第2版前言
本書是在第1版的基礎上，重新修訂再編而成，保持了第1版的鮮明特色。
隨著科學技術的不斷發展，工業生產中機電一體化技術的應用越來越廣泛，大部分工科類高職院校都開設了機電一體化技術專業，而且把機電一體化技術作為主干課程。由于高職教育有別于本科教育，原來基于學科知識的教材并不適合高職院校學生的需要，而目前高職層次的教學中也沒有合適的教材，除個別專業圖書講述了機電一體化案例外，其他教材的編排均沿用了本科層次教材編寫的模式，即學科性強，而應用性不夠，這不符合高職教育的培養目標。編者根據工廠的實際應用，牢牢把握高職院校的培養目標和要求，結合多年的工作教學經驗與研究工作，編寫了本書，旨在滿足新形勢下的教學需要。本書以項目形式進行編寫，定位為高職機電類和自動化類專業，實用性和適用性強。
本書在第1版的基礎上增加了第8章，即自動門機電傳動與控制。同時，對第1版的文稿進行了重新校對，修正了文字錯誤、重新繪制了部分圖形、對個別章節內容的編排順序進行了微調，本書具有以下特點。
1.課程內容實用性、適用性強
本書的編寫以我國當前工業生產中應用*為廣泛的設備為載體，通過分析設備的機械結構和電氣控制原理，來加深學生對知識的理解。通過項目的操作分析，促成學生技能素養的形成。
2.理論知識具體化
本書以典型機電一體化設備為項目，系統地介紹了機電一體化技術的應用，通過項目說明、知識鏈接、項目實施、檢驗評估、拓展實訓和問題解析等環節，提升了讀者對機電一體化技術知識的應用能力，有機地將理論知識與實踐應用融合在一起，克服了傳統機電一體化教材以學科知識構成進行編寫的弊端，更加符合高職層次的培養目標。
3.知識應用系統化
本書編寫遵循循序漸進的方式，將知識的應用系統地分解到每個項目中，從普通的機電一體化技術應用到復雜的機電一體化技術應用，避免了知識的重復和跳躍，使學習者能系統地掌握理論知識，并形成技能。
4.教材框架便于教學
本書在體系架構方面，每章開頭均介紹了本章知識學習目標與技能目標。通過項目案例引出本章的知識。通過項目實施、項目檢驗和拓展實訓，融合、貫通和鞏固本章知識。章后設置常見問題解析、小結、思考與練習，用于加強對所學知識的理解和綜合應用。
本書由湖南汽車工程職業學院陳剛編著，由楊國先教授負責機械方面的審核，由蘭新武副教授負責電氣方面的審核。
本書在編寫過程中，參考并引用了金屬切削機床、機床電氣、電梯技術、自動化生產線、機械手及自動門等方面的論著、資料，限于篇幅，不一一列舉，在此對其作者表示深深的感謝。在編寫本書時，得到了湖南汽車工程職業學院的設備支持，還得到了劉海漁副教授、肖燕子老師的大力支持，在此對本書出版給予支持幫助的單位和個人表示誠摯的感謝！
隨著機電一體化技術發展的日新月異，加之作者水平有限，本書難免存在錯誤和不足之處，真誠希望得到廣大專家和讀者的批評和指正。
編者
第1章 CA6140臥式車床機電傳動與控制
本章要點：
CA6140臥式車床電氣控制的實現。
CA6140臥式車床主軸箱機械傳動的實現。
技能目標：
熟知各電氣元件在控制電路中的作用。
會設計車床電氣控制柜。
會進行車床電氣故障的診斷與維修。
會拆卸、清洗、組裝主軸箱。
項目案例導入
CA6140臥式車床是典型的機械加工設備之一，可以實現多種轉速的輸出，可以車削內外圓柱面、圓錐面、環形槽、回轉體成形面和各種螺紋，還可以進行鉆中心孔、鉆孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋、套螺紋和滾花等工作。那么 CA6140臥式車床怎樣實現其機械運動呢？又通過怎樣的電氣電路來進行運動控制呢？下面通過本章的項目逐步進行剖析。
1.1 CA6140臥式車床機電傳動與控制項目說明
