第二章机床的运动分析

1)了解机床工作时有几个执行件?各执行件的运动及运动源是什
么? 2)哪些运动之间应保持传动联系? 3)实现机床的运动共有几条传动链? 4)分别阅读各条传动链,对每一条传动链采用“抓两端、连中间” 的方法进行分析。首先,找出传动链的两端件(首端件与末端件),然 后研究各传动轴间的传动结构、传动副与传动轴间的连接关系、 传动副的传动比及运动的传递过程,最后确定两端件之间的运动
三、传动原理图
在运动分析中,为了便于研究机床的运动和传动联系,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。
四、机床的机械和非机械的传动联系
在机床上的传动联系,除了用刚体传动件的机械方式来实现
外,根据运动的性质,无论是内联系传动或外联系传动都可以
用非机械的传动方式实现,如液压、电气、气动、光和热等 方式来实现。
图2-25 简单的卧式车床主运动传动系统图及转速分布图
a)传动系统图 b)转速图
n2=n1φ
n3=n2φ=n1φ2
…
nz=nz-1φ=n1φz-1 将等式两边取对数,可得: lgn2=lgn1φ=lgn1+lgφ
lgn3=lgn2φ=lgn2+lgφ=lgn1+2lgφ
… lgnz=lgnz-1φ=lgnz-1+lgφ=lgn1+(z-1)lgφ 由上述分析可知,由各级转速的对数值所组成的数列为一等差数 列,其公差为lgφ。 1)传动轴数及各轴运动传递的顺序。
螺纹时的传动原理图,并指出主运动传动链、进给运动传动链及 其换置机构、外联系传动链和内联系传动链。
2-13 如图2-26所示,试将其画成一个完整的铣削螺纹的传动原理
图,并说明实现所需的成形运动共需几条传动链?哪些是内联系传 动链?哪些是外联系传动链?
图2-26 铣削螺纹传动示意图
2-14 画出题2-8中各加工方法的传动原理图,指出主运动传动链
、进给运动传动键及其换置机构,并说明各传动链的性质。 2-15 简述转速图所包含的内容。
第二章 机床的运动分析
第一节 零件表面的形成方法
一、零件表面的形状 任何一个机器零件的形状都是由它的功用来确定的。
图2-1 组成零件轮廓的几种几何表面 a)平面 b)直母线成形面 c)圆柱面 d)圆锥面 e)球面 f)圆环面 g)螺旋面 1—母线 2—导线
图2-2 机床上加工的常见工件表面的形状
(1)用成形车刀车削外圆锥面。
2-9 试分析用下述刀具加工圆柱孔时的表面成形方法和机床所 需的表面成形运动。
(1)用尖刃车刀或镗刀加工。
2-10 机床传动的基本组成部分是哪些?各部分的作用是什么?
2-11 什么是内联系传动链?什么是外联系传动链?其本质的区别
是什么?
