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1、第二章 车床,车床实物图,第一节 车床的用途、运动和分类,用途：主要用于加工各种回转表面，如内外圆柱面，圆锥面及成形回转表面和回转体的端面等，有些车床可以加工螺纹面。运动：1.表面成形运动(1)工件的旋转运动:这是车床的主运动,其转 速较高,消耗机床功率的主要部分。(2)刀具的移动：车床的进给运动。2.辅助运动：切入运动，刀架纵、横向的机动快移。分类：按其用途和结构的不同，主要分为：卧式车床及落地车床、立式车床、转塔车床、仪表车床、单轴自动和半自动车床、多轴 自动和半自动车床、彷形车床及车床、多刀专门化车床,第二节 CA6140A型卧式车床,一.机床的工艺范围 它适用于加工各种轴类，套筒类和盘
2、类零件上的回转表面，如：内圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面；端面及各种常用螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔和滚花等工艺。,卧式车床所能加工的经典表面,二.机床的总布局 机床的总布局就是机床各主要部件之间的相互位置关系，及它们之间的运动关系。CA6140的主要组成部分如下：1）主轴箱（Headstock）固定在床身左上端，内装有主轴及换向、变速机构。2）刀架部件（Tool slide）沿床身导轨作纵向移动，使车刀作纵向、横向或斜向运动。3）尾座（Tailstock）顶尖伸出用于支承工件。同时尾架还可以安装钻头等孔加工刀具，进行孔加工。4）进给箱（Feedbox）通过不同齿轮啮合以改变机动进给的
3、进给量和加工螺纹的导程，实现不同的进给速度。5）溜板箱（Apron）溜板箱实现刀架纵向或横向进给、快速移动或车螺纹，通过溜板箱上的手柄和按钮来操控机床。6）床身（Bed）主要起支承作用，床身一般为铸铁材料，耐压不受拉。,CA6140 型卧式车床外形图,三、CA6140主要技术性能,床身上最大工件回转直径:400mm最大工件长度:750；1000；1500；2000mm刀架上最大工件回转直径:210mm主轴转速：正转 24级 101400r/min 反转 12级 141580r/min进给量：纵向 64级 0.0286.33mm/r 横向 64级 0.0143.16mm/r车削螺纹范围：米制螺纹
4、 44种 P=1192mm 英制螺纹 20种=224牙/in 模数螺纹 39种 m=0.2548mm 径节螺纹 37种 DP=196牙/in主电动机功率：7.5kW,第三节 CA6140A型卧式车床的传动系统,（一）机床传动系统图,CA6140车床传动系统图,主运动传动链:把动力源（电动机）的运动及动力传给主轴，使主轴带动工件旋转实现主运动，并满足卧式车床主轴变速和换向的要求。a)传动路线 电动机(7.5kw，1450r/min)V带轮主轴箱中的轴I双向多片摩擦离分器M1。接下来有三种传动路线：1.压紧离合器M1左部的摩擦片，轴I轴（正转）；2.压紧离合器M1右部的摩擦片，轴I轴（反转）；3.
