1、第二章機床的運動分析 第一節零件表面的形成方法一、零件表面的形狀任何一個機器零件的形狀都是由它的功用來確定的。圖2-1組成零件輪廓的幾種幾何表面a)平面b)直母線成形面c)圓柱面d)圓錐面e)球面f)圓環面g)螺旋面1母線2導線圖2-2機床上加工的常見工件表面的形狀a)車削外圓柱面b)磨削外圓柱面c)鉆削內圓柱面d)銑削平面e)刨削平面f)磨削平面g)用成形刨刀刨削成形面h)用尖頭刨刀刨削成形面i)用成形銑刀銑削成形面j)用尖頭車刀車削回轉成形面k)用螺紋車刀車削螺紋l)用螺紋銑刀銑削螺紋二、零件表面的形成從幾何學的觀點看,面是線的運動軌跡。圖2-5直齒圓柱齒輪齒面成形的兩根生成線三、生成線的

2、形成方法及所需的運動零件表面生成線的形成過程,與所用刀具的切削刃形狀有關。1)切削刃的形狀為一個切削點(圖2-6a),切削刃與成形表面為點接觸。切削加工時,刀具1應作軌跡運動3,以形成生成線2。圖2-6切削刃形狀與生成線的三種關系2)切削刃的形狀是一段曲線1,其輪廓(切削線)與工件生成線2完全吻合(圖2-6b)。在圖2-7由切削刃包絡成形的漸開線齒形3)切削刃的形狀是一段曲線,其輪廓(切削線)與工件生成線2不相吻合(圖2-6c),為共軛關系。在切削加工時,刀具切削刃1與被形成表面相切,為點接觸。工件生成線2是刀具切削刃1運動軌跡的包絡線,如圖2-7所示。因此,刀具與工件需要有共軛的展成運動。在

3、切削加工中,由于使用的刀具的切削刃形狀和采用的加工方法不同,形成生成線的方法也不同。圖2-8形成生成線的四種方法a)軌跡法b)成形法c)相切法d)展成法圖2-9生成線原始位置與成形表面的關系四、零件表面成形所需的成形運動零件表面是兩根生成線(母線和導線)運動的軌跡,形成零件表面的成形運動就是形成母線和導線所需運動的總和。圖2-10車削成形回轉表面所需的表面成形運動用螺紋車刀車削螺紋,如圖2-11所示。母線與車刀的切削刃形狀和螺紋軸向剖面輪廓的形狀一致,故母線由成形法形成,不需要成形運動。導線為螺旋線,由軌跡法形成,需要一個成形運動。這是一個復合的成形運動,可以把它分解為工件的旋轉運動B11和刀

4、具的直線移動A12。但是,B11和A12之間必須保持嚴格的相對運動關系。必須指出,那些既在形成母線中起作用又在形成導線中起作用的運動,實質上只是機床的一個運動。圖2-12所示為滾切直齒圓柱齒輪時所需的成形運動。母線(輪齒的漸開線)是滾刀切削刃的包絡線,由展成運動(B1+B2)形成。導線是沿齒長方向的直線,由相切法形成,即需滾刀旋轉并作向下的直線運動(B+A)。實質上,形成導線的滾刀旋轉運動B與形成母線中的滾刀旋轉運動B1是同一個運動。因此,滾切直齒圓柱齒輪時共需兩個運動,即展成運動B1+B2)和滾刀沿工件軸向移動的直線運動A。第二節機床的運動不同的工藝方法所要求的機床運動的類型和數量是不相同的

5、。一、表面成形運動表面成形運動(Surface formative motion,簡稱成形運動)是保證得到零件要求的表面形狀的運動。圖2-13車削外圓柱表面時的成形運動圖2-14加工螺紋時的運動圖2-15加工錐螺紋時的表面成形運動二、主運動和進給運動成形運動按其在切削加工中所起的作用,又可分為主運動和進給運動兩類。圖2-16銑削螺紋時的運動三、輔助運動機床上除表面成形運動外,還需要輔助運動(Auxiliary motion,非表面成形運動),以實現機床的各種輔助動作。四、運動的主要要素一般情況下,每一個獨立的運動都有五個要素,即軌跡、速度、方向、行程和位置。圖2-17運動五要素第三節機床的傳動

6、一、傳動的基本組成部分(1)運動源為了驅動機床的執行件而實現機床的運動,必須要有動力來源,稱為運動源。二、機床的傳動聯系(1)傳動鏈連接運動源和執行件或連接一執行件和另一執行件,使之保持傳動聯系的這一部分傳動件稱為傳動鏈。圖2-18工件與刀具的運動圖2-19內聯系傳動鏈的封閉曲線環路圖2-20外聯系傳動鏈的開放曲線環路圖2-21傳動原理圖常用的一些示意符號a)電動機b)主軸c)車刀d)滾刀e)合成機構f)傳動比可變換的換置機構g)傳動比不變的機械聯系h)電氣聯系i)脈沖發生器j)快調換置器官(數控系統)三、傳動原理圖在運動分析中,為了便于研究機床的運動和傳動聯系,常用一些簡明的符號把傳動原理和

7、傳動路線表示出來,這就是傳動原理圖。四、機床的機械和非機械的傳動聯系在機床上的傳動聯系,除了用剛體傳動件的機械方式來實現外,根據運動的性質,無論是內聯系傳動或外聯系傳動都可以用非機械的傳動方式實現,如液壓、電氣、氣動、光和熱等方式來實現。第四節機床運動的調整一、 機床傳動系統圖由規定的圖形符號代表真實機床的機械傳動系統中的各個傳動件,而繪制成的機床各條傳動鏈的綜合簡圖,稱為機床機械傳動系統圖,簡稱為機床傳動系統圖。 1)傳動系統圖上表示了該機床所有的執行運動及其傳動聯系;而傳動原理圖則主要表示與表面成形有直接關系的運動及其傳動聯系。2)傳動系統圖具體表示了傳動鏈中各傳動件的結構形式,如軸、齒輪

