第一章機床的運動分析

1、第一章 機床的運動分析 本章要點 工件加工表面及形成方法；工件加工表面及形成方法； 機床的運動；機床的運動； 機床的傳動聯(lián)系和傳動原理圖；機床的傳動聯(lián)系和傳動原理圖； 機床運動的調整；機床運動的調整； 概述概述 機床運動分析對象機床運動分析對象： 機床上各種運動及其相互聯(lián)系。機床上各種運動及其相互聯(lián)系。 機床運動分析的基本方法機床運動分析的基本方法： 表面表面運動運動傳動傳動機構機構調整調整 運動分析的目的：運動分析的目的： 利用非常簡便方法分析、比較各種機床的傳動利用非常簡便方法分析、比較各種機床的傳動 系統(tǒng)；從掌握機床的運動規(guī)律，達到合理的使系統(tǒng)；從掌握機床的運動規(guī)律，達到合理的使 用機床

2、和正確地設計機床的傳動系統(tǒng)。用機床和正確地設計機床的傳動系統(tǒng)。 第一節(jié)第一節(jié) 工件加工表面及其形成方法工件加工表面及其形成方法 1.1被加工工件的表面形狀被加工工件的表面形狀 1.2工件表面的形成方法工件表面的形成方法 1.3發(fā)生線的形成方法發(fā)生線的形成方法 1.1被加工工件的表面形狀被加工工件的表面形狀 組成工件表面的表面元素組成工件表面的表面元素 1.2工件表面的形成方法工件表面的形成方法 任何表面任何表面 都可以看都可以看 作是：一作是：一 條線（稱條線（稱 為母線）為母線） 沿著另一沿著另一 條直線條直線 （稱為導（稱為導 線）運動線）運動 的軌跡。的軌跡。 注意注意 1、母線和導線、

3、母線和導線發(fā)生線發(fā)生線 2、母線起始位置不同、母線起始位置不同形成不同的表面形成不同的表面 3、可逆表面、可逆表面 不可逆表不可逆表面 母線和導線可以互換，而不改變形成表面的性質母線和導線可以互換，而不改變形成表面的性質 母線和導線不可以互換母線和導線不可以互換 1.3發(fā)生線的形成方法發(fā)生線的形成方法 1.3.1切削刃的形狀與發(fā)生線的關系切削刃的形狀與發(fā)生線的關系 1.3.2形成發(fā)生線的方法及所需運動形成發(fā)生線的方法及所需運動 1.3.1切削刃的形狀與發(fā)生線的關系切削刃的形狀與發(fā)生線的關系 發(fā)生線是刀具的切削刃和工件的相對運動得到的。發(fā)生線是刀具的切削刃和工件的相對運動得到的。 切削刃是指刀刃

4、與工件成形表面樣接觸部分的形狀切削刃是指刀刃與工件成形表面樣接觸部分的形狀 一切削點一切削點 一條切削線且與發(fā)生線的形一條切削線且與發(fā)生線的形 狀相吻合狀相吻合 一條切削線但與發(fā)生線形狀一條切削線但與發(fā)生線形狀 不相吻合不相吻合 1.3.2形成發(fā)生線的方法及所需運動形成發(fā)生線的方法及所需運動 l成形法成形法 l展成法展成法 l軌跡法軌跡法 l相切法相切法 成形法成形法 切削刃的形狀與所需的發(fā)生線完全重合切削刃的形狀與所需的發(fā)生線完全重合 如：成形車刀、成形銑刀如：成形車刀、成形銑刀 展成法展成法 形成發(fā)生線需要一個展成運動形成發(fā)生線需要一個展成運動 用插齒刀、齒輪滾刀和花鍵滾用插齒刀、齒輪滾刀

5、和花鍵滾 刀等刀具時，切削刃是一條與刀等刀具時，切削刃是一條與 需要形成的發(fā)生線共軛的切削需要形成的發(fā)生線共軛的切削 線。切削加工時，刀具刀具與線。切削加工時，刀具刀具與 工件按確定的運動關系作相對工件按確定的運動關系作相對 運動運動 ，切削刃與被加工表面相，切削刃與被加工表面相 切（點接觸）切削刃各瞬時位切（點接觸）切削刃各瞬時位 置的包絡線，便是所需的發(fā)生置的包絡線，便是所需的發(fā)生 線線 軌跡法軌跡法 利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進行加工的利用刀具作一定規(guī)律的軌跡運動對工件進行加工的 方法。即需要一個獨立的運動方法。即需要一個獨立的運動 ， 相切法相切法 利用刀具邊旋轉邊作軌跡運動對

