機床運動分析

第二章機床的運動分析機床的運動分析研究金屬切削機床上的各種運動及其相互聯系：首先，根據加工表面和刀具類型分析表面生成方法及所需的運動其次，分析實現這些運動，所需具備的傳動聯系、實現機構和機床運動的調整方法因此，機床運動分析過程為：“表面-運動-傳動-機構-調整”運動分析的目的：利用非常簡便的方法來分析、比較各種機床的傳動系統，以掌握機床的運動規(guī)律，合理使用和正確設計機床的傳動系統。第一節(jié)工件加工表面及其形成方法被加工工件的表面形狀加工機械零件=形成零件上各個表面零件表面組成——平面、圓柱面、圓錐面及各種成形面

被加工工件的表面形狀任何表面都可以看作是一條線（母線）沿著另一條線（導線）的運動軌跡。母線和導線統稱為發(fā)生線有些表面兩條發(fā)生線完全相同，只因母線的原始位置不同，也可形成不同的表面（圓柱、圓錐、雙曲面）某些表面的兩條發(fā)生線可以互換，稱為可逆表面機床上加工零件時，所需形狀的表面是通過刀具和工件的相對運動，用刀具的刀刃切削出來的實質——借助于一定形狀的切削刃、切削刃與被加工表面之間按一定規(guī)律的相對運動，形成所需的母線和導線。發(fā)生線的形成方法切削刃的形狀與發(fā)生線的關系發(fā)生線是由刀具的切削刃和工件的相對運動得到切削刃的形狀可劃分為三種形成發(fā)生線的方法及所需運動由于加工方法和使用的刀具結構及其切削刃形狀不同，機床上形成發(fā)生線的方法與所需運動也不同，概括起來有以下四種：軌跡法成形法相切法范成法成形法采用成形刀具加工切削刃與所需形成的發(fā)生線完全吻合加工時刀具不需任何運動展成法（范成法）刀具——插齒刀、齒輪滾刀和花鍵滾刀切削刃——與需要形成的發(fā)生線共軛的切削線刀具與工件按確定的運動關系作相對運動，切削刃與被加工表面相切(點接觸)發(fā)生線——切削刃瞬時位置包絡線運動——一個展成運動軌跡法用尖頭車刀、刨刀等刀具加工時切削刃與被加工表面為點接觸（實際是短弧線）切削刃沿發(fā)生線作軌跡運動——獲得所需發(fā)生線運動——一個軌跡運動相切法

刀具——銑刀、砂輪等旋轉加工刀具垂直于刀具旋轉軸線的截面內，切削刃也可看作是點,當該切削點繞著刀具軸線作旋轉運動，刀具軸線按一定規(guī)律作軌跡運動發(fā)生線——切削點運動軌跡的包絡線運動——刀具旋轉刀具與工件之間的相對移動第二節(jié)機床的運動表面成形運動為了獲得所需的表面形狀，必須使刀具和工件按上一節(jié)四種方法之一完成一定的運動，稱為表面成形運動是保證工件要求的表面形狀的運動成形運動種類按組成情況不同可分為:簡單成形運動復合成形運動簡單成形運動如果一個獨立的成形運動，是由單獨的旋轉運動或直線運動構成的，——簡單成形運動，簡稱簡單運動例如，用尖頭車刀車削圓柱面用符號A表示直線運動，用符號B表示旋轉運動復合成形運動如果一個獨立的成形運動，是由兩個或兩個以上的旋轉運動或（和）直線運動，按照某種確定的運動關系組合而成，——復合成形運動，簡稱復合運動。例如，車床車削螺紋角標號的第一位數表示第一個運動后一位數表示第一個運動的第1、2部分零件表面成形所需要的成形運動母線和導線是形成零件表面的兩條發(fā)生線，因此形成表面所需要的成形運動，就是形成其母線和導線所需要的成形運動的總和輔助運動各種空行程運動切入運動分度運動操縱及控制運動主運動與進給運動主運動由機床或人力提供的主要運動，它促使刀具和工件之間產生相對運動，從而使刀具前面接近工件，直接切除工件上的切削層，使其轉變?yōu)榍行?，從而形成工件新表面。主運動可能是簡單的成形運動，也可能是復合的成形運動進給運動由機床或人力提供的運動，它使刀具與工件之間產生附加的相對運動，加上主運動，可依次地或連續(xù)不斷地切除切屑，并得出具有所需幾何特性的已加工表面。進給運動可以是步進的，也可以是連續(xù)進行的。進給運動可能是簡單運動，也可能是復合運動第三節(jié)機床的傳動聯系和傳動原理圖機床或運動的三個基本部分執(zhí)行件動力源傳動裝置傳動裝置把執(zhí)行件和動力源或把有關的執(zhí)行件聯接在一起，構成傳動聯系執(zhí)行件——執(zhí)行機床運動的部件如主軸、刀架、工作臺等執(zhí)行件任務：1.裝夾刀具和工件，直接帶動它們完成一定形式的運動2.保證其運動軌跡的準確性——旋轉運動的正圓度和直線運動的直線度動力源

