机床设计.docx

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机床设计

一、车床的构造

立式车床由机座、立柱、活动横梁、顶梁、垂直刀架、侧刀架、操作盒、等组成，如图3-1所示。

图3—1立式车床构造

1-回转工作台床身2-立柱导轨3-横梁4-联系梁5-垂直刀架6-侧刀架7-控制按钮站

8-基础9-调整垫铁10-地脚螺栓11-框式水平仪12-百分表13-平平尺14-检测用等高垫铁

15-内径千分尺16-左立柱中心基准17-右立柱中心基准18-回转工作台中心基准

二、底座安装

1．地脚螺栓预埋

（1）立式车床的地脚螺栓，通常为预埋螺栓，在浇注基础混泥土时安装好，按进厂设备实物用样板划定地脚螺栓中心位置。

样板使用薄铁皮为宜。

（2）制作预埋螺栓固定架，固定架要能保证螺栓的铅垂度，在浇注混泥土时不发生变形。

（3）固定架在浇注基础前准备定位，并安装牢固，防止在浇注过程中发生位移，底座和立柱底的相互中心距离必须准确。

（4）地脚螺栓安装在固定架上，调好标高和铅垂度，将螺栓固定稳妥。

（5）浇注混泥土时要注意观察和检查，防止发生固定架和螺栓移动。

2．安置垫铁

（1）根据车床的重量、加工零件的最大重量、以及地脚螺栓的规格和个数为16个，混泥土强度等来确定垫铁的组数和排列方式，并可按下式近似计算垫铁的面积A（

）：

A=

式中C——安全系数，一般取C=1.5~3；

——机床质量，单位kg；

——地脚螺栓拧紧力，单位N；

R——基础或地坪的承载强度，单位MP。

（2）基础达到可安装的强度后，划出基础纵、横中心线。

（3）垫铁处基础铲凿平整，用垫铁和平尺检查水平。

（4）某些立式车床变速箱后面处，应使用可调垫铁，以便于微动调整变速箱。

3．安装变速箱和基座

（1）当变速箱和基座底面为非加工面时，允许少量垫铁接触不平处用钢板插入垫平、垫实，待基座找平后点焊住。

将油道油腔清洗并吹扫洁净。

（2）调整找平基座。

在基座导轨上放置纵向和横向调整垫铁，将平尺通过底座导轨回转中心放在垫快上，用水平仪测量，纵向和横向偏差均不大于0.04/1000mm，调平后紧固地脚螺栓。

（3）在底座上安装工作台。

1）将工作台和底座主轴键槽的位置划出，并引出延伸到工作台和底座的侧外缘边。

2）将工作台吊升到底座上方，对正键槽划线，缓缓落入基座轴套内。

3）工作台找水平度。

在工作台上按纵向和横向放置垫铁，上放平尺，用水平仪按纵向和横向测量工作台的水平度，其偏差均不应超过设备技术文件的规定。

三、左、右立柱的安装

1．清洗检查立柱

清洗立柱各加工面上的防锈油漆，检查立柱导轨面应无锈蚀、损伤等缺陷，结合面无锈斑、销钉和销孔配合合适。

检查安装侧刀架平衡配重的右立柱内孔，铲除突出的铸造毛边。

2．吊装立柱

将平衡配重吊入右立柱下坑内，找中心位置，避免在立柱吊装落位时发生碰阻。

立柱吊装就位时，要平正靠近底部垫铁和基座结合处，利用调整垫铁和连接螺栓使立柱于螺栓接合面贴合对正后，插入定位销，拧紧连接螺栓，下部垫铁要垫实。

3．调整立柱铅垂度

用水平仪在正导轨面和外侧导轨面上测量，同时在工作台中央放垫铁、平尺、水平仪测量，正、侧两面和工作台纵、横两方向的读数代数差值即偏差值，不应大于0.04/1000mm,如图3-2所示。

