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1、第二节机床的传动形式与运动联系一、机床的传动形式机床加工过程中所需的各种运动，是通过动力源、传动装置和执行件并以一定的规律来 实现的。其中：（一）执行件执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。执行件用于装夹刀具或工件, 并直接带动其完成一定的运动形式和保证准确的运动轨迹。（二）动力源动力源是为执行件提供动力和运动的装置，常采用的动力源是三相异步电动机。（三）传动装置通过传动装置把动力源的动力和运动传给执行件。它除了完成动力和运动的传递外，还 需完成变速、变向等任务，以便使执行件完成各种运动，以满足加工要求。传动装置一般有机械传动、液压传动、电气传动、气压传动等。1 .液压传动油液经
2、液压泵输出、再由液压元件（如控制元件）输送到执行元件，以传递动力和运动。 液压传动较多地用于直线运动，其运动比较平稳，容易实现自动化，在磨床、组合机床及液 压刨床等机床上应用较多。2 .电气传动在大型、重型机床上较多应用直流电动机、发电机组；在数字控制机床上，常用机械传 动与步进电动机或电液脉冲马达、伺服电动机等联合传动，用以实现机床的无级变速等。电 气传动容易实现自动控制。3 .气压传动通过气动元件来传递动力和运动，其特点是易于获得高转速，易于实现自动化；但驱动 力小，运动不易稳定。它可用于高速内圆磨床的主运动、小型机床的进给运动以及机床上的 某些辅助运动，如工件的夹紧和松开等。4 .机械传
3、动装置机械传动装置分为无级变速和分级变速的传动装置。由于无级变速传动装置的变速范围 小，零件制造精度要求很高、经济性较差，一般不常采用，被液压和电气的无级变速所取代。 下面着重介绍几种常用的机械传动装置。（1）定比传动副 定比传动副包括齿轮副、齿轮齿条副、蜗杆副、丝杠螺母副和带传动 等。它们的共同特点是传动比固定不变，而齿轮齿条副和丝杠螺母副还可以将旋转运动转变 为直线运动。（2）换置机构 换置机构是根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，如挂 轮变速机构，滑移齿轮变速、换向机构，离合器换向机构等，统称为换置机构。1）滑移齿轮变速组。如图12a所示，轴I上装有三个固定齿轮：zi、Z2和
4、Z3,三联滑 移齿轮：z，、Z，2和Z，3制成一体，并以花键与轴H连接，当它分别处于左、中、右三个不同 的啮合工作位置时，使传动比不同的齿轮副：Zi/z、Z2 / Z92 Z3/z，3、依次啮合工作。此 时，如轴I只有一种转速，则轴H可得三种不同的转速。除三联齿轮变速组外，机床上常用 的还有双联滑移齿轮变速组。滑移齿轮变速组结构紧凑，传动效率高，变速方便，能传递很 大的动力，但不能在运转过程中变速。2）离合器变速组。如图1 一 2b所示，轴I上装有两个固定齿轮zi、z2,它们分别与空套在轴n上变速组（端面齿离合器）以及自动、半自动水图1 -2常用的机械分级变速组的齿轮Z1、7:2,相啮合。端面
5、齿离 合器Mi用花键与轴n相连。当离 合器M向左或向右移动，依次地 与Z，1、Z，2的端面齿相啮合时， 轴I的运动由Z1 / Zl或Z2 / Z2的 不同传动比经Ml传给轴H,如轴 1只有一种转速，则轴II可得两种 不同转速。离合器变速组变速方 便，变速时齿轮不需移动，故常用 于斜齿圆柱齿轮传动中，使传动平 稳。另外，如将端面齿离合器换成 摩擦片式离合器，则可使变速组在 运转过程中变速。但这种变速的各 对齿轮经常处于啮合状态，磨损较 大，传动效率低。它主要用于重型 机床以及采用斜齿圆柱齿轮传动的3）挂轮变速组。挂轮变速组常采用一对挂轮（图12d）或两对挂轮（图12c）等两种形式。 一对挂轮变速
