第一章机床的运动分析

第一章

机床的运动分析本章要点工件加工表面及形成方法；机床的运动；机床的传动联系和传动原理图；机床运动的调整；概述机床运动分析对象：机床上各种运动及其相互联系。机床运动分析的基本方法：表面—运动—传动—机构—调整运动分析的目的：利用非常简便方法分析、比较各种机床的传动系统；从掌握机床的运动规律，达到合理的使用机床和正确地设计机床的传动系统。第一节工件加工表面及其形成方法1.1被加工工件的表面形状1.2工件表面的形成方法1.3发生线的形成方法1.1被加工工件的表面形状组成工件表面的表面元素1.2工件表面的形成方法任何表面都可以看作是：一条线（称为母线）沿着另一条直线（称为导线）运动的轨迹。注意1、母线和导线——发生线2、母线起始位置不同——形成不同的表面3、可逆表面不可逆表面母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质母线和导线不可以互换1.3发生线的形成方法1.3.1切削刃的形状与发生线的关系1.3.2形成发生线的方法及所需运动1.3.1切削刃的形状与发生线的关系发生线是刀具的切削刃和工件的相对运动得到的。切削刃是指刀刃与工件成形表面样接触部分的形状一切削点一条切削线且与发生线的形状相吻合一条切削线但与发生线形状不相吻合1.3.2形成发生线的方法及所需运动成形法展成法轨迹法相切法成形法切削刃的形状与所需的发生线完全重合

如：成形车刀、成形铣刀展成法形成发生线需要一个展成运动用插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀等刀具时，切削刃是一条与需要形成的发生线共轭的切削线。切削加工时，刀具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）切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线轨迹法利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。即需要一个独立的运动，相切法利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。第二节机床的运动2.1表面成形运动2.2辅助运动2.3主运动和进给运动2.1表面成形运动2.1.1表面成形运动:保证得到工件要求的表面运动。轨迹法工件旋转B1产生母线刀具的纵向直线运动A2产生导线成形运动的种类分析:1.车削外圆的成形运动等旋转运动和直线运动最简单,也最容易得到简单成形运动2.螺纹车刀车削螺纹螺纹车刀是成形刀母线分析:导线螺旋线2.螺纹车刀车削螺纹:刀具形成螺旋线机床上最容易得到并保证精度的是旋转运动和直线运动刀具作直线运动工件作旋转运动工件转一周,刀具应移动一个导程分析:3.齿条加工齿轮产生渐开线靠展成法需要一个复合展成运动工件旋转运动齿条直线运动工件转过一个齿,齿条应移动一个周节(πm)分析:同理:车刀车削锥螺纹工件旋转刀具直线运动形成斜线纵向直线运动横向直线运动总结约定:B表示旋转运动；A表示直线运动简单成形运动:复合成形运动:成形运动种类导线和母线都由一种运动即可实现如:加工外圆时工件旋转形成母线；刀具直线移动形成导线。导线或母线由几种运动按一定运动关系共同形成如：B11A12表示运动1（下标的第一个数字）由两种运动共同完成（旋转和直线运动）复合成形运动形成的螺旋线这一个运动由工件旋转B11和刀具直线运动A12共同完成。形成的锥度螺旋线这一个运动由工件旋转B11和刀具纵向直线运动A12和刀具横向直线运动A13共同完成。复合成形运动形成的渐开线这一个运动由工件旋转B11和刀具直线运动A12共同完成。数控机床上多轴联动就是多种运动形成复合形成运动。零件表面成形所需要的成形运动例：1-1普通车刀车削外圆母线——圆，轨迹法形成——要1个成形运动B1导线——直线，轨迹法形成——要1个成形运动A1零件表面成形所需要的成形运动母线——曲线，成形法形成——不要成形运动导线——圆，轨迹法形成——要1个成形运动B1母线——曲线，成形法形成——不要成形运动导线——螺旋线，轨迹法形成

——要1个成形运动。是一个复合运动由B11和A12两个部分且二者必须保持严格运动关系。

——要1个成形运动，是一个复合运动由B12和B11两个部分且二者必须保持严格运动关系。导线——直线，相切法形成

——需要两个独立的成形运动，即滚刀旋转和滚刀沿工件轴向移动母线——渐开线，展成法形成2.1.2辅助运动种类各种空行程运动进给前后的快速运动和种调位运动切入运动用于保证被加工表面获得所需要的尺寸分度运动当加工若干完全相同的均匀分布的表面时，为使表面成形运动得以周期地连续进行的运动称为分度运动操纵及控制运动起动、停止、变速、换向、部件与工件的夹紧和松开、转达位以及自动换刀、自动测量和自动补偿等控制运动2.1.3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可分为：主运动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，使之转变为切屑，从而形成新的表面。可以是简单的成形运动也可以是复合运动进给运动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，并得出所需的几何特征的已加工表面。可以是简单的成形运动也可以是复合运动第三节机床的传动联系和传动原理图3.1机床的传动联系3.2机床的传动链3.3传动原理图3.1机床的传动联系3个部分执行件执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。作用是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定的成形运动且确保运动轨迹的准确性。

