第2章机床的运动分析.ppt

第二章 机床的运动分析,什么是机床的运动分析？,机床的运动分析就是研究在金属切削机床上的各种运动及其相互联系。,研究对象：机床所应具有的各种运动及其相互关系研究目的：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、设计机床。,方法：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机构与运动调整和计算,“表面运动传动机构调整”,是认识和分析机床的基本方法,本章重点：,讲述机床的运动分析的基本内容,一、被加工工件的表面形状,第一节 工件加工表面及其形成方法,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。,任何表面都可以看作是一条线（称为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。,母线和导线统称为发生线。,二、工件表面的形成方法,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。,有些表面的两条发生线完全相同，但母线的原始位置不同，可形成不同的表面。,注意,两条发生线可以互换的表面称为可逆表面，否则称为不可逆表面。,三、发生线形成的方法,（一）切削刃的形状与发生线的关系,所谓切削刃的形状是指刀刃与工件成形表面相接触部分的形状。,1、切削刃的形状为一切削点,2、切削刃的形状是一条切削线，它与要形成的发生线的形状完全吻合。,3、切削刃仍然是一条切削线，但与需要形成的发生线的形状不吻合,1、成形法：,（二）形成发生线的方法及所需的运动,不需要运动,由于使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：,3、轨迹法,2、展成法,需要一个复合运动,需要一个运动,用尖头车刀、刨刀等刀具加工时,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,4、相切法,需要两个运动,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,第二节 机床的运动,在机床上，为了得到所需的工件表面形状，必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。这种运动称为表面成形运动。此外，还有多种辅助运动。,一、表面成形运动,表面成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。,母线：,工件的旋转运动,导线：,刀具沿直线运动,轨迹法,又如：牛头刨床刨削工件,(一）成形运动的种类,成形运动都是旋转运动或直线运动，这两种运动最简单，也最容易得到。因而称为简单成形运动，在机床上，以主轴的旋转，刀架或工作台的直线运动形式出现。,A 表示直线运动,B 表示旋转运动,分为简单运动和复合运动,但成形运动也有不是简单运动的,复合运动也可以分解成3个甚至更多个部分,随着现代数控技术的发展，多轴联动数控机床的出现，可分解为更多个部分的复合成形运动已在机床上实现，每个部分就是机床的一个坐标轴。,复合成形运动虽然可以分解为几 个部分，每个部分是一个旋转运动或直线运动，与简单运动相象。但这些部分之间保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的。所以，复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动。,（二）零件表面成形所需的成形运动,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。,例1 用普通车刀车削外圆,母线：,圆，轨迹法形成，一个成形运动,导线：,直线，轨迹法，一个成形运动,形成外圆柱面共需2个简单的成形运动,例2 用成形车刀车削成形回转表面,母线：,曲线，成形法形成，不需成形运动,导线：,圆，轨迹法，需要一个成形运动,成形运动总数是1，是一个简单运动,例3 用螺纹车刀车削螺纹,母线：,成形法，不需成形运动,导线：,螺旋线，轨迹法，需一个复合成形运动，,例4 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面,母线：,渐开线，展成法，一个复合成形运动,导线：,直线，相切法，需要2个的成形运动,共需要一个复合运动，一个简单运动,二、辅助运动,（一）各种空行程运动,空行程运动是指进给前后的快速运动和各种调位运动。,（二）切入运动,用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。,（三）分度运动,当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的连续的进行的运动称为分度运动。,（四）操纵及控制运动,包括启动、停止、变速、换向、部件与工件的夹紧和松开、转位以及自动换刀、自动测量、自动补偿等操纵控制运动。,三、主运动和进给运动,成形运动按其在切削加工中所起的作用，又可分为两类：主运动和进给运动。,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。,主运动可能是简单运动，也可能是复合的成形运动。,（一）主运动,（二）进给运动,由机床或人力提供的运动，它使刀具与工件之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可依次的或连续不断的切除切屑，并得出具有所需几何性质的已加工表面。,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。,进给运动可能是简单运动，也可能是复合运动。,第三节 机床的传动联系和传动原理图,机床的三个基本组成部分：动力源 传动装置 执行件,一、机床的传动联系,1）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,2）动力源提供运动和动力的装置，是执行件的运动来源。