CA6140车床主轴箱及其操纵机构的设计

1、 本 科 毕 业 设 计（论文）题 目： CA6140车床主轴箱及其操纵机构的设计学 院： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机械053班学 生： 111学 号： 01号指导教师： 222 职称：副教授 本 科 毕 业 设 计（论文）任 务 书机电工程学院 机械专业 05 级（ 09 届）3 班 学生 111题 目：CA6140车床主轴箱及其操纵机构的设计专题题目：CA6140车床主轴箱部分07022进给齿轮的设计原始依据(包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等)CA6140机床广泛的应用于机械加工行业中，适用于车削内外圆柱面，圆锥面及其它旋转面，车削各种公制

2、、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔，铰孔和拉油槽等工作。床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐。C6140车床是我国设计制造的典型的卧式车床，随着工业化的不断发展，机床在结构上也有了很大的改进，并在此机床的基础上，研究开发出了新的先进的系列产品。主要内容和要求：（包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求）：一设计内容：1、完成CA6140车床主轴箱的总体设计，传统方法绘制总装配图一张，零件工作图一至两张(具体绘那几个零件工作图，由指导教师指定)： 2、专题对CA6140车床上的07022齿轮进行尺寸、结构及精度进行设计，用AutoCAD编

3、辑零件视图，添加尺寸及其极限偏差、表面粗糙度、形位公差和技术要求等，并对其进行校核。3、在操纵机构零件CAD设计的基础上，对操纵机构的工作原理进行深入的理解，并对箱轴进行优化处理；4、编写完整设计说明书一份。二CA6140普通车床主要指标与技术参数: 在床身上最大工作回转直径： 400mm。最大工作长度： 750、1000、1500、2000mm。最大车削长度： 650、900、1400、1900mm。刀架上最大工作回转直径： 210mm。主轴中心到床身平面导轨距离（中心高）： 205mm。主轴转速： 正转24级 101400转/分。 反转12级141580转/分。进给量： 纵向进给量S纵=0

4、.0286.33mm。 横向进给量S横=0.5S纵。刀架纵向快速速度： 4米/分。车削螺纹范围： 公制螺纹44种 S=1192mm。英制螺纹20种 =224牙/英寸。模数螺纹39种 m=0.2548mm。径节螺纹37种 DP=196牙/英寸。主电动机： 7.5千瓦，1450转/分。专题设计的主要指标与技术参数：进给箱展开图中的轴036，对两端跳动允许误差0.03mm。花键对中轴线不平行度允许误差0.03mm。花键不等分累积误差和键对定心直径的偏差允差0.03mm。材料使用钢45，调质处理至HB215。三具体要求1主要从其结构和传动原理上进一步了解车床的性能、功能、作用，从实物到装配图的绘制，逐

5、步熟悉车床的加工工艺、结构和原理2主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能，同时本课题作为毕业设计，可以有效的培养我们独立工作、发现问题和解决问题的能力3. 能够熟练地应用有关参考资料，计算图表、手册，图集，规范，并熟悉有关国家标准和部颁标准(如GB，JB等)，以完成一个工程技术人员在机械工程设计方面所必须具备的基本训练。4综合运用机械设计、机械制造技术基础和工程图学工程图学和计算机辅助设计等课程的知识，解决齿轮设计问题，掌握齿轮的现代设计方法(如:AutoCAD ，Pro-E等)日程安排：第13周：完成对C6140车床主轴箱及其操纵机构相关数据的计算。第410周：绘

6、制主轴箱及其操作机构的装配图第11周：完成论文第12周：论文答辩主要参考文献和书目：1 戴曙.金属切削机床M.北京：机械工业出版社， 19932 朱红玉，蔺军进. 机械研究与应用J， 2000（1）3 郑文纬,吴克坚.机械原理M. 北京：高等教育出版社,19974 王伯平.互换性与技术测量M. 北京：机械工业出版社, 20045 谷凤金，徐成富. 煤矿机械J， 2001（7）6 熊良山.机械制造技术基础M. 湖北：华中科技大学出版社20007 机床设计手册M. 北京：机械工业出版社 ，19798 齿轮手册M. 北京：机械工业出版社，19909 郑旗. 机械工人：冷加工J ， 2006（12）1

7、0 王先睦.制造工艺学M北京：机械工业出版社,200611 吉林工业大学.金属切削机床设计M. 上海：海科学技术出版社,197912 戴曙. 金属切削机床设计M. 北京：机械工业出版社 ,198113 洪家娣等. 机械设计指导M. 南昌：江西高校出版社， 200614 大连理工大学工程画教研室. 机械制图M.北京：高等教育出版社， 200315 孙靖民 粱迎春. 机械优化设计M.北京：机械工业出版社，200616 洪家娣，李明，黄兴元.机械设计指导M.南昌：江西高校出版社，2006 17 张耀 隋冬杰. 煤矿机械J ， 2003（10）18 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1991