动力源为执行件提供运动和动力的装置，如交流电机、直流电机、步进电机。传动装置是传递运动和动力的装置，通过它把执行件和动力源或另一执行件联接起来，使执行件获得一定的速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。种类及本书的机械装置3.2机床的传动链3.2.1传动链的概念

通过若干传动装置，将有运动关系的两端件连接起来，使之保持一定的运动关系，就称为机床的传动链。

如：动力源（电机）－执行件（主轴）,

执行件（主轴）－执行件（刀架）

一个运动就有一条传动链3.2.2传动链的分类根据传动链的性质分：外联系传动链内联系传动链其任务只是把运动和动力传到执行件上，其传动比大小只影响加工速度和表面粗糙度。

用来连接有严格运动关系的两端件，以获得准确的加工表面形状及较高的加工精度。形成发生线时复合运动如：车削螺纹运动；滚齿时展成运动如：车外圆刀具运动；滚齿时滚刀垂直运动3.3传动原理图3.3.1传动装置本书讲的传动装置指得是：机械装置定比机构置换机构固定传动比的传动机构变换传动比的传动机构如：定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆如：变速箱、数控系统3.3传动原理图3.3.2传动原理图便于研究机床的传动联系,常用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来，这就是传动原理图。3.3.3传动原理图画法和所表示的内容1.卧式车床传动原理图可以车螺纹的车床可以车端面和外圆的车床3.3.3传动原理图画法和所表示的内容2数控床的传动原理图注：图中没主轴旋转部分3.3.4传动链中置换机构的位置主轴旋转刀具纵向和横向移动车螺纹——工件转一周，刀具进给一个导程第四节机床的运动的调整4.1运动参数及其换置机构4.2机床运动的调整4.3机床运动的调整举例4.1运动参数及其换置机构独立运动有5个参数运动的起点运动的方向运动的轨迹运动的路程运动的速度机床的运动的调整：调整这5个运动参数执行机构换置机构4.2机床运动的调整一个运动就有一条传动链步骤：一、抓两头二、连中间三、找规律明确两端件什么，以及它们的运动关系工件——刀具1rPmm根据传动链写出传动路线表达式得到此传动链的规律4.3机床运动的调整举例补充：传动系统图（3）必要数据说明：齿轮齿数、轴号等1、一个运动就有一条传动链，所有传动链的集合称为传动系统。2、认识和分析传动链需借助于机床的传动系统图3、机床的传动系统图

用规定机动示意图符号，表示传动元件，按运动传递顺序依次排列，以展开图的形式画在机床的外形轮廓内。（1）系统图上所有符号都是国标；见附录2（2）齿轮和轴连接方式不同，分为三种：固定连接；空套连接；滑移连接补充：传动系统图机床运动的调整举例以车床主轴旋转运动为例：第一步：抓两头电机——主轴1450Nr/minr/min第二步：连中间电机1450r/minIM1(左）（正转）M1(右）（反转）

IIIIIIVVM2(右移）VI（主轴）M2(左移）×车床主轴旋转运动第二步：连中间传动路线表达式电机1450r/minIM1(左）（正转）M1(右）（反转）

IIIIIIVVM2(右移）VI（主轴）M2(左移）×5051第三步：认识规律（1）通过离合器M1（双向多片摩擦离合器）实现正反转。同理计算出反转级数：Zn反＝3×（3＋1）

＝12（2）主轴转速级数

正转：理论上计算出2×3×（2×2＋1）＝30实际上：Ⅲ－Ⅳ轴传动比U1＝50/50×51/50≈1U2＝20/80×50/51≈1/4U3＝20/80×20/80＝1/16U2＝50/50×20/80＝1/4所以实际传动比只有三种即实际转速级数Zn＝2×3×（3＋1）＝24级电机1450r/minIM1(左）（正转）M1(右）（反转）

IIIIIIVVM2(右移）VI（主轴）M2(左移）×5051第三步：认识规律（3）正反转速关系Ⅱ－Ⅳ轴运动关系完全一致，但Ⅰ－Ⅱ轴传动比不同，U正1＝51/43U正2＝56/38U反2＝56/38所以U反＞U正即CA6140型卧式车反转转速高于正转转速。思考题：为什么会这样设计？（反转时一般作为退刀等辅助运动，减少辅助时间）电机1450r/minIM1(左）（正转）M1(右）（反转）

IIIIIIVVM2(右移）VI（主轴）M2(左移）×5051第三步：认识规律（4）计算出主轴最高转速和最低转速（5）主轴转速范围Rnn主min=1450×130/230×51/43×22/58×20/80×20/80×26/58=10r/minn主max=1450×130/230×56/38×39/41×63/50=1400r/min计算出主轴转速通式n主＝1450×130/230×（1-ε）×UⅠ-Ⅱ×UⅡ