機(jī)床的傳動設(shè)計(jì)進(jìn)給傳動

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》李益兵Mail：ahlyb@163.com1第二章機(jī)床的傳動設(shè)計(jì)

本章主要教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)分級變速主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二節(jié)擴(kuò)大變速范圍的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)速第四節(jié)無級變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)第六節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、進(jìn)給傳動的載荷特點(diǎn) 進(jìn)給傳動用來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動和輔助運(yùn)動。機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動大多數(shù)為直線運(yùn)動。直線進(jìn)給運(yùn)動的載荷是切削力，與切削面積成正比。根據(jù)工藝規(guī)程，不同的機(jī)床，有其相應(yīng)的最大切削面積，對應(yīng)有最大切削力，最大切削力可能出現(xiàn)于任何進(jìn)給速度中。因此，直線運(yùn)動的進(jìn)給傳動是恒轉(zhuǎn)矩載荷。傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速（速度）是該傳動件可能出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)速(或速度)。3第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成進(jìn)給傳動系統(tǒng)包括：運(yùn)動源、變速系統(tǒng)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動分配機(jī)構(gòu)、安全機(jī)構(gòu)(過載保險(xiǎn)機(jī)構(gòu))、直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)、手動操縱機(jī)構(gòu)和執(zhí)行件等。進(jìn)給運(yùn)動與主運(yùn)動共用運(yùn)動源時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動一般以主軸為始端，進(jìn)給量表示為mm/r，如車床、鉆床、鏜床。進(jìn)給運(yùn)動有單獨(dú)的運(yùn)動源時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動則以電動機(jī)為始端，進(jìn)給量表示為mm/min，如銑床。4第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成 進(jìn)給運(yùn)動中的變速系統(tǒng)用以改變進(jìn)給量的大小，當(dāng)有幾條進(jìn)給傳動鏈帶動幾個(gè)執(zhí)行件時(shí)，為使變速系統(tǒng)為各傳動鏈所共用，變速系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在運(yùn)動分配機(jī)構(gòu)之前，以簡化機(jī)構(gòu)。 通用機(jī)床的工藝范圍廣，要求進(jìn)給量范圍大，有級變速的級數(shù)要多，一般采用等比數(shù)列，也有采用等差數(shù)列的。 變速系統(tǒng)傳遞功率小，采用機(jī)械無級變速機(jī)構(gòu)的可能性大。5第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)6進(jìn)給傳動按運(yùn)動鏈的性質(zhì)可分為外聯(lián)系進(jìn)給鏈和內(nèi)聯(lián)系進(jìn)給鏈；進(jìn)給鏈按其控制方式及變速形式可分為普通機(jī)床分級變速進(jìn)給鏈和數(shù)控機(jī)床無級變速進(jìn)給鏈。通用機(jī)床的外聯(lián)系傳動鏈可與快速移動共用一臺電動機(jī)，這種驅(qū)動形式傳動鏈短，結(jié)構(gòu)緊湊；也可與主運(yùn)動共用一臺電動機(jī)，這種驅(qū)動形式空載功率小，容易保證傳動鏈執(zhí)行件之問的嚴(yán)格傳動比，特別適用于內(nèi)聯(lián)系進(jìn)給傳動鏈。第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成7外聯(lián)系傳動鏈聯(lián)系運(yùn)動源〔如電動機(jī))和機(jī)床執(zhí)行件(如主軸、刀架和工作臺等)，使執(zhí)行件得到預(yù)定速度的運(yùn)動，并傳遞一定的動力。此外，外聯(lián)系傳動鏈還包括變速機(jī)構(gòu)和換向(改變運(yùn)動方向)機(jī)構(gòu)等。外聯(lián)系傳動鏈傳動比的變化，只影響生產(chǎn)率或表面粗糙度，不影響發(fā)生線的性質(zhì)。外聯(lián)系傳動鏈不要求運(yùn)動源與執(zhí)行件間有嚴(yán)格的傳動比關(guān)系。所以，外聯(lián)系傳動鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)簡單的成形運(yùn)動的傳動鏈。第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成8內(nèi)聯(lián)系傳動鏈聯(lián)系復(fù)合運(yùn)動之內(nèi)的各個(gè)運(yùn)動分量。因而傳動鏈所聯(lián)系的執(zhí)行件之間的相對速度(及相對位移量)有嚴(yán)格的要求，用來保證運(yùn)動的軌跡。例如，在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時(shí)，為了保證所加工螺紋的導(dǎo)程，主軸(工件)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀必須移動一個(gè)導(dǎo)程。聯(lián)系主軸-刀架之間的螺紋傳動鏈，就是一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成9第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類和組成

分類:機(jī)械進(jìn)給傳動、液壓進(jìn)給傳動、電伺服進(jìn)給傳動

普通機(jī)床是機(jī)械分級變速進(jìn)給鏈，數(shù)控機(jī)床是無級電伺服變速進(jìn)給鏈。

外聯(lián)系進(jìn)給鏈

包括變速機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動分配機(jī)構(gòu)、過載保護(hù)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、超越機(jī)構(gòu)、齒輪齒條副、絲杠螺母副。

內(nèi)聯(lián)系進(jìn)給鏈

包括傳動比準(zhǔn)確的變速機(jī)構(gòu)。例如：在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時(shí)，為了保證所加工螺紋的導(dǎo)程，主軸(工件)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，車刀必須移動一個(gè)導(dǎo)程。聯(lián)系主軸-刀架之間的螺紋傳動鏈，就是一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。10第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二、進(jìn)給傳動的分類及組成 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的類型：