是為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置，如交流異步電動機、直流電動機、步進電機等。

傳動裝置

是傳遞運動和動力的裝置，通過它把執(zhí)行件和運動源或一個執(zhí)行件與另一個執(zhí)行件聯系起來，使執(zhí)行件獲得一定速度和方向的運動，并使有關執(zhí)行件之間保持某種確定的運動關系。機床傳動裝置形式：機械、液壓、電氣、氣壓等機床的傳動聯系和傳動鏈傳動聯系——為得到所需運動，需通過一系列的傳動件把執(zhí)行件和運動源，或者把執(zhí)行件和執(zhí)行件之間聯系起來傳動鏈——構成一個傳動聯系的一系列順序排列的傳動件傳動鏈中的兩類傳動機構：定比傳動機構——傳動比和傳動方向固定不變的傳動機構，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠螺母副等換置機構——根據加工要求可以變換傳動比和傳動方向的傳動機構，如掛輪變速機構、滑移齒輪變速機構、離合器換向機構、變速箱等簡單運動的實現

簡單運動——單獨的旋轉運動或直線運動——只需有一條傳動鏈將運動源與相應執(zhí)行件聯系起來，便可獲得所需運動。運動軌跡的準確性，則靠主軸軸承與刀架、工作臺等的導軌保證。

外聯系傳動鏈聯系運動源和執(zhí)行件，使執(zhí)行件獲得一定速度和方向運動的傳動鏈。機床上有幾個簡單運動，就需要有幾條外聯系傳動鏈可以有各自獨立的運動源，也可以幾條傳動鏈共用一個運動源。傳動比的變化只影響生產率和表面粗糙度，不影響發(fā)生線的性質。因此，不要求動力源與執(zhí)行件之間有嚴格的傳動比關系。復合運動的實現

復合運動——由保持嚴格運動關系的幾個單元運動（旋轉的和直線的）組成——必須有傳動鏈將實現這些單元運動的執(zhí)行件聯起來，使其保持確定的運動關系；此外，為使執(zhí)行件獲得運動，還需有一條外聯系傳動鏈。內聯系傳動鏈內聯系傳動鏈——聯系復合運動內部兩個單元運動的傳動鏈機床工作時，內聯系傳動鏈所聯系的兩個執(zhí)行件，將按照規(guī)定的運動關系作相對運動

由于內聯系傳動鏈本身不能提供運動，為使執(zhí)行件得到運動，還需有外聯系傳動鏈將運動源的運動傳到內聯系傳動鏈上來。內聯系傳動鏈的要求有嚴格的傳動比要求，內部必須保持嚴格運動關系；否則不能保證被加工表面的性質。決定著復合運動的軌跡（即發(fā)生線的形狀）傳動比是否準確以及由其確定的兩單元運動的相對運動方向是否正確，會直接影響被加工表面的形狀不能有傳動比不確定或瞬時傳動比變化的傳動機構，如帶傳動、鏈傳動等。調整內聯系傳動鏈的換置機構時，其傳動比也必須有足夠精度。外聯系傳動鏈外聯系傳動鏈聯系的是整個復合運動與外部運動源只決定成形運動的速度和方向對加工表面的形狀沒有直接影響傳動原理圖用一些簡單的符號表示運動源與執(zhí)行件及執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的聯系——傳動原理圖常見符號臥式車床傳動原理圖：可車螺紋時僅用于車削圓柱面時的傳動原理圖數控車床

