòu)

　　CA6140臥式車床采用雙向多片式摩擦離合器實現(xiàn)主軸的開停和換向，如圖1-3所示。離合器由結(jié)構(gòu)相同的左右兩部分組成，左離合器傳動主軸正轉(zhuǎn)，右離合器傳動主軸反轉(zhuǎn)。摩擦片有內(nèi)外之分，且相間安裝。如果將內(nèi)外摩擦片壓緊，產(chǎn)生摩擦力，則軸的運動就通過內(nèi)外摩擦片帶動空套齒輪旋轉(zhuǎn)；反之，如果松開，則軸的運動與空套齒輪的運動不相干，內(nèi)外摩擦片之間處于打滑狀態(tài)。正轉(zhuǎn)用于切削，需傳遞的扭矩較大，而反轉(zhuǎn)主要用于退刀，所以左離合器摩擦片數(shù)較多，右離合器摩擦片數(shù)較少。

　　圖1-3 CA6140臥式車床開停、換向及制動操縱機(jī)構(gòu)

　　1-雙聯(lián)齒輪；2-齒輪；3-羊角擺塊；4-滑套；5-制動杠桿；6-鋼帶；7-手柄；8-操縱桿；

　　9-杠桿；10-連桿；11-擺桿；12-轉(zhuǎn)軸；13-扇形齒輪；14-齒條軸；15-撥叉；16-拉桿

　　內(nèi)外摩擦片之間的間隙可以調(diào)整，如果間隙過大，則壓不緊，摩擦片打滑，車床動力顯得不足，工作時易產(chǎn)生悶車現(xiàn)象，且摩擦片易磨損；反之，如果間隙過小，則啟動時費力，停車或換向時，摩擦片又不易脫開，嚴(yán)重時會導(dǎo)致摩擦片被燒壞。由此也可看出，摩擦離合器除了可傳遞動力外，還能起過載保險的作用。當(dāng)機(jī)床超載時，摩擦片會打滑，于是主軸就停止轉(zhuǎn)動，從而避免機(jī)床損壞。所以,摩擦片之間的壓緊力是根據(jù)離合器應(yīng)傳遞的額定扭矩來確定的，并可用擰在壓套上的螺母4和7來調(diào)整，如圖1-4所示。

　　3) 制動裝置

　　制動裝置的作用是克服車床停車過程中主軸箱內(nèi)各運動件的慣性，使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動，以縮短輔助時間。CA6140臥式車床采用閘帶式制動器進(jìn)行制動，如圖1-5所示，調(diào)節(jié)螺釘5用來調(diào)整制動帶6的松緊程度。注意調(diào)整松緊要合適，以使停車時主軸能迅速停止、而開車時制動帶能完全松開為宜。

　　4) 六速操縱機(jī)構(gòu)

　　六速操縱機(jī)構(gòu)如圖1-6所示，它用一個手柄同時操縱傳動Ⅱ軸上的雙聯(lián)滑移齒輪和傳動軸Ⅲ上的三聯(lián)滑移齒輪。轉(zhuǎn)動操作手柄9，通過鏈條8使軸7上的曲柄5和凸輪6轉(zhuǎn)動，曲柄5上裝有撥銷4，在撥銷4的伸出端上裝有滾子，此滾子嵌入在撥叉3的長槽中。曲柄帶著撥銷做偏心運動時，可帶動撥叉使傳動軸Ⅲ上的三聯(lián)滑移齒輪2做軸向位移。凸輪6的曲線槽經(jīng)圓銷10通過杠桿11和撥叉12，可使傳動軸Ⅱ上的雙聯(lián)滑移齒輪發(fā)生位移，即曲柄5和凸輪6可以形成六種變速位置。

