第3章金屬切削機床2

1、 不同的機床因其加工功能的不同，實現(xiàn)加工功能所需要的運動也不不同的機床因其加工功能的不同，實現(xiàn)加工功能所需要的運動也不同。同。如車床的加工功能是加工圓柱面、圓錐面、端面、螺旋回轉面及自如車床的加工功能是加工圓柱面、圓錐面、端面、螺旋回轉面及自由回由回轉面等各種回轉表面，它的加工功能需要工件繞其自身軸線（轉面等各種回轉表面，它的加工功能需要工件繞其自身軸線（C軸）回軸）回轉，刀具沿平行于工件軸線方向（轉，刀具沿平行于工件軸線方向（Z軸）和垂直于工件軸線方向軸）和垂直于工件軸線方向（X軸）軸）移動等三個運動來實現(xiàn)。移動等三個運動來實現(xiàn)。 機床運動學機床運動學研究、分析和實現(xiàn)機床期望的加工功能所需要

2、的運研究、分析和實現(xiàn)機床期望的加工功能所需要的運動功能配置。掌握了機床運動學知識就可對任何機床的工作原理進行分動功能配置。掌握了機床運動學知識就可對任何機床的工作原理進行分析、設計。析、設計。 金屬切削機床的基本功能是提供切削加工所必須的運動和動力。金屬切削機床的基本功能是提供切削加工所必須的運動和動力。 基本工作原理基本工作原理通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具切除工通過刀具與工件之間的相對運動，由刀具切除工件上多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達到件上多余的金屬材料，形成工件加工表面的幾何形狀、尺寸，并達到其精度要求。其精度要求。 工件的加工表面是通過機床上刀具與工件的

3、相對運動而形成的，因工件的加工表面是通過機床上刀具與工件的相對運動而形成的，因此要進行機床的運動設計，需要先了解工件表面的形成方法。此要進行機床的運動設計，需要先了解工件表面的形成方法。 從幾何學的觀點看，面是線的運動軌跡。從幾何學的觀點看，面是線的運動軌跡。任何一個表面都可以看是任何一個表面都可以看是一條曲線（稱母線）沿著另一條曲線（稱導線）運動的軌跡。一條曲線（稱母線）沿著另一條曲線（稱導線）運動的軌跡。這兩條曲這兩條曲線稱為該表面的發(fā)生線。下圖給出了幾種表面的形成原理。線稱為該表面的發(fā)生線。下圖給出了幾種表面的形成原理。 圖圖a的平面由直線母線的平面由直線母線1沿沿著直線導線著直線導線2

4、移動而形成的。移動而形成的。 圖圖c的平面由弧線母線的平面由弧線母線1沿沿著直線導線著直線導線2移動而形成的。移動而形成的。 圖圖b的圓柱面是由直線母的圓柱面是由直線母線線1沿軸線與它相平行的圓導沿軸線與它相平行的圓導線線2旋轉而形成的。旋轉而形成的。 圖圖d的圓錐面是由直母線的圓錐面是由直母線1沿軸線與它相交的圓導線沿軸線與它相交的圓導線2旋轉而形成的。旋轉而形成的。 圖圖e的自由曲面是由曲線母線的自由曲面是由曲線母線1沿曲線導線沿曲線導線2運動而形成的。運動而形成的。 再看兩個圖。再看兩個圖。 軌跡法：發(fā)生線軌跡法：發(fā)生線2是切削點是切削點1作軌跡運動作軌跡運動3而形成的。而形成的。此時，

5、刀具切削此時，刀具切削刃視為一點，形成發(fā)生線需要刀具和工件之間刃視為一點，形成發(fā)生線需要刀具和工件之間一個獨立的相對運動一個獨立的相對運動。 成型法：刀具切削刃成型法：刀具切削刃1與所需成形的發(fā)生線與所需成形的發(fā)生線2吻合。吻合。此時，刀具切削此時，刀具切削刃視為一條線，形成發(fā)生線刃視為一條線，形成發(fā)生線不需刀具和工件相對運動不需刀具和工件相對運動。 直齒圓柱齒輪齒面是漸開線母直齒圓柱齒輪齒面是漸開線母線線1沿直線導線沿直線導線2運動形成。運動形成。 普通螺紋的螺旋面是由普通螺紋的螺旋面是由“V”形母形母線線1沿螺旋線導線沿螺旋線導線2運動形成。運動形成。 有些表面的母線和導線可以互換，則稱之