5、离合器M1 处于中间位置，主轴停转。两末端件：主电动机主轴,传动路线表达式:,注:)在轴上装有双向多片摩擦离合器M1，使主轴正转、反转或停止。M1左部压紧时，正转；M1右部压紧时反转；中位停车；,)齿轮与轴的连接方式：固定、滑移、空套；,)主轴上的滑移齿轮50移至右端，使其与主轴上的齿式离合器M2啮合。主轴获得11.2r/min560r/min的低转速；)齿式离合器M2啮合脱开，运动由轴直接传给主轴，得到6级高转速，500r/min1600r/min。,运动平衡式计算,V带轮的滑动系数，可取=0.02；u-为轴I和轴间的可变传动比，其余类推。,b)主轴转速级数和转速 经低速传动路线时，主轴获得
6、的实际转速是23（22-1）=18级转速，加上由高速传动路线获得的6级转速，主轴共可获得24级正转转速。主轴反转时，有31+（22-1）=12级转速。,主轴各级转速按运动平衡式计算。例如：某级转速为：,注：主轴反转通常不是用于切削，而是用于车削螺纹时，在不断开主轴和刀架间传动联系的情况下，车刀沿螺纹线退回到起始位置。反转转速较高，节省辅助时间。,CA6140A型卧式车床主传动系统转速图,进给运动传动链 功用是使刀架实现纵向及横向移动变速与换向。它包括车螺纹进给运动传动链和机动进给运动传动链。两个末端件：主轴刀架（丝杠）a)车螺纹进给运动传动链 CA6140型卧式车床能车削米制、英制、模数制和径
7、节制四种标准螺纹，可以车削大导程、非标准和较精密的螺纹。它可以车削右旋螺纹，也可以车削左旋螺纹。计算位移：主轴1r刀架移动加工螺纹的一个导程L工(mm)运动平衡方程式:u 从主轴到丝杠之间的总传动比；L丝 机床丝杠的导程，CA6140型车床的L丝=12mm；L工 被加工螺纹的导程（mm)。,)车削米制螺纹 传动路线：,运动平衡式：化简后得：u基、u倍分别为基本变速组传动比和增倍变速组传动比。如适当选择u基和u倍值，就可得到米制螺纹导程L 的各值（112mm）。,进给箱中的基本变速组是双轴滑移齿轮变速机构，V轴上的四个滑移齿轮可分别与轴上邻近的两个固定齿轮相啮合，共有8种传动比：,增倍变速组由轴
8、 间的三轴滑移齿轮机构组成。可变换四种传动比：它们之间依次相差2倍，其作用是将基本组的传动比成倍地增加或缩小，从而可以加工出不同螺距的螺纹。变换u基和u倍的值，就可得到32种导程值，其中标准的有20种。,扩大导程传动路线 从传动路线表达式可知，扩大螺纹导程时，主轴到轴的传动比为：当主轴转速为45-140r/min时，,当主轴转速为时，而正常螺纹导程时，主轴到轴的传动比为：所以，通过扩大导程传动路线可将正常螺纹导程扩大4倍或16倍。CA6140型车床车削大导程米制螺纹时，最大螺纹导程为192mm。,CA6140型车床公制螺纹表(L/mm),)车削英制螺纹 英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣数(扣/i
9、n)表示，其标准值也按分段等差数列的规律排列。英制螺纹的导程：L=1/(in)由于CA6140型车床的丝杠是米制螺纹，被加工的英制螺纹也应换算成以毫米为单位的相应导程值，即：,英制螺纹传动路线与米制螺纹路线相比有以下调整：改变传动链中部分传动副的传动比，使其包含特殊因子 25.4；将基本组两轴的主、被动关系对调，以便使分母为等差级数。其余部分的传动路线与车削米制螺纹时相同。运动平衡式为：将L=25.4/代入上式，得：变换u基和u倍的值，就可得到各种标准的英制螺纹。,CA6140型车床英制螺纹表(k=1时，a/牙.in-1),)车削模数螺纹 模数螺纹主要用在米制蜗杆中，用模数m表示螺距的大小。螺