　　圖1-4 CA6140臥式車床雙向多片式摩擦離合器裝置

　　1-雙聯(lián)齒輪；2-內(nèi)摩擦片；3-外摩擦片；4、7-螺母；5-套；6-長銷；

　　8-齒輪；9-拉桿；10-滑套；11-銷軸；12-羊角擺塊；13-撥叉

　　圖1-5 CA6140臥式車床制動裝置

　　1-箱體；2-齒條軸；3-杠桿支承軸；4-杠桿；5-調(diào)節(jié)螺釘；6-制動帶；7-制動輪；8-制動軸

　　圖1-6 CA6140臥式車床六速操縱機(jī)構(gòu)

　　1-雙聯(lián)齒輪；2-三聯(lián)滑移齒輪；3、12-撥叉；4-撥銷；5-曲柄；6-凸輪；

　　7-軸；8-鏈條；9-操作手柄；10-圓銷；11-杠桿；Ⅱ、Ⅲ-傳動軸

　　2. 溜板箱

　　溜板箱的作用是將絲杠或光杠傳來的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動并帶動刀架進(jìn)給；控制刀架運動的接通、斷開和換向；機(jī)床過載時控制刀架停止進(jìn)給；手動操縱刀架移動和實現(xiàn)快速移動。

　　溜板箱中設(shè)有以下機(jī)構(gòu)：接通絲杠傳動的開合螺母機(jī)構(gòu)；將光杠的運動傳至縱向齒輪齒條和橫向進(jìn)給絲杠的傳動機(jī)構(gòu)；接通、斷開和轉(zhuǎn)換縱、橫向進(jìn)給的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)；保證機(jī)床工作安全的過載保險裝置和互鎖機(jī)構(gòu)；控制刀架運動的操縱機(jī)構(gòu)；改變縱、橫向機(jī)動進(jìn)給運動方向的換向機(jī)構(gòu)；快速空行程傳動機(jī)構(gòu)。

　　1) 縱、橫向進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu)

　　縱、橫向進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu)如圖1-7所示，它用一個手柄集中操縱縱、橫向進(jìn)給運動的接通、斷開和換向，手柄撥動方向與刀架移動方向一致。當(dāng)向左或向右撥動手柄1時，手柄座3繞銷軸2轉(zhuǎn)動，手柄座下端的開口槽通過球頭銷4使軸5做軸向移動，經(jīng)過杠桿11和連桿12使凸輪13轉(zhuǎn)動，凸輪上的曲線槽通過圓銷14使撥叉軸15及撥叉16做前后移動，進(jìn)而使離合器M8發(fā)生位移，從而與軸XXII上的任一空套齒輪嚙合，于是縱向進(jìn)給運動連通，刀架相應(yīng)地向左或向右移動。

　　2) 開合螺母機(jī)構(gòu)

　　開合螺母機(jī)構(gòu)如圖1-8所示，它由上下兩個半螺母4、5組成，裝在溜板箱體后壁的燕尾導(dǎo)軌中，可以上下移動。上下半螺母背面各裝有一個圓柱銷6，其伸出部分分別嵌在圓盤7的曲線槽中。扳動手柄1，通過軸2使得圓盤7逆時針旋轉(zhuǎn)時，曲線槽使兩圓柱銷靠近，帶動上下螺母合攏與絲杠嚙合，刀架便由絲桿螺母經(jīng)溜板箱傳遞進(jìn)給；當(dāng)圓盤7順時針旋轉(zhuǎn)時，兩個半螺母分開，與絲杠脫離嚙合，刀架停止進(jìn)給。

　　圖1-7 CA6140臥式車床縱、橫向進(jìn)給操縱機(jī)構(gòu)

　　1、6-手柄；2、21-銷軸；3-手柄座；4、9-球頭銷；5、7、23-軸；8-彈簧銷；

　　10、15-撥叉軸；11、20-杠桿；12-連桿；13、22-凸輪；14、18、19-圓銷；

　　16、17-撥叉；M8、M9-離合器；a-凸骨；XXII、XXV-軸

　　3) 互鎖機(jī)構(gòu)