8、19 张佳根 李生义. 机床与液压J， 2001（1）20 濮良贵，纪明刚. 机械设计M.北京：高等教育出版社,2006指导教师签字： 年 月 日教研室主任签字： 年 月 日教学院长签字： 年 月 日江 西 理 工 大 学本科毕业设计（论文）开题报告（综述）机电工程学院 机械工程及其自动化专业 05级（09届）3班 学生 111题 目：CA6140车床主轴箱及其操纵设计本课题来源及研究现状： 随着科学技术的不断发展，机械产品趋精密、复杂，改型也益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生

9、产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。车床也不断的演变，之前的皮带车床由于它的主轴转速低，变速级数少，刚度不高，抗振性差，加工精度低；并且车螺纹和进给使用同一根传动丝杠，丝杠易磨损，影响螺纹加工精度；用塔轮改变传动比，变速费时费力，生产率低。所以被齿轮传动车床所取代。机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些

10、重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势课题研究目标、内容、方法和手段：本课题主要研究生产实际中车床进给箱变速结构的原理及运动传动链的设计及改进。这一课题在实际生产中有着十分重要的现实意义，进给运动链使刀架实现纵向或横向的进给运动及变速换向，实现了四种标准螺纹的车削。卧式车床在切削螺纹时，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螺纹的导程。在切削圆柱面和端面时，进给传动链是外联系传动链。进给传动链的优化直接影响机床加工的精密度。同时本课题作为毕业设计，可以有效的培养我们独立工作、发现问题和解决问题的能力；能根据

11、设计课题查找有关的资料，了解本课题的前沿和发展方向；树立正确的设计思想，掌握设计的基本方法和步骤，为以后从事设计工作打下良好的基础。研究本课题主要从其结构和传动原理上进一步了解车床的性能、功能、作用，从实物到装配图的绘制，逐步熟悉车床的加工工艺、结构和原理。设计（论文）提纲及进度安排：提纲：1、摘要2、目录3、CA6140型卧式车床的工艺范围和布局4、CA6140型卧式车床传动系统5、CA6140传动设计6、CA6140型卧式车床主轴箱结构设计7、专题设计8、参考文献9、致谢进度：第一周：毕业设计准备（查找资料，借阅图书、手册、工具等）第二、三周：1.熟悉CA140车床的主轴箱，传动等； 2.

12、方案论证、确定与总体设计3.箱传动原理的认识第四、五、六周：1.画装配图； 2.画局部剖视图 3.主轴变速箱装配设计，运动设计，受力分析与零件强度校核； 第七、八周：1.结构规划与设计； 2.设计资料计算机处理第九到十一周：整理与编写设计说明书第十二周：总结、准备答辩主要参考文献和书目：1 戴曙.金属切削机床M.北京：机械工业出版社， 19932 朱红玉，蔺军进. 机械研究与应用J， 2000（1）3 郑文纬,吴克坚.机械原理M. 北京：高等教育出版社,19974 王伯平.互换性与技术测量M. 北京：机械工业出版社, 20045 谷凤金，徐成富. 煤矿机械J， 2001（7）6 熊良山.机械制

13、造技术基础M. 湖北：华中科技大学出版社20007 机床设计手册M. 北京：机械工业出版社 ，19798 齿轮手册M. 北京：机械工业出版社，19909 郑旗. 机械工人：冷加工J ， 2006（12）10 王先睦.制造工艺学M北京：机械工业出版社,200611 吉林工业大学.金属切削机床设计M. 上海：海科学技术出版社,197912 戴曙. 金属切削机床设计M. 北京：机械工业出版社 ,198113 洪家娣等. 机械设计指导M. 南昌：江西高校出版社， 200614 大连理工大学工程画教研室. 机械制图M.北京：高等教育出版社， 200315 孙靖民 粱迎春. 机械优化设计M.北京：机械工业

14、出版社，200616 洪家娣，李明，黄兴元.机械设计指导M.南昌：江西高校出版社，2006 17 张耀 隋冬杰. 煤矿机械J ， 2003（10）18 徐灏.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，199119 张佳根 李生义. 机床与液压J， 2001（1）20 濮良贵，纪明刚. 机械设计M.北京：高等教育出版社,2006指导教师审核意见：教研室主任签字： 年 月 日目 录 第一章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 选题意义11.3 主要内容21.31车床的用途21.32车床的运动21.4 CA6140型卧式车床主要零件机械加工工艺规程的制定及其分析31.5 本次毕业设计（论文）包括31.

