车床主轴论文（共8篇）
车床主轴论文 篇1
摘要：首先简述传统车床主轴箱夹具的特点、应用和局限性;然后为了适应加工精度提高的要求, 阐述了改进主轴箱夹具定位和夹紧的几种途径;最后分析了主轴箱夹具加侧压力的前后情况对比。
关键词：主轴箱,夹具,改进,探究
0前言
车床主轴箱是车床的关键零件之一, 加工精度高、工艺复杂是其加工过程中的主要特点。车床主轴箱夹具中, 工件定位面、定位孔的选取、夹紧点的设定等工艺很重要, 对提高主轴箱的加工精度起着重要的作用, 这些要素设计得合理与否对这类箱体零件的输送、到位、夹紧、离开及加工尺寸的工艺能力保证等都起着决定性的作用。
图1是车床主轴箱零件简图, 要提高和保证其加工精度, 夹具是重要的保障措施之一。
1 传统车床主轴箱夹具的特点
图2是车床主轴箱零件开始工序粗基准选择时对应的专用夹具, 直接以主轴孔为粗基准在专用夹具上定位[1]。
图3是主轴箱在中小批生产时, 以箱体底面导轨B、C面为基准定位, 此时符合基准重合原则, 没有基准不重合误差。加工时, 箱体开口朝上, 便于安装调整、观察测量。但加工箱体中间壁上的孔时, 需要加中间导向支承。由于结构的限制, 中间导向支承只能采用挂架方式, 每加工一件需要装卸一次, 吊架与夹具之间虽有定位销定位, 但刚度较差, 经常装卸也容易产生误差, 且使辅助时间增加, 生产率低。
在大批量生产中, 按基准统一原则, 采用顶面及两个销孔 (一面两孔) 作为定位基面, 夹紧力垂直夹紧。这种定位与夹紧方式, 加工时箱体朝下安装, 如图4所示。这时中间导向支承可以紧固在夹具体上, 解决了挂架方式的问题, 工件装卸方便, 易实现加工自动化。其缺点是存在基准不重合误差, 且加工过程不方便观察。
以上是车床主轴箱普通实用的传统夹具。它限制工件的六个自由度, 其特点是定位与夹紧方便、可靠, 但定位精度不较高, 有局限性。随着车床制造技术的不断创新, 产品加工要求的不断提高, 传统主轴箱夹具不能满足加工精度越来越高的要求, 需要对传统主轴箱夹具进行多方面的改进。
1、4、5、9.支承2.辅助支承3.支架6.短轴7.活动支柱8.操纵柄10.可调支承11.夹紧块
2 车床主轴箱加工夹具的改进途径
2.1 工件定位面与支承点的改进
在切削加工中, 箱体零件的定位基准有两种:粗基准和精基准。理想的工件定位是以三点来确定一个面, 但有时往往这三个支承点会形成一个直角三角形, 很难达到等腰三角形的理想形状。一般情况下, 人们往往认为加工面只要用一把平面铣刀加工后, 其加工面就是一个平面。实际上, 由于加工中, 铣刀的起始、终结位置在受力上的差异, 主轴精度的高低、加工材料的弹性变形存在局部差异等因素的影响, 加工面的平面度及平面纵横直线度都会有一定的误差。如果以四点来定位一个平面, 往往会导致定位时, 其中一点是有间隙的。在夹紧过程中, 夹紧的浮点以对角形式出现, 造成加工中的部分尺寸出现不同程度的变化。为此, 可在箱体底平面定位时, 粗基准采用四点定位, 因此时加工尺寸的公差值相对大一些, 一般容易满足加工精度要求;而精基准则采用三点定位, 表面看似乎是四点定位, 实际上有两点是通过浮动式的夹具结构确定另一点, 如图5所示, 达到定位面四点均无间隙。粗、精基准的另外一种定位方式采用四点定位, 但是定位方式是三点硬, 一点采用辅助支承来达到定位大平面的效果, 此时辅助支承不限制自由度。
切削加工中, 用同一牌号的铣刀盘切削加工, 如果大平面的平面度不好, 因误差复映, 往往加工中的每一个零件几乎都是同一种状态, 即大平面的高点总是高点, 低点总是低点, 而采用浮动式结构与辅助支承支撑其底平面时, 其加工尺寸的趋势也就能达到同一趋势, 保证加工尺寸的稳定性[2]。
2.2 工件定位孔尺寸的变化
定位孔尺寸大小的设定, 直接关系到箱体零件的加工精度, 也关系到工件装夹是否方便。车床主轴箱体类零件的输送与加工定位一般多采用一面两销来定位。随着车床制造技术的不断提高, 产品加工精度的提高及工件在专机线上输送速度的加快, 从而产生一对矛盾:在零件加工定位时, 为了提高加工精度, 工件定位孔的孔径与定位销的配合间隙越小越好, 而零件在专机线上进出定位销时及工件在加工装卸过程中, 定位孔与定位销的尺寸配合间隙越大越方便, 零件进出定位销能达到进出自如。
工件定位孔的改进就是提高孔的精度。车床箱体定位孔的制造尺寸从直径 (16+0.043) mm提高到 (16+0.021) mm, 定位精度有明显提高, 公差0.021 mm的销孔尺寸变化一般能满足加工中的各种技术要求。
2.3 夹紧力的变化
(1) 销孔孔径的变化, 传统的夹紧方式加工, 会出现加工尺寸精度上的差异。在专机线加工或CNC加工中心加工, 前者两孔一般采用两把刀具, 后者两孔使用一把刀具。CNC加工中心加工, 用一把刀具加工两只定位孔, 其孔径几乎一样, 定位时没有两孔之间的误差造成的转角误差, 只有销子与销孔的配合间隙造成的转角误差。而在专机线加工刀具的选择上, 当只要满足加工要求时, 都认为可行。以直径 (16+0.021) mm销孔为例, 从工艺上说一把刀具加工尺寸为直径16 mm, 另一把刀具加工尺寸为16.021 mm, 均属满足条件。两孔的最大偏差量为0.021 mm, 即两孔之间的误差会产生转角误差。