6、工件進行加利用刀具邊旋轉邊作軌跡運動對工件進行加 工的方法。工的方法。 第二節(jié)第二節(jié) 機床的運動機床的運動 2.1表面成形運動表面成形運動 2.2輔助運動輔助運動 2.3主運動和進給運動主運動和進給運動 2.1表面成形運動表面成形運動 2.1.1表面成形運動表面成形運動: 保證得到工件要求的表面運動保證得到工件要求的表面運動。 軌跡法軌跡法 工件旋轉工件旋轉B1產生母線產生母線 刀具的縱向直線運動刀具的縱向直線運動A2產產 生導線生導線 成形運動的種類成形運動的種類 分析分析: 1.車削外圓的成形運動等車削外圓的成形運動等 旋轉運動和直線運動旋轉運動和直線運動 最簡單最簡單,也最容易得到也最容

7、易得到 簡單成形運動簡單成形運動 2.螺紋車刀車削螺紋螺紋車刀車削螺紋 螺紋車刀是成形刀螺紋車刀是成形刀 母線母線 分析: 導線導線 螺旋螺旋 線線 2.螺紋車刀車削螺紋螺紋車刀車削螺紋: 刀具形成螺旋線刀具形成螺旋線 機床上最容易機床上最容易 得到并保證精得到并保證精 度的是旋轉運度的是旋轉運 動和直線運動動和直線運動 刀具作直線運動刀具作直線運動 工件作旋轉運動工件作旋轉運動 工件轉一工件轉一 周周,刀具刀具 應移動一應移動一 個導程個導程 分析: 3.齒條加工齒輪齒條加工齒輪 產生漸開線靠展成法產生漸開線靠展成法需要一個復合展成運動需要一個復合展成運動 工件旋轉運動工件旋轉運動 齒條直線

8、運動齒條直線運動 工件轉過一個工件轉過一個 齒齒,齒條應移動齒條應移動 一個周節(jié)一個周節(jié)(m m) 分析: 同理同理: 車刀車削錐螺紋車刀車削錐螺紋 工件旋轉工件旋轉 刀具直線運刀具直線運 動形成斜線動形成斜線 縱向直線運動縱向直線運動 橫向直線運動橫向直線運動 總結 約定約定: B表示旋轉運動；表示旋轉運動；A表示直線運動表示直線運動 簡單成形運動簡單成形運動: 復合成形運動復合成形運動: 成形運動種類成形運動種類 導線和母線都由一種運動即可實現(xiàn)導線和母線都由一種運動即可實現(xiàn) 如如:加工外圓時工件旋轉形成母線；刀加工外圓時工件旋轉形成母線；刀 具直線移動形成導線。具直線移動形成導線。 導線或

9、母線由幾種運動按一定運動導線或母線由幾種運動按一定運動 關系共同形成關系共同形成 如：如：B11 A12表示運動表示運動1（下標的第一個數(shù)字）由兩種運（下標的第一個數(shù)字）由兩種運 動共同完成（旋轉和直線運動）動共同完成（旋轉和直線運動） 復合成形運動 形成的螺旋線這形成的螺旋線這一個運動一個運動由工件旋由工件旋 轉轉B11和刀具直線運動和刀具直線運動A12共同完成。共同完成。 形成的錐度螺旋線這形成的錐度螺旋線這一個運動一個運動由工由工 件旋轉件旋轉B11和刀具縱向直線運動和刀具縱向直線運動A12 和刀具橫向直線運動和刀具橫向直線運動A13共同完成。共同完成。 復合成形運動 形成的漸開線這形成

10、的漸開線這一個運動一個運動由工由工 件旋轉件旋轉B11和刀具直線運動和刀具直線運動A12 共同完成。共同完成。 數(shù)控機床上多軸聯(lián)動就是多數(shù)控機床上多軸聯(lián)動就是多 種運動形成復合形成運動。種運動形成復合形成運動。 零件表面成形所需要的成形運動零件表面成形所需要的成形運動 例：例： 1-1普通車刀車削外圓普通車刀車削外圓 母線母線圓，軌跡法形成圓，軌跡法形成 要要1個成形運動個成形運動B1 導線導線直線，軌跡法形成直線，軌跡法形成 要要1個成形運動個成形運動A1 零件表面成形所需要的成形運動零件表面成形所需要的成形運動 母線母線曲線，成形法形成曲線，成形法形成 不要成形運動不要成形運動 導線導線圓