15、6 设计要求41.7 注意事项4第二章 CA6140卧式车床简介52.1 车床传动路线总述及传动浅析52.2 CA6140型卧式车床的部分主要技术参数：92.3 主轴箱的传动链92.4 主轴箱的构造112.5 传动设计152.5.1分级变速传动链设计152.4.2 动力计算19第三章 CA6140型卧式车床主轴箱结构设计223.1 轴223.2 轴上零件的定位243.3 轴承、密封、润滑253.4 齿轮263.5 离合器的选择283.6 操纵机构293.7 箱体313.8 保证车床精度的措施323.9 主轴箱的温升33第四章 齿轮的校核计算374.1 概述374.1.1齿轮传动的失效形式374

16、.1.2齿轮的加工工艺384.2 齿轮的计算准则394.3 选择材料及初步确定齿轮各参数414.4 验算齿面接触疲劳强度434.5 校核齿根弯曲疲劳强度43第五章 毕业设计的总结与展望45参考文献47致 谢48第一章 绪论1.1 课题的研究背景机床设计和制造的发展速度是很快的。由原先的只为满足加工成形而要求刀具与工件间的某些相对运动关系和零件的一定强度和刚度，发展至今的高度科学技术成果综合应用的现代机床的设计，也包括计算机辅助设计（CAD）的应用。但目前机床主轴变速箱的设计还是以经验或类比为基础的传统（经验）设计方法。因此，探索科学理论的应用，科学地分析的处理经验，数据和资料，既能提高机床设计

17、和制造水平，也将促进设计方法的现代化。 随着科学技术的不断发展，机械产品趋精密、复杂，改型也益频繁，对机床的性能、精度、自动化程度等提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一，不仅能提高产品质量和生产率，降低生产成本，还能改善工人的劳动条件。为此，许多企采用自动机床、组合机床和专用机床组成自动或半自动生产线。但是，采用这种自动、高效的设备，需要很大的初期投资以及较长的生产准备周期，只有在大批量的生产条件（如汽车、拖拉机、家用电器等工业主要零件的生产）下、才会有显著的经济效益。1.2选题意义毕业设计是我们对大学四年所学知识的一次综合运用，也是学校对我们所掌握的知

18、识的一次综合评审。旨在培养我们的设计实践能力和工作能力。利用所掌握的基本设计理论知识完成一次较全面的课程设计。因此在设计过程中，我们应该严格要求自己，客观实在的分析各个阶段的数据计算。按照指导教师的计划要求，完成此次毕业设计。毕业设计课题包含主要零件加工和典型夹具设计及机械加工工艺规程的制定几方面的内容。其目的是：（1） 具体应用、巩固加深和扩大本课题及有关所修课程的理论知识，生产知识，培养学生的实际设计能力，为以后的就业工作能力打下扎实的基础。（2） 通过拟定设计方案，结构方案，结合生产和使用条件，独立完成机械零件夹具设计及机械加工工艺规程设计，并全面考虑涉及内容及过程，熟悉和运用设计资料，

19、如有关国家及行业标准，设计规范等，加深对机械夹具设计及制造的总体认识，培养我们全面考虑工程技术问题的独立工作能力。1.3主要内容1.31车床的用途普通车床通用性强，加工范围广，适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转表面，加工端面及加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，还能进行钻孔、铰孔、滚华灯工作，如图11所示图11 车床加工的类别1.32车床的运动由图11可知，为了加工出上述各种表面，普通车床必须具备下列三种运动：1工件的旋转运动 它是车床的主运动，其转速常以n(rmin)表示。它的功用是使工件与刀具之间按所需的切削速度作所规定的

20、相对运动，以获得要求的加工表面。主运动是实现切削最基本的运动，运动速度较高，所需的功率较大。 2刀架的移动 它是车床的进给运动，刀架作平行于工件旋转轴线的纵向进给运动(车圆柱表面)或作垂直于工件旋转轴线的横向进给运动(车端面)，也可作与工件旋转轴线成定角度方向的斜向运动(车圆锥表面)或作曲线运动(车成形回转面)。进给量常以(mmr)表示。进给运动的速度较低，所需的功率也较小。 上述运动是普通车床形成加工表面形状所需要的运动，习惯上称为表面成形运动。3辅助运动 为了将工件加工到所需要的尺寸，车床还应具有切入运动。通常切入运动与进给运动方向相垂直，普通车床的切入运动通常是由工人用手移动刀架来实现的

21、。为了减轻丁人的劳动强度及节省移动刀架所消耗的时间，在CA6140型普通车床中还有由单独电机驱动的刀架纵向或横向的快速运动。 本课题包含零件机械加工，典型夹具设计及复杂刀具设计和典型机床调整几方面的内容。由于涉及到CA6140机床的主轴箱设计,零件的设计,齿轮等的传动等内容，因而具有一定的学术价值，可使学生对金属切削机床以及机械设计等知识加强理解及应用。 CA6140型卧式车床主要零件机械加工工艺规程制定与典型工艺装备的设计及典型夹具设计包括以下部分：1.4 CA6140型卧式车床主要零件机械加工工艺规程的制定及其分析 制定主要零件的机械加工工艺规程，并对所编工艺规程作出分析通过此项内容，使我