图3-2检查立柱导轨对工作台或底座导轨的垂直度

4．检验两立柱正导轨面的共面度

用平尺靠贴立柱正导轨面，用0.04mm塞尺检查，不应插入。

5．安装主变速箱

（1）在吊横梁前将主变速箱就位，于底座找正连接固定。

（2）检查并调整变速箱最末从动轴齿轮于工作台大齿圈的齿合情况，使之达到设备技术文件要求的技术条件。

四、横梁和顶梁安装

1．横梁和顶梁安装步骤

（1）清洗横梁、立柱结合面，检查结合面。

应无锈迹、损伤等缺陷，涂抹上润滑油。

（2）在横梁下边垫上方木层。

将横梁吊平吊升到安装位置，贴靠立柱找正落于垫木上。

（3）顶梁经清洗检查后吊升到立柱上，调整后有控制定距垫板时，将垫板插入顶梁和立柱间，然后拧紧连接螺栓。

（4）顶梁的栏杆和扶梯应在顶梁安装时安上，以便于在顶梁上操作。

（5）安装横梁的传动螺杆，与横梁上的螺母连接，上端与顶梁上传动机构连接。

（6）装配横梁与立柱导轨上的镶条、压板、压板弹簧，初步调整导轨间隙。

2．横梁质量检查调整。

（1）检查横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度。

1）在工作台中央放检验棒或精密角尺；将百分表固定在横梁上，使其测头触到检验棒或角尺上。

2）检验横梁的垂直移动偏差：

在横梁行程的上、中、下三个位置，移动横梁测量，在1000mm的测量长度上至少应测取三个读数。

3）检验横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度：

平行度偏差以百分表读数的最大差值计，在平行于横梁的平面内的平行度检测如图3-3a所示，在1000mm测量长度上，不应大于0.04mm；在垂直于横梁的平面内的平行度检测如图3-3b所示，在1000mm测量长度上，不应大于0.06mm。

图3-3检验横梁垂直移动对工作台旋转轴线的平行度

a）平行横梁平面内b）垂直横梁平面内

3．导轨间隙调整

导轨间隙调整根据机床结构，通常有平镶条导轨间隙调整、楔形镶条导轨间隙调整或压板导轨间隙调整、滚珠导轨间隙调整等类型。

（1）平镶条导轨间隙调整。

平镶条导轨间隙调整步骤见图3-4：

旋松螺母，拧紧或放松螺钉，移动平镶条1的位置，则导轨间隙变小或变大，如图3-4a，b和c所示。

调整时，宜先拧松固定螺钉2，调整完成后在拧紧螺钉2。

调整间隙时，可用塞尺在导轨的两头和中间测量，间隙应均匀，最后旋紧螺母。

平镶条只局部与螺钉接触，较易发生变形，与导轨接触状态较差。

（2）楔形镶条导轨间隙调整。

楔形镶条导轨间隙调整步骤如图3-4所示：

旋转调节螺钉2、拔杆3带动楔形板延长度方向移动，从而最大或减小间隙，拔杆还可以限制楔形镶条在工作智能中发生窜动，如图3-4d所示。

反向调整调节螺钉2（先拧松一端，在拧松对应端），拔杆3推动楔形镶条移动，使导轨间隙增大或减小，测量达到要求间隙值后，旋紧另一端的调整螺钉，将楔形镶条固定，防止在工作中出现窜动而改变了间隙值，如图3-4e所示。

