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1、機(jī) 械 制 造 裝 備 設(shè) 計(jì) 林 利 紅 副 教 授重 慶 大 學(xué) 第 三 節(jié) 機(jī) 床 總 體 設(shè) 計(jì) 一 .機(jī) 床 系 列 型 譜 的 制 定 1.機(jī) 床 分 成 若 干 種 類(lèi) 型 ， 如 通 常 所 說(shuō) 的 車(chē) 、鉆 、 鏜 、 磨 等 11大 類(lèi) 通 用 機(jī) 床 ， 同 一 種 類(lèi)型 的 機(jī) 床 又 分 為 大 小 不 同 的 幾 種 規(guī) 格 。 2.主 參 數(shù) 系 列 是 一 個(gè) 等 比 級(jí) 數(shù) 的 數(shù) 列 。 例 如中 型 臥 式 車(chē) 床 的 主 參 數(shù) 是 床 身 上 工 件 最 大回 轉(zhuǎn) 直 徑 ， 其 系 列 為 250， 320， 400， 500，630， 800， 1
2、000（ 公 比 為 1.25） 。 3.機(jī) 床 的 型 譜4.每 種 機(jī) 床 都 有 它 的 主 參 數(shù) 系 列 ， 而 每 一 規(guī) 格又 有 基 型 和 變 型 ， 稱(chēng) 為 這 類(lèi) 機(jī) 床 的 系 列 和 型譜 。 機(jī) 床 的 型 譜 創(chuàng) 新 設(shè) 計(jì) 基 型 產(chǎn) 品 變 型 設(shè) 計(jì) 變 形 產(chǎn) 品 二 .機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 功 能 設(shè) 計(jì) （ 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng)學(xué) ） (一 )機(jī) 床 工 作 原 理 金 屬 切 削 機(jī) 床 的 基 本 功 能 是 提 供 切 削 加 工 所 必 須 的 運(yùn) 動(dòng) 和 動(dòng)力 。1.機(jī) 床 的 基 本 工 作 原 理 就 是 通 過(guò) 刀 具 和 工 件 之 間 的 相
3、對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ，由 刀 具 切 除 工 件 加 工 表 面 多 余 的 金 屬 材 料 ， 形 成 工 件 加 工表 面 的 幾 何 形 狀 、 尺 寸 ， 并 達(dá) 到 其 精 度 要 求 。2.工 件 的 加 工 表 面 是 通 過(guò) 機(jī) 床 上 刀 具 和 工 件 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 形成 的 。 (二 )工 件 表 面 的 形 成 方 法 1.幾 何 表 面 的 形 成 原 理母 線(xiàn) 沿 著 導(dǎo) 線(xiàn) 形 成 的 零 件 表 面 。發(fā) 生 線(xiàn) ： 母 線(xiàn) 和 導(dǎo) 線(xiàn) 。 工件表面的形成方法線(xiàn) 性 表 面 母 線(xiàn) 沿 導(dǎo) 線(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 而 成1母 線(xiàn) ， 2導(dǎo) 線(xiàn) 表 面 母 線(xiàn) 導(dǎo) 線(xiàn) 平 面
4、直 線(xiàn) （ 弧 線(xiàn) 銑 刀 ） 直 線(xiàn) 圓 柱 面 直 線(xiàn) 圓 圓 錐 面 斜 線(xiàn) 圓 螺 紋 面 V 型 線(xiàn) 螺 旋 線(xiàn) 直 齒 面 漸 開(kāi) 線(xiàn) 直 線(xiàn) 斜 齒 面 漸 開(kāi) 線(xiàn) 螺 旋 線(xiàn) 可 逆 表 面 可 逆 表 面 2.切削刃的形成方法切 削 刃 形 狀 切 削 刃 與 工 件 成 形 表 面 相 接 觸 部 分的 形 狀 。 為 一 切 削 點(diǎn) ； 為 一 切 削 線(xiàn) 與 發(fā) 生 線(xiàn) 形狀 吻 合 （ 螺 紋 車(chē) 刀 ） ； 為 一 切 削 線(xiàn) 與 發(fā) 生 線(xiàn) 形狀 不 吻 合 。 1.刀 刃 2.發(fā) 生 線(xiàn) 3.運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 1 刀 刃2發(fā) 生 線(xiàn) 1.刀 刃 2.發(fā) 生 線(xiàn) 3
