机床运动分析

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1、第一章 机床的运动分析,机床的运动分析就是研究在金属切削机床上的各种运动及其相互联系。根据在机床加工的各种表面和使用的刀具类型，分析得到这些表面的方法和所需的运动。在此基础上，进一步分析为了实现这些运动，机床必须具备的传动联系，实现这些传动的机构，以及机床运动的调整方法。这个机床运动分析过程是认识和分析机床的基本方法，我们称之为“表面运动传动机构调整”的认识机床方法。,通过运动分析将发现：尽管机床品种繁多，结构各异，但不过是几种基本运动类型的组合与转化。机床运动分忻的目的在于：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从而达到合理地利用机床和正确地设计机床的传动系统

2、。,第一节 工件加工表面及其形成方法,机械加工过程是工件表面的形成过程。根据具体设计要求，选用相应的切削加工方法，在机床上通过刀具与工件的相对运动，从工件毛坯上切除多余金属，使之形成符合要求的形状、尺寸的表面的过程。 1.工件表面的构成 工件表面是由几个表面元素组成的。构成工件形状的基本表面有： 平面 圆柱面 圆锥面 球面 圆环面 螺旋面 各种成形表面,工件表面的构成,2.表面成形原理 任何一个表面，都可以看作是一条曲线沿着另一条曲线运动的轨迹。这两条曲线叫做该表面的发生线，而前一条发生线，成为母线；后一条发生线，成为导线。 1、在形成表面的过程中，有些表面的两条发生线的形状都保持固定不变，如

3、圆柱面；2、有些表面只有一条发生线的形状保持不变，如当母线为圆，导线为直线形成圆锥面；3、而另外一些表面则两条发生线的形状都要发生变化，如螺旋桨的表面。4、发生线相同，母线位置不同，形成表面不同。 有些表面的两条发生线是可以互换的，例如圆柱面亦可以由圆母线沿着直线导线移动形成；有些表面的两条发生线则不可互换，如圆锥面、球面、圆环面和螺旋面等。这种母线与导线可以互换的表面称为可逆表面。,组成工件轮廓的几何表面(图中1为母线，2为导线),零件表面的成形 母线 导线,三 发生线的形成方法,工件表面发生线的形成过程，与所用刀具的刀刃形状有关。同样一条发生线在采用不同刀刃形状的情况下就有不同的形成方法。

4、刀刃形状有以下三种： a).刀刃是一个点(实际是很短的一段线)，切削时刀刃作轨迹运动； b).刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合； c).刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线不吻合。,3.表面成形方法 切削加工中发生线是由刀具的切削刃和工件的相对运动得到的，由于使用的刀具切削刃形状和采用的加工方法不同，形成发生线的方法也不同，概括起来有以下四种：有轨迹法、成形法、展成法、相切法。 轨迹法（Tracking method） 指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触，通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具刀尖的运动轨迹来实现表面的成形。采用轨迹法形成发生线时，需要一个独立的成形运动。 成形法（F

5、orming method） 是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。,展成法（Generating method） 是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。用范成法形成发生线需要一个独立的成形运动。 相切法（Tangent method） 利用刀具边旋转边做轨迹运动对工件进行加工的方法。采用相切法生成发生线时，需要两个相互独立的成形运动 。,形成发生线的方法,成形法,展成法,轨迹法,相切法,第二

6、节 机床的运动,在机床上，为获得所需工件的表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。这种运动称为表面成形运动。 一、表面成形运动（Surface formative motion） 表面成形运动（简称成形运动）是保证工件要求的表面形状的运动。形成发生线的运动。按组成情况不同,可分为: 简单成形运动和复合成形运动。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，则此成形运动称为简单成形运动。如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。,简单成形运动：在机床上，它以主轴的旋转、刀架或

7、工作台的直线运动的形式出现。用符号A表示直线运动，用符号B表示旋转运动。 复合的表面成形运动：把一个运动分解为两个甚至更多的简单运动的运动。用B11和A12等来表示。下角标的第一位数表示成形运动的序号；第二位数表示同一个复合运动中单元运动的序号。,成形运动举例1,1）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。,2002-4-19,成形运动举例2,2） 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

8、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3,3）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4,6）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。它们之间也保持严格的相对运动关系，用以保证锥度。,复合运动可以分解为几个部

9、分，但这些部分保持严格相对运动关系。复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。,运动的主要要素,独立的运动有五个要素： 轨迹； 速度； 方向； 行程； 位置； 以牛头刨床为例,机床运动,主运动：切除材料，功率大，速度高； 进给运动：刀具和工件件除了主运动外的运动，达到连续切削； 辅助运动：切入运动，分度运动，空行程、退刀、换刀等,二、辅助运动（Auxiliary motion） 机床上除了表面成形运动外，还需要辅助运动，以实现机床的各种辅助动作。辅助动作的种类主要包括以下几方面： 1.空行程运动 2.切入运动 3.分度运动 4.操纵及控制运动,三、主运动和进给运动 主运动（Prima

