§3-2 机床的运动分析

传动原理图常用符号 a-电动机；b-机床主轴；c-车刀；d-滚刀；e-合成机构； f-传动比可变的换臵机构；g-传动比不变的传动链
• 下面以卧式车床上用螺纹车刀车螺纹为例，来说明机 床传动原理图的画法。 1)先画出机床在切削加工过程中所用的刀具和工件的 示意图。并将它们的运动n1 ，n2等标出； 2）画出机床上的执行件，如主轴、刀架及丝杠螺母 等示意图； 3)画出运动源示意图，如电动机等； 4）画出该机床上的特殊机构符号，如换臵机构，并 标出该机构传动比，如uv、ux等。 5)再用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关 联的部分联接起来，如电动机至主轴、主轴至丝杠之 间的传动链等。
车螺纹的传动原理图 外联系传动链传动路线是“1—2一uv一3—4” 内联系传动链传动路线为“4—5一ux一6—7”
• 其他的中间传动件则一概不画，这样就可以得到一 幅简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基 本的特征。因此用它来研究机床上的运动最容易找 出两种不同类型机床最根本的区别，对于同一种类 型的机床来说，不管它们在具体结构上有多么明显 的差异，它们的传动原理图却是完全相同的。 • 例如在前卧式车床的传动原理图中，电动机到主轴 之间的传动属于“外联系”传动链，它是给主轴提 供运动和动力的。其中：1—2和3—4段是传动比固 定不变的部分；2—3段是传动比可以变换的换臵机 构uv，用以改变主轴的转速，实际上代表具体车床 中的主变速箱。由主轴至刀架之间的传动联系为 “内联系”传动链。其中4—5和6—7之间的传动比 是固定不变的；5—6段则为一个传动比ux可以变换 的换臵机构，用来变换被加工螺纹的导程。
例1：分析前图所示万能升降台铣床的主运动传动系统， 并按照图示齿轮的啮合位臵，计算主轴的转速。
分析：万能升降台铣床上，主运动传动链的两端件是 主电动机(7.5kW，1440r／min)和主轴V。由图可知： 电动机的运动经弹性联轴器传给轴I，然后经轴I— Ⅱ之间的定比齿轮副26／54以及轴Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ 和Ⅳ—V之间的三个滑移齿轮变速机构，带动主轴V 旋转，并使其获得3×3×2＝18级不同的转速。主轴 的开、停及变向均由电动机实现；轴I右端的多片式 电磁制动器M1用于电动机停转时，能迅速而平稳地 制动主轴。
ux a c b d S 8 9 8 45 30 60 80
即配换齿轮的齿数为：a=45，b=30，c=60，d=80。 • 根据换臵机构的传动比确定配换齿轮齿数的方法有 许多种，其中常用的是因子分解法和查表法。
(4)列出运动平衡式 对于外联系传动链，因始端件为 动力源(电动机)，其转速为已知，故主要计算末端执 行件的变速级数及各级转速(或速度)。 • 对于内联系传动链，根据所确定的计算位移，从运动 平衡式中，或整理出换臵机构 (通常为挂轮机构)的换 臵公式，计算所需采用的挂轮齿数，或确定对其它变 速机构的调整要求。
• 在这两种传动链中，动力都由电动机提供，但运动的 来源不同，传功链中传动装臵的要求不同，在外联系 传动链中可以采用带传动、摩擦轮传动等传动比不很 准确的传动装臵，而内联系传动链中的传动装臵必须 具有准确的传动比。 • 传动组 机床上外联系传动链和内联系传动链的综合， 组成 “传动组”，以实现机床的成形运动。对应于 一个独立的成形运动，需一个相应的传动组。 • 机床上有多少个成形运动，就需要有多少个传动组。 同样，对应于一个非成形运动，也需一个相应的传动 组，如切入运动传动组、分度运动传动组、辅助运动 传动组、控制运动传动组和校正运动传动组等。 • 应当指出，当在机床上实现复合运动时，传动组必须 包括外联系传动链和内联系传动链，而当在机床上只 实现简单运动时，则传动组仅有外联系而无内联系传 动链。
外联 系传 动链 a)机 械式， b)直 联式
图a所示为一条典型的机械式外联系传动链，电动机通 过胶带轮和齿轮传动带动执行件——主轴旋转，传动 链中间传动副的传动比u可以是固定的，也可以是可变 的。图b表示一种最简单的外联系传动链。这里执行件 直接与电动机相连，没有中间传动副。
内 联 系 传 动 链
2、机床的传动联系 • 为了在机床上得到所需要的运动，必须通过一系列的 传动件把运动源和执行件，或执行件和执行件联系起 来，称为传动联系。该一系列串联着的传动件，称为 “传动链”。 • 机床的每一个运动都是由运动源、执行件和联系两者 的一系列传动装臵所构成。这些传动装臵和运动源、 执行件一起构成了机床一个运动的传动链。机床的传 动系统就是各种运动的传动链综合。机床传动系统图 的主体是表面成形运动传动系统，它包括主运动传动 系统和进给运动传动系统。 • 为了适应不同的工艺要求，机床主运动往往必须能变 换速度，同时进给运动也应能根据需要改变大小。目 前，在普通机床中，主运动系统主要采用机械传动方 式。其变速范围大，传递功率大，传动比准确，工作 可靠，变换方便。
(2 )传动件 为了将运动源的动力和运动按要求传递给执 行件，就必须有传递动力和运动的零件，称为传动件， 如齿轮、链轮、胶带轮、丝杆、螺母等。除了机械传 动件以外，还有液压传动和电气传动元件等。
• 有的传动件还起变换运动的性质、方向、速度等作用， 如“齿轮—齿条”传动副可把旋转运动变为与传动轴 垂直方向的直线移动；“丝杆—螺母”传动副可把旋 转运动变为与传动轴平行方向，大降速比的直线移动； “蜗杆—蜗轮”传动副可实现大降速比并改变为垂直 方向的旋转运动。
