机械制造技术ppt课件

.,1,5.2机床的运动,5.2.1表面的成形方法1表面的构成各种类型机床的具体用途和加工方法虽然各不相同，但其基本工作原理相同，即所有机床都必须通过刀具和工件之间的相对运动，切除坯件上多余的金属，形成一定形状、尺寸和质量的表面，从而获得所需的机械零件。因此，机床加工机械零件的过程，其实质就是形成零件上各个工作表面的过程。机械零件的形状多种多样，但构成其内、外轮廓的表面不外乎几种基本的形状表面：平面、圆柱面、圆锥面以及各种成形面，如图5-1所示。这些基本形状的表面都可经济地在机床上进行加工，较易获得所需的精度。,.,2,图5-1构成机械零件外形轮廓的常用表面,.,3,2表面的形成从几何学的观点看，任何表面都是由一根母线沿着导线运动而成，如图5-2所示。有些表面其母线和导线可以互换称为可逆表面，如平面、圆柱面和直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓表面等；另一些表面其母线和导线不可互换称为不可逆表面，如圆锥面、螺旋面等。一般说来，可逆表面采用的加工方法多于不可逆表面。母线和导线统称为发生线。,.,4,图5-2零件表面的成形,.,5,1)轨迹法用尖头车刀、刨刀等刀具加工时，切削刃与被加工表面为点接触（实际是很短一段弧线接触），因此切削刃可看作是一个点。为了获得所需发生线，切削刃必须沿着发生线作轨迹运动。如图53(a)所示，刨刀沿箭头A1方向作直线运动，形成了直线形的母线；刨刀沿箭头A2方向作曲线运动，形成了曲线形的导线。显然，采用轨迹法形成发生线，需要一个独立的运动。,.,6,图5-3形成发生线的方法,.,7,2)成形法采用各种成形刀具加工时，切削刃是与所需形成的发生线完全吻合的切削线，因此加工时无需任何运动，便可获得所需发生线。如图5-3(b)所示，曲线形母线由成形刨刀的切削刃直接形成，直线形的导线则由轨迹法形成。,.,8,3)相切法采用铣刀、砂轮等旋转刀具加工时，在垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃也可看作是一个点或一条线，当该切削点（或线）绕刀具轴线作旋转运动B1，且刀具轴线沿着发生线的等距线作轨迹运动A2时，切削点运动轨迹的包络线便是所需的发生线，如图5-3(c)所示。所以，采用相切法形成发生线，需要刀具旋转与工件之间的相对移动两个彼此独立的运动。,.,9,4)范成法用插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀等刀具加工时，切削刃是一条与需要形成的发生线共轭的切削线。切削加工时刀具与工件按确定的运动关系相对运动，切削刃与被加工表面相切，切削刃各瞬时位置的包络线便是所需的发生线。如图5-3(d)所示是用齿条形插齿刀加工圆柱齿轮，插齿刀沿箭头A1方向所作的直线运动，形成了直线形母线（轨迹法），而工件的旋转运动B21和直线A22使插齿刀能不断地对工件进行切削，其直线形切削刃的一系列瞬时位置的包络线便是所需的渐开线形导线（见图5-3(e)）。,.,10,5.2.2机床的运动1成形运动机床在加工零件时，为获得所需表面，必须要形成一定形状的母线和导线。除成形法外，形成母线和导线都需要刀具和工件作相对运动。这种形成被加工零件表面的运动，称为表面成形运动，简称成形运动。需要机床提供的成形运动的形式和数目，决定于所采用的加工方法和刀具结构。一般来说,形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。例如，用尖头刨刀刨削成形面需要两个成形运动，用成形刨刀刨削成形面只需一个成形运动，如图5-3(a)、(b)所示。,.,11,图5-4表面成形运动,.,12,根据切削过程中所起作用不同，成形运动又可分为主运动和进给运动。(1)主运动是切除工件上的切削层，使之转变为切屑的主要运动。(2)进给运动是不断地把切削层投入切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。主运动的速度高，消耗的功率大；进给运动的速度较低，消耗的功率也较小。任何一种机床必定有且只有一个主运动，但进给运动可能有一个或几个，也可能没有。,.,13,2辅助运动机床在加工过程中除完成成形运动外，还需完成其它一系列运动。与表面成形过程没有直接关系的运动，统称为辅助运动。以卧式车床切削圆柱面为例，除工件旋转和刀具直线移动这两个成形运动外，还需完成安装工件、开车、车刀快速趋近工件并径向切入一定深度以保证所需直径尺寸d、车刀切削到所需长度L时径向退离工件并退回至起始位置等运动，如图5-5所示。辅助运动的作用是实现机床加工过程中所必需的各种辅助动作，为表面成形创造条件。