(2) 改变夹紧方式。在精加工中可采用新的夹紧方式来提高零件的加工精度。在精加工夹具的夹紧点设计上, 除了垂直方向的夹紧力外, 侧面增加一个侧压力, 使定位销与定位孔实现同侧接触 (如图6 (a) ) 。这样就大大降低了定位销孔尺寸偏大对零件加工尺寸精度的影响, 同时可保证箱体零件孔与孔之间的相互位置精度要求。
3 箱体夹具加侧压力前后零件加工情况对比
上面的车床箱体零件 (图1) , 在CNC上加工, 铰刀使用同一把铰刀, 加工孔径几乎相等。设其两销孔孔距为L= (560±0.08) mm, 两直径 (16+0.021) mm的定位销孔, 圆柱销尺寸为直径15.993 mm, 菱销直径为15.988 mm, 当夹具没有侧面压紧力时, 定位时可能会出现最大值的转角误差 (图6b) , 即两定位孔反向位移, 其最大值为[1]:
其中:X1max=D1max-d1min, X2max=D2max-d2min。
实际上, 工件还可能向另一方向转动, 真正的转角误差应为±△β, 即±11.23″。
当采用侧面加一侧压力时, 从图6可知, 两种夹紧方式都有定位误差, 但是转角误差就不一样了。采用侧面夹紧力以后 (图6 (a) ) , 两定位孔同向位移, 转角误差为:
当采用侧面加一侧压力时, 转角误差很小, 且不能向另一方向转动, 只占没有施加侧压力的4.3%。
若两定位销孔的尺寸改为直径16.043 mm, 两定位销的直径保持不变, 按上述过程重新计算, 得:
可以看出, 两定位销孔尺寸从直径16.021 mm增大到16.043 mm时, 当没有施加侧压力时, 工件最大转角误差明显增大, 而施加侧压力时, 转角误差不变, 此时工件移动定位误差会变大。
从侧面加一侧压力后, 最有效的是消除了定位销孔一侧的侧面间隙, 大大降低了加工中的转角误差, 提高了零件的加工精度。侧面加压紧力与不加压紧力, 其转角误差, 一种几乎是恒定的, 是最小值;另一种是动态的, 可能出现最大值, 也可能为零, 故产品的工艺能力明显不一样。
箱体工件定位夹紧时, 采用侧面另加压紧力, 对提高尺寸精度是一条有效的措施, 实用且可靠。
4 结束语
车床主轴箱体零件随着车床的产品精度不断提高, 零件的尺寸控制也须相应提高, 故要达到产品的加工要求, 所对应的夹具也要不断进行创新。通过夹具的改进, 可有效提高加工精度, 突破传统主轴箱夹具的局限性, 从而较好地满足车床产品精度提高的要求, 实现优质、高产、低成本的不断进步, 这也是主轴箱体零件加工中夹具设计的与时俱进。
参考文献
[1]李华.机械械制造技术 (修订版) [M].北京:高等教育出版社, 2009.
[2]吉祺炜.发动机箱体零件加工的定位与夹紧[J].汽车制造业, 2006 (5) :60-62.
车床主轴论文 篇2
【关键词】 车床主轴；一体化教学；理论性；实践性
前言：车床主轴拆装课程是一门理论知识和实践紧密结合的课程，它的教学目的是培养学生动手能力、创造能力；是学生对《机械制图》、《机械基础》、《机械工艺》的完全认知需要通过机械拆装实践课程来检验和加强。因此，在教学课程中应用一体化教学模式是十分必要的。
随着职业教育步伐的加快，企业用人要求的提高，职业教育必须转变单一培养技能型员工的教学宗旨，重在培养具有基本专业理论知识和熟练操作技能，适应生产、管理等综合素质的应用性、技能性人才。由于师资力量和教学设施等软硬件因素的影响，传统的理论、实习课分开由老师授课，分时段听课的教学安排不仅让授课老师感到讲课难度越来越大，而且更是让从未接触过机械类设备的学生无所适从，使教学陷入困境。
因此，改变理论教学与实习教学分别进行、各自为政、互不干涉的教学模式，提高学生的学习兴趣，必须从感性认识出发，结合理论教学，开展双向式、互补型的一体化教学。
一、一体化教学的特点
所谓一体化教学，就是为了使理论与实践更好的衔接，将理论教学与生产实习交叉进行的一种教学模式。其内涵主要是打破传统的学科体系和教学模式，根据职业教育培养目标的要求重新整合教学资源，体现以能力教育为主的特点。
一体化教学与传统教学相比优点：1、减少学科重叠，为学生提供充裕的实践时间；2、变被动教学为主动求学，激发学生自主学习热情；3、理论与实践的关系从指导型变为交叉互补型，由灌输式教学转变为消化式吸收；4、提高授课教师的专业能力，拓宽知识结构。由此可见，一体化教学的特点是：1、教师一体化：专业理论教师与实习教师构成一体；2、教材一体化：理论课教材与实习课教材构成一体；3、教学场地一体化：理论教室和实习车间构成一体。
二、一体化教学的必备条件
1、师资培训：作为一体化授课主体的教师必须能完整把握理论与实践教学的全过程，必须具备把理论教学有效融入实践教学的综合授课能力。一方面教师要加强对自身业务能力的培养，钻研业务知识；另一方面学校要为教师提供提高素质的平台，加强理论教师与实习指导教师的业务交流，组织教师参加先进的教学培训，掌握前沿授课知识。使“双师型”师资力量成为教学的主流。
2、整和教材：将理论教材与实习教材整和。根据教学需要，将实习授课中用到的理论知识揉和在操作过程中进行讲解，
3、教学设施：要实施一体化教学，就必须有满足教学需要的教学设施，它包括教室空间的大小、教学模型、教学必备挂图等。积极创造条件配备电教设施，使用计算机制作的课件协助教学，让教学更直观、生动，用先进的教学模式推动教学工作向前发展。