22、所学的机械制造工艺学知识得到巩固、运用和深化，主要在三个方面得到训练：第一，较全面的了解典型零件的机械加工工艺过程；第二，对典型零件的机械加工工艺规程的主要步骤进行正确的制定，包括工艺路线的确定，各工序定位方法的确定，各主要面的加工方案，工序尺寸，切削用量的确定；第三，通过分析把握典型零件机械加工工艺规程中的关键内容及关键工序。1.5本次毕业设计（论文）包括：1) 学生在规定的时间内，要求完成CA6140车床进给箱总体设计，传统方法绘制总装配图一张，零件工作图一至两张（具体绘那几个零件工作图，由指导教师指定）；2) 根据设计计算步骤对该机器的某一个零件进行CAD设计；3) 在零件CAD设计的基

23、础上，重新对箱内齿轮齿数进行优化选择；4) 编写完整设计说明书一份。1.6设计要求机械专业毕业设计是我们碰到的一次最完整的机械设计。他是理论联系实际、培养初步设计能力的重要环节。因此，我们在设计过程中必须做到：（1） 综合的考虑使用、经济、工艺、安全性等方面的设计要求，确定合理的设计方案。（2） 仔细考察实体零件和随时查阅有关教材及其他资料，在认真思考的基础上提出自己的见解与指导教师讨论，避免单纯的像指导教师索取答案。（3） 通过分析比较吸取现有结构中的优点，并在此基础上发挥自己的创造性，而不是简单抄袭或没有根据地臆造。（4） 认真计算和制图，有错误要认真修改，力求设计图纸和计算说明书的质量达

24、到或接近生产水平。（5） 遵守学校作息时间，按预定计划保质、保量、按时完成任务。1.7注意事项（1） 设计开始前，学生应认真研究题目，明确设计要求及已知条件；阅读参考资料，了解它们的大致内容，以便需要是可以迅速查用。（2） 对设计方案及结构，设计小组应进行讨论和对比，已明确优、劣、正、误，取长补短，改进设计。（3） 设计时最好准备一本设计计算稿本，详细记录设计过程和数据以被检查校核。（4） 设计草图完成后，我们宜将草图交给指导教师审阅后在修改加深。（5） 设计计算说明书应按规定格式编写并誊齐。连同所绘图纸交给指导教师审查认可后，方能成交。（6） 认真做好准备，进行毕业答辩。第二章CA6140卧

25、式车床简介CA6140型车床是我国自行设计的卧式车床,其外型结构由床身、主轴箱、变换齿轮箱、进给箱、溜板箱、滑板和床鞍、刀架、尾座及冷却、照明等部分组成。CA6140型车床通用性强，加工范围广，适用于加工各种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，例如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成型回转表面，加工端面及加工各种常用的公制、英制、模数制和径节制螺纹，还能进行钻孔、铰孔、滚花等工作。CA6140型卧式车床的万能性较大，但结构较复杂而且自动化程度低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀较麻烦，加工过程中的辅助时间较多，所以适合于单件、小批生产及修理车间。作为主要的车削加工机床，CA6140机床广泛的应用于

26、机械加工行业中，针对CA6140机床的主轴箱进行设计，设计的内容主要有机床主要参数的确定，传动方案和传动系统图的拟定，对主要零件进行了计算和验算，利用三维画图软件进行了零件的设计和处理。CA6140型卧式车床工艺范围广,能完成多种加工工序,进行各种车削工作,加工轴类、套筒类和盘类的回转表面，如车削内外圆柱面，圆锥面，环槽及成型回转面，车削端面及各种常用螺纹（主要有：公制（有称米制）、英制、模数制和径节制四种），还可以进行扩孔、钻孔、铰孔和滚花等工作。车床主轴三支承均用滚动轴承，进给系统用双轴滑移公用齿轮机构；纵向与横进给由十字手柄操作，并附有快速电动机。该机床刚性好，功率大，操作方便。2.1

27、车床传动路线总述及传动浅析主运动传动链的两末端件是主电动机与主轴，它的功能是把动力源的运动及动力传给主轴，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。其结构特点： 1、床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐用。 2、机床操作灵便集中，溜板设有快移机构。采用单手柄形象化操作，宜人性好。 3、机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高速切削。主轴孔径大，可选用附件齐全。CA6140型卧式车床传动框图如下（图21）电动机主换向机构主变速机构主轴刀架挂轮进给换向机构转换机构丝杆光杆螺母快速电动机转换机构进给箱变速机构图21 CA6140车床传动框图图22 CA6140型

