現(xiàn)代制造裝備及自動化第五章進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計5.1進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求5.2機(jī)械進(jìn)給傳動系統(tǒng)的設(shè)計特點5.3電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)5.4伺服電動機(jī)25.1進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求一、進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求1、進(jìn)給傳動系統(tǒng)的組成動力源變速機(jī)構(gòu)換向機(jī)構(gòu)運動分配機(jī)構(gòu)過載保險機(jī)構(gòu)運動轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)執(zhí)行件35.1進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求一、進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求2、進(jìn)給傳動系統(tǒng)應(yīng)滿足的基本要求具有足夠的靜剛度和動剛度；具有良好的快速響應(yīng)性，做低速進(jìn)給運動或微量進(jìn)給時不爬行，運動平穩(wěn)，靈敏度高；抗振性好，不會因摩擦自振而引起傳動件的抖動或齒輪傳動的沖擊噪聲；具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍；傳動精度和定位精度要高；結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配工藝性好。45.2機(jī)械進(jìn)給傳動系統(tǒng)設(shè)計的特點因為進(jìn)給系統(tǒng)是恒扭矩傳動，所以在各種進(jìn)給速度下，末端輸出軸上受的扭矩是相同的。進(jìn)給傳動件中各傳動件所受的扭矩為一、進(jìn)給傳動是恒扭矩傳動二、進(jìn)給傳動系統(tǒng)中各傳動件的計算轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速Ti——第I個傳動件承受的扭矩；N末、ni——末端輸出軸和第i軸的轉(zhuǎn)速；Ui——第i個傳動件傳至末端輸出軸的傳動比。5三、進(jìn)給傳動的變速范圍進(jìn)給傳動系統(tǒng)速度低，受力小，消耗功率小，齒輪模數(shù)小，因此進(jìn)給傳動變速組的變速范圍可取比主變速組較大的值。極限傳動比：傳動組的最大變速范圍：6四、進(jìn)給傳動系統(tǒng)采用傳動間隙消除機(jī)構(gòu)手動微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)：主要用于調(diào)整精密機(jī)床的一些部件，坐標(biāo)鏜床的工作臺和主軸箱。五、快速空行程的采用六、微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的采用自動微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)：采用各種驅(qū)動元件使進(jìn)給自主地進(jìn)行。7最小進(jìn)給量大于1μm的機(jī)構(gòu)：蝸桿傳動、絲杠螺母、齒輪齒條等。七、微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的采用彈性力傳動：利用彈性元件的彎曲變形或彈性桿件的拉壓變形實現(xiàn)微量進(jìn)給。磁致伸縮傳動：靠改變軟磁材料（如鐵鈷合金、鐵鋁合金等）的磁化狀態(tài)，使其尺寸和形狀產(chǎn)生變化。電致伸縮：壓電晶體的逆效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以實現(xiàn)微量進(jìn)給。熱應(yīng)力傳動：利用金屬桿件的熱伸長驅(qū)使執(zhí)行件運動。最小進(jìn)給量小于1μm的機(jī)構(gòu)：85.3電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)NC機(jī)床進(jìn)給傳動屬伺服進(jìn)給傳動。伺服（servo）——迅速而又準(zhǔn)確的跟蹤控制指令，保證機(jī)床工作臺或刀架能正確定位或保證刀具和工件間有嚴(yán)格的運動關(guān)系。一、進(jìn)給系統(tǒng)特點NC機(jī)床的進(jìn)給傳動應(yīng)滿足：調(diào)速范圍大;傳動精度高;動態(tài)響應(yīng)快;穩(wěn)定性好。9根據(jù)要求，應(yīng)具備以下特點：①機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)簡單：傳動精度高，動態(tài)響應(yīng)速度快→快速跟蹤指令；電動機(jī)→絲杠電動機(jī)→齒輪→絲杠②傳動→滾動絲桿；工作臺部件→滾動導(dǎo)軌，貼塑導(dǎo)軌；③消除系統(tǒng)傳動元件的間隙；④傳動機(jī)構(gòu)有足夠剛度→為避免爬行。10二、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制方式開環(huán)半閉環(huán)閉環(huán)11NC機(jī)床半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)的三種形式如下：12三、進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動部件步進(jìn)電動機(jī);直流伺服電動機(jī);交流伺服電動機(jī);直線伺服電動機(jī)。13三、進(jìn)給系統(tǒng)驅(qū)動部件1、步進(jìn)電動機(jī)工作原理：磁力線力圖走磁阻最小的路徑。1415步進(jìn)電動機(jī)的特點：1、脈沖控制；2、改變定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?qū)㈦S之改變。3、定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。4、只要維持控制繞組電流不變，不需要機(jī)械制動裝置。5、步距角與定子繞組的相數(shù)M，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z，通電方式K有關(guān)，K：三相三拍取1，三相三拍取2。161）感應(yīng)式直線電動機(jī)原理2、直線電動機(jī)172）直線電動機(jī)進(jìn)給驅(qū)動的主要優(yōu)點：速度高。