三、对CA6140车床主轴拆装一体化的教学思路与五步教学
一体化教学的根本目的是实现理论教学与生产实践的紧密结合，因此理论联系实际、实践带动理论的交互式教学必须成为贯穿整个教学过程的教学思路：
第一、演示：演示的目的是完整的对主轴进行拆装试
验，在演示过程中，要求学生带着问题认真观察教师在拆装过程中使用的工具、拆装的顺序。教师在演示时简要讲解主轴结构、各部件作用及传动原理，常用拆装工具的使用方法，以及零部件拆装操作方法。
演示过程需讲解的问题：
1、解释CA6140机床主轴的结构。
2、要合理地选用并熟练规范地使用拆装工具。
3、拆卸零部件要顺序排列，细小件安放要求。
4、轴类配合件要按原顺序装回轴上，细长轴要悬挂放置。
5、熟练地对CA6140机床主轴进行拆装与检测。
6、认真分析、解决拆装中可能出现的技术问题。
第二、理论讲解：在进行理论教学时，要坚决改变过去那种“我讲你听”满堂灌的填鸭式教学方法，采用“互动式”、“启发式”教学方法，培养学生的思维能力。教师要调整自己的教学行为，把学习的主动权交给学生，让学生产生积极的心理状态和学习行为，真正成为学习的主人。当务之急，必须打破“问题—解答—结论”的封闭式教学，构建“问题—探究—解答—结论—问题—探究……”的开放式教学模式。
例如，在介绍轴的有关知识时，先组织学生观看主轴箱里的轴的功能、联接方式等，然后再讲解轴的相关知识，最后通过拆装了解、加深轴类零件的功能、联接方式及相配套的一些零件知识，如：轴承、键、滑动齿轮、箱体等，同时一边拆装，一边讲解这些零件的特点，安装要求，轴的结构设计等知识，最后由学生先归纳所学的知识，教师再进行总结。改变以往学生对这部分掌握不透的现象，以达到较好的教学效果。
1、分项导入，整体讲解：在对装配图进行讲解时，同学们对密密麻麻的线条和组合在一起的零件感到无所适从。笔者首先利用电教课件，详细讲解了螺纹及螺纹紧固件、键联接与销联接、滚动轴承、弹簧、齿轮这些具有代表性的零部件联接图的画法。电教课件生动活泼的演示，把立体图和三视图相结合进行对比绘制，强烈的刺激了学生的感观，把平时视为畏途的联接件画法当成了一种兴趣，激发了学生看图的信心和绘图的热情。在此基础上，要求学生根据拆装下来的部分零部件联接实物测绘后画出装配图，考察学生的观察能力和绘图能力，通过检验，85％的同学都能完全掌握。
2、实践操作，理论渗透。重点介绍车床主轴箱的结构及传动系统；在授课时结合拆卸、维修、重装整个过程给学生授课。使学生充分了解了其结构特点，拆开主轴变速箱的箱盖，变速箱的结构一目了然，扳动操纵手柄，滑移齿轮啮合变速也都看得一清二楚，至此，车床主运动传动链也就全部弄清楚了。然后又拆开进给箱，讲授进给传动链，通过实地操纵，弄清各种进给量的变换、传动路线。学生很轻松地就掌握了车床的传动系统。
最后总装时，结合装配工作给学生讲授车床主轴的总装配工艺，在整个总装过程中，主轴的精度、双向式摩擦片的间隙及开口螺母的调整是难点，这几个部件相互联系又相互制约，安装检验难度也大。在课堂上用挂图讲解学生不易理解，然而通过一边讲解一边拆装的实地操作，学生像参观似地接受知识，使难点迎刃而解。
3、提问质疑，步步紧逼：思考源于疑问，疑问能激起学生的认识冲突，引导学生打开思维的闸门，主动寻求答案。可见，提问设疑对提高学生的思维能力是一种极为重要的途径和方式。例如：主轴上有几个轴承？各叫什么？主轴与轴承是什么配合关系？主轴和轴承座是什么配合关系？应怎样从主轴箱取出主轴？主轴上前、后轴承名称各是什么？都承受怎样的力？拆卸后的零件应该如何清理、清洗和放置？轴承用什么润滑油？轴承与轴装配时用什么润滑油？为什么？轴承与轴装配时用什么工具？如何操作？轴承与轴承座装配时用什么工具等等，通过提出各种具有实践性的问题达到强化学生思维、调动学生思维、培养创新思维、培养愉快思维德目的，能运用专业术语描述CA6140车床主轴工作现象，以推动教学。
第三、实践：俗话说“眼过千遍不如手过一遍。”通过对机械拆装原理的系统讲解和完整演示，同学们在生动活泼的教学过程中掌握了基础知识，并通过观察在脑海里建立了有关机械拆装的结构体系。那么，实践的过程既是加深理解的过程，又是达到熟练掌握得教学目的的过程。
笔者把同学们分成几组进行主轴拆装，要求同学们能与本组人员沟通，确定拆卸、装配的工艺过程。能在沟通的基础上，做拆卸、装配前的准备。如下：
1、确定工具和量具。
2.画出轴承检测的示意图，并简述测量过程。
3.记录轴承游隙、径向跳动的误差值并判断是否合格。
4．画出主轴检测的示意图，并简述测量过程。
5．轴颈损坏如何修复？请写出工艺步骤。
第四：评析：实践结束后，笔者要求每组同学进行讨论，能简单写出本次工作总结的提纲、组成要素及格式要求，通过争论达到解决问题和巩固知识的目的。然后每组由组长进行总结性发言，总结本组拆装的过程中存在的问题并提出解决方法，认为本次学习任务中做得最好的一项或几项内容。最后由笔者对普遍性问题进行综合评价，找出解决问题的最佳方案。
第五：再实践：修正第一次实践中存在的错误认识和错误操作方法，学生各组自评检验过程参与程度，小组互评学员参与表现并打分。各组代表做课题总结汇报，从而巩固所学知识，达到熟练操作的目的。