6、為可逆表面；否則稱之為有些表面的母線和導線可以互換，則稱之為可逆表面；否則稱之為不可逆表面。不可逆表面。 相切法：切削點為旋轉刀具切削刃上的點相切法：切削點為旋轉刀具切削刃上的點1。切削時，刀具的旋轉中心按一定規(guī)律作。切削時，刀具的旋轉中心按一定規(guī)律作軌軌跡運動跡運動3，切削點運動軌跡的包絡線形成，切削點運動軌跡的包絡線形成了發(fā)了發(fā)生線生線2。此時，刀具切削刃視為一點。此時，刀具切削刃視為一點。需需兩個兩個獨立的相對運動獨立的相對運動。 范成法：范成法：發(fā)生線發(fā)生線1(漸開線母線漸開線母線)是由切是由切削刃削刃2(直線切削刃直線切削刃)，在刀具與工件作范，在刀具與工件作范成運動時所形成的一系列

7、軌跡線的包絡成運動時所形成的一系列軌跡線的包絡線。線。此時，刀具切削刃視為一條線，此時，刀具切削刃視為一條線，刀具刀具與工與工件之間需要一個相對運動。件之間需要一個相對運動。 加工表面的形成加工表面的形成方法方法是母線形成方是母線形成方法和導線形成方法法和導線形成方法的組合。的組合。因此，加因此，加工表面形成所需的工表面形成所需的刀具與工件之間的刀具與工件之間的相對運動也是形成相對運動也是形成母線和導線所需相母線和導線所需相對運動的組合。對運動的組合。 試對下圖各加工試對下圖各加工中表面的形成進行中表面的形成進行分析。分析。復合運動復合運動獨立運動獨立運動按運動按運動間關系間關系復雜運動復雜運

8、動簡單運動（直線、圓周）簡單運動（直線、圓周）按特性按特性測量運動測量運動夾緊運動夾緊運動返回運動返回運動退出運動退出運動接近運動接近運動控制運動控制運動分度運動分度運動切入運動切入運動非表面成形運動非表面成形運動進給運動進給運動主運動主運動表面成形運動表面成形運動按功能按功能機床上的運動機床上的運動1）按運動的功能，可以分為表面成形運動和非表面成形運動。）按運動的功能，可以分為表面成形運動和非表面成形運動。 表面成形運動完成一個表面的加工所必須的最基本的運動，它的功表面成形運動完成一個表面的加工所必須的最基本的運動，它的功能是用來形成工件加工表面的發(fā)生線。能是用來形成工件加工表面的發(fā)生線。簡

9、稱成形運動。簡稱成形運動。 除了上述成形運動之外，機床上還需設置一些其它運動，可稱非表除了上述成形運動之外，機床上還需設置一些其它運動，可稱非表面成形運動面成形運動，簡稱非成形運動。如切入運動，簡稱非成形運動。如切入運動(使刀具切人用使刀具切人用)；分度運；分度運動動(當工件加工表面由多個表面組成時，由一個表面過渡到另一個表面當工件加工表面由多個表面組成時，由一個表面過渡到另一個表面所需的運動所需的運動)；輔助運動；輔助運動(如刀具的接近、退刀、返回等如刀具的接近、退刀、返回等)；控制運動；控制運動(如如一些操縱運動一些操縱運動)。 2）按切削原理分，可分為主運動和進給運動。主運動和進給運動）

10、按切削原理分，可分為主運動和進給運動。主運動和進給運動也是成形運動。也是成形運動。 主運動為切削提供主要的能量主運動為切削提供主要的能量,構成切削速度主要分量。構成切削速度主要分量。 進給運動使未加工表面的材料不斷進入切削區(qū)，不斷的形成加工表進給運動使未加工表面的材料不斷進入切削區(qū)，不斷的形成加工表面。面。 4）按運動之間的關系）按運動之間的關系,可分為獨立運動和復合運動?？煞譃楠毩⑦\動和復合運動。 獨立運動與其它運動之間無嚴格關系要求。獨立運動與其它運動之間無嚴格關系要求。 構成復合運動的幾個運動之間有嚴格關系要求。在傳統(tǒng)的機床上構成復合運動的幾個運動之間有嚴格關系要求。在傳統(tǒng)的機床上一一個

11、復雜運動的實現(xiàn)，是將其分解為兩個或多個簡單運動，這些簡單個復雜運動的實現(xiàn)，是將其分解為兩個或多個簡單運動，這些簡單運運動之間有嚴格關系要求。稱這個復雜運動為復合運動，分解得到的動之間有嚴格關系要求。稱這個復雜運動為復合運動，分解得到的簡簡單運動為復合運動的一部分。對機械傳動形式的機床來講，復合運單運動為復合運動的一部分。對機械傳動形式的機床來講，復合運動動是通過內聯(lián)系傳動鏈來實現(xiàn)。對數(shù)控機床而言，復合運動是通過運是通過內聯(lián)系傳動鏈來實現(xiàn)。對數(shù)控機床而言，復合運動是通過運動動軸的聯(lián)動來實現(xiàn)（電聯(lián)系）。復合運動是一個（獨立的）運動。軸的聯(lián)動來實現(xiàn)（電聯(lián)系）。復合運動是一個（獨立的）運動。 3）按運

