车床的分类和应用范围

车床是完成车削加工必备的加工设备，它为车削加工提供特定的位置（刀具、工件相对位置）、环境及所需运动及动力。由于大多数机械零件上都具有回转面，加之机床较广的通用性，所以，车床的应用极为广泛，在金属切削机床中占有比重最大，为机床总数的20%～35%。

立式车床的主轴处于垂直位置，在立式车床上，工件安装和调整均较为方便，机床精度保持性也好，因此，加工大直径零件比较适合采用立式车床。

转塔车床上多工位的转塔刀架上可以安装多把刀具，通过转塔转位可使不同刀具依次对零件进行不同内容的加工，因此，可在成批加工形状复杂的零件时获得较高的生产率。由于转塔车床上没有尾座和丝杠，故只能采用丝锥、板牙等刀具进行螺纹的加工。

卧式车床在通用车床中应用最普遍、工艺范围最广。但卧式车床自动化程度加工效率不高，加工质量亦受到操作者技术水平的影响较大。

卧式车床主要用于轴类零件和直径不太大的盘类零件的加工，故采用卧式布局。

1.卧式车床结构及组成

（1）床身是用于支承和连接车床上其他各部件并带有精确导轨的基础件。溜板箱和尾座可沿导轨移动。床身由床脚支承，并用地脚螺栓固定在地基上。

（2）主轴箱是装有主轴部件及其变速机构和箱形部件，安装于床身左上端。速度变换靠调整变速手柄位置来实现。主轴端部可安装卡盘，用于装夹工件，亦可插入顶尖。

（3）进给箱是装有进给变换机构的箱形部件，安装于床身的左下方前侧，箱内变速机构可帮助光杠、丝杠获得不同的运动速度。

（4）溜板箱是装有操纵车床进给运动机构的箱形部件，安装在床身前侧拖板的下方，与拖板相连。它带动拖板、刀架完成纵横进给运动、螺旋运动。

（5）刀架部件。刀架部件为一多层结构。刀架安装在拖板上，刀具安装在刀架上，拖板安装在床身的导轨上，可带刀架一起沿导轨纵向移动，刀架也可在拖板上横向移动。

（6）尾座安装在床身的右端尾座导轨上，可沿导轨纵向移动调整位置。它用于支承工件和安装刀具。

2.卧式车床的传动系统

卧式车床的通用性强，以CA6140型普通车床为代表的普通精度级卧式车床，可以用于加工轴类、盘套类零件，加工米制、英制、模数制、径节制等4种标准螺纹和精密、非标准螺纹，可进行钻、扩、铰孔加工。而要完成以上工作，机床须提供主轴旋转运动、刀架进给运动、螺旋运动，因此，机床的传动系统就需具备主运动传动链、车螺纹传动链和进给运动传动链。另外，为节省辅助时间和减轻工人劳动强度，还有一条快速空程运动传动链。CA6140型普通车床的传动系统如图7-2所示。

图7-2　CA6140型普通车床的传动系统

（1）主运动传动链。CA6140型车床主运动传动链的首末端件分别为电动机和主轴。主电动机的运动经V带传至主轴箱的Ⅰ轴，Ⅰ轴上的双向摩擦片式离合器实现主轴的启动、停止和换向。离合器左移，主轴正转。Ⅰ轴的运动经离合器和Ⅱ轴上的滑移变速齿轮传至Ⅱ轴，再由Ⅲ轴上滑移变速齿轮传至Ⅲ轴后分两路传至主轴：一是主轴上滑移齿轮处左位时，Ⅲ轴上运动经由齿轮63/50直接传给主轴，使主轴获高转速（故又称高速传动分支）；另一是齿轮处右位与联成一体时，运动经Ⅲ轴、Ⅳ轴、Ⅴ轴之间的背轮机构传给主轴，使主轴获得中、低速转速。