5、.運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 由 于 加 工 方 法 和 使 用 的 刀 具 結(jié) 構(gòu) 及 其 切 削刃 形 狀 不 同 ， 機(jī) 床 上 形 成 發(fā) 生 線(xiàn) 的 方 法 與 所需 運(yùn) 動(dòng) 也 不 同 ， 概 括 起 來(lái) 有 以 下 四 種 ：軌 跡 法成 形 法相 切 法范 成 法 (1)軌 跡 法用 尖 頭 車(chē) 刀 、 刨 刀 等 刀 具 加 工 時(shí)切 削 刃 與 被 加 工 表 面 為 點(diǎn) 接 觸 （ 實(shí) 際 是 短 弧 線(xiàn) ）切 削 刃 沿 發(fā) 生 線(xiàn) 作 軌 跡 運(yùn) 動(dòng) 獲 得 所 需 發(fā) 生線(xiàn) 。 需 要 一 個(gè) 成 形 運(yùn) 動(dòng) （ 從 獨(dú) 立 運(yùn) 動(dòng) 的 概 念 來(lái) 講 ）特 點(diǎn) ： 刀 具 切
6、 削 刃 與 工 件 被 加 工 表 面 為 點(diǎn)接 觸 ， 按 一 定 的 規(guī) 律 作 直 （ 曲 ） 線(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) ，形 成 發(fā) 生 線(xiàn) 。 發(fā) 生 線(xiàn) 2是 由 刀 刃 1作 軌 跡 運(yùn) 動(dòng) 3得 到 的 。 這時(shí) 候 刀 具 和 工 件 之 間 需 要 有 1個(gè) 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 。 (2)成 型 法 n 采 用 成 形 刀 具 加 工n 切 削 刃 與 所 需 形 成 的 發(fā) 生 線(xiàn) 完 全 吻 合n 加 工 時(shí) 刀 具 不 需 任 何 運(yùn) 動(dòng)特 點(diǎn) ： 刀 具 的 形 狀 與 母 線(xiàn) 的 形 狀 一 樣 ， 不 需成 形 運(yùn) 動(dòng) 。 也 就 是 刀 刃 的 形 狀 與 需 要 形 成的
7、發(fā) 生 線(xiàn) 完 全 重 合 ， 故 形 成 發(fā) 生 線(xiàn) 不 需 要專(zhuān) 門(mén) 的 運(yùn) 動(dòng) ， 而 由 刀 刃 本 身 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 (3)相 切 法 n 刀 具 銑 刀 、 砂 輪 等 旋 轉(zhuǎn) 加 工 刀 具n 垂 直 于 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 軸 線(xiàn) 的 截 面 內(nèi) ， 切 削 刃 也 可 看 作是 點(diǎn) , 當(dāng) 該 切 削 點(diǎn) 繞 著 刀 具 軸 線(xiàn) 作 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 刀具 軸 線(xiàn) 沿 著 發(fā) 生 線(xiàn) 的 等 距 線(xiàn) 作 軌 跡 運(yùn) 動(dòng) ；n 發(fā) 生 線(xiàn) 切 削 點(diǎn) 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 的 包 絡(luò) 線(xiàn)n 運(yùn) 動(dòng) 刀 具 旋 轉(zhuǎn) 刀 具 與 工 件 之 間 的 相 對(duì)移 動(dòng) (4)范 成 法 n 刀
8、 具 插 齒 刀 、 齒 輪 滾 刀 和 花 鍵 滾 刀n 切 削 刃 與 需 要 形 成 的 發(fā) 生 線(xiàn) 共 軛 的 切 削 線(xiàn)n 刀 具 與 工 件 按 確 定 的 運(yùn) 動(dòng) 關(guān) 系 作 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) （ 范 成 運(yùn) 動(dòng) ）， 切 削 刃 與 被 加 工 表 面 相 切 (點(diǎn) 接 觸 )n 發(fā) 生 線(xiàn) 切 削 刃 瞬 時(shí) 位 置 包 絡(luò) 線(xiàn) 3.形 成 零 件 表 面 所 需 成 形 運(yùn) 動(dòng) (三 )機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 功 能 方 案 設(shè) 計(jì) 1.機(jī) 床 的 坐 標(biāo) 系 對(duì) 各 單 元 運(yùn) 動(dòng) 命 名 （ 參 照數(shù) 控 機(jī) 床 坐 標(biāo) 系 ,采 用 直 角 坐 標(biāo) 系 ）1） 直 線(xiàn) 運(yùn) 動(dòng)
