金属切削机床概论课件第一章.ppt

1、什么是机床的运动分析？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机床的运动分析就是研究在金属切削机床上的削机床上的各种运动各种运动及其及其相互联系相互联系。研究对象：研究对象： 机床所应具有的各种运动及其相互机床所应具有的各种运动及其相互关系关系研究目的：研究目的： 用科学简便的方法，根据机床的运用科学简便的方法，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。统，以便合理使用机床。方法：方法：表面形状及其形成方法表面形状及其形成方法机床的运动机床的运动传动联系及传动原理图传动联系及传动原理图传动机构与运动调整和计算传动机构与运

2、动调整和计算“表面表面运动运动传动传动机构机构调整调整”是认识和分析机床的基本方法是认识和分析机床的基本方法 讲述机床的运动分析的基本内容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一、被加工工件的表面形状机床工作原理机床工作原理： 通过刀具和工件之间的相对运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状、尺寸和质量的表面以获得所需的机械零件的机械零件 任何表面都可以看作是一条线（称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）运为母线）沿着另一条线（称为导线）运动的轨迹。动的轨迹。母线和导线统称为

3、发生线。母线和导线统称为发生线。二、工件表面的形成方法二、工件表面的形成方法 机床上加工零件时，所需形状的表面机床上加工零件时，所需形状的表面是通过是通过刀具和工件的相对运动刀具和工件的相对运动，用刀具，用刀具的刀刃切削出来的。的刀刃切削出来的。实质实质借助于一定形状的切削刃、切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。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有些表面的两条发生线完全相同，但母线的原始位置不同，相同，但母线的原始位置不同，可形成不同的表面。可形成不同的表面。注意注意两条发生线可以互

4、换的表面称为可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。逆表面，否则称为不可逆表面。三、发生线形成的方法三、发生线形成的方法（一）切削刃的形状与发生线的关系（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所谓切削刃的形状是指刀刃与工件成形表面工件成形表面相接触相接触部分的形状。部分的形状。1、切削刃的形、切削刃的形状为一切削点状为一切削点2 2、切削刃的形状是、切削刃的形状是一条切削线，它与一条切削线，它与要形成的发生线的要形成的发生线的形状完全吻合。形状完全吻合。3、切削刃仍然是、切削刃仍然是一条切削线，但一条切削线，但与需要形成的发与需要形成的发生线的形状不吻生

5、线的形状不吻合合1 1、成形法：、成形法：（二）形成发生线的方法及所需的运动（二）形成发生线的方法及所需的运动不需要运动不需要运动 由于使用的刀具切削刃形状和采取的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加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种：为四种：2 2、展成法、展成法需要一个复合运动需要一个复合运动刀具刀具插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀切削刃切削刃与需要形成的发生线共轭的与需要形成的发生线共轭的切削线切削线3 3、轨迹法、轨迹法需要一个运动需要一个运动用尖头车刀、刨刀等刀具加工时用尖头车刀、刨刀等刀具加工时4 4、相切法、相切法需要两

6、个运动需要两个运动刀具刀具铣刀、砂轮等旋转加工刀具铣刀、砂轮等旋转加工刀具垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃也可看作是点也可看作是点, , 当该切削点绕着刀具轴当该切削点绕着刀具轴 线作旋转运动线作旋转运动，刀具轴线沿着发生线的刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动等距线作轨迹运动 在机床上，为了得到所需的工件表在机床上，为了得到所需的工件表面形状，面形状， 必须使刀具和工件按上述四种必须使刀具和工件按上述四种方法之一完成一定的运动。这种运动称方法之一完成一定的运动。这种运动称为为表面成形表面成形运动。此外，还有多种运动。此外，还有多种辅助辅助运动。运动。一、表

7、面成形运动一、表面成形运动 表面成形运动是保证得到表面成形运动是保证得到工工件要求的表面形状件要求的表面形状的运动。的运动。母线：母线： 工件的旋转运动工件的旋转运动导线：导线： 刀具沿直线运动刀具沿直线运动轨迹法轨迹法又如：牛头刨床刨削工件又如：牛头刨床刨削工件(一）成形运动的种类一）成形运动的种类 成形运动都是旋转运动或直线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，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。工作台的直线运动形式出现。A 表示直线

8、运动表示直线运动B 表示旋转运动表示旋转运动分为简单运动和复合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但成形运动也有不是简单运动的 复合运动也可以分解成复合运动也可以分解成3个甚至个甚至更多个部分更多个部分 随着现代数控技术的发展，多轴联动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。就是机床的一个坐标轴。 复合成形运动虽然可以分解为几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个部分，每个部分是一个旋转运动

9、或直线运动，与简单运动相象。但运动，与简单运动相象。但这些部分之间这些部分之间保持严格的相对运动关系，是相互依存，保持严格的相对运动关系，是相互依存，而不是独立的而不是独立的。所以，。所以，复合运动是一个运复合运动是一个运动，而不是两个或两个以上的简单运动动，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（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。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，形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运

