机床运动与传动优化指南

1）机床的运动

机床的运动是指在机床上进行切削加工时，为了获得具有一定几何形状、加工精度和表面质量的工件，刀具和工件所作的一系列运动。按功用的不同，可将机床的运动分为表面成形运动和辅助运动两类。

（1）表面成形运动。表面成形运动简称成形运动，是指在机床上为了得到工件要求的表面形状，刀具和工件所必须进行的运动。成形运动是机床上最基本的运动。

①简单成形运动和复合成形运动。按组成情况的不同，可将成形运动分为简单成形运动和复合成形运动两种。

a.简单成形运动。简单成形运动是指由单独的旋转运动或直线运动构成的独立成形运动。

如图3-1所示，车削外圆柱面时，工件的旋转运动B和刀具的直线运动A就是两个简单成形运动。简单成形运动一般是主轴的旋转运动及刀架、工作台的直线运动。

b.复合成形运动。复合成形运动是指由两个或两个以上的旋转运动或（和）直线运动，按照某种确定的运动关系组合而成的独立成形运动。如图3-2所示，车削螺纹时的成形运动即为复合成形运动。图中所示的复合成形运动可以分解为工件的等速旋转运动B和刀具的等速直线运动A。B和A这两个单元运动组成一个复合成形运动，它们之间必须保持严格的相对运动关系，彼此不能独立，即工件每转一转，刀具直线运动的距离应等于螺纹的导程。

由复合成形运动分解的各部分虽然都是旋转运动或直线运动，与简单成形运动相似，但其本质却是不同的：复合成形运动的各部分之间必须保持严格的相对运动关系，是相互依存的，不能独立；而简单成形运动的各部分之间没有相对运动关系，是相互独立的。

图3-1　简单成形运动

图3-2　车削螺纹复合成形运动

②主运动和进给运动。根据在切削过程中所起的作用不同，成形运动可分为主运动和进给运动，详见2.1.1节，此处不再赘述。

（2）辅助运动。辅助运动是指在加工过程中，机床除完成成形运动外，还需要完成的一系列与成形过程没有直接关系的运动。辅助运动能够实现机床的各种辅助动作，为表面成形创造条件。辅助运动主要包括切入运动、分度运动、调位运动、空行程运动、操纵和控制运动等。

①切入运动：是指为保证工件达到要求的尺寸，使刀具相对工件切入一定深度的运动，如图3-3所示。

②分度运动：是指加工若干个完全相同且均匀分布的表面时，使表面成形运动得以周期地连续进行的运动。分度运动通常要用到分度盘，如图3-4所示。

图3-3　切入运动

图3-4　分度盘

③调位运动：是指加工开始前通过机床有关部件的移位，来调整刀具和工件之间相对位置的运动。

④空行程运动：是指切削前后，刀具或工件的快速趋近和退回运动。例如，在进给开始前刀具的快速引进和进给结束后刀具的快速退回等。

⑤操纵和控制运动：包括机床的起动、停止、变速、换向，部件与工件的夹紧、松开，转位、自动换刀、自动检测等。

2）机床的基本组成

为实现加工过程中所必需的各种运动，机床必须包括执行件、动力源和传动装置3个基本组成部分。(www.xing528.com)

（1）执行件。执行件是指执行机床运动的部件，如主轴、刀架和工作台等，其作用是装夹工件和刀具，并直接带动它们完成一定的成形运动并保持准确的运动轨迹。

（2）动力源。动力源是指为执行件提供运动和动力的装置，是机床的动力部分，如三相异步交流电动机、直流电动机和步进电动机等。在机床上，可以由几个运动共用一个动力源，也可以每个运动单独使用一个动力源。

（3）传动装置。传动装置是指传递运动和动力的装置，有机械、液压、电气和气压等多种形式。通过传动装置可以把动力源的运动和动力传给执行件，使执行件获得运动和动力；也可以把一个执行件的运动传递给另一个执行件，使二者保持某种确定的运动关系。传动装置还可变换运动性质、运动方向和运动速度。

3）机床的传动链

机床上为了得到所需的运动，需要通过一系列的传动件把执行件和动力源连接起来，或者把执行件和执行件连接起来，这种连接称为传动联系。构成传动联系的一系列传动件称为传动链。

传动链中有两类传动装置：传动比和传动方向固定不变的定比传动装置，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副和丝杠螺母副等；根据加工要求可变换传动比和传动方向的换置机构，如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构和离合器变速机构等。

根据传动联系性质的不同，可将传动链分为外联系传动链和内联系传动链。

（1）外联系传动链。外联系传动链是指将动力源和执行件联系起来的传动链。它使执行件得到预定的运动，并传递一定的动力。

外联系传动链两端的部件之间没有严格的相对运动关系，其传动比可以变化。传动比的变化只影响生产效率或工件表面粗糙度，不影响工件表面形状的形成。

（2）内联系传动链。内联系传动链是指为了使两个或两个以上的单元运动组成复合成形运动，而将执行件和执行件联系起来的传动链。图3-5所示为车床内传动链。

内联系传动链两端的执行件之间必须具有严格的相对运动关系。为保持运动关系的准确性，内联系传动链不能使用普通带传动、摩擦轮传动等传动比不稳定的传动装置，而必须使用具有准确传动比的传动装置。例如，在卧式车床上车螺纹时，联系主轴与刀架之间的传动链不能使用带传动，而必须使用具有准确传动比的螺纹传动链，才能保证得到所要求的螺距。

4）传动原理图

机床的传动系统是由机床所有的传动联系组成的。为了便于研究机床的传动系统，常用一些简明的符号表示机床表面成形运动的传动原理和传动路线，这就是传动原理图。

图3-6所示为传动原理图，图中实线代表定比传动装置，菱形代表换置机构。

图3-6　传动原理图

（a）铣平面；（b）车螺纹

铣平面包括铣刀的旋转运动B1和工件的直线运动A2两个简单成形运动，铣平面的传动原理图中含有两条外联系传动链：“1-2-uv-3-4”和“5-6-uf-7-8”，如图3-6（a）所示。

其中，电动机通过传动链“1-2-uv-3-4”带动铣刀进行旋转运动B1；通过传动链“5-6-uf-7-8”带动工件进行直线运动A2。

通过换置机构uv和uf可以改变铣刀和工件的运动速度和运动方向。这两个简单成形运动可以由一个电动机驱动，也可以分别由两个电动机驱动。

车螺纹是由工件的旋转运动B11和车刀的直线运动A12组成的复合成形运动，车螺纹的传动原理图中包括两条传动链：外联系传动链“1-2-uv-3-4”和内联系传动链“4-5-ux-6-7”，如图3-6（b）所示。

其中，电动机通过外联系传动链“1-2-uv-3-4”带动工件进行旋转运动B11；工件通过内联系传动链“4-5-ux-6-7”带动车刀进行直线运动A12，并使工件与车刀保持相对运动。

通过换置机构uv可以改变工件的运动速度和运动方向；通过换置机构ux可以满足车削不同螺纹导程的要求。