另類的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)

吳飛，鄭孟冬

重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院 重慶 400028

1 序言

微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)是精密機(jī)器和儀器上常用的一種機(jī)構(gòu)，原先很多微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用傳統(tǒng)的剛性機(jī)械傳動(dòng)，現(xiàn)在已研發(fā)出了非剛性機(jī)械傳動(dòng)代替了原先的剛性機(jī)械傳動(dòng)，并得到很好的應(yīng)用。

2 提出問題

重慶某精密機(jī)械廠接到了一光學(xué)儀器廠的生產(chǎn)訂單，該訂單要求制造2臺(tái)非標(biāo)準(zhǔn)的精密車床。主要的制造難點(diǎn)是此車床的橫進(jìn)刀手輪的刻度盤分為100格，每格的橫進(jìn)刀量≤0.001mm。

根據(jù)訂單方的要求，此精密車床的橫進(jìn)刀手輪轉(zhuǎn)一圈，進(jìn)給量最多為0.1mm。如果采用傳統(tǒng)的絲桿螺母加上齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)（見圖1），可以達(dá)到要求。但是，這種設(shè)計(jì)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)之間有間隙，手輪反轉(zhuǎn)時(shí)的進(jìn)給量無(wú)法得到保證；其次，這種設(shè)計(jì)占的空間太大，成本高[1，2]。因此應(yīng)該采用其他更好的設(shè)計(jì)方案。

圖1 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3 解決方案

當(dāng)筆者得知這個(gè)信息后，便向這家精密機(jī)械廠的技術(shù)人員提出了新的解決方案，且此方案得到了認(rèn)可。

此方案采用的是一種基于液壓原理的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)（見圖2），這種微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)仍然使用了絲桿和螺母，其結(jié)構(gòu)是左右對(duì)稱的?；钊耐鈭A與座體的內(nèi)孔為間隙配合，活塞內(nèi)孔與活動(dòng)銷外圓為間隙配合，活塞的內(nèi)螺孔與絲桿配合，座體內(nèi)孔裝滿鈣基潤(rùn)滑脂，左、右兩端的螺桿都為右旋螺紋?；钊麑?dǎo)桿的作用除了導(dǎo)向外，左邊的活塞導(dǎo)桿還與刀架相連，用于推動(dòng)車刀微量進(jìn)給和退刀[3，4]。

圖2 微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)

其工作原理如下：

設(shè)螺桿螺距（導(dǎo)程）為t，活動(dòng)銷的有效橫截面積為A1，活塞的有效橫截面積為A2。

在A—A視圖中，設(shè)手輪沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過一圈，則左邊的活動(dòng)銷相對(duì)于活塞向左移動(dòng)位移為t，由于座體內(nèi)孔的鈣基潤(rùn)滑脂不可壓縮（體積不變），故活塞必然向右移動(dòng)t′。則活動(dòng)銷向左移動(dòng)絕對(duì)位移為x＝t－t′。故鈣基潤(rùn)滑脂體積減少量為A1x，增加量為A2t′，根據(jù)鈣基潤(rùn)滑脂體積不變?cè)恚蠥1x＝A1（t－t′）＝A2t′。這時(shí)，右邊的活塞也向右移動(dòng)t′?；顒?dòng)銷相對(duì)于活塞向左移動(dòng)t，向左移動(dòng)的絕對(duì)量為t－t′＝x。故這時(shí)座體內(nèi)孔的體積的減少量為v1＝A2t′，增加量為v2＝A1（tt′），可得，v1＝v2。故此時(shí)座體的右腔內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)真空，也不會(huì)被脹破。此時(shí)的鈣基潤(rùn)滑脂仍然處于正常的連續(xù)充盈狀態(tài)。

左右兩邊的活塞同時(shí)向右移動(dòng)了t′。如果手輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，則左右活塞同時(shí)向左移動(dòng)t′、t″，可得：t′＝A1t/（A1＋A2）。如果讓A1＜＜A2，則t′＜＜t，活塞會(huì)微量移動(dòng)。

在此車床中，取活動(dòng)銷直徑d1＝20mm，活塞直徑d2＝120mm，導(dǎo)桿直徑d3＝12mm，螺紋為M16，導(dǎo)程t＝2mm，則。得t′＝A1t/（A1＋A2）＝100π×2/（100π＋3464π）≈0.057（mm）。即手輪轉(zhuǎn)一圈，活塞（刀具）移動(dòng)了0.057mm。如果手輪只轉(zhuǎn)1/100圈（即1格），則活塞（刀具）只移動(dòng)0.00057mm。由此可見，其精度可以滿足訂單方的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

該非標(biāo)車床在交付使用之后，訂單方對(duì)其性能很滿意，證明了這種設(shè)計(jì)的可靠性。