第2章运动分析

1、金属切削机床金属切削机床n 机床作为机械中的一个突出典型，运动、结构要求高。机床作为机械中的一个突出典型，运动、结构要求高。以机床为例，学习设计机器的一般方法。以机床为例，学习设计机器的一般方法。n 机床种类繁多，不在于掌握多少台机床，而是机床种类繁多，不在于掌握多少台机床，而是掌握掌握基本知识和分析机床基本知识和分析机床方法。方法。n 研究研究机床所应具有的各种运动及其相互关系。机床所应具有的各种运动及其相互关系。n 目的目的用科学简便的方法，根据机床的运动规律来用科学简便的方法，根据机床的运动规律来分析、比较各类机床的传动系统，以便合理使用机床分析、比较各类机床的传动系统，以便合理使用机床

2、和设计机床。和设计机床。n 机床运动分析过程：机床运动分析过程：表面表面运动运动传动传动机机构构调整。调整。金属切削机床金属切削机床 常用的机械零件都是由一个或几个简单表常用的机械零件都是由一个或几个简单表面组成面组成,这些简单表面归纳为这些简单表面归纳为: 回转体表面：内，外圆柱面，圆锥面回转体表面：内，外圆柱面，圆锥面 纵切表面：平面纵切表面：平面 成形表面：螺纹，螺纹表面，渐开线表面成形表面：螺纹，螺纹表面，渐开线表面金属切削机床金属切削机床图图2-1 机器零件上常用的各种典型表面机器零件上常用的各种典型表面金属切削机床金属切削机床 l 机床上加工零件时，所需形状的表面是通机床上加工零件

3、时，所需形状的表面是通过刀具和工件的相对运动，用刀具的刀刃过刀具和工件的相对运动，用刀具的刀刃切削出来的。切削出来的。l 实质实质借助于一定形状的切削刃、切削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刃与被加工表面之间按一定规律的相对运动，动，形成所需的母线和导线形成所需的母线和导线。金属切削机床金属切削机床u从几何学的观点看，任何一个表面，都可以看作从几何学的观点看，任何一个表面，都可以看作是是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。轨迹。这两条曲线叫做该表面的这两条曲线叫做该表面的发生线发生线。u有些表面的有些表面的导线和

4、母线是可以互换导线和母线是可以互换的，叫的，叫可逆表可逆表面面；有些表面的；有些表面的导线和母线导线和母线则则不可互换不可互换，叫，叫不可不可逆表面逆表面。（锥面、球面、圆环面、螺旋面均为不。（锥面、球面、圆环面、螺旋面均为不可逆表面）可逆表面）金属切削机床金属切削机床例、工件表面的形成图图2-2 组成工件轮廓的几何表面组成工件轮廓的几何表面导线导线导线导线母线导线母线母线母线母线母线母线导线导线导线金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床有些表面的两条发生线完全相同，只因母线有些表面的两条发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可形成不同的表面。的原始位置不同，也可形成不同的表面。

5、金属切削机床金属切削机床 切削刃形状切削刃形状切削刃与工件成形表面相接触部分的形状。切削刃与工件成形表面相接触部分的形状。 点刀刃、线刀刃点刀刃、线刀刃 1、切削刃的形状与发生线的关系、切削刃的形状与发生线的关系 同样一条发生线，采用不同刀刃形状，有不同的形成方法。同样一条发生线，采用不同刀刃形状，有不同的形成方法。 金属切削机床金属切削机床 展展成成运运动动金属切削机床金属切削机床2、形成发生线的方法、形成发生线的方法 （1）轨迹法：）轨迹法：利用刀具作一定利用刀具作一定规律的轨迹运动规律的轨迹运动来对工件进行加来对工件进行加工的方法。工的方法。刀具：尖头车刀、刨刀。刀具：尖头车刀、刨刀。切