6、组的结构简单，只要在固定中心距的轴I和轴H上装上传动比不同，但“齿数 和”相同的齿轮副A、B,则可由轴I的一种转速，使轴H得到不同的转速。两对挂轮的变 速组需要有一可以绕轴n摆动的挂轮架，中间轴在挂轮架上可作径向调整移动，并用螺栓紧 固在任何径向位置上。挂轮a用键与主动轴I相连，挂轮d用键与从动轴n相连，而b、c 挂轮通过一个套筒空套在中间轴上。当调整中间轴的径向位置使c、d挂轮正确啮合之后， 则可摆动挂轮架使6轮与n轮也处于正确的啮合位置。因此，改变不同齿数的挂轮，则能起 到变速的作用。挂轮变速组可使变速机构简单、紧凑，但变速调整费时。一对挂轮的变速组 刚性好，多用于主运动中；两对挂轮的变速
7、组由于装在挂轮架上的中间轴刚度较差，一般只 用于进给运动以及要求保持准确运动关系的齿轮加工机床、自动和半自动车床的传动中。4）滑移齿轮变向机构。如图1 一 3a所示，轴I上装有一齿数相同的（zi=z）双联齿轮，轴 II上装有一花键连接的单联滑移齿轮（Z2,中间轴上装有一空套齿轮Z0。当滑移齿轮Z2处于 图示位置时，轴I的运动经Z0传给齿轮Z2,使轴H的转动方向与轴I相同；当滑移齿轮Z2 向左移动与轴I上的齿轮直接啮合时，则轴I的运动经Z2齿轮传给轴II,使n的转动方 向与轴I相反。这种变向机构刚度好，多用于主要运动中。5）圆锥齿轮和端面齿离合器组成的变向机构。如图1 - 3b所示，主动轴I上的
8、固定圆锥 齿轮Z1直接传动空套在轴H上的两个圆锥齿轮Z2和Z3朝相反的方向旋转，如将花键连接的 离合器M依次与z2及z3圆锥齿轮的端面齿相啮合，则轴n可得不同的两个方向的运动。 这种变向机构的刚性低于圆柱齿轮组成的变向机构，多用于进给或其它辅助运动中。b)图1-3 常用的变向机构图13常用的变向机构二、机床的运动联系图1 一4为车床的传动原理图，图中用简单的符号表示具体的传动链，其中虚线表示传 动链中所有的定比传动机构，菱形框表示所有的换置机构。图14a为车削外圆柱面时的传 动原理图，其主运动由电动机经固定传动比12、换置机构Uv和固定传动比34带动工件 作旋转运动。这种由定比传动副和换置机构
9、按一定的顺序排列，并使执行件与动力源保持传 动联系和一定的运动关系的传动件称为传动链。每一条传动链必定有首端件和末端件，这两 个端件可能是电动机一一主轴、电动机一一工作台、主轴一一刀架等。例如，主运动传动链 的首端件是电动机，末端件是主轴。纵向进给运动传动链的首端件是主轴，末端件是刀架, 该传动链中，主轴的运动经固定传动比45、换置机构比和固定传动比67传给齿轮齿条 机构，带动刀架作纵向进给运动。b)图1 -4 车床传动原理图图14车床传动原理图图1 一 4b为车削端面时的传动原理图，主运动与图1 一 4a相同。但横向进给运动是经 “45ul6-7”传给横向进给丝杠，将主轴和刀架联系起来。图1
10、 一 4c为车螺纹时的传动原理图，主运动也和图1 一 4a相同。但进给运动是经“4 5一取一6一7”传给纵向丝杠螺母机构，实现车螺纹所需的纵向进给运动，这条传动链称 螺纹加工传动链。由于纵向和横向进给量都是以主轴每转一转时的刀架移动量来表示的（其单位为mm/r）, 因此，纵向和横向两条进给传动链都是由主轴到刀架，而不是直接从电动机传到刀架。两条 传动链共用一套换置机构Uf只是传到末端执行件时，一个传给齿轮齿条或丝杠螺母机构， 另一个传给实现横向进给的丝杠螺母机构。这两条传动链的联系分别从主轴到纵、横向刀架。在图1 一 4a、b中，由于主运动与纵向或横向进给运动之间没有严格的运动量要求，则 不要求主运动与进给运动之间有严格的传动联系，这种传动链称为外联系传动。但加工螺纹 时主运动和进给运动必须保持严格的传动联系，即工件每转一转时，车刀准确地移动工件螺 纹一个导程的距离，以保证螺纹的加工精度。这种首端件与末端件之间有严格传动联系的传 动链称为内联系传动。