如交流异步电动机、直流电动机、步进电机等。,3）传动装置传递运动和动力的装置，通过它把动源的运动和动力传给执行件。通常传动装置同时还需完成变速、变向、改变运动形式的任务，使执行件获得所需要的运动速度、运动方向和运动形式。,机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等本课程将主要讲述机械的传动装置如皮带、齿轮、齿条、丝杠螺母等传动件实现运动联系。,传动装置把执行件和动源或把有关的执行件联系起来，构成传动联系。,二、机床的传动链,构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。,根据传动联系的性质，传动链可以分为两类：,（一）外联系传动链,是联系动源和机床执行件之间的传动链，使执行件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但不要求动源和执行件之间有严格的传动比关系。,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。,特点：,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,（二）内联系传动链,内联系传动链联系复合运动的各个分解部分，因而传动链所联系的执行件相互之间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求，用来保证运动的轨迹。,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。,特点：,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。,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。,三、传动原理图,通常传动链中包含有各种机构，如、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮或挂轮以及各种电的、液压的、机械的无级变速机构等。,在考虑传动路线时，可以先撇开具体机构，把上述机构分成两大类：,1、固定传动比的传动机构，简称“定比机构”，传动比和传动方向固定不变的传动机构，包括：定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等,带传动、定比齿轮副传动机构,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，这就是传动原理图。,2、变换传动比的传动机构，简称“换置器官”，根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，包括变速箱、挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构、数控机床中的数控系统等。,传动结构式：-,滑移齿轮变速机构,离合器变速机构,传动结构式：-,例5 卧式车床的传动原理图,例6 数控车床的传动原理图,四、传动链中换置器官的位置,在传动链中，正确的选择换置器官的种类、数量和安排它们的位置是传动原理图的主要功用之一，也是设计新机床时最原始的基础。,主运动传动链：12uv34uf5 6（B11）进给运动传动链：65uf47（A12）改变uf则B11也随之改变！-不合理。,主运动传动链：12uv34（B11）进给运动传动链：45uf67（A12）Uv与uf各自独立。,第四节 机床的运动调整,一、运动参数及其换置器官,每一个独立的运动都需要有5个参数来确定。,这五个参数为：,运动的起点、运动的方向、运动的轨迹、运动的路程和运动的速度。,所谓机床的调整，就是调整每个独立运动的5个参数。,二、机床运动的调整,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：,1）根据对机床的运动分析，确定各传动链两端的末端件。,主轴刀架,2）根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。,主轴转一周刀架移动S,3）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，列出运动平衡式。,4）根据运动平衡式，导出该传动链的换置公式。,总结：,抓两端，定关系，连中间，算结果。,当传动链中换置器官的传动比已经确定的情况下，机床的运动调整计算就是直接从运动平衡式计算机床执行件的位移量或运动速度。,例：机床传动系统的分析计算,一、传动连,示例：丝杠车床传动系统,丝杠车床传动系统的基本运动,主运动,主轴的旋转运动,进给运动,刀架纵向运动,每一个运动都由一条传动链来完成！,示例：丝杠车床传动系统,主轴旋转运动的传动链：,刀架纵向运动的传动链：,二、传动比,示例：丝杠车床传动系统,每一条传动链中主从轴之间的转速关系都由传动比来表达！,传动链中齿轮系的转速比：,传动链中齿轮系的传动比：,传动比与转速比互为倒数：,示例：丝杠车床传动系统,同理：,传动链中带传动的传动比：,求从电机到主轴的传动比：,主轴的转速为：,三、机床传动系统图,能够清楚表达机床传动系统中各传动件及其相互关系，并按国标规定的图形符号画出的传动链综合简图。,机床传动系统图的阅读方法,一、找出传动链（找两端，一线穿）,主轴旋转运动的传动链：,刀架纵向运动的传动链：,二、找出传动件（看方式，找关连）,三、列出两式（列两式，再计算）,主轴运动传动路线表达式：,主轴运动平衡式：,刀架水平运动传动路线表达式：,刀架水平运动的平衡式：,求解工件的螺纹导程L工件：,要求主轴转一转时，刀架水平移动一个导程（即为工件的导程L工件），工件的导程L工件有多种要求，但丝杠的导程L丝杠是固定的，这就需要调整挂轮箱中的交换齿轮，才能得到所需要的工件导程L工件，它们之间的关系由图所示：,关于工件导程的推导：,根据上述分析得出下面结论：,