12、動實現(xiàn)的難易）按運動實現(xiàn)的難易,可分為簡單運動和復雜運動可分為簡單運動和復雜運動 在傳統(tǒng)的機床上，為簡化結構，在傳統(tǒng)的機床上，為簡化結構，執(zhí)行件的運動形式一般為旋轉運執(zhí)行件的運動形式一般為旋轉運動動（用（用B表示）或直線運動（用表示）或直線運動（用A表示）表示）。因此，形成發(fā)生線所需的運。因此，形成發(fā)生線所需的運動可以是這兩種簡單運動之一，也可以是兩種運動形式的不同組合。動可以是這兩種簡單運動之一，也可以是兩種運動形式的不同組合。其它運動都為復雜運動其它運動都為復雜運動 機床機床(總體總體)坐標系的取法，可參照數(shù)控機床坐標系。采用直角笛卡坐標系的取法，可參照數(shù)控機床坐標系。采用直角笛卡兒坐標系

13、。兒坐標系。 沿沿X、Y、Z軸的直線運動用軸的直線運動用X、Y、Z表示，繞表示，繞X、Y、Z軸的回轉軸的回轉運動運動用用A、B、C表示，平行于表示，平行于X、Y、Z的輔助軸用的輔助軸用U、V、W及及R、Q表示，繞表示，繞X、Y的輔助回轉軸用的輔助回轉軸用E、D等表示。各運動部件的局部坐標等表示。各運動部件的局部坐標系按如下方系按如下方法選?。悍ㄟx取： 局部坐標系固定在運動部件上。局部坐標系固定在運動部件上。 當各個運動部件的運動方向與機床坐標系軸線平行時，可取各局部當各個運動部件的運動方向與機床坐標系軸線平行時，可取各局部坐標系與機床坐標系方向一致；或不一致，取運動部件的運動方向為坐標系與機床

14、坐標系方向一致；或不一致，取運動部件的運動方向為Z軸。軸。 當有斜置式運動時，可混合選取，即與機床坐標軸平行的運動，其當有斜置式運動時，可混合選取，即與機床坐標軸平行的運動，其坐標按機床坐標系選取，斜置的運動取運動方向為坐標按機床坐標系選取，斜置的運動取運動方向為Z軸。軸。 運動功能式表示機床的運動個數(shù)、形式（直線或回轉運動）、功能（主運動、進給運動、非成形運動，分別用下標p，f，a 表示）及排列順序。左邊寫工件，用W 表示；右邊寫刀具，用T 表示，中間寫運動，按運動順序排列，并用“”分開。 看通用臥式車床和通用升降臺式銑床的運動功能式。 通用臥式車床為 WCp ，Zf ，XfT 通用升降臺式

15、銑床為 WXf ，Yf，Zf ，CpT通用升降臺式銑床為 WXf ，Yf，Zf ，CpT 運動功能圖是將機床的運動功能式用簡潔的符號和圖形表達出來運動功能圖是將機床的運動功能式用簡潔的符號和圖形表達出來，是是認識、分析和設計認識、分析和設計機床傳動系統(tǒng)依據(jù)。一臺機床對應唯一一個的功機床傳動系統(tǒng)依據(jù)。一臺機床對應唯一一個的功能式能式(功能圖功能圖)。一個功能式（功能圖）對應多臺機床。一個功能式（功能圖）對應多臺機床。 回轉運動回轉運動 直線運動直線運動 見一些機床運動功能式和運動功能圖。見一些機床運動功能式和運動功能圖。 機床的運動功能圖只表示運動的個數(shù)，形式、功能及排列順機床的運動功能圖只表示

16、運動的個數(shù)，形式、功能及排列順序，序，不表示運動之間的傳動關系。不表示運動之間的傳動關系。將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件將動力源與執(zhí)行件、不同執(zhí)行件之間之間的運動及傳動關系同時表示出來，就是傳動原理圖。的運動及傳動關系同時表示出來，就是傳動原理圖。 合成機構合成機構 變比機構變比機構 定比機構定比機構 看車床看車床(加工螺紋的加工螺紋的) 傳動原理圖和滾齒機傳動原理圖和滾齒機(加工直齒圓柱齒輪加工直齒圓柱齒輪的的)傳動原理圖傳動原理圖 前面討論的機床的各個運動是串聯(lián)關系。近年來并聯(lián)運動原理在機前面討論的機床的各個運動是串聯(lián)關系。近年來并聯(lián)運動原理在機床中得到了應用。床中得到了應用。 見圖示的并聯(lián)