　　車床工作時，為避免因操作失誤引起絲杠傳動和縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)同時接通，在溜板箱中設(shè)有互鎖機(jī)構(gòu)，即保證開合螺母合上時，縱、橫向進(jìn)給運動不能接通�；ユi機(jī)構(gòu)通過開合螺母操縱軸7上的凸肩a、軸5上的球頭銷與彈簧銷8、支承套24等來實現(xiàn)功能，如圖1-9所示。當(dāng)沒有互鎖時，圖1-7中手柄1可以在前、后、左、右任意位置接通相應(yīng)的進(jìn)給運動。在圖1-7中，當(dāng)扳動手柄6使開合螺母合上時，軸7順時針轉(zhuǎn)過一個角度，凸肩a嵌入軸23的槽中，將軸23卡住，不能運動。同時，凸肩a又將裝在支承套24橫向孔中的球頭銷9壓下，使其下端插入軸5的孔中，將軸5卡住，使得不能左右移動，即此時，縱、橫向進(jìn)給運動都被鎖��；反之，接上縱、橫向進(jìn)給運動后，側(cè)開合螺母不能合上。

　　圖1-8 CA6140臥式車床開合螺母機(jī)構(gòu)

　　1-手柄；2-軸；3-軸承套；4-下半螺母；5-上半螺母；

　　6-圓柱銷；7-圓盤；8-定位鋼球；9-銷釘；10、12-螺釘；11-平鑲條

　　圖1-9 CA6140臥式車床互鎖機(jī)構(gòu)

　　圖1-9 CA6140臥式車床互鎖機(jī)構(gòu)(續(xù))

　　5-軸；7-操縱軸；8-彈簧銷；9-球頭銷；23-軸；24-支承套

　　1.2.2 CA6140臥式車床運動形式及傳動系統(tǒng)分析

　　為了便于了解和分析車床的傳動情況，通常利用車床的傳動系統(tǒng)圖來論述。車床的傳動系統(tǒng)圖是表示車床全部運動傳動關(guān)系的示意圖。

　　1．CA6140臥式車床運動形式

　　CA6140臥式車床的主運動是指主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉(zhuǎn)，主軸承受車削時的主要切削力；進(jìn)給運動是溜板帶動刀架直線移動，使刀具移動以切削金屬。進(jìn)給運動消耗的功率很小，主運動和進(jìn)給運動都由主軸電動機(jī)拖動。主軸電動機(jī)的動力由三角皮帶、主軸變速箱傳遞到主軸，實現(xiàn)主軸的旋轉(zhuǎn)，通過掛輪箱傳遞給進(jìn)給箱來實現(xiàn)刀具的縱向和橫向進(jìn)給。

　　主軸一般只要求做單向旋轉(zhuǎn)，加工螺紋時要求的主軸反轉(zhuǎn)是由操作手柄通過機(jī)械的方法來實現(xiàn)的，所以主軸電動機(jī)只需要單方向旋轉(zhuǎn)。主軸的轉(zhuǎn)速通過手柄調(diào)節(jié)主軸變速箱實現(xiàn)，電動機(jī)不需要調(diào)速。

　　輔助運動中，刀架的快速移動由一臺電動機(jī)拖動，冷卻泵由一臺電動機(jī)帶動實現(xiàn)刀具切削時的冷卻，尾座的移動和工件的裝配的由人工來操作。

　　2．CA6140臥式車床傳動系統(tǒng)分析

　　車床加工過程中，一個運動對應(yīng)一條傳動鏈，所有這些傳動鏈與它們之間的相互聯(lián)系組成了一臺車床的傳動系統(tǒng)。CA6140臥式車床的傳動系統(tǒng)如圖1-10所示。

　　CA6140臥式車床傳動系統(tǒng)的傳動鏈有：實現(xiàn)主運動的主傳動鏈，實現(xiàn)螺紋進(jìn)給運動的螺紋進(jìn)給傳動鏈，實現(xiàn)縱向進(jìn)給運動的縱向進(jìn)給傳動鏈，實現(xiàn)橫向進(jìn)給運動的橫向進(jìn)給傳動鏈，實現(xiàn)刀架快速退離或趨近工件的快速空行程傳動鏈。

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