28、卧式车床外形1 主轴箱 2 刀架 3 尾座 4 床身 5 右床腿 6 光杆 7 丝杠 8 溜班箱9 左床腿 10 进给箱 11 挂论变速机构1主轴箱主轴箱（Headstock）1固定在床身4的左端，内部装有主轴和变速及传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴前端。主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，使主轴带动工件按规定的转速旋转，以实现主运动。2.刀架刀架（Tool slide）2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、横向或斜向运动。3.尾座尾座（Tailstock）3安装在床身4右端的尾座导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是

29、用后顶尖支承长工件，也可安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。 4.进给箱进给箱（Feedbox）8固定在床身4的左端前面。进给箱内装有进给运动的变换机构，用于改变进给的进给量或所加工螺纹的导程。5.溜板箱溜板箱（Apron）6与刀架2的最下层纵向溜板相连，与刀架一起作纵向运动，功用是把进给箱传来的运动传递给刀架，使刀架实现纵向和横向进给或快速移动或车螺纹。溜板箱上装有各种操纵手柄和按钮。6.床身床身（Bed）4固定在左右床腿7和5上。在床身上安装着车床的各个主要部件，使它们在工作时保持准确的相对位置或运动轨迹。电动机经主换向机构，主变速机构拖动主轴。主换向机构主要用于切削螺纹。进给链从主轴开

30、始，经进给换向机构、挂轮和进给箱内的进给变换机构、转换机构光杠（普通车床）、溜板箱内的转换机构传至刀架；或经丝杠（车螺纹）和溜板箱内的螺母传至刀架。进给换向机构主要用来决定车削右旋或左旋螺纹。挂轮和进给变换机构用以变换被切螺纹的导程或进给量。卧室车床既能切螺纹，又能进行普通车削，所以进给箱内设置转换机构以决定将运动传至丝杆或光杆。如果传给丝杆，则从主轴到刀架间的传动链是内联系传动链螺纹链；如果传给光杆，则是外联系传动链进给链。溜板箱中的转换机构改变进给的方向：纵向或横向，正向或反向如果用快速电动机经溜板箱的转换机构驱动刀架，则可实现刀架的快速移动。CA6140型卧式车床主要有主传动链和进给传动

31、链两部分，其传动系统如图23所示。 图23 CA6140型卧式车床传动系统2.2 CA6140型卧式车床的部分主要技术参数：床身上最大工件回转直径（主参数） 400mm刀架上最大工件回转直径 210mm最大棒料直径 47mm最大工件长度（第二主参数）/mm 750,1000,1500,2000最大加工长度/mm 650，900，1400，1900主轴转速范围/（r/min） 正转 101400（24级） 反转 141580（12级）进给量范围/（mm/r） 纵向 0.0286.33（共64级） 横向 0.0143.16（共64级）标准螺纹加工范围 公制t=1192mm（44种） 英制a=224

32、牙/in（20种） 模数制m=0.2548mm（39种） 径节制DP=196牙/in（37种）2.3主轴箱的传动链CA6140型卧式车床主轴箱(Headstock)又称车头箱，内部装有主轴和变速及传动机构。工件通过卡盘等夹具装夹在主轴前端。主轴箱的功用是支承主轴并把动力经变速传动机构传给主轴，主轴动工件按规定的转速旋转，以实现主运动。1、 传动路线主运动传动链的两末端件是主电动机和主轴。运动由电动机（7.5KW，1450r/min）经V轮传动副130mm/230mm传至主轴箱中的轴I。在轴I上装有双向多片摩擦离合器M1,左部的摩擦片时、反转或停止。它就是传动框图（图3-3）中的主换向机构。当压

33、紧离合器M1左部的摩擦片时，轴I的运动经齿轮副或传给轴II获得两种转速。压紧右部摩擦片时，经齿轮50（足标表示齿数）、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M1左部传动时相反，反转转速只有一种，当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧。轴I的运动不能传至轴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正轴共2X3=6种转速。运动由轴III传往主轴有两条路线：（1）高速传动路线 主轴上的滑移齿轮50移至左端，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

34、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，使主轴上的齿轮式离合器M2啮合。轴III的运动经齿轮副或传给轴IV，又经齿轮副或传给轴V、再经齿轮副各齿式离合器M2传至主轴，使主轴获得10-500r/min的低转速。上述这些滑移变速齿轮副就是传动框图中的主变速机构。传动系统可用传动路线表达式表示如下：主电动机-2主轴转速级数各转速由传动系统图各传动路线表达式可以看出，主轴正转时，可得2X3=6种高转速和=24种低转速。轴III-IV-V之间的4条传动路线的传动比为：I1=I2=I3=I4=式中，i2和i3基本相同，所以实际上只有3种不同的传动