11、，軌跡法形成圓，軌跡法形成 要要1個成形運動個成形運動B1 母線母線曲線，成形法形成曲線，成形法形成 不要成形運動不要成形運動 導線導線螺旋線，軌跡法形成螺旋線，軌跡法形成 要要1個成形運動。是一個復合運動由個成形運動。是一個復合運動由 B11和和A12兩個部分且二者必須保持嚴格運動關兩個部分且二者必須保持嚴格運動關 系。系。 要要1個成形運動，是一個復合運動由個成形運動，是一個復合運動由B12 和和B11兩個部分且二者必須保持嚴格運動關系。兩個部分且二者必須保持嚴格運動關系。 導線導線直線，相切法形成直線，相切法形成 需要兩個獨立的成形運動，即滾刀旋需要兩個獨立的成形運動，即滾刀旋 轉和滾刀

12、沿工件軸向移動轉和滾刀沿工件軸向移動 母線母線漸開線，展成法形成漸開線，展成法形成 2.1.2輔助運動輔助運動 種類種類 各種空行程運動各種空行程運動進給前后的快速運動和種調位運動進給前后的快速運動和種調位運動 切入運動切入運動用于保證被加工表面獲得所需要的尺寸用于保證被加工表面獲得所需要的尺寸 分度運動分度運動 當加工若干完全相同的均勻分布的表面時，為使當加工若干完全相同的均勻分布的表面時，為使 表面成形運動得以周期地連續(xù)進行的運動稱為分表面成形運動得以周期地連續(xù)進行的運動稱為分 度運動度運動 操縱及控制運動操縱及控制運動 起動、停止、變速、換向、部件與工件的起動、停止、變速、換向、部件與工

13、件的 夾緊和松開、轉達位以及自動換刀、自動夾緊和松開、轉達位以及自動換刀、自動 測量和自動補償?shù)瓤刂七\動測量和自動補償?shù)瓤刂七\動 2.1.3主運動和進給運動主運動和進給運動 成形運動按其在切削加工中所起的作用可分為：成形運動按其在切削加工中所起的作用可分為： 主運動主運動 機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產 生相對運動，從而使刀具前面接近工件，直接切除工件生相對運動，從而使刀具前面接近工件，直接切除工件 上的切削層，使之轉變?yōu)榍行?，從而形成新的表面。上的切削層，使之轉變?yōu)榍行?，從而形成新的表面?可以是簡單的成形運動也可以是復合運動

14、可以是簡單的成形運動也可以是復合運動 進給運動進給運動 機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產生機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產生 附加的相對運動，加上主運動可依次地或連續(xù)不斷附加的相對運動，加上主運動可依次地或連續(xù)不斷 地切除切屑，并得出所需的幾何特征的已加工表面。地切除切屑，并得出所需的幾何特征的已加工表面。 可以是簡單的成形運動也可以是復合運動可以是簡單的成形運動也可以是復合運動 第三節(jié)第三節(jié) 機床的傳動聯(lián)系和傳動原理圖機床的傳動聯(lián)系和傳動原理圖 l3.1機床的傳動聯(lián)系機床的傳動聯(lián)系 l3.2機床的傳動鏈機床的傳動鏈 l3.3傳動原理圖傳動原理圖 3.1機床的傳動聯(lián)系機床的

15、傳動聯(lián)系 3個部分個部分 執(zhí)行件執(zhí)行件 執(zhí)行機床運動的部件，如主軸、刀架、工作臺等。作用執(zhí)行機床運動的部件，如主軸、刀架、工作臺等。作用 是裝夾刀具和工件，直接帶動它們完成一定的成形運動是裝夾刀具和工件，直接帶動它們完成一定的成形運動 且確保運動軌跡的準確性且確保運動軌跡的準確性。 動力源動力源 為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置，如交流電機、直為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置，如交流電機、直 流電機、步進電機。流電機、步進電機。 傳動裝置傳動裝置 是傳遞運動和動力的裝置，通過它把執(zhí)行件和動力源是傳遞運動和動力的裝置，通過它把執(zhí)行件和動力源 或另一執(zhí)行件聯(lián)接起來，使執(zhí)行件獲得一定的速度和或另一執(zhí)行件聯(lián)接

