第二章 机床的运动分析

•说明：在刨床、插床、铣床、平面磨床等机 床上加工的表面是纵向表面。
3、特形表面----复杂运动而形成
• 螺旋面 由直线1沿着螺旋线2 运动，即边作旋转运动v', 边作轴线方向移动v''而 形成螺旋面。
三、发生线的形成方法
(一)切削刃的形状与发生线的关系，
发生线是由刀具的切削刃与工件间的相 对运动得到的，所以工件表面的成形与刀具 切削刃的形状有着极其密切的关系。 切削刃的形状是指刀刃与工件形成表面 相接触部分的形状。
• 传动装置通常还包括改变传动比、改变运 动方向和改变运动形式等机构。
• 动力源－传动装置－执行件或执行件—传 动装置—执行件，构成传动联系。
二、机床的传动链
机床上为了得到所需要的运动，需要通 过一系列的传动件把执行件和动源，或者把 执行件和执行件连接起来，以构成传动联系。 构成一个传动联系的一系列传动件，称为传 动链。 根据传动联系的性质，传动链有外联系 传动链和内联系传动链。
二、辅助运动
1．各种空行程运动
2、切入运动
操纵和控制运动包 括起动、停止、变 速、换向、部件与 工件的夹紧、松开、 转位以及自动换刀、 自动测量、自动补 偿等。
3．分度运动
4．操纵和控制运动
三、主运动和进给运动
• 主运动
主运动是产生切削的运动。主运动可能是 简单的成形运动，也可能是复合的成形运 动。
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第二章结束
第二章 机床的运动分析
§1 工件的加工表面及其形成方法
§2 机床的运动
§3 机床的传动联系和传动原理图
§4 机床常用传动机构
§5 机床运动的调整
一、被加工工件的表面形状
• 可以看出，工件表面是由几个表面元素组 成的，如图所示。
圆锥面 平面 螺旋面 球面
直线成 形表面
圆环面 圆柱面
二、工件表面的形成方法
• 2)根据传动链两末端件的运动关系，确定 计算位移量。
• 3)根据计算位移量以及相应传动链中各个 传动环节的传动比，列出运动平衡方程式 • 4）根据运动平衡方程式，导出该传动链的 换置公式。
三、换置器官在传动链中的位置
换置器官在传动链中的位置对运动的 调整计算影响很大。在传动设计中，可以 应用传动原理图来选择换置器官的数量和 安排换置器官的位置。
1、成形运动的种类
• 简单成形运动 • 复合成形运动
简单成形运动
• 工件回转和刀具直线移动是速度各自独立 的运动，最简单，也最容易得到。用符号A 表示直线运动，用符号B表示旋转运动。
复合成形运动
• 例：用螺纹车刀切削螺纹。螺纹车刀是成 形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的截面。 因此，形成螺旋面只需一个运动：车刀相 对于工件作螺旋运动。
• 内联系传动链联系复合运动之内的各个运 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。
• 内联系传动链有严格的传动比要求，否则 就不能保证被加工表面的性质 • 为了保证准确的传动比，在内联系传动链 中不能用摩擦传动或瞬时传动比有变化的 传动件，如链传动。
由刀刃包络成形的 渐开线齿形
(二)形成发生线的方法及所需运动
1．成形法：是利用成形刀 具对工件进行加工的方法。 因此形成发生线2不需运动。 2．展成法：是利用工件和 刀具作展成切削运动的加 工方法。用展成法形成发 生线需要一个成形运动(展 成运动)。
3．轨迹法：是利用刀具作一 定规律的轨迹运动来对工件 进行加工的方法。采用轨迹 法形成发生线需要一个成形 运动。
母线和导线是形成零件表面的两条发 生线。因此，形成表面所需要的成形运动， 就是形成其母线及导线所需要的成形运动 的总和。为了加工出所需的零件表面，机 床就必须具备这些成形运动。
例：用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，需一个成形运动，是 复合运动。 • 导线——直线，由相切法形 成，需两个独立的成形运动， 因此，形成表面所 即滚刀的旋转运动和滚刀沿 需的成形运动的总 工件的轴向移动A2。其中滚 数只有两个：一个 刀旋转运动与复合展成运动 是复合的成形运动 的一部分B11重合。 B11Bl2，另一个是简