10、距与模数的关系为：pm=m(mm)模数螺纹的导程为：Lm=km(mm)（k螺纹的头数）模数螺纹的标准模数m也是分段等差数列。车削时的传动路线与车削米制螺纹的传动路线基本相同。由于模数螺纹的螺距中含有因子，因此车削模数螺纹时所用的挂轮为,运动平衡式为：式中 化简后得 只要变换u基和u倍，就可车削各种不同模数的螺纹。,CA6140型车床模数螺纹表(k=1时，m/mm),)车削径节螺纹 径节螺纹主要用于同英制蜗轮相配合，即为英制蜗杆。其标准参数为径节，用DP表示，其定义为：对于英制蜗轮，将其总齿数折算到每一英寸分度圆直径上所得的齿数值，称为径节。根据径节的定义可得蜗轮齿距为：式中 z蜗轮的齿数，D蜗
11、轮的分度圆直径（in）。只有英制蜗杆的轴向齿距PDP与蜗轮齿距/DP相等才能正确啮合，而径节制螺纹的导程为英制蜗杆的轴向齿距为：标准径节的数列也是分段等差数列。,车削径节螺纹时，可采用英制螺纹的传动路线，但挂轮需换为：运动平衡式:化简得：变换u基和u倍可得常用的24种径节螺纹。,CA6140型车床径节螺纹表(k=1时，a/牙.in-1),)车削非标准螺纹和精密螺纹 所谓非标准螺纹是指利用上述传动路线无法得到的螺纹。传动路线：离合器M3、M4和M5全部啮合，被加工螺纹的导程L工依靠调整挂轮的传动比u挂来实现。运动平衡式：换置公式：由于传动链短，误差小，若选择高精度的齿轮作挂轮，则可加工精密螺纹。
12、,纵向和横向进给传动链 机动进给传动链主要是用来加工圆柱面和端面，为了减少螺纹传动链丝杠及开合螺母磨损，保证螺纹传动链的精度，机动进给是由光杠经溜扳箱传动的。a)纵向机动进给传动链 两末端件：主轴1r-刀架f(mm)运动平衡式：,化简后得：正常螺距的米制螺纹加工路线得到进给量（32种）正常螺距的英制螺纹加工路线得到进给量（8种）扩大螺距的米螺纹加工路线得到进给量（8种）扩大螺距英制螺纹加工路线得到进给量1.71-6.33mm/r(16种）,b)横向机动进给传动链-M6-I-M8-II-M7-(横）当横向机动进给与纵向进给的传动路线一致时，2f横=f纵，横向与纵向进给量的种数相同（64种）。,C
13、)刀架快速移动 为了缩短辅助时间，提高生产效率，CA6140型卧式车床的刀架可实现快速机动移动。刀架的纵向和横向快速移动由快速移动电动机(P=0.25kw，n=1360rmin)传动，经齿轮副18/24使轴高速转动，再经蜗轮蜗杆副4/29、溜板箱内的转换机构，使刀架实现纵向或横向的快速移动。快移方向由溜板箱中双向离合器M6和M7控制。传动路线表达式为:刀架快速纵向右移的速度,车床主传动系统图,分析图示的传动系统，写出传动路线表达式；求主轴的转速级数；计算主轴的最高、最低转速,CA6140型卧式车床的主要结构,1主轴箱 主轴箱是车床的主要部件，其主要功能是支承主轴，实现其开、停、换向、制动和变速
14、，把进给运动从主轴传向进给系统。a)卸荷带轮 把径向载荷卸给箱体，即避免因V型带的拉力而使轴产生弯曲变形，提高了传动的平稳性。卸荷路径：F径向（带轮2）螺钉花键套1深沟球轴承法兰3箱体4 b)双向多片式摩擦离合器、制动器及其操纵机构 摩擦离合器除传递运动和动力，使主轴实现正、反转、停车外，还能起过载保险装置的作用。,CA6140型卧式主轴箱展开图,CA6140型卧式车床主轴箱侧面图,主轴箱的向视图,主轴箱的剖面图,摩擦离合器与制动器,双向片式摩擦离合器机构(CA6140)1双联齿轮 2外摩擦片 3内摩擦片 4a、4b螺母5圆销 6弹簧销 7拉杆 8滑套 9销轴10羊角形摆块、11、12止推片
15、13齿轮 14压套,c)主轴组件 主轴是主轴箱中的主要组成部分，主轴、主轴上齿轮、轴承等一系列零件组成主轴组件。,主轴前端短锥法兰式结构1螺钉 2锁紧盘 3主轴 4卡盘座 5螺栓 6螺母,变速操纵机构示意图(CA6140)1双联齿轮 2三联齿轮 3拨叉 4拨销 5曲轴 6盘形凸轮7轴 8链条 9变速手柄 10圆销 11杠杆 12拨叉、传动轴,d)变速操纵机构,2进给箱 进给箱的功用是变换被加工螺纹的种类和导程，以及获得所需的各种机动进给量。进给箱由以下几部分组成：变换螺纹导程和进给量的变速机构（包括基本组1和增倍组2）、变换螺纹种类的移换机构4、丝杠和光杠的转换机构3以及操纵机构等。,CA61