16、起來，使執(zhí)行件獲得一定的速度和 方向的運動，并使有關執(zhí)行件之間保持某種確定的運方向的運動，并使有關執(zhí)行件之間保持某種確定的運 動關系。動關系。 種類及本書的機械裝置種類及本書的機械裝置 3.2機床的傳動鏈 3.2.1傳動鏈的概念傳動鏈的概念 通過若干傳動裝置，將有運動關系的兩端件連接起來，通過若干傳動裝置，將有運動關系的兩端件連接起來， 使之保持一定的運動關系，就稱為機床的傳動鏈。使之保持一定的運動關系，就稱為機床的傳動鏈。 如：如：動力源（電機）執(zhí)行件（主軸）動力源（電機）執(zhí)行件（主軸） , 執(zhí)行件（主軸）執(zhí)行件（刀架）執(zhí)行件（主軸）執(zhí)行件（刀架） 一個運動就有一條傳動鏈一個運動就有一條傳動

17、鏈 3.2.2傳動鏈的分類傳動鏈的分類 l根據(jù)傳動鏈的性質分：根據(jù)傳動鏈的性質分： 外聯(lián)系傳動鏈外聯(lián)系傳動鏈 內聯(lián)系傳動鏈內聯(lián)系傳動鏈 其任務只是把運動和動力傳到執(zhí)行件其任務只是把運動和動力傳到執(zhí)行件 上，其傳動比大小只影響加工速度和上，其傳動比大小只影響加工速度和 表面粗糙度。表面粗糙度。 用來連接有嚴格運動關系的兩端件，用來連接有嚴格運動關系的兩端件， 以獲得準確的加工表面形狀及較高的以獲得準確的加工表面形狀及較高的 加工精度。加工精度。 形成發(fā)生線時復合運動形成發(fā)生線時復合運動 如：車削螺紋運動；滾齒時展成運動如：車削螺紋運動；滾齒時展成運動 如：車外圓刀具運動；滾齒時滾刀垂直運動如：車

18、外圓刀具運動；滾齒時滾刀垂直運動 3.3傳動原理圖傳動原理圖 3.3 .1傳動裝置傳動裝置 本書講的傳動裝置指得是：機械裝置本書講的傳動裝置指得是：機械裝置 定比機構定比機構 置換機構置換機構 固定傳動比的傳動機構固定傳動比的傳動機構 變換傳動比的傳動機構變換傳動比的傳動機構 如：定比齒輪副、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿如：定比齒輪副、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿 如：變速箱、數(shù)控系統(tǒng)如：變速箱、數(shù)控系統(tǒng) 3.3傳動原理圖傳動原理圖 l3.3.2傳動原理圖傳動原理圖 便于研究機床的傳動聯(lián)系便于研究機床的傳動聯(lián)系,常用一些簡明的符號把傳動原理常用一些簡明的符號把傳動原理 和傳動路線表示出來，這就是傳動原理圖。和

19、傳動路線表示出來，這就是傳動原理圖。 3.3.3傳動原理圖畫法和所表示的內容傳動原理圖畫法和所表示的內容 1.臥式車床傳動原理圖臥式車床傳動原理圖 可以車螺紋的車床可以車螺紋的車床 可以車端面和外圓的車床可以車端面和外圓的車床 3.3.3傳動原理圖畫法和所表示的內容傳動原理圖畫法和所表示的內容 l2 數(shù)控床的傳動原理圖數(shù)控床的傳動原理圖 注：圖中沒主軸旋轉部分注：圖中沒主軸旋轉部分 3.3.4傳動鏈中置換機構的位置傳動鏈中置換機構的位置 主軸旋轉主軸旋轉 刀具縱向和橫向移動刀具縱向和橫向移動 車螺紋車螺紋 工件轉一周，刀具進工件轉一周，刀具進 給一個導程給一個導程 第四節(jié)第四節(jié) 機床的運動的調

20、整機床的運動的調整 4.1 運動參數(shù)及其換置機構運動參數(shù)及其換置機構 4.2 機床運動的調整機床運動的調整 4.3機床運動的調整舉例機床運動的調整舉例 4.1 運動參數(shù)及其換置機構運動參數(shù)及其換置機構 獨立運動有獨立運動有5個參數(shù)個參數(shù) 運動的起點運動的起點 運動的方向運動的方向 運動的軌跡運動的軌跡 運動的路程運動的路程 運動的速度運動的速度 機床的運動的調整機床的運動的調整：調整這調整這5 個運動參數(shù)個運動參數(shù) 執(zhí)行機構執(zhí)行機構 換換 置置 機機 構構 4.2 機床運動的調整機床運動的調整 一個運動就有一條傳動鏈一個運動就有一條傳動鏈 步驟：步驟： 一、抓兩頭一、抓兩頭 二、連中間二、連中

