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1、第二章机床的运动分析本讲稿第一页，共六十一页第二章机床的运动分析11 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法2 2 机床的运动机床的运动3 3 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图4 4 机床常用传动机构机床常用传动机构5 5 机床运动的调整机床运动的调整本讲稿第二页，共六十一页一、被加工工件的表面形状本讲稿第三页，共六十一页可以看出，工件表面是由几个表面元素组可以看出，工件表面是由几个表面元素组成的，如图所示。成的，如图所示。平面平面直线成直线成形表面形表面圆柱面圆柱面圆锥面圆锥面球面球面圆环面圆环面螺旋面螺旋面本讲稿第四页，共六十一页二、工件表面的形成方法 任
2、何表面都可以看作是一条线任何表面都可以看作是一条线(称为称为母母线线)沿着另一条线沿着另一条线(称为称为导线导线)运动的轨迹。运动的轨迹。母线和导线统称为形成表面的母线和导线统称为形成表面的发生线发生线。按形成表面时母线和导线是否可以互换，按形成表面时母线和导线是否可以互换，有有可逆表面可逆表面和和不可逆表面不可逆表面之分。之分。常见的工件表面，按其形状可分为三类。常见的工件表面，按其形状可分为三类。本讲稿第五页，共六十一页1 1、旋转表面、旋转表面转动而形成转动而形成圆柱面圆柱面 由平行于轴线的直线由平行于轴线的直线1 1沿着沿着v v方向转动，而形成圆柱面；方向转动，而形成圆柱面；圆锥面圆
3、锥面 由不平行于轴线，但与轴由不平行于轴线，但与轴线相交的直线线相交的直线1 1沿着沿着V V方向转动，方向转动，而形成圆锥面；而形成圆锥面；可逆表面不可逆表面本讲稿第六页，共六十一页球面球面 由圆由圆1 1沿着沿着V V方向转动，而形方向转动，而形成球面；成球面；说明：在车床、钻床、镗床、外圆磨床等说明：在车床、钻床、镗床、外圆磨床等机床加工的表面是旋转表面。机床加工的表面是旋转表面。本讲稿第七页，共六十一页2 2、纵向表面、纵向表面-直线移动而形直线移动而形成或沿直线移动而形成成或沿直线移动而形成平面平面 由直线由直线1 1沿着另一直沿着另一直线线2 2方向方向V V移动，而形成平面；移动
4、，而形成平面；直线成形面直线成形面由直线由直线1 1沿着曲线沿着曲线2 2移动，而移动，而形成纵向曲面；形成纵向曲面；说明：在刨床、插床、铣床、平面磨床等机床上说明：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。加工的表面是纵向表面。本讲稿第八页，共六十一页螺旋面螺旋面 由直线由直线1 1沿着螺旋线沿着螺旋线2 2运动，即边作旋转运动运动，即边作旋转运动v,v,边作轴线方向移动边作轴线方向移动vv而形成螺旋面。而形成螺旋面。3 3、特形表面、特形表面-复杂运动而形成复杂运动而形成本讲稿第九页，共六十一页三、发生线的形成方法 (一一)切削刃的形状与发生线的关系，切削刃的形状与发生线的
5、关系，发生线是由刀具的切削刃与工件间的相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相接触部分的形状。本讲稿第十页，共六十一页刀刃是一个点刀刃是一个点(实际是很短的一段线实际是很短的一段线)，切削时刀刃作轨迹，切削时刀刃作轨迹运动；运动；刀刃是一段曲线，其轮廓与工件发生线吻合，在切削刀刃是一段曲线，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加工时，刀刃与被成形的
6、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件滚动(即展成运动即展成运动)，刀具与工件间需要有共轭的展成，刀具与工件间需要有共轭的展成运动。运动。由刀刃包络成形的渐开线齿形本讲稿第十一页，共六十一页(二二)形成发生线的方法及所需运动形成发生线的方法及所需运动 1 1成形法成形法：是利用成形刀：是利用成形刀具对工件进行加工的方法。具对工件进行加工的方法。因此形成发生线因此形成发生线2 2不需运动。不需运动。2 2展成法展成法：是
7、利用工件和：是利用工件和刀具作展成切削运动的加刀具作展成切削运动的加工方法。工方法。用展成法形成发用展成法形成发生线需要一个成形运动生线需要一个成形运动(展展成运动成运动)。本讲稿第十二页，共六十一页本讲稿第十三页，共六十一页 3 3轨迹法轨迹法：是利用刀具作一：是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。采用轨迹进行加工的方法。采用轨迹法形成发生线需要一个成形法形成发生线需要一个成形运动。运动。4 4相切法相切法：是利用刀具边旋转边作轨迹运动：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。来对工件进行加工的方法。本讲稿第十四页，共六十一页四、表面的形成
8、表面的形成过程，是其母线与导线形成过程的组表面的形成过程，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合。表面形成方法是母线形成方法和导线形成方法的组合法的组合 1).1).同一种工件形状的表面，可有多种形成方法；同一种工件形状的表面，可有多种形成方法；2).2).同一种方法，可以形成多种表面形状；同一种方法，可以形成多种表面形状；3).3).刀刃的形状愈复杂，加工所需的运动愈少。刀刃的形状愈复杂，加工所需的运动愈少。本讲稿第十五页，共六十一页 应当指出，被形应当指出，被形成的表面形状，不仅取成的表面形状，不仅取决于刀刃形状及表面形决于刀刃形状及表面形成方法，而且还取决