9、Z平 行 于 主 軸 方 向 的 運(yùn) 動(dòng) 。 X水 平 的 ， 沿 主 要 切 削 力 方 向 。 Y垂 直 于 XZ平 面 ， 右 手 定 則 。 工 件 n X Z X Y Z A B C 斜 置 運(yùn) 動(dòng) ： X ,Y ,Z , A,B,C 2.運(yùn) 動(dòng) 功 能 式 作 用 ： 表 達(dá) 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 數(shù) ， 功 能 ， 排 列 順 序 。表 示 方 法 ： W/CpZfXf/T W:工 件 ； T： 刀 具 CpZfXf： 單 元 運(yùn) 動(dòng) 數(shù) （ 各 單 元 運(yùn) 動(dòng) )按 順 序 ： P主 運(yùn) 動(dòng) ； f進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) ； a非 成 形 運(yùn) 動(dòng) 3.運(yùn) 動(dòng) 功 能 圖 (1)運(yùn) 動(dòng) 功 能
10、 符 號(hào) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ：移 動(dòng) ：既 轉(zhuǎn) 動(dòng) 又 移 動(dòng) ： （ 2） 典 型 機(jī) 床 運(yùn) 動(dòng) 功 能 圖 車(chē) 床 銑 床 外 圓 磨 床 （ Cf周 向 進(jìn) 給 Ba轉(zhuǎn) 位 運(yùn) 動(dòng) ） 鉆 床 滾 齒 機(jī) 4.機(jī) 床 傳 動(dòng) 原 理 圖 （ 重 點(diǎn) ） 1） 作 用 ： 表 示 機(jī) 床 的 所 有 單 元 運(yùn) 動(dòng) 及 其 運(yùn)動(dòng) 聯(lián) 系 的 簡(jiǎn) 圖2） 符 號(hào) ： 定 比 傳 動(dòng) 可 變 速 比 加 法 器 （ 一 個(gè) 執(zhí) 行 件 同 時(shí) 完 成 2個(gè) 單 元 運(yùn) 動(dòng) ） 合 成 3） 概 念 介 紹 運(yùn) 動(dòng) 源 ： 為 了 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 的 執(zhí) 行 件 ， 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 床的 運(yùn) 動(dòng) ， 必 須
11、 要 有 動(dòng) 力 來(lái) 源 。 通 常 為 電 動(dòng) 機(jī) 。 可以 幾 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 共 用 一 個(gè) 電 源 ， 也 可 以 每 個(gè) 運(yùn) 動(dòng) 單 獨(dú)有 運(yùn) 動(dòng) 源 。執(zhí) 行 件 ： 機(jī) 床 上 直 接 夾 持 刀 具 或 工 件 并 實(shí) 現(xiàn)其 運(yùn) 動(dòng) 的 零 部 件 。 常 見(jiàn) 的 有 主 軸 、 刀 架 、 工 作 臺(tái)等 。 它 是 傳 遞 運(yùn) 動(dòng) 的 末 端 件 。傳 動(dòng) 件 ： 為 了 將 運(yùn) 動(dòng) 源 的 動(dòng) 力 和 運(yùn) 動(dòng) 要 求 傳遞 給 執(zhí) 行 件 ， 就 必 須 有 傳 遞 動(dòng) 力 和 運(yùn) 動(dòng) 的 零 件 。如 齒 輪 、 鏈 輪 、 絲 桿 、 螺 母 等 。 運(yùn) 動(dòng) 源 傳 動(dòng) 件
