金属切削机床-第二章 机床的运动分析

复合成形运动

如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上
的旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定的 运动关系组合而成，称为复合成形运动，简称复 合运动。

例 如 ， 车床车削螺纹
复合表面成形运动举例1

1）用螺纹车刀切削螺纹
把螺旋运动分解成等速
螺旋运动B11和等速直线运 动A12，如图所示。为了得 到一定导程的螺旋线，运动 的两部分必须严格保持相对 关系，即工件每转1转，刀
工件旋转并直线移动 刀具旋转和工件直线移动 刀具旋转并直线移动
表面成形运动在刀具和工件之间的分配情况不同，机床 结构也不一样——决定了机床结构型式的多样化。
辅助运动

机床在加工过程中除完成成形运动外，还需
完成其它一系列运动，这些与表面成形过程
没有直接关系的运动，统称为辅 助 运 动 。

辅助运动的作用是实现机床加工过程中所必 需的各种辅助动作，为表面成形创造条件。

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“动力源→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。
2）内联系传动链
联系复合运动内的各运动分量，因而传动链所
联系的执行件之间的相对速度（及相对位移量）有 严格的要求，用来保证运动的轨迹。
1.传动链分类
外联系传动链：动力源→执行件
内联系传动链：执行件→执行件
1）外联系传动链****
外联系传动链联系动力源和执行件，使执行件 得到预定速度的运动，并传递一定的动力。包括 变速机构和换向机构。外传动链不要求动力源→ 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。 机床上有几个简单运动，就需要几条外联系传 动链，每条传动链可以有各自独立的动力源，也 可以几条传动链共用一个动力源。
通常，传功链包括各种传动机构，如带传动、 定比齿轮副、齿轮齿条、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、 滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮 或挂轮架以及各种电、液压的和机械无级变速机 构等。在考虑传动路线时，可先撇开具体机构， 把上述各种机构分成两大类：固定传动比的传动 机构，简称“定比机构”和变换传动比的传动机 构，简称“换置器官”。定比传动机构有定比齿 轮副、丝杠螺母副以及蜗杆蜗轮副等，换置器官 有变速箱、挂轮架和数控机床中的数控系统等。
具的移动量应为一个导程。
复合表面成形运动举例2
2）用齿条刀加工齿轮 产生渐开线靠展成法， 需要一个复合的展成运动。 这个复合运动也可分解为 工件的旋转B11和刀具的直 线运动A12。 B11和A12是一 个运动(展成运动)的两个部 分，必须保持严格的运动 关系。即工件每转一个齿， 齿条刀应移动一个周节πm。
复合表面成形运动举例3
3）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。它们之间需 保持严格的相对运动关系， 来保证锥度。
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。
2)外联系传动链：电动机—1—2—iv—3—4—主轴。
2.车削外圆
主轴的旋转和刀具的移动是两个独立的简 单运动，车床应有两条外联系传动链： 1）电动机—1—2—iv—3—4—主轴； 2）电动机—1—2—iv—3—4—5 — if — 6 — 7 —丝杠。 其中：1—2—iv—3—4是公共段。 与车螺纹时的差别：车螺纹时， if必须计 算和调整得准确，车外圆时， if不需计算。
第二章 机床的运动分析

研究——机床具有的各种运动及其相互关系
目的——用科学简便的方法，根据机床的运动规律 来分析、比较各类机床的传动系统，以便合理使 用机床和设计机床。 表面形状及其形成方法 机床的运动 传动联系及传动原理图 传动系统与运动调整和计算
第一节 工件的表面形状及其形成方法
一、 工件的表面形状
表面元素

机床工作原理——
通过刀具和工件之间的相对运动切除毛坯上多余金属 形成一定形状、尺寸和质量的表面以获得所需的机械零件
加工机械零件 实质 形成零件上各个表面 零件表面组成——平面、圆柱面、圆锥面
及各种成形面 、 线性表面
二 、工件表面的形成方法