主运动传动链可使主轴获得正转转速24级和反转转速12级。主轴转速可按下列运动平衡式计算：

式中，n主为主轴转速，r/min；uⅠ-Ⅱ、uⅡ-Ⅲ、uⅢ-Ⅴ分别为Ⅰ-Ⅱ轴、Ⅱ-Ⅲ轴、Ⅲ-Ⅴ轴间的可变传动比。

车床主轴反转通常不用于切削，而是用于车螺纹时，在不断开主轴和刀架间传动链的情况下，切完一刀后迅速（反转转速高于正转）使车刀沿螺纹线退至起始位置，节省辅助时间。

（2）车螺纹传动链。车螺纹传动链是首末端件分别为主轴和刀架，该传动链为内联系传动链，因此，主轴转动与刀具纵向移动必须保持严格的运动关系，即主轴转一转，刀具移动一个螺纹导程。车螺纹传动路线表达式如下：

CA6140型车床的车螺纹传动链中包含了换向机构（保证左右螺纹加工）、挂轮机构（含螺纹挂轮、蜗杆挂轮及其他）、移换机构（保证公制螺纹及蜗杆和英制螺纹及蜗杆的加工）、基本螺距机构（获得等差排列的传动比）、倍增机构（扩大螺纹加工范围）及丝杠螺母机构（转换运动方式）等各个机构。

（3）进给运动传动链。进给运动传动链的首末端件亦分别为主轴和刀架，但与车螺纹传动链不同，它为一条外联系传动链。由主轴至进给箱ⅩⅦ轴的传动路线与车螺纹相同，其后运动经齿轮副28/56及联轴器传至光杠（ⅩⅢ轴），再由光杠经溜板箱中的传动机构，分别传至齿轮条机构（纵进给和丝杠螺母机构（横进给），使刀架做纵向或横向机动进给。其传动路线表达式如下：

溜板箱中由双向牙嵌离合器M8、M9和数对齿轮副组成。两个换向机构分别用于变换纵向和横向进给运动的方向。进给运动传动链可使车床获得纵向和横向进给量各64种。纵向进给量变换范围为0.028～6.33mm/r，横向进给量变换范围为0.014～3.165mm/r。

（4）快速空程运动传动链。刀架的快速移动由装于溜板箱内的快速电动机（0.25 kW，2 800 r/min）带动。快速电动机的运动经齿轮副传至ⅩⅩ轴，再经溜板箱与进给运动相同的传动路线传至刀架，使刀架快速纵移或横移。

当快速电动机带动ⅩⅩ轴快速旋转时，为避免与进给箱传来的慢速进给运动干涉，在ⅩⅩ轴上装有单向超越离合器M6，可保证ⅩⅩ轴的工作安全。

单向超越离合器M6的结构原理如图7-3所示。它由空套齿轮1（即溜板箱中的Z56齿轮）、星形体2、滚柱3、顶销4和弹簧5组成。当机动进给运动由空套齿轮1传入并逆时针转动时，带动滚柱3挤入楔缝，使星形体随同齿轮1一起转动，再经安全离合器M7带动ⅩⅩ轴转动。当快速运动传入，星形体由ⅩⅩ轴带动逆时针快速转动时，由于星形体2超越齿轮1转动，使滚柱3退出楔缝，星形体与齿轮1自动脱开，由进给箱传至齿轮1的运动虽未停机，但超越离合器将自动接合，刀架恢复正常的进给运动。(www.xing528.com)

3.卧式车床的主要构件

（1）主轴箱。主轴箱主要由主轴部件、传动机构、开停与制动装置、操纵机构等组成。

①卸荷式皮带轮。主电动机通过V带使Ⅰ轴转动，为提高Ⅰ轴的旋转平衡性，φ230mm皮带轮采用了卸荷结构。皮带轮1通过螺钉和定位销与花键套筒2连接并支承在法兰3内的两个向心球轴承上，法兰3用螺钉固定在箱体上。当皮带轮1通过花键套2的内花键带动I轴旋转时，皮带所产生的拉力经法兰3直接传给箱体4，使I轴不受皮带接力而不受弯曲变形，提高了传动平稳性。卸荷式皮带轮特别适合用于要求传动平稳性高的精密机床的主轴。

图7-3　超越离合器的结构原理

1—空套齿轮；2—星形体；3—滚柱；4—顶销；5—弹簧

②主轴部件。CA6140型卧式车床的主轴为空心阶梯结构，主轴的内孔（φ48mm）可穿过（φ40mm以下的）棒料和拆卸顶尖，也可用于通过气动、电动或液压夹紧装置的机构。主轴前端为莫氏6号锥孔，也安装顶尖或心轴。主轴轴端为短锥法兰型结构，用于安装卡盘或夹具。主轴后端的锥孔为工艺孔。