12、 執(zhí) 行 件 電 動(dòng) 機(jī) 運(yùn) 動(dòng) 動(dòng) 力 齒 輪 、 絲 桿 、 螺 母 主 軸 、 刀 架 、 工 作 臺(tái) 末 端 件 外 聯(lián) 系 ： 運(yùn) 動(dòng) 源 與 執(zhí) 行 件 之 間 的 傳 動(dòng) 聯(lián) 系 。外 聯(lián) 系 的 作 用 是 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 床 的 運(yùn) 動(dòng) 。 即 提 供 給 機(jī) 床的 運(yùn) 動(dòng) 以 速 度 和 動(dòng) 力 。 外 聯(lián) 系 傳 動(dòng) 鏈 ： 機(jī) 床 上 運(yùn) 動(dòng) 源 和 執(zhí) 行 件 之 間為 了 實(shí) 現(xiàn) 外 聯(lián) 系 而 順 次 串 聯(lián) 的 傳 動(dòng) 副 。內(nèi) 聯(lián) 系 ： 機(jī) 床 上 為 了 將 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 單 元運(yùn) 動(dòng) 組 成 復(fù) 合 的 成 形 運(yùn) 動(dòng) ， 執(zhí) 行 件 與 執(zhí)
13、行 件 之 間的 傳 遞 聯(lián) 系 稱(chēng) 為 內(nèi) 聯(lián) 系 。內(nèi) 聯(lián) 系 傳 動(dòng) 鏈 ： 兩 個(gè) 執(zhí) 行 件 之 間 為 了 實(shí) 現(xiàn) 內(nèi)聯(lián) 系 而 順 次 串 聯(lián) 的 傳 動(dòng) 副 。 繪 制 機(jī) 床 傳 動(dòng) 原 理 圖 （ 重 點(diǎn) ）uv： 表 示 主 運(yùn) 動(dòng) 變 速 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 比 。uf:表 示 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 變 速 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 比 。 主軸箱刀架尾座進(jìn)給箱床身溜板箱光杠絲杠 實(shí) 例 1： 螺 紋 車(chē) 床 電 動(dòng) 機(jī) CP Zf 1 3 2 Uv Uf 分 析 ：母 線(xiàn) ： (與 螺 紋 軸 向 剖 面 形 狀 一 致 的 螺紋 車(chē) 刀 的 刀 刃 保 證 )，
14、 V型 線(xiàn) ， 成 型 法 ， 不需 要 運(yùn) 動(dòng) 0。 導(dǎo) 線(xiàn) ： 螺 旋 線(xiàn) ， 軌 跡 法 ， 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) CPZf。傳 動(dòng) 鏈 ： (1)主 傳 動(dòng) 鏈 （ 外 ） ： 電 機(jī) n電 主 軸 n轉(zhuǎn) 1 Uv 2 (2)進(jìn) 給 傳 動(dòng) 鏈 （ 內(nèi) ） ： 主 軸 1轉(zhuǎn) 刀 具移 動(dòng) 一 個(gè) 導(dǎo) 程 （ Tmm） 2 Uf 3 實(shí) 例 2： 滾 齒 機(jī) （ 斜 齒 ） 電 動(dòng) 機(jī) CP 合 成 Cf Z f Ux Uv Uf Uy 1 4 3 2 分 析 ：母 線(xiàn) ： 漸 開(kāi) 線(xiàn) ， 范 成 法 ， 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) CP Cf。導(dǎo) 線(xiàn) ： 螺 旋 線(xiàn) ， 相 切 法 ， 需 要 運(yùn) 動(dòng)