1. 項目目的
(1) 掌握各電氣元件在控制電路中的作用。
(2) 掌握車床電氣故障的診斷及維修方法與技巧。
(3) 掌握主軸箱結構。
(4) 掌握設計電氣控制柜的基本思路和設計要點。
2. 項目條件
(1) 能拆卸和組裝的CA6140臥式車床裸機。
(2) 與CA6140臥式車床配套的電氣控制柜或實驗電氣控制柜。
3. 項目內容及要求
根據所學知識，首先進行電氣控制柜的設計，然后制作電氣控制柜，實現電氣控制柜與機床的對接，并調試成功。
1.2 基 礎 知 識
CA6140臥式車床是機械制造業中金屬切削機床的裝備之一，車床的運動部分決定了車削加工功能的實現。車床的運動部分包括執行件、運動源和傳動裝置三個基本部分。執行件是車床運動的執行部件，其作用是帶動工件和刀具，使之完成一定形式的運動并保持正確的軌跡，如車床主軸、刀架等；運動源是車床運動的來源，它向運動部分提供動力，如交流電動機；傳動裝置是傳遞運動和動力的裝置，它將運動源的運動和動力傳給執行件，并完成運動形式、方向、速度的轉換等工作，從而在運動源和執行件之間建立起運動聯系，使執行件獲得一定的運動，如車床主軸箱。
1.2.1 CA6140臥式車床的機械結構
CA6140臥式車床的主要結構如圖1-1所示，主要由床身、主軸變速箱(主軸箱)、掛輪箱、進給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾座、光杠和絲杠等部分組成。
圖1-1 CA6140臥式車床結構
1-進給箱；2-掛輪箱；3-主軸變速箱；4-溜板與刀架；
5-尾座；6-絲杠；7-光杠；8-床身；9-溜板箱
1. 主軸箱
CA6140臥式車床的主軸箱是一個比較復雜的運動部件，其結構如圖1-2所示。包括箱體、主軸部件、傳動機構、操縱機構、換向裝置、制動裝置和潤滑裝置等，其功用在于支承主軸部件和傳遞運動。
1) 主軸部件
主軸部件是主軸箱*重要的部分，由主軸、主軸軸承和主軸上的傳動件、密封件等 組成。
圖1-2 CA6140臥式車床主軸箱結構
1-花鍵套；2-帶輪；3-法蘭；4-主軸箱體；5-鋼球；6、10-齒輪；
7-銷；8、9-螺母； 11-滑套；12-羊角擺塊；13-制動盤；14-制動帶；
15-齒條；16-拉桿；17-撥叉；18-扇形齒輪；19-鍵
主軸前端可安裝卡盤，用以夾持工件，并由其帶動旋轉。主軸的旋轉精度、剛度和抗震性等對工件的加工精度和表面粗糙度有直接影響，因此對主軸部件的要求較高。
CA6140臥式車床的主軸是一個空心階梯軸，其內孔用于通過棒料或卸下頂尖時所用的鐵棒，也可用于通過氣動、液壓或電動夾緊驅動裝置的傳動桿。主軸前端有精密的莫氏6號錐孔，用來安裝頂尖或心軸，利用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工件轉動。主軸后端的錐孔是工藝孔。
主軸軸承的潤滑由潤滑油泵供油，潤滑油通過進油孔進入軸承，并帶走軸承運轉所產生的熱量。為了避免漏油，前后軸承均采用了油溝式密封裝置。主軸旋轉時，依靠離心力作用，將經過軸承向外流出的潤滑油甩到軸承端蓋的接油槽里，然后經過回油孔流回主軸箱。
主軸上裝有三個齒輪，前端為斜齒圓柱齒輪，可使主軸傳動平穩，傳動時齒輪作用在主軸上的軸向力與進給力方向相反，因此可以減少主軸前支承所承受的軸向力。主軸前端安裝卡盤。
2) 開停、換向及制動操縱機構
CA6140臥式車床采用雙向多片式摩擦離合器實現主軸的開停和換向，如圖1-3所示。離合器由結構相同的左右兩部分組成，左離合器傳動主軸正轉，右離合器傳動主軸反轉。摩擦片有內外之分，且相間安裝。如果將內外摩擦片壓緊，產生摩擦力，則軸的運動就通過內外摩擦片帶動空套齒輪旋轉；反之，如果松開，則軸的運動與空套齒輪的運動不相干，內外摩擦片之間處于打滑狀態。正轉用于切削，需傳遞的扭矩較大，而反轉主要用于退刀，所以左離合器摩擦片數較多，右離合器摩擦片數較少。