当需调大导轨间隙时，先拧松螺母M，再将调节螺钉2拧松拔杆3带动镶条外移使导轨间隙增大，测量间隙值符合要求后，旋紧螺母M和N，将镶条定位。

需调小间隙时，先拧松螺母N，再将调节螺钉2拧紧其操作与调大间隙相同，如图3-4f所示。

图3-4用镶条调整轨道间隙的方法

a），b），c）平镶条d），e），f）楔形镶条

1－镶条2－调节螺钉3－调整拔杆

（3）压板导轨间隙调整。

压板导轨间隙调整步骤如图3-5所示：

将压板面m与n是平面磨准或刮准来保证需要的间隙，如图3-5a的间隙在n面。

拧开固定螺钉2，调整压板与导轨结合面间的垫片厚度来改变间隙值，测量间隙时，要拧紧固定螺钉，否则间隙值不准确，如图3-5b所示。

图3-5c所示是用调整螺钉来改变压板的位置，从而增大或减小导轨间隙。

图3-5用压板调整导轨间隙

a）用磨削或刮削压板的厚度来保证间隙b）用改变垫片厚度来调整间隙

c）用螺钉调整平镶条的位置来调整间隙

1－压板2－固定螺钉3－垫片4－平镶条5－调节螺钉

（4）滚珠导轨间隙调整。

滚珠导轨间隙调整步骤如图3-6所示：

镶钢滚珠导轨是将下部镶钢导轨固定在床身上，如图3-6a中的5和6：

上部镶钢导轨固定在工作台上，导轨中间是钢珠滚动体，用保持器将各钢珠隔开，间隙不用调整。

图3-6b为用调节螺钉7调整外侧导轨的位置来调大或调小导轨间隙测量间隙符合要求后，将螺钉、螺母拧紧螺钉7还可将导轨进行预紧，以增加导轨刚度，提高导轨的运动精度和承受较大的倾侧力矩。

图3-6滚珠导轨间隙调整

a）不需机械调整，利用油压顶浮形成间隙b）用螺钉调整镶钢导轨移动来调整间隙

1，2，5，6－镶钢导轨3－钢球4－保持器7－调节螺钉

（5）滚柱导轨间隙调整。

滚柱导轨间隙调整调整步骤与滚珠导轨间隙调整、V形和矩形截面导轨及润滑面导轨调整步骤类似，其中V形和矩形截面导轨、由于该结构只在上、下导轨间虽加装滚柱体，但其间隙会因为工作台自重而不需要调整，间隙靠润滑油压形成，如图3-7a所示。