10、动的数目。即为成形运动的数目。例例1 1 用普通车刀车削外圆用普通车刀车削外圆母线：母线： 圆，轨迹法形成，一个成形运动圆，轨迹法形成，一个成形运动导线：导线： 直线，轨迹法，一个成形运动直线，轨迹法，一个成形运动形成外圆柱面共需形成外圆柱面共需2个简单的成形运动个简单的成形运动例例2 2 用成形车刀车削成形回转表面用成形车刀车削成形回转表面母线：母线：曲线，成形法形成，不需成形运动曲线，成形法形成，不需成形运动导线：导线：圆，轨迹法，需要一个成形运动圆，轨迹法，需要一个成形运动成形运动总数是成形运动总数是1，是一个简单运动，是一个简单运动例例3 3 用螺纹车刀车削螺纹用螺纹车刀车削螺纹母线：

11、母线：成形法，不需成形运动成形法，不需成形运动导线：导线：螺旋线，轨迹法，需一个复合成螺旋线，轨迹法，需一个复合成形运动，形运动，例例4 4 用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面母线：母线： 渐开线，展成法，一个复合成形运动渐开线，展成法，一个复合成形运动导线：导线： 直线，相切法，需要直线，相切法，需要2个的成形运动个的成形运动共需要一个复合运动，一个简单运动共需要一个复合运动，一个简单运动二、辅助运动二、辅助运动（一）各种空行程运动（一）各种空行程运动 空行程运动是指进给前后的快速运空行程运动是指进给前后的快速运动和各种调位运动。动和各种调位运动。（二）切入运动（二

12、）切入运动用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。用于保证被加工表面获得所需要的尺寸。（三）分度运动（三）分度运动 当加工若干个完全相同的均匀分布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。的连续的进行的运动称为分度运动。（四）操纵及控制运动（四）操纵及控制运动 包括启动、停止、变速、换向、部包括启动、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换刀、自动测量、自动补偿等操纵控制运动。运动。三、主运动和进给运动三、主运动和进给运动 成形

13、运动按其在切削加工中所起的成形运动按其在切削加工中所起的作用，又可分为两类：主运动和进给运作用，又可分为两类：主运动和进给运动。动。（一）主运动（一）主运动机床上形成切削速度并消耗大部分机床上形成切削速度并消耗大部分动力的运动。动力的运动。 速度高，消耗的功率大。速度高，消耗的功率大。任何一种机床，必定有、且通常只任何一种机床，必定有、且通常只有一个主运动。有一个主运动。 主运动可能是简单运动，也主运动可能是简单运动，也可能是复合的成形运动。可能是复合的成形运动。（二）进给运动（二）进给运动 由机床或人力提供的运动，它使刀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，加具与工件

14、之间产生附加的相对运动，加上主运动，即可依次或连续不断的切除上主运动，即可依次或连续不断的切除切屑，并得出具有所需几何性质的已加切屑，并得出具有所需几何性质的已加工表面。工表面。机床上维持切削加工过程连续不断进行机床上维持切削加工过程连续不断进行的运动。的运动。 速度较低，消耗的功率较小。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。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，也进给运动可能是简单运动，也可能是复合运动。可能是复合运动。机床的三个基本组成部分：机床的三个基本组成部分： 动力源动力源 传动装置传动装置 执行件执行件 第三节第三节 机床的传动联系和

15、传动原理图机床的传动联系和传动原理图一、机床的传动联系一、机床的传动联系 1 1）执行件：）执行件： 执行机床运动的部件执行机床运动的部件 如主轴、刀架、工作台等如主轴、刀架、工作台等 执行件任务执行件任务 ： 1. 1.装夹刀具和工件，直接带动它们完成装夹刀具和工件，直接带动它们完成一定形式的运动一定形式的运动 2. 2.保证其运动轨迹的准确性保证其运动轨迹的准确性旋转运动旋转运动的正圆度和直线运动的直线度的正圆度和直线运动的直线度2 2）动力源动力源提供运动和动力的装置，是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、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

16、。直流电动机、步进电机等。 3 3）传动装置）传动装置传递运动和动力的装置，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通常传动装置同时还需完成变速、变变速、变向、改变运动形式向、改变运动形式的任务，使执行件获得的任务，使执行件获得所需要的运动速度、运动方向和运动形式。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、机床传动装置形式：机械、液压、电气、气压等气压等本课程将主要讲述本课程将主要讲述机械机械的传动装置，如的传动装置，如皮带、齿轮、齿条、丝杠螺母等传动件皮带、齿轮、齿条、丝杠螺母等传

17、动件实现运动联系。实现运动联系。 传动装置把执行件和动源或把有关的执传动装置把执行件和动源或把有关的执行件联系起来，构成行件联系起来，构成传动联系传动联系。二、机床的传动链二、机床的传动链 构成一个传动联系的一系列传动构成一个传动联系的一系列传动件，称为传动链。件，称为传动链。 根据传动联系的性质，传动链可以根据传动联系的性质，传动链可以分为两类：分为两类：（一）外联系传动链（一）外联系传动链 是联系动源和机床执行件之间的传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，而且能改变动链，使执行件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但运动的速度和方向，但不要求动源和执不要求动源和执行件之

