机床的传动设计进给传动

《机械制造装备设计》李益兵Mail：ahlyb@163.com1第二章机床的传动设计

本章主要教学内容第一节分级变速主传动系统设计第二节扩大变速范围的传动系统设计第三节计算转速第四节无级变速系统设计第五节进给传动系统设计第六节结构设计2第五节进给传动系统设计

一、进给传动的载荷特点 进给传动用来实现机床的进给运动和辅助运动。机床的进给运动大多数为直线运动。直线进给运动的载荷是切削力，与切削面积成正比。根据工艺规程，不同的机床，有其相应的最大切削面积，对应有最大切削力，最大切削力可能出现于任何进给速度中。因此，直线运动的进给传动是恒转矩载荷。传动件的计算转速（速度）是该传动件可能出现的最大转速(或速度)。3第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成进给传动系统包括：运动源、变速系统、换向机构、运动分配机构、安全机构(过载保险机构)、直线运动机构、手动操纵机构和执行件等。进给运动与主运动共用运动源时，进给运动一般以主轴为始端，进给量表示为mm/r，如车床、钻床、镗床。进给运动有单独的运动源时，进给运动则以电动机为始端，进给量表示为mm/min，如铣床。4第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成 进给运动中的变速系统用以改变进给量的大小，当有几条进给传动链带动几个执行件时，为使变速系统为各传动链所共用，变速系统应设置在运动分配机构之前，以简化机构。 通用机床的工艺范围广，要求进给量范围大，有级变速的级数要多，一般采用等比数列，也有采用等差数列的。 变速系统传递功率小，采用机械无级变速机构的可能性大。5第五节进给传动系统设计6进给传动按运动链的性质可分为外联系进给链和内联系进给链；进给链按其控制方式及变速形式可分为普通机床分级变速进给链和数控机床无级变速进给链。通用机床的外联系传动链可与快速移动共用一台电动机，这种驱动形式传动链短，结构紧凑；也可与主运动共用一台电动机，这种驱动形式空载功率小，容易保证传动链执行件之问的严格传动比，特别适用于内联系进给传动链。第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成7外联系传动链联系运动源〔如电动机)和机床执行件(如主轴、刀架和工作台等)，使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。此外，外联系传动链还包括变速机构和换向(改变运动方向)机构等。外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响发生线的性质。外联系传动链不要求运动源与执行件间有严格的传动比关系。所以，外联系传动链是实现简单的成形运动的传动链。第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成8内联系传动链联系复合运动之内的各个运动分量。因而传动链所联系的执行件之间的相对速度(及相对位移量)有严格的要求，用来保证运动的轨迹。例如，在卧式车床上用螺纹车刀车螺纹时，为了保证所加工螺纹的导程，主轴(工件)每转一转，车刀必须移动一个导程。联系主轴-刀架之间的螺纹传动链，就是一条内联系传动链。第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成9第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类和组成

分类:机械进给传动、液压进给传动、电伺服进给传动

普通机床是机械分级变速进给链，数控机床是无级电伺服变速进给链。

外联系进给链

包括变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保护机构、运动转换机构、超越机构、齿轮齿条副、丝杠螺母副。

内联系进给链

包括传动比准确的变速机构。例如：在卧式车床上用螺纹车刀车螺纹时，为了保证所加工螺纹的导程，主轴(工件)每转一转，车刀必须移动一个导程。联系主轴-刀架之间的螺纹传动链，就是一条内联系传动链。10第五节进给传动系统设计

二、进给传动的分类及组成 进给机构的类型：

机械进给传动、液压进给传动、电伺服进给传动。

目前在机床应用较多的机械传动方式，采用滑移齿轮，变速方便，可传递较大的扭矩和采取较大的进给量范围，但结构复杂；交换齿轮传动结构简单，适用于成批、大量生产。棘轮机构用于刨床、磨床等需要间歇进给运动和切入运动；此外，还采用拉键机构、曲回机构；在专用机床和自动化机床上还采用凸轮机构来实现进给和快速运动。液压传动能容易实现无级变速，实现自动化。11第五节进给传动系统设计

三、进给传动的特点与基本要求 进给传动系统的特点

（1）进给运动功率小——进给运动的速度比较低，进给力也较小，所需的功率也小 （2）进给运动数目多——除拉床,钻床外,其他机床进给运动数目都较多，卧式镗床,一般达到4-5个 （3）实现动作较多 （4）进给运动形式各异 （5）进给运动的传动为恒扭矩传动12第五节进给传动系统设计

三、进给传动的特点与基本要求 进给传动的基本要求

1)有较高的静刚度。

2)具有良好的快速响应性；抗振性能好；噪声低；有良好的防爬行性能；切削稳定性好。

3)进给系统有较高的传动精度和定位精度。

4)能满足工艺需求，有足够的变速范围。

5)结构简单，制造工艺性好，调整维修方便，操纵轻便灵活。

6)制造成本低，有较好的经济性。13第五节进给传动系统设计

三、进给传动的特点与基本要求

进给传动系统是在恒扭矩条件下工作的，确定计算转速的方法，主要是为确定所需的传动功率。（1）具有快速运动的进给系统传动件的计算转速是取最大快速运动时的转速。（2）大型机床对于移动部件重量大，摩擦力比切削力大的大型机床和高精度精密机床的进给传动系统，传动件的计算转速是取最大进给速度时的转速（速度）。（3）中型机床对于切削力远大于移动部件摩擦力的中型机床，进给传动系统传动件的计算转速取在最大切削抗力下工作时所用的最大进给速度，一般为机床最大进给速度的1／2～1／3。14第五节进给传动系统设计

四、分级进给传动设计的原则

1.进给传动极限传动比、极限变速范围原则由于进给传动系统速度低，负载小，消耗的功率小，所用齿轮薄，模数小，所以极限传动比为

imin≥1/5，

imax≤2.8；

极限总变速范围为

R=2.8×5=14

2.进给传动扩大顺序、最小传动比原则因进给系统是恒转矩变速，末端旋转件的转矩一定，为减小中间传动轴及其传动件的结构尺寸，扩大顺序采用“前疏后密”原则。

根据误差传递规律，为提高进给传动系统的传动精度，最小传动比采用“前缓后急”原则。15第五节进给传动系统设计

五、无级变速进给系统

1.普通机床采用液压无级调速通过改变流量阀阀口过流面积调节液流阻力、液压缸出口流量，实现速度变化。运动平稳性好，变速范围大，但调速不准确，适用于外联系进给传动系统。

2.数控机床采用伺服电机无级调速该调速系统按有无检测、反馈装置以及装置的位置不同分为开环、半开环、闭环伺服系统。

（1）开环伺服系统数控装置脉冲→分配器→功率放大器→步进电机→齿轮→滚珠丝杠螺母副→工作台。系统精度取决于步进角、齿轮和滚珠丝杠副的传动精度，适用于精度不高的数控机床。开环伺服系统16第五节进给传动系统设计

（2）闭环伺服系统

检测装置安装在工作台等执行件上，将工作台的实际位移量反馈给数控装置，与控制量比较，控制伺服电动机或修正补偿指令，以消除工作台等执行件的移动误差。适用于伺服电机和步进电机驱动的精密数控机床上。

（3）半闭环伺服系统检测装置安装在传动的旋转部件上，不能补偿丝杠螺母副的传动误差，不能检测工作台等执行件的运动误差。系统精度高于开环，低于闭环系统。多用于数控机床的进给系统。半闭环伺服系统17第五节进给传动系统设计

3.直线伺服电机进给传动系统是直接将电能转化为直线运动机械能