滚柱导轨承载能力比滚珠导轨大，应用较广，但对导轨平行度要求高。

燕尾形滚柱导轨间隙调整可通过调整螺钉1来移动上燕尾导轨，改变燕尾斜面与滚柱体间的间隙，水平滚柱体的间隙不需调整，如图3-7b所示。

图3-7滚珠导轨间隙调整

a）不需机械调整，利用油压顶浮形成间隙b）用螺钉调整燕尾形导轨移动来调整间隙

1－调整螺钉2－燕尾形导轨3－滚动体

五、刀架安装

1．垂直刀架安装

（1）拆开刀架上的导轨镶条和压板，清洗导轨及加工面。

检查导轨面，应完好无锈蚀。

（2）左右垂直刀架分别吊装安于横梁上，在导轨面上抹上润滑油，刀架移动传动的齿轮应对正横梁装配孔，装上压板、镶条，调整导轨间隙。

（3）装好垂直刀架升降的底轴，拆除平衡锤的压紧构件，使平衡锤起配重平衡作用。

2．侧刀架安装

（1）拆下镶条、压板，清洗导轨及其他加工面，检查无缺陷后抹上润滑油。

（2）安装刀架与配重的连接件，如轴承、滑轮（或链轮）、轮轴、吊挂钢索或链子等，清洗防护油漆。

（3）在右立柱正面下部放上方木，擦净立柱导轨面，抹上润滑油，将侧刀架吊平正，缓缓靠近立柱正面导轨，安上镶条、压板，初步调好导轨间隙，连接升降机构。

（4）将配重和侧刀架连接起来，用手摇操作刀架上升，检查有无卡阻现象，拆除方木。

3．刀架质量检测

（1）检测垂直刀架水平移动对工作台面的平行度方法见图3-8所示，其步骤如下：

图3-8检验工作台固定型立式车床垂直刀架水平移动对工作台的平行度

1）在工作台距中心等距离且与横梁平行位置，放两个检验调整用等高垫块，上放平尺，使平尺与横梁水平导轨平行。

2）将横梁锁定在较下部位置，百分表固定在垂直刀架上，测头触及平尺检测表面。

3）未检验的另一垂直刀架置于该侧立柱前。

4）移动垂直刀架，在任意1000mm长度上，百分表的读数最大代数差值即不平行度偏差，不应大于0.03mm.。

5）用同样的方法检验另一台垂直刀架，均应符合要求。

6）当测得偏差值超过规定时，经分析确定无测量误差后，应调整相关部位的座底垫铁来满足刀架的几何精度。

（2）侧刀架上下移动对工作台旋转轴线的平行度检测见图3-9所示，其步骤如下：

图3-9检验侧刀架移动对工作台旋转轴线的平行度或侧刀架

移动对工作台面的垂直度

1）按垂直刀架水平移动对工作台面的平行度检测方法的相同要求，在工作台上纵向放平尺，上放检验用精密角尺，或将检验棒放在工作台中心，百分表固定在测刀架上，侧头触及检验棒或精密角尺。