圖1-3 CA6140臥式車床開停、換向及制動操縱機構
1-雙聯齒輪；2-齒輪；3-羊角擺塊；4-滑套；5-制動杠桿；6-鋼帶；7-手柄；8-操縱桿；
9-杠桿；10-連桿；11-擺桿；12-轉軸；13-扇形齒輪；14-齒條軸；15-撥叉；16-拉桿
內外摩擦片之間的間隙可以調整，如果間隙過大，則壓不緊，摩擦片打滑，車床動力顯得不足，工作時易產生悶車現象，且摩擦片易磨損；反之，如果間隙過小，則啟動時費力，停車或換向時，摩擦片又不易脫開，嚴重時會導致摩擦片被燒壞。由此也可看出，摩擦離合器除了可傳遞動力外，還能起過載保險的作用。當機床超載時，摩擦片會打滑，于是主軸就停止轉動，從而避免機床損壞。所以,摩擦片之間的壓緊力是根據離合器應傳遞的額定扭矩來確定的，并可用擰在壓套上的螺母4和7來調整，如圖1-4所示。
3) 制動裝置
制動裝置的作用是克服車床停車過程中主軸箱內各運動件的慣性，使主軸迅速停止轉動，以縮短輔助時間。CA6140臥式車床采用閘帶式制動器進行制動，如圖1-5所示，調節螺釘5用來調整制動帶6的松緊程度。注意調整松緊要合適，以使停車時主軸能迅速停止、而開車時制動帶能完全松開為宜。
4) 六速操縱機構
六速操縱機構如圖1-6所示，它用一個手柄同時操縱傳動Ⅱ軸上的雙聯滑移齒輪和傳動軸Ⅲ上的三聯滑移齒輪。轉動操作手柄9，通過鏈條8使軸7上的曲柄5和凸輪6轉動，曲柄5上裝有撥銷4，在撥銷4的伸出端上裝有滾子，此滾子嵌入在撥叉3的長槽中。曲柄帶著撥銷做偏心運動時，可帶動撥叉使傳動軸Ⅲ上的三聯滑移齒輪2做軸向位移。凸輪6的曲線槽經圓銷10通過杠桿11和撥叉12，可使傳動軸Ⅱ上的雙聯滑移齒輪發生位移，即曲柄5和凸輪6可以形成六種變速位置。
圖1-4 CA6140臥式車床雙向多片式摩擦離合器裝置
1-雙聯齒輪；2-內摩擦片；3-外摩擦片；4、7-螺母；5-套；6-長銷；
8-齒輪；9-拉桿；10-滑套；11-銷軸；12-羊角擺塊；13-撥叉
圖1-5 CA6140臥式車床制動裝置
1-箱體；2-齒條軸；3-杠桿支承軸；4-杠桿；5-調節螺釘；6-制動帶；7-制動輪；8-制動軸
圖1-6 CA6140臥式車床六速操縱機構
1-雙聯齒輪；2-三聯滑移齒輪；3、12-撥叉；4-撥銷；5-曲柄；6-凸輪；
7-軸；8-鏈條；9-操作手柄；10-圓銷；11-杠桿；Ⅱ、Ⅲ-傳動軸
2. 溜板箱
溜板箱的作用是將絲杠或光杠傳來的旋轉運動轉變為直線運動并帶動刀架進給；控制刀架運動的接通、斷開和換向；機床過載時控制刀架停止進給；手動操縱刀架移動和實現快速移動。
溜板箱中設有以下機構：接通絲杠傳動的開合螺母機構；將光杠的運動傳至縱向齒輪齒條和橫向進給絲杠的傳動機構；接通、斷開和轉換縱、橫向進給的轉換機構；保證機床工作安全的過載保險裝置和互鎖機構；控制刀架運動的操縱機構；改變縱、橫向機動進給運動方向的換向機構；快速空行程傳動機構。
1) 縱、橫向進給操縱機構
縱、橫向進給操縱機構如圖1-7所示，它用一個手柄集中操縱縱、橫向進給運動的接通、斷開和換向，手柄撥動方向與刀架移動方向一致。當向左或向右撥動手柄1時，手柄座3繞銷軸2轉動，手柄座下端的開口槽通過球頭銷4使軸5做軸向移動，經過杠桿11和連桿12使凸輪13轉動，凸輪上的曲線槽通過圓銷14使撥叉軸15及撥叉16做前后移動，進而使離合器M8發生位移，從而與軸XXII上的任一空套齒輪嚙合，于是縱向進給運動連通，刀架相應地向左或向右移動。
