金属切削机床-第二章-机床的运动分析讲课讲稿

金属切削机床-第二章-机床的运动分析表面元素机床工作原理——

通过刀具和工件之间的相对运动切除毛坯上多余金属形成一定形状、尺寸和质量的表面以获得所需的机械零件加工机械零件实质形成零件上各个表面零件表面组成——平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面、线性表面二、工件表面的形成方法线性表面——母线沿导线运动而成机床上加工零件时，所需形状的表面是通过刀具和工件的相对运动，用刀具的刀刃切削出来的。实质——借助于一定形状的切削刃、切削刃与被加工表面之间按一定规律的相对运动，形成所需的母线和导线。母线和导线——发生线三、切削刃的形成方法切削刃形状——切削刃与工件成形面相接触部分形状为一切削线与发生线形状吻合为一切削线与发生线形状不吻合为一切削点由刀刃包络成形的渐开线齿形

由于加工方法和使用的刀具结构及其切削刃形状不同，机床上形成发生线的方法与所需运动也不同，概括起来有以下四种：轨迹法成形法相切法范成法

由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也不同，可归纳为四种：成形法利用成形刀具对工件进行加工的方法。如图所示，刀刃的切削线1，它的形状和长短与需要成形的发生线2完全重合。因此形成发生线2不需要运动。（a）（b）展成法利用工件和刀具做展成切削运动的加工方法。如图所示，刀具切削刃为切削线1与发生线2彼此做无滑动的纯滚动。发生线2，就是切削线1在切削过程中连续位置的包络线。用展成法形成发生线需要一个成形运动(展成运动)。刀具——插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀切削刃——与需要形成的发生线共轭的切削线刀具与工件按确定的运动关系作相对运动，切削刃与被加工表面相切(点接触)发生线——切削刃瞬时位置包络线轨迹法利用刀具做一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。如图所示，刀刃为切削点1，它按一定规律做直线或曲线运动，从而形成所需的发生线2。相切法利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加工的方法，如图所示。用相切法得到的发生线需要两个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律的运动。第二节机床的运动

运动直线运动——A

旋转运动——B机床加工零件↔获得所需表面↔形成一定形状的母线和导线形成母线和导线——需要刀具和工件作相对运动形成发生线，亦即形成被加工零件表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动

。成形运动数目形成某种形状表面时所需机床提供的成形运动的形式和数目，决定于采用的加工方法和刀具结构。形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目成形运动种类简单成形运动复合成形运动简单成形运动如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，称为简单成形运动，简称简单运动。例如，用尖头车刀车削圆柱面复合成形运动如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，称为复合成形运动，简称复合运动。例如，车床车削螺纹复合表面成形运动举例11）用螺纹车刀切削螺纹把螺旋运动分解成等速螺旋运动B11和等速直线运动A12，如图所示。为了得到一定导程的螺旋线，运动的两部分必须严格保持相对关系，即工件每转1转，刀具的移动量应为一个导程。复合表面成形运动举例22）用齿条刀加工齿轮产生渐开线靠展成法，需要一个复合的展成运动。这个复合运动也可分解为工件的旋转B11和刀具的直线运动A12。B11和A12是一个运动(展成运动)的两个部分，必须保持严格的运动关系。即工件每转一个齿，齿条刀应移动一个周节πm。复合表面成形运动举例33）车削圆锥螺纹

刀具相对于工件的运动轨迹为圆锥螺线，可分解为三个部分：工件的旋转运动B11，刀具纵向直线移动Al2和刀具横向直线移动Al3。它们之间需保持严格的相对运动关系，来保证锥度。成形运动举例11）用普通车刀车削外圆母线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。导线——直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动A2。表面成形运动的总数为两个——B1和A2都是简单的成形运动。成形运动举例22）用成形车刀车削成形回转表面母线——曲线，由成形法形成，不需要成形运动。导线——圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动B1。表面成形运动的总数为1个：B1，是简单的成形运动。成形运动举例33）用螺纹车刀车削螺纹母线—车刀的刀刃形状与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—螺旋线，由轨迹法形成，需要一个复合成形运动。可分解为工件旋转B11和刀具直线移动A12。B11和A12之间必须保持严格的相对运动关系。表面成形运动的总数为一个——B11Al2，是复合成形运动。成形运动举例44）齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线——渐开线，由展成法形成，需要一个复合成形运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12。B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。导线－直线，由相切法形成，需要两个简单成形运动，滚刀旋转和滚刀沿工件轴向移动A2表面成形运动的总数为两个—一个复合成形运动B11Bl2和一个简单的成形运动A2。成形运动的另一种分类法

