第二章机床的运动分析

1、第二章机床的运动分析 第一节零件表面的形成方法一、零件表面的形状任何一个机器零件的形状都是由它的功用来确定的。图2-1组成零件轮廓的几种几何表面a)平面b)直母线成形面c)圆柱面d)圆锥面e)球面f)圆环面g)螺旋面1母线2导线图2-2机床上加工的常见工件表面的形状a)车削外圆柱面b)磨削外圆柱面c)钻削内圆柱面d)铣削平面e)刨削平面f)磨削平面g)用成形刨刀刨削成形面h)用尖头刨刀刨削成形面i)用成形铣刀铣削成形面j)用尖头车刀车削回转成形面k)用螺纹车刀车削螺纹l)用螺纹铣刀铣削螺纹二、零件表面的形成从几何学的观点看,面是线的运动轨迹。图2-5直齿圆柱齿轮齿面成形的两根生成线三、生成线的

2、形成方法及所需的运动零件表面生成线的形成过程,与所用刀具的切削刃形状有关。1)切削刃的形状为一个切削点(图2-6a),切削刃与成形表面为点接触。切削加工时,刀具1应作轨迹运动3,以形成生成线2。图2-6切削刃形状与生成线的三种关系2)切削刃的形状是一段曲线1,其轮廓(切削线)与工件生成线2完全吻合(图2-6b)。在图2-7由切削刃包络成形的渐开线齿形3)切削刃的形状是一段曲线,其轮廓(切削线)与工件生成线2不相吻合(图2-6c),为共轭关系。在切削加工时,刀具切削刃1与被形成表面相切,为点接触。工件生成线2是刀具切削刃1运动轨迹的包络线,如图2-7所示。因此,刀具与工件需要有共轭的展成运动。在

3、切削加工中,由于使用的刀具的切削刃形状和采用的加工方法不同,形成生成线的方法也不同。图2-8形成生成线的四种方法a)轨迹法b)成形法c)相切法d)展成法图2-9生成线原始位置与成形表面的关系四、零件表面成形所需的成形运动零件表面是两根生成线(母线和导线)运动的轨迹,形成零件表面的成形运动就是形成母线和导线所需运动的总和。图2-10车削成形回转表面所需的表面成形运动用螺纹车刀车削螺纹,如图2-11所示。母线与车刀的切削刃形状和螺纹轴向剖面轮廓的形状一致,故母线由成形法形成,不需要成形运动。导线为螺旋线,由轨迹法形成,需要一个成形运动。这是一个复合的成形运动,可以把它分解为工件的旋转运动B11和刀

4、具的直线移动A12。但是,B11和A12之间必须保持严格的相对运动关系。必须指出,那些既在形成母线中起作用又在形成导线中起作用的运动,实质上只是机床的一个运动。图2-12所示为滚切直齿圆柱齿轮时所需的成形运动。母线(轮齿的渐开线)是滚刀切削刃的包络线,由展成运动(B1+B2)形成。导线是沿齿长方向的直线,由相切法形成,即需滚刀旋转并作向下的直线运动(B+A)。实质上,形成导线的滚刀旋转运动B与形成母线中的滚刀旋转运动B1是同一个运动。因此,滚切直齿圆柱齿轮时共需两个运动,即展成运动B1+B2)和滚刀沿工件轴向移动的直线运动A。第二节机床的运动不同的工艺方法所要求的机床运动的类型和数量是不相同的

5、。一、表面成形运动表面成形运动(Surface formative motion,简称成形运动)是保证得到零件要求的表面形状的运动。图2-13车削外圆柱表面时的成形运动图2-14加工螺纹时的运动图2-15加工锥螺纹时的表面成形运动二、主运动和进给运动成形运动按其在切削加工中所起的作用,又可分为主运动和进给运动两类。图2-16铣削螺纹时的运动三、辅助运动机床上除表面成形运动外,还需要辅助运动(Auxiliary motion,非表面成形运动),以实现机床的各种辅助动作。四、运动的主要要素一般情况下,每一个独立的运动都有五个要素,即轨迹、速度、方向、行程和位置。图2-17运动五要素第三节机床的传动

6、一、传动的基本组成部分(1)运动源为了驱动机床的执行件而实现机床的运动,必须要有动力来源,称为运动源。二、机床的传动联系(1)传动链连接运动源和执行件或连接一执行件和另一执行件,使之保持传动联系的这一部分传动件称为传动链。图2-18工件与刀具的运动图2-19内联系传动链的封闭曲线环路图2-20外联系传动链的开放曲线环路图2-21传动原理图常用的一些示意符号a)电动机b)主轴c)车刀d)滚刀e)合成机构f)传动比可变换的换置机构g)传动比不变的机械联系h)电气联系i)脉冲发生器j)快调换置器官(数控系统)三、传动原理图在运动分析中,为了便于研究机床的运动和传动联系,常用一些简明的符号把传动原理和

7、传动路线表示出来,这就是传动原理图。四、机床的机械和非机械的传动联系在机床上的传动联系,除了用刚体传动件的机械方式来实现外,根据运动的性质,无论是内联系传动或外联系传动都可以用非机械的传动方式实现,如液压、电气、气动、光和热等方式来实现。第四节机床运动的调整一、 机床传动系统图由规定的图形符号代表真实机床的机械传动系统中的各个传动件,而绘制成的机床各条传动链的综合简图,称为机床机械传动系统图,简称为机床传动系统图。 1)传动系统图上表示了该机床所有的执行运动及其传动联系;而传动原理图则主要表示与表面成形有直接关系的运动及其传动联系。2)传动系统图具体表示了传动链中各传动件的结构形式,如轴、齿轮