機(jī)械進(jìn)給傳動、液壓進(jìn)給傳動、電伺服進(jìn)給傳動。

目前在機(jī)床應(yīng)用較多的機(jī)械傳動方式，采用滑移齒輪，變速方便，可傳遞較大的扭矩和采取較大的進(jìn)給量范圍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜；交換齒輪傳動結(jié)構(gòu)簡單，適用于成批、大量生產(chǎn)。棘輪機(jī)構(gòu)用于刨床、磨床等需要間歇進(jìn)給運(yùn)動和切入運(yùn)動；此外，還采用拉鍵機(jī)構(gòu)、曲回機(jī)構(gòu)；在專用機(jī)床和自動化機(jī)床上還采用凸輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給和快速運(yùn)動。液壓傳動能容易實(shí)現(xiàn)無級變速，實(shí)現(xiàn)自動化。11第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三、進(jìn)給傳動的特點(diǎn)與基本要求 進(jìn)給傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）進(jìn)給運(yùn)動功率小——進(jìn)給運(yùn)動的速度比較低，進(jìn)給力也較小，所需的功率也小 （2）進(jìn)給運(yùn)動數(shù)目多——除拉床,鉆床外,其他機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動數(shù)目都較多，臥式鏜床,一般達(dá)到4-5個(gè) （3）實(shí)現(xiàn)動作較多 （4）進(jìn)給運(yùn)動形式各異 （5）進(jìn)給運(yùn)動的傳動為恒扭矩傳動12第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三、進(jìn)給傳動的特點(diǎn)與基本要求 進(jìn)給傳動的基本要求

1)有較高的靜剛度。

2)具有良好的快速響應(yīng)性；抗振性能好；噪聲低；有良好的防爬行性能；切削穩(wěn)定性好。

3)進(jìn)給系統(tǒng)有較高的傳動精度和定位精度。

4)能滿足工藝需求，有足夠的變速范圍。

5)結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，調(diào)整維修方便，操縱輕便靈活。

6)制造成本低，有較好的經(jīng)濟(jì)性。13第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三、進(jìn)給傳動的特點(diǎn)與基本要求

進(jìn)給傳動系統(tǒng)是在恒扭矩條件下工作的，確定計(jì)算轉(zhuǎn)速的方法，主要是為確定所需的傳動功率。（1）具有快速運(yùn)動的進(jìn)給系統(tǒng)傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速是取最大快速運(yùn)動時(shí)的轉(zhuǎn)速。（2）大型機(jī)床對于移動部件重量大，摩擦力比切削力大的大型機(jī)床和高精度精密機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)，傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速是取最大進(jìn)給速度時(shí)的轉(zhuǎn)速（速度）。（3）中型機(jī)床對于切削力遠(yuǎn)大于移動部件摩擦力的中型機(jī)床，進(jìn)給傳動系統(tǒng)傳動件的計(jì)算轉(zhuǎn)速取在最大切削抗力下工作時(shí)所用的最大進(jìn)給速度，一般為機(jī)床最大進(jìn)給速度的1／2～1／3。14第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四、分級進(jìn)給傳動設(shè)計(jì)的原則

1.進(jìn)給傳動極限傳動比、極限變速范圍原則由于進(jìn)給傳動系統(tǒng)速度低，負(fù)載小，消耗的功率小，所用齒輪薄，模數(shù)小，所以極限傳動比為

imin≥1/5，

imax≤2.8；

極限總變速范圍為

R=2.8×5=14

2.進(jìn)給傳動擴(kuò)大順序、最小傳動比原則因進(jìn)給系統(tǒng)是恒轉(zhuǎn)矩變速，末端旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)矩一定，為減小中間傳動軸及其傳動件的結(jié)構(gòu)尺寸，擴(kuò)大順序采用“前疏后密”原則。

根據(jù)誤差傳遞規(guī)律，為提高進(jìn)給傳動系統(tǒng)的傳動精度，最小傳動比采用“前緩后急”原則。15第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

五、無級變速進(jìn)給系統(tǒng)

1.普通機(jī)床采用液壓無級調(diào)速通過改變流量閥閥口過流面積調(diào)節(jié)液流阻力、液壓缸出口流量，實(shí)現(xiàn)速度變化。運(yùn)動平穩(wěn)性好，變速范圍大，但調(diào)速不準(zhǔn)確，適用于外聯(lián)系進(jìn)給傳動系統(tǒng)。

2.數(shù)控機(jī)床采用伺服電機(jī)無級調(diào)速該調(diào)速系統(tǒng)按有無檢測、反饋裝置以及裝置的位置不同分為開環(huán)、半開環(huán)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

（1）開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置脈沖→分配器→功率放大器→步進(jìn)電機(jī)→齒輪→滾珠絲杠螺母副→工作臺。系統(tǒng)精度取決于步進(jìn)角、齒輪和滾珠絲杠副的傳動精度，適用于精度不高的數(shù)控機(jī)床。開環(huán)伺服系統(tǒng)16第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（2）閉環(huán)伺服系統(tǒng)

檢測裝置安裝在工作臺等執(zhí)行件上，將工作臺的實(shí)際位移量反饋給數(shù)控裝置，與控制量比較，控制伺服電動機(jī)或修正補(bǔ)償指令，以消除工作臺等執(zhí)行件的移動誤差。適用于伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的精密數(shù)控機(jī)床上。

（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)檢測裝置安裝在傳動的旋轉(zhuǎn)部件上，不能補(bǔ)償絲杠螺母副的傳動誤差，不能檢測工作臺等執(zhí)行件的運(yùn)動誤差。系統(tǒng)精度高于開環(huán)，低于閉環(huán)系統(tǒng)。多用于數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)17第五節(jié)進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.直線伺服電機(jī)進(jìn)給傳動系統(tǒng)是直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動機(jī)械能