6、削刃与被加工表面为点接触（实际是短弧线）切削刃与被加工表面为点接触（实际是短弧线） 形成发生线形成发生线2需要需要一个一个成形运动成形运动 。 金属切削机床金属切削机床（1 1）轨迹法（仿形法）轨迹法（仿形法）零件表面的成形金属切削机床金属切削机床（2）成形法：）成形法：利用成形刀具对工件进行加工利用成形刀具对工件进行加工的方法。的方法。 形成发生线形成发生线 2不需要有成形运动不需要有成形运动切削刃切削刃1与所需形成与所需形成的发生线的发生线2完全吻合完全吻合21金属切削机床金属切削机床（2 2）成形法）成形法零件表面的成形金属切削机床金属切削机床（3）相切法）相切法：利用刀具利用刀具边旋转

7、边作轨迹运动来对边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。工件进行加工的方法。刀具：铣刀、砂轮等旋刀具：铣刀、砂轮等旋转加工刀具。转加工刀具。垂直于刀具旋转轴线的垂直于刀具旋转轴线的截面内，切削刃也可看截面内，切削刃也可看作是点作是点, 当该切削点绕着当该切削点绕着刀具轴刀具轴 线作旋转运动，线作旋转运动，刀具轴线刀具轴线沿着发生线的沿着发生线的等距线等距线作轨迹运动作轨迹运动 形成发生线形成发生线2需要两个成形运动需要两个成形运动:刀具的旋刀具的旋转运动转运动；刀具与工件之间的相对移动刀具与工件之间的相对移动 金属切削机床金属切削机床（4）展成法：）展成法：利用工件和刀具作展成运动的加利用工

8、件和刀具作展成运动的加工方法。工方法。 形成发生线形成发生线2需要一个复合成形运动需要一个复合成形运动(展成运动展成运动) 刀具：插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀。刀具：插齿刀、齿轮滚刀和花键滚刀。 切削刃是与需要形成的发生线共轭的切削线。切削刃是与需要形成的发生线共轭的切削线。金属切削机床金属切削机床（4 4）展成法）展成法零件表面的成形金属切削机床金属切削机床2.2 2.2 按运动的功用按运动的功用分为：分为： 表面成形运动（基本运动）：表面成形运动（基本运动）：机床上的刀具和工件，机床上的刀具和工件，为了为了直接形成被加工工件表面的运动直接形成被加工工件表面的运动。 形成母线和导线所需运动数之

9、和，即为成形运动形成母线和导线所需运动数之和，即为成形运动的数目。的数目。 非表面成形运动（辅助运动）：非表面成形运动（辅助运动）：机床上除成形运动机床上除成形运动外，还需要外，还需要辅助运动辅助运动以实现机床的各种辅助动作以实现机床的各种辅助动作 。金属切削机床金属切削机床 按组成情况的不同，成形运动分为：按组成情况的不同，成形运动分为： 简单成形运动：简单成形运动：由由单独的单独的旋转运动（旋转运动（B）或）或直线运动（直线运动（A）构成的）构成的独立的成形运动独立的成形运动 。 复合成形运动：复合成形运动：由由两个或两个以上两个或两个以上的旋转运动的旋转运动或（和）直线运动，按照某种或（

10、和）直线运动，按照某种确定的运动关系组确定的运动关系组合而成合而成的的独立的成形运动独立的成形运动。金属切削机床金属切削机床 母线：圆母线：圆，轨迹法。，轨迹法。需要需要1个简单成形个简单成形运动运动工件旋转工件旋转B1； 导线：导线：直线，轨迹直线，轨迹法。需要法。需要1个简单成个简单成形运动形运动车刀直线车刀直线平移平移A2。 金属切削机床金属切削机床 母线：母线：直线，直线，由成型法形成，由成型法形成，不需要成形运动；不需要成形运动； 导线：导线：圆，圆，轨迹法，需要一轨迹法，需要一个简单成形运个简单成形运动动工件旋转工件旋转B1。 金属切削机床金属切削机床母线：母线： 螺纹轴向剖面轮廓