第六：结论
理论与实践相结合的一体化教学模式符合现代教学要求，也符合学生的认识规律。一体化教学的实践证明：它有利于激发学生的学习积极性，培养学生的综合能力和创新能力。通过理论与实践的完美结合，突出了操作训练，又使学生学到了扎实的理论知识，能够充分发挥学生的主体作用，转变了传统的以教师、书本为中心的教育思想。
普通卧式车床主轴部件结构的改造 篇3
为了适应唐山钢铁集团公司生产的转型, 由原来主要生产一般建筑用钢材, 转型生产热轧、冷轧薄板, 因此对设备也提出了新的要求。以生产冷轧薄板为例, 加工冷轧薄板用的轧辊, 经铸造成型后, 先进行车削加工, 再用数控磨床精磨加工, 在磨削加工之前, 对轧辊的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度均有较高的要求。在车床上对其进行粗加工时的切削量大, 车床的负荷大, 对车床的刚度要求较高。采用较新的车床基本能满足使用要求, 但由于加工时的切削量大, 生产的环境较差, 产生的灰尘多, 导致机床的精度下降很快, 若将稍旧一些的车床进行适当的维修、调整和改进, 恢复其性能, 则能加工出比较适合精磨的轧辊。
1 C630-1B型车床主轴部件的结构简介
我校有一台由柳州机床厂1992年3月出厂的C630-1B型车床, 其主轴全长1 085 mm, 由前、后两端的滚动轴承支承, 前支承为双列向心短圆柱滚子轴承, 位于主轴前端140 mm处;后轴承由推力轴承和角接触球轴承组成, 位于主轴前端900 mm处。前、后支承间的距离为700 mm。
2 主轴部件结构存在的不足
用卧式车床加工较大型的轧辊时, 由于工件的重量及车削时的作用力较大, 造成主轴产生一定的弯曲变形, 变形不但影响工件的加工精度, 还会因支承轴承的受力不均而使寿命缩短。
3 主轴组件结构改进方法
为了提高主轴部件的刚度, 提高C630-1B型卧式车床的加工精度, 可将主轴的前、后两端支承, 改为前、中、后3点支承, 即在主轴中间的部位加轴承支承, 这样, 主轴部件的刚度会大大提高, 从而保证轧辊的加工精度。
在C630-1B型卧式车床的主轴箱内, 距前支承440 mm处, 有用于其它轴支承的支承板, 此处的主轴直径为102mm, 筋板在主轴处有φ140 mm的通孔, 较简便的改造方法是:将此通孔进行精镗加工, 对应的主轴圆柱面进行磨削加工, 用以安装支承轴承。
这种安装支承方法从理论上讲为重复定位 (或称过定位) , 若主轴的前、中、后3个轴承安装面及主轴箱体的前、中、后3处的轴承安装孔存在着较大的同轴度误差, 将引起主轴的弯曲变形。因此在加工主轴上的轴承安装面时, 一定要保证3个圆柱面的同轴度;同样, 在加工主轴箱内筋板上的轴承安装孔时, 一定要保证3个孔的同轴度精度。当主轴及主轴箱的3个轴承安装位置的同轴度精度达到要求的情况下, 不但能使主轴的刚度得到较大的提高, 还能延长支承轴承的寿命。
4 中间支承轴承选择
由于C630-1B型卧式车床采用的是甩油润滑, 即用主轴箱内位置较低的、转动着的齿轮将主轴箱内的润滑油甩向箱盖, 然后利用导油槽和油管对主轴箱的各处进行润滑, 适宜采用滚动轴承。而主轴在中间产生的弯曲变形, 适宜用向心轴承支承。因此, 选用短圆柱向心滚子轴承, 此类轴承不但承载能力大, 且径向尺寸相对较小, 确定型号为N220GB/T283-1994, 精度为:P6级, 此轴承的其他尺寸为:外径180 mm, 宽度34 mm。
中间支承的配合:主轴圆柱面与轴承内圈内径的配合为基孔制;支承板上轴承安装孔与轴承外圈外径的配合为基轴制
5 改进设计的加工工艺
1) 将主轴上的轴承安装面进行磨削加工。
在磨削加工前, 需先找正前、后支承轴承安装面与磨床主轴的同轴 (同轴度误差≤0.005 mm) , 然后再磨削加工主轴上的轴承安装面, 使之与前、后支承轴承安装面同轴;尺寸为
2) 镗削加工中间支承轴承孔。
在镗削加工中间支承轴承孔之前, 以前、后两个轴承安装孔为基准找正两孔轴线与镗床主轴同轴并固定, 镗削加工筋板上的轴承安装孔及两侧表面, 安装孔的尺寸为φ180 mm, 镗平两侧表面并使支承板的厚度为36 mm。
3) 用模板划6-M8螺纹孔中心线并加工支承板上的6-M8螺纹通孔。
4) 加工轴承两侧的挡圈。
5) 装配及精度调整。
6 结语
通过对普通车床主轴部件结构的改进, 由前端及后端2处支承, 改为前端、后端及中间3处支承, 主轴部件的刚度大大提高了 (经力学计算, 主轴部件的刚度能提高70%左右) , 同时, 由于主轴的变形大大减小, 改善了前、后支承轴承的受力情况, 延长了轴承的使用寿命, 主轴部件的旋转精度也有一定的提高, 较好地适应轧辊生产的需要。
摘要：一些较老的卧式车床已不能适应现代生产的要求, 其中的一个原因是主轴组件刚度较低, 当受到较大的径向作用力时会产生弯曲变形, 使工件的加工精度降低。针对车床的这一缺点, 对其主轴部件的结构进行分析, 找出问题产生的原因, 对其进行结构改进设计, 使机床主轴的刚度得到提高, 同时也提高其旋转精度, 更好地满足生产的要求。
关键词：普通车床,主轴组件,刚度,精度
参考文献
[1]戴曙.金属切削机床设计[M].北京:机械工业出版社, 1981.