9、于成方法，而且还取决于发生线的原始位置。发生线的原始位置。本讲稿第十六页，共六十一页第二章机床的运动分析1 1 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法2 2 机床的运动机床的运动3 3 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图4 4 机床常用传动机构机床常用传动机构5 5 机床运动的调整机床运动的调整本讲稿第十七页，共六十一页一、表面成形运动表面成形运动表面成形运动(简称成形运动简称成形运动)是保证得到是保证得到工件要求的表面形状的运动。工件要求的表面形状的运动。本讲稿第十八页，共六十一页1、成形运动的种类简单成形运动简单成形运动复合成形运动复合成形运动本讲稿第十九页
10、，共六十一页简单成形运动工件回转和刀具直线移动是速度各自独立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。用符号的运动，最简单，也最容易得到。用符号A A表示直线运动，用符号表示直线运动，用符号B B表示旋转运动。表示旋转运动。本讲稿第二十页，共六十一页复合成形运动例：用螺纹车刀切削螺纹例：用螺纹车刀切削螺纹。螺纹车刀是成。螺纹车刀是成形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的截面。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。对于工件作螺旋运动。本讲稿第二十一页，共六十一页 把这个螺旋运动分解成等速旋转
11、运动和把这个螺旋运动分解成等速旋转运动和等速直线运动。分别以等速直线运动。分别以B11和和A12代表。这样代表。这样的运动称为复合的表面成形运动或简称复合的运动称为复合的表面成形运动或简称复合成形运动。成形运动。复合成形运动例：用螺纹车刀切削螺纹例：用螺纹车刀切削螺纹。螺纹车刀是成形刀。螺纹车刀是成形刀具，其形状相当于螺纹沟槽的截面。因此，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：车刀相对于工件形成螺旋面只需一个运动：车刀相对于工件作螺旋运动。作螺旋运动。本讲稿第二十二页，共六十一页本讲稿第二十三页，共六十一页2、零件表面成形所需的成形运动 母线和导线是形成零件表面的两条发
12、生母线和导线是形成零件表面的两条发生线。因此，线。因此，形成表面所需要的成形运动，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就是形成其母线及导线所需要的成形运动的总和的总和。为了加工出所需的零件表面，机。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。床就必须具备这些成形运动。本讲稿第二十四页，共六十一页例：用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线母线渐开线，由展成法形成，渐开线，由展成法形成，需一个成形运动，是复合运动。需一个成形运动，是复合运动。导线导线直线，由相切法形直线，由相切法形成，需两个独立的成形运动，成，需两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动和滚刀沿即滚刀的旋
13、转运动和滚刀沿工件的轴向移动工件的轴向移动A A2 2。其中滚刀。其中滚刀旋转运动与复合展成运动的一旋转运动与复合展成运动的一部分部分B B1111重合。重合。因此，形成表面所因此，形成表面所需的成形运动的总需的成形运动的总数只有两个：一个数只有两个：一个是复合的成形运动是复合的成形运动B11Bl2，另一个是简单，另一个是简单的成形运动的成形运动A2。本讲稿第二十五页，共六十一页形成某种形状表面时所需机床提供的成形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运动的形式和数目决定于采用的加工方法和刀具结构。和刀具结构。本讲稿第二十六页，共六十一页二、辅助运动1 1各种
14、空行程运动各种空行程运动 2 2、切入运动、切入运动3 3分度运动分度运动 4 4操纵和控制运动操纵和控制运动本讲稿第二十七页，共六十一页二、辅助运动1 1各种空行程运动各种空行程运动 2 2、切入运动、切入运动3 3分度运动分度运动 4 4操纵和控制运动操纵和控制运动空行程运动空行程运动是是指指进给前后进给前后的的快速运动快速运动和各种和各种调位运调位运动动。调位运动是在调整机床的调位运动是在调整机床的过程中，把机床的有关部过程中，把机床的有关部件移到要求的位置。件移到要求的位置。本讲稿第二十八页，共六十一页二、辅助运动1 1各种空行程运动各种空行程运动 2 2、切入运动切入运动3 3分度运
15、动分度运动 4 4操纵和控制运动操纵和控制运动使刀具切入工件，以获得使刀具切入工件，以获得进行成形运动所需的工件进行成形运动所需的工件和刀具位置的运动，称为和刀具位置的运动，称为切入运动切入运动 。切入运动用于保证被加切入运动用于保证被加工表面获得所需要的尺工表面获得所需要的尺寸。寸。本讲稿第二十九页，共六十一页二、辅助运动1 1各种空行程运动各种空行程运动 2 2、切入运动、切入运动3 3分度运动分度运动 4 4操纵和控制运动操纵和控制运动加工若干个完全相同的均加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，为使表匀分布的表面时，为使表面成形运动得以周期地继面成形运动得以周期地继续进行的运动称为分度运