• 进给运动
进给运动是维持切削得以继续的运动。进 给运动可是简单运动，也可是复合运动。
• 对旋转主运动，其主轴转速的单位以r/min 表示；对直线往复主运动，其直线往复速 度的单位以双行程/min表示。
• 进给运动速度的单位用下列方法表示：
mm/r，如车床、钻床、镗床等；
mm/min，如铣床等；
mm/双行程，如刨床等。
在表面成形运动中，必须有而且只能 有一个主运动。如果只有一个表面成形运 动，则这个运动就是主运动。
进给运动则可能是一个，也可能没有 或多于一个。无论是主运动还是进给运动， 都可能是简单运动或复合运动。
第二章 机床的运动分析
§1 工件的加工表面及其形成方法
§2 机床的运动
§3 机床的传动联系和传动原理图
三、传动原理图
• 定比机构
• 换置器官
• 传动原理图
• 为了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
传动原理图与传动系统图的主要区别：
• 传动系统图上表示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。 • 传动系统图具体表示了传动链中各传动件 的结构形式；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。
• 刀刃是一个点(实际是很短的一段线)，切削时刀 刃作轨迹运动； • 刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合，在 切削加工时，刀刃与被成形的表面作线接触 ； • 刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线不吻合， 切削加工时，刀具切削刃与被成形的表面相切。 切削刃相对工件滚动(即展成运动)，刀具与工件 间需要有共轭的展成运动。
§1 工件的加工表面及其形成方法
§2 机床的运动
§3 机床的传动联系和传动原理图
§4 机床常用传动机构
§5 机床运动的调整
一、运动参数及其换置器官
• 每一个独立的运动都需要有5个参数来确定。 这5个运动参数是：运动的起点、方向、轨 迹、路程和速度。
二、机床运动的调整计算
• 1)根据对机床的运动分析，确定各传动链 两端的末端件。
任何表面都可以看作是一条线(称为母 线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。 母线和导线统称为形成表面的发生线。
按形成表面时母线和导线是否可以互换， 有可逆表面和不可逆表面之分。 常见的工件表面，按其形状可分为三类。
1、旋转表面——转动而形成 • 圆柱面 由平行于轴线的直线1沿 着v方向转动，而形成圆柱面；
单的成形运动A2。
• 形成某种形状表面时所需机床提供的成形 运动的形式和数目决定于采用的加工方法 和刀具结构。
二、辅助运动
1．各种空行程运动
2、切入运动
3．分度运动
4．操纵和控制运动
二、辅助运动
1．各种空行程运动 空行程运动是指进给前
后的快速运动和各种调 位运动。 3．分度运动 调位运动是在调整机床 4．操纵和控制运动 的过程中，把机床的有 关部件移到要求的位置。
二、变速组
变速是机床传动系统的主要功能。在数 控机床上以采用调速电动机变速为主，通用 机床则多采用机械的变速机构来实现分级变 速。常用机械分级变速机构有滑移齿轮变速 组、离合器变速组、挂轮变速组等。
三、变向机构
变向机构用来改变机床执行件的运动 方向。常用机械式变向机构有两种：
第二章 机床的运动分析
卧式车床的传动原理图
[例] 数控车床的传动原理图
第二章 机床的运动分析
§1 工件的加工表面及其形成方法
§2 机床的运动
§3 机床的传动联系和传动原理图
§4 机床常用传动机构
§5 机床运动的调整
一、定比传动副
定比传动副主要包括齿轮副、带轮副、 齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副和丝杠螺母副等。 这些传动副的共同特点是传动比不变， 齿轮齿条副和丝杠螺母副主要用于将旋转运 动变为直线运动。
应当指出，被形 成的表面形状，不仅取 决于刀刃形状及表面形 成方法，而且还取决于 发生线的原始位置。
