大滑板的改進(jìn)

蘇麗娟，李卉

（齊齊哈爾和平（集團(tuán)）工業(yè)有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

1 存在的問題

傳統(tǒng)重型臥式車床的上滑板進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，通常采用伺服電機(jī)通過減速箱降速后驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠螺母帶動(dòng)上滑板作前后方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠一般使用深溝球軸承定心，使用推力球軸承對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行軸向定位和預(yù)緊。在滾珠絲杠的軸承布置結(jié)構(gòu)中，由于軸承的數(shù)量非常多，使得滾珠絲杠軸承的布置結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，滾珠絲杠副的定心和軸向定位誤差非常大，經(jīng)常出現(xiàn)上滑板進(jìn)給精度超差，不能滿足國(guó)家精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的問題。

目前，傳統(tǒng)重型臥式車床的大滑板進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，一般使用2 個(gè)齒輪同時(shí)與1 根齒條嚙合傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，雖然在2 個(gè)齒輪與齒條嚙合的傳動(dòng)鏈中，其中1 個(gè)齒輪經(jīng)過碟形彈簧進(jìn)行了預(yù)緊，消除了整套齒輪傳動(dòng)鏈的部分傳動(dòng)間隙，但是，由于齒輪的傳動(dòng)鏈非常長(zhǎng)，使得齒輪傳動(dòng)的綜合累積誤差非常大，使大滑板的進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)存在反向嚙合間隙，導(dǎo)致大滑板的數(shù)控精度經(jīng)常超差，在大滑板的數(shù)控精度超差后，如果采用更換齒輪的辦法，雖然能夠部分消除齒輪之間的嚙合間隙，但是成本太高，顯著降低了機(jī)床的性價(jià)比。并且，在機(jī)床的使用過程中，由于齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)本身存在機(jī)械磨損，使機(jī)床的數(shù)控精度隨著機(jī)床使用時(shí)間的增加而逐漸降低。

另一方面，在2 個(gè)齒輪同時(shí)與1 根齒條嚙合傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，為了消除齒輪的傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)的2 個(gè)齒輪的受力方向相反，將伺服電機(jī)的有用輸出功率消耗了一部分，使伺服電機(jī)的使用效率顯著降低，為了保證機(jī)床的技術(shù)參數(shù)滿足用戶的實(shí)際要求，在大滑板的進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只能采用加大伺服電機(jī)規(guī)格和齒輪模數(shù)的辦法，因此，造成齒輪箱的體積和重量增加，機(jī)床的成本提高，而機(jī)床的性能價(jià)格比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力卻顯著降低。

2 解決對(duì)策

為了解決上述難題，筆者公司對(duì)臥式車床大滑板和上滑板的進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。將上滑板的進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由齒輪箱減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)為由伺服電機(jī)與減速器直連，減速器通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠聯(lián)接的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠的定心和軸向定位軸承由深溝球軸承和推力球軸承改為滾珠絲杠組合軸承。將大滑板的進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由齒輪箱減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)為由伺服電機(jī)與減速器直連，減速器的輸出軸通過一對(duì)齒輪降速后與靜壓蝸桿蝸母條傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。通過上述進(jìn)給結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，大大地提高了大滑板和上滑板的數(shù)控定位精度。

3 大滑板和上滑板的結(jié)構(gòu)

1）大滑板結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。靜壓大滑板水平運(yùn)動(dòng)X軸的靜壓蝸桿蝸母條結(jié)構(gòu)具有承載能力大、抗振性能好、精度高的優(yōu)點(diǎn)。靜壓蝸桿蝸母條的嚙合表面處于純液體摩擦的狀態(tài)，靜壓蝸桿與靜壓蝸母條的靜壓摩擦因數(shù)和摩擦力非常小，靜壓傳動(dòng)副的靜壓摩擦因數(shù)小于0.005，使用靜壓蝸桿蝸母條結(jié)構(gòu)的大滑板裝置的起制動(dòng)扭矩和摩擦扭矩都非常小，伺服電機(jī)的進(jìn)給傳動(dòng)效率非常高。由于靜壓蝸桿與靜壓蝸母條之間存在著一層靜壓油膜，靜壓油膜具有吸收大滑板切削力引起振動(dòng)的作用，因此靜壓蝸桿蝸母條的吸振性能非常好。在靜壓蝸桿齒面的兩側(cè)施加有靜壓預(yù)緊力，靜壓蝸桿齒面兩側(cè)的壓力可以相互平衡，使靜壓蝸桿齒面兩側(cè)的間隙基本相等，靜壓蝸桿蝸母條結(jié)構(gòu)的油膜剛度非常高，承載能力非常大，相當(dāng)于無間隙的進(jìn)給傳動(dòng)，靜壓油膜能有效地減小靜壓蝸桿零件表面粗糙度及幾何誤差造成的偏差，提高靜壓蝸桿的徑向、軸向跳動(dòng)精度，提高靜壓蝸桿回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的數(shù)控精度。使用靜壓蝸桿蝸母條進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的數(shù)控臥式車床，大滑板X 軸的雙向定位精度非常高，精度保持性非常好，靜壓蝸桿蝸母條進(jìn)給傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尤其適合于在重型臥式車床上使用。

圖1 大滑板結(jié)構(gòu)示意圖

2）靜壓大滑板與床身之間的導(dǎo)軌使用靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，并且，大滑板的后導(dǎo)軌向下加大了一定的厚度，將大滑板的前導(dǎo)軌與后導(dǎo)軌拉開一定的距離，使大滑板零件內(nèi)部形成規(guī)則的矩形腔體結(jié)構(gòu)，提高了大滑板受力導(dǎo)軌的剛度，在機(jī)床滿負(fù)荷條件下工作時(shí)，大滑板的變形非常小，大滑板的靜壓油膜間隙可以正常建立。

3）上滑板的滾珠絲杠副采用組合軸承定位的結(jié)構(gòu)，通過簡(jiǎn)化機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，減少滾珠絲杠的軸承數(shù)量，降低了機(jī)床的成本，減少了滾珠絲杠的綜合誤差，從而大大提高了上滑板的數(shù)控精度。