機床的傳動設(shè)計進給傳動

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

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)計第二節(jié)擴大變速范圍的傳動系統(tǒng)設(shè)計第三節(jié)計算轉(zhuǎn)速第四節(jié)無級變速系統(tǒng)設(shè)計第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計第六節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計2第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

一、進給傳動的載荷特點 進給傳動用來實現(xiàn)機床的進給運動和輔助運動。機床的進給運動大多數(shù)為直線運動。直線進給運動的載荷是切削力，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)于任何進給速度中。因此，直線運動的進給傳動是恒轉(zhuǎn)矩載荷。傳動件的計算轉(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)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

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

二、進給傳動的分類和組成 進給運動中的變速系統(tǒng)用以改變進給量的大小，當(dāng)有幾條進給傳動鏈帶動幾個執(zhí)行件時，為使變速系統(tǒng)為各傳動鏈所共用，變速系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在運動分配機構(gòu)之前，以簡化機構(gòu)。 通用機床的工藝范圍廣，要求進給量范圍大，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，采用機械無級變速機構(gòu)的可能性大。5第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計6進給傳動按運動鏈的性質(zhì)可分為外聯(lián)系進給鏈和內(nèi)聯(lián)系進給鏈；進給鏈按其控制方式及變速形式可分為普通機床分級變速進給鏈和數(shù)控機床無級變速進給鏈。通用機床的外聯(lián)系傳動鏈可與快速移動共用一臺電動機，這種驅(qū)動形式傳動鏈短，結(jié)構(gòu)緊湊；也可與主運動共用一臺電動機，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)系進給傳動鏈。第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

二、進給傳動的分類和組成7外聯(lián)系傳動鏈聯(lián)系運動源〔如電動機)和機床執(zhí)行件(如主軸、刀架和工作臺等)，使執(zhí)行件得到預(yù)定速度的運動，并傳遞一定的動力。此外，外聯(lián)系傳動鏈還包括變速機構(gòu)和換向(改變運動方向)機構(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)菍崿F(xiàn)簡單的成形運動的傳動鏈。第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

二、進給傳動的分類和組成8內(nèi)聯(lián)系傳動鏈聯(lián)系復(fù)合運動之內(nèi)的各個運動分量。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，用來保證運動的軌跡。例如，在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時，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)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

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

二、進給傳動的分類和組成

分類:機械進給傳動、液壓進給傳動、電伺服進給傳動

普通機床是機械分級變速進給鏈，數(shù)控機床是無級電伺服變速進給鏈。

外聯(lián)系進給鏈

包括變速機構(gòu)、換向機構(gòu)、運動分配機構(gòu)、過載保護機構(gòu)、運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)、超越機構(gòu)、齒輪齒條副、絲杠螺母副。

內(nèi)聯(lián)系進給鏈

包括傳動比準(zhǔn)確的變速機構(gòu)。例如：在臥式車床上用螺紋車刀車螺紋時，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)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

二、進給傳動的分類及組成 進給機構(gòu)的類型：

機械進給傳動、液壓進給傳動、電伺服進給傳動。

目前在機床應(yīng)用較多的機械傳動方式，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)。棘輪機構(gòu)用于刨床、磨床等需要間歇進給運動和切入運動；此外，還采用拉鍵機構(gòu)、曲回機構(gòu)；在專用機床和自動化機床上還采用凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)進給和快速運動。液壓傳動能容易實現(xiàn)無級變速，實現(xiàn)自動化。11第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

三、進給傳動的特點與基本要求 進給傳動系統(tǒng)的特點

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

三、進給傳動的特點與基本要求 進給傳動的基本要求

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)濟性。13第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

三、進給傳動的特點與基本要求

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

四、分級進給傳動設(shè)計的原則

1.進給傳動極限傳動比、極限變速范圍原則由于進給傳動系統(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.進給傳動擴大順序、最小傳動比原則因進給系統(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)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

五、無級變速進給系統(tǒng)

1.普通機床采用液壓無級調(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，實現(xiàn)速度變化。運動平穩(wěn)性好，變速范圍大，但調(diào)速不準(zhǔn)確，適用于外聯(lián)系進給傳動系統(tǒng)。

2.數(shù)控機床采用伺服電機無級調(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→步進電機→齒輪→滾珠絲杠螺母副→工作臺。系統(tǒng)精度取決于步進角、齒輪和滾珠絲杠副的傳動精度，適用于精度不高的數(shù)控機床。開環(huán)伺服系統(tǒng)16第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

（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，控制伺服電動機或修正補償指令，以消除工作臺等執(zhí)行件的移動誤差。適用于伺服電機和步進電機驅(qū)動的精密數(shù)控機床上。

（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)控機床的進給系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服系統(tǒng)17第五節(jié)進給傳動系統(tǒng)設(shè)計

3.直線伺服電機進給傳動系統(tǒng)是直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動機械能