机械加工设备课件第一章综述

1、第一章第一章 机床传动分析机床传动分析Analysis of machine tool transmission 1动力源动力源 为了驱动机床的执行件，实现机床的运动，需有动力为了驱动机床的执行件，实现机床的运动，需有动力源。如各种电机、液压马达等。源。如各种电机、液压马达等。 2传动件传动件 将运动源的动力和运动按要求传递给执行件所使用的将运动源的动力和运动按要求传递给执行件所使用的传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、胶带轮、丝杆、传递动力和运动的零件。如齿轮、链轮、胶带轮、丝杆、螺母等。除了机械传动件以外，还有液压传动和电气传动螺母等。除了机械传动件以外，还有液压传动和电气传动元件等元件等

2、 3执行件执行件 直接夹持刀具或工件并实现其运动的零、部件。如主直接夹持刀具或工件并实现其运动的零、部件。如主轴、刀架、工作台等，它是传递运动的末端件。轴、刀架、工作台等，它是传递运动的末端件。 传动系统组成传动系统组成 第一节第一节 CA6140卧式车床传动分析卧式车床传动分析 传动系统传动系统(Transmission System) 为了使执行件运动，由动力源和各种传动元件、执行为了使执行件运动，由动力源和各种传动元件、执行件等组成的系统。件等组成的系统。 传动链传动链(Transmission Chain) 用来实现某个运动的一条连贯的传动环节。或：用各用来实现某个运动的一条连贯的传动

3、环节。或：用各种传动元件将动力源与执行件或执行件与执行件连接起来，种传动元件将动力源与执行件或执行件与执行件连接起来，以实现传递运动和动力的传动系统。以实现传递运动和动力的传动系统。 端件端件(Ends) 传动链的两端（动力源或执行件）称之为传动链的两传动链的两端（动力源或执行件）称之为传动链的两端件。端件。 一、传动系统图一、传动系统图传动系统图传动系统图(Transmission System Chart)：是表达机：是表达机 床全部运动、传动关系的示意图。它重点表示传动关床全部运动、传动关系的示意图。它重点表示传动关 系，而不表示各元件的实际尺寸和位置。系，而不表示各元件的实际尺寸和位置

4、。绘图要求绘图要求（1）尽量画在一个能够反映机床外形和各主要部件相互）尽量画在一个能够反映机床外形和各主要部件相互外的投影平面内，且不出格。外的投影平面内，且不出格。（2）各传动元件按运动传递的先后顺序以展开图的形式）各传动元件按运动传递的先后顺序以展开图的形式画出。画出。（3）在图上应该标注一些数据，包括：齿轮、蜗轮齿数；）在图上应该标注一些数据，包括：齿轮、蜗轮齿数；皮带轮直径；丝杠螺距及头数；电动机功率及转速；传动皮带轮直径；丝杠螺距及头数；电动机功率及转速；传动轴编号；齿轮模数等。轴编号；齿轮模数等。（4）有相互传动关系的一对传动副，在图示无法表达相）有相互传动关系的一对传动副，在图示

5、无法表达相互啮合时，可用虚线或大括号加以联接。互啮合时，可用虚线或大括号加以联接。（5）轴用加粗实线、传动元件用粗实线、轮廓线用细实）轴用加粗实线、传动元件用粗实线、轮廓线用细实线画出。线画出。（6）各传动元件的表示方法按）各传动元件的表示方法按GB规定来画。规定来画。 二、二、CA6140普通车床主运动传动链分析普通车床主运动传动链分析 1.传动链两端件传动链两端件 主电动机主电动机主轴主轴 2.传动路线传动路线传动路线：从传动链一个端件到另一个端件所经过的路线。传动路线：从传动链一个端件到另一个端件所经过的路线。传动路线表达式：用简单的符号来表达传动路线的式子。传动路线表达式：用简单的符号

6、来表达传动路线的式子。 3.计算位移计算位移计算位移：传动链两端件之间的运动关系计算位移：传动链两端件之间的运动关系 。n电电 n主主 (r.p.m) 转速级数及转速值计算：转速级数及转速值计算： Z=pa.pb.pc.pd+pa.pb=2322+23=30 n主主=n电电(1-) u电电-主主式中：式中：皮带打滑系数；皮带打滑系数；u电电-主主电机到主轴的传动比。电机到主轴的传动比。 温馨提示温馨提示（2）由由及及的两个不同传动路线；的两个不同传动路线；（3）高转速段、低转速段的由来。）高转速段、低转速段的由来。 高速：高速： n主主=4501400 r.p.m 6级级 低速：低速： n主主