第二章 机床的运动分析
§1 工件的加工表面及其形成方法
§2 机床的运动
§3 机床的传动联系和传动原理图
§4 机床常用传动机构
§5 机床运动的调整
一、表面成形运动
• 表面成形运动(简称成形运动)是保证得到 工件要求的表面形状的运动。
可逆表面
• 圆锥面 不可逆表面 由不平行于轴线，但与轴 线相交的直线1沿着V方向转动， 而形成圆锥面；
• 球面 由圆1沿着V方向转动，而 形成球面；
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•说明：在车床、钻床、镗床、外圆磨床等 机床加工的表面是旋转表面。
2、纵向表面----直线移动而 形成或沿直线移动而形成 • 平面 由直线1沿着另一直线2 方向V移动，而形成平面； • 直线成形面 1沿着曲线2移动， 而形成纵向曲面；
2、切入运动
二、辅助运动
1．各种空行程运动 使刀具切入工件，以获 得进行成形运动所需的 2、切入运动 3．分度运动
4．操纵和控制运动
工件和刀具位置的运动， 称为切入运动 。
切入运动用于保证被加 工表面获得所需要的尺 寸。
二、辅助运动
1．各种空行程运动
2、切入运动
加工若干个完全相同的 均匀分布的表面时，为 3．分度运动 使表面成形运动得以周 4．操纵和控制运动 期地继续进行的运动称 为分度运动。
复合成形运动
• 例：用螺纹车刀切削螺纹。螺纹车刀是成 形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的截面。 因此，形成螺旋面只需一个运动：车刀相 对于工件作螺旋运动。 把这个螺旋运动分解成等速旋转运动 和等速直线运动。分别以B11和A12代表。 这样的运动称为复合的表面成形运动或简 称复合成形运动。
2、零件表面成形所需的成形运动
外联系传动链
• 外联系传动链联系动源和机床执行件，使 执行件得到预定速度的运动，并传递一定 的动力。此外，外联系传动链还包括变速 机构和换向机构等。 • 外联系传动链传动比的变化，只影响生产 率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。 因此，外联系传动链不要求动源与执行件 间有严格的传动比关系。
2．内联系传动链
§4 机床常用传动机构
§5 机床运动的调整
一、机床的传动联系
每个运动，都有以下三个基本部分
• 执行件：它们是执行运动的部件，其任务 是带工件或刀具完成旋转或直线运动，并 保持准确的运动轨迹。
• 动力源：它是提供动力的装置。 • 传动装置：它是传递动力和运动的装置。 通过它把动源的动力传递给执行件或把一 个执行件的运动传递给另一个执行件。
（一）同步带传动
同步带传动是带传动中的一种，它利用 同步带的轮齿与带轮的轮齿依次相啮合传递 运动和动力，因而兼有普通带传动、齿轮传 动和链传动的优点，可用于高速传动；作用 于轴和轴承等上的载荷小，传动效率高，在 数控机床上广泛应用。
（二）滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副可实现回转运动与直线 运动相互转换，这种新型的传动结构在数控 机床上得到了广泛的使用。它的结构特点是 在具有螺旋槽的丝杠螺母中装有滚珠作为中 间传动元件，以减少摩擦。
4．相切法：是利用刀具边旋转边作轨迹运 动来对工件进行加工的方法。
四、表面的形成
• 表面的形成过程，是其母线与导线形成过程的 组合。表面形成方法是母线形成方法和导线形 成方法的组合
1).同一种工件形状的表面，可有多种形成方法； 2).同一种方法，可以形成多种表面形状；
3).刀刃的形状愈复杂，加工所需的运动愈少。
• 机床传动原理图的画法：
1).(画出工件、刀具示意图及其运动)；
2).画出主轴、刀架、丝杆螺母；
3).画出运动源（电动机）；
4).画出该机床上的特殊机构符号，如iv、if等； 5).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。 其它的中间传动件则一概不画，这样就得到 了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。