16、续进行的运动称为分度运动。动。本讲稿第三十页，共六十一页二、辅助运动1 1各种空行程运动各种空行程运动 2 2、切入运动、切入运动3 3分度运动分度运动 4 4操纵和控制运动操纵和控制运动操纵和控制运动包括操纵和控制运动包括起动、停止、变速、起动、停止、变速、换向、部件与工件的换向、部件与工件的夹紧、松开、转位以夹紧、松开、转位以及自动换刀、自动测及自动换刀、自动测量、自动补偿等量、自动补偿等。本讲稿第三十一页，共六十一页三、主运动和进给运动主运动主运动 主运动是产生切削的运动。主运动可能是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简单的成形运动，也可能是复合的成
17、形运动。动。进给运动进给运动 进给运动是维持切削得以继续的运动。进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。给运动可是简单运动，也可是复合运动。本讲稿第三十二页，共六十一页对旋转主运动，其主轴转速的单位以对旋转主运动，其主轴转速的单位以r/min r/min 表示；对直线往复主运动，其直线往复速表示；对直线往复主运动，其直线往复速度的单位以双行程度的单位以双行程/min/min表示。表示。进给运动速度的单位用下列方法表示：进给运动速度的单位用下列方法表示：mm/rmm/r，如车床、钻床、镗床等；，如车床、钻床、镗床等；mm/minmm/min，如铣床等；，如铣床等
18、；mm/mm/双行程，如刨床等。双行程，如刨床等。本讲稿第三十三页，共六十一页 在表面成形运动中，在表面成形运动中，必须有而且只能必须有而且只能有一个主运动。有一个主运动。如果只有一个表面成形运如果只有一个表面成形运动，则这个运动就是主运动。动，则这个运动就是主运动。进给运动进给运动则可能是一个，也则可能是一个，也可能没有可能没有或多于一个。无论是主运动还是进给运动，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。都可能是简单运动或复合运动。本讲稿第三十四页，共六十一页第二章机床的运动分析1 1 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法2 2 机床的运动机床的运动
19、3 3 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图4 4 机床常用传动机构机床常用传动机构5 5 机床运动的调整机床运动的调整本讲稿第三十五页，共六十一页一、机床的传动联系每个运动，都有以下三个基本部分每个运动，都有以下三个基本部分 执行件执行件：它们是执行运动的部件，其任务：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。保持准确的运动轨迹。动力源动力源：它是提供动力的装置。：它是提供动力的装置。传动装置传动装置：它是传递动力和运动的装置。：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通过它把
20、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。个执行件的运动传递给另一个执行件。本讲稿第三十六页，共六十一页传动装置通常还包括改变传动比、改变运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动力源传动装置执行件或执行件传传动装置动装置执行件，构成传动联系。执行件，构成传动联系。本讲稿第三十七页，共六十一页二、机床的传动链 机床上为了得到所需要的运动，需要通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。执
21、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，称为传构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。动链。根据传动联系的性质，传动链有根据传动联系的性质，传动链有外联系外联系传动链传动链和和内联系传动链内联系传动链。本讲稿第三十八页，共六十一页外联系传动链外联系传动链联系动源和机床执行件外联系传动链联系动源和机床执行件，使，使执行件得到预定速度的运动，并传递一定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的动力。此外，外联系传动链还包括变速机构和换向机构等。机构和换向机构等。外联系传动链传动比的变化，只影响生产外联系传动链传动比的变化，只影响生产
22、率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。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。间有严格的传动比关系。本讲稿第三十九页，共六十一页2内联系传动链内联系传动链联系复合运动之内的各个运内联系传动链联系复合运动之内的各个运动分量动分量，因而传动链所联系的执行件之间，因而传动链所联系的执行件之间的相对速度的相对速度(及相对位移量及相对位移量)有严格的要求，有严格的要求，用来保证运动的轨迹。用来保证运动的轨迹。本讲稿第四十页，共六十一页内联系传动链有严格的传动比要求，否则内联系传动链有严格的传动比要求，否则就不能保证被