17、機構，它有兩個分支，見圖示的并聯(lián)機構，它有兩個分支，1、2是兩個直線運動副，是兩個直線運動副，3、4、5為鉸鏈。當構件為鉸鏈。當構件1、2作直線運動時，桿作直線運動時，桿35和和45伸長或縮短。伸長或縮短。從運從運動學原理看，運動動學原理看，運動1、2是并聯(lián)的，它的運動效果與圖中兩個串聯(lián)是并聯(lián)的，它的運動效果與圖中兩個串聯(lián)運動運動1 、2的運動效果是相當?shù)?。把運動的運動效果是相當?shù)?。把運動1和和2稱為等效運動，或稱稱為等效運動，或稱虛擬虛擬軸運動，因為軸運動，因為1和和2運動軸實際并不存在。運動軸實際并不存在。 具有虛擬軸運動的機床也可稱為虛擬軸機床。圖具有虛擬軸運動的機床也可稱為虛擬軸機床。

18、圖c示是三個運動并示是三個運動并聯(lián)，聯(lián)，圖圖d是六個運動并聯(lián)。從力學原理來看，當有外力作用時，桿只受是六個運動并聯(lián)。從力學原理來看，當有外力作用時，桿只受拉壓，拉壓，不受彎曲。并聯(lián)運動比串聯(lián)運動具有如下優(yōu)點：精度高、剛度不受彎曲。并聯(lián)運動比串聯(lián)運動具有如下優(yōu)點：精度高、剛度高、運高、運動部件質量小、速度高等，這些優(yōu)點對于機床來說是非常重要動部件質量小、速度高等，這些優(yōu)點對于機床來說是非常重要的。的。 加工中保證被加工工件達到要求的精度和表面粗糙度，并能在機床加工中保證被加工工件達到要求的精度和表面粗糙度，并能在機床長期使用中保持這些要求，機床本身必須具備的精度稱為機床精度。它長期使用中保持這些

19、要求，機床本身必須具備的精度稱為機床精度。它包括幾何精度、傳動精度、運動精度、定位和重復定位精度、工作精度包括幾何精度、傳動精度、運動精度、定位和重復定位精度、工作精度和精度保持性。機床按精度可分為普通精度級、精密級和超精密級。三和精度保持性。機床按精度可分為普通精度級、精密級和超精密級。三種精度等級的機床均有相應的精度標準，若以普通級為種精度等級的機床均有相應的精度標準，若以普通級為1，則大致比例，則大致比例為為1 0.4 0.25。在設計階段主要從機床的精度分配、元件及材料選。在設計階段主要從機床的精度分配、元件及材料選擇擇等方面來提高機床精度。等方面來提高機床精度。 幾何精度是指幾何精度

20、是指機床空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要機床空載條件下，在不運動或運動速度較低時各主要部部件的形狀，相互位置和相對運動的精確程度。件的形狀，相互位置和相對運動的精確程度。如導軌的直線度，主軸如導軌的直線度，主軸徑徑向跳動及軸向竄動，主軸中心線對滑臺移動方向的平行度或垂直度向跳動及軸向竄動，主軸中心線對滑臺移動方向的平行度或垂直度等。等。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評價機床質量的基本指標。幾何精度直接影響加工工件的精度，是評價機床質量的基本指標。它主它主要決定于結構設計、制造和裝配質量。要決定于結構設計、制造和裝配質量。 機床幾何精度比較容易檢測，機床主要的幾何精度出廠時必須檢機

21、床幾何精度比較容易檢測，機床主要的幾何精度出廠時必須檢測。測。 運動精度是指運動精度是指機床空載并以工作速度運動時，主要零部件的幾何位機床空載并以工作速度運動時，主要零部件的幾何位置置精度。如高速回轉主軸的回轉精度。精度。如高速回轉主軸的回轉精度。對于高速精密機床，運動精度是對于高速精密機床，運動精度是評評價機床質量的一個重要指標。它與結構設計及制造等因素有關。價機床質量的一個重要指標。它與結構設計及制造等因素有關。運動精度較難檢測，不作為機床出廠的必須檢測項目，一般僅在科學研運動精度較難檢測，不作為機床出廠的必須檢測項目，一般僅在科學研究中進行運動精度檢測。究中進行運動精度檢測。 傳動精度是

22、指傳動精度是指機床傳動系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調性和均勻機床傳動系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間運動的協(xié)調性和均勻性。性。影響傳動精度的主要因素是傳動系統(tǒng)的設計，傳動元件的制造和影響傳動精度的主要因素是傳動系統(tǒng)的設計，傳動元件的制造和裝配精度。裝配精度。 僅對機床上具有運動協(xié)調性和均勻性要求的內聯(lián)系傳動鏈有傳動精僅對機床上具有運動協(xié)調性和均勻性要求的內聯(lián)系傳動鏈有傳動精度要求，如齒輪加工機床的范成運動傳動鏈等，機床出廠時應予檢度要求，如齒輪加工機床的范成運動傳動鏈等，機床出廠時應予檢測。測。外聯(lián)系傳動鏈無傳動精度要求。外聯(lián)系傳動鏈無傳動精度要求。 傳動精度需要較復雜和貴重的檢測設備。傳動精度需要較復雜

