进给传动系设计

b. 两端固定的丝杠（图c）刚度 k(N/um) 4 AE 6 k 10 L L—两端固定的距离（m) c. 由于传动刚度的变化而引起 的定位误差 (um)
Q1 Q2 K1 K 2
式中 ：Q、 2 —不同位置时的进给力 Q 1 (N) k1 k 2 、 —不同位置时的刚度 (N /um )
4、足够的调速范围：保证实现 所要求的进给量，适应不同材料， 不同刀具，不同零件要求的加工， 传递较大扭矩。 5、传动精度、定位精度要高。 6、结构简单，加工、装配工艺 性好，调整维修方便，操纵轻便灵 活。
二、机械进给传动系的设计特点
分类
1.机械进给传动: 结构复杂, 制造装配量大, 工作可靠, 便于检查 维修 2.液压进给传动 电伺服进给传动 3.
d、最小进给量小于1μm 的进给机构 有弹性力传动，电致伸缩传动，磁致伸 缩传动，热应力传动等，都是利用材料 的物理性能实现微量进给。 e、微量进给机构的基本要求：灵敏 度高，刚度好，平稳性好，低速进给时 速度均匀，无爬行，精度高，重复定位 精度好，结构简单调整方便，操作方便 灵活。
三、电气伺服进给系统
一端固定，一端自由：用于短丝杠与 竖直丝杠 钻床a图 一端固定，一端简支：用于较长的卧 式安装丝杠 车床 b图 两端固定：用于长丝杠或高转速， 要求高抗压刚度场合c图
④丝杠的拉压刚度计算 丝杠传动的综合拉压刚度主要由 丝杠的拉压刚度、支承刚度和螺母 刚度三部分组成，丝杠的拉压刚度 不是一个定值，它随螺母至轴向固 定端的距离而变化。
对伺服系统的基本要求： 稳定性好、精度高，快速响应性 好，定位精度高。 影响机床伺服系统性能的因素 进给传动件的间隙；扭转、挠曲； 机床运动部件的振动、摩擦；机床的 刚度和抗振性；系统的质量和惯量； 低速下运动平稳性，有无爬行现象等。
（ 二）电气伺服进给系统驱动部件 伺服驱动部件：步进电机、直流伺 服电机、交流伺服电机 机械传动部件：齿轮、滚珠丝杠螺 母。
a.一端轴向固定的丝杠（图3－ 52a.b）的拉压刚度 k(N/um) P AE PL AE 6 k ( ) k 10 L AE L1 式 中 ： A— 螺 纹 底 径 处 的 截 面 积 （mm2） E—弹性模量 （钢 E=2×1011N/m2） L1—螺母至固定端的距离 （m）
为提高系统的稳定性，闭环系统 除了检测执行部件的移动量外，还 检测其速度，检测反馈装置有： a用旋转变压器作为位置反馈，测 速发电机作为速度反馈。 b用脉冲编码器兼作位置和速度馈， 多用此种。
特点：闭环控制可以消除整个系 统的误差、间隙和失动，其定位精 度取决于检测装置的精度。其控制 精度、动态性能等较开环系统好， 但系统比较复杂，安装、调试、测 试麻烦，成本高，用于精密型数控 机床。
3.5 进给传动系设计
一、进给传动系设计应满足的 基本要求
（一）进给传动系的组成（动力源、 变速机构、换向机构、运动分配机构、 过载保险机构和运动转换机构） 1、动力源 ①单独使用电动机，缩短传动链， 实现几个方向进给和自动化。 ②与主传动共用动力源，保证 主传动与进给运动之间的严格传动比。
2、变速机构：改变进给量大小。 其方式有:齿轮变速，机械无级变速， 伺服电机变速。 3、换向机构: ①电机换向，换向方便，换向次 数不能频繁 ②齿轮换向，换向可靠，广泛用 于机床 4、运动分配机构：转换传动路 线，常采用离合器。
3、半闭环系统 如果检测元件不是直接安装在执 行部件上，而是安装在进给传动系 中间部位的旋转部件上，称之为半 闭环系统。
特点：半闭环系统只能补偿环路 内部传动链的误差，不能纠正环路 之外误差，如图a)传动齿轮的齿形 误差和间隙，丝杠螺母的导程误差 和间隙，丝杠轴承的轴向窜动等误 差均在环路之外，无法补偿。
③选择最佳降速比来降低惯性， 最好有采用直接传动方式。 ④采用预紧办法来提高整个系统 的刚度。 ⑤采用消除传动间隙的方法，减 小反向死区误差，提高运动平稳性， 定位精度。 即：传动部件无间隙，低磨擦， 低惯量、高刚度、高谐振和适宜阻 尼比。
2、机械传动部件设计 主要指齿轮和丝杠螺母传动副设
计
①最佳降速比的确定 传动副的最佳降速比应按最大加 速能力（电机）和最小惯量（传动件） 的要求确定，以降低机械传动部件的 惯量。
（一）分类 按有无检测和反馈装置分： 开环系统 闭环系统 半闭环系统
1、开环系统 典型的开环伺服系统采用步进电 机如图3-41。开环系统对工作台实际 位移量没有检测和反馈装置。数控装 置发来的每一个进给脉冲由步进电机 直接变换成一个转角（步距角），再 通过齿轮（或同步齿形带、滚珠丝杠 螺母）带动工作台移动。
②齿轮传动间隙的消除 传动副为齿轮传动时，要消除其传动 的间隙 a、刚性调整法：调整后的齿侧间隙 不能自动进行补偿，如偏心轴套调整法、 变齿厚调整法、斜齿轮轴向垫片调整法。 (齿侧间隙不能自动补偿，结构简单，传 动刚度高。) b、柔性调整性：调整后的齿侧间隙 可以自动进行补偿，如双片直齿错齿调整 法、薄片斜齿轮轴向压簧调整法、双齿轮 弹簧调整法。（齿侧间隙可自动补偿，结 构 除机构 对于精密机床，数控机床的进给 传动系，为保证传动精度和定位精度， 尤其是换向精度，要有传动间隙消除 机构，如齿轮传动间隙消除机构，丝 杠螺母传动间隙消除机构。