2) 開合螺母機構
開合螺母機構如圖1-8所示，它由上下兩個半螺母4、5組成，裝在溜板箱體后壁的燕尾導軌中，可以上下移動。上下半螺母背面各裝有一個圓柱銷6，其伸出部分分別嵌在圓盤7的曲線槽中。扳動手柄1，通過軸2使得圓盤7逆時針旋轉時，曲線槽使兩圓柱銷靠近，帶動上下螺母合攏與絲杠嚙合，刀架便由絲桿螺母經溜板箱傳遞進給；當圓盤7順時針旋轉時，兩個半螺母分開，與絲杠脫離嚙合，刀架停止進給。
圖1-7 CA6140臥式車床縱、橫向進給操縱機構
1、6-手柄；2、21-銷軸；3-手柄座；4、9-球頭銷；5、7、23-軸；8-彈簧銷；
10、15-撥叉軸；11、20-杠桿；12-連桿；13、22-凸輪；14、18、19-圓銷；
16、17-撥叉；M8、M9-離合器；a-凸骨；XXII、XXV-軸
3) 互鎖機構
車床工作時，為避免因操作失誤引起絲杠傳動和縱、橫向進給機構同時接通，在溜板箱中設有互鎖機構，即保證開合螺母合上時，縱、橫向進給運動不能接通。互鎖機構通過開合螺母操縱軸7上的凸肩a、軸5上的球頭銷與彈簧銷8、支承套24等來實現功能，如圖1-9所示。當沒有互鎖時，圖1-7中手柄1可以在前、后、左、右任意位置接通相應的進給運動。在圖1-7中，當扳動手柄6使開合螺母合上時，軸7順時針轉過一個角度，凸肩a嵌入軸23的槽中，將軸23卡住，不能運動。同時，凸肩a又將裝在支承套24橫向孔中的球頭銷9壓下，使其下端插入軸5的孔中，將軸5卡住，使得不能左右移動，即此時，縱、橫向進給運動都被鎖住；反之，接上縱、橫向進給運動后，側開合螺母不能 合上。
圖1-8 CA6140臥式車床開合螺母機構
1-手柄；2-軸；3-軸承套；4-下半螺母；5-上半螺母；
6-圓柱銷；7-圓盤；8-定位鋼球；9-銷釘；10、12-螺釘；11-平鑲條
圖1-9 CA6140臥式車床互鎖機構
圖1-9 CA6140臥式車床互鎖機構(續)
5-軸；7-操縱軸；8-彈簧銷；9-球頭銷；23-軸；24-支承套
1.2.2 CA6140臥式車床運動形式及傳動系統分析
為了便于了解和分析車床的傳動情況，通常利用車床的傳動系統圖來論述。車床的傳動系統圖是表示車床全部運動傳動關系的示意圖。
1．CA6140臥式車床運動形式
CA6140臥式車床的主運動是指主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉，主軸承受車削時的主要切削力；進給運動是溜板帶動刀架直線移動，使刀具移動以切削金屬。進給運動消耗的功率很小，主運動和進給運動都由主軸電動機拖動。主軸電動機的動力由三角皮帶、主軸變速箱傳遞到主軸，實現主軸的旋轉，通過掛輪箱傳遞給進給箱來實現刀具的縱向和橫向進給。
主軸一般只要求做單向旋轉，加工螺紋時要求的主軸反轉是由操作手柄通過機械的方法來實現的，所以主軸電動機只需要單方向旋轉。主軸的轉速通過手柄調節主軸變速箱實現，電動機不需要調速。
輔助運動中，刀架的快速移動由一臺電動機拖動，冷卻泵由一臺電動機帶動實現刀具切削時的冷卻，尾座的移動和工件的裝配的由人工來操作。
2．CA6140臥式車床傳動系統分析
車床加工過程中，一個運動對應一條傳動鏈，所有這些傳動鏈與它們之間的相互聯系組成了一臺車床的傳動系統。CA6140臥式車床的傳動系統如圖1-10所示。
CA6140臥式車床傳動系統的傳動鏈有：實現主運動的主傳動鏈，實現螺紋進給運動的螺紋進給傳動鏈，實現縱向進給運動的縱向進給傳動鏈，實現橫向進給運動的橫向進給傳動鏈，實現刀架快速退離或趨近工件的快速空行程傳動鏈。
……
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