23、和貴重的檢測設備。 定位精度是指定位精度是指機機 床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。床的定位部件運動到達規(guī)定位置的精度。對數(shù)控機對數(shù)控機床而言，是指運動達到的位置與指令位置一致的程度。定位精度直接影床而言，是指運動達到的位置與指令位置一致的程度。定位精度直接影響被加工工件的尺寸精度和形位精度。機床構件和進給控制系統(tǒng)的精響被加工工件的尺寸精度和形位精度。機床構件和進給控制系統(tǒng)的精度、度、剛度以及其動態(tài)特性，機床位置測量系統(tǒng)的精度都將影響機床定位剛度以及其動態(tài)特性，機床位置測量系統(tǒng)的精度都將影響機床定位精度。精度。普通機床中，僅對進給運動位置嚴格有要求的機床，如鏜床、坐普通機床中，僅對進給運動位

24、置嚴格有要求的機床，如鏜床、坐標鏜床，標鏜床，有定位精度要求。對數(shù)控機床的伺服進給運動普遍有定位精度有定位精度要求。對數(shù)控機床的伺服進給運動普遍有定位精度要求。這要求。這些機床出廠要進行定位精度檢測。定位精度檢測方法較多，不些機床出廠要進行定位精度檢測。定位精度檢測方法較多，不同方法達同方法達到的精度不同。到的精度不同。 重復定位精度是重復定位精度是指機床運動部件在相同條件下，用相同的方法重復指機床運動部件在相同條件下，用相同的方法重復定位時，位置的一致程度。定位時，位置的一致程度。除了影響定位精度的因素外，還受傳動機除了影響定位精度的因素外，還受傳動機構的反向間隙的影響。構的反向間隙的影響。

25、 加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。加工規(guī)定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。工作工作精度是各種因素綜合影響的結果，包括機床自身的精度、剛度、熱精度是各種因素綜合影響的結果，包括機床自身的精度、剛度、熱變形和刀具、工件和夾具的剛度及熱變形等。變形和刀具、工件和夾具的剛度及熱變形等。工作精度的檢測較易實現(xiàn)，也更易被接受。要盡量減少刀具、工件工作精度的檢測較易實現(xiàn)，也更易被接受。要盡量減少刀具、工件和夾具因素的影響。和夾具因素的影響。 在規(guī)定的工作期間內，保持機床所要求的精度，稱之為精度保持在規(guī)定的工作期間內，保持機床所要求的精度，稱之為精度保持性性。影響精度保持性的主

26、要因素是磨損。磨損的影響因素十分復雜，如影響精度保持性的主要因素是磨損。磨損的影響因素十分復雜，如結構結構設計、工藝、材料、熱處理、潤滑、防護、使用條件等。設計、工藝、材料、熱處理、潤滑、防護、使用條件等。 機床剛度指機床系統(tǒng)抵抗變形的能力。通常用式機床剛度指機床系統(tǒng)抵抗變形的能力。通常用式 K =F /y表示。表示。式中，式中，K 為剛度為剛度(N/m)；F 作用在機床上的載荷作用在機床上的載荷(N)；y 為機床的變?yōu)闄C床的變形形(m)。 作用在機床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、作用在機床上的載荷有重力、夾緊力、切削力、傳動力、摩擦力、沖擊振動干擾力等。按照載荷的性質不同，

27、可分為靜載荷和動載荷沖擊振動干擾力等。按照載荷的性質不同，可分為靜載荷和動載荷.不不隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部隨時間變化或變化極為緩慢的力稱靜載荷，如重力、切削力的靜力部分等。凡隨時間變化的力如沖擊振動力及切削力的交變部分等稱動態(tài)分等。凡隨時間變化的力如沖擊振動力及切削力的交變部分等稱動態(tài)載荷。故機床剛度相應地分為靜剛度及動剛度，后者是抗振性的一部載荷。故機床剛度相應地分為靜剛度及動剛度，后者是抗振性的一部分。習慣上剛度指靜剛度。分。習慣上剛度指靜剛度。 機床是由許多構件結合而成的，在載荷作用下各構件及結合部都機床是由許多構件結合而成的，在載荷作用下各構件及結