11、形，螺纹轴向剖面轮廓形，车刀的刀刃形状与它的车刀的刀刃形状与它的形状一致，即由成型法形状一致，即由成型法形成，因而不需运动；形成，因而不需运动；导线：导线： 螺旋线螺旋线，由轨迹法形成，由轨迹法形成， 需要需要一个一个复合的成形运动复合的成形运动螺旋运动螺旋运动，分解为两分解为两个简单运动：工件旋转个简单运动：工件旋转B B11 11 和刀具移动和刀具移动A A1212。 B B1111和和A A1212必须严格保持相对关系。必须严格保持相对关系。金属切削机床金属切削机床 母线：母线： “”形线，形线， 由成型法形成，由成型法形成， 因而不需运动；因而不需运动；导线：导线： 圆锥螺旋线圆锥螺旋

12、线， 轨迹轨迹 法，是法，是复合成形运动复合成形运动， 分解为三个简单运动：分解为三个简单运动： 工件旋转工件旋转B11 、刀具、刀具 沿工件轴向移动沿工件轴向移动A12、刀、刀 具沿工件径向移动具沿工件径向移动A13。 金属切削机床金属切削机床母线：母线：渐开线渐开线 展成法形成，需要一个展成法形成，需要一个复合成形运动复合成形运动，可分解为滚，可分解为滚刀旋转刀旋转B11和工件旋转和工件旋转B12两两部分，部分，B11和和B12必须严格保必须严格保持相对关系。持相对关系。导线：导线：直线直线 由由相切法形成相切法形成，需要，需要两个独立的简单成形运动两个独立的简单成形运动，即，即滚刀旋转（

13、与展成运动的滚刀旋转（与展成运动的B11重合）和滚刀沿工件轴向重合）和滚刀沿工件轴向的移动的移动A2。金属切削机床金属切削机床不同工艺方法加工不同形状的表面，所需的表面成形不同工艺方法加工不同形状的表面，所需的表面成形运动是不同的，从而产生了各种不同类型的机床。运动是不同的，从而产生了各种不同类型的机床。用同一种工艺方法和刀具结构加工相同表面，由于具用同一种工艺方法和刀具结构加工相同表面，由于具体加工条件不同，表面成形运动在刀具和工件之间的体加工条件不同，表面成形运动在刀具和工件之间的分配也往往不同。分配也往往不同。例：车削圆柱面，根据工件形状、尺寸和坯料形式等具例：车削圆柱面，根据工件形状、

14、尺寸和坯料形式等具体条件不同，表面成形运动可以体条件不同，表面成形运动可以:金属切削机床金属切削机床 成形运动按其成形运动按其在切削加工过程中所起的在切削加工过程中所起的作用作用，可分为，可分为1、主运动：、主运动：产生切削的运动。产生切削的运动。 2、进给运动：、进给运动：维持切削得以继续的运动。维持切削得以继续的运动。 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。进给运动可能是一个、多个、没有。动。进给运动可能是一个、多个、没有。 无论是主运动还是进给运动，都可能是简单运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。动或复合运动。金属切削

15、机床金属切削机床 主运动主运动工件旋转工件旋转B1形成母线，圆，轨迹法，需要形成母线，圆，轨迹法，需要1个简单成形运动。个简单成形运动。 功用：使刀具与工件间作相对运动，获得所需的功用：使刀具与工件间作相对运动，获得所需的切削速度。切削速度。 特点：速度较高及消耗的动力较多。特点：速度较高及消耗的动力较多。 进给运动进给运动 车刀直线平移车刀直线平移A2形成导线，直线，轨迹法，需要形成导线，直线，轨迹法，需要1个简单成形运动个简单成形运动 功用功用:切除毛坯表面金属以形成整个加工表面。切除毛坯表面金属以形成整个加工表面。 特点特点:进给运动的速度较低进给运动的速度较低,消耗的动力也较少。消耗的

16、动力也较少。金属切削机床金属切削机床二二、 机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动，机床上除表面成形运动外，还需要辅助运动，主要有：各种主要有：各种空行程运动空行程运动、切入运动切入运动、分度运动分度运动、操纵和控制运动操纵和控制运动。金属切削机床金属切削机床1.各种空行程运动各种空行程运动:进给前后的快速运动和各种调位运进给前后的快速运动和各种调位运动。动。2.切入运动切入运动:保证被加工表面获得所需要的尺寸。保证被加工表面获得所需要的尺寸。3.分度运动分度运动:加工若干个完全相同的均匀分布的表面时，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继续进行。为使表面成形运动得以

