第二章 机床运动分析

1、第二章第二章 机床的运动分析机床的运动分析表面表面-运动运动-传动传动-机构机构-调整调整第一节第一节 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法 一、被加工工件的表面形状一、被加工工件的表面形状工件表面是由几个表面元素组成的。这些表面元素是：工件表面是由几个表面元素组成的。这些表面元素是：a)平面，平面，b)直线成形表面，直线成形表面，c)圆柱面，圆柱面，d)圆锥面，圆锥面，e)球球面，面，f)圆环面，圆环面，g)螺旋面螺旋面.图2-2 组成工件轮廓的几种几何表面 二二、工件加工表面的形成方法、工件加工表面的形成方法 任何表面都可以看作是一条线（任何表面都可以看作是一条线（称为母线

2、称为母线）沿着）沿着另一条线（另一条线（称为导线称为导线）运动的轨迹。母线和导线统称）运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的为形成表面的发生线发生线。 有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。始位置不同，也可形成不同的表面。图图2-3 2-3 母线原始位置变化时形成的表面母线原始位置变化时形成的表面母线与导线可以互换的表面为母线与导线可以互换的表面为可逆表面可逆表面；母线与导线不可以互换的表面为母线与导线不可以互换的表面为不可逆表面不可逆表面。三、发生线的形成方法三、发生线的形成方法 （一）切削刃的形状与发生线的关系（

3、一）切削刃的形状与发生线的关系 发生线是由刀具的切削刃与工件间的相互运动得到的，所发生线是由刀具的切削刃与工件间的相互运动得到的，所以工件表面的成形与刀具切削刃的形状有着极其密切的关系。以工件表面的成形与刀具切削刃的形状有着极其密切的关系。切削刃的形状是指刀刃与工件形成表面相接触部分的形状。切削刃的形状是指刀刃与工件形成表面相接触部分的形状。 切削刃与发生线的关系有三种：切削刃与发生线的关系有三种： 1 1）切削刃的形状为一）切削刃的形状为一切削点切削点，可以看作，可以看作点接触点接触。 2 2）切削刃的形状是一条）切削刃的形状是一条切削线切削线，是，是线接触线接触。 3 3）切削刃的形状是一

4、条）切削刃的形状是一条切削线切削线，但它与需要形成的发生线的，但它与需要形成的发生线的形状形状不吻合不吻合。是。是点接触点接触。（切削刃相对工件滚动。（切削刃相对工件滚动-展成运动）展成运动） （二）形成发生线的方法及所需的运动（二）形成发生线的方法及所需的运动 由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：l成形法成形法l展成法展成法l轨迹法轨迹法l相切法相切法1.1.成形法成形法：利用成型刀具对工件加工的方法。（用成形法：利用成型刀具对工件加工的方法。（用成形法形成发生线形成发生线不不需要成形运动）需要成形运动）2.2.展成法展成法：利用工件和刀具作展成切削运

5、动的加工方法。：利用工件和刀具作展成切削运动的加工方法。（用展成法形成发生线需要（用展成法形成发生线需要一个一个成形运动）成形运动）3.3.轨迹法轨迹法：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行：利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。加工的方法。 （用轨迹法形成发生线需要（用轨迹法形成发生线需要一个一个成形运成形运动）动）4.4.相切法相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。（用相切法得到的发生线，需要工的方法。（用相切法得到的发生线，需要两个两个成形运成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。）动，即刀具的

6、旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。） 第二节、机床的运动第二节、机床的运动 在机床上，为了获得所需的工件表面形状，必须使在机床上，为了获得所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。 一、表面成形运动一、表面成形运动 表面成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运表面成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。动。 图图2-7 2-7 车削外圆柱表面时的成形运动车削外圆柱表面时的成形运动 （1 1）简单成形运动简单成形运动：成形运动仅是执行件的旋转运动或直线运动。：成形运动仅是执行件的旋转运动或直线运动。 （2 2）复合成形

