第2章 机床的运动分析

机械制造装备设计1第二章机床的运动分析•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。机械制造装备设计2本章主要内容•表面形状及其形成方法•机床的运动•传动联系及传动原理图•传动系统与运动调整和计算机械制造装备设计3第一节工件的表面形状及其形成方法机械制造装备设计4一、工件表面形状机械制造装备设计5机床工作原理——•通过刀具和工件之间的相对运动切除毛坯上多余金属形成一定形状、尺寸和质量的表面以获得所需的机械零件机械制造装备设计6加工机械零件=形成零件上各个表面零件表面组成——平面、圆柱面、圆锥面及各种成形面、线性表面机械制造装备设计7二、工件表面的形成方法•线性表面—母线沿导线运动而成机械制造装备设计8机械制造装备设计9•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。•母线和导线——发生线机械制造装备设计10三、发生线的形成方法•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•为一切削线——与发生线形状不吻合机械制造装备设计11机械制造装备设计12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机械制造装备设计131.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——获得所需发生线机械制造装备设计142.成形法•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机械制造装备设计153.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——切削点运动轨迹的包络线•运动——刀具旋转，刀具与工件之间的相对移动机械制造装备设计164.展成法(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，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机械制造装备设计17第二节机床的运动机械制造装备设计18•运动直线运动——A旋转运动——B•机床加工零件——获得所需表面——形成一定形状的母线和导线机械制造装备设计19机械制造装备设计20•形成母线和导线——需要刀具和工件作相对运动•形成发生线，亦即形成被加工零件表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。机械制造装备设计21成形运动数目•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。•形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。机械制造装备设计22成形运动种类按组成情况不同可分为:•简单成形运动•复合成形运动机械制造装备设计23简单成形运动•如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，——简单成形运动，简称简单运动。例如，用尖头车刀车削圆柱面机械制造装备设计24复合成形运动•如果一个独立的成形运动，是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，——复合成形运动，简称复合运动。例如，车床车削螺纹机械制造装备设计25成形运动的另一种分类法•主运动•进给运动机械制造装备设计26主运动•机床上形成切削速度并消耗大部分动力的运动。•速度高，消耗的功率大。•任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动。机械制造装备设计27进给运动•机床上维持切削加工过程连续不断进行的运动。•速度较低，消耗的功率较小。•一台机床的进给运动可能有一个或几个，也可能没有。机械制造装备设计28成形运动的作用表面成形运动是机床上最基本的运动，其轨迹、数目、行程和方向等，在很大程度上决定着机床的传动和结构形式。用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。机械制造装备设计29•即使是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。例如，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:工件旋转并直线移动刀具旋转和工件直线移动刀具旋转并直线移动机械制造装备设计30机械制造装备设计31•表面成形运动在刀具和工件之间的分配情况不同，机床结构也不一样——决定了机床结构型式的多样化。机械制造装备设计32辅助运动•机床在加工过程中除完成成形运动外，还需完成其它一系列运动，这些与表面成形过程没有直接关系的运动，统称为辅助运动。•辅助运动的作用是实现机床加工过程中所必需的各种辅助动作，为表面成形创造条件。机械制造装备设计33辅助运动的种类•切入运动——刀具相对工件切入一定深度，以保证工件达到要求的尺寸。•分度运动——多工位工作台、刀架等的周期转位或移位，以便依次加工工件的各个表面，或依次使用不同刀具对工件进行顺序加工机械制造装备设计34•调位运动——加工开始前机床有关部件的移位，以调整刀具和工件之间的正确相对位置•其它各种空行程运动——如切削前后刀具或工件的快速趋近和退回运动，开车、停车、变速、变向等控制运动，装卸、夹紧、松开工件的运动等。机械制造装备设计35第三节机床的传动联系和传动原理图机械制造装备设计36一、机床的三个基本组成部分运动源传动装置执行件机械制造装备设计37•执行件——执行机床运动的部件•如主轴、刀架、工作台等•执行件任务：1.装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动2.保证其运动轨迹的准确性——旋转运动的正圆度和直线运动的直线度机械制造装备设计38•运动源：提供运动和动力，如交流电动机、直流电动机、步进电机等。•传动装置：传递运动和动力，它把执行件和运动源或一个执行件与另一个执行件联系起来，使执行件获得一定速度和方向的运动，并使有关执行件之间保持某种确定的运动关系。•机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等机械制造装备设计39二、机床的传动联系和传动链•传动联系——为得到所需运动，需通过一系列的传动件把执行件和运动源，或者把执行件和执行件之间联系起来•传动链——构成一个传动联系的一系列顺序排列的传动件机械制造装备设计40简单运动的实现•简单运动——单独的旋转运动或直线运动——只需有一条传动链•将运动源与相应执行件联系起来，便可获得所需运动。•运动轨迹的准确性，则靠主轴轴承与刀架、工作台等的导轨保证。机械制造装备设计41外联系传动链•联系运动源和执行件，使执行件获得一定速度和方向运动的传动链。•机床上有几个简单运动，就需要有几条外联系传动链•可以有各自独立的运动源，也可以几条传动链共用一个运动源。机械制造装备设计42复合运动的实现•复合运动——由保持严格运动关系的几个单元运动(旋转的和直线的)组成——必须有传动链将实现这些单元运动的执行件联起来，使其保持确定的运动关系；•此外，为使执行件获得运动，还需有一条外联系传动链。机械制造装备设计43内联系传动链•联系复合运动内部两个单元运动的传动链•机床工作时，内联系传动链所联系的两个执行件，将按照规定的运动关系作相对运动•由于内联系传动链本身不能提供运动，为使执行件得到运动，还需有外联系传动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。机械制造装备设计44内联系传动链的要求•内部必须保持严格运动关系•决定着复合运动的轨迹(即发生线的形状)•传动比是否准确以及由其确定的两单元运动的相对运动方向是否正确，会直接影响被加工表面的形状精度•不能有传动比不确定或瞬时传动比变化的传动机构，如带传动、链传动等。机械制造装备设计45•外联系传动链联系的是整个复合运动与外部运动源•只决定成形运动的速度和方向•对加工表面的形状没有直接影响•调整内联系传动链的换置机构时，其传动比也必须有足够精度。机械制造装备设计46三、传动原理图•用一些简单的符号表示运动源与执行件及执行件与执行件之间的联系——传动原理图•常见符号机械制造装备设计47举例——车圆锥螺纹机械制造装备设计48数控车床机械制造装备设计49第四节机床运动的调整机械制造装备设计50一、运动参数及其换置器官•机床的独立运动具有5个参数：起点方向轨迹路程速度机械制造装备设计51二、运动调整的步骤•确定传动链两端的末端件•根据末端件的运动关系，确定计算位移量•列出运动平衡式•解算运动链的换置公式机械制造装备设计52三、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调整计算影响很大，对机床加工精度也有影响。