1.2 機床的運動與傳動

機床的運動就是使刀具按一定規(guī)律切除毛坯上多余金屬，從而獲得具有一定幾何形狀、尺寸精度、位置精度和表面質(zhì)量的工件的一系列運動。

1.2.1 機床的運動

機床的運動按其功用不同可分為表面成形運動和輔助運動。下面以車削加工中的運動為例，介紹機床的運動，如圖1-1所示。

1. 表面成形運動

表面成形運動是使工件獲得一定表面形狀所必需的刀具與工件間的相對運動。表面成形運動的形式和數(shù)量，決定了被加工表面的形狀、所采用的加工方法和刀具的結(jié)構(gòu)。表面成形運動可分為機床的主運動和機床的進給運動。

機床的主運動是使工件與刀具產(chǎn)生相對運動以進行切削的最基本的運動，它的特點是速度較高及消耗的動力較多。主運動常常是回轉(zhuǎn)運動，可以是工件回轉(zhuǎn)（如車床的主運動），也可以是刀具回轉(zhuǎn)（如鉆床、銑床、鏜床等的主運動），常以n（r/min）表示。主運動也有是直線運動的（如刨床、拉床等）。

機床的進給運動是使主運動能夠繼續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運動，它的特點是速度較低、消耗的動力較少。進給運動可由刀具完成（如圖示刀具的進給運動），也可由工件完成（如銑床、鏜床和磨床等的進給運動）；可以是連續(xù)的（如車床的進給運動），也可以是間歇的（如刨床的進給運動）；可以是一個（如車削外圓柱表面加工），也可以有幾個（如滾齒加工）。個別情況沒有進給運動（如拉削加工）。

2. 輔助運動

機床的輔助運動是指機床上除表面成形運動以外，機床上其他所需的運動。其作用是實現(xiàn)機床的各種輔助動作。

從現(xiàn)代數(shù)控機床控制角度來看，機床運動同樣可分為主運動、進給運動和輔助運動3大類。主運動同前面的定義一樣。而進給運動則可定義為機床主機上除主運動以外的刀具移動、工件移動和工件轉(zhuǎn)動等有關(guān)刀具和工件的機床運動。輔助運動是除主運動和進給運動以外的機床上所有的其他運動（如主軸變速、自動換刀、工件自動夾緊和工件自動交換等運動）。

3. 金屬切削加工

金屬切削加工是用切削工具（包括刀具、磨具和磨料）把坯料或工件上多余的材料層切去成為切屑，使工件獲得相應(yīng)的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。任何切削加工都必須具備3個基本條件：切削工具（常稱為刀具）、工件和切削運動。

切削運動是刀具與工件之間的相對運動，它由形成切削力的主運動、保證切削連續(xù)進行的進給運動組成。主運動和進給運動之間有準(zhǔn)確的比例關(guān)系形成的合成運動稱為合成切削運動（如車削螺紋時的兩個運動）。

1.2.2 機床的傳動

1. 機床傳動的組成

為獲得加工過程中所必需的各種運動，機床應(yīng)具備3個基本部分：

（1）執(zhí)行件。執(zhí)行件是執(zhí)行運動的部件，如主軸、刀架、工作臺等。其任務(wù)是帶動工件和刀具完成旋轉(zhuǎn)和直線運動，并保證準(zhǔn)確的運動軌跡。

（2）動力源。動力源是為執(zhí)行件提供運動和動力的裝置，有交流異步電機、直流電機、步進電機等各種電機?？梢詭讉€運動共用一個動力源，也可以每個運動單獨使用一個動力源。

（3）傳動裝置。傳動裝置是傳遞運動和動力的裝置。通過它把動力源的動力傳遞給執(zhí)行件和把一個執(zhí)行件的運動傳遞給另一個執(zhí)行件，并使有關(guān)執(zhí)行件之間保持某種確定的運動關(guān)系。傳動裝置還可以變換運動性質(zhì)、方向和速度。