17、周期继续进行。 例：车削多头螺纹，铣花键，滚齿齿轮，多工位例：车削多头螺纹，铣花键，滚齿齿轮，多工位机床（多工位工作台和多工位刀架）。机床（多工位工作台和多工位刀架）。4.操纵和控制运动操纵和控制运动: 接通或断开某个传动链，操纵变速接通或断开某个传动链，操纵变速或换向机构的运动或换向机构的运动 。金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床一、机床的传动联系一、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：1、运动源（动力源）：、运动源（动力源）：为执行件提供运动和为执行件提供运动和动力的装置。动力的装置。 2、传动装置：、传动装置：传递运动和动力的装置

18、。传递运动和动力的装置。 3、执行件：、执行件：执行机床运动的部件。执行机床运动的部件。n 运动源运动源传动装置传动装置执行件执行件； 或：或： 执行件执行件传动装置传动装置执行件执行件， 构成构成传动联系传动联系。 金属切削机床金属切削机床传动的基本组成动力源动力源 传动装置传动装置 执行件执行件 为执行件提供运为执行件提供运动和动力装置动和动力装置传递运动和动传递运动和动力的装置力的装置 执行机床运动执行机床运动的部件的部件 电动机，可几个运动共电动机，可几个运动共用一运动源；也可每个用一运动源；也可每个运动单独有运动源。运动单独有运动源。 齿轮、链轮、带轮、齿轮、链轮、带轮、丝杆、螺母等

19、丝杆、螺母等 主轴、刀架、工主轴、刀架、工作台等，它是传作台等，它是传递运动的末端件递运动的末端件 金属切削机床金属切削机床l构成一个传动联系的一系列串联着的传动构成一个传动联系的一系列串联着的传动件，称为件，称为“传动链传动链”。l传动链按运动性质分为：传动链按运动性质分为：外联系传动链外联系传动链、内联系传动链内联系传动链。 金属切削机床金属切削机床 1.外联系传动链外联系传动链（1）定义：）定义： 用于联系动力源和机床的执行器官的传动链。用于联系动力源和机床的执行器官的传动链。 （2）功用：）功用：把一定的功率从动源传递给执行器官。把一定的功率从动源传递给执行器官。保证执行器官一定的转速

20、（或速度）和一保证执行器官一定的转速（或速度）和一 定的调速范围。定的调速范围。能够方便地进行运动的启动，停止，换向能够方便地进行运动的启动，停止，换向和制动。和制动。金属切削机床金属切削机床 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，它因此，它不要求运动源和执行件之间有严不要求运动源和执行件之间有严格的传动比关系格的传动比关系。 外联系外联系 动力源与执行件之动力源与执行件之间的传动联系，称间的传动联系，称为外联系。为外联系。 为了实现外联系而为了实现外联系而顺次串联的传动副，顺次串

21、联的传动副，称为外联系传动链。称为外联系传动链。 金属切削机床金属切削机床例例：车外圆时，联系电机车外圆时，联系电机主轴之间的传动链主轴之间的传动链金属切削机床金属切削机床2.内联系传动链内联系传动链 （1）定义：定义： 为保证各有关运动件之间为保证各有关运动件之间运动规律运动规律的传动链（或者的传动链（或者联系复合运联系复合运动的两个部分动的两个部分）是）是复合运动内部复合运动内部的联的联系。系。（2）功用：功用： 保证传动精度。保证传动精度。内联系内联系 执行件与执行件之执行件与执行件之间的传递联系称为间的传递联系称为内联系内联系 。 为了实现内联系而为了实现内联系而顺次串联的传动副，顺次

22、串联的传动副，称为内联系传动链。称为内联系传动链。 金属切削机床金属切削机床u特点：特点： 内联系传动链内联系传动链联系复合运动之内的两联系复合运动之内的两个运动分量个运动分量，因而它所联系的，因而它所联系的执行件之执行件之间的相对速度（及相对位移量）有严格间的相对速度（及相对位移量）有严格的要求的要求，用来保证运动的轨迹。，用来保证运动的轨迹。注意注意：传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如传动链两个末端件之间要求有严格的传动比关系，如:车削螺纹主轴与刀架间的传动链。内联系传动链中不能用带传车削螺纹主轴与刀架间的传动链。内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动动、摩擦轮传动和链