7、=10500 r.p.m 18级级（1）M1的正、反、停作用；的正、反、停作用；分析传动链分析传动链的方法的方法抓两头、连中间抓两头、连中间找关系、算结果找关系、算结果三、三、CA6140普通车床进给运动传动链分析普通车床进给运动传动链分析 1.传动链两端件传动链两端件 主轴（工件）主轴（工件）刀架刀架 2.连中间连中间（主轴）（主轴）挂轮挂轮进给箱进给箱丝杠丝杠光杠光杠 3.车削螺纹传动链车削螺纹传动链四种螺纹简介四种螺纹简介公制螺纹（公制螺纹（Metric Thread): 公制螺纹的特征参数是螺距公制螺纹的特征参数是螺距 T，标准规定，标准规定T值是按分段等差数列排列。值是按分段等差数列

8、排列。英制螺纹（英制螺纹（British System Thread): 英制螺纹的特征参数英制螺纹的特征参数 是以每英寸长度上的牙数值是以每英寸长度上的牙数值a来表示的，标准规定来表示的，标准规定a值值 是按分段等差数列排列。其转换为螺距为：是按分段等差数列排列。其转换为螺距为：由此可见，由此可见， T a为近似分段调和数列。为近似分段调和数列。T a=1/ a 英寸英寸=25.4/ a 毫米毫米模数螺纹（模数螺纹（Metric Worm）：模数螺纹是公制的蜗杆，其）：模数螺纹是公制的蜗杆，其 特征参数为蜗轮的模数特征参数为蜗轮的模数m。m为分段等差数列。为分段等差数列。T m=. m由此可

9、见，由此可见， T m亦为分段等差数列。亦为分段等差数列。TDP=t杆杆=t轮轮=/DP英寸英寸=25.4/DP 毫米毫米 由此可见，由此可见， TDP亦为分段调和数列。亦为分段调和数列。径节螺纹（径节螺纹（Diameter Pitch or British System Worm)：径节：径节 螺纹即为英制蜗杆，其特征参数为径节螺纹即为英制蜗杆，其特征参数为径节DP，DP值是值是 按分段等差数列排列的。径节螺纹的螺距按分段等差数列排列的。径节螺纹的螺距TDP为：为：四种螺纹比较四种螺纹比较（1）车削公制螺纹）车削公制螺纹 计算位移计算位移 主轴主轴1转转刀架移动刀架移动S=KT a. 每一种

10、螺纹的特征参数每一种螺纹的特征参数T、a、m、DP均为分段等差数均为分段等差数列；列； b. 英制较公制多出英制较公制多出25.4公因子；公因子； c. 蜗杆较螺纹多出蜗杆较螺纹多出公因子；公因子； d. 螺纹螺距螺纹螺距Ta、TDP为分段调和数列。为分段调和数列。对上式整理之得：对上式整理之得：S=KT=1S=KT=158/5858/5833/3333/3363/10063/100100/75100/7525/3625/36U U基基 25/3625/36U U倍倍1212运动平衡方程式：运动平衡方程式：S=KT=7U基基U倍倍 代入不同的代入不同的U基和基和U倍就可以得到倍就可以得到CA6

11、140普通车床车普通车床车削公制螺纹螺距表。从表中可以看出，此时机床能切削的削公制螺纹螺距表。从表中可以看出，此时机床能切削的螺纹最大螺距为螺纹最大螺距为12毫米。毫米。 若切削螺距大于若切削螺距大于12的螺纹，就需要采用扩大螺距传动的螺纹，就需要采用扩大螺距传动路线路线。方法方法改变改变-间的传动比，使原来的间的传动比，使原来的U U-=11=11此时，扩大路线传动比此时，扩大路线传动比 U为：为：（2）切削英制螺纹）切削英制螺纹英制与公制螺纹的区别英制与公制螺纹的区别螺距螺距Ta为调和数列为调和数列需要在需要在Ta中增加常数中增加常数25.4传动路线调整传动路线调整 将公制螺纹传动中的基本