辅助运动的种类很多，一般包括以下几种：,.,14,（1）切入运动:刀具相对工件切入一定深度，以保证工件达到所要求的尺寸。（2）分度运动：多工位工作台、刀架等的周期转位或移位，以便依次加工工件上的各个表面，或依次使用不同刀具对工件进行顺序加工。（3）调位运动:加工开始前机床有关部件的移位，以调整刀具和工件之间的正确相对位置。（4）其它各种空行程运动:如切削刀具或工件的快速趋近和退回运动，开车、停车、变速、变向等控制运动，装卸、夹紧、松开工件的运动等。,.,15,图5-5车床切削圆柱面过程中的运动,.,16,5.3机床的传动,5.3.1机床的传动装置1液压传动液压传动是以液压油为传动介质传递运动和动力的一种传动方式。液压泵将液压油输入系统，经液压元件调节其流量、压力后，再输送到液压缸和液压马达，以传递运动和动力。液压传动较多地用于直线运动，由于其运动较平稳，易实现自动化，多用于磨床、组合机床及刨床等。,.,17,2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；在数控机床上，常用机械传动与步进电机和伺服电机等联合传动，用以实现机床的无级变速等。电气传动最易实现自动控制。3气动传动气动传动是以气体为传动介质传递运动和动力的一种传动方式。这种传动的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。多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。,.,18,4机械传动1）传动件的连接机械传动件有齿轮、蜗杆、蜗轮、带轮等，其在轴上的连接方式有三种：活动连接、花键连接和固定连接。传动件在轴上的连接方式、简图及其与轴的相对运动情况如表53所示。,.,19,表5-3传动件的连接方式,.,20,2）定比传动机构定比传动机构包括齿轮传动副、齿轮齿条传动副、蜗杆传动副、丝杠丝母传动副和带传动副等。这种传动副的共同特点是传动比固定不变，其中齿轮齿条传动副和丝杠螺母传动副可以将旋转运动转变为直线移动。,.,21,3）变比传动机构变比传动机构可以根据需要变换传动比和传动方向，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、换向机构等。这种传动机构又称为换置机构。（1）滑移齿轮变速组。机床上常用的有双联和三联滑移齿轮变速组。图5-6(a)所示为三联滑移齿轮变速组，轴上固定连接了三个齿轮Z1、Z2和Z3，轴上以花键连接了三联滑移齿轮Z1、Z2和Z3；当轴向移动三联滑移齿轮，使其分别处于左、中、右三个啮合位置时，由三个传动副分别得到不同的三种传动比Z1/Z1、Z2/Z2和Z3/Z3，轴便可得到三种不同转速。,.,22,（2）离合器变速组。离合器变速组如图5-6(b)所示，轴上固定连接了两个齿轮Z1、Z2，分别与活动连接在轴上的齿轮Z1、Z2相啮合。端面齿离合器M1与轴以花键相连，当离合器M1向左或向右移动，依次地与齿轮Z1、Z2的端面齿相啮合时，轴的运动由传动副Z1/Z1或Z2/Z2经离合器M1传给轴，使轴分别获得两种不同转速。如将端面齿离合器M1换成摩擦片式离合器，则可在运转过程中变速。,.,23,图5-6分级变速组,端面齿离合器M1与轴以花键相连,.,24,（3）挂轮变速组。机床上常用的挂轮变速组有一对挂轮变速组和两对挂轮变速组。图5-7(a)所示为一对挂轮变速组，在固定中心距的轴和轴上装上传动比不同，但齿数相同的齿轮A和B，轴便可获得不同转速。图5-7(b)所示为两对挂轮变速组，图中挂轮架可绕轴作调整摆动，中间轴可在挂轮架上作径向调整移动。挂轮a和挂轮d分别用键与主动轴和从动轴相连，挂轮b和c固连在套筒上，并通过套筒活动连接在中间轴上。调整中间轴的径向位置使得挂轮c和d正确啮合后，再摆动挂轮架使挂轮b和a处于正确啮合位置。可见，改变不同齿数的挂轮，可起到变速的作用。,.,25,图5-7挂轮变速组,.,26,（4）换向机构。机床上常用的换向机构有滑移齿轮换向和端齿离合器换向等形式。图5-8(a)所示为滑移齿轮换向机构，轴上装有齿数相同的双联齿轮Z1=Z1，轴上装有用花键连接的单联滑移齿轮Z2，中间轴装有一空套齿轮Z0。当滑移齿轮Z2处于图示位置时，轴的运动经传动副Z1/Z0、Z0/Z2传给轴，使轴的转动方向与轴相同；当滑移齿轮Z2向左移动与轴上的Z1齿轮直接啮合时，则轴的运动经传动副Z1/Z2传给轴，使轴的转动方向与轴上相反。,.,27,图5-8常用换向机构,.,28,5.3.2机床的传动链1外联系传动链外联系传动链是指联系运动源（如电动机）和执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，其主要特点是不要求运动源和执行件之间有严格的传动比关系。