7、运动复合成形运动：当一个成形运动在机床上实现较困难，但可：当一个成形运动在机床上实现较困难，但可 分解为几个简单运动，则此成形运动称为复合运动。分解为几个简单运动，则此成形运动称为复合运动。 注：复合运动分解成简单运动，它们之间应注：复合运动分解成简单运动，它们之间应保持准确的传动比保持准确的传动比。1.1.成形运动的分类成形运动的分类图2-10 加工锥螺纹时的表面成形运动有的复合成形运动可以分解为三个甚至更多个部分。 2.2.零件表面成形所需的成形运动。零件表面成形所需的成形运动。 形成表面所需要的成形运动，就是形成其母线及导形成表面所需要的成形运动，就是形成其母线及导线所需要的成形运动的总

8、和。线所需要的成形运动的总和。二、辅助运动二、辅助运动 机床上除表面成形运动外，还需要辅助机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动，以实现机床的各种辅助动作。主要有：运动，以实现机床的各种辅助动作。主要有： 1.1.各种空行程运动各种空行程运动 2.2.切入运动切入运动：直接增大切削深度或进给量。：直接增大切削深度或进给量。 3.3.分度运动分度运动 4.4.操纵及控制运动操纵及控制运动。（如离合器、变速等）。（如离合器、变速等）1.1.主运动：是产生切削的运动。主运动：是产生切削的运动。 可以是可以是简单简单的成形运动，也可是的成形运动，也可是复合复合的成形运动。的成形运动。2.2.进给运动：

9、是为了维持切削得以连续的运动。进给运动：是为了维持切削得以连续的运动。 可以是可以是简单简单的成形运动，也可是的成形运动，也可是复合复合的成形运动（见图的成形运动（见图2-122-12）。 在表面成形运动中，必须在表面成形运动中，必须有而且只能有有而且只能有一个主运动一个主运动，进，进给运动则可能是一个，也可能给运动则可能是一个，也可能没有或多于一个。没有或多于一个。三、主运动和进给运动三、主运动和进给运动 成形运动按其在切削加工中的作用分成形运动按其在切削加工中的作用分为主运动和进为主运动和进给运动给运动。 一、机床的传动联系一、机床的传动联系 为实现加工过程所需的各种运动，机床必须具备以下

10、三个基为实现加工过程所需的各种运动，机床必须具备以下三个基本部分：本部分： (1)(1)执行件执行件：它们是执行运动的部件，如主轴、刀具完成旋转：它们是执行运动的部件，如主轴、刀具完成旋转或直线运动，并保持准确的运动轨迹。或直线运动，并保持准确的运动轨迹。 (2)(2)动力源动力源：它是提供动力的装置。普通机床常用三相异步交：它是提供动力的装置。普通机床常用三相异步交流电动机，数控机床常用直流或交流调速电动机或伺服电动机。流电动机，数控机床常用直流或交流调速电动机或伺服电动机。 (3)(3)传动装置传动装置：它是传递动力和运动的装置。通过它把动源的：它是传递动力和运动的装置。通过它把动源的动力

11、传递给执行件或把一个执行件的运动传递给另一个执行件。动力传递给执行件或把一个执行件的运动传递给另一个执行件。传动装置通常还包括改变传动比、改变运动方向和改变运动形式传动装置通常还包括改变传动比、改变运动方向和改变运动形式( (从旋转运动改变为直线运动从旋转运动改变为直线运动) )等机构。等机构。 动力源一传动装置一执行件或执行件一传动装置一执行件，构动力源一传动装置一执行件或执行件一传动装置一执行件，构成传动联系成传动联系。第三节第三节 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图二、机床的传动链二、机床的传动链 机床上为了得到所需要的运动，需要通机床上为了得到所需要的运动，需要通过一

12、系列的传动件把过一系列的传动件把执行件和动源执行件和动源，或者把，或者把执执行件和执行件行件和执行件联系起来，以构成传动联系。联系起来，以构成传动联系。 构成一个传动联系的一系列传动件，称为构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。传动链。 根据传动联系的性质，传动链可以区分为根据传动联系的性质，传动链可以区分为两类：两类： 外联系传动链外联系传动链 内联系传动链内联系传动链 1. 1. 外联系传动链外联系传动链 1 1） 外联系传动链联系动源外联系传动链联系动源( (如电动机如电动机) )和机床执行和机床执行件件( (如主轴、刀架和工作台等如主轴、刀架和工作台等) )，使执行件得到预定速，