23、加工表面的性质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。传动件，如链传动。本讲稿第四十一页，共六十一页三、传动原理图定比机构定比机构换置器官换置器官传动原理图传动原理图 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把传动原理和传动路线表示出来本讲稿第四十二页，共六十一页传动原理图与传动系统图的主要区别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传动系
24、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与表面成形有直接关系的运动及其传动联系。系。传动系统图具体表示了传动链中各传动件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。与执行件之间的传动联系。本讲稿第四十三页，共六十一页机床传动原理图的画法：机床传动原理图的画法：1).(1).(画出工件、刀具示意图及其运动画出工件、刀具示意图及其运动)；2).
25、2).画出主轴、刀架、丝杆螺母；画出主轴、刀架、丝杆螺母；3).3).画出运动源（电动机）；画出运动源（电动机）；4).4).画出该机床上的特殊机构符号，如画出该机床上的特殊机构符号，如i iv v、i if f等；等；5).5).用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关联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。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简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基本的特征。征。本讲稿第四十四页，共六十一页卧式车床的传动原理图本讲稿第
26、四十五页，共六十一页例数控车床的传动原理图本讲稿第四十六页，共六十一页第二章机床的运动分析1 1 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法2 2 机床的运动机床的运动3 3 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图4 4 机床常用传动机构机床常用传动机构5 5 机床运动的调整机床运动的调整本讲稿第四十七页，共六十一页一、定比传动副 定比传动副主要包括齿轮副、带轮副、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。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，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
27、将旋转运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。动变为直线运动。本讲稿第四十八页，共六十一页（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。数控机床上广泛应用。本讲稿第四十九页，共六十一页本讲稿第五十页，共六十一页（二）滚珠
28、丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副可实现回转运动与直线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。间传动元件，以减少摩擦。本讲稿第五十一页，共六十一页本讲稿第五十二页，共六十一页二、变速组 变速是机床传动系统的主要功能。在数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
29、分级变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。组、离合器变速组、挂轮变速组等。本讲稿第五十三页，共六十一页本讲稿第五十四页，共六十一页三、变向机构 变向机构用来改变机床执行件的运动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：方向。常用机械式变向机构有两种：本讲稿第五十五页，共六十一页第二章机床的运动分析1 1 工件的加工表面及其形成方法工件的加工表面及其形成方法2 2 机床的运动机床的运动3 3 机床的传动联系和传动原理图机床的传动联系和传动原理图4 4 机床常用传动机
30、构机床常用传动机构5 5 机床运动的调整机床运动的调整本讲稿第五十六页，共六十一页一、运动参数及其换置器官每一个独立的运动都需要有每一个独立的运动都需要有5 5个参数来确定。个参数来确定。这这5 5个运动参数是：运动的个运动参数是：运动的起点起点、方向方向、轨轨迹迹、路程路程和和速度速度。本讲稿第五十七页，共六十一页二、机床运动的调整计算1)1)根据对机床的运动分析，确定各传动链根据对机床的运动分析，确定各传动链两端的末端件。两端的末端件。2)2)根据传动链两末端件的运动关系，确定根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。计算位移量。3)3)根据计算位移量以及相应传动链中各个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传动环节的传动比，列出运动平衡方程式4 4）根据运动平衡方程式，导出该传动链的）根据运动平衡方程式，导出该传动链的换置公式。换置公式。本讲稿第五十八页，共六十一页三、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。安排换置器官的位置。本讲稿第五十九页，共六十一页本讲稿第六十页，共六十一页第二章结束本讲稿第六十一页，共六十一页