10、ry motion） 刀具与工件之间的相对运动。它使刀具的前刀面能够接近工件，切除工件上的被切削层，使之转变为切屑，从而完成切屑加工。一般，主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。 进给运动（Feed motion） 根据工件表面形状成形需要，进给运动配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。进给运动与主运动配合即可完成所需的表面几何形状的加工。进给运动可以是多个，也可以是一个；可以是连续的，也可以是步进的。,第三节 机床的传动联系和传动原理图,一.机床的传动联系 要实现加工所需的各种运动，机床必需具备3个主要

11、组成部分： 1）执行件机床上最终实现运动的部件，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动和保持准确的运动轨迹。如主轴，刀架，工作台。 2）动力源为执行元件提供运动和动力的装置。如交流异步电动机、步进电机、直流或交流调速电动机或伺服电动机。 3）传动装置传递动力和运动的装置。通过它可把动力源的动力和运动传递给执行件；也可把两个执行件联系起来，使二者间保持某种确定的运动关系。机械（皮带轮、齿轮）、液压、电气。,二.机床的传动链 由动力源-传动装置-执行件或执行件-传动装置-执行件构成的传动联系，称为将传动联系串联起来称为传动链。（机械的常见有皮带轮、齿轮齿条、丝杆螺母等在机械传动装置中，用皮带、齿

12、轮、齿条、丝杆螺母等传动件实现运动联系。使执行件和运动源以及两个有关的执行件保持运动联系的一系列顺序排列的传动件，称为传动链。 ）按传动链的性质不同可分为:,外联系传动链 联系动力源与执行机构之间的传动链。它使执行件获得一定的速度和运动方向，其传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状和精度。 简单的运动；靠运动副保证其轨迹，靠外联系保证速度和方向；有多少简单运动，就需要有多少外联系传动链； 外联系传动链中可以有摩擦传动等传动比不准确的传动副(链传动、带传动）。如普通车床在电动机与主轴之间的传动链就是外联系传动链。,内联系传动链 联系一个执行机构和另一个执行机构之间运动的传动

13、链。它决定着加工表面的形状和精度，对执行机构之间的相对运动有严格要求。因此，内联系传动链的传动比必须准确，不应有摩擦传动或瞬时传动比变化的传动副（如带传动和链传动）。 车削螺纹时，保证主轴和刀架之间的严格运动关系的传动链就是内联系传动链。,传动链包含两类传动机构 定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构 。 换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向），如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,传动原理：保证运动的轨迹、速度和方向。,1简单运动：靠运动副保证其轨迹，靠一外联系传 动链保证其速度和方向。 外联系传动链：联系运动源和

14、执行件，使执行件获得一定速度和方向运动的传动链。 机床上的多少简单运动，就有多少条外传动链。 注意： 1）调整换置机构时其传动比也必须有足够的精度。 2）外传动链不要求运动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。,34,外联系传动链,2复合运动：靠一外联系传动链保证其速度和方向，靠一条或几条内联系传动链保证其轨迹。即保证其内各运动单元之间严格的运动联系。,内联系传动链：联系复合运动内部两个单元运动，或者说联系实现复合运动内部两个单元运动的执行件的传动链。,2002-4-19,36,三.传动原理图(轨迹、速度、方向）,分析机床中，常用的的传动原理图，

15、传动原理图用简单的符合来表示动力源和执行件间及执行件与执行件之间的传动联系，主要用于表示表面形成有直接联系的运动及传动联系。 传动原理图是表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，画在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。在考虑传动路线时，可以先撇开具体机构，把各种机构分成两大类：,三.传动原理图(轨迹、速度、方向）,定比传动机构(传动比和传动方向不变)，如定比齿轮副、蜗杆蜗副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构 。 换置机构(可根据加工要求变换传动比和传动方向），如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。,常用传动原理图,传

16、动原理图常用的一些示意符号 a)电动机 b)主轴 c)车刀 d)滚刀 e)合成机构 f)传动比可变换的换置机构 g)传动比不变的机构联系 h)电的联系 i)脉冲发生器 j)快调换器官数控系统,在车削螺纹时，卧式车床有两条主要传动链： 主运动传动链(外联系传动链)：电动机12iu34主轴 主轴 刀具(内联系传动链)：电动机12iu345if67丝杠,2002-4-19,41,举例车圆锥螺纹,数控车床,在车削螺纹时，卧式车床有两条主要传动链： 主运动传动链(外联系传动链)：电动机12iu34主轴 主轴 刀具(内联系传动链)：电动机12iu345if67丝杠,第四节 机床运动的调整 (机床的传动系统与运动计算),一.运动参数及其换置器官 每一个独立的运动都需要有5个参数来确定。这