机床传动系统运动调整与计算

1.机床传动系统分析

实现机床加工过程中全部成形运动和辅助运动的各传动链，组成一台机床的传动系统。根据执行件所完成运动的作用不同，传动系统中各传动链分为主运动传动链、进给运动传动链、范成运动传动链和分度运动传动链。

为便于了解和分析机床的传动结构及运动传递情况，把传动原理图所表示的传动关系用一种简单的示意图形式，即传动系统图体现出来。它是表示实现机床全部运动的一种示意图，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（规定符号详见国家标准GB/T 4460—2013《机械制图——机构运动简图用图形符号》），同时标明齿轮和蜗轮的齿数、蜗杆头数、丝杆导程、带轮直径、电动机功率和转速等，并按照运动传递顺序，以展开图形式绘在能反映机床外形及主要部件相互位置的投影面上。传动系统图只表示传动关系，不表示各传动元件的实际尺寸和空间位置。

分析传动系统图的一般方法是：根据主运动、进给运动和辅助运动确定有几条传动链；首先找到传动链所联系的两个末端件（动力源和某一执行件，或者一个执行件到另一个执行件），然后按照运动传递或联系顺序，从一个末端件向另一末端件，依次分析各传动轴之间的传动结构和运动传递关系，以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。

图1-9所示为卧式车床传动系统图。该机床可实现主运动、纵向进给运动、横向进给运动和车螺纹时的纵向进给运动4个运动，即机床传动系统由主运动传动链、车螺纹传动链、纵向进给传动链及横向进给传动链等组成。下面以主运动传动链和进给运动传动链为例进行分析。

图1-9　卧式车床传动系统图

a、b、c、d—交换齿轮的齿数；P—丝杆导程；M1、M2、M3—离合器。

1）主运动传动链。

卧式车床的主运动是主轴带动工件的旋转运动，其传动链的两端件是主电动机（2.2 kW，1 440 r∕min）和主轴Ⅳ，其传动路线为：由电动机经带传动将运动传至轴Ⅰ，然后再经轴Ⅰ—Ⅱ、Ⅱ—Ⅲ和Ⅲ—Ⅳ之间的3个滑移齿轮（双联齿轮）变速组，使主轴获得2×2×2=8级转速。其传动路线表达式如下：

2）进给运动传动链

主轴Ⅳ的后端装有两个齿数相同的齿轮z40固联在一起，由它们把运动传至刀架。主轴的运动通过轴Ⅳ—Ⅵ之间的滑移齿轮变速机构传至轴Ⅷ。当轴Ⅷ上的滑移齿轮z42与轴Ⅸ上的齿轮z62或z63啮合时运动传至轴Ⅸ，然后经联轴节传动丝杠Ⅹ旋转，通过开合螺母机构使刀架纵向移动，这就是车削螺纹时刀架的转动路线。其表达式为：

当滑移齿轮z42右移，与轴Ⅺ上的内齿离合器M1接合时，运动由轴ⅩⅢ传至光杠Ⅺ，然后经蜗轮蜗杆副、轴Ⅻ和齿轮z35，传动轴ⅩⅢ上的空套齿轮z33旋转。当离合器M2接合时，运动经齿轮副、离合器M2、齿轮副传至轴ⅩⅤ上的齿轮z13。该齿轮与固定在床身上的齿条（m=2 mm）啮合，当z13在齿条上滚转时，便驱动刀架作纵向进给运动，这是普通车削时的纵向进给传动路线。当离合器M3接合时，运动由齿轮z33经离合器M3、齿轮副传至横向进给丝杠ⅩⅥ（P=4 mm），通过丝杠螺母机构使刀架获得横向进给运动。运动传动路线表达式为

由于传动系统图是用平面图形来反映立体的机床传动结构，有时不得不把一根轴画成折断线或弯曲成一定角度的折线；有时把相互啮合的传动副分开，而用虚线或大括号连接已表示它们的传动联系，如图1-9所示中轴XIII上齿轮z46与轴XVI上齿轮z20就是用虚线连接以表示两者是啮合的。注意到这些特殊表示方法，对读懂传动系统图是有帮助的。

2.机床的调整计算

机床的调整计算通常有两种情况：一种是根据传动系统图提供的有关数据，确定某些执行件的运动速度或位移量；另一种是根据执行件所需的运动速度、位移量，或有关执行件之间所需保持的运动关系，确定相应传动链中换置机构（通常为挂轮变速机构）的传动比，以便进行必要调整。

机床调整计算按每一传动链分别进行，其一般步骤如下。(https://www.xing528.com)

（1）确定传动链的两端件，如电动机—主轴，主轴—刀架等。

（2）根据传动链两端件的运动关系，确定它们的计算位移，即在指定的同一时间间隔内两端件的位移量。例如，主运动传动链的计算位移为：电动机转速n电（单位为r/min），主轴转速n主（单位为r/min）；车床螺纹进给传动链的计算位移为：主轴转1圈，刀架移动工件螺纹1个导程Ph（单位为mm）。

（3）根据计算位移以及相应传动链中各个顺序排列的传动副传动比，列出运动平衡式。

（4）根据运动平衡式，计算出执行件的运动速度（转速、进给量等）或位移量，或者整理出换置机构的换置公式，然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其他变速机构的调整要求。

例1.3 根据图1-9所示车削螺纹的进给传动，确定交换齿轮变速机构的置换公式。

（1）传动链两端件：主轴—刀架。

（2）计算位移：主轴转1圈，刀架移动Ph（Ph是工件螺纹导程，单位为mm）。

（3）运动平衡式为，式中，a、b、c为交换齿轮的齿数。

（4）换置公式：将运动平衡式化简整理，得出交换齿轮变速机构的换置公式为

将选择车削的工件螺纹导程的数值带入换置公式，便可计算出交换齿轮变速机构的传动比及各交换齿轮的齿数。例如，Ph=4 mm，则

即交换齿轮的齿数为：a=40，b=30，c=60，d=40。

例1.4 分析图1-10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。

在万能升降台铣床上，主运动传动链的两端件是主电动机（7.5 kW，1 440 r/min）和主轴V。由图1-10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3个滑移齿轮变速机构，带动主轴旋转，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，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，可以得出主轴的转速为

图1-10　万能升降台铣床的主运动传动系统图