机床的运动分析

三、机床的传动系统和传动原理•传动系统是一台机床运动的核心，它决定机床的运动和功能。1、传动的基本组成部分(1)运动源为了驱功机床的执行件，实现机床的运动，必须要有动力来源，称为运动源。通常为电动机，包括交流电动机、直流电动机、伺服电动机、变频调速电机和步进电机等。•可以几个运动共用一个运动源，也可以每个运动单独有运动源。§3-2机床的运动分析本资料由-大学生创业|创业|创业网提供资料在线代理|网页代理|代理网页|减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|(2)传动件为了将运动源的动力和运动按要求传递给执行件，就必须有传递动力和运动的零件，称为传动件，如齿轮、链轮、胶带轮、丝杆、螺母等。除了机械传动件以外，还有液压传动和电气传动元件等。•有的传动件还起变换运动的性质、方向、速度等作用，如“齿轮—齿条”传动副可把旋转运动变为与传动轴垂直方向的直线移动；“丝杆—螺母”传动副可把旋转运动变为与传动轴平行方向，大降速比的直线移动；“蜗杆—蜗轮”传动副可实现大降速比并改变为垂直方向的旋转运动。(3)执行件机床上直接夹持刀具或工件并实现其运动的零、部件称为执行件。常见的执行件有主轴、刀架、工作台等，它是传递运动的末端件。本资料由-大学生创业|创业|创业网提供资料在线代理|网页代理|代理网页|减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|•刀具或工件在加工过程中应具备的运动数目，与所需要加工的表面形状和刀刃的形状有关，不一定只有一个。因此，机床的执行件，也不一定只有一个。•例如在车外圆时工件和刀具各自都只有一个运动，因而也分别各由一个执行件(主轴和刀架)来完成，即一般情况下执行件数目与单元运动数目相同。又如钻孔时工件不动，钻头则既要回转又要送进，这就必须同时由主轴和齿条套筒两个执行件来完成。2、机床的传动联系•为了在机床上得到所需要的运动，必须通过一系列的传动件把运动源和执行件，或执行件和执行件联系起来，称为传动联系。该一系列串联着的传动件，称为“传动链”。•机床的每一个运动都是由运动源、执行件和联系两者的一系列传动装置所构成。这些传动装置和运动源、执行件一起构成了机床一个运动的传动链。机床的传动系统就是各种运动的传动链综合。机床传动系统图的主体是表面成形运动传动系统，它包括主运动传动系统和进给运动传动系统。•为了适应不同的工艺要求，机床主运动往往必须能变换速度，同时进给运动也应能根据需要改变大小。目前，在普通机床中，主运动系统主要采用机械传动方式。其变速范围大，传递功率大，传动比准确，工作可靠，变换方便。•实现有级变速方式有两类传动机构：一类是传动比和传动方向固定不变的定传动比传动机构，如定传动比齿轮副、丝杠螺母机构等，另一类是可变换传动比和传动方向的传动机构，称为换置机构，如挂轮变速、滑移齿轮变速等。•传动装置把运动源的运动和动力传给执行件，并完成运动形式、方向、运动量的转换等工作，从而在运动源和执行件间建立起运动联系，使执行件获得所需运动。•传动链按是否要保持严格的传动比，分为两种：外联系传动链和内联系传动链。1）外联系传动链•在传动链中，执行件并不要求具有非常准确的运动量值，亦即不要求传动链两末端件具有严格的传动比，这种传动链称为外联系传动链。•这种传动链的首端件往往是电动机，执行件的运动是简单运动。2）内联系传动链•在传动链中，执行件要求具有非常准确的运动量值，亦即要求传动链两末端件具有严格的传动比，这种传动链称为内联系传动链。•内联系传动链两端件必须建立严格的传动比联系，相对运动为复合运动。外联系传动链a)机械式，b)直联式图a所示为一条典型的机械式外联系传动链，电动机通过胶带轮和齿轮传动带动执行件——主轴旋转，传动链中间传动副的传动比u可以是固定的，也可以是可变的。