35、比。因此，运动经由低速这条传动路线时，主轴总共可获得2=18级转速。加上由高速路线传动获得的6级转速。同理，主轴反转时，有级转速。主轴反转时，可根据各滑移齿轮的啮合状态求得。如图3-4中所示的啮合置时，主轴的转速为：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，而是用于车削螺纹时，切削完一刀后使车刀沿螺旋线退回，所以转速较高以节约辅助时间。2.4 主轴箱的构造机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。表达主轴箱中各传动件的结构和装配关系，常用展开图。展开图是基本按各传动轴传递运动的先后顺序，沿其轴心线剖开，并

36、展开在一个平面上的装配图，见图3-5。该图是沿轴-（）-的轴线部切，展开后绘制出来的。展开图把立体展开在一个平面上，因而其中有些轴之间的距离拉开了。如轴IV画得离开轴III与轴V较远，因而使原来相互啮合的齿轮副分开了。读展开图时，首先应弄清传动关系。展开图不表示各轴的实际位置。表示主轴和各传动实际空间位置的，是主轴箱和侧视图各横剖面图。1 卸荷带轮（Unload belt pulley）电动机经V带将运动传到轴I左端的带轮2（见图3-1的左上部分）。带轮2与花键套1用螺钉连接成一体，支承在法兰3内的两个深沟轴承上。法兰3固定在主轴箱体4上。这样，带轮2可通过花键套1带动轴I旋转，胶带的拉力则经

37、轴承和法兰3传到箱体4。轴I的花键部分只传递转矩，从而可避免因胶带拉力而使轴I产生弯曲变形。这种带轮是卸荷的把径向载荷卸给箱体。2 双向多片摩擦离合器、制动器及其操纵机构双向多片摩擦离合器（Double direction multi-disc friction clutch）装在轴I上。原理见图3-2。离合器由内摩擦片3、外摩擦片2、止推片10及11、压块8及空套齿轮1等组成离合器左、右两部分结构是相同的。左离合器用来传动主轴正转，用于切削加工。需要传递的转矩大，所以片数较多。右离合器传动主轴反转，主要用于退回，片数较少。图24 左离合器图2-4示的是左离合器。内摩擦片3的孔是花键孔，装在轴

38、I的花键上，随轴旋转。外摩擦片2的孔是圆孔，直径略大于花键外径。外圆上有4个上凸起，嵌在空套齿轮1（图24的件6）的缺口中。内、外摩擦片相间安装。当杆7（图24件16）通过销5（图24件7）向左推动压块8（图24件8）时，将内片与外片互相压紧。轴I的转矩便通过摩擦片间的摩擦力矩传给齿轮1（图24件6），使主轴正转，同理，当压块8向右时，使主轴反转。压块8处于中间位置时，左、右离合器都脱离，轴II以后的各轴停转。离合器的位置，由手柄18操纵（图25扳，杆20向外，使曲柄21和齿扇17（图25件18）作顺时针转动。齿条22（图25件15）向右移动。齿条左端有拨叉23（图25件17），它卡在滑套12

39、（图25件11）的环槽内，使滑套12也向右移动。滑套12内孔的两端为锥孔，中间为圆柱孔。当滑套12向右移动时，就将元宝销（杠杆）6（图25件12）的右端向下压。元宝销6的回转中心轴安装在轴I上。元宝销6作顺时针方向转动时，下端的凸缘便于工作推动装在轴I内孔中的拉杆7向左移动（图25右端）并通过销5带动压块8向左压紧，主轴正转。同理，将手柄18扳至下端位置时，右离合器压紧，主轴反转。当手柄18处于中间位置时，离合器脱开，主轴停止转动。为了操纵方便，在操纵杆19上装有两个操纵手柄18，分别位于进给箱右侧及溜板箱右侧。图25 制动器摩擦离合器还能起过载保护的作用。当机床过载时，摩擦片打滑，就可避免损

40、坏机床。摩擦片间的压紧力是根据离合器应传递的额定转矩确定的。摩擦片磨损后，压紧力减小，可用一字头旋具将弹簧4按下，同时拧动压块8上的螺母9，直到螺母压紧离合器的摩擦片。调整好位置后，使弹簧销4重新卡入螺母9的缺口中，防止螺母松动。制动器（Brake）按在轴IV上，在离合器脱开时制动主轴，以缩短辅助时间。制动器的结构见图25和C.制动盘16（图25件13）是一个钢制圆盘，与轴IV花键联接。周边围着制动带15。制动带是一条钢带，内侧有一层酚醛石棉以增加摩擦。制动带的是一端与杠杆14（图25件14）连接，另一端通过调节螺钉13等与箱体相连。为了操纵方便并避免出错，制动器和摩擦离合器共用一套操纵机构，

