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《金属切削机床》第二章机床的运动分析本章学习的内容§2-1工件表面形成方法§2-2机床的运动§2-3机床的传动§2-4机床运动的调整《金属切削机床》机床作为机械中的一个突出典型，运动、结构要求高。以机床为例，学习设计机器的一般方法。机床种类繁多，不在于掌握多少台机床，而是掌握——基本知识和分析机床方法。研究——机床所应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。机床运动分析过程：表面——运动——传动——机构——调整。《金属切削机床》§2-1工件表面形成方法一、工件的表面形状常用的机械零件都是由一个或几个简单表面组成,这些简单表面归纳为:•回转体表面：内，外圆柱面，圆锥面•纵切表面：平面•成形表面：螺纹，螺纹表面，渐开线表面《金属切削机床》构成机械零件外形轮廓的常用表面１－平面２－圆柱面３－圆锥面４－螺旋面（成形面）５－回转体成形面６－渐开线表面（直线成形面）《金属切削机床》二、表面的形成方法机床上加工零件时，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。实质——借助于一定形状的切削刃、切削刃与被加工表面之间按一定规律的相对运动，形成所需的母线和导线。《金属切削机床》1、表面形成原理从几何学的观点看，任何一个表面，都可以看作是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。这两条曲线叫做该表面的发生线。有些表面的导线和母线是可以互换的，叫可逆表面；有些表面的导线和母线则不可互换，叫不可逆表面。（锥面、球面、圆环面、螺旋面均为不可逆表面）《金属切削机床》《金属切削机床》有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。《金属切削机床》三、发生线的形成•切削刃形状——切削刃与工件成形表面相接触部分的形状。点刀刃、线刀刃1、切削刃的形状与发生线的关系同样一条发生线，采用不同刀刃形状，有不同的形成方法。《金属切削机床》展成运动《金属切削机床》2、形成发生线的方法（1）轨迹法：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。刀具：尖头车刀、刨刀。切削刃与被加工表面为点接触（实际是短弧线）形成发生线2需要一个成形运动。《金属切削机床》（2）成形法：利用成形刀具对工件进行加工的方法。形成发生线2不需要有成形运动切削刃1与所需形成的发生线2完全吻合21《金属切削机床》（3）相切法：利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。•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形成发生线2需要两个成形运动:刀具的旋转运动；刀具与工件之间的相对移动《金属切削机床》（4）展成法：利用工件和刀具作展成运动的加工方法。形成发生线2需要一个复合成形运动(展成运动)。•刀具：插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀。•切削刃是与需要形成的发生线共轭的切削线。《金属切削机床》§2.2机床的运动按运动的功用分为：表面成形运动（基本运动）：机床上的刀具和工件，为了直接形成被加工工件表面的运动。形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。非表面成形运动（辅助运动）：机床上除成形运动外，还需要辅助运动以实现机床的各种辅助动作。《金属切削机床》一、表面成形运动按组成情况的不同，成形运动分为：简单成形运动：由单独的旋转运动（B）或直线运动（A）构成的独立的成形运动。复合成形运动：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的独立的成形运动。（一）简单成形运动、复合成形运动《金属切削机床》例：车外圆母线：圆，轨迹法。需要1个简单成形运动—工件旋转B1；导线：直线，轨迹法。需要1个简单成形运动—车刀直线平移A2。《金属切削机床》例：用成形车刀车外圆母线：直线，由成型法形成，不需要成形运动；导线：圆，轨迹法，需要一个简单成形运动—工件旋转B1。《金属切削机床》例：用螺纹车刀车螺纹母线：螺纹轴向剖面轮廓形，车刀的刀刃形状与它的形状一致，即由成型法形成，因而不需运动；导线：螺旋线，由轨迹法形成，需要一个复合的成形运动—螺旋运动，分解为两个简单运动：工件旋转B11和刀具移动A12。B11和A12必须严格保持相对关系。《金属切削机床》例：车削锥螺纹母线：“∧”形线，由成型法形成，因而不需运动；导线：圆锥螺旋线，轨迹法，是复合成形运动，分解为三个简单运动：工件旋转B11、刀具沿工件轴向移动A12、刀具沿工件径向移动A13。《金属切削机床》例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮母线：渐开线展成法形成，需要一个复合成形运动，可分解为滚刀旋转B11和工件旋转B12两部分，B11和B12必须严格保持相对关系。导线：直线由相切法形成，需要两个独立的简单成形运动，即滚刀旋转（与展成运动的B11重合）和滚刀沿工件轴向的移动A2。《金属切削机床》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。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。例：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:《金属切削机床》（二）表面成形运动——主运动、进给运动成形运动按其在切削加工过程中所起的作用，可分为1、主运动：产生切削的运动。2、进给运动：维持切削得以继续的运动。在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。