刀架传动系统及其螺距传动链

1）刀架传动系统的组成

刀架主要完成纵向和横向进给运功。CA6140是主轴和刀架共用一台电机驱动，所以运动和动力传到主轴后，继续往下传到刀架。主轴和刀架之间是通过齿轮传动来传递的，因此在分析刀架传动时，应把主轴作为刀架传动的起始端。CA6140车床刀架传动系统的组成如图4-22所示。下面针对各组成模块进行介绍。

图4-22 CA6140车床刀架传动系统

（1）扩大螺距传动组。当Z 58在左位时传动比为1，在右位时传动比为4或16，是Z 58在左位时传动比的4倍或16倍，即刀架的位移量扩大了4倍或16倍，因此这部分传动系统被称为扩大螺距传动组，用来增加刀具进给量或扩大加工螺纹的螺距。由于扩大螺距的传动路线是主轴传动路线的一部分，所以主轴转速确定后，其扩大倍数也就确定了。

（2）变换左右螺纹传动组。为了车削左旋螺纹和右旋螺纹，在轴Ⅸ到轴Ⅹ之间有换向机构。轴Ⅸ、Ⅺ、Ⅹ三根轴的空间位置如图4-23。当轴Ⅹ上的Z33在右位时，运动从轴Ⅸ直接传到轴Ⅹ，用来加工右旋螺纹；当Z 33在左位时，运动从轴Ⅸ经轴Ⅺ传到轴Ⅹ，传动比不变，只改变了轴Ⅹ的旋转方向，用来加工左旋螺纹。

（3）挂轮传动组。CA6140机床的挂轮装在轴Ⅹ、Ⅻ和ⅩⅢ上，能配换两种传动比，用以加工不同种类的螺纹，其传动路线分别为：

Ⅹ—63／100—Ⅻ—100／75—ⅩⅢ

Ⅹ—64／100—Ⅻ—100／97—ⅩⅢ

（4）基本变速组。轴い和ⅩⅤ之间组成了基本变速组，共有8种传动比，可用统一符号u基表示，分别如下所示。这些传动比的分子成等差级数排列，使刀架的移动量也能以等差级数的规律变化：

u b1=26／28=6.5／7 u b2=28／28=7／7

u b3=32／28=8／7 u b4=36／28=9／7

u b5=19／14=9.5／7 u b6=20／14=10／7

u b7=33／21=11／7 u b8=36／21=12／7

（5）增倍变速组。轴ⅩⅥ到轴ⅩⅧ之间可变换4种传动比，其传动路线如下，共有1／8、1／4、1／2和1共4种传动比，用u倍表示。这4种传动比成倍数关系排列，称增倍变速组，使基本组的传动比成互为倍数的分段等差级数，以适应车削各种螺纹导程的需要。

ⅩⅥ—（18／45）—ⅩⅦ—（15／48）—ⅩⅧ28／35 35／28

图4-23 左右螺纹换向机构

2）车螺纹时刀架的传动

CA6140车床可以车削标准螺距的螺纹、非标准螺距的螺纹和螺距较精确的螺纹。根据螺纹螺距的计量方法，可将螺纹分为米制（公制）螺纹、英制螺纹、模数螺纹和径节螺纹4种。车削各种螺纹时，主轴至刀架的传动链称为螺距传动链，属内联系传动链。主轴运动和刀架运动组成复合运动，两者之间必须保持严格的传动比，即主轴每转一转刀具移动一个被加工螺纹的导程。通过调节齿轮传动的传动比，可以加工出不同参数的螺纹。车螺纹时运动从进给箱传出后经丝杠（M5右位）到溜板箱，传动路线可表示为：