21、間 三、找規(guī)律三、找規(guī)律 明確兩端件什么，以及它們的運動關明確兩端件什么，以及它們的運動關 系系 工件工件 刀具刀具 1rPmm 根據(jù)傳動鏈寫出傳動路線表達式根據(jù)傳動鏈寫出傳動路線表達式 得到此傳動鏈的規(guī)律得到此傳動鏈的規(guī)律 4.3機床運動的調整舉例機床運動的調整舉例 補充：傳動系統(tǒng)圖補充：傳動系統(tǒng)圖 （3）必要數(shù)據(jù)說明：）必要數(shù)據(jù)說明： 齒輪齒數(shù)、軸號等齒輪齒數(shù)、軸號等 1、一個運動就有一條傳動鏈，所有傳動鏈的集合稱為傳動系統(tǒng)。、一個運動就有一條傳動鏈，所有傳動鏈的集合稱為傳動系統(tǒng)。 2、認識和分析傳動鏈需借助于機床的傳動系統(tǒng)圖、認識和分析傳動鏈需借助于機床的傳動系統(tǒng)圖 3、機床的傳動系統(tǒng)圖

22、、機床的傳動系統(tǒng)圖 用規(guī)定機動示意圖符號，表示傳動元件，按運動傳遞順序依次用規(guī)定機動示意圖符號，表示傳動元件，按運動傳遞順序依次 排列，以展開圖的形式畫在機床的外形輪廓內。排列，以展開圖的形式畫在機床的外形輪廓內。 （1）系統(tǒng)圖上所有符號都是國標；）系統(tǒng)圖上所有符號都是國標；見附錄見附錄2 （2）齒輪和軸連接方式不同，分為三種：）齒輪和軸連接方式不同，分為三種： 固定連接；空套連接；滑移連接固定連接；空套連接；滑移連接 補充：傳動系統(tǒng)圖補充：傳動系統(tǒng)圖 l機床運動的調整舉例機床運動的調整舉例 以車床主軸旋轉運動為例：以車床主軸旋轉運動為例： 第一步：抓兩頭第一步：抓兩頭 電機電機 主軸主軸 1

23、450Nr/minr/min 第二步：第二步：連中間連中間 電機 1450r/min 43 51 230 130 38 56 I M1(左） （正轉） M1(右） （反轉） 34 50 30 34 II 41 39 50 30 58 22 III 50 63 80 20 50 50 IV 80 20 50 51 58 26 V M2(右移） VI （主軸） M2(左移） 車床主軸旋轉運動車床主軸旋轉運動 第二步：第二步：連中間連中間 傳動路線表達式傳動路線表達式 電機 1450r/min 43 51 230 130 38 56 I M1(左） （正轉） M1(右） （反轉） 34 50 30

24、34 II 41 39 50 30 58 22 III 50 63 80 20 50 50 IV 80 20 58 26 V M2(右移） VI （主軸） M2(左移） 50 51 第三步：認識規(guī)律第三步：認識規(guī)律 （1）通過離合器）通過離合器M1（雙向多片摩擦離合器）實現(xiàn)正反轉。（雙向多片摩擦離合器）實現(xiàn)正反轉。 同理計算出反轉級數(shù)：同理計算出反轉級數(shù)：Zn反 反 3（31） 12 （2）主軸轉速級數(shù)）主軸轉速級數(shù) 正轉：理論上計算出正轉：理論上計算出 23（221）30 實際上：實際上：軸傳動比軸傳動比 U150/5051/501 U220/8050/511/4 U320/8020/801

25、/16 U250/5020/801/4 所以實際傳動比只有三種所以實際傳動比只有三種 即實際轉速級數(shù)即實際轉速級數(shù)Zn23（31）24級級 電機 1450r/mi n 43 51 230 130 38 56 I M1(左） （正轉） M1(右） （反轉） 34 50 30 34 II 41 39 50 30 58 22 III 50 63 80 20 50 50 IV 80 20 58 26 V M2(右移） VI （主軸） M2(左移） 50 51 第三步：認識規(guī)律第三步：認識規(guī)律 （3）正反轉速關系）正反轉速關系 軸運動關系完全一致，但軸運動關系完全一致，但軸傳動比不同，軸傳動比不同， U正 正1 51/43 U正 正2 56/38 U反 反