机械装备制造-第三章第三节机床总体设计(重点)

形成母线运动＋形成导线运动
加工方法
成形运动数
母线
导线
点刃车刀车外圆
（直线，轨迹法）f
(圆，轨迹法)n
总运 动数
2
宽刃车刀车外圆
（直线，成形法）0
(圆，轨迹法)n
1
砂轮磨外圆
（直线，轨迹法）f
(圆，相切法)n1， n2
3
圆盘铣刀铣外圆
（直线，轨迹法）f
(圆，相切法)n1， n2
3
用滚刀滚切直齿 (渐开线，范成法) n1 n2 (直线，相切法)n1， f
成形运动。也就是刀刃的形状与需要形成 的发生线完全重合，故形成发生线不需要 专门的运动，而由刀刃本身来实现。
(3)相切法
刀具——铣刀、砂轮等旋转加工刀具 垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃也可看作
是点, 当该切削点绕着刀具轴 线作旋转运动，刀 具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动； 发生线——切削点运动
1母线，2导线
表面 平面 圆柱面 圆锥面 螺纹面 直齿面 斜齿面
母线
直线（弧线－铣刀）
直线
可逆表面
斜线
V 型线
渐开线 可逆表面
渐开线
导线 直线
圆 圆 螺旋线 直线 螺旋线
2.切削刃的形成方法
切削刃形状—切削刃与工件成形表面相接触部分 的形状。为一切削点；为一切削线—与发生线形 状吻合（螺纹车刀）；为一切削线—与发生线形 状不吻合。1.刀刃 2.发生线 3.运动轨迹
作业：
分析用滚刀加工直齿圆柱齿轮的滚齿机： （1)分析零件母线、导线的形状，加工方 法及所需成形运动。 （2）画出该机床的传动原理图并写出相应 的传动链。
的齿长是螺旋形，所以进给运动是螺旋运 动，由回转运动和直线运动复合而成。螺 旋附进加给回运转动运是动。Zf Cf1，CP的复合运动，Cf1是
传动链：
(1)主传动链（外）：电机n电 1 Uv
(2)范成传动链(母线)：
滚刀n刀转 2
滚刀1/K转
工件转1/Z转
2
Σ Ux
(3)轴向进给传动链：工件1转
（使毛坯不断低投入切削）
绘制机床传动原理图（重点） uv：表示主运动变速传动机构的传动比。 uf:表示进给运动变速传动机构的传动比。
主轴箱 进给箱
刀架
床身
溜板箱
尾座
丝杠 光杠
实例1：螺纹车床
电动机
1
Uv
2 Uf
CP
Zf 3
分析：
母线：(与螺纹轴向剖面形状一致的螺 纹车刀的刀刃保证)，V型线，成型法，不 需要运动0。
3
用滚刀滚切斜齿 (渐开线，范成法) n1 n2 (螺旋线，相切法)n1， fn2 3
(三)机床运动功能方案设计
1.机床的坐标系－对各单元运动命名（参照 数控机床坐标系,采用直角坐标系）
1）直线运动 Z—平行于主轴方向的运动。 X—水平的，沿主要切削力方向。 Y—垂直于XZ平面，右手定则。
工件 Y
由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工 表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。 2.工件的加工表面是通过机床上刀具和工件的相对运动形 成的。
(二)工件表面的形成方法
1.几何表面的形成原理 母线沿着导线形成的零件表面。 发生线：母线和导线。
工件表面的形成方法
线性表面——母线沿导线运动而成
3 刀架下降fmm
3
Uf
4
(4)差动传动链：刀架下降一个导程T
转
工件附加1
4
Uy Σ 3
Uv：速度换置机构，用来变换主运动的速度。 Uf：进给量换置机构。 Ux：分齿换置机构，用来变换被加工齿轮的
齿数。
主传动链的作用是驱动运动和动力，即给主运动以 速度和动力。
范成传动链：联系2个单元运动组成复合运动，保证 刀具工件的相对运动轨迹。
线。
需要一个成形运动（从独立运动的概念来讲）
特点：刀具切削刃与工件被加工表面为点 接触，按一定的规律作直（曲）线运动， 形成发生线。
发生线2是由刀刃1作轨迹运动3得到的。这 时候刀具和工件之间需要有1个相对运动。
(2)成型法
采用成形刀具加工 切削刃与所需形成的发生线完全吻合 加工时刀具不需任何运动 特点：刀具的形状与母线的百度文库状一样，不需
轨迹的包络线