图b表示一种最简单的外联系传动链。这里执行件直接与电动机相连，没有中间传动副。内联系传动链图示为在卧式车床上车单头螺纹，内联系传动链由3对齿轮串联而成，其作用是将两执行件，即主轴和刀架联系起来保证主轴转一周，刀架移动一个被加工导程，从而将两个单元运动，即主轴旋转n1和刀架纵向移动n2，组成复合运动(n1n2)。内联系传动链图示为车单头锥螺纹时的内联系，它包含了两条内联系传动链，一条是主轴至纵刀架丝杆之间的传动链，用以满足螺距的要求；另一条是由纵刀架丝杆到横刀架丝杆之间的传动链，用以满足锥度的要求。•在这两种传动链中，动力都由电动机提供，但运动的来源不同，传功链中传动装置的要求不同，在外联系传动链中可以采用带传动、摩擦轮传动等传动比不很准确的传动装置，而内联系传动链中的传动装置必须具有准确的传动比。•传动组机床上外联系传动链和内联系传动链的综合，组成“传动组”，以实现机床的成形运动。对应于一个独立的成形运动，需一个相应的传动组。•机床上有多少个成形运动，就需要有多少个传动组。同样，对应于一个非成形运动，也需一个相应的传动组，如切入运动传动组、分度运动传动组、辅助运动传动组、控制运动传动组和校正运动传动组等。•应当指出，当在机床上实现复合运动时，传动组必须包括外联系传动链和内联系传动链，而当在机床上只实现简单运动时，则传动组仅有外联系而无内联系传动链。3、传动原理图•机床上全部传动组的综合就是机床的传动结构，或称为机床传动系统，常用机床传动系统图来表示。但在运动分析中，为了便于分析机床上的运动和传动联系，则常采用“传动原理图”。•传动原理图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。后图所示为传动原理图中常用的部分符号。执行件一般可用较直观的简单图形来表示。•采用传动原理图作为工具来研究机床的传动联系重点突出，简洁明了。如果先搞清楚机床的传动原理图,就比较容易掌握机床的传动系统,尤其对那些运动较为复杂的机床来说，如齿轮机床等，利用传动原理图很有必要。传动原理图常用符号a-电动机；b-机床主轴；c-车刀；d-滚刀；e-合成机构；f-传动比可变的换置机构；g-传动比不变的传动链•下面以卧式车床上用螺纹车刀车螺纹为例，来说明机床传动原理图的画法。1)先画出机床在切削加工过程中所用的刀具和工件的示意图。并将它们的运动n1，n2等标出；2）画出机床上的执行件，如主轴、刀架及丝杠螺母等示意图；3)画出运动源示意图，如电动机等；4）画出该机床上的特殊机构符号，如换置机构，并标出该机构传动比，如uv、ux等。5)再用虚线代表传动比不变的传动链，把它们之间关联的部分联接起来，如电动机至主轴、主轴至丝杠之间的传动链等。车螺纹的传动原理图外联系传动链传动路线是“1—2一uv一3—4”内联系传动链传动路线为“4—5一ux一6—7”•其他的中间传动件则一概不画，这样就可以得到一幅简洁明了的图形，这种图形表示了机床传动最基本的特征。因此用它来研究机床上的运动最容易找出两种不同类型机床最根本的区别，对于同一种类型的机床来说，不管它们在具体结构上有多么明显的差异，它们的传动原理图却是完全相同的。•例如在前卧式车床的传动原理图中，电动机到主轴之间的传动属于“外联系”传动链，它是给主轴提供运动和动力的。其中：1—2和3—4段是传动比固定不变的部分；2—3段是传动比可以变换的换置机构uv，用以改变主轴的转速，实际上代表具体车床中的主变速箱。由主轴至刀架之间的传动联系为“内联系”传动链。其中4—5和6—7之间的传动比是固定不变的；5—6段则为一个传动比ux可以变换的换置机构，用来变换被加工螺纹的导程。•利用传动原理图，可分析机床有哪些传动链及其传动联系情况，一方面由工件的运动参数要求，正确地计算换置机构的传动比，对机床进行运动调整；另一方面可根据已知的机床传动路线的传动比，计算加工过程的运动参数。