子任务一 CA6140型卧式车床主轴部件机械装调

【知识点】

1.车床主轴部件结构及工作原理。

2.车床主轴部件拆装工艺及调整方法。

【能力目标】

1.能够根据车床主轴部件装配图制定主轴部件的拆装工艺。

2.能够完成车床主轴部件的拆装与调试。

3.能够完成车床主轴部件精度的检测及调整。

一、任务描述

对车床主轴部件进行机械装配与调试，并达到国家标准精度要求。

二、任务分析

车床主轴箱部件是用于支承主轴并实现主轴的回转、变速、变向运动的工作部件，其装调质量直接影响车床的加工精度，在掌握车床主轴箱部件的结构、装配与调试的方法、装调工具的使用及相关国家标准的基础上，完成车床主轴箱部件装调任务。

三、结构认知

机床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。车床主轴箱主要由主轴部件、传动机构、开停与制动装置、操纵机构及润滑装置等组成。为了便于了解主轴箱内各传动件的传动关系，传动件的结构、形状、装配方式及其支承结构，常采用展开图的形式表示。它基本上按主轴箱内各传动轴的传动顺序，沿其轴线取剖切面，展开而绘制成的平面装配图。图1-4所示为CA6140型卧式车床主轴箱展开图。它是沿轴Ⅳ—Ⅰ—Ⅱ—Ⅲ（Ⅴ）—Ⅵ—Ⅹ—Ⅸ—Ⅺ的轴线剖切展开的（图1-5），图1-5中轴Ⅶ和轴Ⅷ是另外单独取剖切面展开的。由于展开图是把立体的传动结构展开在一个平面上绘制而成的，其中有些有传动关系的轴在展开后被分开了，如轴Ⅲ和轴Ⅳ、轴Ⅳ和轴Ⅴ、轴Ⅰ和轴Ⅶ等，从而使有的齿轮副也被分开了，在读图时应予以注意。下面结合图1-4，将主轴箱内主要部件的结构、工作原理及调整作一介绍。

（一）卸荷式带轮

主电动机经V带将运动传至轴Ⅰ左端的带轮2（见图1-4的左上部分），带轮2与花键套1用螺钉联接成一体，支承在法兰3内的两个深沟球轴承上。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，V带拉力则经轴承和法兰3传至箱体4。轴Ⅰ的花键部分只传递转矩，从而可避免因V带拉力而使轴Ⅰ产生弯曲变形，提高了传动平稳性。这种带轮是卸荷的（即把径向载荷卸给箱体）。

（二）传动轴及其支承的结构

主轴箱中的传动轴由于转速较高，一般采用深沟球轴承或圆锥滚子轴承支承。常用的是二支承结构，即在轴的两端各有一个支承。但对于较长的传动轴，为了提高其刚性则采用三支承结构。如轴Ⅲ的两端各有一个圆锥滚子轴承，中间还有一个深沟球轴承作为附加支承（见图1-4）。在传动轴靠箱体外壁一端有轴承间隙调整装置，可通过螺钉压盖推动轴承外圈，同时调整传动轴两端轴承的间隙。传动轴通过轴承在主轴箱体上实现轴向定位的方式，有一端定位和两端定位两种。图1-4中，轴Ⅰ为一端定位，其左轴承内圈固定在轴上，外圈固定在法兰3内。作用于轴上的轴向力通过轴承内圈、滚球和外圈传至法兰3，然后传至主轴箱体，使轴实现轴向定位。轴Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ等则都是两端定位。以轴Ⅴ为例，向左的轴向力通过左边的圆锥滚子轴承直接作用于箱体轴承孔台阶上，向右的轴向力由右端轴承压盖20、调整螺钉21和盖板19传至箱体。利用螺钉21可调整左、右两个圆锥滚子轴承外圈的相对位置，使轴承保持适当间隙，以保证其正常工作。空套齿轮与传动轴之间，装有滚动轴承或铜套。如轴Ⅰ上的齿轮就是通过轴承空套在轴上的。

（三）主轴部件及其支承

主轴部件主要由主轴、主轴支承及安装在主轴上的齿轮组成，如图1-6所示。主轴前端可装卡盘等，用以夹持工件。主轴工作时，直接带动工件旋转并承受很大的切削力，主轴部件的旋转精度、刚性和抗振性等对工件的加工精度和表面粗糙度有直接影响。因此，对主轴部件的要求较高。

主轴是外部有花键，内部空心的阶梯轴。主轴的内孔用于通过长棒料以及气动、液压等夹紧装置的传动杆，也用于穿过长棒以便卸下顶尖。主轴前端有莫氏6号锥孔，用来安装顶尖和心轴。主轴后端的锥孔是工艺孔。主轴尾部圆柱是气动、液压夹紧装置的安装基面。

