机床传动联系及传动原理图解析

1.机床传动的组成

为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须有执行件、动力源和传动装置三个基本部分。

1）执行件

执行件是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等。其任务是装夹刀具或工件，并直接带动其完成一定形式的运动并保持其准确的运动轨迹。

2）动力源

动力源是为执行件提供动力和运动的装置，如交流异步电动机、直流或交流调速电动机和伺服电动机等。

3）传动装置

传动装置是传递运动和动力的装置，通过它把执行件和动力源或有关执行件联系起来，使执行件获得一定速度和方向，并使有关执行件之间保持某种确定的相对运动关系。

2.机床的传动联系和传动链

在机床上，为了得到所需要的运动，需要通过一系列的传动装置（轴、带、齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母机构和齿轮齿条机构等）把执行件和动力源（如主轴和电动机），或者把执行件和执行件（如主轴和刀架）联系起来，以构成传动联系。构成一个传动联系的一系列传动装置，称为传动链。

传动链中的传动机构可分为定比传动机构和换置机构两种。定比传动机构的传动比不变，如带传动、定比齿轮副和丝杠螺母副等。换置机构可根据需要改变传动比或传动方向，如滑移齿轮变速机构、挂轮机构及各种换向机构等。

根据传动联系的性质不同，传动链还可分为内联系传动链和外联系传动链。

1）外联系传动链

外联系传动链是动力源（如电动机）与执行件（如主轴、刀架、工作台等）之间的传动链，使执行件得到预定速度的运动，且传递一定的动力。此外，外联系传动链还包括变速机构和换向（改变运动方向）机构等。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。因此，外联系传动链不要求动力源与执行件之间有严格的传动比关系。例如，在车床上用轨迹法车削圆柱面时，主轴的旋转和刀架的移动是两个互相独立的成形运动，有两条外联系传动链。主轴的转速和刀架的移动速度，只影响生产率和工件表面粗糙度，不影响圆柱面的形成（即不影响发生线的性质）。传动链的传动比不要求很精确，工件的旋转和刀架的移动之间，也没有严格的相对速度关系。

2）内联系传动链

内联系传动链联系的是复合运动中的多个分量，也就是说它所联系的是有严格运动关系的两个执行件，以获得准确的加工表面形状及较高的加工精度。有了内联系传动链，机床工作时，由其所联系的两个执行件就按照规定的运动关系作相对运动，但是内联系传动链本身并不能提供运动，为使执行件得到运动，还需要外联系传动链将运动传到内联系传动链上来。例如，在车床上用螺纹车刀车削螺纹时，为了保证所加工螺纹的导程值，主轴（工件）每转一圈，车刀必须直线移动一个螺纹导程。此时，联系主轴和刀架之间的螺纹传动链，就是一条传动比有严格要求的内联系传动链。假如传动比不准确，则车螺纹就不能得到要求的螺纹导程；加工齿轮时就不能展成正确的渐开线齿廓。因此，内联系传动链中不能有传动比不确定或瞬时传动比有变化的传动机构，如带传动、摩擦传动和链传动等。

通过以上对机床运动的分析，可以看出：每一个运动，不论是简单的还是复杂的，必须有一条外联系传动链；只有复合成形运动才有内联系传动链。如果一个复合成形运动分解为两个部分则必有一条内联系传动链；外联系传动链不影响发生线的性质，只影响发生线形成的速度；内联系传动链影响发生线的性质和执行件运动的轨迹；内联系传动链只能保证执行件具有正确的运动轨迹，要使执行件运动起来，还须通过外联系传动链把动力源和执行件联系起来，使执行件得到一定的运动速度和动力。

3.机床的传动原理图

通常，传动链包括各种机构，如带传动、齿轮齿条副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副、滑移齿轮变速机构、交换齿轮变速机构、离合器变速机构、交换齿轮或挂轮架，以及各种电的、液压的和机械的无级变速机构等。在考虑传动路线时，通常把上述机构分成两大类：一类是传动比和传动方向固定不变的传动机构，如带传动、定比齿轮副、蜗轮蜗杆副、丝杠螺母副等，称为定比传动机构，另一类是能根据需要变换传动比和传动方向的传动机构，如交换齿轮变速机构、滑移齿轮变速机构等，称为换置机构。(www.xing528.com)