进给运动可能是一个、多个、没有。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。《金属切削机床》例：车外圆主运动—工件旋转B1形成母线，圆，轨迹法，需要1个简单成形运动。•功用：使刀具与工件间作相对运动，获得所需的切削速度。•特点：速度较高及消耗的动力较多。进给运动—车刀直线平移A2形成导线，直线，轨迹法，需要1个简单成形运动•功用:切除毛坯表面金属以形成整个加工表面。•特点:进给运动的速度较低,消耗的动力也较少。《金属切削机床》二、辅助运动机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动，主要有：各种空行程运动、切入运动、分度运动、操纵和控制运动。《金属切削机床》1.各种空行程运动:进给前后的快速运动和各种调位运动。2.切入运动:保证被加工表面获得所需要的尺寸。3.分度运动:加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，为使表面成形运动得以周期继续进行。例：车削多头螺纹，铣花键，滚齿齿轮，多工位机床（多工位工作台和多工位刀架）。4.操纵和控制运动:接通或断开某个传动链，操纵变速或换向机构的运动。《金属切削机床》《金属切削机床》§2-3机床的传动一、机床的传动联系每个运动，都有以下三个基本部分：1、运动源（动力源）：为执行件提供运动和动力的装置。2、传动装置：传递运动和动力的装置。3、执行件：执行机床运动的部件。运动源——传动装置——执行件；或：执行件——传动装置——执行件，构成传动联系。《金属切削机床》二.机床的传动链构成一个传动联系的一系列串联着的传动件，称为“传动链”。传动链按运动性质分为：外联系传动链、内联系传动链。《金属切削机床》1.外联系传动链（1）定义：用于联系动力源和机床的执行器官的传动链。（2）功用：·把一定的功率从动源传递给执行器官。·保证执行器官一定的转速（或速度）和一定的调速范围。·能够方便地进行运动的启动，停止，换向和制动。《金属切削机床》•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，它不要求运动源和执行件之间有严格的传动比关系。《金属切削机床》例：车外圆时，联系电机——主轴之间的传动链《金属切削机床》2.内联系传动链（1）定义：为保证各有关运动件之间运动规律的传动链（或者联系复合运动的两个部分）是复合运动内部的联系。（2）功用：保证传动精度。《金属切削机床》特点：内联系传动链联系复合运动之内的两个运动分量，因而它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。《金属切削机床》例：在卧式车床上车螺纹时，联系主轴——刀架之间的传动链。如图，内联系传动链由3对齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴与刀架联系起来，保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程，从而将两个单元运动，即主轴旋转n1和刀架纵向移动n2，组成复合运动（n1n2）。《金属切削机床》三、传动原理图通常传动链包括各种传动机构，在考虑传动路线时，可以先撇开具体的机构，把各种机构分成两大类：定比机构：固定传动比的传动机构。如定比齿轮副、丝杆螺母副、蜗轮蜗杆副等。换置器官：变传动比的传动机构。如变速箱、挂轮架、数控机床中的数控系统等。《金属切削机床》传动原理图：用一些简明的符号把传动原理和传动路线表示出来。《金属切削机床》《金属切削机床》《金属切削机床》《金属切削机床》《金属切削机床》《金属切削机床》数控车床的传动原理图《金属切削机床》四、传动系统图传动系统图：表示实现机床全部运动的传动示意图。具体传动元件用简单的规定符号表示（规定的符号见GB4464-84机械制图——机构运动简图符号），并标明齿轮的齿数、蜗杆头数、丝杆导程、带轮直径、电动机功率和转速等。传动链中的机构，按运动传递或联系顺序依次排列，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床轮廓中。该图只表示传动关系，不代表各传动元件的实际尺寸和空间。《金属切削机床》《金属切削机床》传动原理图与传动系统图的区别：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，如轴、齿轮、胶带轮等；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。《金属切削机床》§2-4机床运动的调整一、运动的主要参数：一般情况下，每一个独立的运动都有五个参数：即起点、轨迹、速度、方向、行程。运动的轨迹——直线；运动速度——切削速度v；运动方向——向前运动为切削；运动行程——L；运动位置——运动的起点为a，终点为b《金属切削机床》例：普通卧式车床上车削螺纹只需一个成形运动（导线—螺旋线）。欲确定这个成形运动，就必须对它的五个参数加以确定。起点:由操作人员控制。轨迹:旋向：（左旋或右旋）由螺纹链中变换螺纹旋向的机构来确定。导程：由螺纹链的换置器官的传动比if来确定。速度：由主运动链的换置器官的传动比iv来确定。方向：（从螺纹线一头到另一头）由主运动传动链中的换向机构来确定。行程：由操作人员控制，有时可使用调整挡铁。《金属切削机床》二、机床运动的调整计算机床运动的调整计算，按每一传动链分别进行，其一般步骤如下：《金属切削机床》1.确定各传动链两末端件。（主轴——刀架）2.根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移。（主轴1转——刀架移动fmm）3.列出运动平衡方程式。1（r）i1ifi2tl=f4.导出该传动链的换置公式，即解出运动平衡方程式中的if。if=121fiit《金属切削机床》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，对机床的加工精度也有一定的影响。《金属切削机床》例：卧式车床换置器官的位置