41、也由手柄18操纵。当离合器脱开时，齿条22处于中间位置。 这时齿条轴22上的凸起正处于与杠杆14下端相接触的位置，使杠杆14向逆时针方向摆动，将制动带拉紧。齿条轴22凸起的左、右边都是凹槽。左、右离合器中任一个接合时，杠杆14都按顺时针方向摆动，使制动带放松。制动带的拉紧程度由调节螺钉13调整。调整后应检查在压紧离合器时制动带是否松开。主轴和卡盘的联接CA6140型卧式车床主轴的前端为短锥和法兰，用于安装卡盘或拨盘。拨盘或卡盘座4由主主轴3的短圆锥面定位。安装时，使装在拨盘或卡盘座4上的四个双头螺栓5及其螺母6通过主轴法兰及环形锁紧盘2的圆柱孔。然后，将锁紧盘2转过一个角度，使螺栓5处于锁紧盘

42、2的沟槽内，如图所示。拧紧螺钉1和螺母6。这种结构装卸方便，工作可靠，定心精度高，主轴前端的悬伸长度较短，有利于提高主轴组件的刚度，所以得到广泛的应用。主轴法兰上的圆形端键用于传递转矩。主轴尾部的圆柱面是安装各种辅具（气动，液压或电气装置）的安装基面。4变速操纵结构图26 操纵机构轴II上的双联滑移齿轮和轴III上的三联滑移齿轮用一个手柄操纵。其操纵机构，变速手柄每转一转，变换全部6种转速，故手柄共均布的6个位置。变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链转动轴4。轴4上装有盘形凸轮3和曲柄2。凸轮3上有一个条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮上有16六个变速位置，如图所示。位置1、2

43、、3，杠杆5上端的滚子处于凸轮槽曲线的大半径圆弧处。 杠杆5经拨叉6将轴II上的双联滑移齿轮移向左端位置。位置4、5、6则将双联滑移齿轮移向右端位置。曲柄2随轴4转动，带动拨叉1拨动轴III上的三联齿轮，使它处于左、中、右三个位置。顺次地转动手柄，就可使两个滑移齿轮的位置实现6个组合，使轴III得到6种转速。滑移齿轮到位后应定位。件5是拨叉的定位钢球。2.5 传动设计机床的成形运动可分为简单运动和复合运动。每一个运动，不论是简单的还是复合的，必须有一条外联传动链。只有复合运动，才有内联传动链。设计外联传动链时主要考虑保证要求的速度（或转速）和传递的功率；设计内联传动链时主要考虑保证传动精度。两

44、者考虑的重点是不同的。本部分将述以主运动链为代表的外联传动链和内联传动链的设计。在外联传动链中，又有分级变速和无级变速两种。本部分先述分级变速，后述无级变速。2.5.1 分级变速传动链设计1、分级变速机构的转速图各结构网 在设计分级变速外联传动链的传动系统图时，要用到转速图（Speed diagram）。转速图可表达主轴每一级转速是通过哪些传动副得到的，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。（1）转速图设有一中型车床，传动系统图如图3-1所示。主轴转速共12级：31。5，45，63，90，125，180，250，355，500，710，1000，1400r/min.公比=1.41。电动机

45、轴和轴I至IV。其中轴IV为主轴，轴I-II之间为传动组a，II-III和III-IV之间分别为传动组b和c。 图27 车床转速图图形2-7是它的转速图。图中： 距离相等的一组竖线代表各轴。轴号写在上面。竖线间的距离不代表中心轴。 距离相等的一组水平线代表各级转速。与各竖线的交点代表各轴和转速。由于分级变速机构的转速是按等比级数排列的，故转速采用了对数坐标。相邻两水平线之间的间隔为。为了简单起见，省略了对数符号。 各轴之间连线的倾斜方式代表传动副和传动比。如电动机轴与轴I之间的连线代表皮带定比传动，其传动比为i是降速传动，故连线向下倾斜两格。轴I的转速为轴I-II之间有传动组a，其传动比分别为

46、表现在转速图上I-II之间有三条连线，分别为水平、降一格和降两格。轴II-III之间有传动组b，其传动比分别分图28 12级传动系统的转速图表现在转速图上为轴II-III之间，轴II的每一转速都有两条连线与轴III相连，分别为水平和降三格。由于轴III有三种转速，每种转速都通过上述两条线与轴III相联，故轴III共得3X2=6种转速。连线中的平行线代表同一传动比。轴III-IV之间有传动组c，其传动比分别为表现在转速图上为升两格及降四格。轴IV的转速共为3X2X2=12给。 根据以上分析，可以看出，转速图27表示：（1）主轴各级转速的传动路线 在图上就是从电机 起，通过哪些连线传到主轴的。例如