8、、带轮等;而传动原理图则仅用一些简单的符号来表示运动源与执行件、执行件与执行件之间的传动联系。 表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-1机构运动简图符号(摘自GB44601984)表2-2滚动轴承图示符号(摘自GB445811984)1)了解机床工作时有几个执行件?各

9、执行件的运动及运动源是什么?2)哪些运动之间应保持传动联系?3)实现机床的运动共有几条传动链?4)分别阅读各条传动链,对每一条传动链采用“抓两端、连中间”的方法进行分析。首先,找出传动链的两端件(首端件与末端件),然后研究各传动轴间的传动结构、传动副与传动轴间的连接关系、传动副的传动比及运动的传递过程,最后确定两端件之间的运动关系。5)列出各传动链的传动路线表达式和运动平衡方程式。6)根据运动平衡方程式导出传动链调整计算的换置公式,求出执行件的运动速度、位移量或交换齿轮齿数。例如,图2-24所示简单的卧式车床传动系统的分析如下:转速图是一种在对数坐标上表示变速传动系统运动规律的格线图,又称为转

10、速分布图,简称为转速图。二、转速图图2-25简单的卧式车床主运动传动系统图及转速分布图a)传动系统图b)转速图n2=n1n3=n2=n12nz=nz-1=n1z-1 将等式两边取对数,可得:lgn2=lgn1=lgn1+lglgn3=lgn2=lgn2+lg=lgn1+2lg lgnz=lgnz-1=lgnz-1+lg=lgn1+(z-1)lg由上述分析可知,由各级转速的对数值所组成的数列为一等差数列,其公差为lg。1)传动轴数及各轴运动传递的顺序。2)变速组数及各变速组的传动副数。3)各传动副的传动比值。4)各传动轴的转速范围及转速级数。5)实现主轴各级转速的传动路线。三、传动链调整环及调整

11、计算原理(1)调整环的功用由机床传动系统图及传动路线表达式可知,在机床的每条传动链中都存在着一个可调环节,称之为调整环。表2-3常用传动副的传动比及其运动计算式表2-3常用传动副的传动比及其运动计算式1)主运动传动链调整环主运动传动链调整环用于调整主轴转速。图2-25所示的车床主运动传动链的调整环由三个双联滑移齿轮变速机构组成,因此:u-、u-、u-分别为轴-、轴-、轴-间的可变传动比。由该车床主运动传动路线表达式可推出其运动平衡方程式:D工件直径(mm)。2)车削螺纹运动传动链调整环车削螺纹运动传动链是一条内联系传动链,其调整环的作用是协调主轴与刀架两执行件的运动,以保证加工出所需要的螺纹导

12、程值。其运动联系为:主轴转一转,刀架移动导程T(mm)。根据图2-24所示的车削螺纹运动传动路线表达式,可以推导出运动平衡方程式,并导出换置公式:u交交换齿轮变速传动机构传动比,常采用复式交换齿轮,即u交=;u-、u-、u-分别为轴、轴、轴间的可变传动比。如果取u-=、u-=、u-=代入式(2-3),整理后可得:3)进给运动传动链调整环进给运动传动链是外联系传动链,用于调整机床的进给量。车削加工时,进给量的定义为:主轴转1转,刀架直线移动f(mm)。若进给传动链的最后一对传动副为齿轮齿条副时,则主轴转1转时,齿轮齿条副中齿轮的转数nZ(r)为:nZ=n主u=1主轴u则进给量f(mm/r)为:u

13、c该传动链中所有传动比不变的传动副的传动比;uf该传动链中调整环的传动比;m齿轮、齿条的模数;z齿轮齿条副中齿轮的齿数。如果进给传动链的最后一对传动副为丝杠螺母副时,其丝杠或螺母的转数ns(r)为:ns=n主u=1主轴u则进给量f(mm/r)为:Ph丝杠的导程,mm。思考题与习题2-1常见的零件表面形状是哪些?为什么?2-2零件表面形成的基本原理是什么?什么是母线、导线、生成线、可逆表面和不可逆表面?两条生成线(母线和导线)在什么情况下才可以互换?2-3生成线的形成与切削刃的形状有何关系?它有哪几种形成方法?2-4成形表面的形状取决于哪些因素?2-5举例说明什么是表面成形运动、辅助运动、主运动、进给运动?2-6试述认识机床的主要方法。为什么要分析、研究机床的运动?2-7机床运动有哪些主要要素?为什么不同的运动,其要素要有所侧重?2-8画出简图表示用下列方法加工所需表面时,需要哪些成形运动?其中哪些是简单运动?哪些是复合运动?(1)用成形车刀车削外圆锥面。2-9试分析用下述刀具加工圆柱孔时的表面成形方法和机床所需的表面成形运动。(1)用尖刃车刀或镗刀加工。2-10机床传动的基本组成部分是哪些?各部分的作用是什么?2-11什么是内联系传动链?什么是外联系传动链?其本质的区别是什么?2-12传动原理图与传动系统图有何区别