2）移动侧刀架，测量并记录百分表的读数最大代数差值，在任意300mm测量长度上，不应大于0.03mm.。

六、润滑系统和液压系统安装

1．检查随机带来的所有润滑设备、附件及油管，应与设备润滑图相符，油管无破损及挤扁现象。

2．用压缩空气吹扫所有油管、油孔、油道，应畅通无污染。

必要时，可用煤油和锭子油的混合液清洗油管或按说明书的要求清洗。

3．安装油泵、油箱、操纵台，按图进行管道连接。

4．检查油箱内部，确认清洁后，按说明书要求加入润滑油到规定油位。

5．全部安装完成后，按润滑系统开车程序启动油泵，观察油泵的运转情况是否良好、润滑系统各接头处有无泄漏情况。

6．将各给油点接头拆开，排除管内的空气，至给油点连续稳定来油为止。

7．将工作台吊起，检查机座导轨的来油情况是否正常。

8．检查工作台转动及其他运动部位是否与油管相碰；特别注意检查工作台主轴的供油情况，油管是否固定牢靠、有无碰擦现象。

9．检查油箱回油情况，油箱的油位在泵供油后是否符合规定油位要求，如低于规定油位，应补充加入同牌号油。

七、试运转

1．试车条件

（1）机床全部组装完毕，并清洗洁净。

（2）所有机床部件的安装几何精度，经检验合格。

（3）润滑、液压系统清洗合格，按技术文件要求加注润滑油、液压油，系统运转良好。

（4）机械、电气安全装置，调整正确、可靠；制动和锁紧机构应调整适当。

（5）各操作手柄转到灵活，定位应准确，并应将手柄置于“停止”位置上。

（6）电气操作控制系统接线应正确，接头牢固可靠，绝缘、接地、接零良好。

各电机旋转方向符合机床工作要求。

（7）运动部位的安全防护装置已安装好。

（8）试车场地杂物清理干净，备用工机具、应急物品准备妥当。

2．试车前的准备工作

（1）检查各导轨的间隙是否符合设备技术文件的要求，导轨和镶条的配合松紧程度是否良好。

（2）检查各刀架、横梁的锁紧调整情况是否符合要求。

（3）检查各电机的运转方向是否与机床运转方向要求相符。

（4）检查各运动部件有无有与其他部件发生碰撞和摩擦现象。

（5）润滑油的品种、规格及油量是否符合要求，各给油点供油是否正常。

（6）油盘供油的各给油点出油是否符合设备技术文件的要求。

（7）检查各手柄的操作是否灵活，位置是否正确，仪表指针有无错误。

3．试运转操作

（1）电机空负荷运转。

将电机与机械运转机构脱开，按电气启动程序运转0.5～2h；主电机的绕组温升和轴承温度应符合设备技术文件的规定；电机空负荷试运转合格后，方可与机械运转机构连接。

（2）工作台试运转

1）点动启动。

检查有无异常声响，方向是否正确。

2）以低速启动运转。

低速运转时间不少于5min。

3）正常运转。

低速运转正常后，再以各级工作速度进行运转，每级速度运转不少于5min。

4）高速运转。

正常运转试验结束后做机床的高速运转，高速运转试验应以主轴达到稳定温度为止。

试运转中，应反复变换工作台速度，变速机构应灵活可靠，指示正确。

高速运转之后，再次选定工作台中等速度，检验启动、停止、制动、正反转等动作，反复进行10次，其动作应灵活、可靠；电气、液压、润滑系统工作应良好、可靠。

（3）横梁运行试验。

慢速开动横梁的上升、下降，启动、运行应平稳，无冲击、爬行现象；横梁与立柱导轨的夹紧机构的松开、夹紧动作协调；行程开关动作准确、可靠；润滑油供油正常；启动、停止灵活、可靠；慢速试验合格后，做中速和快速试验，均应符合要求。

（4）刀架进给试验。

垂直刀架与侧刀架逐个作启动、停止试验，应动作准确、可靠；作慢速进给试验，反复动作10次，其动作应灵活正确；变速机构应灵活、可靠，指示准确；夹紧机构动作应协调、灵活可靠；行程开关动作准确、可靠；启动、停止动作准确、可靠；润滑供油良好；刀架慢速进给试验合格后，按相同操作程序做中速、高速进给试验，均应达到上述要求。

（5）刀架做水平移动（垂直刀架）和升降试验（侧刀架）。

启动和停止应准确、可靠；夹紧机构动作协调、灵活、准确；运动应平稳，无卡涩和爬行现象；行程限位开关应准确、可靠；润滑供油良好；各种速度下均能达到上述要求。

（6）做机床联合动作试验。

单项动作试验合格后，做工作台、横梁、垂直刀架，侧刀架联合动作试验。

机床联合动作试验中，各项运动应协调准确、平稳；变速操作机构应灵活、可靠；启动、制动、停止、正反向运动应灵活、准确；各运动工作部位润滑良好、温升正常；电气系统、润滑系统、液压系统工作正常；整机连续空负荷运转时间，可按表3-1的要求进行；主轴承温度和温升应符合按设备技术文件或表3-2的要求。

表3-1机床连续空负荷运转时间

机床控制形式

机械控制

电液控制

数字控制

一般数控机床

加工中心

时间（h）

4

8

16

32

表3-2主轴承温度和温升℃

轴承形式

温度

温升

轴承形式

温度

温升

滑动轴承

≤60

≤30

滚动轴承

≤70

≤40

八、试运转常见故障及其消除

1．试车故障

（1）发热。

温度急剧升高，温升或最高温度超过规定值，甚至出现冒烟现象。

发热部位有轴承、滑动摩擦导轨、气缸、齿轮箱等运动部位及绕组线圈、油、水和气体介质。

（2）震动。

机身和运动部位产生超过正常允许的振幅值。

表现在转轴轴承座、机身或外壳等处。

用手触摸、检验棒测听或仪器检测，有明显异常感觉。

（3）噪声。

运动部分内部或管道内部发出异常的噪声，听觉有明显刺激。

用噪声分贝计测量，其分贝值大大超过允许值。

（4）异常响声。

内部发生撞击声、冲击声、摩擦沙沙声。

用检验棒在外部侧听油明显感觉，甚至能直接听到这些异常声响。

（5）爬行和冲击运动。

此种故障发生在滑动摩擦面的导轨上，表现为运动部连续，有时快、有时慢，甚至短暂停止和突然前进。

（6）压力异常变化。

气压、油压、水压突然急剧降低或增高，可从压力指示变化、控制仪表报警及物流量的变化中发现。

（7）油液产生大量泡沫。

从油箱中可观察到泡沫的存在，严重时大量带油液的泡沫外溢，给油点给油不稳定等。

（8）突然发生泄漏。

外部泄漏可直接观察到；内部泄漏从指示仪表或工作状态可作判断，压力表有明显压降。

（9）齿轮崩牙。

可听到突然的金属折断声，传动出现周期性的异常声响。

（10）其他故障。

如手操作或机构操纵不发生运动、抱轴、打滑、变形、拉伤、出力不足等。

2．故障产生的一般原因

机械设备试车中出现故障。

由于设备的结构不同、工作性质差异大、试车重点部位不同，出现的故障会各不相同。

但是，发生故障的原因却基本相似，一般试车中出现故障主要的原因有：

间隙调整不合理，紧固件连接不牢或松动，齿轮啮合不良，润滑不良，内部不清洁及有异物，弹簧压力调整不当，调整找中不良，试车负荷过大，结构设计不合理和零部件加工精度达不到要求等。