8、、帶輪等;而傳動原理圖則僅用一些簡單的符號來表示運動源與執行件、執行件與執行件之間的傳動聯系。 表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-1機構運動簡圖符號(摘自GB44601984)表2-2滾動軸承圖示符號(摘自GB445811984)1)了解機床工作時有幾個執行件?各

9、執行件的運動及運動源是什么?2)哪些運動之間應保持傳動聯系?3)實現機床的運動共有幾條傳動鏈?4)分別閱讀各條傳動鏈,對每一條傳動鏈采用“抓兩端、連中間”的方法進行分析。首先,找出傳動鏈的兩端件(首端件與末端件),然后研究各傳動軸間的傳動結構、傳動副與傳動軸間的連接關系、傳動副的傳動比及運動的傳遞過程,最后確定兩端件之間的運動關系。5)列出各傳動鏈的傳動路線表達式和運動平衡方程式。6)根據運動平衡方程式導出傳動鏈調整計算的換置公式,求出執行件的運動速度、位移量或交換齒輪齒數。例如,圖2-24所示簡單的臥式車床傳動系統的分析如下:轉速圖是一種在對數坐標上表示變速傳動系統運動規律的格線圖,又稱為轉

10、速分布圖,簡稱為轉速圖。二、轉速圖圖2-25簡單的臥式車床主運動傳動系統圖及轉速分布圖a)傳動系統圖b)轉速圖n2=n1n3=n2=n12nz=nz-1=n1z-1 將等式兩邊取對數,可得:lgn2=lgn1=lgn1+lglgn3=lgn2=lgn2+lg=lgn1+2lg lgnz=lgnz-1=lgnz-1+lg=lgn1+(z-1)lg由上述分析可知,由各級轉速的對數值所組成的數列為一等差數列,其公差為lg。1)傳動軸數及各軸運動傳遞的順序。2)變速組數及各變速組的傳動副數。3)各傳動副的傳動比值。4)各傳動軸的轉速范圍及轉速級數。5)實現主軸各級轉速的傳動路線。三、傳動鏈調整環及調整

11、計算原理(1)調整環的功用由機床傳動系統圖及傳動路線表達式可知,在機床的每條傳動鏈中都存在著一個可調環節,稱之為調整環。表2-3常用傳動副的傳動比及其運動計算式表2-3常用傳動副的傳動比及其運動計算式1)主運動傳動鏈調整環主運動傳動鏈調整環用于調整主軸轉速。圖2-25所示的車床主運動傳動鏈的調整環由三個雙聯滑移齒輪變速機構組成,因此:u-、u-、u-分別為軸-、軸-、軸-間的可變傳動比。由該車床主運動傳動路線表達式可推出其運動平衡方程式:D工件直徑(mm)。2)車削螺紋運動傳動鏈調整環車削螺紋運動傳動鏈是一條內聯系傳動鏈,其調整環的作用是協調主軸與刀架兩執行件的運動,以保證加工出所需要的螺紋導

12、程值。其運動聯系為:主軸轉一轉,刀架移動導程T(mm)。根據圖2-24所示的車削螺紋運動傳動路線表達式,可以推導出運動平衡方程式,并導出換置公式:u交交換齒輪變速傳動機構傳動比,常采用復式交換齒輪,即u交=;u-、u-、u-分別為軸、軸、軸間的可變傳動比。如果取u-=、u-=、u-=代入式(2-3),整理后可得:3)進給運動傳動鏈調整環進給運動傳動鏈是外聯系傳動鏈,用于調整機床的進給量。車削加工時,進給量的定義為:主軸轉1轉,刀架直線移動f(mm)。若進給傳動鏈的最后一對傳動副為齒輪齒條副時,則主軸轉1轉時,齒輪齒條副中齒輪的轉數nZ(r)為:nZ=n主u=1主軸u則進給量f(mm/r)為:u

13、c該傳動鏈中所有傳動比不變的傳動副的傳動比;uf該傳動鏈中調整環的傳動比;m齒輪、齒條的模數;z齒輪齒條副中齒輪的齒數。如果進給傳動鏈的最后一對傳動副為絲杠螺母副時,其絲杠或螺母的轉數ns(r)為:ns=n主u=1主軸u則進給量f(mm/r)為:Ph絲杠的導程,mm。思考題與習題2-1常見的零件表面形狀是哪些?為什么?2-2零件表面形成的基本原理是什么?什么是母線、導線、生成線、可逆表面和不可逆表面?兩條生成線(母線和導線)在什么情況下才可以互換?2-3生成線的形成與切削刃的形狀有何關系?它有哪幾種形成方法?2-4成形表面的形狀取決于哪些因素?2-5舉例說明什么是表面成形運動、輔助運動、主運動、進給運動?2-6試述認識機床的主要方法。為什么要分析、研究機床的運動?2-7機床運動有哪些主要要素?為什么不同的運動,其要素要有所側重?2-8畫出簡圖表示用下列方法加工所需表面時,需要哪些成形運動?其中哪些是簡單運動?哪些是復合運動?(1)用成形車刀車削外圓錐面。2-9試分析用下述刀具加工圓柱孔時的表面成形方法和機床所需的表面成形運動。(1)用尖刃車刀或鏜刀加工。2-10機床傳動的基本組成部分是哪些?各部分的作用是什么?2-11什么是內聯系傳動鏈?什么是外聯系傳動鏈?其本質的區別是什么?2-12傳動原理圖與傳動系統圖有何區別