28、合部都要產生變形，這些變形直接或間接的引起刀具和工件之間相對位移，要產生變形，這些變形直接或間接的引起刀具和工件之間相對位移，這個位移的大小代表了機床的整機剛度。因此，機床整機剛度不能用這個位移的大小代表了機床的整機剛度。因此，機床整機剛度不能用某個零、部件的剛度評價，而是指整臺機床在靜載荷作用下，各構件某個零、部件的剛度評價，而是指整臺機床在靜載荷作用下，各構件及結合面抵抗變形的綜合能力。顯然，刀具和工件間的相對位移影響及結合面抵抗變形的綜合能力。顯然，刀具和工件間的相對位移影響加工精度，同時靜剛度對機床抗振性、生產率等均有影響。因此，在加工精度，同時靜剛度對機床抗振性、生產率等均有影響。因

29、此，在機床設計中對如何提高其剛度是十分重視的。在設計中即要考慮提高機床設計中對如何提高其剛度是十分重視的。在設計中即要考慮提高各部件剛度，同時也要考慮結合部剛度及各部件間剛度匹配。各個部各部件剛度，同時也要考慮結合部剛度及各部件間剛度匹配。各個部件和結合部對機床整機剛度的貢獻大小是不同的，設計中應進行剛度件和結合部對機床整機剛度的貢獻大小是不同的，設計中應進行剛度的合理分配或優(yōu)化。的合理分配或優(yōu)化。 機床抗振性指機床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力。機床抗振性指機床在交變載荷作用下，抵抗變形的能力。它包括兩它包括兩個個方面：抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。前者有時習慣上方面：抵抗受迫振

30、動的能力和抵抗自激振動的能力。前者有時習慣上稱稱之為抗振性，后者常稱為切削穩(wěn)定性。之為抗振性，后者常稱為切削穩(wěn)定性。 強迫振動的振源可能來自機床內部，也可能來自機床之外。強迫振動的振源可能來自機床內部，也可能來自機床之外。機床受迫機床受迫振動的頻率與振源激振力的頻率相同，振幅與激振力大小及機床的剛度振動的頻率與振源激振力的頻率相同，振幅與激振力大小及機床的剛度和阻尼比有關。和阻尼比有關。當激振頻率與機床的固有頻率接近時，機床將呈現(xiàn)當激振頻率與機床的固有頻率接近時，機床將呈現(xiàn)“共共振振”現(xiàn)象，振幅激增，加工表面的粗糙度也將大大增加?，F(xiàn)象，振幅激增，加工表面的粗糙度也將大大增加。 機床是由許多零、

31、部件及結合部組成的復雜振動系統(tǒng)，屬于多自由機床是由許多零、部件及結合部組成的復雜振動系統(tǒng)，屬于多自由度度系統(tǒng)，具有多個固有頻率。在其中某一個固有頻率下自由振動時，各系統(tǒng)，具有多個固有頻率。在其中某一個固有頻率下自由振動時，各點點振幅的比值稱為主振型。對應于最低固有頻率的主振型稱為一階主振振幅的比值稱為主振型。對應于最低固有頻率的主振型稱為一階主振型，型，依次有二階、三階依次有二階、三階等階主振型。機床的振動乃是各階主振型的等階主振型。機床的振動乃是各階主振型的合成。合成。一般只需要考慮對機床性能影響最大的幾個低階振型，有整機搖一般只需要考慮對機床性能影響最大的幾個低階振型，有整機搖晃、一晃、一

32、階彎曲、扭轉等振型。階彎曲、扭轉等振型。 機床的自激振動是發(fā)生在刀具和工件之間的一種相對振動，它在切機床的自激振動是發(fā)生在刀具和工件之間的一種相對振動，它在切削削過程中出現(xiàn)，由切削過程和機床結構動態(tài)特性之間的相互作用而產生過程中出現(xiàn)，由切削過程和機床結構動態(tài)特性之間的相互作用而產生的，的，其頻率與機床系統(tǒng)的固有頻率相接近其頻率與機床系統(tǒng)的固有頻率相接近。自激振動一旦出現(xiàn)，它的振。自激振動一旦出現(xiàn)，它的振幅由幅由小到大增加很快。在一般情況下，切削用量增加，切削力愈大，自小到大增加很快。在一般情況下，切削用量增加，切削力愈大，自激振激振動就愈劇烈。但切削過程停止，振動立即消失。故自激振動也稱為動就

33、愈劇烈。但切削過程停止，振動立即消失。故自激振動也稱為切削切削穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 機床振動會降低加工精度、工件表面質量和刀具耐用度，影響生產率機床振動會降低加工精度、工件表面質量和刀具耐用度，影響生產率并加速機床的損壞，而且會產生噪聲，使操作者疲勞等。影響機床振動并加速機床的損壞，而且會產生噪聲，使操作者疲勞等。影響機床振動的主要原因有：機床的剛度，機床的阻尼特性，機床系統(tǒng)固有頻率。的主要原因有：機床的剛度，機床的阻尼特性，機床系統(tǒng)固有頻率。 減小機床振動主要從減小機床振動主要從提高靜剛度提高靜剛度（材料、截面形狀、肋板形式與分（材料、截面形狀、肋板形式與分布、布、接觸表面狀況等）、接觸表面狀況

