第一章机床的运动分析
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且确保运动轨迹的准确性。
为执行件提供运动和动力的装置，如交流电机、直 动力源 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
即实际转速级数Zn＝2×3×（3＋1）＝24级 同理计算出反转级数：Zn反＝ 3×（3＋1） ＝12
电机
130 230
I
1450r/mi
n
63
50
20
80
IV
50
50
56
M1(左）
38
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（正转）
43
M1(右） （反转）
50 34
×
34 30
M2(左移）
20
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26
V 58 M2(右移）
51
38
（正转）
51
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M1(右） 50 × 34
（反转） 34 30
M2(左移）
20
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V 58 M2(右移）
51
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II
50
III
22 58
VI （主轴）
传动路线表达式
电机
130 230
I
1450r/mi
n
63
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20
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50
IV
50
第三步：认识规律
56
M1(左）
38 51
（正转） 43
M1(左）
38
（正转）
51
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M1(右） 50 × 34
（反转） 34 30
M2(左移）
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V 58 M2(右移）
50
39
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30
II
50
III
22 58
VI （主轴）
车床主轴旋转运动
第二步：连中间
电机
130
1450r/min 230
I
63 50 20 80
IV
50 50
56
M1(左）
运动的路程
运动的速度
换
机床的运动的调整：调整这5 个运动参数 执行机构
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
明确两端件什么，以及它们的运动关 系 工件 1r —— 刀具 Pmm
二、连中间 根据传动链写出传动路线表达式
三、找规律 得到此传动链的规律
4.3机床运动的调整举例
电机
130 230
I
1450r/mi
n
63
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IV
第三步：50认识规律
56
M1(左）
38 51
（正转） 43
M1(右）
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×
34 30
（反转）
M2(左移）
20
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V 58 M2(右移）
51
50
39
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30
II
50
III
22 58
VI （主轴）
（4）计算出主轴最高转速和最低转速
种
类 复合成形运动: 导线或母线由几种运动按一定运动
关系共同形成
约定: B表示旋转运动；A表示直线运动
如：B11 A12
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。
M1(右）
50 34
×
34 30
（反转）
M2(左移）
20
80
26
V 58 M2(右移）
51
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II
50
III
22 58
VI （主轴）
（1）通过离合器M1（双向多片摩擦离合器）实现正反转。 （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≈1 U2＝20/80×50/51≈1/4 U3＝20/80×20/80＝1/16 U2＝50/50×20/80＝1/4 所以实际传动比只有三种
ε三角带传动的打滑系数，ε=0.02
（5）主轴转速范围Rn Rn= n主max / n主min
Rn是机床适用范围的一个重要参数，Rn越大，表示机床切 削速度的适用范围就越广泛。
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。
母线——渐开线，展成法形成
——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
•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
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
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。
置换机构 变换传动比的传动机构
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
固定连接；空套连接；滑移连接 （3）必要数据说明： 齿轮齿数、轴号等
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 第二步：连中间
电机1450 r/min —— 主轴 N r/min
电机
130
1450r/min 230
I
63 50 20 80
IV
50 50
56
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
机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生 进给运动 附加的相对运动，加上主运动可依次地或连续不断
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 母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质
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
n主min =1450×130/230×51/43×22/58×20/80×20/80×26/58=10r/min
n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－Ⅲ×UⅢ－Ⅳ×UⅣ-V×26/58 或n主 ＝1450×130/230×（1-ε） ×UⅠ-Ⅱ×UⅡ－Ⅲ×63/50
50
第三步：认识规律
（3）正反转速关系
39
41
30
II
50
III
22 58
VI （主轴）
Ⅱ－Ⅳ轴运动关系完全一致，但Ⅰ－Ⅱ轴传动比不同， U正1＝51/43 U正2＝56/38 U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）
•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
2.螺纹车刀车削螺纹 螺纹车刀是成形刀
简单成形运动 最简单,也最容易得到
母线
分析:
2.螺纹车刀车削螺纹:
导线 螺旋 线
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
工件作旋转运动 刀具作直线运动
工件转一 周,刀具 应移动一 个导程
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Fra Baidu bibliotek传动链 3.3传动原理图
3.1机床的传动联系
3个部分
执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。作用 执行件 是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定的成形运动
—— 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
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
当加工若干完全相同的均匀分布的表面时，为使 分度运动 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
表面粗糙度。 如：车外圆刀具运动；滚齿时滚刀垂直运动
用来连接有严格运动关系的两端件， 内联系传动链 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
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 固定传动比的传动机构
如：定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆
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：
其任务只是把运动和动力传到执行件 外联系传动链 上，其传动比大小只影响加工速度和
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
运动的起点
运动的方向
独立运动有5个参数 运动的轨迹
不可逆表面 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