13、使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。度的运动，并传递一定的动力。 2 2）外联系传动链还包括变速机构和换向）外联系传动链还包括变速机构和换向( (改变运动改变运动方向方向) )机构等。机构等。 3 3）外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表）外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。面粗糙度，不影响发生线的性质。 4 4）几条）几条外联系传动链可以有各自独立的运动源，也外联系传动链可以有各自独立的运动源，也可以几条传动链共用一个运动源。可以几条传动链共用一个运动源。 因此，外联系传动链因此，外联系传动链不要求不要求动源与执行动源与执行件间有严格的传动

14、比关系。件间有严格的传动比关系。2 2内联系传动链内联系传动链 1 1）内联系传动链联系复合运动之内的各个运动）内联系传动链联系复合运动之内的各个运动分量，因而传动链所联系的执行件之间的相对速分量，因而传动链所联系的执行件之间的相对速度度( (及相对位移量及相对位移量) )有严格的要求，用来保证运动有严格的要求，用来保证运动的轨迹。的轨迹。 2 2）由于内联系传动链本身不能提供运动，为使由于内联系传动链本身不能提供运动，为使执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。的运动传到内联系传动链上来。 内联系传动链内联系传动链不不允

15、许有传动比允许有传动比不准确不准确的传动件存在（如摩擦传动、链传动）的传动件存在（如摩擦传动、链传动） 。即内联系传动链即内联系传动链有严格有严格的传动比。的传动比。 三、传动原理图三、传动原理图 传动链包括各种传动机构，根据传动比特性可划分传动链包括各种传动机构，根据传动比特性可划分两类：两类： 定比机构定比机构：传动比固定不变的传动机构，如定比齿轮传动比固定不变的传动机构，如定比齿轮 副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等。副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等。 换置器官换置器官：可以变换传动比的传动机构，如挂轮变速可以变换传动比的传动机构，如挂轮变速 机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机机构、滑移齿轮变速

16、机构、离合器换向机 构等构等。 为了便于研究机床的传动联系，通常用一为了便于研究机床的传动联系，通常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来，些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来，这就是这就是传动原理图传动原理图。例题1卧式车床的传动原理图 1）车螺纹 形成螺旋表面复合运动（分解为B11和A12）。 两条传动链：内传动链 主轴-4-5-if-6-7-丝杠。 外传动链 电机-1-2-iv-3-4-主轴。 2）车削圆柱面 主轴的旋转和刀具的移动是两个独立的简单运动。 这时B11应改为B1而A12应改为A2 两条外传动链为： 电动机-1-2 -iv -3-4-主轴。 电动机-1-2 -iv

17、-3-4-5- if -6-7-丝杠。 如果车床仅用于车削圆柱面和端面， 不车螺纹，则原理图简化为2-15a图。 进给也可用液压传动。图2-15b。 例2 数控车床的传动原理图 第四节第四节 机床运动的调整机床运动的调整 一、运动参数及其换置器官 一个运动需要5个参数来确定。它们是：运动的起点、方向、轨迹、路程和速度。 机床运动的调整就是改变运动的5个参数，实现加工工件的需求。 换置器官：改变运动参数的机构。 换置器官可是变速箱、配换齿轮、数控系统。 （以车螺纹为例） 1）根据对机床的运动分析，确定各传动链两端的末端件。 （主轴刀架） 2）根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。 （主轴1转刀架移动f（mm） 3）根据计算位移量以及相应传动链中各个传动环节的传动比，列出运动平衡方程式。 （1（r）i1ifi2tl=f） 4）根据运动平衡方程式，导出该传动链的换置公式。 if = f / i1i2tl 以此确定进给箱中变速齿轮的传动比和挂轮架配换齿轮。 二、机床运动的调整计算 机床运动的调整计算按每一传动链分别进行，步骤如下： 三、换置器官在传动链中的位置三、换置器官在传动链中的位置 换置器官在传动链中的位置对运动的调整计算影响很大。在传动设计中，可以应用传动原理图来选择换置器