万能升降台铣床的主传动系统图
• 传动系统图只能表示传动关系，不能代表各传动元件 实际的尺寸和空间位臵。在传动系统图中通常还须标 明齿轮和蜗轮的齿数、丝杠的导程和头数、带轮直径、 电动机的功率和转速、传动轴的编号等有关数据。 • 分析一台机床的传动系统时，首先应以传动原理图所 表达的各条传动链为依据，大致可按下列步骤进行。 （1）确定传动链两端件 找出该传动链的始端件和末端 件。 (2）根据两端件的相对运动要求确定计算位移 这主要 是对内联系传动链而言的。确定始端件和末端件之间 的计算位移(指单位时间内两者的相对位移量)。 (3）写出传动链的传动路线表达式 从始端件向末端件 顺次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。 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。
• 利用传动原理图，可分析机床有哪些传动链及其传动 联系情况，一方面由工件的运动参数要求，正确地计 算换臵机构的传动比，对机床进行运动调整；另一方 面可根据已知的机床传动路线的传动比，计算加工过 程的运动参数。 • 对图示的传动系统进行计算： (1)找出传动链两端件 成形运动是螺旋线运动，两端件 是主轴和刀架。 (2)确定两端件之间的运动关系，并由此确定计算位移 量 主轴转一转，刀架移动工件的一个导程P。 (3)根据计算位移，按照传动顺序，依次分析各传动轴 间的传动关系，列平衡方程式： 1主轴× ux×P丝杠＝P螺纹
图示为在卧式车床上车单头螺纹，内联系传动链由3对 齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴和刀架 联系起来保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程， 从而将两个单元运动，即主轴旋转n1和刀架纵向移动n2， 组成复合运动(n1 n2)。
内 联 系 传 动 链
图示为车单头锥螺纹时的内联系，它包含了 两条内联 系传动链，一条是主轴至纵刀架丝杆之间的传动链， 用以满足螺距的要求；另一条是由纵刀架丝杆到横刀 架丝杆之间的传动链，用以满足锥度的要求。
1）外联系传动链 • 在传动链中，执行件并不要求具有非常准确的运动量 值，亦即不要求传动链两末端件具有严格的传动比， 这种传动链称为外联系传动链。 • 这种传动链的首端件往往是电动机，执行件的运动是 简单运动。 2）内联系传动链 • 在传动链中，执行件要求具有非常准确的运动量值， 亦即要求传动链两末端件具有严格的传动比，这种传 动链称为内联系传动链。 • 内联系传动链两端件必须建立严格的传动比联系，相 对运动为复合运动。
主运动传动链的传动路线表达式为：
• 根据图示齿轮啮合位臵，可以得出主轴转速为：
n 1450 26 54 16 39 18 47 19 71 30 r min

例2： 根据图示车螺纹进给传动链，确定挂轮变速机构 的换臵公式。 解： (1)传动链两端件：主轴——刀架 (2)确定计算位移： 主轴1转——刀架移动S (S是工件螺纹导程，单位为mm)。 (3)列运动平衡式：
§3-2 机床的运动分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三、机床的传动系统和传动原理
• 传动系统是一台机床运动的核心，它决定机床的运动 和功能。 1、传动的基本组成部分 (1)运动源 为了驱功机床的执行件，实现机床的运动， 必须要有动力来源，称为运动源。通常为电动机，包 括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调速 电机和步进电机等。 • 可以几个运动共用一个运动源，也可以每个运动单独 有运动源。
式中： ux——换臵机构传功比； P丝杠——机床丝杠导程； P螺纹——被加工螺纹的导程。 可得： ux ＝ P螺纹/P丝杠 在加工螺纹时，可根据导程P，由上式调整机床的换 臵机构。
四、机床的传动系统与运动的调整和计算
• 由传动原理图所表示的机床各执行件的运动情况和他 们之间的相互关系以及其它各种为切削加工所必需的 辅助运动，最后均由机床的传动系统图表达出来。 • 机床的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示 意图，在图中用简单的规定符号代表各种传动元件 (国家标准GB4460-84机械制图——机构运动简图符 号)。机床的传动系统图是画在一个能反映机床外形 和主要部件相互位臵的投影面上，并尽可能绘制在机 床外形的轮廓线内。在传动系统图中，各传动链中的 传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形 式画出来的。后图所示为万能升降台铣床的主传动系 统图。
3、 传动原理图 • 机床上全部传动组的综合就是机床的传动结构，或称 为机床传动系统，常用机床传动系统图来表示。但在 运动分析中，为了便于分析机床上的运动和传动联系， 则常采用“传动原理图”。 • 传动原理图仅用一些简单的符号来表示运动源与执行 件、执行件与执行件之间的传动联系。后图所示为传 动原理图中常用的部分符号。执行件一般可用较直观 的简单图形来表示。 • 采用传动原理图作为工具来研究机床的传动联系重点 突出，简洁明了。如果先搞清楚机床的传动原理图, 就比较容易掌握机床的传动系统,尤其对那些运动较 为复杂的机床来说，如齿轮机床等，利用传动原理图 很有必要。