[2]任殿阁, 张佩勤.机械设计手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 1991.
车床主轴论文 篇4
1 液压-机械式车床主轴定向停车装置结构
图1是液压-机械式车车床主轴定向停车装置结构原理图。车床主轴Ⅲ由轴Ⅰ通过齿轮8、轴Ⅱ上的大齿轮2和齿轮5传动。小齿轮6和圆盘4用键与轴Ⅱ联接。大齿轮2则空套在轴Ⅱ上。大齿轮2左边的大孔内壁上有两个棘齿槽,在圆周上呈180°对称分布,圆盘4上相应地装着两个棘爪3(见图1中B-B视图)。
主轴箱内装有油缸1与活塞杆齿条10,其活塞杆上加工成齿条,与轴Ⅱ上的小齿轮6啮合。当主轴Ⅲ由轴Ⅰ传动连续工作回转时,活塞杆齿条10处于图1最右端位置,由于活塞杆齿条10与小齿轮6的制动作用,轴Ⅱ与圆盘4固定不转,大齿轮2则在轴Ⅱ上空转,其回转方向如图1中B-B视图箭头所示,此时大齿轮2的内壁使小弹簧7压缩而与棘爪3相对滑动。
2 液压-机械式车床主轴定向停车装置的工作原理
当机床工作循环结束时,主电动机停止,主轴Ⅲ可能停止在任意的方位上,此时油缸1右腔进入压力油,活塞杆齿条10向左移动,通过小齿轮6使轴Ⅱ与圆盘4按图1中B-B视图中虚线箭头方向回转,从而棘爪3也一起回转,直到落入大齿轮2的内壁棘齿槽中时,便带着大齿轮2与传动主轴Ⅲ一同回转。由于油缸活塞杆的行程L是预先调定好的,所以当活塞杆齿条10碰上限位螺钉9时,主轴Ⅲ总是停在固定的方位上。当活塞杆齿条10向右回程时,圆盘4反转,棘爪3在大齿轮2的内壁上打滑。
如果主电动机停止工作后,主轴Ⅲ恰好停在所需的方位上,此时棘爪3正好与大齿轮2的棘齿槽相嵌合,当油缸1右腔通油活塞杆齿条10走完行程L时,主轴Ⅲ应回转一整圆周360°。为了保证这一要求,活塞杆齿条10行程L与各齿轮的齿数应按下述关系确定。
(1)当如图1中圆盘4上装有两个棘爪时,若要求主轴Ⅲ回转360°,则圆盘4带着大齿轮2应回转180°,因此,Z2=2Z3,式中,Z2-大齿轮2的齿数;Z3-齿轮5的齿数。
(2)当大齿轮2回转半圆周180°时,小齿轮6也回转半圆周,它所转过的分度圆弧长应等于活塞杆齿条10的行程L,因此,L=1/2πd1=1/2πm1Z1,式中,L-活塞杆齿条10的行程量;d1-小齿轮6的分度圆直径;m1-小齿轮6的模数;Z1-小齿轮6的齿数。
同样,当棘爪数量不为2时,可以参照上述方法确定油缸活塞杆齿条的行程L和齿轮的齿数。
3 结语
液压-机械式车床主轴定向停车装置是为了满足在自动生产线上,能够实现车床工作循环自动化而设计的一种装置。该装置的控制系统及结构都较简单,容易实现,工作可靠,拓宽了自动化生产中机床自动循环工作的途经。通过实际应用,取得了良好的效果。但要注意主轴工作回转时棘爪与齿轮内壁的相对摩擦,因此棘爪应具有一定的硬度,以免过早地磨损,影响到工件的加工质量。
摘要：为了使机床切削加工自动线中主轴上的夹具总能停止在固定的方向和位置,采用了液压-机械式车床主轴定向停车装置,并对该装置的传动结构和工作原理进行了论述。
关键词：车床主轴,自动循环,定向停车装置
参考文献
车床主轴论文 篇5
关键词：数控车床,模拟主轴,编程与调试
中国电子科技集团公司39所的一台CK6163数控车床 (西门子802D系统) 搬迁后, 机床上电出现黑屏, 无法正常引导到操作系统界面, 也无法加载PLC程序和NC数据。经查发现机床的PCU中负责存储PLC程序和NC数据的闪存 (Flash) 损坏, 更换闪存并进行系统初始化后, 机床能够进入操作界面, 但由于存储在原闪存中的机床PLC程序、NC数据及备份数据已全部丢失, 所以机床无法正常运行。因此数控系统的软件版本较低, 机床厂家现在已没有此系统的PLC与NC数据备份, 因此决定自行完成此机床的PLC设计和调试工作, 恢复原机床的各项功能和技术指标。
1. 系统PLC编程
因802D数控系统的PLC程序是基于S7-200编程语言, 使用Programming Tool PLC802编程软件编写的。在该软件中附带有标准的车床版和铣床版子程序库, 只需在主程序中调用所需的子程序, 并输入相应的接口, 即可完成相应的控制程序。由于该机床的硬件连接和控制方式大多由机床厂家自行定义, 所以只能按照机床原有的硬件连接和控制方式来编制PLC程序。
在主程序中, 主要需要调用急停控制、PLC初始化、MCP_802D (802D操作面板) 、MCP_NCK (操作面板与NCK之间的信号传送) 及轴、主轴、手轮、刀架、润滑、冷却和报警控制等子程序。其中急停控制、PLC初始化、MCP_NCK、轴和刀架控制等子程序只需调用标准库程序, 按照原机床已定义好的连接, 并在主程序和子程序中设定相应的输入和输出接口 (有的需做少许改动) , 即可完成程序编制, 其他子程序则要自行编写。