舉例——車圓錐螺紋第四節(jié)機床的傳動系統與運動的調整和計算機床的傳動系統實現機床加工過程中全部成形運動和輔助運動的各傳動鏈，組成一臺機床的傳動系統。為便于了解和分析機床運動的傳遞、聯系情況，常采用傳動系統圖。傳動系統圖表示實現機床全部運動的傳動示意圖每條傳動鏈中的具體傳動機構用簡單的規(guī)定符號表示，并標明齒輪蝸輪的齒數、蝸桿頭數、絲杠導程、帶輪直徑、電機功率和轉速等。傳動機構按運動傳遞或聯系順序依次排列，以展開圖形式畫在能反映主要部件相互位置的機床外形輪廓中。該圖只表示傳動關系，不代表各傳動元件的實際尺寸和空間位置。傳動系統的傳動鏈類型根據執(zhí)行件所完成的運動的作用不同，傳動系統中各傳動鏈可以分為：主運動傳動鏈進給運動傳動鏈(縱向、橫向、斜向、螺紋進給)范成運動傳動鏈分度運動傳動鏈等機床傳動系統的分析

根據被加工表面的形狀、采用的加工方法及刀具結構形式，了解表面的成形方法和所需成形運動根據機床布局及其工作方法，了解機床需要哪些輔助運動，實現各個運動的執(zhí)行件和運動源；分析實現各運動的傳動原理，即確定機床需有哪些傳動鏈及其傳動聯系情況；然后根據傳動系統圖逐一分析各傳動鏈

傳動系統分析的一般方法找到傳動鏈所聯系的兩個端件(運動源——執(zhí)行件,或執(zhí)行件——執(zhí)行件).按照運動傳遞或聯系順序,從一個端件向另一端件,依次分析各傳動軸之間的傳動結構和運動傳遞關系,以查明該傳動鏈的傳動路線以及變速、換向、接通和斷開的工作原理。舉例:X62W所需的成形運動和實現成形運動的傳動原理。含有四條傳動鏈：主運動傳動鏈：聯系運動源和主軸，使主軸獲得旋轉主運動三條是聯系運動源和工作臺，使工作臺獲得三個方向直線進給運動的進給運動傳動鏈。進給運動傳動鏈三條進給運動傳動鏈共用一個運動源和一套變速機構，大部分傳動路線是重合的，只是在后面部分才分開，成為三個傳動分支，把進給運動分傳給:工作臺——實現縱向進給運動支承工作臺的床鞍——實現橫向進給運動支承床鞍的升降臺——實現垂直進給運動快速空行程傳動鏈快速空行程傳動鏈，用于傳動工作臺快速移動，以便快速調整工件與刀具的相對位置，以及進給前后使工件快速趨近和退回。主運動傳動鏈16/3918/47電動-26/54-19/36-28/37-22/3339/26-19/71-主軸82/38轉速：Z=332=18級進給傳動鏈

18/3618/40電動機-26/44-24/64-27/27-21/37-36/1824/34-M2-40/40--M3-28/35-18/33-13/45-18/40-40/4033/37-18/16-18/18-M7-縱向進給37/33-M6-橫向進給-M5-22/33-22/44-垂直進給進給速度=332=18級機床的運動計算機床的運動計算通常有兩種情況：根據傳動系統圖提供的有關數據——確定某些執(zhí)行件的運動速度或位移量；根據執(zhí)行件所需的運動速度、位移量，或有關執(zhí)行件之間所需保持的運動關系——確定相應傳動鏈