图1-6所示主轴采用二支承结构。前后支承各装有一个圆锥孔双列圆柱滚子轴承22（D3182121）和31（E3182115），用于承受径向力。这种轴承的刚性和承载能力大，旋转精度高；内圈较薄且有锥度为1∶12的锥孔，与主轴前轴颈的锥面配合。因此，内圈相对于轴颈轴向移动时产生径向弹力膨胀，便可调整轴承的间隙。前支承处还装有一个双列角接触球轴承18（E32216），用以承受左右两个方向的轴向力。向左的轴向力由主轴Ⅵ经螺母23、轴承22的内圈、轴承18传至箱体。向右的轴向力由主轴经螺母26、轴承18、隔套、轴承22的外圈、轴承端盖24传至箱体。

为了提高主轴的刚度和抗振性，有的CA6140型卧式车床的主轴部件采用三支承结构。即除前后支承外，增加了辅助的中间支承。

主轴前端采用短锥法兰式结构，用来安装卡盘、拨盘等夹具，如图1-7所示。卡盘或拨盘座4由主轴3的短圆锥面定位，并用4个螺栓5固定在主轴上，由装在主轴轴肩右端面上的两个圆柱形拨块（图1-7）传递扭矩。安装时，先把螺栓5及螺母6安装在卡盘座4上，然后将带螺母的螺栓5从主轴轴肩及锁紧盘2的孔中穿过，再将锁紧盘2转过一个角度，使4个螺栓处于锁紧盘上圆弧槽较窄的部位，拧紧螺母6和螺钉1，就可以把卡盘紧固在主轴上。这种主轴端部结构装卸方便，工作可靠，定心精度高。主轴前端的悬伸长度较短，有利于提高主轴部件的刚度，所以得到广泛的应用。

主轴右端装有一个左旋斜齿圆柱齿轮，使主轴运转平稳。传动时，该齿轮作用在主轴上的轴向力与轴向切削分力的方向相反。因此，还可以减少主轴前支承所承受的轴向力。

（四）双向多片离合器、制动器及操纵机构

1.双向多片式摩擦离合器

图1-8所示为CA6140型卧式车床轴Ⅰ上装有的双向多片式摩擦离合器，其作用是实现主轴的起动、停止及换向。它由结构相同的左、右两部分组成，左离合器推动主轴正转，正转用于车削，传递的转矩较大，所以片数较多（外摩擦片8片，内摩擦片9片）。右离合器传动反转，主要用于退刀，片数较少（外摩擦片4片，内摩擦片5片）。下面以左离合器为例说明其结构原理。

内摩擦片3和外摩擦片2相间安装，内摩擦片以花键与轴Ⅰ相连接，外摩擦片以其四个凸齿与空套双联齿轮1相连接。内外摩擦片未被压紧时，彼此互不联系，轴Ⅰ不能带动双联齿轮转动。当用操纵机构拨动滑套13至右边位置时，滑套将元宝形摆块6的右角压下，使它绕销轴12顺时针摆动，其下端凸起部分推动拉杆7向左，通过固定在拉杆左端的圆销5，带动压套8和螺母9a，将左离合器内外摩擦片压紧在止推片10和11上，通过摩擦片间的摩擦力使轴Ⅰ和双联齿轮连接，于是主轴沿正向旋转。右离合器的结构和工作原理同左离合器一样，当拨动滑套13至左边位置时，压套8右移，将右离合器的内外摩擦片压紧，空套齿轮14与轴Ⅰ连接，主轴启动反转。滑套处于中间位置时，左右两离合器的摩擦片都松开，主轴的传动断开，便停止转动。

多片摩擦离合器除了能靠摩擦力传递动力外，还能起过载保险的作用。当机床超载时，摩擦片因打滑而使主轴停止转动，从而可避免损坏机床。

2.闸带式制动装置

制动装置的功用是在摩擦离合器脱开、主轴停转的过程中，用来克服主轴箱各运动件的惯性，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时间。图1-9所示为CA6140型车床上采用的闸带式制动器（刹车），它安装在轴Ⅳ上，由制动轮7、制动带6和杠杆4等组成。制动轮7是一个钢制圆盘，与传动轴Ⅳ用花键连接。制动带为一钢带，其内侧固定着一层铜丝石棉，以增加摩擦面的摩擦系数。制动带绕在制动轮上，它的一端通过调节螺钉5与主轴箱体1连接，另一端固定在杠杆4的上端。杠杆4可绕轴3摆动，当它的下端与齿条轴2上的圆弧形凹部a或c接触时，制动带处于放松状态，制动器不起作用；移动齿条轴2，其上凸起部分b与杠杆4下端接触时，杠杆绕轴3逆时针摆动，使制动带包紧制动轮，产生摩擦制动力矩，轴Ⅳ通过传动齿轮使主轴迅速停止转动。