2. 主轴控制的编程
主轴的编程与调试在整个工作中是重点和难点。该机床通过数控系统送出的0~10V模拟电压控制一台交流变频器驱动, 主轴交流电机转速为0~1460r/min, 在主轴上装有反馈主轴转速的编码器。主轴旋转既可自动运行, 也可通过操作面板上的主轴正反转和点动按键来控制。主轴转速共分4挡, 可在主轴停止状态通过MDA方式或AUTO方式单独调用换挡指令来完成, 也可在加工过程中实现自动换挡, 每挡内可通过操作面板上的主轴倍率旋钮实现无极变速。
在自动加工过程中, 实现4个挡位的自由切换时要避免换挡齿轮由于主轴转速过高而使齿轮损坏。为了使换挡过程中齿轮能够准确而快速地啮合, 须使主轴有一个短暂而且低速转动。因此, 自动换挡时应在换挡指令之前调用主轴停止M05指令, 使主轴停车, 并且在PLC程序中检测主轴是否处于停止状态的真伪, 若为真, 则经过一段延时后 (主轴从高速降到零速附近需要一段时间) 启动换挡程序, 若为假, 则换挡指令不被执行。启动换挡程序后, 在PLC程序中为主轴提供一个短时间的低速手动转速 (手动转速是一个定值, 可在参数中进行设定, 以方便主轴换挡摆动速度的修正) , 使换挡齿轮能准确快速地啮合。最后, 在PLC程序中检测是否换挡到位, 若是, 则继续向下执行加工程序, 若否, 则重复执行主轴摆动直到换挡到位或者换挡总延时到达后停止换挡程序并输出一个报警。现以1挡的换挡程序为例论述整个换挡过程。
3. 主轴的调试
由于该机床为两个数字驱动轴和一个模拟主轴, 为了使主轴能通过系统Profibus总线与系统进行通信, 须先在驱动器调试中根据此种配置定位驱动器模块的Profi-bus总线地址, 再在主轴配置中指定一个驱动器模块作为主轴数据的传送轴, 所以必须完成以下参数设定。
(1) Profibus地址设定
通用数据:MD11240 PROFIBUS_SDB_NUMBER:3驱动系统由一个双轴功率模块和两个驱动器模块组成, 其驱动器总线地址为12。
其他NC调试步骤和参数设置略。
(2) 主轴相关系统参数设定
其他主轴参数如4个挡位的减速比, 以及主轴各项速度的设定, 根据机床说明书完成。
(3) 主轴相关的驱动器配置
用驱动器调试电缆将计算机与驱动器的X471端口相连, 在计算机上启动驱动器调试工具“SimoCom U”软件, 选择联机方式并进入专家表, 配置主轴电机参数。
车床主轴论文 篇6
随着科学技术的发展及世界先进制造技术的兴起和不断成熟, 对数控加工技术也提出了更高的要求。如今回转工作台作为机床的核心部件, 已广泛应用于各种数控铣床、镗床、各种立车、立铣等机床上[1]。
在机床设计中, 除了要求回转工作台能够很好地承载工件重量外, 还需要保证其在承载能力范围内具有较高的回转精度、抗倾覆能力以及较高的转速能力[2], 这些能力作为机床的主要指标, 是主轴组件工作性能的最基本体现。本文以笔者公司生产的某款数控立式车床主轴上应用的两种轴承结构为实例, 着重对数控立式车床上回转工作台的轴承结构进行对比分析。
1 传统组合轴承在数控立式车床上的结构
我公司的VTC250140数控立式车床的主轴结构如图1所示。这种传统的组合轴承结构其工作台及工件载荷主要依靠推力球轴承支承承载, 由角接触球轴承来实现定心。主电机通过来自齿轮箱的一系列传动, 将动力传动给转台下的大齿圈, 大齿圈通过推力球轴承及角接触球轴承外圈, 带动工作台支座及与之把合的回转工作台旋转, 从而实现车床工作台的旋转运动。
1.底座2.齿圈3.工作台支座4.推力球轴承5.主轴6.角接触球轴承7.回转工作台
2 交叉滚子轴承在数控立式车床上的结构
1) 交叉滚子轴承简介。所谓交叉滚子轴承 (如图2) 即有一系列的角接触滚动轴承相邻滚子在成90°的V形沟槽滚动面上, 通过间隔架保持其相互垂直排列。使一半滚子承受一个方向的轴向载荷, 而相反方向的轴向载荷由另一半滚子承受, 使得一个交叉滚子轴承就能承受径向负荷、轴向负荷及力矩负荷等所有方向的负荷[3]。
2) 交叉滚子轴承在立车上的应用。将上述产品的主轴结构通过二次设计, 使结构变为使用交叉滚子轴承代替推力球轴承及角接触球轴承组成的轴承组如图3所示。主电机通过一系列的传动链使得大齿圈与交叉滚子轴承的外环一同旋转, 旋转工作台直接与大齿圈直接把合从而带动工作台的转动, 此结构使主轴的旋转工作台结构更为简单。工作台的转动精度通过调整轴承压盖下面的调整垫的厚度实现轴承的预紧力控制, 有效地减少了装配时间。由于结构的变化, 降低了主轴重心的高度, 使得主轴结构具有较高的抗翻转扭矩的性能。由于交叉滚轴承中的滚动体只有滚动而无相对的滑动, 使得整个结构低振动、低噪音、低发热, 相应的润滑及冷却油的用量也更少。