2-12 传动原理图与传动系统图有何区别?试绘出卧式车床车削
第四节 机床运动的调整
一、 机床传动系统图
由规定的图形符号代表真实机床的机械传动系统中的各个 传动件,而绘制成的机床各条传动链的综合简图,称为机床机
械传动系统图,简称为机床传动系统图。
1)传动系统图上表示了该机床所有的执行运动及其传动联系;而传
动原理图则主要表示与表面成形有直接关系的运动及其传动联系
用螺纹车刀车削螺纹,如图2-11所示。母线与车刀的切削刃形状和螺纹轴向剖 面轮廓的形状一致,故母线由成形法形成,不需要成形运动。导线为螺旋线,由
轨迹法形成,需要一个成形运动。这是一个复合的成形运动,可以把它分解为
工件的旋转运动B11和刀具的直线移动A12。但是,B11和A12之间必须保持严 格的相对运动关系。必须指出,那些既在形成母线中起作用又在形成导线中
表2-3 常用传动副的传动比及其运动计算式
1)主运动传动链调整环
主运动传动链调整环用于调整主轴转速
。图2-25所示的车床主运动传动链的调整环由三个双联滑移齿轮 变速机构组成,因此: uⅠ-Ⅱ、uⅡ-Ⅲ、uⅢ-Ⅳ——分别为轴Ⅰ-Ⅱ、轴Ⅱ-Ⅲ、轴Ⅲ-Ⅳ间 的可变传动比。 由该车床主运动传动路线表达式可推出其运动平衡方程式:
关系。
5)列出各传动链的传动路线表达式和运动平衡方程式。 6)根据运动平衡方程式导出传动链调整计算的换置公式,求出执行 件的运动速度、位移量或交换齿轮齿数。 例如,图2-24所示简单的卧式车床传动系统的分析如下:
二、转速图 转速图是一种在对数坐标上表示变速传动系统运动规律的
格线图,又称为转速分布图,简称为转速图。
u交——交换齿轮变速传动机构传动比,常采用复式交换齿轮,即u
交=;
uⅦ-Ⅷ、uⅧ-Ⅸ、uⅨ-Ⅹ——分别为轴Ⅶ—Ⅷ、轴Ⅷ—Ⅸ、轴Ⅸ
—Ⅹ间的可变传动比。 如果取uⅦ-Ⅷ= 、uⅧ-Ⅸ= 、uⅨ-Ⅹ= 代入式(2-3),整理后可得:
3)进给运动传动链调整环
进给运动传动链是外联系传动链,用于
调整机床的进给量。车削加工时,进给量的定义为:主轴转1转,刀 架直线移动f(mm)。
图2-5 直齿圆柱齿轮 齿面成形的两根生成线
三、生成线的形成方法及所需的运动
零件表面生成线的形成过程,与所用刀具的切削刃形状有关
。
1)切削刃的形状为一个切削点(图2-6a),切削刃与成形表面为点接 触。切削加工时,刀具1应作轨迹运动3,以形成生成线2。
图2-6 切削刃形状与生成线的三种关系
2)切削刃的形状是一段曲线1,其轮廓(切削线)与工件生成线2完全
起作用的运动,实质上只是机床的一个运动。
图2-12所示为滚切直齿圆柱齿轮时所需的成形运动。母线(轮齿的渐开 线)是滚刀切削刃的包络线,由展成运动(B1+B2)形成。导线是沿齿长方
向的直线,由相切法形成,即需滚刀旋转并作向下的直线运动(B+A)。实
质上,形成导线的滚刀旋转运动B与形成母线中的滚刀旋转运动B1是同 一个运动。因此,滚切直齿圆柱齿轮时共需两个运动,即展成运动
图2-15 加工锥螺纹时的 表面成形运动
二、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,又可分为主运动和
进给运动两类。
图2-16 铣削螺纹时的运动
三、辅助运动
机床上除表面成形运动外,还需要辅助运动(Auxiliary motion,
非表面成形运动),以实现机床的各种辅助动作。
四、运动的主要要素
吻合(图2-6b)。在
图2-7 由切削刃包络
成形的渐开线齿形
3)切削刃的形状是一段曲线,其轮廓(切削线)与工件生成线2不相
吻合(图2-6c),为共轭关系。在切削加工时,刀具切削刃1与被形成 表面相切,为点接触。工件生成线2是刀具切削刃1运动轨迹的包 络线,如图2-7所示。因此,刀具与工件需要有共轭的展成运动。 在切削加工中,由于使用的刀具的切削刃形状和采用的加工方法 不同,形成生成线的方法也不同。
B1+B2)和滚刀沿工件轴向移动的直线运动A。
第二节 机床的运动
不同的工艺方法所要求的机床运动的类型和数 量是不相同的。
一、表面成形运动 表面成形运动(Surface formative motion,简称成形运动)是保
证得到零件要求的表面形状的运动。
图2-13 车削外圆柱表面 时的成形运动