进给运动机床上维持切削加工过程连续不断进行的运动。速度较低，消耗的功率较小。一台机床的进给运动可能有一个或几个，也可能没有。

主运动机床上形成切削速度并消耗大部分动力的运动。速度高，消耗的功率大。任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动。成形运动的作用1.表面成形运动是机床上最基本的运动，其轨迹、数目、行程和方向等，在很大程度上决定着机床的传动和结构形式。2.用不同工艺方法加工不同形状的表面，所需的表面成形运动是不同的，从而产生了各种不同类型的机床。即使是用同一种工艺方法和刀具结构加工相同表面，由于具体加工条件不同，表面成形运动在刀具和工件之间的分配也往往不同。车削圆柱面，根据工件形状、尺寸和坯料形式等具体条件不同，表面成形运动可以:工件旋转并直线移动刀具旋转和工件直线移动刀具旋转并直线移动表面成形运动在刀具和工件之间的分配情况不同，机床结构也不一样——决定了机床结构型式的多样化。辅助运动机床在加工过程中除完成成形运动外，还需完成其它一系列运动，这些与表面成形过程没有直接关系的运动，统称为辅助运动。辅助运动的作用是实现机床加工过程中所必需的各种辅助动作，为表面成形创造条件。辅助运动的种类切入运动——刀具相对工件切入一定深度，以保证工件达到要求的尺寸。分度运动——多工位工作台、刀架等的周期转位或移位，以便依次加工工件的各个表面，或依次使用不同刀具对工件进行顺序加工。调位运动——加工开始前机床有关部件的移位，以调整刀具和工件之间的正确相对位置。空行程运动——切削前后刀具或工件的快速趋近和退回运动，开车、停车、变速、变向等控制运动，装卸、夹紧、松开工件的运动等。第三节机床的传动联系和传动原理图一、机床的传动联系机床基本组成部分1.执行件2.动力源3.传动装置1)执行件

——执行机床运动的部件。如主轴、刀架、工作台等

任务：

1.装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动；2.保证其运动轨迹的准确性——旋转运动的正圆度和直线运动的直线度。2)动力源

——是为执行件提供运动和动力的装置，如交流异步电动机、直流电动机、步进电机、伺服电机3)传动装置——是传递运动和动力的装置，通过它把执行件和运动源或一个执行件与另一个执行件联系起来，使执行件获得一定速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等机械的传动装置有：皮带、齿轮、齿条、丝杠螺母等传动件，实现运动联系。二、机床的传动联系和传动链传动联系：为得到所需运动，需通过一系列传动件把执行件和动力源，或者把执行件和执行件之间联系起来。传动链：构成一传动联系的一系列顺序排列的传动件。定比传动机构——传动比和传动方向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。换置机构——据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。传动链中的两类传动机构1.传动链分类外联系传动链：动力源→执行件

内联系传动链：执行件→执行件1）外联系传动链****外联系传动链联系动力源和执行件，使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。包括变速机构和换向机构。外传动链不要求动力源→执行件有严格的传动比关系。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。

机床上有几个简单运动，就需要几条外联系传动链，每条传动链可以有各自独立的动力源，也可以几条传动链共用一个动力源。

注意：1）调整换置机构时其传动比也必须有足够的精度。2）外传动链不要求“动力源→执行件”有严格的传动比关系。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。2）内联系传动链联系复合运动内的各运动分量，因而传动链所联系的执行件之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求，用来保证运动的轨迹。机床工作时，内联系传动链所联系的两个执行件，将按照规定的运动关系作相对运动。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动力源的运动传到内联系传动链上来。

内联系传动链的要求内部必须保持严格运动关系；决定着复合运动的轨迹（即发生线的形状）；传动比是否准确及由其确定的两单元运动的相对运动方向是否正确，直接影响被加工表面形状精度；内传动链要求执行件→执行件有严格的传动比关系。传动比的变化会影响发生线的性质；不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构，如带传动、链传动等。调整内联系传动链的换置机构时，其传动比也必须有足够精度。3）简单运动的实现

简单运动——单独的旋转运动或直线运动——只需有一条传动链。将动力源与相应执行件联系起来，便可获得所需运动。运动轨迹的准确性，则靠主轴轴承与刀架、工作台、导轨等保证。4）复合运动的实现复合运动——由保持严格运动关系的几个单元运动（旋转和直线）组成——必须有传动链将实现这些单元运动的执行件联起来，使其保持确定的运动关系；此外，为使执行件获得运动，还需有一条外联系传动链。三、传动原理图通常，传功链包括各种传动机构，如带传动、定比齿轮副、齿轮齿条、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮或挂轮架以及各种电、液压的和机械无级变速机构等。在考虑传动路线时，可先撇开具体机构，把上述各种机构分成两大类：固定传动比的传动机构，简称“定比机构”和变换传动比的传动机构，简称“换置器官”。定比传动机构有定比齿轮副、丝杠螺母副以及蜗杆蜗轮副等，换置器官有变速箱、挂轮架和数控机床中的数控系统等。用一些简单的符号表示动力源与执行件及执行件与执行件之间的联系——传动原理图常见符号如下图：例一：卧式车床的传动原理图1.车削螺纹卧式车床形成螺旋表面时需要一个螺旋运动，它是一个复合运动，可分解为主轴的旋转和车刀