如在卧式车床上车削外圆柱表面时，由于工件与刀具之间不要求严格的传动比关系，两个执行件的运动可以互相独立调整，所以，传动工件和传动刀具的两条传动都是外联系传动链。,.,29,2内联系传动链内联系传动链是指相互联系的执行件之间有严格的相对运动关系的传动链。如在卧式车床上车削螺纹时，为了保证所需螺纹的导程，工件一转，车刀必须准确地移动一个导程。联系主轴和刀架就是一条内联系传动链。,.,30,5.3.3机床传动原理图传动链中包括有各种传动机构，如带传动、定比齿轮副、齿轮齿条、丝杠螺母、蜗杆蜗轮副、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、挂轮机构及各种电气的、液压的、机械的无级变速机构等。通常在考虑传动路线时，把各种传动机构分为两类：一类是传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构；另一类是可以变换传动比和传动方向的传动机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、换向机构等，统称为换置机构。,.,31,图5-9传动原理图常用示意符号,.,32,图5-10传动原理图(a)铣平面传动原理图；(b)车圆柱螺纹传动原理图；(c)车圆锥螺纹传动原理图,.,33,5.4机床的传动系统,5.4.1机床的传动系统机床上每一种运动，都是通过运动源、传动装置和执行件以一定的规律组成的传动链来实现的。机床上有多少个运动就有多少条传动链。实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各条传动链，就组成一台机床的传动系统。根据执行件的作用不同，传动系统中各传动链相应地被称为主运动传动链、进给运动传动链、范成运动传动链、分度运动传动链等。,.,34,为便于了解和分析机床运动的传递及联系情况，常采用传动系统图。图中将每条传动链中的具体传动机构用简单的规定符号表示（规定符号见GB446084机械制图机构运动简图符号，其中常用的见手册中的“机构运动简图符号”），传动链中的传动机构按照运动传递或联系顺序依次排列，并标明各传动轴编号、齿轮和蜗轮齿数、蜗杆头数、丝杠导程、带轮直径、电动机功率和转速等，以展开图的形式画在能反映主要部件相互位置的机床外形轮廓中。,.,35,5.4.2机床传动系统的调整计算分析机床传动系统的一般方法如下：(1)根据主运动、进给运动及辅助运动确定有几条传动链。(2)找出各传动链所联系的两个端件。(3)按照运动传递或联系顺序，从一个端件向另一个端件依次分析各传动轴之间的传动关系，以及变速、换向、接通和断开的工作原理。(4)对传动作具体的分析和运动计算。,.,36,图5-11螺纹进给传递链,.,37,传动链两端件：主轴刀架；运动关系：主轴1转刀架移动L工(L工是工件螺纹的导程)；运动平衡式：,换置公式：将上式化简整理，得挂轮变速机构的换置公式:,如将所需车削的工件螺纹导程的数值代入此换置公式，便可计算出挂轮变速机构的传动比及各配换齿轮的齿数。,.,38,设L工9mm，则,即得配换挂轮的齿数为：a45，b45，c60，d100。,.,39,例2根据图1-19所示螺纹进给传动链，确定挂轮变速机构的换置公式。,图1-19螺纹进给传动链,(1)传动链两端件：主轴刀架。(2)计算位移：主轴1转刀架移动L(L是工件螺纹的导程，单位mm)。(3)运动平衡式：160/6030/45a/bc/d12=L(4)换置公式：将上式化简整理，得挂轮变速机构的换置公式。ux=a/bc/d=L/8如将所需车削的工件螺纹导程的数值代入此换置公式，便可计算出挂轮变速机构的传动比及各配换齿轮的齿数。例如，L=9mm，则：ux=a/bc/d=L/8=9/8=3/23/4=45/3060/80即配换齿轮的齿数为：a=45，b=30，c=60，d=80。,.,40,根据换置机构的传动比确定配换挂轮数的方法有多种，常用的有因子分解法和查表法。前一种方法见上例，后一种方法可参阅有关资料(见霍永明等编，对数挂轮选用表.北京：机械工业出版社，1997)。(1)如果传动比的数值是有理数，且换算成分数后其分子、分母可分解成数值不大的几个因子时，通常可用因子分解法选取合适的配换挂齿轮齿数。此时配换挂轮的实际传动比与换置公式所要求的传动比相等，即没有传动比误差。(2)如果传动比的数值是无理数，一般采用查表法按传动比的近似值选取配换挂轮齿数，因而产生传动比误差。传动比误差对于外联系传动链并不十分重要，但对于内联系传动链，由于会影响被加工表面的形状精度，因此，换置机构传动比的计算和调整都必须保持一定的精确度，将误差限制在允许的范围内。