主轴→换向→挂轮→进给箱→M5（右）丝杠螺母副（P=12 mm）→刀架

其传动平衡式为：

T=K×P=1×u×T 0

式中 u——从主轴到刀架丝杠之间全部传动副的总传动比；

T 0——机床丝杠的导程，本机床T 0=12 mm；

K——被加工螺纹的头数；

P——被加工螺纹的螺距（mm）；

T——被加工螺纹的导程（mm）。

由上式可见，工件的导程或螺距不同，则传动系统的u值也需相应地改变，表4-5是车削

4种螺纹时传动路线的主要特征，表中u z是挂轮的传动比。

表4-5 4种螺纹的传动特征

（1）车削米制螺纹。根据表4-5可写出车削米制（公制）螺纹时的刀架传动平衡式：

T=1×58／58×33／33×63／100×100／75×25／36×

u b×25／36×36／25×u d×12（mm）

经过整理化简后，可得

T=7u基×u倍（mm）

式中 u基——基本变速组的传动比，共8种；

u倍——增倍变速组的传动比，共4种。

由此可知，该车床理论上可车削32种导程的米制螺纹，但去掉导程重复的和非标准导程，

实际只能加工出1～12 mm范围内的20种导程，再考虑扩大螺距传动组能扩大4和16倍，就

能加工出表4-6中的全部标准螺距的螺纹。

表4-6 标准螺距数列（mm）

（2）车削模数螺纹。模数螺纹即米制（公制）蜗杆，它的螺距由模数m计算，表达式为：Pm=π×m，m的标准值也是分段等差数列。CA6140车床能加工m=0.5～48的常用模数螺纹。因模数螺纹导程Tm=K×π×m（mm），所以传动平衡式为：

1×u×T 0=K×π×m

为了便于上式平衡，要求等号左边的u值中也能包含因子π，所以在加工模数螺纹的传动路线中挂轮使用了64／100×100／97，以凑成π的因子，即64／100×100／97×25／36≈7π／48。按表4-5列出车削模数螺纹的传动平衡式：

1×58／58×33／33×64／100×100／97×25／36×u b×25／36×36／25×u d×12

=K×π×m（mm）

化简后可得：

u b×u d×（7π／4）=K×π×m（mm）

m=7u b×u d／4K

即：

（3）车削英制螺纹。英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣（牙）数a（扣／英寸）表示。标准的a值也是分段等差数列。在CA6140车床上能加工（2～24）扣／英寸的常用英制螺纹。英制螺纹的螺距P a与a之间的关系为：P a=1／a（英寸）=25.4／a（mm）。由于a是分段等差数列，所以要求主轴至刀架传动比的倒数也应是分段等差数列，并在传动比中还应包含因子25.4。因此车削英制螺纹和车削公制（米制）螺纹的传动路线不同（见表4-5）。其传动平衡式为：(www.xing528.com)

1×58／58×33／33×63／100×100／75×1／u b×36／25×u d×12=KP a=K×25.4／a化简后可得：

（4／7）×25.4×（1／u b）×u d=K×25.4／a

a=7K×u b／4u d63×100×36≈25.4 100 75 25 21

即：

为获得上述平衡式，在传动系统中设置换移机构，它由轴Ⅻ与轴Ⅺ之间的齿轮副25／36，齿式离合器M3及轴ⅩⅥ上的滑移齿轮Z 25组成，其作用是变换传动路线和凑成25.4的因子。其中：

（4）车削径节螺纹。径节螺纹即英制蜗杆，径节螺纹以每一英寸分度圆直径上的牙数DP（牙／英寸）来表示。标准径节值也是分段等差数列，CA6140车床能车削DP在（1～90）牙／英寸的径节螺纹。径节螺纹的螺距P DP为与DP之间的关系为：

P DP=π／DP（英寸）=25.4π／DP（mm）

径节螺纹的DP是分段等差数列，传动比中也包含25.4的因64×100×36≈25.4π 100 97 25 84

与英制螺纹相似，子。不同的是螺距中还包含有π的因子。因此挂轮和模数螺纹相同，其他传动路线和车削英制螺纹相同。其中：

（5）车削非标准螺距螺纹。车削非标准螺距螺纹时，将齿式离合器M3、M4、M5全部接合，使进给箱中的轴ⅩⅢ、ⅩⅤ、ⅩⅧ与丝杠连成一体，它的传动路线可表示为：

主轴→换向机构→挂轮机构→ⅩⅢ（M3右）→ⅩⅤ（M4左）→ⅩⅤⅢ（M5右）→ⅩⅨ

此时被加工螺纹的导程完全依靠挂轮传动比u x来实现。其传动平衡式为：1×58／58×33／33×u x×12=T，根据被加工导程T的不同，求得u x中4个挂轮的齿数a、b、c、d。另外，这条传动链的传动路线短，累积误差少，当a、b、c、d 4个齿轮的精度较高时，可以加工出较高精度螺距的螺纹。