图2-14 加工螺纹时的运动
。
2)传动系统图具体表示了传动链中各传动件的结构形式,如轴、齿
轮、带轮等;而传动原理图则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。
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
若进给传动链的最后一对传动副为齿轮齿条副时,则主轴转1转时,
齿轮齿条副中齿轮的转数nZ(r)为: nZ=n主u=1主轴u
则进给量f(mm/r)为:
uc——该传动链中所有传动比不变的传动副的传动比;
uf——该传动链中调整环的传动比;
m——齿轮、齿条的模数;
z——齿轮齿条副中齿轮的齿数。
如果进给传动链的最后一对传动副为丝杠螺母副时,其丝杠或螺
2)变速组数及各变速组的传动副数。
3)各传动副的传动比值。
4)各传动轴的转速范围及转速级数。 5)实现主轴各级转速的传动路线。
三、传动链调整环及调整计算原理 (1)调整环的功用 由机床传动系统图及传动路线表达式可 知,在机床的每条传动链中都存在着一个可调环节,称之为调 整环。
表2-3 常用传动副的传动比及其运动计算式
一般情况下,每一个独立的运动都有五个要素,即轨迹、速度
、方向、行程和位置。
图2-17 运动五要素
第三节 机床的传动
一、传动的基本组成部分 (1)运动源 为了驱动机床的执行件而实现机床的运动,必须 要有动力来源,称为运动源。 二、机床的传动联系 (1)传动链 连接运动源和执行件或连接一执行件和另一执
母的转数ns(r)为:
nwenku.baidu.com=n主u=1主轴u 则进给量f(mm/r)为: Ph——丝杠的导程,mm。
思考题与习题
2-1 常见的零件表面形状是哪些?为什么? 2-2 零件表面形成的基本原理是什么?什么是母线、导线、生成 线、可逆表面和不可逆表面?两条生成线(母线和导线)在什么情况 下才可以互换? 2-3 生成线的形成与切削刃的形状有何关系?它有哪几种形成方 法? 2-4 成形表面的形状取决于哪些因素?
a)车削外圆柱面 b)磨削外圆柱面 c)钻削内圆柱面 d)铣削平面 e)刨削平面 f)磨削平面 g)用成形刨刀刨削成形面 h)用尖头刨 刀刨削成形面 i)用成形铣刀铣削成形面 j)用尖头车刀车削回转成 形面 k)用螺纹车刀车削螺纹 l)用螺纹铣刀铣削螺纹
二、零件表面的形成
从几何学的观点看,面是线的运动轨迹。
2-5 举例说明什么是表面成形运动、辅助运动、主运动、进给
运动? 2-6 试述认识机床的主要方法。为什么要分析、研究机床的运
动?
2-7 机床运动有哪些主要要素?为什么不同的运动,其要素要有所 侧重? 2-8 画出简图表示用下列方法加工所需表面时,需要哪些成形运 动?其中哪些是简单运动?哪些是复合运动?
行件,使之保持传动联系的这一部分传动件称为传动链。
图2-18 工件与刀具的运动
图2-19 内联系传动链的封闭曲线环路
图2-20 外联系传动链的开放曲线环路
图2-21 传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 的机械联系 h)电气联系 i)脉冲发生器 j)快调 换置器官(数控系统)
图2-8 形成生成线的四种方法
a)轨迹法 b)成形法 c)相切法 d)展成法
图2-9 生成线原始位置与成形表面的关系
四、零件表面成形所需的成形运动
零件表面是两根生成线(母线和导线)运动的轨迹,形成零件 表面的成形运动就是形成母线和导线所需运动的总和。
图2-10 车削成形 回转表面所需的 表面成形运动
D——工件直径(mm)。 2)车削螺纹运动传动链调整环 车削螺纹运动传动链是一条内联
系传动链,其调整环的作用是协调主轴与刀架两执行件的运动,以
保证加工出所需要的螺纹导程值。其运动联系为:主轴转一转,刀 架移动导程T(mm)。 根据图2-24所示的车削螺纹运动传动路线表达式,可以推导出运动 平衡方程式,并导出换置公式:
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-1 机构运动简图符号(摘自GB4460—1984)
表2-2 滚动轴承图示符号(摘自GB4458· 1—1984)