为了便于研究机床的传动联系，常用一些简明的符号把传动原理和传动线路表示出来，这就是传动原理图，在图中仅表示与形成某一表面直接有关的运动及其传动联系。图1-6是传动原理图常用的一些示意符号。其中表示执行件的符号，还没有统一的规定，一般采用较直观的圆形表示。为了把运动分析的理论推广到数控机床，图中引入了数控机床传动原理图中所需要用的一些符号，如电的联系、脉冲发生器等。

图1-6　传动原理图常用的一些示意符号

（a）电动机；（b）主轴；（c）车刀；（d）滚刀；（e）合成机构；（f）传动比可变换的换置机构；（g）传动比不变的机械联系；（h）电的联系；（I）脉冲发生器；（j）快调换置器官—数控系统

下面举例说明传动原理图的画法和所表示的内容。

例1.1 卧式车床传动原理图。

卧式车床用螺纹车刀车削圆柱螺纹时的传动原理图如图1-7所示。图中由主轴至刀架的传动联系为两个执行件之间的传动联系，由此保证刀具与工件间的相对运动关系。这个运动是复合成形运动，可分解为两部分：主轴的旋转B和车刀的纵向移动A。因此，此种情况下车床应有两条传动链。

图1-7　车削圆柱螺纹时的传动原理图

（1）主轴—4—5—ux—6—7—丝杠：该传动链是复合成形运动A和B的内联系传动链，ux表示螺纹传动链的换置机构，如交换齿轮架上的交换齿轮和进给箱中的滑移齿轮变速机构等，可通过调整ux来得到被加工螺纹的导程。

（2）电动机—1—2—uv—3—4—主轴：该传动链是联系动力源与复合成形运动A和B的外联系传动链，外联系传动链可由电动机联系复合成形运动中的任意环节。uv表示主运动传动链的换置机构，如滑移齿轮变速机构和离合器变速机构等，通过uv可调整主轴的转速，以适应切削速度的需要。

在卧式车床上车削外圆柱面时，由表面成形原理可知，主轴的旋转和刀具的移动是两个独立的简单运动。这时车床应有两条外联系传动链，如图1-7所示，其中一条为：电动机—1—2—uv—3—4—主轴；另一条为：电动机—1—2—uv—3—4—5—us—6—7—丝杠。其中1—2—uv—3—4是两条传动链的公共段。us为刀架移动速度换置机构的传动比，它实际上与ux是同一变换机构。这样，虽然车削圆柱螺纹和车削外圆柱面时运动的数量和性质不同，但可共用一个传动原理图。其差别仅在于：当车削螺纹时，ux必须计算和调整精确；当车削外圆柱面时，us不需要准确。

例1.2 数控车床的传动原理图。

数控车床的传动原理图基本上与卧式车床相同，所不同的是数控车床多以电气控制，如图1-8所示。车削螺纹时，脉冲发生器P通过机械传动装置（通常是1对齿数相等的齿轮）与主轴相联系。主轴每转1圈，脉冲发生器P发出n个脉冲。脉冲经3—4传至纵向快速调整换置机构uc1和伺服系统5—6，控制伺服电动机M1，它可以经机械传动装置7—8或直接与滚珠丝杠连接，使刀架作纵向直线移动A1，并保证主轴每转1圈，刀架纵向移动1个工件螺纹的导程。改变uc1，可使脉冲发生器P输出脉冲发生变化，以满足车削不同导程螺纹的要求。

图1-8　数控车床的传动原理图

车削螺纹时，脉冲发生器P发出的脉冲经9—10—uc2—11—12—M2—13—14—纵向丝杠，使刀具作横向移动A2。

车削成形曲面时，主轴每转1圈，脉冲发生器P发出的脉冲同时控制刀架纵向直线移动A1，和刀具横向移动A2。这时，传动链为纵向丝杠—8—7—M1—6—5—uc1—4—3—P—9—10—uc2—11—12—M2—13—14—横向丝杠，形成一条内联系传动链，uc1、uc2同时不断变化，保证刀尖沿着要求的轨迹运动，以便得到所需的工件表面形状，并使刀架纵向直线移动A1和刀具横向移动A2的合成线速度的大小基本保持恒定。

车削外圆柱面或端面时，主轴的转动B1、刀架纵向直线移动A1和刀具横向移动A2是3个独立的简单成形运动，uc1、uc2用以调整主轴的转速和刀具的进给量。