的纵向移动，因此有两条传动链：1)内联系传动链：主轴—4—5—if—6—7—丝杠2)外联系传动链：电动机—1—2—iv—3—4—主轴。2.车削外圆主轴的旋转和刀具的移动是两个独立的简单运动，车床应有两条外联系传动链：1）电动机—1—2—iv—3—4—主轴；2）电动机—1—2—iv—3—4—5—if—6—7—丝杠。其中：1—2—iv—3—4是公共段。与车螺纹时的差别：车螺纹时，if必须计算和调整得准确，车外圆时，if不需计算。车外圆柱面和端面时，传动原理图可表示为下图

只车削外圆柱面和端面，且进给采用液压装置的传动原理图例二：数控车床传动原理图数控车床传动链情况：1）车圆柱螺纹；2）车端面螺纹；3）车成型曲面；4）车圆锥螺纹；5）车圆柱面或端面。一、机床的传动系统实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各传动链，组成一台机床的传动系统。为便于了解和分析机床运动的传递、联系情况，常采用传动系统图。第四节机床运动的调整与计算1.传动系统图表示实现机床全部运动的传动示意图每条传动链中的具体传动机构用简单的规定符号表示，并标明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等。传动机构按运动传递或联系顺序依次排列，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。2.传动系统的传动链类型根据执行件所完成的运动的作用不同，传动系统中各传动链可以分为：

1）主运动传动链；

2）进给运动传动链；

3）展（范）成运动传动链；

4）分度运动传动链等。

3.机床传动系统的分析

根据被加工表面的形状、采用的加工方法及刀具结构形式，了解表面的成形方法和所需成形运动；根据机床布局及其工作方法，了解机床需要哪些辅助运动，实现各个运动的执行件和动力源；分析实现各运动的传动原理，即确定机床需有哪些传动链及其传动联系情况；然后根据传动系统图逐一分析各传动链。4.传动系统分析的一般方法找到传动链所联系的两个端件(动力源——执行件,或执行件——执行件)；按照运动传递或联系顺序,从一个端件向另一端件,依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系,以查明该传动链的传动路线以及变速、换向、接通和断开的工作原理。5.举例:X62W所需的成形运动和实现成形运动的传动原理。含有四条传动链：（1）主运动传动链：联系动力源和主轴，使主轴获得旋转主运动；（2）其它三条是联系动力源和工作台，使工作台获得三个方向直线进给运动的进给运动传动链。1）进给运动传动链三条进给运动传动链共用一个动力源和一套变速机构，大部分传动路线是重合的，只是在后面部分才分开，成为三个传动分支，把进给运动分传给:（a）工作台——实现纵向进给运动；（b）支承工作台的床鞍——实现横向进给运动；（c）支承床鞍的升降台——实现垂直进给运动；2）快速空行程传动链快速空行程传动链，用于传动工作台快速移动，以便快速调整工件与刀具的相对位置，以及进给前后使工件快速趋近和退回。二、运动参数及其换置器官每个独立的运动都需要5个参数来确定，运动的起点、方向、轨迹、路程和速度。由于加工对象的不同，机床上个运动件的某些运动参数便需改变。机床运动的调整，就是调整每个运动的5个参数。改变运动参数的机构称为换置器官，在传动原理图中通常用符号——棱形框表示，其旁标以,等表示换置量。用来改变运动速度的换置器官可以是变速箱、配换齿轮等，数控机床是通过数控系统来改变运动速度。例：卧式车床上车螺纹时，只需一个成形运动用于形成导线——螺旋线。5个参数的确定：运动的起点一般由操作工人控制；方向（由螺旋线的哪一头车到另一头）由主运动链中的换向机构来确定，对于右旋螺纹通常主轴正转，刀具从右向左移动；轨迹参数是螺旋线得到导程大小和它的旋向、路程和速度；速度参数由主运动传动链的换置器官的传动比来确定；行程的大小由操作工人控制三、机床的运动计算机床的运动计算通常有两种情况：（1）根据传动系统图提供的有关数据——确定某些执行件的