16、40型卧式车床进给箱,3溜板箱 溜板箱的功用是将丝杆或光杆传来的旋转运动变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向、机床过载保护，手动操纵刀架移动和实现快速移动。它主要由双向牙嵌式离合器，纵、横向机动进给和快速移动的操纵机构，开合螺母及其操纵机构，互锁机构，超越离合器和安全离合器等组成。,超越离合器1、8弹簧2离合器右半部3离合器左半部4星形体5外环6圆柱滚子7柱销,安全离合器的工作原理图a)正常机动进给b)过载时推开离合器右半部c)传动链断开1弹簧2离合器右半部3离合器左半部,溜板箱操纵机构立体图,互锁机构的工作原理图,第三节 其他车床简介,一.车床自动化的发展 普通卧式车床
17、的优点：使用范围广，灵活性大。普通卧式车床的局限性：能安装的刀具较少，自动化程度低，只适用于单件小批生产和修理车间。由于普通卧式车床的辅助运动主要靠工人操纵，当加工形状比较复杂，特别是带有内外螺纹的工件时，工人必须多次装卸刀具，移动尾座以及频繁对刀、试切和测量尺寸等，生产率低。计算机数控砖塔车床正是随着车床自动化和柔性化的需要而发展起来的。,转塔车床与卧式车床在结构上最主要的区别是，它没有尾座和丝杠，而在尾座的位置安装一个可纵向移动的多工位刀架，刀架上安装多把刀具。它具有一个可绕垂直轴线转位的六角转塔刀架，在六个面上各可安装一把或一组刀具，通常，转塔刀架由溜板箱驱动，只能作纵向进给运动，用于车
18、削内外圆柱面、钻、扩，铰孔及攻螺纹和套螺纹等。转塔车床还有一个前刀架，这个刀架既可以在床身的导轨上作纵向进给，切削大直径的外圆柱面，还可以作横向进给加工内，外端面和沟槽。转塔刀架上还设有定程机构。主轴箱和进给箱装在机床的左部，这与卧式车床的布局相同。,CK3263B型数控转塔车床 CK3263B型计算机数控转塔车床是沈阳第三机床广在引进国内外先进技术的基础上开发的新产品，具有驱动功率大、加工精度高、适应性强和便于现代化生产管理等许多特点。该产品在我国最先通过了数控机床的可靠性考核，在数控车床产品中具有一定的代表性。CK3263B型计算机数控转塔车床综合了卧式车床、转塔车床、仿形车床和多刀半自动
19、车床的功能，是一种柔性、高效自动化的现代机床。,转塔车床的加工实例1.挡块限送料长度；2.双刀同时车外圆；3.车外圆及倒角；4.打中心孔；5.钻孔；6.套车外螺纹；7.前刀架刀切槽；8.前刀架刀倒角；9.前刀架刀滚花；10.切断刀切下工件,在转塔车床上加工时，须根据工件加工工艺过程，预先将所用的全部刀具部安装在刀架上，并根据工件加工尺寸调整好位置，同时调整好定程机构上的挡块，以控制每组刀具的行程终点位置。加工时这些刀具依次转到加工位且顺序地对工件进行加工。上图是转塔车床的加工实例。被加工毛坯为圆棒料，加工过程共分9个工步：1)送料至送料挡块，棒料夹紧后，转塔刀架退回并转位；2)钻中心孔；3)车
20、外圆、倒角及钻孔；4)钻孔；5)铰孔；6)用板牙套外螺纹；7)用前刀架上的车刀成形车削；8)用前刀架上的滚花滚子滚花；9)用前刀架上的切断刀切断。,转塔车床上加工的典型零件,二.机床的用途和运动(一)机床的用途和布局 CK3263B型计算机数控转塔车床是两坐标(x向和z向)连续控制的(CNC)车床，可完成外圆、内孔、端面、成形回转表面、车槽、倒角、内外螺纹，多头螺纹，锥螺纹等多道工序的加工，适合于精度要求较高、形状复杂的阶梯轴类，盘类和套类零件的加工。对多品种小批量或单件生产均可获得较高的技术经济效益。,机床外形如图所示。倾斜的床身5装在底座1上。床身导轨面与水平面的夹角为75，利于排屑，操作
