另类的微量进给机构

1

序言微量进给机构是精密机器和仪器上常用的一种机构，原先很多微量进给机构采用传统的刚性机械传动，现在已研发出了非刚性机械传动代替了原先的刚性机械传动，并得到很好的应用。2

提出问题重庆某精密机械厂接到了一光学仪器厂的生产订单，该订单要求制造2台非标准的精密车床。主要的制造难点是此车床的横进刀手轮的刻度盘分为100格，每格的横进刀量≤0.001mm。

根据订单方的要求，此精密车床的横进刀手轮转一圈，进给量最多为0.1mm。如果采用传统的丝杆螺母加上齿轮传动系统（见图1），可以达到要求。但是，这种设计的一个主要缺点是齿轮传动系统之间有间隙，手轮反转时的进给量无法得到保证；其次，这种设计占的空间太大，成本高。因此应该采用其他更好的设计方案。图1传统的设计1—丝杆2—螺母3—轴承4—齿轮5—手轮3

解决方案当笔者得知这个信息后，便向这家精密机械厂的技术人员提出了新的解决方案，且此方案得到了认可。此方案采用的是一种基于液压原理的微量进给机构（见图2），这种微量进给机构仍然使用了丝杆和螺母，其结构是左右对称的。活塞的外圆与座体的内孔为间隙配合，活塞内孔与活动销外圆为间隙配合，活塞的内螺孔与丝杆配合，座体内孔装满钙基润滑脂，左、右两端的螺杆都为右旋螺纹。活塞导杆的作用除了导向外，左边的活塞导杆还与刀架相连，用于推动车刀微量进给和退刀[3，4]。图2微量进给机构1—手轮2—丝杆3—座体4—活动销5—活塞导杆（顶杆）6—活塞7—堵头8—钙基润滑脂9—底板10—刀架

其工作原理如下。设螺杆螺距（导程）为t，活动销的有效横截面积为A1，活塞的有效横截面积为A2。在A—A视图中，设手轮沿逆时针方向转过一圈，则左边的活动销相对于活塞向左移动位移为t，由于座体内孔的钙基润滑脂不可压缩（体积不变），故活塞必然向右移动t′。则活动销向左移动绝对位移为x＝t－t′。故钙基润滑脂体积减少量为A1x，增加量为A2t′，根据钙基润滑脂体积不变原理，有A1x＝A1（t－t′）＝A2t′。这时，右边的活塞也向右移动t′。活动销相对于活塞向左移动t，向左移动的绝对量为t－t′＝x。故这时座体内孔的体积的减少量为v1＝A2t′，增加量为v2＝A1（tt′），可得，v1＝v2。故此时座体的右腔内不会出现真空，也不会被胀破。此时的钙基润滑脂仍然处于正常的连续充盈状态。

左右两边的活塞同时向右移动了t′。如果手轮反向转动一圈，则左右活塞同时向左移动t′、t″，可得：t′＝A1t/（A1＋A2）。如果让A1＜＜A2，则t′＜＜t，活塞会微量移动。

在此车床中，取活动销直径d1＝20mm，活塞直径d2＝120mm，导杆直径d3＝12mm，螺纹为M16，导程t＝2mm，则A1＝πd12/4＝π202/4＝100π，A2＝πd22/4－πd12/4－πd32/4＝π（d22－d12－d32）/4＝π（1202－202－122）/4＝3464π。得t′＝A1t/（A1＋A2）＝100π×2/（100π＋3464π）≈0.057（mm）。即手轮转一圈，活塞（刀具）移动了0.057mm。如果手轮只转1/100圈（即1格），则活塞（刀具）只移动0