3.操纵机构

CA6140型卧式车床上双向多片式摩擦离合器与制动装置采用同一操纵机构控制，以协调两机构的工作。图1-10为控制主轴开停、换向和制动的操纵机构。为了便于操作，在操纵杆8上装有两个手柄，一个在进给箱右侧（图1-10中手柄7），另一个装在溜板箱右侧（图中未表示）。向上扳动手柄7时，通过由曲柄9、拉杆10和曲柄11组成的杠杆机构，使轴12和扇形齿轮13顺时针转动，传动齿条轴14及固定在其左端的拨叉15右移，拨叉又带动滑套4右移，使双向多片式摩擦离合器的左离合器接合（参见图1-8），主轴启动正转；当手柄7扳至下面时，右离合器接合，主轴反转。手柄扳至中间位置时，齿条轴14和滑套4也都处于中间位置，双向多片式摩擦离合器的左、右两组摩擦片都松开，主传动链与动力源断开。此时，齿条轴14的凸起部分压着制动器杠杆5的下端，将制动带6拉紧，导致主轴制动。当齿条14移向左端或右端位置，离合器接合，主轴启动时，齿条轴14上圆弧形凹入部分与杠杆5接触，制动带松开，主轴不受制动。

（五）六级变速操纵机构

图1-4中轴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集中操纵。图1-11是其操纵机构。变速手柄每转1r，变换全部6种转速，故手柄共有均布的6个位置。变速手柄装在主轴箱的前壁上，通过链传动轴4。轴4上有盘形凸轮3和曲柄2。凸轮3上有一条封闭的曲线槽，由两段不同半径的圆弧和直线组成。凸轮3上有6个变速位置，如图1-11所示。位置a、b、c使杠杆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d、e、f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，拨动轴Ⅲ上的三联齿轮，使它位于左、中、右3个位置，顺次转动手柄，就可使2个滑移齿轮的位置实现6种组合，使轴Ⅲ得到6种转速。滑移齿轮到位后应定位，如图1-4所示拨叉采用钢球定位。

（六）润滑装置

为了保证机床正常工作和减少零件磨损，对主轴箱中的轴承、齿轮、摩擦离合器等必须进行良好的润滑。图1-12所示为CA6140型车床主轴箱的润滑系统。油泵3装在左床腿上，由主电动机经V带带动其旋转（见图1-3）。润滑油装在左床腿中的油池里，由油泵经网式滤油器1吸入后，经油管4、精滤油器5和油管6输送到分油器8。分油器上装有3根输油管，油管9和7分别对主轴前轴承和轴Ⅰ上的摩擦离合器进行单独供油，以保证其充分润滑和冷却。油管10则通向油标11，以便于操作者观察润滑系统工作情况。分油器上还钻有很多径向油孔，具有一定压力的润滑油从油孔向外喷射时，被高速旋转的齿轮溅至各处，对主轴箱的其他传动件及操纵机构进行润滑，从各处流回的润滑油集中在主轴箱底部，经回油管流入左床腿的油池中。这一润滑系统采用箱外循环润滑方式，主轴箱中因摩擦而产生的热量由润滑油带至箱体外面，冷却后再送入箱体内，因而可降低主轴箱发热温升，减少主轴箱的热变形，有利于保证机床的加工精度。此外，还可使主轴箱内脏物及时排出，减少传动件的磨损。

四、任务实施

（一）装配前的工艺准备

1.熟悉主轴部件结构和装配图。

2.熟悉主轴轴承的精度、型号和作用。

3.确定轴承间隙的调整方法。

4.熟悉主轴的精度要求（见产品技术说明书）及准备需用的工具、量具。

5.各零部件应严格清洗，需要预先加涂油的部件应加涂油。

6.装配设备、装配工具以及装配方法，应根据装配要求及配合部位的性质选取。

（二）制定装配单元系统图

在确定机器部件装配顺序时，要详细分析机器和部件的装配图以及传动图。认真阅读装配工艺文件。根据结构及组合特点和先下后上，先里后外，由主动到被动的装配程序，初步拟定部件的装配顺序，通过试装实践，进行修订，最后确定部件的装配程序。CA6140型卧式车床主轴箱部件装配参考单元系统图如图1-13所示。

