机床的成形和非成形运动

按运动的功用分类，机床上的运动分为成形运动和非成形运动两大类。

机床上的刀具和工件，为了形成表面发生线而作的相对运动，称为表面成形运动，简称成形运动。

机床上除成形运动外，还需要辅助运动以实现机床的各种辅助动作，称为非成形运动。

表面成形运动（简称成形运动）是保证得到工件要求的表面形状的运动。表面成形运动是机床上最基本的运动，是机床上刀具和工件为了形成表面发生线而作的相对运动。例如，图1-4（a）是用尖头车刀车削外圆柱面，其中形成母线和导线的方法，都属于轨迹法。工件的旋转运动B1产生母线（圆），刀具的纵向直线运动A2产生导线（直线）。运动B1和A2就是两个表面成形运动。

1.成形运动按其组成情况分类

成形运动按其组成情况不同，可分为简单成形运动和复合成形运动两种。如果一个独立的成形运动是由单独的旋转运动或直线运动构成的，则此成形运动称为简单成形运动。在机床上，简单成形运动一般是主轴的旋转、刀架和工作台的直线移动。通常用符号A表示直线运动，用符号B表示旋转运动。例如，用尖头车刀车削外圆柱面时［见图1-4（a）］，工件的旋转运动B1和刀具的直线移动A2就是两个简单运动。

图1-4　车削运动

（a）车削外圆柱面；（b）车削螺纹

如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上的旋转运动或直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成，则称此成形运动为复合成形运动。例如，车削螺纹时［见图1-4（b）］，形成螺旋形发生线所需的刀具和工件之间的相对螺旋轨迹运动，通常将其分解为工件的等速旋转运动B11和刀具的等速直线移动A12。B11和A12彼此不能独立，它们之间必须保证严格的运动关系，即工件每转一圈时，刀具直线移动的距离应等于螺纹的一个导程，从而B11和A12这两个运动组成一个复合运动。

由复合成形运动分解的各个部分，虽然都是直线运动或旋转运动，与简单运动相似，但本质是不同的。前者是复合运动的一部分，各个部分必然保持严格的相对运动关系，是互相依存，而不是独立的。而简单运动之间是互相独立的，没有严格的相对运动关系。

2.成形运动按在切削过程中的作用分类

成形运动按其在切削过程中所起的作用，又可分为主运动和进给运动。

1）主运动(www.xing528.com)

主运动是指直接切除工件上多余材料（切削层），使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动。金属切削过程中，无论哪种切削运动，主运动只有一个，且它的速度较高、功率消耗也较大，约占功率消耗的90%。主运动可以由工件完成，如车削加工时工件的旋转运动；也可以由刀具完成，如铣削、钻削加工中的铣刀、钻头的旋转运动，刨削加工时刨刀的直线运动。

2）进给运动

进给运动是不断地把切削层投入切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。切削运动中，进给运动可以是一个（如钻削加工时）或多个（如磨削加工时），也可能没有（如拉削加工时）。进给运动通常速度较低、功率消耗较小，可以是连续的，也可以是间断的。例如，车削外圆时，纵向进给运动是连续的，横向进给运动是间断的，进给运动仅消耗功率的10%左右。主运动和进给运动可能是简单成形运动，也可能是复合成形运动。

成形运动是机床上最基本的运动，其轨迹、数目、行程和方向等，在很大程度上决定着机床的传动和结构形式。显然，采用不同工艺方法加工不同形状的表面，所需要的成形运动是不同的，从而产生了各种不同类型的机床。然而，即使是用同一种工艺方法和刀具结构加工相同表面，由于具体加工条件不同，成形运动在刀具和工件之间的分配也往往不同。例如，车削圆柱面，绝大多数情况下成形运动是工件旋转和刀具直线移动。但根据工件形状、尺寸和坯料形式等具体条件不同，成形运动也可以是工件旋转并直线移动，或刀具旋转、工件直线移动，或者刀具旋转并直线移动（见图1-5）。成形运动在刀具和工件之间的分配情况不同，机床结构也不一样，这就决定了机床结构形式的多样化。

图1-5　圆柱面的车削加工方式

（a）工件旋转并直线移动；（b）刀具旋转、工件直线移动；（c）刀具旋转并直线移动

3）辅助运动

机床的运动除了成形运动外，还有一些实现机床切削过程的辅助工作而必须进行的辅助运动，该运动不直接参与成形运动，但为切削加工的工件运动创造了加工的必要条件，是不可缺少的。它的种类很多，主要包括以下几种。

（1）切入运动。刀具相对工件切入一定深度，以保证工件获得一定的加工尺寸。

（2）分度运动。加工若干个完全相同的均匀分布表面时，为使成形运动得以周期性地继续进行的运动称为分度运动。例如，多工位工作台、刀架等的周期性转位或移位，以便依次加工工件上的各有关表面，或依次使用不同刀具对工件进行顺序加工。

（3）操纵和控制运动。操纵和控制运动包括起动、停止、变速、换向、部件与工件的夹紧、松开、转位以及自动换刀、自动检测等。

（4）调位运动。调位运动是加工开始前机床有关部件的移动，以调整刀具和工件之间的正确相对位置。

（5）各种空行程运动。空行程运动是指进给前后的快速运动。例如，在装卸工件时为避免碰伤操作者或划伤已加工表面，刀具与工件应相对退离。在进给开始之前刀具快速引进，使刀具与工件接近。进给结束后刀具应快速退回。例如车床的刀架或铣床的工作台，在进给前后都有快进或快退运动。