23、传动 。金属切削机床金属切削机床例例：在卧式车床上车螺纹时，联系主轴在卧式车床上车螺纹时，联系主轴刀刀 架之间的传动链。架之间的传动链。 如图，内联系传动链由如图，内联系传动链由3对齿轮串联而成，其作用对齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴与刀架联系起来，保证主轴转是将两执行件，即主轴与刀架联系起来，保证主轴转一周，刀架移动一个被加一周，刀架移动一个被加工导程，从而将两个单工导程，从而将两个单元运动，即主轴旋转元运动，即主轴旋转n1 和刀架纵向移动和刀架纵向移动n2 ，组，组成复合运动（成复合运动（ n1 n2 ）。）。金属切削机床金属切削机床 通常传动链包括各种传动机构，在考虑传动路线通

24、常传动链包括各种传动机构，在考虑传动路线时，可以先撇开具体的机构，把各种机构分成两大时，可以先撇开具体的机构，把各种机构分成两大类：类：u定比机构：定比机构：固定传动比固定传动比的传动机构。如定比的传动机构。如定比齿轮副、丝杆螺母副、蜗轮蜗杆副等。齿轮副、丝杆螺母副、蜗轮蜗杆副等。u换置器官：换置器官：变传动比变传动比的传动机构。如变速箱、的传动机构。如变速箱、挂轮架、数控机床中的数控系统等。挂轮架、数控机床中的数控系统等。 金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床传动原理图：传动原理图：用一些简明的符号把传动原理和用一些简明的符号把传动

25、原理和传动路线表示出来。传动路线表示出来。金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床数控车床的传动原理图数控车床的传动原理图 金属切削机床金属切削机床u传动系统图：传动系统图：表示实现机床全部运动的传动示意图。表示实现机床全部运动的传动示意图。 u具体具体传动元件用传动元件用简单的简单的规定符号规定符号表示（规定的符号见表示（规定的符号见GB4464-84机械制图机械制图机构运动简图符号）机构运动简图符号），并，并标标明齿轮的齿数、蜗杆头数、丝杆导程、带轮直径、电明齿轮的齿数、蜗杆头数、丝杆导

26、程、带轮直径、电动机功率和转速等。动机功率和转速等。传动链中的传动链中的机构，按运动传递或联系顺序依次排列，以机构，按运动传递或联系顺序依次排列，以展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床轮廓展开图形式画在能反映主要部件相互位置的机床轮廓中。中。u该图只表示传动关系，不代表各传动元件的实际尺寸该图只表示传动关系，不代表各传动元件的实际尺寸和空间。和空间。 金属切削机床金属切削机床金属切削机床金属切削机床l 传动系统图传动系统图上表示该机床所有的执行运动及其传上表示该机床所有的执行运动及其传动联系；而动联系；而传动原理图传动原理图则主要表示与表面成形有则主要表示与表面成形有直接关系的运动及其传

27、动联系。直接关系的运动及其传动联系。l 传动系统图传动系统图具体表示了传动链中各传动件的结构具体表示了传动链中各传动件的结构形式，如轴、齿轮、胶带轮等；而形式，如轴、齿轮、胶带轮等；而传动原理图传动原理图则则仅用一些简单的符号来表示运动源与执行件，执仅用一些简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。行件与执行件之间的传动联系。金属切削机床金属切削机床2- 4 机床运动的调整机床运动的调整一、运动的主要参数一、运动的主要参数 ：一般情况下，每一个独一般情况下，每一个独立的运动都有五个参数：即立的运动都有五个参数：即起点起点、轨迹轨迹、速度速度、方向方向、行程行程。 运动的轨迹运动的轨迹直线；直线；运动速度运动速度切削速度切削速度v；运动方向运动方向向前运动为切削；向前运动为切削；运动行程运动行程L； 运动位置运动位置运动的起点为运动的起点为a，终点为，终点为b 金属切削