运动——刀具旋转 刀具与工件之间的相对
移动
(4)范成法
刀具——插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀 切削刃——与需要形成的发生线共轭的切削线 刀具与工件按确定的运动
关系作相对运动（范成运动） ，切削刃与被加工表面相切(点接触) 发生线——切削刃瞬时位置
包络线
3.形成零件表面所需成形运动
外联系：运动源与执行件之间的传动联系。 外联系的作用是驱动机床的运动。即提供给机床 的运动以速度和动力。
外联系传动链：机床上运动源和执行件之间 为了实现外联系而顺次串联的传动副。
内联系：机床上为了将两个或两个以上单元 运动组成复合的成形运动，执行件与执行件之间 的传递联系称为内联系。
内联系传动链：两个执行件之间为了实现内 联系而顺次串联的传动副。
导线：螺旋线，轨迹法，复合运动CPZf。 传动链：(1)主传动链（外）：
电机n电 1 Uv
主轴n转 2
(2)进给传动链（内）：主轴1转 移动一个导程（Tmm）
2
Uf 3
刀具
实例2：滚齿机（斜齿）
电动机
1 Uv 2
CP
Cf
Zf
Ux 合成
3
Uf
4
Uy
分析：
母线：渐开线，范成法，复合运动CP Cf。 导线：螺旋线，相切法，需要运动Zf Cf1，CP 注释：直齿齿轮的齿长是直线形。斜齿齿轮
（2）典型机床运动功能图
车床
铣床
外圆磨床（Cf周向进给Ba转位运动）
钻床
滚齿机
4.机床传动原理图 （重点）
1）作用：表示机床的所有单元运动及其运 动联系的简图 2）符号： 定比传动 可变速比 加法器（一个执行件同时完成2个单元运动）
合成
3）概念介绍
运动源：为了驱动机床的执行件，实现机床 的运动，必须要有动力来源。通常为电动机。可 以几个运动共用一个电源，也可以每个运动单独 有运动源。
机械制造装备设计
第三节 机床总体设计
一.机床系列型谱的制定 1.机床分成若干种类型，如通常所说的车、
钻、镗、磨等11大类通用机床，同一种类 型的机床又分为大小不同的几种规格。 2.主参数系列是一个等比级数的数列。例如 中型卧式车床的主参数是床身上工件最大 回转直径，其系列为250，320，400，500， 630，800，1000（公比为1.25）。
B
n
Z
C
A
X
X
Z
斜置运动： X ,Y ,Z ,A ,B ,C
2.运动功能式
作用：表达机床运动数，功能，排列顺序。 表示方法：W/CpZfXf/T W:工件；T：刀具 CpZfXf：单元运动数（各单元运动 ) 按顺序：P主运动；f进给运动；a非成形运动
3.运动功能图
(1)运动功能符号 转动： 移动： 既转动又移动：
执行件：机床上直接夹持刀具或工件并实现 其运动的零部件。常见的有主轴、刀架、工作台 等。它是传递运动的末端件。
传动件：为了将运动源的动力和运动要求传 递给执行件，就必须有传递动力和运动的零件。 如齿轮、链轮、丝杆、螺母等。
运动源 电动机
运动 动力
传动件
末端件
齿轮、丝杆、 螺母
执行件
主轴、刀架、 工作台
进给传动链：驱动进给运动Zf 工件转速：若工件与滚刀的螺旋方向相同，则等于
基本回转＋附加回转的转速。若工件与滚刀的螺 旋方向相反，则等于基本回转—附加回转的转速。
基本回转与附加回转的相加或相减，通常借助合成 机构（差动机构）来实现的。合成机构的作用是 同时接通范成传动链和差动传动链，并使基本回 转与附加回转的相加或相减。
3.机床的型谱
创新设计
基型产品
机床的型谱
变型设计
变形产品
4.每种机床都有它的主参数系列，而每一规格 又有基型和变型，称为这类机床的系列和型 谱。
二.机床运动功能设计（机床运动 学）
(一)机床工作原理 金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动
力。 1.机床的基本工作原理就是通过刀具和工件之间的相对运动，
1 刀刃 2发生线
1.刀刃 2.发生线 3.运动轨迹
由于加工方法和使用的刀具结构及其切削 刃形状不同，机床上形成发生线的方法与所 需运动也不同，概括起来有以下四种：
轨迹法
成形法
相切法
范成法
(1)轨迹法
用尖头车刀、刨刀等刀具加工时 切削刃与被加工表面为点接触（实际是短弧线） 切削刃沿发生线作轨迹运动——获得所需发生