机械加工设备课件第四章

1、第四章 进给传动系统设计The design for feed transmission system第一节 概述 General consideration 一、进给传动系统的组成 complexity 1动力源动力源 主轴与主运动共用电机 进给电机单独驱动 共用电机 对于进给量用主轴每转的移动距离表示的（mm/r）及内联系传动链，一般不单独使用进给电机，如车、钻、镗床等。 单独电机 （1）进给量的规定与主轴无关，如mm/min； （2）重型机床因为进给功率比较大，同时也为了简化结构，一般采用单独电机驱动； （3）采用数控装置可以保证内联系传动。动力源类型 交、直流电机 液压马达 液压缸 步

2、进、伺服电机等 2变速机构 用来改变进给量值。通常将变速机构和操纵机构置于一箱进给箱。 变速机构类型 机械 液压 电气 机械变速机构 （1）交换齿轮（挂轮）如齿轮加工机床 （2）滑移齿轮变速如车床（3）棘轮机构（click pulley；paw wheel）牛头刨床、插床等 （4）凸轮机构（cam mechanism）CM1107 用于间歇性的进给运动。棘轮的齿在圆周上是等分的，进给量的大小由每次转过的齿数来决定，所以由其构成的进给数列是等差数列。 特点：结构简单紧凑、可靠，行程小，设计制造相对不易 （5）无级变速器 利用无级变速器可以得到最佳的、连续的进给量。但由单纯的无级变速器组成的变速机

3、构变速范围小，结构尺寸大、成本高。 利用凸轮的曲线，使进给运动执行件得到要求的运动特性及循环。 3换向机构（changement；reverse mechanism） 用来改变进给运动的方向。如利用介轮、改变电机转向等。 4分配机构（dispensing equipment） 当进给运动不止一个时，需要利用分配机构将动力源的运动分配给不同的进给运动执行件或方向上。 两种分配方案 （1）先分配、后换向CA6140 可分别控制，换向后传动链短、件少，转动惯量小，换向冲击小，换向迅速方便，但机构复杂。 （2）先换向、后分配X62W 可简化结构，但转动惯量大，换向冲击大。 5安全机构（safety d

4、evice） （1）互锁机构（mutual interlocking mechanism） 为了保证两个不同的运动不能同时输入给一个执行件，应设置互锁机构。有时，互锁机构就是分配机构 常用形式 电气互锁M1432A 机械互锁CA6140 （2）过载保护机构（overload protective device） 如CA6140，丝杠联轴器；光杠安全结合子； X62W，摩擦离合器 6快移机构（quick-motion mechanism） 为了实现进给运动执行件快速移动，需要设置该机构。快移运动的实现可采用快移电机，或高速直连。 7运动转换机构（motion conversion mechani

5、sm） 当动力源与执行件的运动形式不一致时，需要设置运动转换机构。一般常见的是将旋转运动转换成直线运动 常用机构形式 丝杠-螺母齿轮-齿条曲柄-摇杆二、进给系统设计的基本要求 1具有足够的动、静刚度； 2具有良好的快速响应性，低速进给或微量进给时不爬行，运动平稳； 3抗振性好，传动的冲击噪声小； 4具有足够的变速范围，能传递较大的转矩； 5传动精度和定位精度高； 6结构简单、加工和装配工艺性好；调整维修方便，操纵轻便灵活。 三、进给传动系统特点 characteristic 1进给功率小，进给速度低，进给力小； 2运动数目、换接要求多； 3操纵机构复杂; 运动数目、换接要求多，要实现的动作也多

6、，如开、停、换向、变速、手动、快进等。 操纵机构复杂。 4运动形式多； 5进给系统为近似恒扭矩传动； 对于进给系统而言，当进给量比较大时，背吃刀量小，反之亦然 在各种进给量下，所产生的进给抗力大致相同，且都有可能达到最大进给力，使最后输出轴的最大输出扭矩基本不变。 6进给系统的计算转速 （1）对于具有快速移动的进给系统，传动件的计算转速（或vj）取在最大快速运动时的转速。 nj=n快max （2）对于移动部件的重量（或摩擦力）比进给力大的大型和精密机床的进给系统，计算转速为最大进给速度时的转速， nj=n进max （3）对于移动部件的摩擦力小于进给力的中型机床，计算转速是由该机床在以最大进给力