,.,41,CA6140普通车床传动系统分析,.,42,四、刀架快速移动传动链,三、机动进给运动传动链,一、主运动传动链,目录,CA6140普通车床传动系统分析,二、车螺纹传动链,.,43,.,44,传动系统,.,45,一、主运动传动链,.,46,一、主运动传动链,1传动路线分析，确定两端件两端件：电动机主轴,2、分析两端件的传动结构和传动联系,.,47,.,48,一、主运动传动链,3、列出传动结构式,.,49,一、主运动传动链,4、主轴的转速级数与转速计算,1）主轴正转时，应有23=6种高转速和2322=24种低转速。,.,50,一、主运动传动链,-轴之间的传动比,由于U2U3，所以主轴实际上获得的转速级数为Z=231+（221）=24级,.,51,一、主运动传动链,4、主轴的转速级数与转速计算,2）主轴反转时，有31+（22-1）=12级转速。,3）主轴各级转速的计算可根据各滑移齿轮的啮合状态求得。,在图示啮合位置时，主轴的转速为：,同理，可计算出主轴正转时的24级转速为101400r/min；反转时的12级转速为141580r/min。,.,52,一、主运动传动链,.,53,二、车螺纹传动链,进给运动链是使刀架实现纵向或横向进给运动的传动链。进给运动传动链的两执行件为主轴和刀架。运动由电动机经主运动-主轴-进给箱传至刀架，使得刀架带着车刀实现纵向进给、横向进给、车削螺纹。从进给箱传出的运动分两条路线：一条经丝杠传动，此为车螺纹的传动路线；一条经光杠传动，此为机动进给路线。车螺纹时，主轴和刀架之间有严格的运动关系，传动链属于内联系传动链；车圆柱面和端面时，主轴和刀架之间无严格运动关系，属于外联系传动链。,.,54,二、车螺纹传动链,CA6140的螺纹进给传动链任务：保证机床可车削公制、英制、模数和径节制四种标准螺纹；还可以车削大导程（螺距）；非标准；较精密的螺纹。这些螺纹可以是右旋的，也可以是左旋的。,.,55,二、车螺纹传动链,车螺纹时，必须保证主轴每转一转，刀具准确移动被加工螺纹一个导程（螺距）的距离。螺纹进给传动链的运动平衡式：,u-从主轴到丝杠之间的总传动比；S-机床丝杠的导程，CA6140型车床的S=12mm；P-被加工螺纹的导程（mm）。,.,56,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹（国标中对标准螺距已做规定）,11.251.51.7522.252.533.544.555.56789101112,螺距数列特点：a）螺纹螺距为分段等差数列;b）段与段之间成倍数关系。,.,57,二、车螺纹传动链,.,58,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,59,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,60,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,61,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,62,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,63,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,64,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,.,65,二、车螺纹传动链,车削公制螺纹(右旋)的运动平衡式为：,车削米制螺纹,.,66,二、车螺纹传动链,CA6140型车床米制螺纹表,车削米制螺纹,从上表可以看出，此传动路线能加工的最大螺纹导程是12mm，如果需要车削导程大于12mm的米制螺纹，应采用扩大导程传动路线。,.,67,二、车螺纹传动链,.,68,二、车螺纹传动链,车削米制螺纹,传动路线表达式为：,.,69,二、车螺纹传动链,英制螺纹主要在采用英制的国家中广泛使用，我国一些管螺纹也采用英制螺纹。英制螺纹以每英寸长度上的螺纹扣（牙）数a表示（扣/英寸）,为了加工出英制螺纹，就必须使机床丝杠满足上述公式，因此需要改变部分传动副的传动比，使其含有因子25.4。,车削英制螺纹,.,70,二、车螺纹传动链,.,71,二、车螺纹传动链,车削英制螺纹,.,72,二、车螺纹传动链,传动路线表达式为：,车削英制螺纹,英制螺纹的螺距参数以每英寸长度上的螺纹牙数a(牙/in)表示。为使计算方便，将英制导程换算为米制导程。车削英制螺纹的运动平衡式为：,.,73,二、车螺纹传动链,车削英制螺纹,因此可见，只要改变u基和u倍的值，就可以得到各种标准的英制螺纹,.,74,二、车螺纹传动链,车削英制螺纹,.,75,二、车螺纹传动链,车削英制螺纹,移换机构,.,76,二、车螺纹传动链,车削模数制螺纹,模数制螺纹主要用于米制蜗杆中。模数制螺纹螺距：,模数制螺纹的导程为：,国