以上这些故障原因通常来自于三个环节：

设计方法的原因、制造装配方面的原因、安装调试和操作方面的原因。

一般情况下以最后一个环节的因素居多，也是我们分析、研究、消除的重点。

下面将各环节可能存在的影响因素分别加以说明，供分析参考。

（1）设计方面。

主要有结构设计存在不足处；设计技术参数不当；元件选配不合理，选材不尽合理，设计的精度和间隙存在问题等。

（2）制造装配方面。

加工精度存在问题；装配配合不当；材料代用欠妥；加工工序遗漏；零件发生了变形等。

（3）安装、调试、操作方面。

主要有找正对中有问题、间隙调整不合理，连接不牢固或松动，组装装配不当，拧紧力不均匀产生变形，内部有异物、系统内不清洁，油压油量调整不符合要求，操作不当或失误等。

3．机床设备安装调试中常见典型故障分析及处理举例

当出现故障时，要运用掌握的理论知识、实践经验，结合安装调整时的实况及记录、设备技术文件资料的数据，进行综合分析。

分析时要仔细、全面，对非影响因素逐步排除。

故障产生的原因确认要慎重、客观，并结合检查情况，来确定主要原因。

现列举几种故障产生的原因，供分析时参考（见表3—3）。

表3—3设备安装调试中常见典型故障原因分析及处理

故障现象

原因

处理方法

轴承发热

轴瓦与轴颈配合不良，如间隙过小或过大，接触斑点和面积不良等

重新装配，调整轴瓦和轴颈间的间隙

润滑不良，如油量过少或太多，油质不好，粘度过稠，油液中有水分或溶解有大量空气，进油温度过高等

用规定的润滑油，控制用量

如震动过大、负荷过大、操作不当（未经过从低速到高速，从低负荷到高负荷的过程），轴绕度变形过大，热膨胀造成的影响或轴瓦松动等

按规定进行操作，如轴变形过大，应从新更换轴

振动

原因有转子动、静不平衡，同轴度调整不良，配合间隙过大，连接不牢固或松动，垫铁未垫实，发生干摩擦、液压油的脉冲流动，管道连接不当，外振源引起等

垫铁未垫实应在试运行前检查清楚，如果是配合不良，应从新调整安装

噪声和异常声响

由于运动件精度未达到标准，配合件发生相对移动，运动构件与固定件发生碰撞或摩擦，连接件松动或断裂，内部有异物等。

此外，如气缸内进入油和水、活塞松动、气缸余隙太小等，介质发生紊流也能发出噪音

气缸内进入油和水用空气吹出，活塞松动、气缸余隙太小应从新调整

压力异常变化

发生了泄漏，调整装置松动、内部发生了泄漏，出现了堵塞，进油进水口位置低，吸管过高或存在空气，压缩机排气阀漏气、入口阻力大，活塞和活塞环泄漏、密封损坏或不当等

清洗设备并更换破损设备零部件

爬行和冲击

导轨间隙太小，润滑油量太少发生干摩擦，液压油压力低或有泄漏，系统中有空穴现象，操作不当出现液压冲击等

调整导轨间隙，增加润滑油量

油液产生大量泡沫

油液中如混有大量空气，则会使油液产生泡沫。

空气由系统不严密处进入，或由吸油管进入，如吸油管太高，插入液面太浅，进油和回油无隔离板且距离太近；油泵安装位离油液面太高、油的粘度大、吸油管太细、油泵转速过快、滑阀动作速度过快造成过大的真空，使油液中溶解的空气析出等

检查油管有无泄漏，如有泄漏更换油管，调整油管位置