21、，调整方便。床身导轨6镶钢淬硬，并经过精密磨削，具有较高的几何精度和精度保持性。床身左端固定有主轴箱，图中被盖板挡住，未示出，床身中部为刀架溜板4，分为两层。底层为纵向溜板，可沿床身导轨面5作纵向(z向)移动，上层为横向溜板，可沿纵向溜板的上导轨面作横向(沿床身倾斜方向，即x向)移动。刀架溜板上装有转塔刀架3，刀架具有8个工位，可装12把刀具，在加工过程中，可按照零件加工程序，自动转位，将所需的刀具转到加工位置。,CK3263B型数控车床外形图,(二)机床的运动1.表面成形运动 数控车床的表面成形运动与卧式车床相同，但在传动联系上却有明显的区别。其传动原理图如下图所示。,数控车床的螺纹链和进给
22、链,在数控车床上，主轴的旋转运动B1、刀架的纵向移动A2和横向移动A3用主轴脉冲发生器P联系起来，这种联系不是机械联系，而是电（脉冲）联系，依靠这种联系可以实现两坐标（Z轴和X轴，即A2和A3）联动。(1)工件的旋转运动 这是数控车床的主运动，运动由主电动机，经定比与变化传动机构传至主轴，使工件获得旋转运动B1。车削普通表面时，工件的旋转运动是一个简单的成形运动，车削螺纹时，工件旋转运动是复合成形运动的一个组成部分，它和刀架的移动共同形成螺旋线。,(2)刀架的移动 主轴旋转时，通过定比传动使主轴脉冲发生器发出脉冲信号，这种脉冲经过数控装置处理后，可分别驱动纵向或横向伺服电动机M1和M2，从而使
23、刀架实现纵向移动A2和横向移动A3。(二)辅助运动 CK3263B型计算机数控转塔车床是高度自动化的机床，除装卸工件外，一切辅助运动都由机床本身完成。切入运动，快进和快退运动由伺服电动机完成。转塔刀架转位（换刀）动作由液压机驱动。,三.机床的传动系统,CK3263B型数控车床传动系统图1、2、3联轴器4柱销5回转轮6转塔头7凸轮,(一)主运动传动链 主运动传动链的功用是把动源（主电机）的运动及动力传递给主轴，使主轴带动工件旋转，并满足数控车床变速和换向的要求。1.传动路线表达式,2.主轴变速范围和转速值 从电动机至轴III的机械传动比有4种：,当传动比为u1时，通过电机无级调速，使主轴得第一档
24、的变速范围，其最低转速为：第一档的最高转速为：主轴第一档的变速范围为：同理可得其余各档的主轴最低、最高转速及其变化范围：,在上述各档变速范围内，机床可进行恒速切削。机床主轴总的转速变化范围是n=201500r/min，在此范围内主轴无级调速。当改变主电机旋转方向时，可以得到相同的主轴正反转速。(二)进给传动链 进给传动链的功用是实现刀具纵向或横向移动。主轴旋转时，运动通过齿轮副79/79传至轴，使装在轴左端的主轴脉冲发生器(P)发出脉冲信号。主轴脉冲发生器每转发出两组脉冲，一组脉冲为每转1024个脉冲，另一组脉冲为每转1个脉冲。第一组脉冲(1024个）通过微机(数控裴置)处理，按数控程序所规定
25、的进给量要求可以均匀地取出F(进给量）个脉冲，然后发出进给指令分别输送给纵向伺服电机或横向伺服电机，从而驱动纵向电机，或横向电机。,纵向伺服电机的旋转运动通过联轴器1传给纵向滚珠丝杠V，使力架纵向移动，横向伺服电机的旋转运动通过联轴器2传绐横向滚珠丝杠VI，使刀架横向移动。纵向移动和横向移动的距离和速度是按照零件加工程序的规定由微机控制的。脉冲发生器发出的另一组脉冲是每转一个脉冲，称为同步脉冲。在螺纹加工中，同步脉冲极为重要。因为在螺纹加工中，螺纹必须经过多次重复车削，为了保证每次走刀时在螺纹同一切削点加工，数控装置必须控制螺纹车刀的切削相位，这样就不会产生螺纹“乱扣”的现象。同步脉冲是保证螺