47、主轴为r/min时和传动路线为电机-(a)-(b)-(c)。（2）在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的传动组数各每个传动组中的传动副数2、2个传动副，即12=322。（3）传动组的级比指数 主动轴上同一点，传动被动轴相邻两连线代表传动组内相邻两人传动比。它们与被动轴交点之间相距的格数，代表相邻两传动比之比值的指数x，称为级比指数。图中三个传动组的各分别为1、3和6。(4)基本组和扩大组 从转速图上可以看出，如果要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个传动组的级比指数为1，如本例的传动组a。这个传动组称为基本组。从轴II至轴III为第一次扩大。为使轴III得到连续的转速，传动副b的级比指数应为

48、组b称为第一扩大组。扩大后，轴III能得到达3X2=6种转速。从轴III至轴IV为第二次扩大。可以看出，传动组c的级比指数应为6，称为第二扩大组。如果还有更多的传动组，则依次类推。在本例中，基本组、第一扩大组、第二扩大大组的排列次序与传动顺序（从电动机到时主轴）是一致的。即扩在顺序与传动顺序相同。一般地说，扩大顺序并不一定要与传动顺序相同。故今后以0代表基本组，I代表第一扩大组。设基本组内有p0个传动副，其级比指数,则第一扩大组的级比指数。如第一扩大组P1个传动副，则第二扩大组的级比指数。即按扩大顺序，后一传动组的级比指数等于前一传动组的级比指数与传动副数之积（5）各传动组的变速范围基本组 第

49、一扩大组 任一扩大组 本例所示的传动系统，各传动组都是前后串联的。如遵守上述规则，就可使机床主轴转速得到连续的等比数例。既无空缺又无重复。这样的传动系统是常规的。2、 结构网和结构式在设计传动系统时，往往首先比较和选择各传动比的相对关系。表示传动比的相对关系而不表示转速数值的线图称为结构网。由于不表示转速数值，故可画成对称的形式，如图8-3。结构网表示各传动组的传动副数和各传动组的级比指数，还可以看出其传动顺序和扩大顺序。 图29 12级传动系统的结构图图29所示的结构网也可写成结构式结构网和结构式说明下列问题：（1）传动链的组成及传动顺序：12=3X2X2。12表示主轴转速级数，3、2、2的

50、次序表示传动顺序，数值表示各传动组的传动副数。（2）各传动组的级比指数，分别为1、2、6，即结构式中的各个下标。（3）扩大顺序，可从级比指数看出。结构网和结构式表达的内容是相同的，但结构网更直观些。2.5.2 动力计算为确定变速箱和进给箱内零件，如轴、轴承、齿轮、离合器等的结构尺寸，需对它们进行强度计算。决定零件强度的条件之一是该零件所传递的最大扭矩。设计机床时，要根据不同机床的性能要求，合理确定机床的最大工作能力，即主轴所能传输的最大功率或扭矩，并据此确定机床电动机的功率。而功率与所传递的扭矩与转速大小有关。本节仅就传动装置动力计算的特点进行讨论。进给传动中，刀架、工作台等部件移动的牵引力Q

51、，用于克服进给方向的切削分力P、部件移动的摩擦力以及当移动部件较重和运动速度较高时的惯性力。即： Q=P+f+ma式中 Q 进给牵引力（N）； P进给方向的切削分力（N）; f 导轨上的摩擦系数； ma部件质量和运动加速度的乘积（kgms）； R由切削力和移动部件重量G产生的导轨的反作用力（N）。对矩形导轨： R=P+P+G对燕尾形导轨： R=P+2P+G对三角形或三角形与矩形综合导轨：R=P+G当进给传动最后输出传动副为丝杠螺母时，丝杠上的计算扭矩： M=Q(Nmm)式中 Q 进给牵引力（N）； t 丝杠的导程（mm）； 丝杠螺母副的传动效率。当进给传动最后输出传动副为齿轮齿条时，小齿轮轴上

52、的计算扭矩： M=Q(Nmm)式中 D小齿轮的节圆直径（mm）； 齿轮齿条副的传动效率。在进给传动中，任意中间传动轴上的计算扭矩： M=(Nmm)式中 M计算轴（i轴）上的扭矩； M最后输出轴扭矩； u 自计算轴到输出轴的传动比； 自计算轴到输出轴的传动效率。消耗于进给传动的有效功率： N=(KW)式中 进给速度（m/min） Q进给牵引力（N）。根据切削力，即可计算所传动扭矩的数值。而切削力与刀具材料、工件材料和所选定的切削用量有关，可按“金属切削原理”所提供的公式进行计算，或根据实验加以确定。第三章 CA6140型卧式车床主轴箱结构设计3.1 轴 轴的设计中主要考虑三方面：a.轴的位置确定：即要根据箱体大小布置，中间传动轴的位置由动力输入轴、输出轴确定。b.结构设计：根据轴的功能，轴上零件的安装情况，在进给箱设计中主要是根据轴上齿轮，轴承的安装情况来进行结构设计。c.轴径计算：轴径计算应该根据轴的受载情况，传动精度等特