15、Zf Cf1， CP注 釋 ： 直 齒 齒 輪 的 齒 長(zhǎng) 是 直 線(xiàn) 形 。 斜 齒 齒 輪的 齒 長(zhǎng) 是 螺 旋 形 ， 所 以 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 是 螺 旋 運(yùn)動(dòng) ， 由 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 和 直 線(xiàn) 運(yùn) 動(dòng) 復(fù) 合 而 成 。 螺旋 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 是 Zf Cf1， CP的 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) ， Cf1是附 加 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 。 傳 動(dòng) 鏈 ： (1)主 傳 動(dòng) 鏈 （ 外 ） ： 電 機(jī) n電 滾 刀 n刀 轉(zhuǎn) 1 Uv 2(2)范 成 傳 動(dòng) 鏈 (母 線(xiàn) )： 滾 刀 1/K轉(zhuǎn) 工 件 轉(zhuǎn) 1/Z轉(zhuǎn) 2 Ux 3 (3)軸 向 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 鏈 ： 工 件 1轉(zhuǎn) 刀 架 下 降
16、fmm（ 使 毛 坯 不 斷 低 投 入 切 削 ） 3 Uf 4(4)差 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 ： 刀 架 下 降 一 個(gè) 導(dǎo) 程 T 工 件 附 加 1轉(zhuǎn) 4 U y 3 Uv： 速 度 換 置 機(jī) 構(gòu) ， 用 來(lái) 變 換 主 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 。Uf： 進(jìn) 給 量 換 置 機(jī) 構(gòu) 。 Ux： 分 齒 換 置 機(jī) 構(gòu) ， 用 來(lái) 變 換 被 加 工 齒 輪 的齒 數(shù) 。 主 傳 動(dòng) 鏈 的 作 用 是 驅(qū) 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 和 動(dòng) 力 ， 即 給 主 運(yùn) 動(dòng) 以速 度 和 動(dòng) 力 。范 成 傳 動(dòng) 鏈 ： 聯(lián) 系 2個(gè) 單 元 運(yùn) 動(dòng) 組 成 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) ， 保 證刀 具 工 件 的 相 對(duì) 運(yùn)
17、 動(dòng) 軌 跡 。進(jìn) 給 傳 動(dòng) 鏈 ： 驅(qū) 動(dòng) 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) Zf工 件 轉(zhuǎn) 速 ： 若 工 件 與 滾 刀 的 螺 旋 方 向 相 同 ， 則 等 于基 本 回 轉(zhuǎn) 附 加 回 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 速 。 若 工 件 與 滾 刀 的 螺旋 方 向 相 反 ， 則 等 于 基 本 回 轉(zhuǎn) 附 加 回 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 速 ?；?本 回 轉(zhuǎn) 與 附 加 回 轉(zhuǎn) 的 相 加 或 相 減 ， 通 常 借 助 合 成機(jī) 構(gòu) （ 差 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ） 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 的 。 合 成 機(jī) 構(gòu) 的 作 用 是同 時(shí) 接 通 范 成 傳 動(dòng) 鏈 和 差 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 ， 并 使 基 本 回轉(zhuǎn) 與 附 加 回 轉(zhuǎn) 的 相 加 或 相 減 。 作 業(yè) ：分 析 用 滾 刀 加 工 直 齒 圓 柱 齒 輪 的 滾 齒 機(jī) ：（ 1)分 析 零 件 母 線(xiàn) 、 導(dǎo) 線(xiàn) 的 形 狀 ， 加 工 方法 及 所 需 成 形 運(yùn) 動(dòng) 。（ 2） 畫(huà) 出 該 機(jī) 床 的 傳 動(dòng) 原 理 圖 并 寫(xiě) 出 相 應(yīng)的 傳 動(dòng) 鏈 。
【重慶大學(xué)機(jī)械裝備制造】第三章第三節(jié)（重點(diǎn)）