（三）主要部件的装配与调整

1.主轴部件的装配调整

（1）主轴的几何精度要求

①主轴定心轴颈的径向跳动误差不超过0.01mm。

②主轴轴肩的端面跳动误差不超过0.015mm。

③主轴轴向窜动误差不超过0.01mm。

（2）主轴轴承的调整方法

主轴部件的轴承中的间隙直接影响主轴的旋转精度和刚度。所谓主轴的旋转精度，是指主轴端部的工具、夹具端面的径向跳动，端面圆跳动和轴向窜动。径向跳动将影响加工表面的圆度和圆柱度；端面圆跳动和轴向窜动将影响加工端面的平面度和螺距精度。在使用中如发现轴承间隙过大时，需及时调整。

轴承的调整方法如下（见图1-6）：前轴承22用螺母23和26调整。调整时先拧松螺母23，然后拧紧带锁紧螺钉的螺母26，通过角接触球轴承，使轴承22的内圈（锥度为1∶12的薄壁锥孔）相对主轴锥形轴颈向右移动。由于锥面的作用，薄壁的轴承内圈产生径向弹性膨胀，将滚子与内外圈之间的间隙消除。调整后，再将螺母23、26和锁紧螺钉拧紧。后轴承31的间隙用螺母30调整，调整方法和前轴承相似。三支承结构的中间支承的间隙不能调整。一般情况下，只需要调整前轴承即可，只有当调整前轴承后仍不能达到要求的旋转精度时，才需调整后轴承。

2.双向多片式摩擦离合器

摩擦离合器必须进行适当调整。如摩擦离合器中摩擦片间的间隙过大，压紧力不足，不能传递足够的摩擦转矩，会使摩擦片间发生相对打滑，这样会使摩擦片磨损加剧，导致主轴箱内温度升高，严重时会使主轴不能正常转动；如摩擦片的间隙过小，不能完全脱开，就会使摩擦片间相对打滑发热，而且还会使主轴制动失灵。摩擦片间的压紧力可用拧在压套上的螺母9a和9b来调整（见图1-8）。将弹簧销4压出螺母9的缺口（见图1-8中B—B断面），然后转动螺母9，使其相对压套8做小量轴向位移，即可改变摩擦片间的压紧力，从而调整了离合器所能传递的扭矩大小。调整后，让弹簧销弹出，重新卡入螺母的另一缺口内，使螺母定位防松。

3.闸带式制动装置

制动装置中制动带的松紧程度应适当，如果制动带拉得不紧，就不能起到制动作用，制动时主轴则不能迅速停止；但如果制动带拉得过紧，则摩擦力太大，将烧坏摩擦表面。制动带6的拉紧程度由主轴箱后箱壁上的调节螺钉5进行调整（见图1-9）。要求在主轴转速为300r/min时，能在2～3转时间内完全制动，而开机时制动带将完全松开。

4.主轴箱与床身的拼装

主轴箱部件装配后，除需满足以上要求外，还需达到齿轮传动平稳、操纵机构灵活、开停机构可靠、箱体温升正常等一般要求。主轴箱内各零件装配并调整好后，将主轴箱与床身拼装。在主轴锥孔插入检验心轴，测量床鞍移动对主轴轴线的平行度，配研修刮床身导轨的接触面，使主轴轴线达到下列要求。

（1）床鞍移动对主轴轴线的平行度误差在垂直面内不大于0.02mm/300mm，在水平面内不大于0.015mm/300mm。

（2）主轴轴线的偏斜方向只允许心轴伸进端向上和向前偏斜。检测方法如图1-14所示。

5.主轴箱部件空转试验

主轴箱部件装配后，必须按工艺规程文件中的要求进行空转试验及主轴精度的检验。其要求如下：

（1）按每级转速进行空运转试验，最后以1200r/min运转30分钟，运转前后检查主轴精度。该主轴的精度要求为径向圆跳动和轴向窜动均不超过0.01mm。

（2）主轴箱全部传动机构的运转应平稳，无冲击，无快慢不匀或周期性的尖叫声，噪声不得大于80dB。

（3）各轴承温度不得超过70℃。

（4）手柄位置准确，加在变速手柄上的力不得超过80N。

（5）各处无漏油，试车前清洗，试车后放油。

五、任务小结

在实施任务过程中，首先应从识读装配图入手，熟悉主轴箱部件结构及技术要求，根据装配图所示的装配关系，采取先下后上、先内后外、先主后次的顺序，制定出合理的装配工艺，查阅相关国家标准及资料，正确选用装调工、检具，做好装配前的技术准备工作。

装配不是简单的组装，要严格按图纸、按工艺、按标准规范操作，要逐轴及逐对齿轮地装配调整，边装配边测量精度，最终达到主轴箱工作性能及精度要求。

安全文明操作，严禁猛敲、猛打、刮伤或损坏零部件。