微量进给机构刚性构件设计优化

1前言

微进给机构是精密机械和仪器中常用的一种机构。许多微进给机构使用传统的刚性机械传动，但现在非刚性机械传动已经发展到取代原来的刚性机械传动，并得到了很好的应用。

2问问题

重庆某精密机械厂接到一家光学仪器厂的生产订单，要求制造两台非标精密车床。主要制造难点是该车床水平进给手轮的刻度盘分为100个方块，每个方块的水平进给量≤ 0.001mm。

根据订货方的要求，这台精密车床的水平进给手轮每转一次，进给量最多0.1mm。如果采用传统的螺母和齿轮传动系统，就可以满足要求。但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保证；其次，这种设计占用空间太大，成本太高。因此，应采用其他更好的设计方案。

3个解决方案

当作者了解到这些信息后，他向这家精密机械厂的技术人员提出了一个新的解决方案，这个方案得到了批准。

该方案采用基于液压原理的微进给机构，仍然使用丝杠螺母，结构对称。活塞的外圆与座的内孔间隙配合，活塞的内孔与活动销的外圆间隙配合，活塞的内螺孔与螺杆间隙配合，座的内孔填充钙基润滑脂，左右两端的螺钉为右旋螺纹。左边的活塞导杆除了导向外，还与刀架相连，用于推动车刀进给和轻微退刀。

其工作原理如下。

设螺距(导程)为T，活动销的有效截面积为A1，活塞的有效截面积为A2。

在视图A-A中，如果逆时针转动手轮，由于阀座内孔中的钙基润滑脂是不可压缩的(体积不变)，左活动销相对于活塞向左移动T，活塞必然向右移动T′。可移动销向左绝对位移是x = t-t’。因此，钙基润滑脂的体积减少A1x，增加A2T’。根据钙基润滑脂体积不变的原理，有A1x = A1(t-t′)= A2T′。此时，右边的活塞也将t '向右移动。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，因此，此时座椅内孔的体积减少量为v1 = a2t′，增加量为v2 = a1(TT′)，这样就可以得到v1 = v2。所以，这个时候，座体的右腔就不会出现真空，也不会爆裂。此时，钙基润滑脂仍处于正常的连续加注状态。

两侧的活塞同时向右移动T’。如果手轮反方向旋转，左右活塞同时向左移动T′，t″,可以得到:T′= A1T/(A1+A2)。如果A1 < < A2，那么T' < < T，活塞将轻微移动。

在这台车床上，取活销直径D1 = 20mm，活塞直径D2 = d1=20mm，导杆直径D3 = 12mm，螺纹M16，导程T = 2mm，则A1 = π D12/4 = π 202/4 = 100π，A2 =πD22/4-πD12/4-πD32/T ' = a1t/(A1+A2)= 100π×2/(100π+3464π)≈0.057(1即手轮每转动一次，活塞(刀具)移动0.057 mm，如果手轮只转动1/100圈(即1格)，活塞(刀具)只会移动0.00057mm，因此其精度可以满足订货方的要求。