主轴采用前后双支承、后端定位的结构。

③主轴开、停及制动操纵机构。Ⅰ轴上装有双向片式摩擦离合器M1，用于实现主轴的启动、停止及换向。机床工作中，主轴装、卸工件，测量工件，开、停比较频繁。机床停车时，为使主轴克服惯性迅速停转，在主轴箱Ⅳ轴上装有一闸带制动器，当齿条轴的凸起部分移至将杠杆下端顶起时，杠杆逆时针摆动，使制动带包紧制动轮，主轴可在较短时间内停转。制动器和离合器M1是配合工作的，用一套操纵机构实现联动。当左、右离合器中任一个接合时，杠杆与齿条轴左或右侧的凹槽接触，制动器处于松弛状态，而离合器左、右都脱开处于中位，齿条亦处于中位时，其凸起部分顶起杠杆，制动器工作，主轴迅速停转。

④六速操纵机构。主轴箱中Ⅱ轴上的双联滑移齿轮和Ⅲ轴上的三联滑移齿轮是由一个操纵机构同时操纵的。它以凸轮槽盘（两种直径）控制双联滑移齿轮的移动，用曲柄转动中获得的不同轴向位置（左、中、右三位）控制三联滑移齿轮，手柄转一圈时，曲柄和凸轮槽盘面配合含有六种组合，使Ⅲ轴获得六种不同转速。

⑤主轴箱中各传动件的润滑。为保证机床正常工作和减少零件磨损，CA6140车床采用油泵供油循环润滑的方式对主轴箱中的轴承、齿轮、离合器等进行润滑。润滑系统中分油器上的油管泵提供的经过滤的油供给发热较大的离合器和轴承，而分油管上所开的许多径向孔则将压力油由高速旋转的齿轮溅至各处，润滑其他传动件及机构。从润滑面流回的油集中在主轴箱底部，经油管流回油池。

（2）进给箱。CA6140型车床的进给箱中安装有基本变速组等各变速组及其控制操纵机构。

基本变速组的操纵机构工作原理如图7-4所示。手轮6的背面有环形槽，环形槽中有两个相隔45°的孔，孔中分别安装带斜面的压块1、2，压块1斜面向外（见A—A）压块2斜面向内（见B—B），环形槽中有4个销子5分别控制4个滑移齿轮，销子5转至孔中时，通过杠杆4、拨块3控制滑移齿轮处于左或右位（工作位置），同一时间内只有一对齿轮啮合，手轮在圆周方向有8个均匀分布的位置，获得8个不同传动比。

图7-4　基本变速组操纵机构工作原理

1—压块；2—压块；3—拨块；4—杠杆；5—销；6—手轮

（3）溜板箱。溜板箱内主要有纵横机动进给操纵机构、开合螺母机构及过载保护机构等。

①开合螺母机构。开合螺母机构（图7-5）用来接通或断开丝杠传动。开合螺母由上、下两个半螺母5、4组成，它们装于溜板箱后壁的燕尾导轨上，由插在操纵手柄左端圆盘7两条曲线槽中的圆柱销6带动上下移动，扳动手柄使圆盘转动，圆柱销6同时向螺母合拢或分开（脱离啮合）。

溜板箱中设有为防止进给中力过大而使进给受损的过载保护装置，可使刀架在过载时停止进给。CA6140车床所用的过载保护装置为安全离合器，其工作原理如图7-6所示。它由两个带波形齿的部分组成，在弹簧压力下两半部在克服工作中产生的轴向分力后啮合，超载时，轴向分力超过弹簧压力而将两半离合器分开，传动链断开。过载消失后，弹簧力又促使离合器恢复至啮合状态。

②纵、横向机动进给操纵机构。CA6140型车床利用一个手柄集中操纵纵、横向机动进给运动的接通、断开和换向，手柄扳动方向与刀架移动方向一致。

③互锁机构。为使机床安全工作，丝杠运动不能同时接通，溜板箱中设置了互锁机构。