•对图示的传动系统进行计算：(1)找出传动链两端件成形运动是螺旋线运动，两端件是主轴和刀架。(2)确定两端件之间的运动关系，并由此确定计算位移量主轴转一转，刀架移动工件的一个导程P。(3)根据计算位移，按照传动顺序，依次分析各传动轴间的传动关系，列平衡方程式：1主轴×ux×P丝杠＝P螺纹式中：ux——换置机构传功比；P丝杠——机床丝杠导程；P螺纹——被加工螺纹的导程。可得：ux＝P螺纹/P丝杠在加工螺纹时，可根据导程P，由上式调整机床的换置机构。四、机床的传动系统与运动的调整和计算•由传动原理图所表示的机床各执行件的运动情况和他们之间的相互关系以及其它各种为切削加工所必需的辅助运动，最后均由机床的传动系统图表达出来。•机床的传动系统图是表示机床全部运动传动关系的示意图，在图中用简单的规定符号代表各种传动元件(国家标准GB4460-84机械制图——机构运动简图符号)。机床的传动系统图是画在一个能反映机床外形和主要部件相互位置的投影面上，并尽可能绘制在机床外形的轮廓线内。在传动系统图中，各传动链中的传动元件是按照运动传递的先后顺序，以展开图的形式画出来的。后图所示为万能升降台铣床的主传动系统图。万能升降台铣床的主传动系统图•传动系统图只能表示传动关系，不能代表各传动元件实际的尺寸和空间位置。在传动系统图中通常还须标明齿轮和蜗轮的齿数、丝杠的导程和头数、带轮直径、电动机的功率和转速、传动轴的编号等有关数据。•分析一台机床的传动系统时，首先应以传动原理图所表达的各条传动链为依据，大致可按下列步骤进行。（1）确定传动链两端件找出该传动链的始端件和末端件。(2）根据两端件的相对运动要求确定计算位移这主要是对内联系传动链而言的。确定始端件和末端件之间的计算位移(指单位时间内两者的相对位移量)。(3）写出传动链的传动路线表达式从始端件向末端件顺次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系。查明该传动链的传动路线，以及变速、换向、接通和断开的工作原理。(4)列出运动平衡式对于外联系传动链，因始端件为动力源(电动机)，其转速为已知，故主要计算末端执行件的变速级数及各级转速(或速度)。•对于内联系传动链，根据所确定的计算位移，从运动平衡式中，或整理出换置机构(通常为挂轮机构)的换置公式，计算所需采用的挂轮齿数，或确定对其它变速机构的调整要求。例1：分析前图所示万能升降台铣床的主运动传动系统，并按照图示齿轮的啮合位置，计算主轴的转速。分析：万能升降台铣床上，主运动传动链的两端件是主电动机(7.5kW，1440r／min)和主轴V。由图可知：电动机的运动经弹性联轴器传给轴I，然后经轴I—Ⅱ之间的定比齿轮副26／54以及轴Ⅱ—Ⅲ、Ⅲ—Ⅳ和Ⅳ—V之间的三个滑移齿轮变速机构，带动主轴V旋转，并使其获得3×3×2＝18级不同的转速。主轴的开、停及变向均由电动机实现；轴I右端的多片式电磁制动器M1用于电动机停转时，能迅速而平稳地制动主轴。主运动传动链的传动路线表达式为：•根据图示齿轮啮合位置，可以得出主轴转速为：min3071194718391654261450rn例2：根据图示车螺纹进给传动链，确定挂轮变速机构的换置公式。解：(1)传动链两端件：主轴——刀架(2)确定计算位移：主轴1转——刀架移动S(S是工件螺纹导程，单位为mm)。(3)列运动平衡式：(4)求换置公式将上式化简整理，得出挂轮变速机构的换置公式为：Sdcba124530606018Sdcbaux螺纹进给传动链本资料由-大学生创业|创业|创业网提供资料在线代理|网页代理|代理网页|减肥药排行榜|淘宝最好的减肥药|什么减肥药效果最好|减肥瘦身药|•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以及各配换齿轮的齿数。•例如，S=9mm，则：即配换齿轮的齿数为：a=45，b=