機床的傳動裝置有機械、液壓、電氣、氣壓等多種形式。

2. 機床的傳動鏈和傳動原理圖

在機床上，為了得到所需的運動，需要通過一系列的傳動件把執(zhí)行件和動力源，或者把執(zhí)行件和執(zhí)行件連接起來，這種連接稱為傳動聯(lián)系。構(gòu)成一個傳動聯(lián)系的按一定規(guī)律排列的一系列傳動件，稱為傳動鏈。一條傳動鏈由該鏈的兩端件及兩端件之間的一系列傳動機構(gòu)所構(gòu)成。傳動鏈中通常包含兩類傳動機構(gòu)：一類是傳動比和傳動方向固定不變的傳動機構(gòu)，如定比齒輪副、蝸桿蝸輪副、絲杠和螺母副，稱為定比傳動機構(gòu)；另一類是根據(jù)加工要求可以變化傳動比和傳動方向的傳動機構(gòu)，如滑移齒輪變速機構(gòu)、變向機構(gòu)等。

傳動系統(tǒng)圖用規(guī)定的簡單符號表示傳動系統(tǒng)中的各傳動元件，并按照運動傳遞順序，以展開圖的形式繪在一個能反映機床外形及主要部件相互位置的投影面上，用以了解及分析機床運動源與執(zhí)行件或執(zhí)行件與執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系及傳動結(jié)構(gòu)的一種示意圖。如圖1-2所示為一臺數(shù)控銑床的傳動系統(tǒng)圖。傳動系統(tǒng)圖表示了一臺機床所有的運動及其傳動聯(lián)系，也具體表示各傳動鏈的傳動元件的結(jié)構(gòu)類型以及進行調(diào)整計算所需的主要運動參數(shù)。

在傳動系統(tǒng)圖中各傳動元件是按照運動傳遞的先后順序，以展開圖的形式畫出來的。傳動系統(tǒng)圖中通常還需注明齒輪的齒數(shù)（有時也注明其編號和模數(shù)）、帶輪直徑、絲杠的導(dǎo)程和線數(shù)、電機的轉(zhuǎn)速和功率、傳動軸的編號等。傳動軸編號通常是從動力源（電機等）開始，按運動傳遞順序，順次地用羅馬數(shù)字Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，…表示。

在閱讀傳動系統(tǒng)圖時，首先要了解該機床所具有的執(zhí)行件及其運動方式，以及執(zhí)行件之間是否要保持傳動聯(lián)系，然后分析從運動源至執(zhí)行件或執(zhí)行件至執(zhí)行件之間的傳動順序、傳動結(jié)構(gòu)及傳動關(guān)系。以下對如圖1-2所示傳動系統(tǒng)圖進行分析。該銑床具有兩個執(zhí)行件，即主軸和工作臺。機床工作時，主軸旋轉(zhuǎn)進行主運動，工作臺進行往復(fù)直線移動。

（1）主運動。XK5040型數(shù)控銑床的主運動由7.5kW/1450r/min的主電機驅(qū)動，經(jīng)帶傳動到第Ⅰ軸，通過Ⅰ～Ⅱ軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，Ⅱ～Ⅲ軸間的三聯(lián)滑移齒輪變速組，Ⅲ～Ⅳ軸間雙聯(lián)滑移齒輪變速組傳至Ⅳ軸，再經(jīng)Ⅳ～V軸間的一對錐齒輪副及V～Ⅵ軸上的一對圓柱齒輪傳至主軸Ⅵ，使主軸獲得18級轉(zhuǎn)速。由電機至主軸間的傳動聯(lián)系，可簡明地用傳動路線表達式表示如下：

（2）進給運動。進給運動有工作臺縱向、橫向和垂向3個方向的運動。

① 縱向、橫向進給運動，由FB-15直流伺服電機驅(qū)動，經(jīng)圓柱齒輪傳動帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，通過絲杠螺母機構(gòu)實現(xiàn)往復(fù)直線運動。

② 垂直方向進給運動，由FB-25直流伺服電機驅(qū)動，經(jīng)齒輪傳動帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)垂向進給的伺服電機帶制動器，當(dāng)斷電時Z向剎緊，以防止升降臺因自重而下滑。