7、工作时所用的最高进给速度。 nj=n进max（当进给力为Fmax） 7进给传动系统的转速图呈“前疏后密”形态。扩大顺序与传动顺序不一致，可以使比较多的传动元件至末端件的传动比小，承受的转矩也较小，从而减小各中间轴和传动件的尺寸 8进给传动变速组的变速范围可以大于主运动传动系统。 四、电气伺服进给系统（一）电气伺服进给系统的分类类型开环伺服系统闭环伺服系统半闭环伺服系统 半闭环系统是指检测装置不直接检测执行件的位移量，而是检测电动机或中间元件（如丝杠）的转角，来间接测量执行件的位移的系统。（二）电气伺服进给系统的基本要求 1调速范围宽，低速运行平稳、无爬行； 2快速响应性好，无滞后。电机具有较小

8、的转动惯量； 3抗负载振动能力强； 4可以承受频繁启动、制动和反转； 5振动和噪声小，可靠性高，寿命长； 6调整、维修方便。 （三）电气伺服进给系统驱动部件类型 1步进电动机 2直流伺服电动机 3交流伺服电动机 4直线伺服电动机（四）电气伺服进给系统中常用的机械传动部件 1消隙齿轮 2滚珠丝杠螺母副 第二节 低速运动平稳性及防止爬行的措施Low-speed motion stability and measures protecting creep 一、爬行现象及爬行机理 1爬行现象爬行现象：当进给速度很低时，进给运动的执行件出现的一种时走时停、时快时慢跳跃式前进的现象。 2爬行机理二、爬行的

9、临界速度及影响爬行的主要因素 1描述爬行的参数 停顿时间t1、突跳时间t2、爬行量x，爬行频率f=1/T=1/（t1+t2），其中x直接影响加工精度，是描述爬行程度的主要参数。 相对转速差v=（vmax-vmin）/vmax是表征爬行的另一主要参数。 2爬行的临界速度 critical speed 爬行临界速度vc：不出现爬行的最低速度。式中：F导轨面上的正向作用力，N；f动、静摩擦系数之差； 阻尼比； k系统刚度，N/m； m移动部件质量，mg。 3影响爬行的主要因素 （1）动、静摩擦系数之差；（2）传动系统刚度；（3）运动部件的运动速度；（4）系统阻尼。阻尼比愈小，愈易产生爬行。 三、防止

10、爬行的主要措施 1减小f （1）以滚代滑，以流体摩擦代替滑动摩擦； （2）采用防爬油； （3）采用减摩材料，降低摩擦系数。 2提高系统刚度 （1）缩短传动链； （2）采用刚度高的传动元件，如整体螺母； （3）结构设计使刚度高，如使跨距减小、合理布置传动件位置等。 （4）合理分配传动比，尽量采用降速传动； （5）液压系统设计应采用短行程、大直径油缸，且尽可能减小油缸容积，防止空气进入等。第三节 机床传动精度 kinematical accuracy机床精度 几何精度 运动精度 传动精度 动态精度 传动精度：传动链两端件之间相对运动的均匀性和协调性。一、传动精度与加工精度的关系Relationsh

11、ip between kinematical and processing accuracy 结论 传动精度直接影响工件的尺寸精度和表面形状精度。且对内联系传动链要求严格。 保证内联系传动链两端件精确关系应具备的条件：1传动链传动比的理论误差值应在规定的范围内。2传动元件要达到一定的制造和装配精度。 3传动系统（特别是传动轴）应具备一定的刚度（弯曲、扭转），以保证运动均匀和稳定、准确。 二、传动误差来源及传递规律Source and transmission regulation of kinematical error（一）来源1传动元件的制造误差 2装配 3传动的总误差 对于一个传动件，当有多种误差并存时，可根据误差数据处理可知，其总误差为： （二）传递规律 若假定轴为绝对刚性，则1使齿轮3产生的转角误差1-3与1-2相等。即： 1-3同样会使齿轮4产生转角误差3-4，且同理有： 传动误差传递规律 在传动链中，各传动件的误差不仅在一对传动副中互相传递，