34、等）、增加阻尼增加阻尼（特別是構件連接部接觸阻尼和支承（特別是構件連接部接觸阻尼和支承件的件的內阻尼）、內阻尼）、提高各階固有頻率提高各階固有頻率（剛度和材料密度和分布）、（剛度和材料密度和分布）、消除或消除或減少減少內部振動源的振動內部振動源的振動入手。入手。 機床在工作時受到內部熱源機床在工作時受到內部熱源(如電動機、液壓系統(tǒng)、機械摩擦副、如電動機、液壓系統(tǒng)、機械摩擦副、切切削熱等削熱等)和外部熱源和外部熱源(如環(huán)境溫度、周圍熱源輻射等如環(huán)境溫度、周圍熱源輻射等)的影響，使機床的影響，使機床各各部分溫度發(fā)生變化。因不同材料的熱膨脹系數(shù)不同，機床各部分的部分溫度發(fā)生變化。因不同材料的熱膨脹系

35、數(shù)不同，機床各部分的變變形不同，導致機床產生熱變形。形不同，導致機床產生熱變形。它不僅會破壞機床的原始幾何精它不僅會破壞機床的原始幾何精度，度，加快運動件的磨損，甚至會影響正常運轉。特別對精密機床、大加快運動件的磨損，甚至會影響正常運轉。特別對精密機床、大型機型機床、自動化機床、數(shù)控機床等，熱變形的影響尤其不能忽視。床、自動化機床、數(shù)控機床等，熱變形的影響尤其不能忽視。 機床工作時一方面產生熱量，另一方面又向周圍發(fā)散熱量，如果機機床工作時一方面產生熱量，另一方面又向周圍發(fā)散熱量，如果機床熱源單位時間產生的熱量一定，由于開始時機床的溫度與周圍環(huán)境床熱源單位時間產生的熱量一定，由于開始時機床的溫度

36、與周圍環(huán)境溫度的差別較小，發(fā)散出的熱量少，機床溫度升高較快。隨著機床溫溫度的差別較小，發(fā)散出的熱量少，機床溫度升高較快。隨著機床溫度的升高，與環(huán)境溫度的差數(shù)加大，發(fā)散出的熱量隨之增加，使機床度的升高，與環(huán)境溫度的差數(shù)加大，發(fā)散出的熱量隨之增加，使機床溫度的升高逐漸減慢。當達到某一溫度時，單位時間內發(fā)熱量等于發(fā)溫度的升高逐漸減慢。當達到某一溫度時，單位時間內發(fā)熱量等于發(fā)散出的熱量，即達到了熱平衡。這個過程所需的時間稱為熱平衡時散出的熱量，即達到了熱平衡。這個過程所需的時間稱為熱平衡時間。間。在熱平衡狀態(tài)下，機床各部位的溫度是不同的，熱源處最高，遠在熱平衡狀態(tài)下，機床各部位的溫度是不同的，熱源處最

37、高，遠離熱離熱源處或散熱較好的部位溫度較低，這就形成了溫度場。源處或散熱較好的部位溫度較低，這就形成了溫度場。 采取如下措施減少機床的熱變形對加工精度的影響。減少熱源的發(fā)采取如下措施減少機床的熱變形對加工精度的影響。減少熱源的發(fā)熱量；將熱源置于易散熱的位置，或增加散熱面積和采用強制冷卻，使熱量；將熱源置于易散熱的位置，或增加散熱面積和采用強制冷卻，使產生的熱量盡量發(fā)散出去；采用熱管等將溫升較高部位的熱量轉移至溫產生的熱量盡量發(fā)散出去；采用熱管等將溫升較高部位的熱量轉移至溫升較低部位，以減少機床各部升較低部位，以減少機床各部 位之間的溫差，減少機床熱變形。也可位之間的溫差，減少機床熱變形。也可以

38、采用溫度自動控制、溫度自動補償及隔熱等措施，改變機床的溫度以采用溫度自動控制、溫度自動補償及隔熱等措施，改變機床的溫度場，場，減少機床熱變形，或使機床的熱變形對加工精度的影響較小。減少機床熱變形，或使機床的熱變形對加工精度的影響較小。 不需要的聲音不需要的聲音主觀主觀 頻率成分無規(guī)律、雜亂無章的聲音頻率成分無規(guī)律、雜亂無章的聲音客觀客觀 機床工作時各種振動頻率不同，振幅也不同，它們將產生不同頻率機床工作時各種振動頻率不同，振幅也不同，它們將產生不同頻率和不同強度的聲音。這些聲音無規(guī)律地組合在一起即成噪聲。隨著現(xiàn)代和不同強度的聲音。這些聲音無規(guī)律地組合在一起即成噪聲。隨著現(xiàn)代機床切削速度的提高、