12、组传动的主从动关系改变，将公制螺纹传动中的基本组传动的主从动关系改变，使使U基变为基变为1/U基，同时，利用传动路线传动比的改变，基，同时，利用传动路线传动比的改变，增加常数因子增加常数因子25.4。（3）切削模数螺纹）切削模数螺纹实现实现 将公制路线中的挂轮改变，即由将公制路线中的挂轮改变，即由63/100100/75换成换成64/100100/97。（4）切削非标准螺纹）切削非标准螺纹(Non-Standard Thread)实现实现 不经过进给箱中的变速组而直接通过内齿离合器不经过进给箱中的变速组而直接通过内齿离合器M3、M4、M5接合将运动直接传动丝杠，利用改变挂轮来保证接合将运动直接

13、传动丝杠，利用改变挂轮来保证非标准螺纹的螺距。非标准螺纹的螺距。4.机动进给传动路线机动进给传动路线传动顺序：主轴传动顺序：主轴进给箱进给箱光杠光杠溜扮箱溜扮箱刀架刀架5.刀架快速移动传动路线刀架快速移动传动路线 (Rapid Transmit)目的：减轻工人的劳动强度，缩短辅助时间。目的：减轻工人的劳动强度，缩短辅助时间。实现：采用快移电机实现：采用快移电机传动路线：快移电机传动路线：快移电机-18/24-4/29-18/24-4/29-刀架刀架- -快移快移问题问题 启动快移电机而不切断正常的机动进给传动路线，则启动快移电机而不切断正常的机动进给传动路线，则快移电机和机动进给两个不同运动会

14、同时输入给同一个传快移电机和机动进给两个不同运动会同时输入给同一个传动元件动元件轴，从而造成运动干涉。轴，从而造成运动干涉。解决办法：在解决办法：在左端安装超越离合器。左端安装超越离合器。 （Overrunning Clutch)第二节第二节 CA6140卧式车床的典型机构卧式车床的典型机构一、双向多片式摩擦离合器一、双向多片式摩擦离合器1.离合器的组成离合器的组成 2.动作原理动作原理 3.离合器搭合与刹车离合器搭合与刹车 二、二、-轴上滑移齿轮操纵机构轴上滑移齿轮操纵机构1.机构组成机构组成 2.动作原理动作原理 3.滑移齿轮位置的实现滑移齿轮位置的实现 三、基本组变速操纵机构（梅花手柄）

15、三、基本组变速操纵机构（梅花手柄） 1.操纵控制要求操纵控制要求 （1）每个滑移齿轮应有左、中、右三个位置；）每个滑移齿轮应有左、中、右三个位置； （2）在每一时刻，只允许有一个滑移齿轮处于啮合位置。）在每一时刻，只允许有一个滑移齿轮处于啮合位置。 2.机构组成机构组成 3.动作原理动作原理 四、纵、横向机动进给操纵机构四、纵、横向机动进给操纵机构1.机构组成机构组成 2.动作原理动作原理 3.刀架快移刀架快移 五、开合螺母操纵机构五、开合螺母操纵机构1.机构组成机构组成 2.动作原理动作原理 3.调整调整 六、互锁机构六、互锁机构1.机构组成机构组成 2.动作原理动作原理 （1）纵横向机动进

16、给与开合螺母的互锁）纵横向机动进给与开合螺母的互锁（2）开合螺母与机动进给的互锁）开合螺母与机动进给的互锁 （3）纵横向机动进给间的互锁）纵横向机动进给间的互锁 第三节第三节 机床运动分析机床运动分析 Motion Analysis of Machine Tool一、机床的运动一、机床的运动机床上机床上的运动的运动表面成形运动（表面成形运动（Surface Formative Motion)辅助运动辅助运动 (Auxiliary Motion)1.表面成形运动：直接参与切削过程，在工件上形成一定表面成形运动：直接参与切削过程，在工件上形成一定 几何形状表面的刀具与工件之间的相对运动。几何形状表

17、面的刀具与工件之间的相对运动。表面成形运动表面成形运动主运动主运动 (Cutting Motion)进给运动进给运动 (Feed Motion) 2.辅助运动辅助运动（1）切入运动：保证被加工表面得到需要的尺寸所需要）切入运动：保证被加工表面得到需要的尺寸所需要的运动。一般不参与切削，有时参与，视为进给运动）的运动。一般不参与切削，有时参与，视为进给运动）（2）分度运动：逐一加工许多相同的局部表面时，工件）分度运动：逐一加工许多相同的局部表面时，工件周期换位所需要的运动。周期换位所需要的运动。（3）操纵及控制运动）操纵及控制运动（4）空行程运动）空行程运动二、工件表面的形成二、工件表面的形成