18、间有严格的传动比关系。行件之间有严格的传动比关系。 机床上有几个简单运动，就需要有几机床上有几个简单运动，就需要有几条外联系传动链条外联系传动链 可以有各自独立的运动源，也可以几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。条传动链共用一个运动源。 特点：特点：外联系传动链联系的是整个复合运动与外联系传动链联系的是整个复合运动与外部运动源外部运动源只决定成形运动的速度和方向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对加工表面的形状没有直接影响（二）内联系传动链二）内联系传动链 内联系传动链联系复合运动的各个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分

19、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）相互之间的相对速度（及相对位移量）有有严格的要求严格的要求，用来保证运动的轨迹。，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，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动链将运动源的运动传到内联系传动链上来。上来。特点：特点：内部必须保持严格运动关系内部必须保持严格运动关系决定着复合运动的轨迹（即发生线的决定着复合运动的轨迹（即发生线的形状）形状）传动比是否准确以及由其确定的两单传动比是否准确以及由其确定的两单元运动的相对运

20、动方向是否正确，会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。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。传动比也必须有足够精度。三、传动原理图三、传动原理图 通常传动链中包含有各种机构，通常传动链中包含有各种机构，如带传动、定比齿轮副、丝杠螺母、如带传动、定比齿轮副、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、滑移齿轮变速机构、离合蜗轮蜗杆、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器变

21、速机构、交换齿轮或挂轮以及各种电的、液压的、机械的无级变速机种电的、液压的、机械的无级变速机构等。构等。 在考虑传动路线时，可以先撇开在考虑传动路线时，可以先撇开具体机构，把上述机构分成两大类：具体机构，把上述机构分成两大类：1 1、固定传动比的传动机构，简称固定传动比的传动机构，简称“定比机构定比机构” ，传动比和传动方，传动比和传动方向固定不变的传动机构，包括：定向固定不变的传动机构，包括：定比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆比齿轮副、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等副等XXXXXXXXXIIIIIIIVVvfd1=100d2=300n电=1450rpmz1=30z2=65z3=26z4=72z5=2

22、0z6=60z7=20 m=2带传动、定比齿轮副传动机构带传动、定比齿轮副传动机构2 2、变换传动比的传动机构，简称、变换传动比的传动机构，简称“换换置器官置器官” ，根据加工要求可以变换传根据加工要求可以变换传动比和传动方向的传动机构，动比和传动方向的传动机构，包括变包括变速箱、速箱、挂轮变速机构、滑移齿轮变速挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构、机构、离合器换向机构、数控机床中数控机床中的数控系统等。的数控系统等。XXIIIZ1Z2Z3Z4XXIIIZ1Z2Z3Z4 4231ZZZZ传动结构式：传动结构式：- - - - 滑移齿轮变速机构滑移齿轮变速机构IIIZ1Z2Z3Z4XX

23、IIIZ1Z2Z3Z4XX 离合器变速机构离合器变速机构 4231ZZZZ传动结构式：传动结构式：- - - 为了便于研究机床的传动联系，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。动路线表示出来，这就是传动原理图。例例5 5 卧式车床的传动原理图卧式车床的传动原理图 例例6 6 数控车床的传动原理图数控车床的传动原理图四、四、 传动链中换置器官的位置传动链中换置器官的位置 在传动链中，正确的选择换置在传动链中，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

24、，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。也是设计新机床时最原始的基础。一、运动参数及其换置器官一、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个参个参数来确定。数来确定。这五个参数为：这五个参数为：运动的起点、运动的方向、运动的运动的起点、运动的方向、运动的轨迹、运动的路程和运动的速度。轨迹、运动的路程和运动的速度。 所谓机床的调整，就是调整每所谓机床的调整，就是调整每个独立运动的个独立运动的5个参数。个参数。 二、机床运动的调整二、机床运动的调整 机床运动的调整计算按每一传动链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：分别进

25、行，其一般步骤如下：1 1）根据对机床的运动分析，确定各传根据对机床的运动分析，确定各传动链两端的末端件。动链两端的末端件。主轴主轴刀架刀架2）根据传动链两末端件的运动关）根据传动链两末端件的运动关系，确定计算位移量。系，确定计算位移量。主轴转一周主轴转一周刀架移动刀架移动S3 3）根据计算位移量以及相应传动链）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，列出运动中各个传动环节的传动比，列出运动平衡式。平衡式。4 4）根据运动平衡）根据运动平衡式，导出该传动式，导出该传动链的换置公式。链的换置公式。SPuuulfr211lfPuuSu21 总结：总结：抓两端，定关系，连中间，算结果。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。行件的位移量或运动速度。