39、功率的增大、自動化功能的增多，噪聲污染問題機床切削速度的提高、功率的增大、自動化功能的增多，噪聲污染問題也越來越嚴重。降低機床噪聲，保護環(huán)境是機床設計者的任務之一。也越來越嚴重。降低機床噪聲，保護環(huán)境是機床設計者的任務之一。 機床噪聲源來自四個方面：機械噪聲、液壓噪聲、電磁噪聲、空氣機床噪聲源來自四個方面：機械噪聲、液壓噪聲、電磁噪聲、空氣動力噪聲動力噪聲 噪聲的物理度量可用聲壓和聲壓級、聲功率和聲功率級、聲強和聲噪聲的物理度量可用聲壓和聲壓級、聲功率和聲功率級、聲強和聲強級等來表示。以以聲壓和聲壓級的表示方法為例。當聲波在介質中強級等來表示。以以聲壓和聲壓級的表示方法為例。當聲波在介質中傳播

40、，傳播，介質中的壓力與靜壓的差值為聲壓介質中的壓力與靜壓的差值為聲壓，通常用，通常用p 表示，其單位是表示，其單位是Pa(Nm2)。正常人人耳能聽到的最小聲壓稱為聽閾，把聽閾作為基。正常人人耳能聽到的最小聲壓稱為聽閾，把聽閾作為基準準聲壓，用相對量的對數(shù)值來表示，稱之為聲壓級聲壓，用相對量的對數(shù)值來表示，稱之為聲壓級Lp(dB)。 Lp =201g( p/p0 )式中，式中，p為被測聲壓為被測聲壓(Pa)；po 為基準聲壓為基準聲壓(Pa)，其值等于，其值等于210-5Pa。 人耳對聲音的感覺不僅和聲壓有關，而且和頻率有關。聲壓級相人耳對聲音的感覺不僅和聲壓有關，而且和頻率有關。聲壓級相同同而

41、頻率不同的聲音聽起來不一樣。根據(jù)這一特征，人們引入將聲壓而頻率不同的聲音聽起來不一樣。根據(jù)這一特征，人們引入將聲壓級級和頻率結合起來表示聲音強弱的主觀度量。和頻率結合起來表示聲音強弱的主觀度量。 有響度、響度級和聲有響度、響度級和聲級級等。等。 當運動部件低速運動時，主動件勻速運動，被動件出現(xiàn)明顯的速度當運動部件低速運動時，主動件勻速運動，被動件出現(xiàn)明顯的速度不不均勻的跳躍式運動，即時走時?；蛘邥r快時慢。均勻的跳躍式運動，即時走時?；蛘邥r快時慢。這種現(xiàn)象稱為爬行。這種現(xiàn)象稱為爬行。 機床運動部件產生爬行，會影響機床的定位精度、工件的加工精度機床運動部件產生爬行，會影響機床的定位精度、工件的加工

42、精度和和表面粗糙度。在精密、自動化及大型機床上，爬行的危害更大，是評表面粗糙度。在精密、自動化及大型機床上，爬行的危害更大，是評價價機床質量的一個重要指標。機床質量的一個重要指標。 爬行是個很復雜的現(xiàn)象，它是因摩擦產生的自激振動現(xiàn)象。產生這爬行是個很復雜的現(xiàn)象，它是因摩擦產生的自激振動現(xiàn)象。產生這一一現(xiàn)象的主要原因是摩擦面上的摩擦系數(shù)隨速度的增大而減小和傳動系現(xiàn)象的主要原因是摩擦面上的摩擦系數(shù)隨速度的增大而減小和傳動系的的剛度不足。剛度不足。 將機床直線運動傳動系統(tǒng)簡化為力學將機床直線運動傳動系統(tǒng)簡化為力學模型，如圖示。模型，如圖示。1為主動件，為主動件，3為被動件。為被動件。1，3之間的進給系統(tǒng)之間的進給系統(tǒng)2(包括齒輪、絲杠、包括齒輪、絲杠、螺母等）可簡化為等效彈簧螺母等）可簡化為等效彈簧K 和等效粘性和等效粘性阻尼器阻尼器C ，3在支承導軌在支承導軌4上沿直線移動。上沿直線移動。摩擦力摩擦力F 隨著隨著3的速度變化而變化，由靜的速度變化而變化，由靜摩擦轉化為動摩擦時，摩擦系數(shù)迅速下摩擦轉化為動摩擦時，摩擦系數(shù)迅速下降，降，運動速度越高動摩擦