机床运动分析

第二章机床的运动分析机床的运动分析研究金属切削机床上的各种运动及其相互联系：首先，根据加工表面和刀具类型分析表面生成方法及所需的运动其次，分析实现这些运动，所需具备的传动联系、实现机构和机床运动的调整方法因此，机床运动分析过程为：“表面-运动-传动-机构-调整”运动分析的目的：利用非常简便的方法来分析、比较各种机床的传动系统，以掌握机床的运动规律，合理使用和正确设计机床的传动系统。第一节工件加工表面及其形成方法被加工工件的表面形状加工机械零件=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

被加工工件的表面形状任何表面都可以看作是一条线（母线）沿着另一条线（导线）的运动轨迹。母线和导线统称为发生线有些表面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（圆柱、圆锥、双曲面）某些表面的两条发生线可以互换，称为可逆表面机床上加工零件时，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。发生线的形成方法切削刃的形状与发生线的关系发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到切削刃的形状可划分为三种形成发生线的方法及所需运动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成形法采用成形刀具加工切削刃与所需形成的发生线完全吻合加工时刀具不需任何运动展成法（范成法）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运动——一个展成运动轨迹法用尖头车刀、刨刀等刀具加工时切削刃与被加工表面为点接触（实际是短弧线）切削刃沿发生线作轨迹运动——获得所需发生线运动——一个轨迹运动相切法

刀具——铣刀、砂轮等旋转加工刀具垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃也可看作是点,当该切削点绕着刀具轴线作旋转运动，刀具轴线按一定规律作轨迹运动发生线——切削点运动轨迹的包络线运动——刀具旋转刀具与工件之间的相对移动第二节机床的运动表面成形运动为了获得所需的表面形状，必须使刀具和工件按上一节四种方法之一完成一定的运动，称为表面成形运动是保证工件要求的表面形状的运动成形运动种类按组成情况不同可分为: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，——简单成形运动，简称简单运动例如，用尖头车刀车削圆柱面用符号A表示直线运动，用符号B表示旋转运动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，——复合成形运动，简称复合运动。例如，车床车削螺纹角标号的第一位数表示第一个运动后一位数表示第一个运动的第1、2部分零件表面成形所需要的成形运动母线和导线是形成零件表面的两条发生线，因此形成表面所需要的成形运动，就是形成其母线和导线所需要的成形运动的总和辅助运动各种空行程运动切入运动分度运动操纵及控制运动主运动与进给运动主运动由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前面接近工件，直接切除工件上的切削层，使其转变为切屑，从而形成工件新表面。主运动可能是简单的成形运动，也可能是复合的成形运动进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，可依次地或连续不断地切除切屑，并得出具有所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是步进的，也可以是连续进行的。进给运动可能是简单运动，也可能是复合运动第三节机床的传动联系和传动原理图机床或运动的三个基本部分执行件动力源传动装置传动装置把执行件和动力源或把有关的执行件联接在一起，构成传动联系执行件——执行机床运动的部件如主轴、刀架、工作台等执行件任务：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、步进电机等。

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，需通过一系列的传动件把执行件和运动源，或者把执行件和执行件之间联系起来传动链——构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件传动链中的两类传动机构：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——根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、变速箱等简单运动的实现

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运动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、工作台等的导轨保证。

外联系传动链联系运动源和执行件，使执行件获得一定速度和方向运动的传动链。机床上有几个简单运动，就需要有几条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。传动比的变化只影响生产率和表面粗糙度，不影响发生线的性质。因此，不要求动力源与执行件之间有严格的传动比关系。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（旋转的和直线的）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。内联系传动链内联系传动链——联系复合运动内部两个单元运动的传动链机床工作时，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运动源的运动传到内联系传动链上来。内联系传动链的要求有严格的传动比要求，内部必须保持严格运动关系；否则不能保证被加工表面的性质。决定着复合运动的轨迹（即发生线的形状）传动比是否准确以及由其确定的两单元运动的相对运动方向是否正确，会直接影响被加工表面的形状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。外联系传动链外联系传动链联系的是整个复合运动与外部运动源只决定成形运动的速度和方向对加工表面的形状没有直接影响传动原理图用一些简单的符号表示运动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卧式车床传动原理图：可车螺纹时仅用于车削圆柱面时的传动原理图数控车床

举例——车圆锥螺纹第四节机床的传动系统与运动的调整和计算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。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，并标明齿轮蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电机功率和转速等。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。该图只表示传动关系，不代表各传动元件的实际尺寸和空间位置。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：主运动传动链进给运动传动链(纵向、横向、斜向、螺纹进给)范成运动传动链分度运动传动链等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运动源；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

传动系统分析的一般方法找到传动链所联系的两个端件(运动源——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。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：主运动传动链：联系运动源和主轴，使主轴获得旋转主运动三条是联系运动源和工作台，使工作台获得三个方向直线进给运动的进给运动传动链。进给运动传动链三条进给运动传动链共用一个运动源和一套变速机构，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:工作台——实现纵向进给运动支承工作台的床鞍——实现横向进给运动支承床鞍的升降台——实现垂直进给运动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。主运动传动链16/3918/47电动-26/54-19/36-28/37-22/3339/26-19/71-主轴82/38转速：Z=332=18级进给传动链

18/3618/40电动机-26/44-24/64-27/27-21/37-36/1824/34-M2-40/40--M3-28/35-18/33-13/45-18/40-40/4033/37-18/16-18/18-M7-纵向进给37/33-M6-横向进给-M5-22/33-22/44-垂直进给进给速度=332=18级机床的运动计算机床的运动计算通常有两种情况：根据传动系统图提供的有关数据——确定某些执行件的运动速度或位移量；根据执行件所需的运动速度、位移量，或有关执行件之间所需保持的运动关系——确定相应传动链