18、零件是组成机器设备的最小单元，而这些零件本零件是组成机器设备的最小单元，而这些零件本身往往是由具有一定形状的几何图形（表面）组成，身往往是由具有一定形状的几何图形（表面）组成，因此，从几何学角度看，每一个表面都是由一条线因此，从几何学角度看，每一个表面都是由一条线（母线（母线 Generatrix)沿着另一条线（导线沿着另一条线（导线 Directrix)运动的空间轨迹。这些线称之为表面的发生线（简运动的空间轨迹。这些线称之为表面的发生线（简称生线称生线 Generating Lines)。 1.生线的形成方法及所需要的表面成形运动生线的形成方法及所需要的表面成形运动 切削刃：刀具切削部位与生

19、线接触的形状。切削刃：刀具切削部位与生线接触的形状。（1）轨迹法（）轨迹法（Tracing Method)要点要点切削刃为一点，该点的运动轨迹即为所要形成的生线切削刃为一点，该点的运动轨迹即为所要形成的生线轨迹法形成一条生线需要一个表面成形运动轨迹法形成一条生线需要一个表面成形运动结论结论 （2）成形法（）成形法（Forming Method）要点要点切削刃为一条与所要形成生线形状相一致的线切削刃为一条与所要形成生线形状相一致的线结论结论成形法形成一条生线不需要表面成形运动成形法形成一条生线不需要表面成形运动（3）相切法（）相切法（Tangent Method）要点要点切削刃为一点，该点是回转

20、刀具上的点，切削刃为一点，该点是回转刀具上的点，刀具的回转中心按一定轨迹运动刀具的回转中心按一定轨迹运动结论结论相切法形成一条生线需要两个表面成形运动相切法形成一条生线需要两个表面成形运动（4）展成法（）展成法（Generating Method）要点要点切削刃为一条与所要形成的生线形状不一致的线（切削线）切削刃为一条与所要形成的生线形状不一致的线（切削线）生线是切削线在切削过程中连续位置的包络线生线是切削线在切削过程中连续位置的包络线展成法形成一条生线需要一个表面成形运动展成法形成一条生线需要一个表面成形运动结论结论简单成形运动：表面成形运动的运动形式为直线或圆运动。简单成形运动：表面成形运

21、动的运动形式为直线或圆运动。复合成形运动：成形运动是由两个或两个以上的直线或圆复合成形运动：成形运动是由两个或两个以上的直线或圆 运动复合而成。运动复合而成。内联系传动链：传动链两端件之间传动比要求严格的传动内联系传动链：传动链两端件之间传动比要求严格的传动 链。链。外联系传动链：传动链两端件之间传动比要求不严格的传外联系传动链：传动链两端件之间传动比要求不严格的传 动链。动链。2.工件表面形成所需要的表面成形运动工件表面形成所需要的表面成形运动工件表面成形所需要的表面成形运动个数原则上工件表面成形所需要的表面成形运动个数原则上等于形成每条生线所需运动个数之和。等于形成每条生线所需运动个数之和

22、。例例1.在车床上用车刀加工外圆在车床上用车刀加工外圆母线母线圆，轨迹法，需要圆，轨迹法，需要1个表面成形运动；个表面成形运动；导线导线直线，轨迹法，需要直线，轨迹法，需要1个表面成形运动；个表面成形运动；结论结论用车刀在车床上加工外圆需要用车刀在车床上加工外圆需要2个表面成形运动。个表面成形运动。例例2.在车床上用螺纹车刀加工螺纹在车床上用螺纹车刀加工螺纹母线母线三角形线，成形法，不需要表面成形运动；三角形线，成形法，不需要表面成形运动；导线导线螺旋线，轨迹法，需要螺旋线，轨迹法，需要1个表面成形运动；个表面成形运动；结论结论用螺纹车刀在车床上加工螺纹需要用螺纹车刀在车床上加工螺纹需要1个表面成形运动。个表面成形运动。 三、机床传动原理图三、机床传动原理图 Transmitting Schematic Diagram of Machine Tool 1.传动原理图：用一些简明的符号将机床表面成形运动传传动原理图：用一些简明的符号