1.底座2.齿圈3.交叉滚子轴承4.轴承压盖5.主轴6.调整垫7.回转工作台
3 两种结构的对比
通过与传统的推力球轴承及角接触球轴承定心的结构对比, 交叉滚子轴承结构具有以下特点:
1) 交叉滚子轴承有效地简化了车床主轴的结构。普通轴承组的结构复杂, 需考虑两个轴承的安装, 而且推力球轴承所承受的侧向力或翻转扭矩仅靠直径小的圆锥滚子轴承支承, 心轴尺寸小, 刚性差。交叉滚子轴承是一个交叉滚子轴承取代了传统的两个轴承的排列设计, 可使其主轴长度减少并节省了主轴加工成本。
2) 采用交叉滚子轴承的结构也大大简化了润滑及冷却油路的设计。普通轴承组结构中推力轴承的滚子在内外圈的线速度不同, 会产生滑动摩擦导致热量高、易磨损的原结构, 需要考虑给上下两个轴承分别充分润滑, 并需要使用高流量的润滑油带走摩擦产生的热量, 而轴承油腔的润滑油供油量不足、油压不够或润滑油路过滤不及时就容易产生轴承发热变色, 进而出现主轴研死的现象。交叉滚子轴承中的滚子间由于无相对的滑动, 润滑及冷却油的用量可以更少。
3) 轴承的精度易于调整。由于组合轴承采取的是间隙配合, 机床的振动和冲击会导致主轴偏心, 这会影响到机床的旋转精度。交叉滚子轴承安装简单, 在轴承安装时只需将交叉滚子轴承预紧到推荐的数值, 易于调整和按原有安装形式进行维修。
4 结语
本文通过对数控立式车床中应用的两种不同形式的轴承结构的描述, 着重介绍了交叉滚子轴承的特点及应用中的优势, 为提高类似产品设计的合理性提供参考。
摘要：在数控车床的主轴结构中, 回转工作台轴承作为转台的核心部件, 在保证其回转精度方面起着至关重要的作用。文中通过对交叉滚子轴承与传统双轴承结构在数控立式车床机床上的应用进行了对比, 分析了两种结构在实际使用过程中的利弊, 为类似产品的设计及改进提供参考。
关键词：数控立式车床,主轴结构,交叉滚子轴承
参考文献
[1]罗永顺.机床数控化改造技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[2]徐立民, 陈卓.回转支承[M].合肥:安徽科学技术出版社, 1988.
车床主轴论文 篇7
简易的数控车床, 是现代化机械制造业中必不可少的加工设备, 产品加工质量稳定, 生产效率提高, 生产适应性好, 加工精度高, 我们设计的系统主要由两部分组成:数控进给系统;主轴箱传动系统。另外所要求设计的箱体规格是420×400×380mm, 结构紧凑。主轴中心高为180mm, 即主轴的回转直径为180mm。主轴孔径为52mm, 可以穿过棒料进行加工。主轴的转速分为12级大约在30～120r/min之间。 主电机的功率为4kw。选择电机型号为Y112M-4的电动机 , 额定转速为1440r/min。 整个结构通过电机带动皮带轮, 由几组三联或两联滑移齿轮的机械变速机构来实现12级变速。
2 转速图的拟定
2.1 确定传动方案
根据三项原则:传动副要“前多后少”, 传动线要“前密后疏”, 降速要“前慢后快”。初步确定传动方案为Z1, Z3, Z6, 最后一级降速传动比1/4, 升级传动比为2∶1。若考虑到主轴的孔径和壁厚的直径过大, 所以采用分支传动机构, 使主轴的降速转动比得以缓慢降落, 不致使齿轮过大。
结构式设计为通过两个滑移变速组得到高六级转速。再通过分支传动系统, 使主轴得到低六级转速。当主轴与被动轮的中心距较大时, 采用皮带传动比较合理。同时具有缓冲, 吸震, 运行平稳, 无噪声等优点。且结构简单, 在过载时可防止其他零件损坏等优点。
3 齿轮齿数的确定
3.1 最小齿数确定
最小齿轮齿数是在变速组内降速比或升速比最大一对齿轮中。由转速图可知, 最大降速比为1∶2, 在分支传动机构中, 取最小齿轮齿数为Z=20。
3.2 在Ⅰ-Ⅱ轴间有三对齿轮副
从结构上考虑, 要在Ⅱ轴上安装公用齿轮, 在Ⅰ-Ⅱ轴间分别1.41∶1, 1∶1, 1∶1.41.在Ⅱ-Ⅲ轴间传动比分别为1.41∶1, 1∶2。采用的公用齿轮在Ⅰ-Ⅱ轴间的传动比为1∶1.41, 在Ⅱ-Ⅲ轴的传动比为1.41∶1。那么公用齿轮数为Z7=42, 由于在Ⅰ-Ⅱ轴间的传动比为1∶1.41, Z5∶Z6=1∶1.41, Z6=Z7=42 (公用齿轮) , Z5=42×1/1.41=30 SⅡ=Z5+Z6 (Z7) =30+42=72。
4 轴的结构设计
4.1 Ⅰ轴的结构
套皮带轮的轴径采用锥度为1∶10的锥度, 采用锥度按转皮带轮具有定心精度高, 传递扭矩大等优点。两个轴承放在轴承套内, 轴承套通过螺丝固定在箱体上, 前面两个轴承中间没有定位套, 曾大了跨距, 可减少皮带轮对轴产生弯矩。