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
成 简单成形运动: 导线和母线都由一种运动即可实现
形 运 动
如:加工外圆时工件旋转形成母线；刀 具直线移动形成导线。
➢ 补充：传动系统图
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：
为执行件提供运动和动力的装置，如交流电机、直 动力源 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
即实际转速级数Zn＝2×3×（3＋1）＝24级 同理计算出反转级数：Zn反＝ 3×（3＋1） ＝12
电机
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M1(左）
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（正转）
43
M1(右） （反转）
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×
34 30
M2(左移）
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V 58 M2(右移）
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（反转） 34 30
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VI （主轴）
传动路线表达式
电机
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第三步：认识规律
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（正转） 43
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VI （主轴）
车床主轴旋转运动
第二步：连中间
电机
130
1450r/min 230
I
63 50 20 80
IV
50 50
56
M1(左）
运动的路程
运动的速度
换
机床的运动的调整：调整这5 个运动参数 执行机构
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
明确两端件什么，以及它们的运动关 系 工件 1r —— 刀具 Pmm
二、连中间 根据传动链写出传动路线表达式
三、找规律 得到此传动链的规律
4.3机床运动的调整举例
电机
130 230
I
1450r/mi
n
63
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20
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IV
第三步：50认识规律
56
M1(左）
38 51
（正转） 43
M1(右）
50 34
×
34 30
（反转）
M2(左移）
20
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V 58 M2(右移）
51
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VI （主轴）
（4）计算出主轴最高转速和最低转速
种
类 复合成形运动: 导线或母线由几种运动按一定运动
关系共同形成
约定: B表示旋转运动；A表示直线运动
如：B11 A12
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。
M1(右）
50 34
×
34 30
（反转）
M2(左移）
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V 58 M2(右移）
51
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II
50
III
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VI （主轴）
（1）通过离合器M1（双向多片摩擦离合器）实现正反转。 （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≈1 U2＝20/80×50/51≈1/4 U3＝20/80×20/80＝1/16 U2＝50/50×20/80＝1/4 所以实际传动比只有三种
ε三角带传动的打滑系数，ε=0.02
（5）主轴转速范围Rn Rn= n主max / n主min
Rn是机床适用范围的一个重要参数，Rn越大，表示机床切 削速度的适用范围就越广泛。
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。
母线——渐开线，展成法形成
——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
•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
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
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。
置换机构 变换传动比的传动机构
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
固定连接；空套连接；滑移连接 （3）必要数据说明： 齿轮齿数、轴号等
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 第二步：连中间
电机1450 r/min —— 主轴 N r/min
电机
130
1450r/min 230
I
63 50 20 80
IV
50 50
56
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
机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生 进给运动 附加的相对运动，加上主运动可依次地或连续不断
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 母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质
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
n主min =1450×130/230×51/43×22/58×20/80×20/80×26/58=10r/min
n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－Ⅲ×UⅢ－Ⅳ×UⅣ-V×26/58 或n主 ＝1450×130/230×（1-ε） ×UⅠ-Ⅱ×UⅡ－Ⅲ×63/50
50
第三步：认识规律
（3）正反转速关系
39
41
30
II
50
III
22 58
VI （主轴）
Ⅱ－Ⅳ轴运动关系完全一致，但Ⅰ－Ⅱ轴传动比不同， U正1＝51/43 U正2＝56/38 U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）
•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
2.螺纹车刀车削螺纹 螺纹车刀是成形刀
简单成形运动 最简单,也最容易得到
母线
分析:
2.螺纹车刀车削螺纹:
导线 螺旋 线
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
工件作旋转运动 刀具作直线运动
工件转一 周,刀具 应移动一 个导程
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Fra Baidu bibliotek传动链 3.3传动原理图
3.1机床的传动联系
3个部分
执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。作用 执行件 是装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定的成形运动
—— 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
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
当加工若干完全相同的均匀分布的表面时，为使 分度运动 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
表面粗糙度。 如：车外圆刀具运动；滚齿时滚刀垂直运动
用来连接有严格运动关系的两端件， 内联系传动链 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
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 固定传动比的传动机构
如：定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆
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：
其任务只是把运动和动力传到执行件 外联系传动链 上，其传动比大小只影响加工速度和
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
运动的起点
运动的方向
独立运动有5个参数 运动的轨迹
不可逆表面 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
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
成 简单成形运动: 导线和母线都由一种运动即可实现
形 运 动
如:加工外圆时工件旋转形成母线；刀 具直线移动形成导线。
➢ 补充：传动系统图
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：