6、快速空程传动的采用 为缩短进给空行程时间，要设计 快速空行程传动，快速与工进需在 带负载运行中变换，常用超越离合 器，差动机构，电气伺服传动。
5、过载保险机构：过载时自动 断开进给运动，过载排除后自动接 通。常用牙嵌离合器，片式安全离 合器，脱落蜗杆。 6、运动转换机构：转换运动类 型（回转运动变直线运动），齿轮 齿条，蜗轮蜗杆，丝杠螺母。
（二）进给传动系设计应满足的基 本要求 1、足够的静刚度和动刚度。 2、良好的快速响应性，低速微 量进给不爬行，运动平稳，灵敏度 高。 3、抗振性好，不会因摩擦自振 而引起传动件的抖动或齿轮传动冲 击。
o
L N
开环伺服系统的精度取决于步进 电机的步距角精度，步进电机至执 行部件间的传动系的传动精度。这 类系统的定位精度较低，一般在 （±0.01~±0.02）mm，但系统简单， 调试方便，成本低。用于精度要求 不高的数控机床。
2、闭环系统 工作过程：闭环系统使用位移检 测元件测量机床执行部件的移（转） 动量，将执行部件的实际移（转）动 量和控制量进行比较，比较后的差值 用信号反馈给控制系统，对执行部件 的移（转）动进行补偿，直至差值为 0。
对应一个进给脉冲，工作台移动 的距离称脉冲当量，用Q表示 Q = （α×L）/（U×360°） 式中 Q——脉冲当量（mm） α——步进电机的步距角(°) L——滚珠丝杠的导程mm U——步进电机至传动丝杠之 间的传动比
如数控系统发出N个进给脉冲， 工作台的位移量为
S Q N

U 360
nd max L u v max
式中 nd max ——驱动电动机最大转速 （r/min） L——滚珠丝杠导程（mm） vmax ——工作台最大移动速度 （mm/min）
设计中、小型数控机床时，通过 选用最佳降速比来降低惯量，应尽 可能使传动副的传动比u=1，这样可 选用驱动电动机直接与丝杠相连接 的方式。
⑤滚珠丝杠螺母副间隙消除和预
紧
滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚 珠和螺纹滚道接触区产生接触变形， 接触刚度与接触表面预紧力成正比， 如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙,接 触刚度较小;当滚珠丝杠反向旋转时， 螺母不会立即反向，存在死区，影响 丝杠的传动精度。故同齿轮传动副一 样，也要消除间隙，并施加预紧力， 以保证丝杠、滚珠、螺母之间没有间 隙，提高螺母、丝杠副的接触刚度。
7、微量进给机构的采用 有时进给运动极为微量，如每次 进给量小于2μm，或进给速度小于 10mm/min，需采用微量进给机构， 微量进给机构有手动和自动两类。
a、自动微量进给机构采用各种驱 动元件使进给自动地进行 b、手动微量进给机构主要用于微 量调整精密机床的一些部件 c、最小进给量大于1μm 的机构有 蜗杆传动，丝杠螺母，齿轮齿条传动 等，适用于进给行程大，进给量、进 给速度变化范围宽的机床。
例：图3-39升降台铣床进给系统的转速图
由电动机经3×3×2齿轮变速系， 然后通过1：1的定比传动到主轴V可 得到9~450r/min的18种进给速度， 主轴的计算转速为其nmax=450r/min， 其余各轴的计算转速在其最高升速 传动路线上，如图3-39示
3、进给传动的转速图为前疏后 密结构 传动件至末端输出轴的传动比越 大，传动件承受的扭矩越大，进给 传动系转速图的设计刚好与主传动 系相反，是“前疏后密”，即采用 扩大顺序与传动顺序不一致的结构， 如Z=16=28×24×22×21。这样可使进 给系内更多的传动件至末端输出轴 的传动比较小，承受的扭矩也较小， 从而减小各中间轴和传动件尺寸。
1、进给传动是恒扭矩传动 切削加工中，进给量大时，背吃 刀量小;背吃刀量大时，进给量小。 故切削力大致相同，进给力是切削力 在进给方向的分力，也大致相同。所 以驱动进给运动的传动件是恒扭矩传 动。
2、进给传动系中各传动件的计 算转速是其最高转速 因进给系统是恒扭矩传动，在各 种进给速度下，末端输出轴上受的 扭矩是相同的，设为T 末。 故各传动 件（包括轴和齿轮）受的扭矩为： Ti=T末·末/ni=T末·i n u （3-21）
4、进给传动的变速范围 进给传动系速度低，受力小，消 耗功率小，齿轮模数小，故进给传动 系的变速范围可取比主变速组较大的 值，即： 1 2.8升 降 5 ，变速范围Rn≤14。
进
为缩短进给传动链，减小进给箱 的受力，提高进给传动的平稳性， 进给传动系的末端常采用降速很大 的传动机构，如蜗轮蜗杆，丝杆螺 母，行星机构。
式中：Ti—第i个传动件受的扭矩 n末、ni—末端输出轴和i轴的转 速 ui—第i个传动件传至输出轴 1 升速 的传动ui ( ) 1 降速