4.2 主轴的设计计算
主轴的结构, 根据箱体长度为420mm, 选择两支承的主轴组件, 由于前支承所承受的刚度比后支承要求高, 所以前支承选用圆锥双列向心短圆柱滚子轴承, 后支撑选用单列向心推力球轴承, 提高前支撑的刚度, 能有效提高主轴组件的刚度。考虑到调整轴承间隙方便, 结构简单等因素, 采用后端定位。由于前轴承的偏心对主轴端部精度的影响较小, 前轴承精度选得很高, 后轴承精度比前轴承低一级。
5 主要成果
通过对简易数控车床主轴箱传动结构的设计, 基本掌握了普通车床数控改造的相关技术, 掌握了机械零部件装配、安装、调试的技术要点, 掌握了电气控制系统安装调试的技术要点, 掌握了整机检测与调试技术要点;另外, 目前大多数企业还有数量众多、使用年限较久的普通机床, 这些机床普通加工精度和生产效率低, 生产适应性差, 但由于种种原因又不能马上淘汰, 因此, 对普通机床进行数控化简易改造不失为一条投资少、机床加工上台阶, 又能提高产品质量和生产效率, 使旧设备快速改造升级的捷径。
摘要：本文阐述了设计一种简易的数控车床, 通过拟定转速图, 设计V型带, 确定齿轮齿数, 计算各轴扭矩, 确定传动系统, 完成齿轮结构设计即完成轴的结构设计, 从而完成数控车床的主轴设计。
关键词：V型带,齿轮齿数,主轴扭矩
参考文献
[1]黄鹤汀主编.金属切削机床 (下) [M].北京:机械工业出版社, 2004, 2.
[2]李仲生主编.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 2006, 5.
车床主轴论文 篇8
现在大部分大型数控立式车床的主轴结构多数都是常规的结构形式, 即双列圆柱滚子轴承和平面轴承组合使用。而选用合适规格的一套交叉滚子轴承, 即可满足上述要求, 从而大大简化主轴部分的机械结构, 很容易在其上安装液压卡盘和回转油缸, 实现自动定位夹紧提高加工效率, 工件承受高倾覆力矩时性能依然稳定。本文仅以笔者公司的两种立车为例, 介绍交叉滚子轴承在机床主轴结构设计中的应用。
2 交叉滚子轴承的特点
交叉滚子轴承内滚子与滚道为线接触, 在滚道截面呈90°垂直交叉间隔排列, 因此一套轴承能同时承载径向载荷和轴向载荷, 刚性是传统型号的3~4倍;安装操作亦非常简单。由于滚柱为交叉排列, 同时因交叉滚子轴承内圈或外圈是两分割的构造, 轴承间隙可调整, 即使被施加预载, 也能获得高精度的旋转运动。主要用于高精度工作转台、机床、工业机器人手臂、医疗机械关节等。
3 常规轴承布置形式的数控立车主轴的基本结构
我公司的CK51125数控立式车床主轴结构如图2所示。
1.底座2.同步带轮3.主轴4.配磨垫5.双列圆柱滚子轴承6.大平面轴承7.大齿轮8.隔套9.同步轴10.法兰11.小平面轴承12.工作台
在这种常规立车主轴结构设计中, 主要采用双列圆柱滚子轴承加平面轴承的承载方式, 如图2, 主电机通过传动链将运动通过大齿轮7传递至主轴。双列圆柱滚子轴承5承载径向载荷, 主轴的径向负载是比较小的, 轴向载荷较大, 主要来自切削力和工作台、工件的不平衡力;而大平面轴承6主要承载轴向载荷, 这些载荷主要来自于工作台12、法兰10、大齿轮7、工件等的重量以及切削力, 这些是选用轴承时非常重要的因素。此种轴承组合使用时, 主轴结构承载能力大, 价格相对便宜, 但结构复杂, 零件制造和安装均比较困难。
4 安装交叉滚子轴承数控立车主轴的基本机构
我公司的CK51125A数控立式车床主轴结构如图3所示。
在装有交叉滚子轴承的立车主轴结构中, 机床主运动的各项精度和工作负载全部由交叉滚子轴承承载。与常规的主轴结构相比, 传递运动方式相同, 负载来源基本一致, 但其装有交叉滚子轴承的主轴结构非常简洁 (如图3) 。交叉滚子轴承还有一特点, 就是节省空间, 可非常方便地安装液压卡盘, 如图4。主轴 (其实是一假主轴, 主要用来连接编码器和回转油缸) 下端加上做以小改动的安装座3, 连接回转油缸2, 中间通过拉杆5与液压卡盘11相连接, 就能很容易改制成一套配置液压卡盘的主轴结构。常规轴承布置形式的主轴结构 (如图2) 是比较困难的。
1.底座2.回转油缸3.安装座4.磁性编码器5.拉杆6.主轴7.主轴承座8.下轴承盖9.交叉滚子轴承10.大齿轮11.上轴承盖12.防水法兰13.液压卡盘
以交叉滚子轴承XR766051来说, 若选用国内生产的, 成本基本比相当规格的双列圆柱滚子轴承加平面轴承的价格略高;若选用进口产品, 如德国FAG、美国TIMKEN、日本IKO, 则价格是国内产品的7~10倍。
5 结语