3）车圆柱面及端面时的进给传动

当车削内外圆柱面及端面时，刀架要分别做纵向或横向进给。为了减少丝杠的磨损、保证螺纹加工精度，纵向和横向进给运动从进给箱传出后经光杠（M5左位）到溜板箱。其传动路线表达式如下：

CA6140车床纵向进给量和横向进给量各有64种。这些值可由正常螺距或扩大螺距传动的米制（公制）螺纹或英制螺纹传动路线得到。

综上，CA6140车床刀架上述传动系统可统一归纳为如下传动路线表达式：

4）刀架的快速移动

刀架的快速移动是为了减轻工人的劳动强度及缩短辅助时间。当刀架需快速移动时，按下快速移动按钮，使快速电动机（0.37 k W，2 600 r／min）接通，这时快速电动机的运动经齿轮副13／29传动，使轴ⅩⅩⅡ高速转动，于是运动便经过蜗轮副4／28传给溜板箱内的传动机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动。

为了节省辅助时间及简化操作，在刀架快速移动过程中光杠仍可继续转动，不必脱开进给运动传动链。这时，为了避免光杠和快速电动机同时传动轴ⅩⅩⅡ，导致轴ⅩⅩⅡ损坏，在齿轮Z56与轴ⅩⅩⅡ之间装有单向超越式离合器M6。刀架快速移动的方向仍由溜板箱中的双向离合器M8和M9控制。

思考与练习

1.分析CA6140车床传动系统。

（1）证明f 2=0.5f 1（f 1为纵向进给，f 2为横向进给）。

（2）算出图4-21主轴的转速级数（理论，实际），正转最高转速，反转最低转速。

（3）分析主轴转速中，哪些转速可以实现扩大螺距传动，各扩大多少倍？

（4）主传动与刀架传动中共有几个换向机构？它们的作用是什么？

（5）分析加工4种不同螺纹的传动路线有何异同？

（6）CA6140车床共有几种类型的离合器？说明它们各自的作用和特点。

（7）在CA6140车床上加工下列螺纹：

①米制螺纹，p=3 mm，K=2；

②模数螺纹，m=3 mm，K=2；

写出其传动路线表达式。

2.机床主运动设计。

（1）何谓级比规律？写出符合级比规律的主传动12级转速的全部结构式。

（2）某机床主轴转速为n=40～1800 r／min，公比φ=1.41，电动机转速n=1440 r／min。要求：

①拟定结构式，结构网，确定转速图；

②确定齿轮齿数，带轮直径，验算转速误差；

③画出主传动系统图。

（3）某机床主传动采用双速电机（φ=2）驱动，主轴转速级数Z=12，若公比φ=1.26，φ=1.41，试分别写出其结构式，并讨论实现的可能性。

（4）某机床主轴转速数列为对称型混合公比，主轴转速n=40～1 250 r／min，公比φ=1.26，φ=1.58，主轴转速级数Z=12，要求拟定结构式，设计转速图。

（5）某机床主传动转速图如图4-24所示，若主轴计算转速为160 r／min，试确定：

①该传动系统的结构式；

②第二变速组和第二扩大组的级比、级比指数、变速范围；

③各中间传动轴的计算转速；

④各齿轮的计算转速。

（6）某机床主传动转速图如图4-25所示，若主轴计算转速为63 r／min，试确定：

①第二变速组和第二扩大组的级比、级比指数、变速范围；

②各中间传动轴的计算转速；

③各齿轮的计算转速。

图4-24 主传动转速图

图4-25 主传动转速图