线性表面——母线沿导线运动而成

机床上加工零件时，所需形状的表面是通过刀 具和工件的相对运动，用刀具的刀刃切削出来 的。
二、机床的传动联系和传动链

传动联系：为得到所需运动，需通过一系列传动件把执 行件和动力源，或者把执行件和执行件之间联系起来。 传动链：构成一传动联系的一系列顺序排列的传动件。

传动链中的两类传动机构
定比传动机构——传动比和传动方向固定不变的传动 机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等。 换置机构——据加工要求可以变换传动比和传动方向 的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、 离合器换向机构等。
空行程运动 —— 切削前后刀具或工件的快速趋近和退 回运动，开车、停车、变速、变向等控制运动，装卸、 夹紧、松开工件的运动等。
第三节 机床的传动联系和传动原理图
一、机床的传动联系
机床基本组成部分
1.执行件
2.动力源
3.传动装置
1)执行件 ——执行机床运动的部件。
如主轴、刀架、工作台等
任务 ：
1.装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形 式的运动； 2.保证其运动轨迹的准确性——旋转运动的正 圆度和直线运动的直线度。
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

4）齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面 母线——渐开线，由展成法形成，需要一个复合成 形运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12。 B11和B12之间必须保持严格的相对运动关系。
导线－直线，由相切法形成， 需要两个简单成形运动，滚刀 旋转和滚刀沿工件轴向移动A2 表面成形运动的总数为两个— 一个复合成形运动B11Bl2和一 个简单的成形运动A2。
动。

运动轨迹的准确性，则靠主轴轴承与刀架、工作台、
导轨等保证。
4）复 合 运 动 的 实 现

复合运动——由保持严格运动关系的几个单元运
动（旋转和直线）组成——必须有传动链将实现
这些单元运动的执行件联起来，使其保持确定的 运动关系；

此外，为使执行件获得运动，还需有一条外联系 传动链。
三、传动原理图


用一些简单的符号表示动力源与执行件及执行件与执行 件之间的联系——传动原理图 常见符号如下图：
例一：卧式车床的传动原理图
1.车削螺纹
卧式车床形成螺旋表面时需要一个螺旋运动， 它是一个复合运动，可分解为主轴的旋转和车刀
的纵向移动，因此有两条传动链： 1)内联系传动链：主轴— 4 — 5 — if — 6 — 7 —丝杠
2)动力源 ——是为执行件提供运动和动力的装置，如交
流异步电动机、直流电动机、步进电机、伺服电机
3)传动装置——是传递运动和动力的装置，通过它把执
行件和运动源或一个执行件与另一个执行件联系起来， 使执行件获得一定速度和方向的运动，并使有关执行 件之间保持某种确定的运动关系。 机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等 机械的传动装置有：皮带、齿轮、齿条、丝杠螺 母等传动件，实现运动联系。
成形运动的另一种分类法
主运动
机床上形成切削速度并消耗大部分动力的运动。
速度高，消耗的功率大。
任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动。
进给运动

机床上维持切削加工过程连续不断进行的运动。 速度较低，消耗的功率较小。 一台机床的进给运动可能有一个或几个，也可能没有。
成形运动的作用
1.表面成形运动是机床上最基本的运动，其轨迹、
数目、行程和方向等，在很大程度上决定着机床
的传动和结构形式。
2.用不同工艺方法加工不同形状的表面，所需的
表面成形运动是不同的，从而产生了各种不同类
型的机床。
即使是用同一种工艺方法和刀具结构加工相同表 面，由于具体加工条件不同，表面成形运动在刀具和工 件之间的分配也往往不同。 车削圆柱面，根据工件形状、尺寸和坯料形式等 具体条件不同，表面成形运动可以:
相切法

利用刀具边旋转边做轨迹运动来对工件进行加 工的方法，如图所示。用相切法得到的发生线 需要两个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具 中心按一定规律的运动。
第二节 机 床 的 运 动


直线运动——A 旋转运动——B 机床加工零件↔获得所需表面↔形成一定形状的母线和 导线 形成母线和导线——需要刀具和工件作相对运动 形成发生线，亦即形成被加工零件表面的运动，称为表 面成形运动，简称成形运动 。



轨迹法 成形法 相切法 范成法
由于刀刃形状和加工方法不同，形成发生线的方法也 不同，可归纳为四种：
成形法


利用成形刀具对工件进行加工的方法。 如图所示，刀刃的切削线1，它的形状和长短与需要成 形的发生线2完全重合。因此形成发生线2不需要运动。