最大進(jìn)給速度可達(dá)80～180m／min。加速度大。可高達(dá)2g～l0g。定位精度高。定位精度高達(dá)0．1～0．01μm。行程不受限制。183)直線電動機(jī)的類型以直流直線電動機(jī)、交流永磁(同步)直線電動機(jī)、交流感應(yīng)(異步)直線電動機(jī)組成的高速進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)用較多。①直流直線電動機(jī)19②交流永磁直線電動機(jī)20四、滾珠絲杠及其支承1、特點：1）摩擦損失小，傳動效率高達(dá)85～95％，是普通滑動絲杠副的2～4倍；2）運動靈敏，低速時無爬行；3）具有傳動的可逆性；∵不自鎖∴升降運動，必須有制動裝置。4）軸向剛度高，反向定位精度高；∵可消除反向間隙并施加預(yù)載。5）使用期限長；6）工藝復(fù)雜，專門工廠制造。212、滾珠絲杠的工作原理按回珠方式，分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。滾珠在循環(huán)中，始終與絲杠接觸。流暢性好，一個循環(huán)中只有一圈滾珠，滾珠少，回程短。螺母徑向尺寸小，軸向剛度好，但不能用于多頭螺紋傳動。滾珠每一個循環(huán)稱為一列。內(nèi)循環(huán)常有三列（互成120度）四列（互成90度）內(nèi)循環(huán)特點：22外循環(huán)：每一列鋼珠轉(zhuǎn)幾圈后經(jīng)插管式回珠器返回，插管式回珠器位于螺母之外,滾珠在循環(huán)中，與絲杠脫離接觸.缺點：螺母體積較大;優(yōu)點：回珠器制造簡單。2324雙螺母法：a）左右螺母向兩頭撐開b）向中間擠緊

3、滾珠絲杠副的消除間隙和預(yù)加載荷。將左右螺母裝在一個共同的螺母體內(nèi)→一個整體，與絲杠間處于無間隙或過盈狀態(tài)以提高接觸剛度。25消除間隙和預(yù)加載荷的方法；（改變兩螺母的間距）墊片式：齒差式：兩螺母同向轉(zhuǎn)一個齒，則兩螺母的相對軸向位移為：這種調(diào)整方式，精確可靠，定位精度高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于要求較高的地方。絲杠導(dǎo)程26預(yù)緊原則：使不受力側(cè)的螺母接觸變形為零的外載荷F≈3F。因此，滾珠絲杠的預(yù)加載荷F。≥1/3F，預(yù)緊后的剛度提高為無預(yù)緊時的2倍。但預(yù)緊過大→F。↑→壽命↓→摩擦力矩加大。274、滾珠絲杠的計算：（自學(xué)）疲勞強(qiáng)度計算；剛度計算；壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速。285、滾珠絲杠的支承方式三種：a）為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。b）為一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝絲杠。c)為兩端固定，常用于長絲杠或高轉(zhuǎn)速、要求高精度、高剛度的地方。這種方式還可以預(yù)拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點顯著，但工藝上比較困難．29滾珠絲杠用滾動軸承：1）接觸角為60?的推力角接觸球軸承背靠背面對面302）滾針--推力圓柱滾子組合軸承多用于重載、要求剛度高的地方。x316、滾珠絲杠的預(yù)拉伸制造時：目標(biāo)行程＝公稱行程－預(yù)拉伸量（行程補償量）拉伸后恢復(fù)公稱行程值。工作時發(fā)熱→熱膨脹→導(dǎo)程加大→影響定位精度。解決辦法：預(yù)拉伸量>熱膨脹量，發(fā)熱后，熱膨脹量抵消了部分預(yù)拉伸量，使絲杠內(nèi)應(yīng)力下降，長度不變。32x337、滾珠絲杠與伺服電動機(jī)的聯(lián)結(jié)齒輪副同步齒形帶34聯(lián)軸節(jié)：撓性聯(lián)軸節(jié)——可消除絲杠與電機(jī)軸之間的同軸度和垂直度誤差錐環(huán)摩擦聯(lián)接：優(yōu)點是不用制鍵槽，無反向間隙，軸與輪轂之間的位置可任意調(diào)節(jié)。摩擦聯(lián)接還有一定的安全作用。35NC機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時如果傳動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，就會造成進(jìn)給運動的反向運動滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。剛性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒側(cè)間隙不能自動補償?shù)恼{(diào)整方法。它要求嚴(yán)格控制齒輪的齒厚及齒距公差，否則傳動的靈活性將受到影響。但用這種方法調(diào)整的齒輪傳動有較好的傳動剛度．而且結(jié)構(gòu)比較簡單。柔性調(diào)整法是指調(diào)整之后齒側(cè)間隙可以自動補償?shù)恼{(diào)整方法。在齒輪的齒厚和周節(jié)有差異的情況下，仍可始終保持無間隙嚙合。但是影響其傳動平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、傳動剛度低。二、減速機(jī)構(gòu)及齒輪消隙361、圓柱齒輪傳動1）偏心軸套調(diào)整法電動機(jī)通過偏心軸套裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能方便的調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)隙。特點：結(jié)構(gòu)簡單，但齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動補償37兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪與另一個寬齒輪嚙合。兩個薄片齒輪套裝在一起，并可作相對回轉(zhuǎn)。由于正向和反向旋轉(zhuǎn)時，分別只有一片齒輪承受扭矩，因此承載能力受到了限制。在設(shè)計時必須計算彈簧的拉力，使它能夠克服最大扭矩，否則將失去消除間隙的作用。2）雙齒輪錯齒式調(diào)整法38墊片調(diào)整法：寬齒輪同時與兩個相同齒數(shù)的薄片齒輪相嚙合，薄片齒輪經(jīng)平鍵與軸連接，相互間無相對回轉(zhuǎn)。斜齒輪1、2間加厚度為t的墊片。用螺母擰緊，使兩齒輪1、2的螺旋線產(chǎn)生錯位，其后兩齒面分別與寬齒輪4的齒面貼緊消除間隙，墊片t的厚度和齒側(cè)間隙Δ的關(guān)系可由下式算出：

β——斜齒輪的螺旋角；Δ——齒側(cè)間隙；t——墊片的厚度。2、斜齒圓柱齒輪傳動間隙的消除39齒輪1、2相互嚙合。在錐