26、纹加工中不“乱扣”的唯一控制信号。,(三)转塔刀架传动链 这条传动链的功用是驱动八工位的转塔刀架回转，完成换刀动作。动力源是液压马达Y，它通过联轴器3带动凸轮轴，轴上装有圆柱凸轮7。凸轮转动时，它拨动回转轮5上的柱销4，使回转轮5、中心轴和转塔头6旋转。转塔头转动的角度是按照零件加工程序的要求由微机发出指令控制的。,四.机床主要部件的结构,(一)主轴箱 由于数控车床用电动机无级调速，所以它的主轴箱结构比卧式车床简单得多。下图是CK3263B型数控车床主轴箱的展开图。,CK3263B型数控车床主轴箱展开图1调整螺母2承受轴向力前轴承3垫片4承受径向力前轴承5后轴承,1.主轴组件 主轴及其轴承是主
27、轴箱最重要的部分。加工时工件夹持在主轴上，并由它直接带动旋转，作表面成形运动。主轴的旋转精度、刚度和抗振性对工件的加工精度和表面质量有直接影响。2.主轴变档操纵 通过变换两个双联滑移齿轮在轴上的位置，可以实现主轴的4档机械变速。滑移齿轮用液压缸推动。变档过程是自动操纵的。主电机接到变档指令后低速摇摆，以便于齿轮啮合。当滑移齿轮在液压缸的推动下啮合后压上行程开关，命令电机停止摇摆，并启动主轴运转。3.主轴脉冲发生器 数控车床的主运动链和进给运动链分别有独立的动源，二者之间用主轴脉冲发生器 联系起来。,主轴脉冲发生器示意图,主轴左端的齿轮79与轴IV上的齿轮79处于经常啮合的状态，主轴的旋转运动1
28、：1的传给轴IV，从而使轴IV左端的主轴脉冲发生器P发出一系列脉冲。主轴脉冲发生器中有一个光栅盘3，在盘的边缘有间距相等的明暗条纹，一般为1024条。由光源1发出一束散射光，经透镜聚焦成一束平行光线，射向光栅盘。当光栅盘随轴IV一起转动时，每转过一个条纹就发生一次光线的明暗变化，在光栅盘的另一面就产生明暗光带，这光带通过光栅板4射在对应的光敏元件5上就产生电信号的强弱变化，对它进行整形、放大和微分处理后，得到脉冲输出信号。主轴每一转，脉冲发生器发出1024个脉冲。在光栅盘3上，除边缘有1024条明暗条纹外，在其内侧还有一个条纹，用来产生同步脉冲信号。,(二)转塔刀架 转塔刀架是数控车床的关键部
29、件之一，它的精度与可靠性对数控车床有着至关重要的影响。数控车床的转塔刀架具有自动选择刀具的性能，技术上要求重复转位精度高刚性好、可靠性高。为了满足换刀的需要，数控转塔刀架需要实现升起、转位，定位、落下和夹紧等动作，并在数控装置的控制下实现这些动作。下图是CK3263B型数控车床转塔刀架的结构简图，刀架的升起、转位、夹紧等动作都由液压驱动。当数控装置发出换刀信号以后，液压油进入液压缸5的上腔，由于活塞17紧固在座体15上，活塞与座体部是固定不动的，因而液压缸5上移，推动盖盘3并带动回转头6抬起，上鼠齿盘7紧固在回转头6上。,当上鼠齿盘7与下鼠齿盘8完全脱开时，开关1动作，发出转位信号。这时液压马
30、达9旋转，驱动凸轮轴12、圆柱凸轮13旋转，凸轮曲线槽拨动柱销14，从而驱动回转轮1、中心轴4，盖盘3，回转头6转动。当刀架转至新的预选工位时，回转头上的拨块2压合均布的固定开关20，液压马达立即停止转动。转塔靠凸轮的直线部分进行粗定位，随后液压缸5的上腔回油，液压油进入液压缸的下腔，液压缸5、回转头6下移，上鼠齿盘7落下，与下鼠齿盘8啮合，完成精定位。靠液压缸压紧力压紧。此时开关l动作，发出转位结束信号，转塔转位过程结束。转塔转位时，由滚针10和18承受径向力，止推轴承16和19承受轴向力。该转塔刀架可正反向旋转，自动选择最近的回转路程，缩短辅助时间。由于鼠齿盘的制造与装配质量较高，因而转位的分度精度高。这种结构提高了转塔刀架工作的可靠性。,CK3263B型数控车床转塔刀架的结构简图1开关2拨块3盖盘4中心轴5液压缸6回转头7上鼠齿盘8下鼠齿盘9液压马达10、18滚针11回转轮12凸轮轴13圆柱凸轮14柱销15座体16、19推力轴承17活塞20固定开关,
